Giáo trình Đo lường điện tử - Dư Quang Bình
Giáo trình Đo lường điện tử trình bày các kiến thức về phép đo và kỹ thuật đo điện tử, thiết bị đo điện tử đa năng, điện áp xoay chiều, bộ đếm tần số, máy phát tín hiệu cao tầng, máy tạo hàm, thiết bị đo và quan sát dạng tín hiệu, nguyên lý hoạt động máy hiện sóng,... Tham khảo tài liệu này để nắm bắt nội dung một cách chi tiết.
KHOA ÂIÃÛN TÆÍ - VIÃÙN THÄNG
BÄÜ MÄN ÂIÃÛN TÆÍ
ÂO LÆÅÌNG ÂIÃÛN TÆÍ
Biãn soaûn: Dæ Quang Bçnh
ÂAÌ NÀÔNG — 2000
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 1
CHƯƠNG 1: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
Đo lường điện tử là phương pháp xác định trị số của một thông số nào đó ở một cấu
kiện điện tử hay hệ thống điện tử. Thiết bị dùng để xác định giá trị được gọi là "thiết bị
đo", chẳng hạn, đồng hồ đo nhiều chức năng [multimeter] dùng để đo trị số của điện trở,
điện áp, và dòng điện trong mạch điện.
Kết quả đo tuỳ thuộc vào hạn chế của thiết bị đo. Các hạn chế đó sẽ làm cho giá trị đo
được (hay giá trị biểu kiến) hơi khác nhẹ với giá trị đúng (tức là giá trị tính toán theo
thiết kế). Do vậy, để quy định hiệu suất của các thiết bị đo, cần phải có các định nghĩa về
độ chính xác [accuracy], độ rõ [precision], độ phân giải [resolution], độ nhạy [sensitivity]
và sai số [error] .
1.1 ĐỘ CHÍNH XÁC [accuracy].
Độ chính xác sẽ chỉ mức độ gần đúng mà giá trị đo được sẽ đạt so với giá trị đúng của
đại lượng cần đo. Ví dụ, khi một trị số nào đó đọc được trên đồng hồ đo điện áp
[voltmeter] trong khoảng từ 96V đến 104V của giá trị đúng là 100V, thì ta có thể nói
rằng giá trị đo được gần bằng với giá trị đúng trong khoảng ± 4%. Vậy độ chính xác của
thiết bị đo sẽ là ± 4%. Trong thực tế, giá trị 4% của ví dụ trên là 'độ không chính xác ở
phép đo' đúng hơn là độ chính xác, nhưng dạng biểu diễn trên của độ chính xác đã trở
thành chuẩn thông dụng, và cũng được các nhà sản xuất thiết bị đo dùng để quy định khả
năng chính xác của thiết bị đo lường. Trong các thiết bị đo điện tử số, độ chính xác bằng
± 1 số đếm cộng thêm độ chính xác của khối phát xung nhịp hay của bộ gốc thời gian.
a) Độ chính xác của độ lệch đầy thang.
Thông thường, thiết bị đo điện tử tương tự thường có độ chính xác cho dưới dạng phần
trăm của độ lệch toàn thang đo [fsd - full scale deflection]. Nếu đo điện áp bằng đồng hồ
đo điện áp [voltmeter], đặt ở thang đo 100V (fsd), với độ chính xác là ± 4%, chỉ thị số đo
điện áp là 25V, số đo sẽ có độ chính xác trong khoảng 25V ± 4% của fsd, hay (25 - 4)V
đến (25 + 4)V, tức là trong khoảng 21V đến 29V. Đây là độ chính xác ± 16% của 25V.
Điều này được gọi là sai số giới hạn.
Ví dụ trên cho thấy rằng, điều quan trọng trong khi đo là nên thực hiện các phép đo gần
với giá trị toàn thang đo nếu có thể được, bằng cách thay đổi chuyển mạch thang đo. Nếu
kết quả đo cần phải tính toán theo nhiều thành phần, thì sai số giới hạn của mỗi thành
phần sẽ được cộng với nhau để xác định sai số thực tế trong kết quả đo. Ví dụ, với điện
trở R có sai số ± 10% và dòng điện I có sai số ± 5%, thì công suất I2R sẽ có sai số bằng 5
+ 5 + 10 = 20%. Trong các đồng hồ số, độ chính xác được quy định là sai số ở giá trị đo
được ± 1 chữ số. Ví dụ, nếu một đồng hồ có khả năng đo theo 3 chữ số hoặc 3 ½ chữ số,
thì sai số sẽ là 1/103 = 0,001 = ± (0,1% + 1 chữ số).
b) Độ chính xác động và thời gian đáp ứng.
Một số thiết bị đo, nhất là trong công nghiệp dùng để đo các đại lượng biến thiên theo
thời gian. Hoạt động của thiết bị đo ở các điều kiện như vậy được gọi là điều kiện làm
việc động. Do vậy, độ chính xác động là độ gần đúng mà giá trị đo được sẽ bằng giá trị
đúng mà nó sẽ dao động theo thời gian, khi không tính sai số tĩnh.
Khi thiết bị đo dùng để đo đại lượng thay đổi, một thuật ngữ khác gọi là đáp ứng thời
gian được dùng để chỉ khoảng thời gian mà thiết bị đo đáp ứng các thay đổi của đại
lượng đo. Độ trì hoãn đáp ứng của thiết bị đo được gọi là độ trễ [lag].
1.2 ĐỘ RÕ [precision].
Độ rõ của thiết bị đo là phép đo mức độ giống nhau trong phạm vi một nhóm các số liệu
đo. Ví dụ, nếu 5 phép đo thực hiện bằng một voltmeter là 97V, 95V, 96V, 94V, 93V, thì
giá trị trung bình tính được là 95V. Thiết bị đo có độ rõ trong khoảng ± 2V, mà độ chính
xác là 100V - 93V = 7V hay 7%.
Độ rõ được tính bằng giá trị căn trung bình bình phương của các độ lệch. Ở ví dụ trên,
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 2
các độ lệch là:
+ 2, 0, + 1, - 1, - 2. Nên giá trị độ lệch hiệu dụng là:
4 + 0 +1+1+ 4
=2
5
Do đó mức trung bình sai lệch là 2. Như vậy, độ rõ sẽ phản ánh tính không đổi (hay khả
năng lặp lại - repeatability) của một số kết quả đo, trong khi độ chính xác cho biết độ
lệch của giá trị đo được so với giá trị đúng. Độ rõ phụ thuộc vào độ chính xác. Độ chính
xác cao hơn sẽ có độ rõ tốt hơn. Nhưng ngược lại sẽ không đúng. Độ chính xác không
phụ thuộc vào độ rõ. Độ rõ có thể rất cao nhưng độ chính xác có thể không nhất thiết là
cao. Khi độ chính xác gắn liền với độ lệch thực tế của đồng hồ đo (hoặc số hiển thị thực
tế ở đồng hồ số), thì độ rõ gắn liền với sai số ở số đọc của giá trị đo. Sai số như vậy có
thể tăng lên do thị sai ở các đồng hồ đo tương tự hoặc không ổn định ở các bộ chỉ thị số.
1.3 ĐỘ PHÂN GIẢI [resolution].
Độ phân giải là sự thay đổi nhỏ nhất ở các giá trị đo được (không phải là giá trị 0) mà
một thiết bị đo có thể đáp ứng để cho một số đo xác định. Độ phân giải thường là giá trị
vạch chia nhỏ nhất trên thang đo độ lệch. Nếu một ammeter có 100 vạch chia, thì đối với
thang đo từ 0 đến 1mA, độ phân giải sẽ là 1mA/100 = 10µA. Ở các đồng hồ đo số, độ
phân giải là 1 chữ số. Độ phân giải cần phải được cộng thêm với sai số do số đo nằm
trong khoảng giữa hai vạch chia lân cận không thể đọc một cách chính xác. Độ phân giải
cũng được phản ánh theo sai số của độ rõ ngoài các yếu tố khác như thị sai.
1.4 ĐỘ NHẠY [sensitivity].
Độ nhạy là tỷ số của độ thay đổi nhỏ nhất ở đáp ứng ra của thiết bị đo theo độ thay đổi
nhỏ nhất ở đại lượng đầu vào. Ví dụ, nếu độ lệch đầy thang của một ammeter A cho
bằng 50µA, và bằng 100µA ở ammeter B, thì ammeter A nhạy hơn so với ammeter B.
Độ nhạy được thể hiện cho voltmeter dưới dạng ohm / volt. Một đồng hồ đo có độ lệch
đầy thang (fsd) là 50µA sẽ có điện trở là 20 000Ω mắc nối tiếp để cho fsd ở mức 1V,
trong khi một đồng hồ có fsd là 100µA sẽ có điện trở là 10 000Ω để cho fsd ở mức 1V.
Vậy voltmeter 20 000Ω/V có độ nhạy cao hơn so với voltmeter 10 000Ω/V.
a) Ngưỡng độ nhạy.
Ngưỡng độ nhạy là mức tín hiệu nhỏ nhất có thể được phát hiện dưới dạng có nhiễu và
tạp âm. Các tín hiệu rất nhỏ có thể lẫn trong tạp âm, do vậy không thể tăng độ nhạy của
một hệ thống đo vô cùng. Thông thường sử dụng phép đo đối với ngưỡng độ nhạy là
biên độ của tín hiệu vào mà tỷ số tín hiệu trên nhiễu bằng đơn vị hoặc 0dB.
b) Yêu cầu độ rộng băng tần.
Độ rộng băng tần chọn lọc được dùng để cải thiện mức ngưỡng. Khi tần số nhiễu cao
hơn phổ tần của tín hiệu cần đo, thì phải sử dụng mạch lọc thông thấp để tín hiệu truyền
qua với mức nhiễu không đáng kể. Nếu nhiễu có tần số thấp hơn phổ tần của tín hiệu đo,
thì sử dụng bộ lọc thông cao. Tổ hợp bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao sẽ suy ra độ
rộng băng tần để chặn nhiễu. Nếu nhiễu chiếm độ rộng trong phạm vi phổ tần của tín
hiệu cần đo, thì bộ lọc chặn có thể nén nhiễu cùng với một phần nhỏ tín hiệu đo.
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
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 3
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
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 4
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.
E × RL
VL = (1.1)
RS + RL
E × ( RL //RM )
VM = (1.2)
RS + ( RL //RM )
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.
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 5
100 × 200 200
Trường hợp thứ nhất: RL //RM = = kΩ
300 3
10 × 100 100
Điện áp thực tế khi chưa có đồng hồ = = = 9,1V
110 11
200
10 ×
Điện áp đo được = 3 = 200 = 8,7V , Vậy, sai số theo phần trăm là 4,4%
200 23
10 +
3
Trường hợp thứ 2: Điện áp thực tế là 9,1V (như đã tính ở trên)
100 ×10 100
RL //RM = = kΩ
110 11
100
10 ×
Điện áp đo được = 11 = 100 = 4,8V , Vậy, sai số theo phần trăm là 47,3%
100 21
10 +
11
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),
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 6
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
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG 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.
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG 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
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG 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.
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG 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.
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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.
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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.
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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.
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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).
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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.
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 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
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG II: OSCILLOSCOPES
