quan sat va do luong dang tin hieu - tnu.edu.vn v ttcn/tài liệu tham khảo... · xác...

Chương 5

QUAN SÁT VÀ ĐO LƯỜNG

DẠNG TÍN HIỆU

Chương 5: Quan sát và đo lường dạng tín hiệu

5.1. Khái niệm chung về quan sát và đo lường

dạng tín hiệu.

5.2. Ống tia điện tử trong máy hiện sóng.

5.3. Hiện hình dạng sóng.

5.4. Bộ tạo gốc thời gian của máy hiện sóng.

5.5. Nguyên lý cấu tạo của máy hiện sóng 2 tia,

máy hiện sóng có nhớ, máy hiện sóng số

5.6. Công dụng của máy hiện sóng.

5.7. Hình Lissajou

2 NTTQ-DLDK

tnu.edu.vn/sites/quynhntt

Quan sát và đo lường dạng tín hiệu

5.1. Khái niệm chung về quan sát và đo

lường dạng tín hiệu

3

5.1.1 Khái niệm chung

Để quan sát, ghi lại một quá trình, thông thường

không chỉ đo các đại lượng vật lý khác nhau mà

còn ghi lại quá trình thay đổi theo thời gian của

giá trị của các đại lượng đó. Để thực hiện nhiêm

vụ đó người ta sử dụng các dụng cụ tự ghi khác

nhau.

NTTQ-DLDK



5.1.2 Phân loại

4

- Theo cấu tạo:

- Loại dụng cụ một kênh:

- Loại dụng cụ nhiều kênh:

- Theo hình thức ghi: có thể phân biệt thành

dụng cụ tự ghi trên băng giấy, băng từ hay in

số...

NTTQ-DLDK



5

- Theo sơ đồ cấu trúc: có thể phân thành 2

nhóm:

- Dụng cụ đo biến đổi thẳng:

- Dụng cụ đo biến đổi kiểu bù:

Dụng cụ tự ghi thường được sử dụng để ghi lại

các tín hiệu thay đổi theo thời gian. Cũng có thể

là loại dụng cụ tự ghi hai tọa độ cho phép ghi lại

quan hệ hàm giữa hai đại lượng điện phụ thuộc

nhau.

NTTQ-DLDK



5.1.2 Phân loại

NTTQ-DLDK


Quan sát và đo lường dạng tín hiệu6

7

Về mặt tần số tín hiệu: tuỳ thuộc vào cấu trúc và

nguyên lý của dụng cụ đo mà có thể phục vụ các

loại tín hiệu có tần số khác nhau.

- Loại dụng cụ tự ghi cơ điện thông thường: tín hiệu

vào thường có tần số trong khoảng 0 150 Hz.

- Loại dao động kí ánh sáng: tần số của tín hiệu đo có

thể đến 25kHz.

- Loại tự ghi bằng băng từ, đĩa từ: tần số của tín hiệu

đo có thể đạt đến hàng chục MHz.

- Loại dao động kí điện tử: có thể sử dụng chi tín hiệu

có tần số đến 10GHz.

Các loại thiết bị tự ghi và quan sát ngày nay được

cài đặt μP để điều chỉnh qúa trình đo.NTTQ-DLDK



5.1.3. Dao động ký điện tử (electronic

oscilloscope).

NTTQ-DLDK



a. Mục đích, vai trò của dao động ký điện tử

Quan sát dạng tín hiệu là một trong những yêucầu cơ bản trong đo lường điện tử.

NTTQ-DLDK



b. Đặc điểm của dao động ký điện tử

Trở kháng vào lớn

Độ nhạy cao

Quán tính nhỏ

Chỉ thị bằng ống tia điện tử…

Nên có khả năng đo và vẽ dạng tín hiệu điện

theo thời gian

NTTQ-DLDK



c. Phân loại

ôxilô tương tự (analog) vạn năng thông dụng: quan sát tín hiệu biến đổi liên tục hay tín hiệu xung, với tần số lặp lại tương đối cao, và chỉ cần các thông số chính của chúng là biên độ, độ rộng.

Ôxilô nhiều kênh: đo lường, quan sát đồng thời hai hay nhiều tín hiệu, để có thể trực tiêp so sánh dao động đồ của hai hay nhiều tín hiệu trên màn hình. Thường thì có các ôxilô hai kênh với cấu tạo hai hệ

thống súng điện tử riêng biệt trong cùng một ống phóng tia điện tử (CRT);

Trường hợp để quan sát đồng thời số kênh nhiều hơn hai, thì ôxilô có kèm theo thiết bị chuyển mạch điện tử trợ giúp, để có thể đồng thời vẽ trên cùng một màn hình từ 2,4,6... đến 12,14 dao động đồ để so sánh, quan sát. Cách thức “chuyển mạch” ở đây thông dụng: chuyển mạch phân kênh theo thời gian chuyển mạch phân kênh theo biên độ (theo mức).

NTTQ-DLDK



c. Phân loại

ôxilô không đồng bộ:

Ôxilô có nhớ:

ôxilô hoạt nghiệm:

NTTQ-DLDK



c. Phân loại

ôxilô có cấu tạo cài đặt bộ vi xử lý

(microprocessor): Khi có yêu cầu nghiên cứu chi

tiết, cụ thể hơn về các thông số, đặc tính của tín

hiệu, muốn đo các thông số khác của nó, muốn

xử lý đựơc các kết quả quan sát, muốn so sánh

chúng với các giá trị chuẩn mà đã được cho

trước, hoặc khi sử dụng ôxilô như là một phần

của hệ đo lường tự động.

NTTQ-DLDK



d. Ứng dụng của dao động ký điện tử

Xác định giá trị điện áp và thời gian tương ứng

của tín hiệu

Xác định ần số dao động của tín hiệu

Xác định góc lệch pha giữac 2 tín hiệu

Xác định dạng sóng tại mỗi thời điểm khác nhau

trên mạch điện tử

Xác định thành phần một chiều và xoay chièu

của tín hiệu

Xác định loại nhiễu trong tín hiệu

……

NTTQ-DLDK



NTTQ-DLDK



16

AC

DC

GND

NTTQ-DLDK



VD:Sơ đồ khối của một máy hiện sóng thông dụng

5.2. Ống tia điện tử trong máy hiện sóng

NTTQ-DLDK



NTTQ-DLDK



5.2. Ống tia điện tử trong máy hiện sóng

Bộ phận chính là súng phóng điện tử được đặt

trong một ống phóng bằng thủy tinh đã hút khí

tạo chân không, gồm:

catốt K

cực điều khiển tia điện tử ĐT

annốt A1 và A2

bản cực điều chỉnh lệch phương thẳng đứng Y

cặp bản cực điều chỉnh lệch phương ngang X

các điện trở điều chỉnh R1 và R2

màn hình phủ huỳnh quang

NTTQ-DLDK



NTTQ-DLDK



AC

DC

GND

*Nguyên lý làm việc của ống CRT

(Cathode Ray Tube)

a.Phát xạ :

Sợi đốt được cung cấp điện áp tạo nhiệt lượng cao,

khoảng 300oC cung cấp cho kathode K.

Nhiệt lượng cao trên kathode kích thích các điện tử trên

bề mặt bức xạ giải phóng điện tử, tạo thành đám mây

điện tử tự do lơ lửng trên bề mặt kathode.

b. Tăng tốc và tạo tia:

Dưới tác động của điện áp cao trên lưới G2, đám mây

điện tử bị hút về phía trước, trên quãng đường di chuyển

đi qua lưới G1, thông thường G1 được cấp điện áp âm sẽ

tạo lực đẩy các điện tử vào tâm của lưới. Như vậy các

điện tử đã được "nén" thành tia. Dĩ nhiên tia này chưa

đạt kích thước yêu cầu.NTTQ-DLDK




(Cathode Ray Tube)

c. Hội tụ.

Nguyên lý hội tụ là sử dụng tĩnh điện trên G3, G3

có hình ống, điện áp dương trải đều trên bề mặt,

có biên độ ở mọi điểm là bằng nhau. Điện áp

này tạo ra điện trường có lực như hình vẽ.

NTTQ-DLDK




(Cathode Ray Tube)

Các tia điện tử dưới lực hút cân bằng ở mọi

điểm sẽ bị dồn vào tâm của ống.

Nếu điện áp trên lưới 3 được điều chỉnh đúng thì

lực điện trường tại tâm ống bị triệt tiêu hoàn

toàn, đây là lối đi duy nhất cho các tia điện tử,

những tia lạc ra ngoài sẽ bị hút vào thành ống

tạo nên dòng lưới 3(IG3).

Nếu điện áp trên G3 thấp bị chỉnh sai (lớn/nhỏ)

thì đường đi giữa tâm ống sẽ quá rộng hoặc các

tia điện tử bị kéo ra khỏi tam ống, hội tụ không

tốt, ảnh nhòe.

NTTQ-DLDK




(Cathode Ray Tube)

d. Lái tia :

NTTQ-DLDK



Màn hình của máy hiện sóng

Màn hình của máy hiện sóng được chia ô, 10 ô theo

chiều ngang, 8 ô theo chiều đứng.

Ở chế độ hiển thị thông thường, máy hiện sóng hiện

dạng sóng thay đổi theo thời gian: trục đứng Y: trục

điện áp; trục ngang X: trục thời gian. Đô chói hay độ

sáng của màn hình đôi khi được gọi là trục Z

Nếu dùng bộ chuyển đổi hợp lý ta có thể dùng máy

hiện sóng đo được hầu hết các hiện tượng vật lý.

Bộ chuyển đổi có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điện

tương ứng với đại lượng cần đo, ví dụ như các bộ

cảm biến ánh sáng, âm thanh, tốc độ, độ rung, áp

suất, nhiệt độ ….

NTTQ-DLDK



Màn hình của máy hiện sóng

NTTQ-DLDK



5.3. Hiện hình dạng sóng

5.3.1.Bộ tạo

điện áp

quét

a.Nguyên lý

quét đường

thẳng trong

máy hiện

sóng:

b. Nguyên lý

quét tuyến

tính liên tục

NTTQ-DLDK



Chu kỳ quét: Tq=tth + tng

NTTQ-DLDK



Thông thường tng ≤ 15%tth tức

là có thể coi Tq≈tth , lý tưởng

tng =0 (Tq=tth )

Nếu tần số quét đủ cao, màn huỳnh quang có độ dư

huy đủ mức cần thiết thì khi mới chỉ có Uq đặt vào

cặp phiến X đã có một đường sáng theo phương

ngang. Khi có cả Uth đặt vào cặp phiến Y và nếu

Tq=nTth thì trên màn xuất hiện dao động đồng hồ

của một hay vài chu kì của điện áp nghiên cứu (Uth)

Nếu Tq≠nTth thì dao động đồ không đứng yên mà

luôn di động rối loạnkhó quan sát. Hiện tượng này

gọi là không đồng bộ (giữa Uq và Uth)

Thực tế, tng ≠ 0. Vì tng <<tthnên đường sáng mà tia điện

tử vạch lê trên màn hình trong

khoảng tth sáng hơn so với

đường sáng trong khoảng thời

gian tng. Trên dao động đồ của

điện áp nghiên cứu cũng bị

mất đi một phần chu kỳ (= tng)

để tia điện tử quay trở về vị trí

ban đầu.

Khi điện áp quét răng cưa

không thẳng méo dao động

đồ do tốc độ quét không đều

NTTQ-DLDK



c. Nguyên lý quét đợi

NTTQ-DLDK



5.3.2. Nguyên lý đồng bộ

NTTQ-DLDK



5.3.3. Hiện hình dạng sóng

NTTQ-DLDK



5.4. Bộ tạo gốc thời gian của máy hiện

sóng

NTTQ-DLDK



NTTQ-DLDK



chùm elêctron trong CTR phải bị xoá trong thời gian

quét về

NTTQ-DLDK



5.4. Bộ tạo gốc thời gian của máy hiện

sóng

5.5.Nguyên lý cấu tạo của máy hiện sóng 2

tia,máy hiện sóng có nhớ, máy hiện sóng số

Bài tập thảo luận:

Mỗi nhóm từ 2-3 sinh viên ( có thể làm độc lập)

Trình bày về một trong những loại máy hiện sóng trên

dưới dạng ppt

Báo cáo bảo vệ trong tuần thảo luận

Gửi mail cho giáo viên trước tuần thảo luận 1 tuần:

[email protected]

NTTQ-DLDK



5.6. Công dụng của máy hiện sóng

Ôxilô là một máy đo vạn năng, có các tính năng:

Quan sát toàn cảnh tín hiệu

NTTQ-DLDK



5.6. Công dụng của máy hiện sóng

Ôxilô là một máy đo vạn năng, có các tính năng:

Quan sát toàn cảnh tín hiệu

Đo các thông số cường độ của tín hiệu:

Đo điện áp, đo dòng điện, đo công suất

Đo tần số, chu kỳ, khoảng thời gian của tín hiệu

Đo độ di pha của tín hiệu

Vẽ tự động và đo được đặc tính phổ của tín hiệu

Vẽ đặc tuyến Vôn – Ampe của linh kiện

Vẽ tự động, đo đặc tuyến biên độ - tần số của mạng 4 cực

NTTQ-DLDK



NTTQ-DLDK



5.6.1. Đo điện áp, tần số và pha

NTTQ-DLDK




NTTQ-DLDK



Ví dụ Hãy xác định biên độ, tần số và hiệu pha giữa hai

dạng sóng minh hoạ trên hình.

NTTQ-DLDK



5.6.2. Đo xung

NTTQ-DLDK



Ví dụ:Xác định thời gian lên, thời gian xuống và tần số của

sóng xung vẽ trên hình. Cũng vậy, tính tốc độ đáp

của bộ khuếch đại vốn tạo ra sóng đó như một tín

hiệu ra.

NTTQ-DLDK



5.7. Hình Lissajou

Khi ngắt bộ quét của máy hiện sóng và đưa các

sóng sin vào cả hai đầu vào đứng và ngang thì

hình hiện ra sẽ phụ thuộc vào quan hệ giữa hai

sóng sin đó.

Những hình hiện rất đơn giản xuất hiện khi các

dạng sóng có tần số bằng nhau.

Những hình rất phức tạp có thể được tạo ra với

các sóng sin có tần số khác nhau.

Trong mọi trường hợp, những hình đó đều được

gọi là hình Lissajou .

NTTQ-DLDK



NTTQ-DLDK



quan sat va do luong dang tin hieu - tnu.edu.vn v ttcn/tài liệu tham khảo... · xác...

Documents