Bài giảng Đo điện tử - Chương 6: Thiết bị phân tích tín hiệu

Chương 6: Thiết bị phân tích

tín hiệu

6.1.Máy đo độ méo dạng.

Định nghĩa độ méo dạng.

Nguyên lý máy đo độ méo dạng.

Đo độ méo dạng tín hiệu từ mạch khuếch đại

Độ méo dạng tín hiệu AM.

6.2.Máy đo hệ số Q.

Nguyên lý máy đo.

Máy đo thực tế

6.3.Máy phân tích phổ tần tín hiệu.

6.1.Máy đo độ méo dạng

• Định nghĩa độ méo dạng:

A²⁺A²₂^+.....+A²_n

1

D =

A

0

• Nếu tính theo (%): D x100

• Với: A_o: biên độ; f_{o :}tần số; A₁, A₂, A₃....A_n:

biên độ các họa tần f₁, f₂, f₃...f_{n ;}(f₂=3/2f₁=3f_o);

• Ví dụ: A_o= 3V(RMS); A₁= 0,5(RMS); A₂= 0,1(RMS);

A₃= 0,05(RMS). Như vậy:

1/2

2



( ) ( )



0,5 + 0,1 + (0,05)

D(%) =

x100 =17%

3

Mạch nguyên lý đo độ méo dạng

Hình 6.1:Mạch nguyên lý đo độ méo dạng

R_v

Theo hì nh 6.1 ta có :

• Mạch 1: Mạch tiền khuếch đại: có nhiệm vụ điều hợp tổng trở

cho mạch cầu Wien và mạch ngõ vào

• Mạch 2:Mạch cầu Wien có nhiệm vụ là mạch giải chặn,tại tần

số cộng hưởng

tín hiệu có cùng tần số này bị lọc

f_r=1/2RC

không xuất hiện ở ngõ ra của cầu.Khi S ở 1 cầu Wien nối mass

• Mạch 3: Mạch khuếch đại tín hiệu ra từ cầu Wien.

• Theo nguyên lý sự hoạt động của mạch như sau:

• Trước hết khoá S ở vị trí 1 (vị trí chỉnh máy). Điều chỉnh R_Vcho

kim chỉ thị số lớn nhất của thang đo ( tín hiệu được đo có tần

số cơ bản f_ovà các sóng hài bậc cao). Sau đó khóa S ở vị trí 2,

cầu Wien được tái lập, điều chỉnh R và C cho đến khi nào kim

chỉ thị có giá trị nhỏ nhất, lúc ấy tín hiệu đi vào mạch khuếch

đại chỉ còn lại sóng hài (họa tần). Trị số độ méo dạng là trị số

nhỏ nhất nầy (được tính theo đơn vị %) hoặc trị RMS của sóng

hài còn lại.

Đo độ méo dạng của tín hiệu đi ra

từ mạch khuếch đại

1: Máy tạo tín hiệu âm thanh có tần số từ 20Hz đến

10kHz

2: Mạch khuếch đại cần đo độ méo dạng của tín hiệu ra

ở tải

3: Máy đo độ méo dạng

Cách tính độ méo dạng cho tín hiệu

điều biên (AM).

IMD: trị số méo dạng của tín hiệu biến điệu biên độ.

M: điện áp tính từ trị số đỉnh cao nhất phần âm đến cao

nhất phần dương

m: tính từ trị số đỉnh thấp nhất phần dương đến đỉnh

thấp nhất phần âm.Ví dụ:M = 3V; m = 2V;

3− 2

IMD = x100 = 20%

3+ 2

6.2.Máy đo hệ số Q

Nguyên lý: Các phần tử điện trở,cuộn dây,tụ điện ở tần số cao thì

phương pháp cầu đo không thể đo được do ảnh hưởng ký

sinh.Ta phải dùng ph. ph.cộng hưởng ở tần số hay gần tần số

hoạt động.Mạch nguyên lý của Q kế như hình: E là nguồn tín hiệu

tần số cao (RF); cuộn dây khảo sát có phần tử L_x,R_x.Tụ điện

thay đổi C có điện áp 2 đầu đo được Vc. Chỉnh tần số của E có trị

số f₀cần khảo sát. Chọn trước biên độ nguồn E. Điều chỉnh C để

có cộng hưởng khi đó vôn kế chỉ Vc cực đại. Khi đó thành phần

cảm kháng và dung kháng khử nhau dòng điện I trong mạch có

trị số lớn nhất:I = V_E/R. Ta có hệ số Q được tính như sau:

L V_LV_C

Q = = =

R V_EV_E

1 V_E1

V_c= I.

=

;V_c=V_L= L₀I

C₀R C₀

Ví dụ: Nguồn E có V_E= 100mV, cuộn dây có R = 5Ω và X_L=Lω =

X_C= 1/Cω =100Ω tại tần số cộng hưởng. Tính hệ số Q và độ chỉ

của vôn kế?

Giải: Tại tần số cộng hưởng, I = V_E/R = 100mV/5Ω = 20mA;

vôn kế chỉ thị : V_C= V_L= I/Cω = ILω = 20mAx100Ω = 2V.

Lưu ý:-Ta có thể ghi tỉ số V_C/V_Etrên vôn kế để đo Q của cuộn dây

-Trị số C thay đổi trong Q kế thường xác định được nhờ trị giá ghi

trên đỉa từ đó ta xác định được trị số L_xtại tần số cộng hưởng.

-Khi nguồn E có nội trở R_sthì dòng điện cộng hưởng

I = V_E/(R+R_s) và Q = V_L/V_E= LIω /V_E= Lω/(R+R_s)

Trong khi trị số thực của Q là Lω/R nghĩa là có sai số.Để sai số

không đáng kể ta phải có R>>R_s.Máy đo Q thực tế có R_s≈ 0,02Ω

Máy đo Q thực tế

• Nguồn V_scó biên độ ổn định nên

không cần có vôn kế V_E.

• Có thêm 2 đầu để mắc phần tử

cần đo

• Có thêm 1 số cuộn dây và tụ mẫu

để đo L_x,C_xbất kỳ.

• Ví dụ: Máy cho biết cuộn dây có

Q=98; C=147pF và cộng hưởng

ở tần số f₀=1,25MHz.Tí nh L_x;

R_x. Giải:

Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá

• Ta có : L_xCω²= 1 .Suy ra:

1

L_x=

=

110H

C²14710⁻¹²(2 1,25)²10¹²

L_x 11010⁻⁶2 1,2510⁶

R_x= =

= 8,8

Q

98

Cách đo phần tử có tổng trở lớn:

Đo điện cảm lớn L_pmắc song song

• Thường để đo L_P>100mH

• Trước hết gắn cuộn dây

mẫu L vào Q kế, chọn tần

số cộng hưởng f₀theo qui

định của cuộn dây mẫu.

• Điều chỉnh C cho đến khi

mạch cộng hưởng, ghi lại

trị số Q₁và C_1.

Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá

• Sau đó mắc cuộn dây đo L_p

song song với tụ C (2 đầu

HI và GND) ,chỉnh C cho

mạch cộng hưởng ghi lại trị

số Q₂; C₂. Ta có :

1

L_p=

²(C₂−C₁)

Cách đo phần tử có tổng trở lớn:

Đo điện dung nhỏ C_pmắc song song

• Thường để đo C_P<400pF

• Trước hết điều chỉnh cho

mạch cộng hưởng với

cuộn dây mẫu L giống

như cách đo L_P,ghi lại trị

giá C₁; Q₁.

• Sau đó mắc tụ cần đo C_P

vào 2 đầu tụ C, điều chỉnh

C cho đến khi mạch cộng

Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá

hưởng , ghi lại trị giá C₂

của C,trường hợp này Q

không thay đổi. Trị số C_P

C_p= C₁−C₂

được xác định:

•

Cách đo phần tử có tổng trở lớn:

Đo điện trở lớn R_Pmắc song song

• Trước hết điều chỉnh cho

mạch cộng hưởng với

cuộn dây mẫu L giống

như cách đo L_P, ghi lại trị

giá C₁; Q₁

• Sau đó mắc điện trở cần

Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá

đo R_Pvào 2 đầu tụ C,

trường hợp này mạch

cộng hưởng không bị ảnh

hưởng (C₂= C₁), Q thay

đổi và có trị giá Q₂. Trị giá

1

R_Pđược xác định:

R_p=

=

(Q₂C₂−QC ) C₁

(

Q₂−Q

)

1 1

1

Cách đo phần tử có tổng trở nhỏ:

Đo điện trở nhỏ R_smắc nối tiếp

• Phần tử đo R_Snối giữa đầu LO

của Q kế và đầu điện áp thấp của

cuộn dây mẫu , đầu còn lại của

cuộn dây mẫu nối vào đầu HI.

• Trước hết dùng 1 đoạn dây nối tắt

R_S,điều chỉnh C cho mạch cộng

hưởng,ghi lại trị giá Q₁; C₁.

• Sau đó tháo bỏ dây ngắn mạch,

trường hợp này mạch cộng hưởng

không bị ảnh hưởng (C₂= C₁) ghi

lại Q₂

Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá

C₁Q₁−C₂Q₂Q −Q₂

C₁C₂Q₁Q₂C₁Q₁Q₂

1

R_s=

=

Cách đo phần tử có tổng trở nhỏ:

Đo điện cảm nhỏ L_smắc nối tiếp

• Phần tử đo L_Snối giữa đầu LO của

Q kế và đầu điện áp thấp của cuộn

dây mẫu , đầu còn lại của cuộn dây

mẫu nối vào đầu HI.

• Trước hết dùng 1 đoạn dây nối tắt

L_S,điều chỉnh C cho mạch cộng

hưởng,ghi lại trị giá C₁.

• Sau đó tháo bỏ dây ngắn mạch,

điều chỉnh C cho mạch cộng

hưởng ghi lại trị giá C₂.Ta có :

Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá

C₁−C₂

L_s=

²C₁C₂

Cách đo phần tử có tổng trở nhỏ:

Đo điện dung lớn C_smắc nối tiếp

• Phần tử đo C_Snối giữa đầu LO

của Q kế và đầu điện áp thấp của

cuộn dây mẫu , đầu còn lại của

cuộn dây mẫu nối vào đầu HI.

• Trước hết dùng 1 đoạn dây nối tắt

C_S,điều chỉnh C cho mạch cộng

hưởng,ghi lại trị giá C₁.

• Sau đó tháo bỏ dây ngắn mạch,

điều chỉnh C cho mạch cộng

hưởng ghi lại trị giá C₂.Trường

hợp này Q không thay đổi nhiều.

Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá

C₁C₂

C_s=

C₂−C₁

6.3.Máy phân tích phổ tần tín hiệu

Máy phân tích phổ tần có nhiệm vụ tách những

tín hiệu có tần số khác nhau trong một tín hiệu có

dạng bất kỳ. Sau đó trình bày những phần tử tín

hiệu này lên màn hình của dao động ký với biên

độ tín hiệu điều khiển quét dọc, còn tần số tín

hiệu được biểu diễn theo trục ngang của dao

động ký, khi đó ta sẽ có hình ảnh một phổ tần

của các tần số tín hiệu khác nhau trên màn ảnh

của dao động ký.

6.3.1.Máy phân tích phổ tần theo

cá ch qué t TRF

• Cách quét TRF: dùng tín hiệu

răng cưa điều khiển mạch lọc

có tần số tín hiệu lọc thay đổi

(điều chỉnh được nhờ điện áp

tín hiệu răng cưa).Tín hiệu cần

phân tích phổ được đưa vào

khối 1.Tín hiệu quét được khối

5 tạo ra để trộn sóng cho khối

1, sau đó tín hiệu được đưa

qua mạch tách sóng 2, khối

khuếch đại 3 và điều khiển

quét dọc.Tín hiệu răng cưa

cũng đưa vào khối 4 để đường

quét ngang trên màn hình tỉ lệ

với tần số lọc của khối 1

Máy phân tích phổ tần theo cách quét TRF

• Ví dụ Tần số lọc của khối 1 quét từ

f₁đến f₂do tín hiệu răng cưa điều

khiển, đường nằm ngang trên màn

ảnh biểu diển trục tần số từ f₁đến

f₂.Tín hiệu vào có tần số f_sđưa

vào khối 1, khi mạch được điều

khiển đến tần số f_sthì ngõ ra xuất

hiện tín hiệu sau đó qua mạch tách

sóng để có điện áp DC bằng trị

đỉnh tín hiệu. Điện áp này đưa vào

mạch khuếch đại dọc để điều khiển

quét dọc hệ quả trên màn hình ta

thu được dạng xung có biên độ

được xác định bởi trục dọc tại tần

số f_sđược xác định bởi trục ngang