ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 1: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ

1.5 CÁC LOẠI SAI SỐ [errors].

Mỗi thiết bị đo có thể cho độ chính xác cao, nhưng có thể có các sai số do các hạn chế

của thiết bị đo, do các ảnh hưởng của môi trường, và các sai số do người đo khi thu nhận

các số liệu đo. Các loại sai số có ba dạng: Sai số thô, sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên.

a) Sai số thô.

Các sai số thô có thể quy cho giới hạn của các thiết bị đo hoặc là các sai số do người đo.

Giới hạn của thiết bị đo. Ví dụ như ảnh hưởng quá tải gây ra bởi một voltmeter có độ

nhạy kém. Voltmeter như vậy sẽ rẽ dòng đáng kể từ mạch cần đo và vì vậy sẽ tự làm

giảm mức điện áp chính xác. Ảnh hưởng do quá tải sẽ được giải thích chi tiết ở mục 1.7.

Sai số do đọc. Là các sai lệch do quan sát khi đọc giá trị đo. Các nhầm lẫn như vậy có

thể do thị sai, hay do đánh giá sai khi kim nằm giữa hai vạch chia. Các thiết bị đo số

không có các sai số do đọc.

b) Sai số hệ thống.

Sai lệch có cùng dạng, không thay đổi được gọi là sai số hệ thống. Các sai số hệ thống có

hai loại: Sai số do thiết bị đo và sai số do môi trường đo.

Sai số của thiết bị đo.

Các sai số do thiết bị đo là do ma sát ở các bộ phận chuyển động của hệ thống đo hay do

ứng suất của lò xo gắn trong cơ cấu đo là không đồng đều. Ví dụ, kim chỉ thị có thể

không dừng ở mức 0 khi không có dòng chảy qua đồng hồ. Các sai số khác là do chuẩn

sai, hoặc do dao động của nguồn cung cấp, do nối đất không đúng, và ngoài ra còn do sự

già hoá của linh kiện.

Sai số do môi trường đo là sai số do các điều kiện bên ngoài ảnh hưởng đến thiết bị đo

trong khi thực hiện phép đo. Sự biến thiên về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, từ trường, có thể

gây ra các thay đổi về độ dẫn điện, độ rò, độ cách điện, điện cảm và điện dung. Biến

thiên về từ tính có thể do thay đổi mô men quay (tức độ lệch). Các thiết bị đo tốt sẽ cho

các phép đo chính xác khi việc che chắn các dụng cụ đến mức tối đa, sử dụng các màn

chắn từ trường, v. v. . . Các ảnh hưởng của môi trường đo cũng có thể gây ra độ dịch

chuyển nhỏ ở kết quả, do thay đổi nhỏ về dòng điện.

c) Sai số ngẫu nhiên.

Các sai số ngẫu nhiên do các nguyên nhân chưa biết, xuất hiện mỗi khi tất cả các sai số

thô và sai số hệ thống đã được tính đến. Khi một voltmeter, đã được hiệu chuẩn chính

xác và thực hiện phép đo điện áp ở các điều kiện môi trường lý tưởng, mà người đo thấy

rằng các số đo có thay đổi nhỏ trong khoảng thời gian đo. Độ biến thiên này không thể

hiệu chỉnh được bằng cách định chuẩn, hay hiệu chỉnh thiết bị đo, mà chỉ bằng phương

pháp suy luận các sai số ngẫu nhiên bằng cách tăng số lượng các phép đo, và sau đó xác

định giá trị gần đúng nhất của đại lượng cần đo.

1.6 GIỚI HẠN CỦA THIẾT BỊ ĐO

Một thiết bị đo có thể có các giới hạn về thang đo, công suất (hay khả năng tải dòng), tần

số, trở kháng và độ nhạy (ảnh hưởng quá tải). Các vấn đề đó được giải thích như sau.

- Giới hạn về thang đo. Mỗi thiết bị đo có khoảng đo lớn nhất về một thông số cần đo.

Khoảng đo sẽ được chia thành các thang đo nhỏ thích hợp. Ví dụ, một voltmeter có thể

đo cao nhất là 300V chia thành 5 thang đo phụ: 3V, 10V, 30V, 100V và 300V.

Chuyển mạch thang đo sẽ thiết lập tại các vị trí chính xác tuỳ thuộc vào giá trị đo yêu

cầu. Giả sử phép đo điện áp là 9V thì chúng ta sẽ sử dụng thang đo 10V. Các thang đo

cần phải có cho tất cả các thông số cần đo. Cần phải chọn thang đo đúng cho mỗi thông

số đo thích hợp. Nếu đo điện áp trên thang đo dòng điện, thì đồng hồ đo sẽ hư hỏng.

- Độ mở rộng thang đo. Là thuật ngữ được sử dụng chỉ sự chênh lệch giữa giá trị lớn

nhất và giá trị nhỏ nhất của một thang đo. Đối với giá trị đo của đồng hồ ở mức nhỏ nhất

là 10mA và 100mA ở mức cao nhất, thì độ mở rộng của thang đo là 100mA - 10mA =

90mA. Một đồng hồ đo điện áp có mức 0V ở giữa, với + 10V một bên và - 10V ở phía

khác, sẽ có độ mở rộng thang đo là 20V.

- Giới hạn về công suất. Mỗi thiết bị đo đều có khả năng xử lý công suất lớn nhất, nên

công suất của tín hiệu vào không được vượt quá giới hạn công suất đo. Công suất vượt

quá có thể làm hỏng đồng hồ đo hay mạch khuyếch đại bên trong đồng hồ đo.

- Giới hạn về tần số. Phần lớn cơ cấu động ở đồng hồ đo tương tự có vai trò như một

điện cảm mắc nối tiếp và do vậy sẽ suy giảm ở dãi tần số cao. Trong các thiết bị đo sử

dụng các mạch chỉnh lưu và các mạch khuyếch đại, các điện dung của tiếp giáp được cho

là một hạn chế đối với tín hiệu đo ở dãi tần số cao.

Cơ cấu đo điện động có thể chỉ được sử dụng để đo tín hiệu có tần số lên đến 1000Hz (do

điện cảm nối tiếp), các cơ cấu đo từ điện (có bộ chỉnh lưu) có thể sử dụng để đo tín hiệu

có tần số lên đến 10 000Hz, millivoltmeter xoay chiều có thể đo các tín hiệu có tần số lên

đến một vài MHz. Các hạn chế tần số khác có thể gây ra do các điện dung song song.

Máy hiện sóng có thể sử dụng để đo các tín hiệu có tần số ở dãi megahertz, nhưng giá

thành sẽ tăng khi cần độ rộng băng tần cao hơn. Máy hiện sóng không sử dụng cuộn dây

và hệ thống chỉ thị kim, do vậy ảnh hưởng bất lợi ở phần lớn các cơ cấu đo sẽ được hạn

chế và loại bỏ.

- Giới hạn về trở kháng. Các thiết bị đo được dùng để đo các tín hiệu ac, có trở kháng ra

phụ thuộc vào mạch ra của transistor được sử dụng. Một máy phát tín hiệu tần số cao có

thể có trở kháng là 75Ω hay 50Ω để phù hợp với trở kháng vào của hệ thống cần đo. Các

thiết bị đo điện áp như voltmeter và máy hiện sóng có trở kháng vào cao. Một voltmeter

tốt vừa phải có thể có trở kháng vào khoảng 20000Ω / V, trong khi một máy hiện sóng và

đồng hồ đo số hay đồng hồ đo điện tử có thể có trở kháng vài megohm. Thiết bị đo điện

áp có trở kháng cao hơn sẽ cho độ chính xác của phép đo cao hơn, hay có ảnh hưởng quá

tải ít hơn. Trở kháng của các cơ cấu đo cuộn dây động tuỳ thuộc vào độ nhạy của đồng

hồ, còn trở kháng của máy hiện sóng kiểu ống tia phụ thuộc vào trở kháng vào của bộ

khuyếch đại dọc sử dụng trong máy hiện sóng.

1.7 ẢNH HƯỞNG DO QUÁ TẢI

Ảnh hưởng do quá tải có nghĩa là sự suy giảm về trị số của thông số ở mạch cần đo khi

mắc thiết bị đo vào mạch. Thiết bị đo sẽ tiêu thụ công suất từ mạch cần đo và sẽ làm tải

của mạch cần đo. Điện trở của đồng hồ đo dòng sẽ làm giảm dòng điện trong mạch cần

đo. Tương tự, một voltmeter khi mắc song song với mạch có điện trở cao, thực hiện vai

trò như một điện trở song song [shunt], nên sẽ làm giảm điện trở của mạch. Điều này tạo

ra mức điện áp thấp trên tải đọc được trên đồng hồ đo. Do đó, đồng hồ sẽ chỉ thị mức

điện áp thấp hơn so với điện áp thực, nghĩa là cần phải lấy mức điện áp cao hơn để có độ

lệch đúng. Như vậy, ảnh hưởng do quá tải sẽ hạn chế độ nhạy và do đó cũng được gọi là

giới hạn độ nhạy. Ảnh hưởng quá tải sẽ được biểu hiện ở đồng hồ đo điện áp [voltmeter]

như sau.

Cho điện trở tải là RL và nội trở của đồng hồ là RM. Cùng với một điện trở mắc nối tiếp

với tải RL là RS (hình 1.1). Điện áp thực tế trên RL là VL khi không mắc đồng hồ đo vào

mạch, và VM là điện áp trên tải khi có đồng hồ đo được tính theo phương trình (1.1) và

(1.2) tương ứng.

S L

L

L R R

V E R

+

×

= (1.1)

( // )

( // )

S L M

L M

M R R R

V E R R

+

×

= (1.2)

Ảnh hưởng quá tải tính theo phần trăm có thể tính bằng (VL - VM) x 100 / VL, như ở ví dụ

1.1 và 1.2.

Ví dụ 1.1: Với hai đồng hồ đo điện áp, một đồng hồ có độ nhạy là 20 000Ω/V, và đồng

hồ còn lại có độ nhạy là 1000Ω/V, đo điện áp trên RL trong mạch ở hình 1.2, trên thang

đo 10V của đồng hồ. Tính sai số do quá tải cho cả hai đồng hồ.

Trường hợp thứ nhất: = Ω

×

= k

3

200

300

// 100 200 RL RM

Điện áp thực tế khi chưa có đồng hồ = 9,1V

11

100

110

10 100 = =

×

Điện áp đo được = 8,7V

23

200

3

10 200

3

10 200

= =

+

×

, Vậy, sai số theo phần trăm là 4,4%

Trường hợp thứ 2: Điện áp thực tế là 9,1V (như đã tính ở trên)

= Ω

×

= k

11

100

110

// 100 10 RL RM

Điện áp đo được = 4,8V

21

100

11

10 100

11

10 100

= =

+

×

, Vậy, sai số theo phần trăm là 47,3%

Ví dụ 1.1, là đối với nguồn điện áp hằng. Ví dụ 1.2, cho thấy ảnh hưởng khi nguồn cung

cấp cho tải là được cung cấp từ một nguồn dòng hằng.

Ví dụ 1.2: Một nguồn dòng điện không đổi sẽ cung cấp dòng điện là 1,5mA cho tải điện

trở là 100kΩ. Tính điện áp đúng và điện áp gần đúng trên tải khi sử dụng đồng hồ đo có

điện trở là 1000Ω / V để đo điện áp trên thang đo 100V. Tính sai số do quá tải theo

phần trăm.

Điện áp đúng = 1,5mA x 100kΩ = 150V

Điện trở của đồng hồ đo = 100V x 1000Ω/V = 100kΩ

Điện trở tương đương = 100kΩ // 100kΩ = 50kΩ

Điện áp trên điện trở 50kΩ = 1,5mA x 50kΩ = 75V

Vậy điện áp đo được = 75V

Sai số % do quá tải = (150V - 75V) x 100 / 150V = 50%

1.8 CAN NHIỄU Ở PHÉP ĐO.

So với tạp nhiễu bên trong được tạo ra bởi các gợn sóng của nguồn cung cấp, hay bằng

sự di chuyển lớn một cách ngẫu nhiên về cả số lượng và vận tốc của các điện tử trong

các cấu kiện chủ động và thụ động (gọi là nhiễu Johnson hay nhiễu trắng, nhiễu vạch),

hoặc do các quá trình quá độ gây ra bởi sự giảm đột ngột thông lượng qua một điện cảm,

các thiết bị đo có thể bị can nhiễu từ bên ngoài được giải thích như sau.

1. Can nhiễu tần số thấp. Khi các dây dẫn điện nguồn cung cấp chính ac chạy song song

gần với các đầu dây tín hiệu đo, thì nhiễu mạnh ac (tần số 50Hz) sẽ can nhiễu vào đầu tín

hiệu đo do hiệu ứng điện dung giữa các dây dẫn.

2. Can nhiễu tần số cao. Các tín hiệu tần số cao được tạo ra bất cứ khi nào có sự phát ra

tia lửa điện ở vùng xung quanh thiết bị đo. Tia lửa điện có thể tạo ra khi chuyển mạch

nguồn cung cấp, do các hệ thống đánh lửa, do các động cơ điện một chiều, do các máy

hàn, do sự phóng điện hào quang (tức sự ion hoá không khí gần các mạch điện áp cao),

và do hồ quang điện trong các đèn huỳnh quang. Tia chớp là các nguồn tần số cao trong

tự nhiên. Phát thanh quảng bá từ các đài thu phát vô tuyến và các đài phát thanh di động

công suất cao, được lắp đặt gần các thiết bị đo cũng tạo ra các tín hiệu tần số cao. Các tín

hiệu cao tần đó đều có thể can nhiễu vào thiết bị đo, các tín hiệu cao tần có thể được

chỉnh lưu bằng các cấu kiện bán dẫn có trong các thiết bị đo, và như vậy sẽ tác động đến

các kết quả đo do điện áp không mong muốn thể hiện dưới các dạng khác nhau trong

phép đo, làm cho kết quả đo sai hoàn toàn. Một số phép đo dc tiến hành ở các điểm đo

trong mạch có cả điện áp dc và điện áp của các tín hiệu tần số cao. Các phép đo điện áp

dc sẽ không chính xác nếu không lọc bỏ điện áp cao tần trước khi tín hiệu đo được chỉnh

lưu trong thiết bị đo.

Các cách phòng ngừa và khắc phục ở các phép đo để loại bỏ can nhiễu cao tần.

1. Trước tiên là bao bọc có hiệu quả thiết bị đo để không bị can nhiễu ngoài trực tiếp vào

thiết bị đo.

2. Thiết bị đo phải được nối đất.

3. Cần phải lọc các tín hiệu không mong

muốn tại mạch vào, dây đo và dây nguồn

cung cấp để các tín hiệu cao tần sẽ được lọc

bỏ trước khi chỉnh lưu, phải có mạch chọn

băng tần tín hiệu đo để loại bỏ nhiễu và can

nhiễu tần số cao. Mạch nối với bệ máy cần

phải đảm bảo. Mối hàn bị nứt hay thiếu kết

nối, sẽ tạo ra một điện trở giữa đầu vào và

đất đối với các tín hiệu tần số cao, nên điện

áp cao tần sẽ xâm nhập tại đầu vào như minh

hoạ ở hình 1.3. Tụ điện trong hình 1.3, dùng

để lọc bỏ các tín hiệu cao tần, có vai trò như một ngắn mạch đối với tần số cao. Nếu tụ

hở mạch, hay điểm G không kết nối với đất (do áp lực nào đó hay mối hàn bị nứt), thì tín

hiệu tần số cao sẽ có tại điểm A sẽ được đưa đến đầu vào của mạch khuyếch đại bằng

transistor, nên sẽ được khuyếch đại và chỉnh lưu (phần phi tuyến của đặc tuyến) và sẽ có

tại đầu ra dưới dạng điện áp dc. Các đài phát thanh quảng bá địa phương thỉnh thoảng

nghe được trong ống nghe điện thoại do can nhiễu đó.

4. Khi thực hiện phép đo dc tại điểm có cả điện áp dc cũng như điện áp cao tần, điện áp

cao tần có thể gây ra mức dòng điện lớn chảy qua đầu que đo bởi vì đầu que đo gần như

được ngắn mạch với bệ máy đối với tín hiệu cao tần thông qua ảnh hưởng điện dung, có

thể làm nóng đầu que đo (thực tế này xảy ra khi đo các điện áp dc trong máy phát). Mắc

nối tiếp cuộn cảm RF với đầu que đo để loại bỏ tình trạng trên.

5. Sử dụng mạch khuyếch đại thuật toán ở chế độ vi sai sẽ làm giảm các tín hiệu nhiễu

đồng kênh rất cơ bản, có thể loại bỏ nhiễu đồng kênh lên đến mức 100dB. (Nếu mặc dù

đã có các dự phòng nhiễu cao tần trên, hư hõng hệ thống có thể từ tầng này đến tầng

khác, thì nguyên nhân có thể là vỏ bảo vệ, nối đất, mạch lọc và cuộn cảm cao tần, cần

phải kiểm tra kỹ các vần đề đó).

1.9 VỎ BẢO VỆ.

Vỏ bảo vệ là lớp chặn bằng vật liệu dẫn điện được lắp ở phần có tín hiệu nhiễu. Hiệu quả

của lớp bảo vệ tuỳ thuộc vào: (i) kiểu lớp bảo vệ, (ii) các đặc tính của vật liệu làm lớp

bảo vệ và (iii) độ hở của lớp bảo vệ.

Trường nhiễu có thể là điện trường hoặc từ trường. Các lớp bảo vệ bằng từ tính sử dụng

vật liệu sắt từ như sắt. Các lớp bảo vệ tĩnh điện sử dụng vật liệu dẫn điện không nhiễm từ

như nhôm. Các vật liệu dẫn điện có đặc tính điện môi kém nên sẽ hấp thụ các nhiễu do

điện trường tĩnh. Ngoài việc hấp thụ, nhiễu cũng sẽ giảm do sự phản xạ của điện trường

khỏi lớp bảo vệ. Độ hấp thụ nhiễu tỷ lệ với độ dày của vật liệu. Sự phản xạ sẽ xảy ra khi

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ

7

có gián đoạn trở kháng đặc trưng giữa lớp bảo vệ và môi trường xung quanh lớp bảo vệ.

1.10 NỐI ĐẤT

Có đường dẫn trở lại mức đất trên bảng mạch in, thường là đường mạch rộng và có điện

trở rất thấp. Dây tín hiệu cần phải được đặt gần với đường nối đất để giảm ảnh hưởng

điện cảm. Đường mức đất trên mạch bảng mạch sẽ được nối với đường đất hiệu dụng.

Mức đất, như mạch ở hình 1.4, là không đúng, bởi vì điện áp được bọc lộ trên chiều dài

Zp do phần từ II sẽ được nối trở lại phần tử I. Ảnh hưởng sẽ xấu nếu phần tử I có độ nhạy

cao, hoặc nếu phần tử II là thiết bị công suất lớn.

Các cách nối đất như mạch ở hình 1.5a, và 1.5b, là thích hợp, nhất là đối với tín hiệu có

tần số trên 10MHz, nếu chú ý chọn để tránh việc hình thành các vòng đất.

1.11 SO SÁNH THIẾT BỊ ĐO TƯƠNG TỰ VÀ THIẾT BỊ ĐO SỐ.

Các thiết bị đo tương tự sử dụng độ lệch của kim chỉ thị do tương tác giữa dòng điện và

từ trường, hoặc giữa hai từ trường. Đa số các bộ phận cơ cấu động đều có ma sát, nên có

nhiều hạn chế (như giới hạn tần số cao, độ nhạy, sai số do quá tải) và các sai số. Trong

các đồng hồ đo số, không liên quan đến sự làm lệch, số chỉ thị được đọc ở bộ hiển thị

(hiển thị bằng tinh thể lõng hay bằng LED), nên các đồng hồ đo số không có các sai số

như của các đồng hồ đo tương tự.

Các ưu điểm của thiết bị đo số so với các loại đồng hồ đo tương tự như sau.

a) Ưu điểm của đồng hồ đo số so với đồng hồ đo tương tự.

1. Độ chính xác cao (thông dụng là 0,0005% hay 5ppm)

2. Độ rõ cao (khi số lượng đo được thể hiện bằng chữ số, nên sẽ không thay đổi giá trị

của nó) (điển hình là 1ppm).

3. Độ phân giải tốt hơn (tình trạng không rõ ràng chỉ bị giới hạn nhiều nhất là một chữ

số).

4. Không có sai số do thị sai.

5. Không có sai số do đọc. Không có sai số trong việc chuyển đổi số liệu đo.

6. Trở kháng vào rất cao (điển hình là 10MΩ và điện dung vào thấp là 40pF) và vì vậy

sai số do quá tải không đáng kể.

7. Trở kháng vào hầu như không thay đổi trên tất cả các thang đo.

8. Sự định chuẩn từ các nguồn mẫu bên trong đồng hồ là hoàn toàn ổn định.

9. Không có sai số do dạng sóng tín hiệu.

10. Hiển thị cực tính tự động, có khả năng tự động chỉnh 0 và tự động chuyển thang đo.

Các thang đo thay đổi theo các nấc thập phân thay vì thang đo 10 , nên có số lượng

thang đo ít hơn, khả năng mở rộng thang đo lớn hơn.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ

8

11. Có khả năng xử lý số đo bằng máy tính. Các số liệu đo có thể được lưu trữ và truy

suất bất kỳ lúc nào.

12. Có khả năng xử lý các tín hiệu đo ở dãi tần số rộng hơn.

13. Thao tác đo đơn giản, chỉ cần ấn nút ấn để thiết lập lại tự động chính xác thiết bị đo

cho các số liệu đo mới.

14. Có khả năng kết hợp nhiều thiết bị đo vào một thiết bị bằng kỹ thuật số. Có thể lập

trình phép đo dễ dàng.

15. Thiết bị đo gọn và kết cấu chắc chắn hơn.

b) Các nhược điểm của đồng hồ đo số.

1. Cần phải có nguồn cung cấp do sử dụng các vi mạch (IC).

2. Các đại lượng thay đổi chậm, như khi nạp tụ không thể quan sát được. Các đồng hồ

tương tự có thể quan sát các biến thiên như khi đo thử tụ điện phân.

3. Khi đo thử diode không thể thực hiện như cách thông thường, nên có bổ sung mạch

chuyên dụng dành riêng cho mục đích đo thử diode ở một số đồng hồ đo số (tức chức

năng đo mức sụt áp trên tiếp giáp pn).

4. Giá thành cao, nhưng giá thành sẽ giảm xuống theo sự phát triển của công nghệ chế

tạo các IC mới.

Vẫn còn nhiều tranh luận giữa các lợi thế của thiết bị đo tương tự so với các hiển thị số.

Tuy nhiên, các ưu điểm của thiết bị đo số có phần được chú trọng hơn các loại thiết bị đo

tương tự, nên thiết bị đo số ngày càng trở nên thông dụng hơn, nhất là khi giá thành của

thiết bị đo số giảm xuống. Trong các hệ thống đo rất phức tạp, cơ cấu đo tương tự chỉ thị

kim có thể thể hiện bằng hình vẽ trên máy tính ngoài hiển thị số.

1.12 CHỌN KHOẢNG ĐO TỰ ĐỘNG VÀ ĐO TỰ ĐỘNG

Khoảng đo tự động sẽ định vị dấu chấm thập phân một cách tự động để nhận được độ

phân giải tối ưu. Nếu số chỉ thị dưới 200, thiết bị đo số 3 ½ - chữ số sẽ tự động được

chuyển mạch đến thang đo có độ nhạy cao hơn, còn nếu giá trị hiển thị cao hơn 1999, thì

thang đo có độ nhạy ít hơn tiếp theo sẽ được chọn. Bộ đếm và bộ giải mã sẽ thay đổi vị

trí dấu chấm thập phân khi yêu cầu khoảng đo tự động.

Một đồng hồ đo tự động hoàn toàn chỉ cần tín hiệu cần đo có tại hai đầu vào của đồng hồ

đo và điều chỉnh để đo thông số nào, còn sau đó toàn bộ các tiến trình đo (chính 0, chỉ thị

cực tính, thang đo, hiển thị) sẽ được tiến hành tự động.

Đối với các thiết bị đo tinh vi, khuynh hướng là kết hợp nhiều thiết bị đo vào một thiết

bị. Ví dụ, bộ giám sát thông tin có các thiết bị đo như sau:

1. Máy tạo tín hiệu RF 2. Máy tạo tín hiệu AF

3. Đồng hồ đo công suất RF 4. Voltmeter số

5. Đồng hồ đo công suất AF 6. Đồng hồ đo độ nhạy

7. Đồng hồ đo hệ số méo dạng 8. Bộ đếm tần số

9. Máy phân tích phổ 10. Máy hiện sóng nhớ số

Bất kỳ thiết bị đo nào trong số các thiết bị đo trên có thể hình thành hoạt động theo lập

trình. Chế độ làm việc đã được chọn, thiết bị đo sẽ được chọn, loại phép đo yêu cầu đã

được lập trình theo lệnh, nên tín hiệu ra sẽ được hiển thị hay được in, toàn bộ được điều

khiển bằng bàn phím. Phép đo theo chương trình trên máy tính cũng gọi là đo tự động.

1.13 ĐO TRONG MẠCH (ICT)

Việc đo thử trong mạch có thể đo thử IC mức độ nhỏ hay trung bình mà không cần tháo

IC ra khỏi mạch. Điểm mấu chốt của ICT là giao diện BON. Các đầu kẹp là các đầu que

đo ở bộ giao tiếp sẽ được bật để gắn được tải, nối chắc chắn đến điểm cần đo thử.

Chương trình đo thử tự động sẽ cung cấp dữ liệu vào để đo thử linh kiện. Ví dụ, để đo

thử một IC, bộ đo thử trong mạch sẽ truy xuất bảng trạng thái cho IC từ RAM của thiết

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ

9

bị đo thử tự động (ATE), và sẽ so sánh với dữ liệu ra của IC cần đo thử với bảng trạng

thái chính xác.

1.14 KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ

Phép đo cần phải được thực hiện một cách cẩn thận và sự thể hiện các số liệu đo phải

phù hợp sau khi đã có tính toán đến các giới hạn về độ nhạy, độ chính xác và khả năng

của thiết bị đo. Đôi khi số đo có thể đúng nhưng nếu thể hiện kết quả sai, người ta có thể

hiểu mạch đang tốt là có sai hỏng và ngược lại. Hơn nữa, việc sử dụng thiết bị đo sai có

thể tạo ra các nguy hiểm cho sự an toàn của người đo và thiết bị đo. Các kỹ thuật đo sau

đây cần phải tuân theo khi đo thử hay thực hiện các phép đo trong việc chẩn đoán hư

hỏng, sửa chữa và bảo dưỡng các thiết bị điện tử.

1. Nối thiết bị đến nguồn điện lưới, tốt hơn hết là thông qua đầu nối ba chân, và thực hiện

bật nguồn cho hệ thống theo trình tự sau:

Các điểm quan trọng được chuyển mạch ON đầu tiên, tiếp theo là đóng [ON] nguồn cung

cấp, sau đó đóng [ON] thiết bị đo, và cuối cùng đóng nguồn cung cấp cho mạch cần đo

thử. Khi tắt (chuyển mạch sang OFF), thì trình tự là ngược lại, thì trình tự phải được thực

hiện ngược lại: trước tiên tắt nguồn cung cấp cho mạch cần đo, tiếp theo là tắt thiết bị đo,

sau đó tắt nguồn cung cấp và cuối cùng là ngắt điện lưới. Điều này sẽ bảo vệ thiết bị đo

và thiết bị cần đo khỏi các xung quá độ. Không hàn hay tháo mối hàn linh kiện khi nguồn

cung cấp đang bật.

2. Bất kỳ lúc nào cũng phải tắt thiết bị đo còn nếu thiết bị đo được chuyển mạch sang

đóng [on] ngay sau đó thì cần phải có khoảng thời gian đáng kể để cho phép các tụ trong

thiết xả.

3. Các thiết bị đo thử cần phải được nối đất một cách hiệu quả để giảm thiểu các biến

thiên của nhiễu.

4. Chọn thang đo phù hợp theo tham số cần đo, tuỳ theo giá trị đo yêu cầu. Nếu không

biết giá trị đo yêu cầu, thì hãy chọn thang đo cao nhất và sau đo giảm dần thang đo cho

phù hợp, để tránh cho thiết bị đo bị quá tải và bị hư hõng. Thang đo được chọn cuối cùng

sẽ cho kết quả đo gần với độ lệch lớn nhất có thể có đối với phép đo điện áp và dòng

điện, và gần mức trung bình đối với phép đo điện trở, để có độ chính xác tối ưu đối với

hệ thống đo.

5. Khi giá trị đo bằng 0, thì đồng hồ đo cần phải chỉ thị bằng 0, nếu không thì cần phải

được chỉnh 0 phù hợp.

6. Không sử dụng các đầu que đo nhọn có kích thước lớn vì chúng có thể gây ngắn mạch.

Các đầu que đo cần phải nhọn nhất nếu có thể được.

7. Điều quan trọng của việc nối các điểm đo thử: các hãng chế tạo thiết bị thường quy

định các điểm đo thử tại các vị trí thuận tiện trên bảng mạch in. Điện trở, mức điện áp dc,

mức điện áp tín hiệu và các dạng sóng của tín hiệu sẽ được quy định cho mỗi điểm đo

thử. (điểm đo thử thường là cọc lắp đứng trên bảng mạch in). Các điểm đo thử sẽ được

đệm tốt nhất để tránh nguy hiểm quá tải cho mạch cần đo. Các điểm đo thử được thiết kế

bởi các nhà chuyên môn có kinh nghiệm, khi cần khảo sát thiết bị, không được bỏ qua

các điểm đo thử như vậy trong quá trình sửa chữa.

8. Thông thường các đầu que đo mang dấu dương và âm đối với các phép đo điện áp và

dòng điện trong mạch. Nguồn pin bên trong đồng hồ đo sẽ có cực tính ngược lại, tức là

đầu que đo âm của nguồn pin trong đồng hồ đo sẽ được nối đầu que được đánh dấu

dương (que đo màu đen) và ngược lại, như thể hiện ở hình 1.6. Thực tế này cần phải nhớ

khi đo thử các diode, các tụ điện phân, các transistor và các vi mạch.

9. Nếu các điểm đo thử là không cho trước, hoặc nếu các phép đo là được thực hiện tại

các điểm khác nhau, thì cần phải chú ý các điểm như sau:

a) Khi đo các điện áp dc, phép đo cần phải được thực hiện ngay tại các linh kiện thực tế,

và đối với vi mạch đo trực tiếp trên các chân.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ

10

b) Sử dụng đầu kẹp đo thử IC để thực hiện các phép đo trên các chân của IC.

c) Khi cần đo tín hiệu trên mạch in trong bảng mạch, nên kẹp đầu đo trên chân của cấu

kiện điện tử được nối với đường mạch in.

d) Khi thực hiện các phép đo trên bảng mạch, cần phải đảm bảo rằng các IC không bị

điện tích tĩnh do thiết bị đo.

e) Khi kiểm tra hở mạch, hãy tháo một đầu của cấu kiện điện tử rồi thực hiện phép đo.

Nếu cấu kiện không được tháo một đầu, thì các cấu kiện khác mắc song song với cấu

kiện nghi ngờ sẽ chỉ thị không đáng tin cậy. Có thể kiểm tra cấu kiện nghi ngờ bằng cầu

đo. Khi tháo mối hàn ra khỏi bảng mạch in là khó khăn thì có thể cắt đường mạch in liên

quan, do dễ dàng hàn lại vết cắt hơn so với việc tháo mối hàn cấu kiện để đo rồi hàn lại,

nhưng khi hàn lại vết cắt, cần đề phòng mối hàn bị nứt không xảy ra.

f) Việc tháo và hàn IC là một quá trình khá phức tạp cần phải hết sức cẩn thận. Cần phải

tháo mối hàn cho IC để đo thử chỉ khi xác minh chắc chắn các phép đo trên bảng mạch

cho thấy IC đã thực sự hỏng.

10. Cần phải tuân theo các lưu ý về an toàn để đảm bảo an toàn cho người đo, thiết bị đo.

11. Cần phải tuân theo các chỉ dẫn từ hướng dẫn sử dụng thiết bị đo thử, cũng như trình

tự đo thử.

12. Cần phải nghiên cứu kỹ cách vận hành thiết bị đo để thực hiện phép đo và cần phải

tuân theo tất cả các điểm lưu ý đã được đề cập.

TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 1.

Các thiết bị đo dùng để xác định giá trị thông số của một thiết bị hay hệ thống điện tử.

Các thuật ngữ độ chính xác, độ rõ, độ phân giải và độ nhạy dùng để quy định một thiết bị

đo.

Có thể có các kiểu sai số khác nhau kèm theo trong các kết quả đo là các sai số thô, các

sai số hệ thống và các sai số ngẫu nhiên.

Thiết bị đo có thể có giới hạn về thang đo, độ nhạy, tần số, trở kháng, ảnh hưởng do quá

tải và già hoá.

Thiết bị đo có thể bị can nhiễu từ bên ngoài do không nối đất thiết bị đo, hay do không

lọc tín hiệu tần số cao.

Ở các đồng hồ đo kiểu tương tự, do trọng lượng, sự cân bằng và ma sát của cơ cấu đo

kiểu độ lệch nên có hạn chế về tần số, hạn chế về độ nhạy và các sai số khác. Đối với các

thiết bị đo kiểu số, do không sử dụng cơ cấu đo kiểu độ lệch, nên sẽ có độ chính xác cao,

độ rõ cao, độ phân giải tốt hơn, không có sai số do đọc, không có sai số do dạng sóng và

ảnh hưởng do quá tải không đáng kể. Ngoài ra còn có các ưu điểm khác về thang đo và

xử lý tính toán kết quả đo tự động ở đồng hồ đo số.

Để đo các thông số một cách chính xác, cần phải tuân theo các lưu ý như trình tự đóng -

mở đúng, hiệu chỉnh 0, nối đất thiết bị đo, chọn thang đo và cực tính đúng, và các lưu ý

về an toàn điện thông thường.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

11

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO VÀ QUAN SÁT DẠNG TÍN HIỆU

Thiết bị đo và quan sát dạng tín hiệu hay máy hiện sóng, gọi tắt là CRO [Cathode -

Ray Oscilloscope], là thiết bị đo điện tử rất đa năng, dùng để đo thử trong các hệ thống

điện tử. Máy hiện sóng sẽ hiển thị các dạng sóng của tín hiệu trên màn hình, nên có thể

đo biên độ cũng như tần số của tín hiệu. Về cơ bản, máy hiện sóng dùng để đo điện áp,

nhưng cũng có thể đo dòng điện, nếu dòng điện được biến đổi thành điện áp khi cho

dòng điện chảy qua một điện trở cố định. Tương tự, máy hiện sóng có thể đo điện trở nếu

dòng điện từ một nguồn dòng hằng được chảy qua điện trở cần đo như đối với DMM

(chương 3). Máy hiện sóng hai vệt có thể dùng để so sánh hai dạng sóng khác nhau, còn

máy hiện sóng hai chùm tia có thể dùng để so sánh các thay đổi về pha liên quan ở hai

dạng sóng. Máy hiện sóng có thể được sử dụng hiệu quả để quan sát dạng sóng thực tế

trên màn hình và để định lượng dạng sóng. Máy hiện sóng có thể dùng để hiển thị đại

lượng bất kỳ nếu có thể biến đổi được thành điện áp. Do máy hiện sóng là thiết bị đo đa

dụng nên cũng được sử dụng trong các lĩnh vực đo và quan sát khí tượng, sinh học, y tế

và công nghiệp.

2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY HIỆN SÓNG TƯƠNG TỰ

Máy hiện sóng bao gồm ống tia cathode (CRT), và các mạch làm lệch để hiển thị dạng

sóng. Nguyên lý hoạt động của ống tia cathode và các mạch làm lệch được giải thích như

sau:

a) Ống tia cathode.

Bộ phân chính của máy hiện sóng là ống tia cathode, đó là một đèn phát xạ điện tử do

nhiệt độ cao bao gồm một súng điện tử, các bản làm lệch và màn hình huỳnh quang. Tất

cả được bọc trong vỏ bằng thuỷ tinh, rút chân không như ở hình 2.1.

Súng điện tử gồm cathode được làm bằng Vonfram sẽ được đốt nóng để phát xạ các điện

tử. Sự di chuyển của các điện tử được điều khiển bởi lưới điều khiển có điện áp âm hơn

so với cathode. Các điện tử di chuyển qua các điện trường tạo ra bởi các lưới hội tụ và

lưới gia tốc, để tạo thành tia hội tụ sắc nét. Chùm tia điện tử năng lượng cao sẽ đập vào

màn hình huỳnh quang, nên sẽ làm cho các phần tử phosphor loé sáng. Ở phần loe của

ống thuỷ tinh, có phủ lớp than chì cả hai bên lớp vỏ thuỷ tinh. Lớp than chì bên trong sẽ

ngăn các điện tử khỏi phát xạ thứ cấp, còn lớp than phủ bên ngoài làm nhiệm vụ bảo vệ,

để tránh sự bức xạ nhiễu tín hiệu quét. Một lớp nhôm mõng cũng được đặt gần sát màn

hình để chặn các ion dịch chuyển khỏi sự va chạm màn huỳnh quang và cũng dùng để

phản xạ ánh sáng trở lại phía màn hình nhằm cải thiện độ phát sáng của tia sáng. Ống tia

cần phải có điện áp vài kV (gọi là đại cao áp hay điện thế EHT) đặt vào lớp phủ than chì

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

12

bên trong. Các lưới khác sẽ lấy các mức điện áp dc thích hợp từ điện áp cao thông qua

mạch phân áp.

Sự làm lệch tia theo chiều ngang có được bằng cách sử dụng tín hiệu răng cưa. Sự làm

lệch tia theo chiều dọc nhờ tín hiệu cần quan sát. Các mạch điều khiển độ lệch tia ở máy

hiện sóng (ngoài ống tia), sử dụng các transistor nên yêu cầu các mức điện áp dc thấp để

hoạt động.

b) Làm lệch chùm tia.

Nguyên lý hoạt động của bộ gốc thời gian (làm lệch ngang). Chùm tia sẽ được làm lệch

theo chiều ngang bằng cách áp đặt một điện áp răng cưa (như ở hình 2.2a), lên cặp bản

lệch (gọi là cặp bản lệch ngang) theo kiểu làm lệch tĩnh điện. Khi không có điện áp tín

hiệu lên hai bản lệch (điểm A' của tín hiệu răng cưa ở hình vẽ), điểm sáng do tia tạo ra tại

điểm bắt đầu A trên màn hình. Khi mức điện áp của bản lệch bên phải tăng dần so với

bản lệch bên trái, thì điểm sáng sẽ di chuyển về bên phải nên lần lượt qua đến các điểm

B, C, D và E trên màn hình, tương ứng với mức điện áp răng cưa B', C', D' và E'. Sau đó

điện áp răng cưa sẽ trở về lại mức 0 nên điểm sáng sẽ trở lại điểm A ban đầu.

Sự làm lệch dọc. Cặp bản lệch thứ hai gọi là cặp bản làm lệch dọc. Tín hiệu vào cần đo

sẽ được đặt vào cặp bản lệch dọc sau khi đã được khuyếch đại. Do ảnh hưởng của mức

điện áp lệch dọc mà chùm tia điện tử sẽ bị lệch theo chiều dọc trong khoảng P và Q, như

ở hình 2.2b.

Như vậy, chùm tia sẽ chịu hai sự làm lệch ngang và dọc đồng thời, nên ảnh hưởng hợp

thành là tái tạo lại tín hiệu có biên độ thay đổi theo thời gian, như thể hiện ở hình 2.2c.

Khi sự làm lệch theo chiều ngang điều khiển điểm sáng từ A đến B, thì làm lệch dọc sẽ

kéo điểm sáng đến P, nên sau khoảng thời gian AB, điểm sáng không phải tại B mà là tại

P. Tương tự, sau khoảng thời gian AC điểm sáng là tại C; sau khoảng thời gian AD, điểm

sáng là tại Q, và sau khoảng thời gian AE, điểm phát sáng là tại E, v. v. . . . Do vậy, các

phần tử phát quang APCQE sẽ lần lượt phát sáng và hiển thị dạng sóng vào. Ô lưới khắc

độ trên mặt máy hiện sóng sẽ cho phép đo khoảng thời gian trên trục ngang (X), và biên

độ trên trục dọc (Y).

Xoá tia quét ngược hay tia quay về.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

13

Tín hiệu răng cưa giảm rất nhanh từ giá trị lớn nhất về 0, gọi là tia quay về, hay tia quét

ngược. Tín hiệu quét ngược sẽ không được nhìn thấy trên màn hình, nếu không thì dạng

sóng được hiển thị sẽ trở nên méo dạng lớn. Do đó trong suốt khoảng thời gian quét

ngược, ống tia sẽ được giữ ở trạng thái ngưng phát sáng, gọi là xoá tia, bằng cách cung

cấp mức điện áp âm cho lưới điều khiển so với cathode.

c) Đồng bộ.

Đồng bộ được sử dụng để thể hiện quá trình làm cho dạng sóng ổn định. Dạng sóng sẽ ổn

định nếu tín hiệu quét bắt đầu tại giá trị 0 của tín hiệu vào. Giả sử thời gian quét thể hiện

5 chu kỳ của tín hiệu vào, tiếp theo sau khi quét ngược, vệt sáng sẽ phải bắt đầu với điểm

đầu là chu kỳ thứ 6 của tín hiệu vào. Điều này có thể thực hiện hoặc bằng sự kích khởi

bộ tạo dao động quét một trạng thái bền liên tục với một xung từ tín hiệu vào, hoặc bằng

một tín hiệu ngoài bất kỳ, hay nếu tín hiệu quét tuần hoàn thì bằng cách điều chỉnh mạch

quét dựa trên việc tinh chỉnh định thời. Tinh chỉnh độ biến thiên thời gian, có thể thực

hiện bằng cách cung cấp một phần nhỏ tín hiệu vào cho mạch dao động tạo tín hiệu quét

tuần hoàn.

Số lượng chu kỳ dạng sóng được hiển thị trên màn hình sẽ tuỳ thuộc vào khoảng thời

gian cần thiết để điểm sáng di chuyển từ điểm bắt đầu (điểm tận cùng bên trái của màn

hình) đến điểm tận cùng bên phải, và chu kỳ (hay tần số) của tín hiệu vào. Nếu khoảng

thời gian của tín hiệu răng cưa bằng một nữa chu kỳ (T/2) của dạng sóng vào, thì một

nữa chu kỳ dạng sóng vào sẽ được hiển thị. Nếu thời gian quét của tín hiệu răng cưc

bằng một chu kỳ của tín hiệu vào thì toàn bộ chu kỳ sẽ được hiển thị. Nếu thời gian quét

của tín hiệu răng cưa bằng 2 chu kỳ tín hiệu vào thì hai chu kỳ sẽ được hiển thị, v. v. . .

Do vậy, khi biết khoảng thời gian tạo vệt theo chiều ngang và số lượng chu kỳ được hiển

thị trên màn hình, thì có thể xác định chu kỳ hay tần số của tín hiệu vào. Khoảng thời

gian tạo vệt ngang sẽ được chỉ thị trên chức năng điều khiển thời gian / vạch chia

[Time/Div], tính theo đơn vị ms/div hay μs/div.

d) Độ nhạy của sự làm lệch.

Biên độ của dạng sóng vào sẽ được xác định bằng cách đếm số vạch chia theo chiều dọc

trên màn hình từ đỉnh đến đỉnh của dạng sóng. Suy ra một nữa số vạch chia sẽ là biên độ

đỉnh của dạng sóng cần đo. Giá trị của mỗi vạch chia theo chiều dọc sẽ được chỉ trên

chuyển mạch điều khiển hệ số khuyếch đại dọc theo mV/div hay V/div. Chuyển mạch

điều khiển dọc được gọi là độ nhạy của sự làm lệch. Độ nhạy lệch tuỳ thuộc vào các điện

trở phân áp và hệ số khuyếch đại điện áp của mạch khuyếch đại dọc.

Ví dụ 2.1: Với tín hiệu vào dc là 100mV (đỉnh - đỉnh) đặt vào đầu vào. Mạch phân áp sẽ

làm giảm tín hiệu vào ở mức một phần 10 tại đầu vào của mạch khuyếch đại dọc có hệ

số khuyếch đại là 40dB. Tính mức điện áp thực tế theo vạch chia trên màn hình và vị trí

độ nhạy dọc nếu tín hiệu đo chiếm 5 vạch chia trên màn hình.

Tín hiệu tại đầu vào của mạch khuyếch đại dọc = 100 x 1/10 = 10mV

Hệ số khuyếch đại 40dB có nghĩa là sự khuyếch đại điện áp lên 100 lần.

Do vậy, tín hiệu tại đầu ra của mạch khuyếch đại dọc = 10mV x 100 = 1000mV.

Mức tín hiệu này chiếm 5 vạch chia, nên mức điện áp thực tế trên một vạch chia là

200mV, nhưng thang độ nhạy sẽ được đặt ở mức 20mV / div, để có giá trị chỉ thị đúng là

100mV (đỉnh - đỉnh).

e) Máy hiện sóng vệt đơn.

Sơ đồ khối của máy hiện sóng vệt đơn (theo kiểu quét kích khởi) như ở hình 2.3. Tín

hiệu vào thông qua mạch suy giảm (như trong voltmeter điện tử) theo các thang đo khác

nhau đối với phép đo biên độ. Tín hiệu sau đó sẽ được khuyếch đại bởi mạch khuyếch

đại dọc (khuyếch đại - Y ), và sẽ được cung cấp đến cặp bản lệch dọc để làm lệch theo

chiều dọc. Mạch dao động quét sẽ tạo ra tín hiệu răng cưa và được khuyếch đại để cung

cấp đến cặp bản lệch ngang. Khoảng thời gian của tín hiệu quét được điều khiển bởi

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

14

mạch điều khiển gốc thời gian nên giá trị của khoảng thời gian theo vạch chia sẽ được

chỉ trên chuyển mạch điều khiển định thời trên mặt máy hiện sóng. Đối với một số ứng

dụng đo (chẳng hạn như các mẫu hình Lissajous hay các phép đo độ điều chế), cần phải

đặt theo vị trí quét ngoài và do vậy chuyển mạch S2 sẽ cung cấp tín hiệu quét trong hay

quét ngoài đến mạch khuyếch đại tín hiệu quét theo yêu cầu.

Để giử ổn định dạng sóng hiển thị, cần phải có các thời điểm khởi đầu quét tại cùng một

vị trí của chu kỳ tín hiệu vào, tức là đảm bảo sự đồng bộ, tín hiệu vệt ngang được tạo ra

bởi xung kích khởi lấy từ mạch khuyếch đại dọc (khuyếch đại - Y) sẽ kích khởi mạch

dao động quét bằng bộ đa hài đơn ổn. Khi cần kích khởi ngoài, hay kích khởi bằng tín

hiệu điện ac 50Hz (gắn bên trong máy hiện sóng) cũng có thể sử dụng bằng chuyển

mạch S1.

Dây trễ dùng để bù độ trễ gây ra do sự khởi động mạch quét sau khi kích khởi. Vì vậy,

dây trễ sẽ làm cho tín hiệu đo và tín hiệu quét đến các cặp bản lệch trong ống tia một

cách đồng thời.

f) Quét lặp lại.

Máy hiện sóng sử dụng mạch đa hài chạy tự do nên không cần tín hiệu kích khởi. Mạch

quét sẽ nhận được tín hiệu lặp lại theo mỗi chu kỳ của mạch dao động đa hài. Để dạng

sóng ổn định, cần phải có sự động bộ giữa tần số quét và tần số của tín hiệu cần đo. Điều

này có thể thực hiện bằng cách thay đổi tần số quét nhờ việc điều khiển định thời.

Sự khác nhau giữa quét lặp lại và quét kích khởi. Tần số và pha của tín hiệu quét lặp

lại cần phải được đồng bộ với tín hiệu vào để tạo ra dạng sóng hiển thị ổn định. Nếu tần

số sai lệch, thì sự hiển thị dạng sóng sẽ không ổn định.

Quét kích khởi sẽ hiển thị vệt theo chu kỳ thời gian quy định và vì vậy sẽ ổn định mà

không liên quan đến tần số tín hiệu vào.

g) Máy hiện sóng quét trễ.

Do xung kích khởi, sự khởi đầu quét sẽ bị trễ, nên sẽ không thể quan sát vệt sáng trên

màn hình trong một khoảng thời gian nào đó. Tín hiệu ở bản lệch dọc là liên tục, nên một

phần của tín hiệu cần đo sẽ bị mất. Do vậy, cũng cần phải làm trễ tín hiệu. Vì tín hiệu

không được đặt trực tiếp vào cặp bản lệch dọc mà phải truyền qua mạch dây trễ, để tạo ra

khoảng thời gian cần thiết cho mạch quét khởi đầu tại cặp bản lệch ngang trước khi tín

hiệu cần đo đến cặp bản lệch dọc. Nếu độ trễ tín hiệu là 200ns, và sóng quét bị trễ

khoảng 80ns, thì tín hiệu cần quan sát sẽ được hiển thị theo tín hiệu quét đúng khi bắt

đầu quét, như thể hiện ở hình vẽ 2.4.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

15

h) Máy hiện sóng vệt kép.

Ở máy hiện sóng vệt kép hay hai vệt, một mạch quét đơn sẽ được hiển thị tại hai vị trí

dọc khác nhau trên màn hình theo từng chu kỳ răng cưa luân phiên. Sơ đồ khối máy hiện

sóng hai vệt như ở hình 2.5.

Chuyển mạch điện tử S3 sẽ chọn tín hiệu vào dọc (Y1), được đưa đến mạch khuyếch đại

dọc (Y) trong một khoảng thời gian nào đó, còn tín hiệu Y2 sẽ được cung cấp đến mạch

khuyếch đại dọc trong khoảng thời gian tiếp theo. Chuyển mạch S1 sẽ cho phép kích khởi

hoặc bằng tín hiệu Y1 hoặc bằng tín hiệu Y2, hay bằng tín hiệu ngoài, hay kích khởi bằng

tín hiệu mạng điện 50Hz. Cấu trúc mạch như đối với máy hiện sóng vệt đơn. Chuyển

mạch tự động có tốc độ đủ nhanh để cả hai tín hiệu có thể quan sát một cách rõ ràng trên

màn hình (do độ lưu sáng của chất huỳnh quang và độ lưu sáng ở võng mạc mắt).

Ở máy hiện sóng hai vệt, chỉ có một mạch quét, nên đối với một chu kỳ tín hiệu quét sẽ

điều khiển sự làm lệch dọc của một dạng sóng vào, và đối với chu kỳ quét tiếp theo của

cùng một mạch quét, tín hiệu quét sẽ điều khiển sự làm lệch dọc của tín hiệu vào thứ hai.

Vậy hai dạng sóng của hai tín hiệu vào riêng sẽ được hiển thị, nhưng không được hiển thị

đồng thời. Do đó không thể so sánh độ lệch pha giữa hai dạng sóng. Để so sánh quan hệ

về pha, cần phải có hai dạng sóng được hiển thị đồng thời tại cùng thời điểm, tức là có

thể thực hiện bằng máy hiện sóng hai chùm tia.

i) Máy hiện sóng hai tia.

Ở máy hiện sóng tia kép hay hai tia có hai súng điện tử, hai cặp bản lệch dọc và hai cặp

bản lệch ngang. Hai cặp bản lệch ngang được đặt song song và được điều khiển bởi cùng

một một quét ngang (mạch gốc thời gian), tức là cùng một tín hiệu quét sẽ xuất hiện

đồng thời tại hai cặp bản lệch ngang. Sơ đồ khối của máy hiện sóng hai tia như ở hình

2.6, trong đó có một mạch dao động quét có trong hình vẽ, nhưng ở các máy hiện sóng

đắt tiền có hai mạch tạo sóng quét.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

16

k) Dây que đo của máy hiện sóng.

Dây que đo là các đầu nối máy hiện sóng đến thiết bị hay mạch điện tử cần đo thử. Ngoài

chức năng dây que đo đơn giản bằng cáp đồng trục thông thường, cần phải có các dây

que đo dùng riêng cho máy hiện sóng để đảm bảo tín hiệu đo trung thực nhất.

Dây que đo DC 10:1. Mạch khuyếch đại dọc (Y) có trở kháng vào khoảng 1MΩ mắc

song song với một tụ khoảng 50pF. Cáp đồng trục có thể có điện dung ký sinh khoảng

50pF. Điều này sẽ gây ra quá tải rất lớn đối với mạch điện tử cần đo có trở kháng cao.

Giải pháp để hạn chế sự quá tải là mắc một điện trở 9MΩ nối tiếp như ở hình 2.7. Mạch

cần đo sẽ xem điện trở vào của máy hiện sóng là 10MΩ thay cho 1MΩ, nhưng tín hiệu

tại các đầu vào của máy hiện sóng bằng một phần mười tín hiệu đặt vào. Độ suy giảm có

thể được bù bằng mạch khuyếch đại dọc.

Dây que đo 10:1 tần số cao. Vấn đề về dung kháng thấp của tụ 100pF đối với tín hiệu đo

ở dãi tần số cao được giải quyết bằng cách sử dụng một tụ điện nhỏ có trị số C = 1/10 so

với tụ điện song song như mạch hình 2.8. Trimmer (tụ xoay) 10pF mắc nối tiếp với điện

dung 100pF để có điện dung thực tế vào khoảng 9pF là tương đối thấp nên sẽ không gây

quá tải cho mạch của hệ thống có tần số cao, nhưng sẽ làm giảm mức tín hiệu ac vào

khoảng một phần mười. Các ảnh hưởng của que đo sẽ được kiểm tra bằng cách cung cấp

xung vuông vào que đo để quan sát dạng xung vuông trên máy hiện sóng, sẽ cho tín hiệu

tần số thấp (phần bằng phẳng) cũng như tín hiệu tần số cao (các cạnh).

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

17

Dây que đo tích cực Đầu đo tích cực gồm một mạch FET lặp lại cực nguồn theo kiểu

mạch lặp lại emitter ở BJT, để có điện trở vào cao và điện trở ra thấp nên sẽ loại bỏ sự

quá tải cho mạch cần đo khi nối que đo của máy hiện sóng vào mạch. Đầu đo cũng cho

mức điện dung rất nhỏ, do vậy sẽ cải thiện đáp ứng tần số cao (khi cần đo các xung tăng

nhanh). Ngoài ra, đầu đo tích cực có độ suy giảm thấp hơn nhiều so với đầu đo 10:1. Do

đó đầu đo tích cực sử dụng hiệu quả để đo các tín hiệu nhỏ. Tuy nhiên, đầu đo tích cực

có giá thành cao nên ít được sử dụng. Đầu đo 10:1 được sử dụng phổ biến hơn.

Dây que đo kiểu tách sóng Đầu đo sử dụng mạch tách sóng bằng diode để tách tín hiệu

điều chế ra khỏi tín hiệu cao tần (RF) đã được điều chế, và cũng sẽ chỉnh lưu tín hiệu

sóng mang cao tần (RF) thành một chiều (dc). Biên độ đỉnh của sóng mang sẽ được hiển

thị theo dạng sóng được chồng chập trên tín hiệu dc. Như vậy, đầu đo sẽ làm việc như

mạch phát hiện tín hiệu ở các máy thu thanh và máy thu thông tin, trong đó tín hiệu có

thể trong dãi vài megahertz. Khi dùng đầu đo kiểu tách sóng biến đổi các tín hiệu tần số

cao thành dãi âm tần, nên có thể sử dụng máy hiện sóng có độ rộng băng tần thấp.

Dây que đo cảm ứng dòng. Đầu đo cảm ứng dòng gồm một vòng lõi từ có thể kẹp được

dây dẫn để đo được dòng điện như ở mạch hình 2.9.

Dây dẫn có dòng điện chảy qua cần đo đóng vai trò như một cuộn dây sơ cấp của tín hiệu

xoay chiều. Cuộn dây quấn trên lõi từ làm cuộn thứ cấp. Khi có dòng dc chảy qua, dòng

điện tử trong cấu kiện hiệu ứng Hall giảm xuống, tức là làm tăng mức chênh lệch điện

thế sẽ được khuyếch đại để cung cấp đến máy hiện sóng.

2.2 MÁY HIỆN SÓNG SỐ - NHỚ.

Máy hiện sóng số có chức năng nhớ - DSO [Digital Storage Oscilloscope], là thiết bị đo

có giá thành cao và phức tạp, nhất là máy hiện sóng có chức năng xử lý tín hiệu, cho khả

năng tính toán các giá trị trung bình, hiệu dụng [r.m.s], biến đổi Fourier và phân tích phổ.

Kiểu máy hiện sóng sử dụng vi xử lý không cần thiết trong các dịch vụ sửa chữa, mà

thông dụng hơn là kiểu máy hiện sóng không có vi xử lý, để xác định các hư hỏng và các

xung chập chờn.

Máy hiện sóng nhớ - số sử dụng ống tia cathode thông thường (không phải kiểu ống tia

có chức năng nhớ). Các mẫu dạng sóng sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ, và có thể hiển thị

trên màn hình của máy hiện sóng thông thường. Sơ đồ khối của máy hiện sóng nhớ - số

kiểu không xử lý tín hiệu cho ở hình 2.10.

Tín hiệu cần đo đặt vào máy hiện sóng sẽ được lấy mẫu theo từng khoảng thời gian đều

đặn. Mỗi mức mẫu sẽ được chuyển đến bộ biến đổi tương tự sang số (ADC) để tạo ra các

tín hiệu logic nhị phân tương ứng với mức biên độ của tín hiệu đã được lấy mẫu. Tín

hiệu nhị phân sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ nên có thể sử dụng khi cần thiết. Khi cần

quan sát, tín hiệu nhị phân sẽ được đưa đến bộ biến đổi số - tương tự, để biến đổi tín hiệu

nhị phân thành dạng tín hiệu tương tự ban đầu cung cấp cho ống tia cathode. Các tín hiệu

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

18

điều khiển và định thời sẽ kích hoạt bộ nhớ bất cứ lúc nào khi yêu cầu ghi và đọc dữ liệu.

Ngoài ra, mạch điều khiển và định thời sẽ cung cấp tín hiệu nhị phân cho bộ gốc thời

gian để biến đổi thành tín hiệu gốc thời gian tương tự đưa đến cặp bản làm lệch ngang

(H), để tạo ra vệt sáng trên màn hình.

2.3 ỨNG DỤNG ĐO BẰNG MÁY HIỆN SÓNG

a) Sử dụng máy hiện sóng để phát hiện sai hỏng

Máy hiện sóng là thiết bị đo có độ nhạy rất cao, chính xác và không gây quá tải cho hệ

thống cần đo, do không có cơ cấu đo kiểu quay. Máy hiện sóng sẽ hiển thị dạng sóng

thực tế của tín hiệu vào, nên có thể biết mạch có khuyếch đại và méo dạng hay không

một cách dễ dàng. Máy hiện sóng có thể dùng để đo mức điện áp dc, khảo sát các tín

hiệu xung, các tín hiệu răng cưa, tam giác, sóng sin và các tín hiệu có dạng phức tạp

khác. Máy hiện sóng có thể đo tần số của các bộ dao động và các bộ tạo xung nhịp. Máy

hiện sóng vệt kép có thể kiểm tra hai tín hiệu vào (trong trường hợp ở các mạch op - amp

và các cổng), cũng như kiểm tra tín hiệu đầu vào và đầu ra trong mạch điện tử. Do vậy,

máy hiện sóng được sử dụng phổ biến trong việc đo thử, sửa chữa các mạch khuyếch đại,

các mạch dao động, các máy phát, máy thu và trong các hệ thống mạch số.

b) Các chức năng điều khiển trên mặt máy hiện sóng.

Các chức năng điều khiển trên mặt máy hiện sóng thông thường gồm:

• Điều khiển cường độ tia [Intensity control] dùng để điều chỉnh độ sáng của vệt.

• Điều khiển độ hội tụ [Focus control] dùng để điều khiển độ sắc nét của vệt sáng.

• Astigmatism

• Điều khiển định thời. Điều chỉnh khoảng thời gian / vạch chia của mạch dao động

quét (gốc thời gian).

• Điều khiển hệ số khuyếch đại dọc (Y) dùng để điều chỉnh biên độ của dạng sóng

hiển thị theo chiều dọc, trong khoảng từ 5mV/div đến 20V/div.

• Điều khiển hệ số khuyếch đại ngang (H) dùng để điều chỉnh độ dài của vệt theo

chiều ngang.

• Điều khiển quét dùng để chọn mạch quét trong hay quét ngoài.

• Điều khiển kích khởi [Trigger control] dùng để chọn xung kích khởi từ bộ

khuyếch đại dọc (Y), hoặc từ tín hiệu điện lưới hay tín hiệu ngoài (đối với các loại

máy hiện sóng hiện nay có thêm chức năng điều khiển đồng bộ).

• Điều khiển mức kích khởi, dùng để điều chỉnh mức của xung kích khởi.

• Điều khiển vị trí ngang, dùng để điều chỉnh vị trí của dạng sóng hiển thị theo

chiều ngang.

• Điều khiển vị trí dọc dùng để điều chỉnh vị trí của dạng sóng hiển thị theo chiều

dọc.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

19

• Định chuẩn trong sẽ cung cấp tín hiệu tần số 1kHz, biên độ không đổi (thường là

2Vpp), để kiểm tra việc định chuẩn que đo.

c) Sử dụng máy hiện sóng.

1. Khi chưa bật chuyển mạch nguồn cung cấp, đặt các núm chức năng điều khiển độ

hội tụ [focus], cường độ chùm tia [intensity] và điều khiển hệ số khuyếch đại

[V/div] ở vị trí thấp nhất (tận cùng bên trái), và các chức năng điều khiển vị trí

dọc và ngang ở vị trí gần điểm giữa.

2. Tiếp theo là bật chuyển mạch nguồn cung cấp chính của máy hiện sóng.

3. Sau khoảng thời gian khởi động của máy hiện sóng để cho cathode cần phải được

đốt nóng hoàn toàn, tạo ra cường độ chùm tia yêu cầu.

4. Điều chỉnh chức năng điều khiển cường độ chùm tia để có vệt sáng rõ ràng xuất

hiện trên màn hình. Điều chỉnh chức năng điều khiển vị trí dọc và ngang nếu cần.

(Đôi khi hệ số khuyếch đại ngang có thể biểu hiện thành vệt sáng nếu điểm sáng

bắt đầu ngoài khung màn hình). Khi điểm sáng có thể nhìn thấy, di chuyển điểm

sáng vào trung tâm và điều chỉnh độ hội tụ, độ nhoè để làm cho điểm sáng gọn.

Chức năng điều khiển cường độ tia cần phải được điều chỉnh để điểm sáng không

quá chói, hoặc không quá mờ.

5. Đặt chế độ quét theo vị trí quét trong [Int.], và điều chỉnh hệ số khuyếch đại

ngang để mở rộng điểm sáng thành đường sáng đầy đủ ngang trên màn hình.

6. Kiểm tra sự di chuyển theo chiều dọc của đường sáng ngang. Mạch khuyếch đại

dọc định chuẩn có sẵn trong thiết bị đo.

7. Đặt đầu que đo vào hệ thống cần đo. Chuyển mạch nguồn của hệ thống cần đo bật

[ON].

8. Điều chỉnh chức năng điều khiển hệ số khuyếch đại dọc để có độ cao của dạng

sóng yêu cầu trên màn hình.

9. Điều chỉnh dao động quét (gốc thời gian) để có số chu kỳ cần thiết trên màn hình.

Đối với máy hiện sóng đã được kích khởi, chu kỳ cần phải ổn định.

10.Khảo sát dạng sóng, đo biên độ và kiểm tra đặc tính của tín hiệu.

11. Để có các mẫu hình Lissajous, đưa tín hiệu ngoài được cung cấp từ máy tạo sóng

đến đầu vào quét ngoài, dùng cho phép đo tần số và pha.

d) Các phép đo với máy hiện sóng.

Đo điện áp của tín hiệu vào Giá trị đỉnh - đỉnh của điện áp được đo bằng cách đếm số

vạch chia theo chiều dọc giữa hai đỉnh. Chẳng hạn, nếu biên độ đỉnh - đỉnh của dạng

sóng chiếm 4 vạch chia trên thang độ nhạy 500mV/div, thì trị số đỉnh - đỉnh là

500mV/div x 4div = 2V, vậy biên độ đỉnh là 1V.

Đo khoảng thời gian của chu kỳ Chu kỳ của tín hiệu đo được bằng cách tính số chu kỳ

trên bộ gốc thời gian. Giá trị gốc thời gian có trong một chu kỳ sẽ là chu kỳ của tín hiệu.

Ví dụ, trên thang đo 50μs/div, có 2 chu kỳ tín hiệu chiếm 4 vạch chia, thì số vạch chia

chiếm bởi một chu kỳ là 2 vạch chia, nên chu kỳ tín hiệu là 100μs. Tính nghịch đảo của

chu kỳ sẽ cho tần số của tín hiệu, trong ví dụ sẽ tính được là 1/100μs = 10kHz.

Đo tần số theo mẫu hình Lissajous Đo tần số tín hiệu theo mẫu hình Lissajous thực hiện

bằng cách đưa tín hiệu có tần số cần đo vào đầu vào dọc, và nối tín hiệu có tần số đã biết

vào đầu vào quét ngoài, sẽ thu được các mẫu hình khác nhau trên màn hình tuỳ thuộc vào

tỷ số của hai tần số và độ lệch pha của hai tín hiệu. Các mẫu hình Lissajous như ở hình

2.11.

Khi hai tần số bằng nhau, độ lệch pha bằng 0o sẽ tạo ra một đường thẳng nghiêng 45o so

với đường ngang; với độ lệch pha 180o, đường thẳng sẽ tạo một gốc bằng 135o so với

đường ngang. Khi độ lệch pha là 90o, sẽ tạo ra một đường tròn. Đối với các độ lệch pha

bất kỳ khác sẽ tạo ra các hình ellipse.

Khi hai tần số tín hiệu không bằng nhau, thì tỷ số của tần số chưa biết (fv) đối với tần số

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

20

đã biết (đọc tần số trên máy tạo sóng) (fh) sẽ được xác định bằng tỷ số của số lượng các

vòng theo đường ngang đối với số lượng các vòng theo đường dọc.

Đo chỉ số điều chế của tín hiệu AM Khi tín hiệu điều chế được áp đặt làm tín hiệu quét

ngoài, và tín hiệu đã được điều chế làm tín hiệu dọc (Y) như thể hiện ở hình 2.12a. Mẫu

hình sẽ được hiển thị như ở hình 2.12b. Chỉ số điều chế sẽ được tính bằng (p - q)/(p + q).

Đo độ méo của xung Xung vào và xung ra có thể được hiển thị trên máy hiện sóng hai

vệt. Độ võng hoặc độ vượt quá của phần nằm ngang, và độ tăng hay độ giảm của các

cạnh xung có thể quan sát trên màn hình. Thời gian tăng (ứng với mức thay đổi từ 10%

đến 90% biên độ xung) và khoảng thời gian giảm (ứng với mức thay đổi từ 90% đến

10% biên độ xung) có thể đo được trên mẫu xung. Độ rộng của xung sẽ được đo trong

khoảng từ từ mức 50% của cạnh tăng đến mức 50% của cạnh giảm.

e) Các điểm lưu ý khi sử dụng máy hiện sóng.

1. Nối vỏ máy hiện sóng với đất.

2. Cường độ chùm tia điện tử cần phải giữ ở mức thấp có thể quan sát thuận lợi. Điểm

sáng không được để lâu tại một vị trí trên màn hình. Trong trường hợp cần phải giữ do

một lý do nào đó, thì hãy để ở mức cường độ thấp.

3. Nên bắt đầu phép đo với mức độ nhạy nhỏ nhất ở mạch khuyếch đại dọc và tăng dần

cho đến khi đạt được mức thiết lập thích hợp.

4. Định chuẩn độ lệch dọc trước khi thực hiện các phép đo. Có sẳn nguồn điện áp trong

máy hiện sóng cho việc định chuẩn.

5. Sử dụng que đo phù hợp khi thực hiện phép đo trên các tín hiệu tần số cao, hay khi tín

hiệu vào quá lớn.

6. Khi tháo máy hiện sóng để sửa chữa, hãy cẩn thận có điện áp rất cao khoảng vài

kilovolt. Ngay cả trong trạng thái ngắt chuyển mạch nguồn điện lưới, các tụ lọc có điện

áp cao có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng, do vậy tụ cần phải được xã khi tiến

hành công việc trên máy hiện sóng ở trạng thái cắt nguồn.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES

21

7. Phải cẩn thận khi sử dụng ống tia, hư hỏng ngẫu nhiên bất kỳ sẽ dẫn đến hõng màn

hình.

8. Màn hình phát quang có thể phát xạ tia - x nhẹ, khi cần thay thế nên mua CRT tiêu

chuẩn từ nhà sản xuất có uy tín.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

22

CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG VÀ CHUYÊN DỤNG

Thiết bị đo điện tử được giới thiệu trong chương này là thiết bị cơ bản, rất cần thiết

trong việc chế tạo, sửa chữa, đo thử các cấu kiện, mạch điện tử và hệ thống điện tử. Sẽ

rất bất lợi nếu không có các thiết bị đo để đo thử mạch, đo giá trị của các thông số. Các

mục sau mô tả nguyên lý cơ bản và ứng dụng của một số thiết bị đo thông dụng. Các

thiết bị đo thử BJT và thiết bị vẽ đặc tuyến BJT sẽ được giải thích ở mục 4.2, thiết bị đo

thử IC tuyến tính và IC số sẽ được mô tả ở chương 4.3 và 4.4 tương ứng. Các chỉ tiêu kỹ

thuật của một số thiết bị đo giới thiệu ở phần phụ lục I.

3.1 ĐỒNG HỒ ĐO KIỂU TỪ - ĐIỆN

a) Nguyên lý hoạt động của cơ cấu đo kiểu từ - điện

Đồng hồ đo tương tự thường dùng trong đo lường điện - điện tử trước đây, sử dụng cơ

cấu cuộn dây di chuyển trong từ trường của nam châm vĩnh cửu (PMMC), còn gọi là cơ

cấu D'Arsonval, tức là cơ cấu đo kiểu từ - điện. Về cơ bản, đồng hồ đo kiểu từ - điện là

đồng hồ đo dòng một chiều (dc), tạo nên bởi các thành phần khác nhau như ở hình 3.1,

với ba bộ phận chính là: (i) bộ phận tạo ra lực làm lệch, (ii) bộ phận điều khiển, và (iii)

bộ phận làm nhụt.

Bộ phận tạo lực làm lệch trong các đồng hồ từ - điện là tương tác giữa từ trường và

dòng điện như trong động cơ điện một chiều. Khi cuộn dây mang dòng được đặt trong từ

trường, sẽ tạo ra mô men xoắn bằng B x A x N x I (Newton-mét), trong đó B là mật độ từ

thông tính theo Wb/m2, A là tiết diện của cuộn dây tính theo m2, N là số vòng dây trong

cuộn dây, và I là dòng điện tính theo ampere. Mô men sẽ làm cho cuộn dây xoay. Dòng

điện cao hơn, sẽ cho mô men quay lớn hơn. Kim được gắn trên cuộn dây, sẽ di chuyển

trên thang đo. Cuộn dây quấn trên một khung nhôm nhẹ và được lắp trên trục thẳng, để

khung dây có thể xoay tự do trong từ trường đều do mô men quay.

Từ trường đều và mạnh sẽ được tạo ra bởi nam châm hình móng ngựa làm bằng vật liệu

từ tính.

Bộ phận điều khiển bao gồm lò xo được gắn vào cuộn dây động, cản lại lực làm lệch,

nên sẽ bằng k x q, trong đó k là hệ số lò xo (tùy thuộc vào các kích thước và độ mềm dẽo

của lò xo), còn q là góc làm lệch tính theo độ. Khi lực điều khiển bằng với mô men xoắn,

kim chỉ thị sẽ dừng tại giá trị cần đo. Khi dòng điện dừng chảy trong cuộn dây, lực xoắn

bằng 0, lò xo sẽ bắt đầu phục hồi lại và sẽ đưa kim chỉ thị về vị trí mức dòng bằng 0.

Bộ phận làm nhụt gồm các bộ tạo dòng xoáy không khí, có vai trò ổn định kim chỉ thị

tại vị trí chỉ thị.

b) Đồng hồ đo dòng điện bằng cơ cấu từ - điện

Đồng hồ đo kiểu từ - điện về cơ bản là đồng hồ đo dòng một chiều (dc), được chế tạo để

cho độ lệch toàn thang tại các giá trị dòng thấp, 1mA hoặc thấp hơn (50μA). Tuy nhiên,

cơ cấu đo có thể dùng để đo các mức dòng cao bằng cách sử dụng các điện trở có trị số

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

23

thấp mắc song song với cuộn dây động gọi

là các điện trở shunt. Giả sử ta muốn đo

dòng 100mA bằng đồng hồ đo có độ lệch

toàn thang là 1mA, thì điện trở shunt phải

có trị số sao cho mức dòng 99mA chảy

qua shunt và chỉ 1mA chảy qua cuộn dây

động, như thể hiện ở mạch hình 3.2.

Trị số điện trở của shunt có thể tính từ

phương trình (3.1).

M Sh

T Sh

M R R

I I R

+

×

= hay

T M

M M

Sh I I

R I R

−

×

= (3.1)

Trong đó, IT là dòng toàn bộ, IM là dòng được phép chảy qua cơ cấu đo, RM là điện trở

của cơ cấu đo, và RSh là giá trị điện trở của shunt. Ví dụ 3.1, cho cách tính điện trở shunt.

Ví dụ 3.1: Điện trở của cơ cấu đo là 1000Ω và dòng có thể chảy qua cơ cấu đo lớn nhất

là 1mA. Giá trị của RSh là bao nhiêu để cho phép đồng hồ đo chỉ thị 100mA ? Nếu sử

dụng cùng cơ cấu đo để đo dòng 1A, thì shunt của đồng hồ cần phải có là bao nhiêu ?

101Ω

99

1000

100 1

1 1000

T M

M M

Sh ,

I I

R I R = =

−

×

=

−

×

=

Cơ cấu đo có thể định chuẩn để chỉ thị mức dòng 100mA

thay cho 1mA khi mắc shunt 10,1Ω vào mạch đo.

Tương tự, để đo mức dòng 1A, cần phải có shunt vào

khoảng 1Ω bằng cách tính như sau:

1Ω

999

1000

1000 1

1 1000

T M

M M

Sh = =

−

×

=

−

×

=

I I

R I R

Đồng hồ đo có thể có các thang đo dòng khác bằng

chuyển mạch đến các điện trở shunt khác nhau như ở hình

3.3.

Vị trí để trống bên trái của chuyển mạch là thang đo nhỏ

nhất (từ 0 đến 1mA) khi không mắc shunt vào phép đo.

Các vị trí chuyển mạch 2, 3, và 4 sẽ đặt điện trở R1, R2, và

R3 mắc song song với cơ cấu đo để cho các thang cao hơn

tương ứng.

Theo phương pháp trên, cơ cấu đo vẫn giữ nguyên không

có shunt ở vị trí thang đo thấp nhất. Phương pháp đo dòng

khác là phương pháp shunt vạn năng hay shunt Aryton.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

24

Shunt vạn năng [shunt Aryton]

Shunt vạn năng gồm hàng loạt điện trở được mắc song song với cơ cấu đo thông qua các

vị trí của chuyển mạch thang đo, như ở hình 3.4. Ở vị trí S-1 của chuyển mạch, shunt của

đồng hồ là R1 + R2 + R3. Ở vị trí S-2, shunt R2 + R3 và R1 sẽ trở thành mắc nối tiếp với cơ

cấu đo. Ở vị trí S-3, R3 sẽ song song còn R1 + R2 trở nên mắc nối tiếp với cơ cấu đo. Vậy

shunt Aryton sẽ hoạt động theo hai cách. Thứ nhất, dùng để rẽ mạch dòng; thứ hai sẽ làm

giảm độ nhạy của cơ cấu đo bằng điện trở mắc nối tiếp với cơ cấu đo.

c) Đồng hồ đo điện áp bằng cơ cấu đo từ - điện

Đồng hồ đo dòng bằng cơ cấu đo từ - điện cũng có thể sử dụng làm đồng hồ đo áp

[Voltmeter] bằng cách mắc nối tiếp một điện trở lớn cộng với điện trở của cơ cấu đo. Giá

trị của điện trở nối tiếp có giá trị lớn để đảm bảo chỉ mức dòng chấp nhận được chảy qua

cơ cấu đo. Nếu mức dòng của cơ cấu đo là IM và điện áp cần đo là Vme Volt, giá trị của

điện trở toàn bộ R (bằng điện trở mắc nối tiếp + điện trở của cơ cấu đo) sẽ được tính

bằng phương trình (3.2).

M

me I

R

V = (3.2)

Ví dụ 3.2: Cơ cấu đo từ - điện dùng để đo 100V trên một mạch điện, nếu mức dòng chảy

qua cơ cấu đo là 1mA, xác định trị số điện trở mắc nối tiếp. Điện trở của cơ cấu đo là

1000Ω.

100V 1mA

M

me = = =

R

I

R

V , vậy R = 100kΩ, nên điện trở nối tiếp = 100kΩ - 1kΩ = 99kΩ.

Khi nhiều điện trở mắc nối tiếp, có thể chọn bằng một chuyển mạch được kết nối để thiết

bị đo trở thành một voltmeter nhiều thang đo, như ở hình 3.5.

d) Đồng hồ đo điện trở bằng cơ cấu đo từ - điện

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

25

Sử dụng nguồn pin trong (pin khô), cơ cấu đo từ - điện có thể dùng làm đồng hồ đo điện

trở [ohmmeter] để đo các điện trở chưa biết trị số như mạch ở hình 3.6.

Dòng chảy qua cơ cấu đo sẽ chảy qua điện trở cần đo (RX). Giá trị của dòng điện là độ

lệch của kim chỉ thị của cơ cấu đo sẽ tùy thuộc vào trị số của điện trở chưa biết. Thang

đo của ohmmeter có thể định chuẩn và khắc độ theo ohm (Ω). Nếu điện trở quá lớn,

nguồn pin có thể không cung cấp đủ do dòng sẽ quá nhỏ, nên cần phải có nguồn dự

phòng bằng pin lớn hơn (E2 > E1) thực hiện thông qua chuyển mạch. Biến trở R phải

được hiệu chỉnh để đảm bảo rằng khi điện trở chưa biết bằng 0 (tức là hai đầu que đo

được ngắn mạch với nhau), cơ cấu đo phải chỉ thị mức điện trở bằng 0 (độ lệch toàn bộ).

Thang điện trở sẽ thể hiện điện trở bằng 0 tại độ lệch đầy thang do điện trở bằng 0 nghĩa

là mức dòng lớn nhất chảy qua cơ cấu đo. Điện trở vô cùng nghĩa là không có dòng điện,

và đó là tận cùng bên trái của thang đo (vạch mức dòng bằng 0) phải được đánh dấu bằng

∞ trên thang đo điện trở. Các thang đo điện trở khác như thang 100Ω, thang 10kΩ, thang

10MΩ sẽ có được bằng cách sử dụng các điện trở khác nhau nhờ chuyển mạch nhiều

thang đo như ở hình 3.7.

Để đo ở thang đo điện trở thấp nhất, điện trở shunt phải là điện trở thấp nhất. Đối với các

thang cao hơn, phải tăng trị số của các điện trở shunt. Theo hình 3.7, R1 nhỏ hơn so với

R2, và R2 nhỏ hơn so với R3, v. v. . . RZ là biến trở chỉnh 0. Nếu cơ cấu đo có độ lệch đầy

thang là 1mA, RZ cần phải được điều chỉnh để mạch có dòng 1mA khi ngắn mạch hai

đầu que đo với nhau (tức là khi RX = 0).

e) Voltmet xoay chiều bằng cơ cấu đo từ - điện

Cơ cấu đo từ - điện về cơ bản là đồng hồ đo dc. Nếu đưa tín hiệu xoay chiều (ac) đến

đồng hồ thì kim chỉ thị sẽ dao động xung quanh điểm 0 do quán tính. Nên để đo điện áp

ac phải sử dụng mạch chỉnh lưu bằng diode. Diode sẽ chỉnh lưu điện áp ac, biến đổi điện

áp ac thành xung đập mạch dc. Đồng hồ đo sẽ chỉ thị giá trị trung bình như điện áp dc.

Đối với bộ chỉnh lưu bán kỳ, mức điện áp dc trung bình sẽ bằng với Vm/π (trong đó Vm là

mức điện áp đỉnh của xung đập mạch), còn đối với bộ chỉnh lưu toàn kỳ, mức điện áp dc

trung bình là 2Vm/π. Mặc dù kim chỉ thị của đồng hồ đo sẽ lệch tùy theo trị số trung bình,

nhưng thang đo sẽ được định chuẩn để chỉ thị giá trị hiệu dụng (rms) của tín hiệu ac.

(việc định chuẩn theo các mức tín hiệu vào sóng sin và do đó số chỉ thị sẽ không đúng

giá trị hiệu dụng đối với các dạng sóng khác). Thường sử dụng mạch chỉnh lưu cầu để

cho giá trị trung bình cao hơn, độ gợn thấp hơn, và không cần biến áp điểm giữa đắt tiền,

như mạch ở hình 3.8.

Các điện trở R1, R2, và R3 có vai trò như mạch phân áp. Các diode của mạch chỉnh lưu

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

26

cầu sẽ chỉnh lưu điện áp ac thành dc. Mức điện áp dc trung bình được tạo ra bằng 90%

của trị số hiệu dụng (đối với bộ chỉnh lưu bán kỳ mức điện áp dc trung bình bằng 45%

của giá trị hiệu dụng). Ở mạch chỉnh lưu cầu sử dụng các diode silicon, sụt áp trên hai

diode là 1,4V. Mức điện áp thực sẽ được đặt ngang qua cơ cấu đo và điện trở nhân (RS).

Chẳng hạn, nếu R1, R2 và R3 ở mạch hình 3.8, là 9MΩ; 0,9MΩ; và 0,1MΩ tương ứng,

điện áp đưa đến mạch chỉnh lưu sẽ là 10Vrms, nếu điện áp đặt vào (như được ghi tại các

vị trí đầu cực của chuyển mạch) là 10V,; 100V; hay 1000V ngang qua mạch phân áp AB,

thì trị số trung bình dc của điện áp chỉnh lưu sẽ là 2x10Vx1,4/π bằng 9V. Sau khi trừ sụt

áp 1,4V trên các diode, điện áp dc thực ngang qua mạch cơ cấu đo sẽ là 7,6V nên cần

phải có điện trở 7,6kΩ kể cả điện trở của cơ cấu đo (đối với cơ cấu đo 1mA). Vậy độ

nhạy của voltmeter ac khi dùng mạch cầu là chỉ bằng 76% của độ nhạy của cơ cấu đo dc.

(đối với mạch chỉnh lưu bán kỳ, độ nhạy sẽ giảm xuống hơn nữa đến mức 38%)

f) Đồng hồ đo dòng xoay chiều

Chức năng đo dòng ac chỉ có ở một số đồng hồ đo. Dòng điện cần đo chảy qua một điện

trở cố định và đo sụt áp trên điện trở bằng voltmeter ac. Điện áp ac sẽ tỷ lệ với dòng khi

điện trở có trị số không đổi. Để đo dòng ac, thường sử dụng mạch biến đổi dòng thành áp

bằng IC op - amp. Trong một số đồng hồ đo giá thành cao sử dụng các bộ nhiệt ngẫu. Sụt

áp dc ngang qua tiếp giáp của nhiệt ngẫu sẽ tỷ lệ với hiệu ứng nhiệt tùy thuộc vào cường

độ hiệu dụng của dòng điện. Do vậy, sẽ đo được giá trị rms của dòng điện bất kể dạng

sóng của tín hiệu.

g) Đồng hồ đo đa năng

Khi cơ cấu đo từ - điện hợp thành các mạch thàng ammeter nhiều thang đo, voltmeter

nhiều thang đo, và ohmmeter nhiều thang đo, toàn bộ trong một thiết bị đo, thì thiết bị đo

được gọi là đồng hồ đo đa năng. Đồng hồ đo đa năng cũng được gọi là đồng hồ đo AVO

(Ampere Volt Ohm). Khi sử dụng đồng hồ đo đa năng để thực hiện các phép đo cần phải

tuân theo các lưu ý sau:

1. Chọn chuyển mạch thông số đo đúng. Nếu muốn đo điện áp, đừng bao giờ để

đồng hồ đo ở thang đo dòng điện.

2. Chọn đúng thang đo của một thông số đo. Nếu muốn đo giá trị được cho là 80V,

không để đồng hồ ở thang đo 0 - 10V, mà để đồng hồ đo ở thang đo 0 - 100V.

3. Nếu không biết giá trị cần đo, thì hãy để đồng hồ đo ở thang đo cao nhất theo

thông số đo, và sau đó giảm dần thang đo theo các nấc giảm dần cho đến khi xác

định được thang đo thích hợp.

4. Thang đo được chọn cần phải có số chỉ thị gần với độ lệch đầy thang (fsd) ở mức

có thể được đối với phép đo điện áp và dòng điện, và gần một nữa thang đo đối

với phép đo điện trở, bởi vì đồng hồ đo sẽ cho sai số phép đo nhỏ nhất.

5. Nếu kim chỉ thị của đồng hồ đo không ở tại vị trí 0 ngay khi không có tín hiệu

vào, thì phải hiệu chỉnh bằng bộ phận cơ khí (độ căng của lò xo cân bằng gắn trên

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

27

khung dây), để có điều chỉnh 0 chính xác.

6. Khi đo điện trở, điều chỉnh biến trở chỉnh 0 để có độ lệch đầy thang (fsd) khi ngắn

mạch hai đầu que đo với nhau.

h) Sử dụng đồng hồ đo đa năng để dò tìm hư hỏng.

Đồng hồ đo đa năng thường được sử dụng để đo điện trở, điện áp và dòng điện dc. Dĩ

nhiên, đôi khi đồng hồ đo đa năng cũng có thể đo điện áp ac. Phần lớn các mạch hư hỏng

có thể xác định được bằng phép đo điện áp dc. Chẳng hạn, trong mạch hình 3.9, nếu điện

trở R hở mạch, thì điện áp VC tại C sẽ bằng 0. Nếu cấu kiện (transistor) hở mạch, điện áp

tại C sẽ bằng điện áp nguồn cung cấp. Nếu cấu kiện bị ngắn mạch, thì điện áp tại C sẽ

bằng 0. Khi đo điện áp sẽ thể hiện một giá trị điện trở hở mạch nào đó, điện trở có thể

được kiểm tra bằng chức năng đo điện trở của đồng hồ đo đa năng bằng cách ngắt kết nối

một đầu điện trở ra khỏi mạch.

Chức năng đo điện trở có thể xác định tụ điện bị rò hay bị ngắn mạch, hoặc cuộn dây có

bị hở mạch hay không. Cấu kiện bán dẫn có thể đo thử bằng cách đo điện trở ở các trạng

thái phân cực ngược hay phân cực thuận của tiếp giáp bán dẫn. Sự thông mạch khi thực

hiện dò mạch có thể kiểm tra bằng đồng hồ đo điện trở ở thang đo thấp nhất của

ohmmeter.

Đồng hồ đo đa năng là dụng cụ đo thông thường, dùng trong các dịch vụ đo thử, sửa

chữa do cách sử dụng đơn giản, cấu trúc chắc chắn, tương đối chính xác và không yêu

cầu nguồn cung cấp ngoài, cũng như không ảnh hưởng bởi từ trường ký sinh.

3.2 VOLTMETER SỐ (DVM)

Voltmeter số sử dụng nguyên lý của mạch số để đo điện áp tương tự. Voltmeter số có tất

cả các ưu điểm của mạch điện tử số khi so với mạch điện tử tương tự.

a) Nguyên lý

Sau khi mạch suy giảm cho việc chọn thang đo; tín hiệu vào sẽ được chuyển đổi thành

tín hiệu số bởi

bộ biến đổi tương tự - số (ADC). Khối ADC có thể sử dụng kỹ thuật tích phân đơn sườn

hay hai sườn dốc. Ở dạng cơ bản nhất, ADC sẽ so sánh tín hiệu vào với điện áp mẫu (các

phương pháp nhận điện áp mẫu có thể khác nhau). Chỉ cần điện áp vào lớn hơn so với

điện áp mẫu, thì tín hiệu ra của bộ so sánh sẽ cho mức logic 1, sẽ giữ cho cổng AND mở

và các xung nhịp sẽ truyền qua cổng AND. Bộ đếm sẽ đếm các xung nhịp đó. Ngay khi

điện áp vào trở nên bằng với điện áp mẫu, thì tín hiệu ra của bộ so sánh sẽ bằng 0. Cổng

AND sẽ đóng và dừng việc đếm. Mức ra của bộ đếm sẽ được chốt và các LED hay tinh

thể lõng sẽ hiển thị giá trị đo. Hình 3.10, là mạch nguyên lý cơ bản cùng với chuyển

mạch thang đo.

Chuyển mạch thang đo ở hình 3.10, sẽ chọn tín hiệu ra từ mạch phân áp. Các trị số của

các điện trở phân áp có thể là 9MΩ, 0,9MΩ và 0,1MΩ để chọn ra 1V tại đầu vào của

ADC cho các đầu vào 1, 10 và 100V của tín hiệu cần đo. Nếu tín hiệu cần đo là 100V, thì

tín hiệu vào đưa đến bộ so sánh sẽ là (100/10) x (1/10) sẽ là 1V do mạch phân áp. Nếu

tín hiệu cần đo là 10V, thì tín hiệu vào đưa đến bộ so sánh sẽ vẫn là 1V. Như vậy, bộ so

sánh sẽ lấy Vin trong khoảng từ 0 đến 1V bất kể điện áp thực tế cần đo. Mức điện áp vào

(từ 0 đến 1V) sẽ được biến đổi thành tín hiệu số mà sẽ được đếm và hiển thị.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

28

b) Đồng hồ đo số đa năng (DMM).

Về cơ bản, DMM là một voltmeter số. Tất cả các thông số khác điện áp, như điện trở,

dòng điện, điện áp ac đều được biến đổi thành điện áp dc nhờ chuyển mạch chọn chức

năng đo như ở hình 3.11. Sau đó phép đo điện áp dc sẽ cho giá trị của thông số cần đo.

Để đo điện trở, thì điện trở phải được chuyển đổi thành điện áp dc bằng mức dòng chảy

qua điện trở cần đo từ một nguồn dòng hằng. Nếu mức dòng hằng là 1mA, thì suy ra

mức điện áp dc được tạo ra trên điện trở chưa biết sẽ tỷ lệ trực tiếp theo mV. Nếu điện

trở chọn là 1kΩ, thì mức điện áp được tạo ra sẽ là 1V. Đối với phép đo dòng điện, dòng

điện sẽ được biến đổi thành điện áp dc bằng cách cho dòng điện chảy qua một điện trở

không đổi, chọn là 1Ω. Do vậy mức điện áp dc sụt trên điện trở sẽ bằng mức dòng điện

(điện áp = dòng điện x 1Ω). Đối với phép đo điện áp ac, điện áp ac trước hết phải được

chỉnh lưu và sau đó sẽ được xem như điện áp dc để có thể đo được.

Việc định chuẩn DMM sẽ được kiểm tra bằng phép đo điện trở 0Ω bằng cách ngắn mạch

hai đầu que đo, khi đặt chức năng của đồng hồ đo ở vị trí chuyển mạch đo điện trở, hoặc

có thể đo điện áp khi biết mức điện áp dc trên thang đo điện áp.

c) Ý nghĩa của chữ số bán phần và ba phần tư.

Bộ chỉ thị 3 - chữ số ở DVM cho thang đo từ 0 đến 1V sẽ chỉ các giá trị từ 0 đến 999mV.

Bước mức tăng nhỏ nhất là 1mV. Việc bổ sung thêm một chữ số (0 đến 9 thành nhóm 4

bit) về thực chất sẽ làm tăng giá thành, nên biện pháp tiết kiệm nhất là có thể sử dụng chỉ

một bit (0 hoặc 1). Bit bổ sung sẽ cho phép DVM chỉ thị các trị số lên đến 1999 thay cho

999, tức mở rộng thang đo lên gấp đôi. Khi chữ số thứ 4 có thể chỉ có giá trị 0 hoặc 1, thì

thang đo được gọi là chữ số bán phần (1/2), nên gọi là đồng hồ đo 3 ½ chữ số. Đồng hồ

đo có 4 ½ chữ số sẽ chỉ thị giá trị đo lên đến 19999mV.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

29

Tương tự, bằng cách bổ sung hai bit 11, thì chữ số tận cùng bên trái có thể tạo ra là 3.

Đồng hồ đo 3 - chữ số sẽ cho phép đọc 999 tiếp theo là 1999 hoặc 2999 hoặc 3999 (bằng

cách sử dụng 01, 10, và 11 tương ứng), tức là tăng thang đo lớn nhất vào khoảng 4 lần.

Việc bổ sung thang đo như vậy được gọi là đồng hồ đo 3 ¾ - chữ số. Đồng hồ đo 4 ¾ -

chữ số sẽ cho số chỉ thị lên đến 39999. Với việc bổ sung ½ - chữ số hoặc ¾ - chữ số sẽ

làm cho độ chính xác tăng lên như được minh hoạ ở ví dụ 6.3.

Ví dụ 3.3: Các số chỉ thị 12,375V và 32,375V sẽ được hiển thị như thế nào ở các đồng

hồ đo (a) có 3 - chữ số, (b) có 3 ½ - chữ số, (c) có 4 ½ - chữ số, và (d) có 4 ¾ - chữ số ?

(a) Đồng hồ đo có 3 - chữ số sẽ chỉ thị trên thang đo 99,9V, do đó kết quả đo là 12,375V

và 32,375V sẽ đọc được là 12,37V và 32,3V tương ứng.

(b) Đồng hồ đo 3 ½ - chữ số sẽ chỉ thị số 12,375V là 12,37V trên thang đo 19,99V và số

đo 32,375V là 32,3V trên thang đo 099,9V.

(c) Đồng hồ đo 4 ½ - chữ số sẽ chỉ thị số 12,375V là 12,375V trên thang đo 19,999V,

nhưng đối với số đọc 32,375V, thì đồng hồ đo 4 ½ - chữ số sẽ chỉ thị là 32,37V trên

thang đo 99,99V.

(d) Đồng hồ đo 4 ¾ - chữ số sẽ chỉ thị số 12,375V là 12,375V trên thang đo 19,999V, và

đối với số đo 32,375V sẽ chỉ thị là 32,375V trên thang đo 39,999V.

3.3 VOLTMETER ĐIỆN TỬ

Voltmeter điện tử sử dụng mạch khuyếch đại một chiều, hệ số khuyếch đại của mạch

khuyếch đại sẽ cho phép sử dụng thiết bị đo để đo các điện áp ở dãi millivolt và

microvolt. Trước đây, các voltmeter điện tử được gọi là VTVM (vacuum tube

voltmeter). Hiện này thuật ngữ VTVM vẫn được sử dụng mặc dù đèn chân không đã

được thay thế bằng các transistor. Tên gọi mới của thiết bị đo là voltmeter điện tử (EVM)

hay voltmeter bằng transistor (TVM).

Voltmeter điện tử có thể lắp theo các kiểu mạch khuyếch đại khác nhau, chẳng hạn như

mạch khuyếch đại bằng transistor đơn hay mạch khuyếch đại cân bằng, hoặc bằng op -

amp. Mục đích cơ bản của việc sử dụng mạch khuyếch đại dc là để có hệ số khuyếch đại

và điện trở vào cao (tức là có thể đo được các tín hiệu yếu), và để cách ly đồng hồ đo với

mạch vào của thiết bị đo (tức là có thể sử dụng đồng hồ chắc chắn hơn và độ nhạy kém

hơn). Voltmeter điện tử điển hình như mạch ở hình 3.12.

EVM sử dụng mạch khuyếch đại bằng FET làm tầng đầu. Cấu kiện bằng FET có trở

kháng vào rất cao, nên sẽ không gây ra quá tải cho mạch cần đo, cho độ chính xác cao.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

30

Mạch phân áp được mắc để làm chuyển mạch thang đo, cho phép điều khiển các thang

đo điện áp khác nhau. Các điện trở ở mạch hình 3.12, sẽ biến đổi mức vào là 1V, 10V,

100V và 1000V thành 1V tại cổng của FET. Các transistor Q1 và Q2 tạo thành mạch cầu.

Cầu sẽ được cân bằng sao cho mặt chỉ thị của đồng hồ sẽ chỉ thị số đo bằng 0 khi tín hiệu

vào bằng 0.

Khi sử dụng mạch khuyếch đại thuật toán, nguồn điện áp hằng, khoảng 1V, sẽ cung cấp

tín hiệu đưa đến đầu vào không đảo thông qua một biến trở được định chuẩn. Mức vào

dc sẽ được giảm xuống đến 0 đối với 1V nhờ các mạch suy giảm thang đo, sẽ cung cấp

tín hiệu đến đầu vào đảo. Đồng hồ đo mắc ở đầu ra để quan sát mức 0. Điện thế kế của

điện áp mẫu sẽ được hiệu chỉnh để có mức 0 trên đồng hồ. Sau đó điện áp vào là cân

bằng với điện áp chuẩn đã được chia thang, chỉ thị trên mặt số của điện thế kế. Mặc dù,

phương pháp cân bằng mức 0 có độ chính xác cao hơn, nhưng ở các thiết bị đo giá thấp,

điện áp vào dc phải được chuyển đổi thành millivolt, khoảng 10mV, hệ số khuyếch đại

của op - amp được điều chỉnh đến mức 100 và sau đó mắc đồng hồ đo vào đầu ra để định

chuẩn, cho phép chỉ thị trực tiếp mức điện áp vào.

Mạch khuyếch đại dc hay bị trôi dòng ra (do nhiệt độ của tiếp giáp), do đó một số thiết bị

đo sử dụng mạch ngắt quảng để ngắt điện áp dc thành các xung, để có thể sử dụng mạch

khuyếch đại ac như mạch ở hình 3.13. Sau khi khuyếch đại các xung sẽ được biến đổi

thành một chiều và được đo bằng cách sử dụng mạch vi sai.

a) Các ưu điểm của EVM

1. Trở kháng vào của EVM rất cao, nên ảnh hưởng do quá tải không đáng kể trên

mạch cần đo thử. Do vậy, độ chính xác của phép đo cao.

2. Có thể đo điện áp ngay ở các mức microvolt nhờ sự khuyếch đại tín hiệu đo. Ở

kiểu cơ cấu đo từ - điện, đo mức điện áp dưới 100mV rất khó khăn.

3. Điện dung vào của voltmeter điện tử là rất nhỏ, vào khoảng vài picofarad. Do đó

có thể đo được các mức điện áp tín hiệu tần số cao sau khi chỉnh lưu.

4. Đồng hồ có độ nhạy thấp, 1000Ω/V, và vì vậy rẽ tiền, thô, có thể sử dụng cho các

phép đo.

5. Nguồn cung cấp cho mạch khuyếch đại không lấy từ mạch cần đo, mà lấy từ VCC.

6. Ở kiểu mạch cầu cân bằng (như thể hiện ở hình 3.12), ảnh hưởng của các thay đổi

ở các thông số của FET và BJT là thấp nhất.

7. Độ dịch mức 0 trong quá trình hoạt động không xảy ra.

b) Nhược điểm của EVM

1. Nhược điểm chính là cần phải có khối nguồn cung cấp cho mạch khuyếch đại, nên

EVM có giá thành cao và kích thước lớn.

2. Mạch khuyếch đại dc bị trôi mức tín hiệu ra.

c) Đồng hồ đo điện tử đa năng

Đồng hồ đo điện tử đa năng (EMM) về cơ bản là voltmeter một chiều, nhưng sẽ làm việc

như nhiều đồng hồ đo như chuyển mạch chức năng kết nối các thiết bị đo để biến đổi các

thông số đo khác thành điện áp dc, như đã giải thích ở DMM.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

31

3.4 ĐỒNG HỒ ĐO HỆ SỐ MÉO DẠNG TÍN HIỆU

a) Nguyên lý

Đồng hồ đo hệ số méo dạng dùng để đo độ méo hài tổng có trong tín hiệu ra. Tần số cơ

bản sẽ được triệt nhờ mạch lọc thông cao, mà tần số cắt của mạch lọc hơi cao hơn so với

tần số cơ bản. Tín hiệu tần số cơ bản sẽ thoát xuống đất và các tần số cao hơn so với tần

số cơ bản (hài bậc 2, hài bậc 3, v. v. . .) sẽ đưa đến voltmeter tạo ra mức điện áp do toàn

bộ các hài có trong tín hiệu. Đồng hồ đo độ méo có thể là kiểu nhiệt ngẫu hoặc voltmeter

điện tử. Sơ đồ khối của đồng hồ đo độ méo điển hình cho ở hình 3.14.

b) Thực hiện phép đo độ méo

Tín hiệu vào sẽ được cung cấp từ máy tạo sóng đưa đến bộ khuyếch đại cần đo thử độ

méo. Tín hiệu ra của bộ khuyếch đại là tín hiệu vào của thiết bị đo. Khi chuyển mạch S

đặt tại vị trí B, sẽ thu được toàn bộ tín hiệu ở đồng hồ đo đầu ra. Tín hiệu toàn bộ hoặc sẽ

được điều chỉnh đến mức lệch đầy thang (fsd), hoặc mức cố định nào đó được ghi dấu

trên mặt chỉ thị của đồng hồ nhờ mạch suy giảm. Tiếp theo, chuyển mạch đặt tại vị trí A,

nên bộ lọc thông cao sẽ loại bỏ tín hiệu tần số cơ bản cho đến khi nhận được mức biên độ

giảm ở mặt chỉ thị của đồng hồ. Mức chỉ thị đó là mức tổng trừ đi tần số cơ bản, tức là

lượng các sóng hài. Đồng hồ đo sẽ được định chuẩn theo phần trăm của độ méo dạng mà

có thể đọc trực tiếp trên vạch chia thấp nhất.

c) Sử dụng đồng hồ đo độ méo trong việc dò tìm hư hỏng

Có thể đo được độ méo xuất hiện trong thiết bị cần đo thử. Nguyên nhân gây méo dạng

có thể được xác định bằng ngắn mạch lần lượt các tầng của thiết bị, như ở hình 3.15.

Chẳng hạn, nếu tầng III được làm ngắn mạch theo hình vẽ, và độ méo vẫn còn, tầng nào

đó trong số các tầng III, hay IV, hoặc V là tầng gây méo dạng. Nếu méo dạng được loại

bỏ, thì tầng I hoặc tầng II có thể bị hỏng. Toàn bộ các tầng có thể được đo thử theo

phương pháp này để nhận diện tầng hỏng. Khi xác định được tầng hỏng theo phương

pháp trên, ta có thể đo thử thêm để biết nguyên nhân gây méo dạng và sửa chửa hư hỏng.

3.5 BỘ ĐẾM TẦN SỐ

Bộ đếm tần là một thiết bị đo số có thể dùng để đo tần số, khoảng thời gian giữa hai tín

hiệu, chu kỳ xung, tỷ số của hai tần số và có thể đếm số xung.

a) Nguyên lý hoạt động.

Ở kiểu đo cơ bản nhất đó là tín hiệu cần đo được đặt vào cổng AND, cổng chỉ mở trong

khoảng thời gian cố định bằng một xung mở cổng. Xung ra của cổng AND sẽ được đưa

đến bộ đếm 10 và chốt số liệu để sau đó đưa đến khối hiển thị như thể hiện theo sơ đồ

khối ở hình 3.16.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

32

Mạch xử lý tín hiệu gồm một khối khuyếch đại và khối trigger Schmitt. Tín hiệu dạng

sóng sin vào được khuyếch đại và chuyển đổi thành các xung vuông để được đưa đến

một đầu vào của cổng AND, đầu vào còn lại lấy xung định thời từ mạch tạo xung nhịp

(khối gốc thời gian).

b) Các phép đo bằng bộ đếm tần.

Phép đo tần số: Cổng AND sẽ duy trì việc mở cổng theo chu kỳ của xung định thời, nên

sẽ cho các xung tín hiệu cần đo tần số tại đầu ra của cổng AND trong khoảng thời gian

mở cổng. Bộ đếm sẽ đếm các xung và số đếm sẽ được lưu trữ vào bộ nhớ cũng như được

hiển thị. Xung định thời kích khởi bộ đếm tại thời điểm xuất hiện cạnh trước và dừng bộ

đếm tại thời điểm xuất hiện cạnh sau của xung nhờ flip - flop. Tương tự, xung định thời

cũng sẽ điều khiển bộ nhớ.

Nếu khoảng thời gian của xung định thời là 1 giây, bộ đếm mở cổng trong khoảng thời

gian là 1 giây, bộ đếm cho số chu kỳ tín hiệu truyền qua cổng trong một giây, tức là đo

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

33

trực tiếp tần số của tín hiệu.

Đối với các tần số cao, sử dụng mạch chia 10 để tạo ra các xung định thời từ 1s đến 1ms

tuỳ theo các vị trí đặt của chuyển mạch nhiều vị trí. Nếu có 1000 xung của tín hiệu cần

đo truyền qua cổng AND trong khoảng thời gian 1ms, thì tần số của tín hiệu là

1000MHz. Các bộ đếm không thể đếm các tần số quá cao (ở dãi gigahertz), nên các tần

số cao sẽ được đo bằng kỹ thuật 'chia thang trước', tức là tần số tín hiệu sẽ được chia 2,

4, 8, v. v. . . sao cho tần số sau khi chia thang trước phù hợp với thang đo của bộ đếm

tần. Sơ đồ khối bộ đếm tần có mạch chia tần số xung nhịp (mạch chia gốc thời gian) như

ở hình 3.17.

Đo chu kỳ: Để đo chu kỳ, xung tín hiệu vào có tác dụng như một xung định thời dùng để

mở cổng truyền các xung nhịp qua cổng AND. Tín hiệu vào sẽ mở và đóng cổng AND,

nên số đếm là số lượng xung nhịp đã được truyền qua cổng sẽ cho biết chu kỳ thời gian

của xung tín hiệu cần đo. Sơ đồ khối của mạch đo chu kỳ như ở hình 3.18a và b.

Đo khoảng thời gian giữa hai xung: Có thể đo khoảng thời gian giữa hai xung bằng

cách sử dụng một tín hiệu để mở cổng và tín hiệu còn lại để đóng cổng AND. Tín hiệu

xung nhịp dùng để đo khoảng thời gian khi mở và đóng cổng. Phép đo được thể hiện ở

hình 3.19. Xung 1 làm cho đầu vào S = 1 và R = 0, nên Q = 1, khi xung 2 xuất hiện làm

cho S = 0 và R = 1, nên Q = 0.

Đo tỷ số tần số của hai tín hiệu: Nếu có hai tín hiệu, thì tín hiệu tần số thấp được sử

dụng làm xung định thời, còn tín hiệu tần số cao sẽ được đếm trong khoảng thời gian của

xung định thời. Phép đo cho biết tỷ số của hai tần số trên khối hiển thị như ở sơ đồ khối

hình 3.20.

Đếm xung: Mạch đơn giản như ở hình 3.21, sẽ cho biết là bộ đếm sẽ đếm tổng số xung

truyền qua cổng trong suốt khoảng thời gian chuyển mạch giữ ở trạng thái kín mạch.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

34

c) Bộ đếm tần số đa năng.

Bộ đếm tần số đa năng kết hợp tất cả các phép đo trong thiết bị đo đơn nhờ các vị trí đặt

của mạch chuyển mạch. Mạch đo cơ bản theo các vị trí chuyển mạch như ở hình 3.22.

d) Các ưu điểm của bộ đếm tần số kiểu số.

Các ưu điểm của bộ đếm tần kiểu số gồm:

1. Độ rõ cao (6 đến 8 digit)

2. Độ chính xác cao (do sự ổn định của mạch dao động bằng tinh thể)

3. Tốc độ đo cao.

4. Đồng hồ đo sẽ không đáp ứng đối với nhiễu và tạp âm mức thấp khi đặt mức kích

khởi cao.

5. Dễ đọc số chỉ thị.

e) Sử dụng máy đếm tần số dò tìm trạng thái hỏng của thiết bị.

Tần số của các bộ tạo xung nhịp (trong máy tính), các bộ dao động nội (trong các máy

thu) và các bộ dao động cao tần (RF) (trong các máy phát tín hiệu và trong các máy thu -

phát), có thể được đo để kiểm tra nếu các tầng có hư hỏng. Máy tạo xung và máy tạo

hàm có thể được kiểm tra để tìm sai hỏng bằng cách đo tần số, độ rộng xung và khoảng

thời gian của các xung đã được tạo ra. Các điểm đo thử thường có sẵn trên bảng mạch

của thiết bị điện tử để có thể lấy tín hiệu cần đo bằng đồng hồ đo tần số.

3.6 MÁY PHÁT TÍN HIỆU CAO TẦN (RF)

Máy phát tín hiệu cao tần sẽ tạo ra tín hiệu tần số radio dùng để điều chế tín hiệu cao tần

với tín hiệu âm tần theo kiểu điều biên hay điều tần. Việc điều chế tín hiệu âm tần sẽ

được tạo ra bởi thiết bị đo. Cũng có thể cung cấp tín hiệu điều chế ngoài. Sơ đồ khối của

máy tạo tín hiệu RF như ở hình 3.23.

Bộ suy giảm sẽ được định chuẩn để cho mức suy giảm mỗi nấc là 20dB tương ứng với

1V. Tín hiệu âm tần cũng có thể lấy ra thông qua mạch suy giảm khác để kiểm tra các

tầng âm tần.

a) Sử dụng máy phát tín hiệu RF

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

35

Máy phát tín hiệu RF phải được nối với máy thu cần đo thông qua cáp có bảo vệ chống

nhiễu. Chọn băng tần và tần số dao động. Chọn kiểu điều chế và độ sâu điều chế. Bộ suy

giảm đặt tại vị trí mức ra của phép đo yêu cầu. Đầu ra của máy tạo sóng phải được nối

với đầu vào của thiết bị cần đo thử. Nối nguồn cung cấp và tiếp theo bật công tắc nguồn

của máy phát tín hiệu [ON]. Máy thu được điều chỉnh để thu tín hiệu. Có thể mắc

voltmeter điện tử (EVM), hay đồng hồ đo mức công suất âm tần tại đầu ra của máy thu.

Nếu không có tín hiệu ra ở máy thu, thì mức ra của máy phát tín hiệu cần phải được tăng

thêm, sao cho máy thu có thể nhận được tín hiệu ra không méo. Tất cả các phép đo thực

hiện với mức ra ở mức không đổi và mức ra thay đổi của máy phát tín hiệu.

b) Sử dụng máy tạo tín hiệu trong việc chẩn đoán hỏng.

Máy tạo tín hiệu cao tần được sử dụng phổ biến để chẩn đoán tình trạng hỏng trong các

máy thu. Tín hiệu phải được cung cấp đến máy thu và sử dụng máy hiện sóng để quan sát

dạng sóng tín hiệu có ở đầu vào và đầu ra của các tầng khác nhau. Nếu một tầng thể hiện

tín hiệu ra bình thường, thì tất cả các tầng trước tầng đó là bình thường và sai hỏng có

thể ở tầng sau đó kế tiếp. Theo cách này có thể xác định tầng hỏng.

Máy tạo tín hiệu cũng cần cho việc cân chỉnh máy thu để tần số dao động nội và tần số

tín hiệu RF là bằng nhau (cùng tần số) tại tất cả mức thiết lập trên núm tinh chỉnh trong

băng tần. Thủ tục và trình tự cân chỉnh để đo các thông số của máy thu sẽ được giải thích

ở mục 5.4, chương 5.

3.7 MÁY TẠO TÍN HIỆU ÂM TẦN.

Máy tạo tín hiệu âm tần bao gồm bộ dao động âm tần (thường sử dụng bộ dao động kiểu

cầu Wien), bộ khuyếch đại đệm và bộ khuyếch đại công suất kết nối với bộ suy giảm

định chuẩn như ở sơ đồ khối hình 3.24.

Sử dụng máy tạo sóng âm tần để chẩn đoán tình trạng hỏng trong các mạch

khuyếch đại.

Máy tạo tín hiệu âm tần dùng để cung cấp tín hiệu chuẩn, không nhiễu để đo thử hiệu

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

36

suất và đo các thông số của mạch khuyếch đại âm tần (như hệ số khuyếch đại, độ rộng

băng tần cũng như độ méo dạng). Cách thiết lập phép đo như ở hình 3.24. Trình tự các

bước thực hiện phép đo như sau:

1. Nối máy tạo tín hiệu âm tần với bộ khuyếch đại. Mắc đồng hồ đo mức công suất

âm tần tại đầu ra của bộ khuyếch đại.

2. Điều chỉnh tần số của máy tạo tín hiệu ở mức 1000Hz, và điều chỉnh độ suy giảm

của tín hiệu ra của máy tạo sóng ở mức mà bộ khuyếch đại có thể cho tín hiệu ra

không méo. Ghi nhận mức chỉ thị độ suy giảm là x1, và mức chỉ thị của đồng hồ đo

công suất phát ra là w1.

3. Tiếp theo, mắc máy phát tín hiệu trực tiếp với đồng hồ đo công suất song song với

bộ khuyếch đại cần đo thử. Mức chỉ thị trên đồng hồ có thể giảm. Tăng dần mức công

suất phát ra của máy tạo tín hiệu cho đến khi số chỉ thị của đồng hồ đo bằng trở lại trị

số w1. Ghi nhận số chỉ thị mới của máy phát tín hiệu là x2. Tính tỷ số của hai số chỉ

thị của máy phát tín hiệu x2/x1, biểu diễn theo dB, sẽ cho hệ số khuyếch đại của mạch

khuyếch đại.

4. Để đo độ rộng băng tần, hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại phải được đo tại

các tần số khác nhau, từ 20Hz đến 20kHz, và vẽ đặc tuyến giữa tần số (trên trục - x

theo thang logarithmic) theo hệ số khuyếch đại theo dB (trên trục - y tuyến tính), từ

đặc tuyến ta có thể xác định độ rộng băng tần ở mức 3dB.

5. Để đo độ méo, cần phải sử dụng đồng hồ đo độ méo dạng, như đã được giải thích ở

mục 3.4. Đồng hồ đo độ méo dạng sẽ đo độ méo hài tổng tạo ra do mạch khuyếch đại

đối với tín hiệu cung cấp từ máy tạo tín hiệu. (phải đảm bảo rằng tín hiệu phát ra của

máy tạo tín hiệu không bị méo). Phép đo này cũng sẽ cho biết mức tín hiệu ra âm tần

lớn nhất có thể nhận được từ mạch khuyếch đại trong giới hạn độ méo cho phép.

3.8 MÁY PHÁT XUNG.

Máy phát xung phức tạp hơn so với máy tạo sóng sin. Một sóng sin chỉ có hai thông số là

biên độ và tần số, trong khi sóng xung có hàng loạt các thông số như biên độ xung, độ

rộng xung, tần số lặp lại của xung, chu kỳ, công suất xung, chu kỳ chuyển trạng thái (quá

độ) v. v. . . Sơ đồ khối của máy phát xung như ở hình 3.25.

Bộ tạo xung Bộ tạo xung gồm mạch dao động cầu Wien được ghép với mạch kích khởi

Schmitt. Tần số xung tạo ra của mạch kích khởi Schmitt có thể được điều khiển hoặc bên

trong (điều khiển trong - Int. control), hoặc điều khiển bên ngoài (điều khiển ngoài - Ext.

control). Xung đơn [Single] sẽ điều khiển các thông số của xung bằng tay. Cổng ngoài

[Ext. gate] sẽ tạo ra các cụm xung.

Khối định thời Khối định thời thực hiện các chức năng như sau:

1. Làm trễ hay làm sớm pha của xung so với xung kích khởi.

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

37

2. Mỗi xung sẽ được tạo ra hai xung. Xung thứ nhất sẽ trùng với xung kích khởi,

xung thứ hai sẽ thay đổi theo thời gian.

Bộ phát từ số Máy phát xung được sử dụng phổ biến trong các phép đo thử và chẩn đoán

hỏng trong các mạch số. Máy phát từ sẽ thay thế khối định thời để tạo ra dữ liệu.

Bộ điều khiển dạng xung Bộ điều khiển dạng xung sẽ điều khiển độ rộng xung, chu kỳ

chuyển trạng thái (thời gian tăng và thời gian giảm của các cạnh xung), cực tính của

xung, biên độ xung và độ dịch xung (từ 0Vdc).

Máy phát xung có trở kháng ra đặc trưng là 50Ω. Máy phát xung sẽ ngăn chặn sự hình

thành sóng dừng trên đường truyền.

Máy phát xung loại tốt sẽ tạo ra xung mịn với đỉnh xung ngang và các cạnh đứng. Tuy

nhiên, nếu khảo sát hư hỏng, các xung có thể bị suy biến thể hiện preshoot, độ quá mức

trên [overshoot], dao động tắt dần [ringing], độ không tuyến tính [non - linearity] và độ

suy giảm [droop] hay độ nghiêng [sag].

Các dấu hiệu trên thể hiện ở hình 3.26. Các sai hỏng ở xung có thể quan sát bằng máy

hiện sóng.

Các công dụng của máy tạo xung.

1. Đo thử các mạch số bằng cách cung cấp các xung để thử nghiệm các cổng logic.

2. Đo độ nhạy và tỷ lệ bit lỗi trong hệ thống thông tin số liệu.

3. Máy tạo xung dùng để phát hiện lỗi trên các đường dây điện thoại. Xung sẽ truyền

qua đường dây điện thoại ở tốc độ ánh sáng (3 x 105km/s). Khi gặp đường dây hở

mạch, xung sẽ được phản xạ về máy phát. Đo khoảng thời gian trống như trong

radar, thì có thể tính được chiều dài của cáp khi bị đứt.

4. Các xung từ máy tạo xung có thể được sử dụng để đo thử hệ số khuyếch đại và

đáp ứng tần số của các bộ khyếch đại. Các xung vuông ngắn sẽ làm giảm sự tiêu

tán công suất cho mạch.

5. Máy tạo xung cũng có thể được dùng làm tín hiệu điều chế đến các bộ dao động vi

ba, radar.

6. Thông số thời gian hồi phục ngược của các diode có thể xác định bằng cách sử

dụng các xung từ máy tạo xung.

3.9 MÁY TẠO HÀM - FUNCTION GENERATOR.

Trong khi các máy tạo tín hiệu chỉ tạo ra các sóng sin, và các máy tạo xung tạo ra các

xung vuông hoặc chữ nhật, thì máy tạo hàm sẽ tạo ra các loại dạng sóng khác nhau. Các

dạng sóng mà máy tạo hàm có thể tạo ra là sóng sin, các xung vuông hoặc chữ nhật, các

sóng tam giác và các tín hiệu răng cưa.

Các dạng sóng khác nhau được tạo ra bằng máy tạo hàm có thể được lấy ra đồng thời.

Máy tạo hàm cũng có thể được khóa pha với tín hiệu ngoài.

Mạch dao động cơ bản của thiết bị có thể là mạch dao động đa hài hay mạch dao động

ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG

38

tạo sóng sin như kiểu cầu Wien. Các dạng dao động, nếu không phải là sóng sin có thể

được biến đổi từ sóng sin bằng mạch sửa dạng kiểu điện trở - diode. Các dao động có

dạng bất kỳ có thể biến đổi thành các xung bằng mạch kích khởi Schmitt. Hình 3.27, là

sơ đồ khối của máy tạo hàm cơ bản.

Mạch dao động cầu Wien có thể tạo ra tín hiệu sóng sin có băng tần rộng, từ vài hertz

đến dãi megahertz. Bộ khuyếch đại đệm sẽ đảm bảo tín hiệu dao động không bị suy

giảm. Mạch khuyếch đại công suất và mạch suy giảm mức tín hiệu (các hộp suy giảm

dB) sẽ tạo ra sóng sin tại đầu ra A. (một số máy tạo hàm sử dụng các mạch đa hài, tín

hiệu ra sẽ được sửa dạng banừg mạch sửa dạng diode và điện trở để có sóng sin).

Bộ tạo xung sử dụng mạch kích khởi Schmitt để biến đổi sóng sin thành xung. Bộ điều

chỉnh dạng xung tạo ra các xung có độ rộng , p.r.f, và công suất xung theo yêu cầu tại

đầu ra B.

Tín hiệu ra của mạch kích khởi Schmitt sẽ được cung cấp đến mạch tích phân bằng op -

amp và tiếp theo đến mạch điều hòa tín hiệu để có sóng tam giác tại đầu ra C.

Chuyển mạch bằng UJT có thể biến đổi sóng tam giác thành tín hiệu răng cưa, sau khi

điều hòa tín hiệu sẽ có tại đầu ra D.

Các công dụng của máy tạo hàm.

1. Tín hiệu sóng sin có thể dùng để đo thử hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại.

2. Sóng vuông có thể đo thử đáp ứng tần số thấp và tần số cao của mạch khuyếch đại

nhờ máy hiện sóng. Độ nghiêng nào đó của phần đỉnh ngang của xung sẽ cho biết

đáp ứng tần số thấp của mạch khuyếch đại kém. Sự thay đổi ở thời gian tăng và

thời gian giảm (tức sườn xung) của các cạnh xung sẽ cho biết đáp ứng tần số cao

của mạch khuyếch đại kém. Các xung cũng có thể sử dụng để đo thử các cổng số.

3. Các sóng tam giác có thể dùng để đo thử độ tuyến tính của các mạch mà sóng tam

giác truyền qua. Bất kỳ sự méo dạng của các cạnh tam giác, khi quan sát trên màn

hình của máy hiện sóng, sẽ cho biết độ không tuyến tính được tạo ra bởi mạch

khuyếch đại.

4. Tín hiệu răng cưa có thể được dùng để đo thử các bộ tạo sóng quét và các mạch

khuyếch đại quét trong các máy thu hình, các máy hiện sóng và các monitor.