mercury@Updatesofts.com Ebooks Team PGS. Vũ Quý Điềm (Chủ biên) Phạm Văn Tuân Đỗ Lê Phú Cơ sở kỹ thuật Đo lờng điện tử Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Mục lục Lời nói đầu 1 Chơng 1 Giới thiệu chung về kỹ thuật Đo lờng điện tử 1.1 Đối tợng của Đo lờng điện tử 6 1.1.1 Các đặc tính và thông số của tín hiệu 6 1.1.2 Các tham số và đặc tính của mạch điện tử 17 1.2 Các khái niệm cơ bản về Đo lờng điện tử 21 1.2.1 Khái niệm đo lờng 21 1.2.2 Các phơng pháp và biện pháp đo lờng cơ bản 22 Chơng 2 Định giá sai số Đo lờng 2.1 Nguyên nhân và phân loại sai số trong Đo lờng 28 2.1.1 Nguyên nhân gây sai số 28 2.1.2 Phân loại sai số 29 2.1.3 Các biểu thức diễn đạt sai số 30 2.2 ứng dụng phơng pháp phân bố chuẩn để định giá sai số 31 2.2.1 Hàm mật độ phân bố sai số 32 2.2.2 Hệ quả của sự nghiên cứu hàm mật độ phân bố sai số 33 2.2.3 Sử dụng các đặc số phân bố để định giá kết qu đo và sai số đo 36 2.3 Cách xác định kết quả đo 39 2.3.1 Sai số d 39 2.3.2 Độ tin cậy và khoảng chính xác 42 2.3.3 Cách xác định kết quả đo khi thực hiện đo nhiều lần 45 2.3.4 Tính sai số trong trờng hợp đo gián tiếp 48 2.3.6 Tính sai số khi đo tại vị trí chỉ thị cực trị 51 2.3.7 Lu đồ thực hiện quá trình xử lý, định giá sai số và xác định kết quả đo. 54 Chơng 3 Quan sát và Đo lờng dạng tín hiệu 3.1 Khái niệm chung 55 3.2 Cấu tạo ôxilô 57 3.2.1 Cấu tạo ống tia điện tử 57 3.2.2 Bộ tạo điện áp quét 63 3.2.3 Bộ khuếch đại của dao động ký 69 3.3 Công dụng của dao động ký (ôxilô) 73 3.3.1 Đo biên độ của điện áp tín hiệu 73 3.3.2 Đặc tuyến vôn-ampe và đặc tuyến tần số 75 3.4 Cấu tạo của dao động ký (ôxilô) nhiều kênh 80 3.4.1 Cấu tạo của dao động ký (ôxilô) hai tia 81 3.4.2 Phơng pháp biến đổi luân phiên-chuyển mạch điện tử 82 3.5 Cấu tạo dao động ký (ôxilô) quan sát tín hiệu siêu cao tần 89 3.5.1 Đặc điểm 89 3.5.2 Phơng pháp quan sát lấy mẫu 91 3.6 Cấu tạo của dao động ký (ôxilô) có nhớ loại tơng tự 94 3.6.1 Cấu tạo 94 3.6.2 Nguyên lý hoạt động của ôxilô có nhớ 95 3.7 ôxilô điện tử số 96 3.7.1 Cấu trúc và khả năng của ôxilô số 96 3.7.2 Ôxilô có cài đặt vi xử lý (micropocessor-àP) 98 Chơng 4 Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 4.1 Khái niệm chung 111 4.2 Đo tần số bằng các mạch điện có thông số phụ thuộc tần số 113 4.2.1 Phơng pháp cầu 113 4.2.2 Phơng pháp cộng hởng 115 4.3 Đo tần số bằng phơng pháp dùng thiết bị so sánh 123 4.3.1 Phơng pháp dùng dao động đồ của ôxilô 123 4.3.2 So sánh bằng phơng pháp ngoai sai 125 4.3.3 Đo tần số bằng phơng pháp đếm xung 4.4 Đo khoảng thời gian 134 4.4.1 Máy đếm điện tử 134 4.4.2 Bộ đếm trong thiết bị đo số 139 4.4.3 Bộ gii mã trong thiết bị đo số 149 4.4.4 Bộ chỉ thị số 159 4.4.5 Máy đếm điện tử có cài đặt vi xử lý (àP) 175 4.5 Tổ hợp tần số (Frequency synthesizer) 179 4.5.1. Tổ hợp mạng tần số tích cực dùng kỹ thuật mạch số 180 4.5.2 Tổ hợp tần số có cấu tạo vi xử lý (àP) 181 4.6 Đo độ di pha 186 4.6.1 Các phơng pháp đo di pha 188 4.6.2 Pha mét chỉ thị số 195 4.6.3 Pha-mét số có cài đặt micropocesor 198 Chơng 5 Đo điện áp 5.1 Đặc điểm và yêu cầu của phép đo tín hiệu điện áp 201 5.1.1 Các trị số điện áp đo 201 5.1.2 Cấu tạo và phân loại các vôn-mét điện tử 204 5.2 Vôn-mét điện tử loại tơng tự-dùng điện kế chỉ thị kim 205 5.2.1 Các đặc tính tách sóng 206 5.2.2 Khối khuếch đại trong vôn-mét điện tử 215 5.2.3 Khối chỉ thị bằng kim 217 5.2.4 Vôn-mét đo điện áp xung 217 5.3 Cấu tạo vôn-mét điện tử số 222 5.3.1 Bộ biến đổi tơng tự - số (the analog to digital converter) 222 5.3.2 Ví dụ về bộ giải mã để thực hiện ký tự số ả-rập 234 5.3.3 Vôn-mét điện tử số có cài đặt àP 236 Chơng 6 Đo công suất 6.1 Các khái niệm và phơng pháp đo công suất 243 6.1.1 Khái niệm 243 6.1.2 Phơng pháp đo công suất 245 6.1.3 Đo công suất ở tần số thấp và tần số cao 247 6.1.4 Đo công suất ở siêu cao tần dùng nhiệt điện trở 252 6.2 Đo công suất hấp thụ 258 6.2.1 Phơng pháp vôn-mét (và ampe-mét) 258 6.2.2 Phơng pháp đo cờng độ ánh sáng 259 6.2.3 Phơng pháp nhiệt lợng mét 260 6.3 Đo công suất truyền thông 263 6.4 Oát-mét dùng kỹ thuật số 268 6.4.1. Oát-mét số (Digital Wattmeter) 268 6.4.2. Oát-mét cài đặt vi xử lý 271 Chơng 7 Đo các tham số điều chế và đặc tính phổ của tín hiệu 7.1 Đo hệ số điều chế 274 7.1.1 Đo hệ số điều chế biên độ 277 7.1.2 Đo các thông số điều tần 282 7.1.3 Đo các thông số điều chế xung 286 7.2 Đo méo không đờng thẳng 289 7.3 Phân tích phổ tín hiệu 292 7.3.1 Phơng pháp phân tích 293 7.3.2 Cấu trúc thiết bị phân tích phổ theo phơng pháp số 300 7.3.3 Máy phân tích phổ dùng bộ vi xử lý với thuật toán biến đổi nhanh Fourrier 309 Chơng 8 Đo các thông số và đặc tính các phần tử của mạch điện 8.1 Đo các thông số của mạch điện có các phần tử tập trung 317 8.1.1 Đo các thông số của các linh kiện đờng thẳng 317 8.1.2 Đo thử các thông số của đèn bán dẫn 333 8.2 Đo các thông số của mạch điện có phần tử phân bố 337 8.2.1 Khái niệm 337 8.2.2 Các linh kiện đo lờng ở siêu cao tần 340 8.2.3 Công dụng đo lờng của dây đo 353 8.2.4 Đo trở kháng bằng các dây đo có đầu dò cố định 379 8.2.5 Đo trở kháng bằng phản xạ mét và bằng các cầu đo 382 Chơng 9 Đo lờng, kiểm nghiệm các mạch điện tử số và vi xử lý 9.1 Khái niệm và đặc tính chung của mạch số 388 9.2 Các phơng pháp phân tích 390 9.2.1 Phơng pháp phân tích logic 390 9.2.2 Phơng pháp phân tích nhận dạng mã địa chỉ (Signature Analysis) 398 9.3 Các nguyên lý tự kiểm tra (Principles of self - testing) 409 9.3.1 Phơng pháp LSSD (Level - Sensitive Scan Design) 409 9.3.2 Phơng pháp BILBO (Built-In Logic Block Observer) 410 9.3.3 Phơng pháp MICROBIT 411 Chơng 10 Đo lờng tự động 10.1 Các khuynh hớng cơ bản 414 10.1.1 Tù ®éng ho¸ tõng phÇn qu¸ tr×nh ®o l−êng 420 10.1.2 Tù ®éng ho¸ hoµn toµn qu¸ tr×nh ®o l−êng 435 10.2 HÖ thèng giao diÖn sè trong ®o l−êng (Interface for measurement system) 448 10.2.1 Giíi thiÖu chung 448 10.2.2. ThiÕt kÕ m¹ch kiÓu m¶ng khèi modun 449 10.2.3 Giao diÖn IEC (The International Electrotechnical Commission) 452 Tµi liÖu tham kh¶o 462 Lời nói đầu Giáo trình "Cơ sở kỹ thuật đo lờng điện tử" đợc biên soạn nhằm phục vụ cho việc học tập của sinh viên đại học thuộc các ngành kỹ thuật điện tử- viễn thông. Cuốn sách cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các ngành kỹ thuật khác có sử dụng kỹ thuật đo lờng điện tử nh là một phơng pháp để nghiên cứu khoa học, sử dụng khai thác kỹ thuật của ngành mình. So với cuốn Cơ sở kỹ thuật Đo lờng Vô tuyến điện đã đợc xuất bản trớc đây, mà các chơng mục của tập sách đó đã đợc sắp xếp theo đề cơng của chơng trình môn học Đo lờng Vô tuyến điện, đã đợc sử dụng làm giáo trình ở trờng Đại học Bách khoa Hà nội trong hai thập niên trớc, thì kỹ thuật đo lờng điện tử cũng đã có sự phát triển vợt bậc, nhiều thiết bị đo đã biến đổi hoàn toàn. Ngày nay, Điện tử đã trở thành một lĩnh vực đa dạng và có sự phát triển vợt bậc, đến nỗi ta đã có thể coi Vô tuyến điện tử (Radio-Electronics) chỉ còn là một hớng phát triển của Điện tử. Do vậy tên gọi của môn học cũng nh tên giáo trình cũng phải có sự thay đổi theo hớng phát triển thích hợp. Nói về sự phát triển của kỹ thuật Đo lờng điện tử, trớc hết phải nói về những thay đổi cơ bản của các thiết bị đo có sử dụng các bộ vi xử lý (microprocessors). Vi xử lý đã trở thành bộ phận chủ yếu cấu thành của các thiết bị đo. Việc áp dụng bộ vi xử lý vào kỹ thuật đo lờng đã làm tăng tính năng, thông số của các thiết bị đo lên rất nhiều; đã mở ra cách giải quyết các vấn đề mà trớc kia cha đợc đặt ra. Có bộ Vi xử lý làm cho thiết bị đo đa chức năng, đơn giản hoá việc điều khiển, tự động điều chỉnh, tự động lấy chuẩn, tự động kiểm tra, làm tăng thêm độ tin cậy của các thông số phép đo, thực hiện tính toán, xử lý thống kê kết quả; tức đã tạo đợc thiết bị đo lờng lập trình tự động. Một phần của cuốn sách này đợc dùng để trình bày những nguyên tắc và các khả năng của các thiết bị đo có bộ vi xử lý. Tuy vậy, trong thực tế nhiều khi chỉ cần các thiết bị đo đơn giản hơn, nên rất nhiều các thiết bị đo dùng kỹ thuật tơng tự và kỹ thuật số có sơ đồ lô-gích đang đợc sử dụng và vẫn đang đợc sản xuất tiếp tục. Trong cuốn sách còn đề cập đến các nguyên tắc truyền thống của kỹ thuật Đo lờng điện tử. Kỹ thuật Đo lờng điện tử là một ngành kỹ thuật có phạm vi rất rộng, cả về đối tợng đo, môi trờng và điều kiện đo, cũng nh dải tần đo, lợng trình đo và cấu tạo mạch đo. Tham vọng của tác giả là làm thế nào để có thể gói gọn đợc cả phạm vi rộng lớn nói trên vào những vấn để rất cơ bản và cách trình bày phải thể hiện đợc các nguyên tắc truyền thống cũng nh cập nhật đợc các nguyên tắc hoàn toàn mới trong cuốn sách của mình. Mặc dù đã cố gắng để cuốn sách đạt đợc ý tởng nói trên, song 1 chắc không tránh khỏi còn sai sót, tác giả mong đợc sự góp ý, chỉ dẫn của bạn đọc. Các ý kiến xin gửi về Khoa Điện tử- Viễn thông, trờng Đại học Bách khoa Hà nội, điện thoại 8692242. Ngày 4 tháng 6 năm 2001 PGS. Vũ Quý Điềm 2 [...]... thống có yêu cầu đo khoảng thời gian, cơ sở của một số hệ thống điều khiển là phép đo di pha rời rạc hoá và chỉ thị bằng số Để nghiên cứu giáo trình Cơ sở kỹ thuật đo lờng điện tử này, yêu cầu ngời đọc đã đợc nghiên cứu các giáo trình kỹ thuật cơ sở của ngành kỹ thuật điện tử Các giáo trình kỹ thuật cơ sở có quan hệ trực tiếp cần phải kể đến nh giáo trình điện tử và bán dẫn, lý thuyết cơ sở về tín hiệu... trúc cụ thể của các mạch đo và của các máy đo Cơ sở phát triển kỹ thuật điện tử là từ kỹ thuật điện, nên đo lờng trong điện tử cũng xuất phát từ các cơ sở của kỹ thuật đo lờng điện Tuy có quan hệ gắn bó nh vậy, nhng hai môn học này có quan điểm cơ bản khác nhau Nhiệm vụ của kỹ thuật điện là tạo ra, truyền dẫn và biến đổi năng lợng điện từ Còn nhiệm vụ của kỹ thuật điện tử là truyền lan và gia công tin... điện, cơ sở thiết bị khuếch đại, kỹ thuật xung và số, lý thuyết xác suất và thống kê Sở dĩ nh vậy, vì tất cả các kiến thức chung của các giáo trình trên là lý thuyết cơ sở cần thiết để xây dựng các phơng pháp đo lờng về các thông số của tín hiệu cũng nh của mạch điện tử Từ đó, nó cũng là các kỹ thuật cơ sở để xây dựng các biện pháp thực hiện các phơng pháp đo này, tức là cấu trúc cụ thể của các mạch đo. .. và phát triển Nội dung của giáo trình Đo lờng điện tử đợc giới thiệu trong tập sách này có thể nói một cách tóm tắt là: nghiên cứu các phơng pháp đo lờng điện tử cơ bản, các biện pháp kỹ thuật để thực hiện các phơng pháp đo và các thao tác kỹ thuật đo lờng để đạt đợc những yêu cầu cần thiết của phép đo Cụ thể, nội dung này bao gồm các vấn đề về các phơng pháp đo lờng các thông số của tín hiệu và mạch... đo các loại khác nhau với độ chính xác cao Trên cơ sở phát hiện những đo n tần số sóng mới, những phơng pháp đo mới cũng xuất hiện theo, tạo ra thêm các yêu cầu mới và đặc biệt về chế tạo cho các máy đo Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ ngời ta đã tự động hoá đợc các quá trình sản xuất, những thành tựu mới này đã đợc thích ứng với các phơng pháp đo và thiết bị đo mới của kỹ thuật đo. .. tính của tín hiệu cần đo, khả năng của máy đo thì không thể có kết quả đo chính xác Sự thông thạo của ngời làm kỹ thuật khi đo lờng có thể nâng cao đợc độ chính xác của phép đo, và có thể thực hiện các phép đo một cách linh hoạt Sự thông thạo không những thể hiện ở chỗ hiểu rõ các phép đo và sử dụng thành thạo các máy đo, mà còn thể hiện ở chỗ biết vận dụng để hiểu đợc các nguyên lý đo lờng ở các hệ thống... đợc nếu không có sự tổ hợp phép đo và máy đo 4 Cùng với quá trình phát triển của khoa học công nghệ, kỹ thuật điện tử và kỹ thuật viễn thông là những quá trình tiến triển gắn chặt với khả năng thực hiện và hoàn thiện kỹ thuật đo lờng Ví dụ, những thành tựu của lĩnh vực nghiên cứu không gian vũ trụ nh vệ tinh của trái đất là những hệ thống rất phức tạp của các máy móc đo lờng điện tử Quá trình điều khiển... của việc đo lờng đợc chính xác hay không là còn tuỳ thuộc nhiều vào chủ quan của ngời đo Muốn kết quả đo chính xác, phải chọn đợc phép đo đúng với nhiệm vụ đặt ra, thích hợp với đối tợng cần đo Cần phải nắm đợc các phơng pháp đo khác nhau, biết đợc tính năng các máy đo, xử lý thích đáng đợc các nguồn gốc sai số đo Không cẩn thận trong quá trình đo, không biết đầy đủ đặc điểm của đối tợng đo, đặc tính... m Tần số f0 hoặc bớc sóng 0 đo bằng máy đo tần số (tần số-mét) hay máy đo sóng Thật ra, trong hai đại lợng này có thể chỉ cần đo một đại lợng rồi suy ra đại lợng kia Dịch pha giữa hai dao động điều hoà đợc đo bằng máy đo pha (pha-mét) Trong kỹ thuật đo lờng điện tử, dao động điều hoà đợc tạo ra bằng các bộ tạo sóng (âm tần, cao tần và siêu cao tần) đặc biệt Nhờ có những cơ cấu điều chỉnh và các bộ... ký sinh của dây nối, của máy đo Các ảnh hởng trên thờng trở nên rất đáng kể trong lĩnh vực đo lờng điện tử, vì phép đo thờng đợc thực hiện ở tần số cao, công suất bé và hay đợc tiến hành ở trạng thái cộng hởng Lợng trình của đại lợng cần đo trong kỹ thuật điện tử cũng khá rộng và đa dạng Ví dụ nh với việc đo tần số thì phải thực hiện phép đo có lợng trình từ 0Hz đến 1015Hz Đo công suất thì từ các thiết . điều hoà là phổ biến nhất. b. Tín hiệu tu n hoàn Tín hiệu loại này có dạng tu ý và vì vậy về mặt nào đó, nó là tổng quát hơn các trờng hợp trên. Do tính tu n hoàn nên có thể biểu diễn nó dới. ngành mình. So với cuốn Cơ sở kỹ thuật Đo lờng Vô tuyến điện đã đợc xuất bản trớc đây, mà các chơng mục của tập sách đó đã đợc sắp xếp theo đề cơng của chơng trình môn học Đo lờng Vô tuyến điện,. dạng và có sự phát triển vợt bậc, đến nỗi ta đã có thể coi Vô tuyến điện tử (Radio-Electronics) chỉ còn là một hớng phát triển của Điện tử. Do vậy tên gọi của môn học cũng nh tên giáo trình cũng