Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Trần Thục Linh

ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 1
CƠ SỞ ĐO LƢỜNG ĐIỆN TỬ
Giảng viên: Trần Thục Linh
Khoa Kỹ thuật điện tử 1
Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 2
Sách tham khảo
1. Cơ sở kỹ thuật đo lƣờng điện tử, Vũ Quý Điềm, nhà xuất
bản KHKT, 2001
2. Đo lƣờng điện-vô tuyến điện, Vũ Nhƣ Giao và Bùi Văn
Sáng, Học viện kỹ thuật quân sự, 1996
3. Electronic Test Instruments, Bob Witte, 2002
4. Radio Electronic Measurements, G.Mirsky, Mir
Publishers, Moscow, 1978
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 3
NỘI DUNG
• CHƢƠNG 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
• CHƢƠNG 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
• CHƢƠNG 3. Các cơ cấu chỉ thị trong máy đo
• CHƢƠNG 4. Máy hiện sóng
• CHƢƠNG 5. Đo tần số, khoảng thời gian và độ di pha
• CHƢƠNG 6. Đo dòng điện và điện áp
• CHƢƠNG 7. Đo công suất
• CHƢƠNG 8. Phân tích phổ
• CHƢƠNG 9. Đo các tham số của mạch điện
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 4
2.1 Các phương pháp đo:
1. Phƣơng pháp đo trực tiếp: dùng máy đo hay các mẫu đo (các chuẩn) để
đánh giá số lƣợng của đại lƣợng cần đo. Kết quả đo chính là trị số của đại 
lƣợng cần đo.
- VD: đo điện áp bằng vôn-mét, đo tần số bằng tần số-mét, đo công suất
bằng oát-mét,...
- Đặc điểm: đơn giản, nhanh chóng, loại bỏ đƣợc các sai số do tính toán
2. Đo gián tiếp: kết quả đo không phải là trị số của đại lƣợng cần đo, mà là các
số liệu cơ sở để tính ra trị số của đại lƣợng này.
- VD: đo công suất bằng vôn-mét và ampe-mét, đo hệ số sóng chạy bằng
dây đo,...
- Đặc điểm: nhiều phép đo và thƣờng không nhận biết ngay đƣợc kết quả đo
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
Định nghĩa: đo lƣờng là khoa học về các phép đo, các phƣơng pháp và các công 
cụ để đảm bảo các phƣơng pháp đo đạt đƣợc độ chính xác mong muốn
aX 
 naaaFX ,...,, 21 
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 5
3. Phƣơng pháp đo tương quan: dùng để đo các quá trình phức tạp, khi không 
thể thiết lập một quan hệ hàm số nào giữa các đại lƣợng của một quá trình 
nghiên cứu
- Phép đo tƣơng quan đƣợc thực hiện bằng cách xác định khoảng thời gian
và kết quả của một số thuật toán có khả năng định đƣợc trị số của đại lƣợng 
thích hợp.
- VD: đo tín hiệu đầu vào và đầu ra của một hệ thống
- Đặc điểm: cần ít nhất hai phép đo mà các thông số từ kết quả đo của chúng 
không phụ thuộc lẫn nhau. Độ chính xác đƣợc xác định bằng độ dài khoảng 
thời gian của quá trình xét.
4. Các phƣơng pháp đo khác:
- Phƣơng pháp đo thay thế
- Phƣơng pháp hiệu số (phƣơng pháp vi sai, phƣơng pháp chỉ thị không, 
phƣơng pháp bù)
- Phƣơng pháp chỉ thị số
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 6
2.2 Phương tiện đo và các đặc tính cơ bản
1. Phương tiện đo là phƣơng tiện kĩ thuật để thực hiện phép đo, chúng có những
đặc tính đo lƣờng đã đƣợc qui định.
- Phƣơng tiện đo đơn giản: mẫu, thiết bị so sánh, chuyển đổi đo lƣờng
- Phƣơng tiện đo phức tạp: máy đo (dụng cụ đo), thiết bị đo tổng hợp và hệ thống
thông tin đo lƣờng.
+ Mẫu: phƣơng tiện đo dùng để sao lại đại lƣợng vật lí có giá trị cho trƣớc với độ
chính xác cao. Chuẩn là mẫu có cấp chính xác cao nhất. Chuẩn là phƣơng tiện đo
đảm bảo việc sao và giữ đơn vị.
+ Thiết bị so sánh: phƣơng tiện đo dùng để so sánh 2 đại lƣợng cùng loại để xem
chúng “ = ”, “ > ”, “ < ”.
+ Chuyển đổi đo lường: phƣơng tiện đo dùng để biến đổi tín hiệu thông tin đo
lƣờng về dạng thuận tiện cho việc truyền tiếp, biến đổi tiếp, xử lí tiếp và giữ lại
nhƣng ngƣời quan sát không thể nhận biết trực tiếp đƣợc (VD: bộ KĐ đo lƣờng;
biến dòng, biến áp đo lƣờng; quang điện trở, nhiệt điện trở,...)
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 7
+ Dụng cụ đo: phƣơng tiện đo dùng để biến đổi tín hiệu thông tin đo lƣờng về 
dạng mà ngƣời quan sát có thể nhận biết trực tiếp đƣợc (VD: vônmét, ampe mét,...)
+ Thiết bị đo tổng hợp và hệ thống thông tin đo lường: là các phƣơng tiện đo phức
tạp dùng để kiểm tra, kiểm định và đo lƣờng.
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
Dụng cụ đo
Mức độ tự 
động hóa
Dụng cụ đo 
không tự 
động
Dụng cụ đo 
tự động
Dạng của tín 
hiệu
Dụng cụ đo 
tƣơng tự
Dụng cụ 
đo số
Phƣơng pháp 
biến đổi
Dụng cụ 
đo biến 
đổi thẳng
Dụng cụ 
đo biến 
đổi cân 
bằng
Các đại lƣợng 
đầu vào
Dụng cụ 
đo dòng 
điện
Dụng cụ 
đo tần số
...
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 8
2. Các đặc tính cơ bản của phương tiên đo 
Các đặc tính tĩnh đƣợc xác định thông qua quá trình chuẩn hoá thiết bị.
+Hàm biến đổi: là tƣơng quan hàm số giữa các đại lƣợng đầu ra Y và các đại 
lƣợng đầu vào X của phƣơng tiện đo, Y=f(X)
+Độ nhạy: là tỷ số giữa độ biến thiên của tín hiệu ở đầu ra Y của phƣơng tiện đo
với độ biến thiên của đại lƣợng đo đầu vào X tƣơng ứng. 
Ký hiệu: 
+Phạm vi đo: là phạm vi thang đo bao gồm những giá trị mà sai số cho phép của
phƣơng tiện đo đối với các giá trị đo đã đƣợc qui định
+Phạm vị chỉ thị : là phạm vi thang đo đƣợc giới hạn bởi giá trị đầu và giá trị cuối
của thang đo.
+Cấp chính xác: đƣợc xác định bởi giá trị lớn nhất của các sai số trong thiết bị đo.
Thƣờng đƣợc tính toán bằng đại số tƣơng đối quy đổi.
+Độ phân giải: Chính là độ chia của thang đo hay giá trị nhỏ nhất có thể phân biệt
đƣợc trên thang đo (mà có thể phân biệt đƣợc sự biến đổi trên thang đo).
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
dY
S
dX
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 9
3. Phân loại các máy đo:
a) Máy đo các thông số và đặc tính của tín hiệu:
VD: Vôn mét điện tử, tần số mét, MHS, máy phân tích phổ, ...
Sơ đồ khối chung: 
- Tín hiệu cần đo đƣa tới đầu vào máy
- Mạch vào: truyền dẫn tín hiệu từ đầu vào tới Thiết bị biến đổi. Mạch vào thƣờng
là bộ KĐ phụ tải catốt (Zvào cao), thực hiện phối hợp trở kháng.
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
Mạch vào
Thiết bị 
biến đổi
Thiết bị 
chỉ thị
Nguồn 
cung cấp
Đầu 
vào y(t)
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 10
- Thiết bị biến đổi: thực hiện so sánh và phân tích.
Có thể tạo ra tín hiệu cần thiết để so sánh tín hiệu cần đo với tín hiệu mẫu.
Có thể phân tích tín hiệu đo về biên độ, tần số, hay chọn lọc theo thời gian.
Thƣờng là các mạch KĐ, tách sóng, biến đổi dạng điện áp tín hiệu, chuyển đổi
dạng năng lƣợng,...
- Thiết bị chỉ thị: biểu thị kết quả đo dƣới dạng thích hợp với giác quan giao tiếp
của sinh lí con ngƣời hay với tin tức đƣa vào bộ phận điều chỉnh, tính toán,...
VD: đồng hồ đo chỉ thị kim, ống tia điện tử, hệ thống đèn chỉ thị số, thiết bị nhớ,...
Nguồn cung cấp: cung cấp năng lƣợng cho máy, và làm nguồn tạo tín hiệu chuẩn.
b) Máy đo đặc tính và thông số của mạch điện:
Mạch điện cần đo thông số: mạng 4 cực, mạng 2 cực, các phần tử của mạch điện.
Sơ đồ khối chung: cấu tạo gồm cả nguồn tín hiệu và thiết bị chỉ thị, (hvẽ)
VD: máy đo đặc tính tần số, máy đo đặc tính quá độ, máy đo hệ số phẩm chất, đo
RLC, máy thử đèn điện tử, bán dẫn và IC,...
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 11
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
Mạch đo
Đối 
tượng đo
Thiết bị 
chỉ thị
Nguồn 
tín hiệu(b)
Nguồn 
cung cấp
Nguồn 
tín hiệu
Thiết bị 
chỉ thị
Đối 
tượng đo(a)
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 12
c) máy tạo tín hiệu đo lƣờng:
Sơ đồ khối chung:
Bộ tạo sóng chủ: xác định các đặc tính chủ yếu của tín hiệu nhƣ dạng và tần số
dao động, thƣờng là bộ tạo sóng hình sin hay xung các loại
Bộ biến đổi: nâng cao mức năng lƣợng của tín hiệu hay tăng thêm độ xác lập của
dạng tín hiệu, thƣờng là bộ KĐ điện áp, KĐ công suất, bộ điều chế, thiết bị tạo
dạng xung,...
Các máy phát tín hiệu siêu cao tần thƣờng không có Bộ biến đổi đặt giữa Bộ tạo
sóng chủ và đầu ra, mà dùng Bộ điều chế trực tiếp để khống chế dao động chủ
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
Mạch 
ra
Thiết bị 
đo
Nguồn 
cung cấp
Bộ điều 
chế
Bộ tạo 
sóng chủ
Bộ biến 
đổi
x(t)
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 13
Mạch ra: để điều chỉnh các mức tín hiệu ra, biến đổi Zra của máy. Nó thƣờng là 
mạch phân áp, biến áp phối hợp trở kháng, hay bộ phụ tải Catốt.
Thiết bị đo: kiểm tra thông số của tín hiệu đầu ra. Nó thƣờng là vôn mét điện tử,
thiết bị đo công suất, đo hệ số điều chế, đo tần số,...
Nguồn: cung cấp nguồn cho các bộ phận, thƣờng làm nhiệm vụ biến đổi điện áp
xoay chiều của mạng lƣới điện thành điện áp 1 chiều có độ ổn định cao.
d) Các linh kiện đo lƣờng:
gồm các linh kiện lẻ, phụ thêm với máy đo để tạo nên các mạch đo cần thiết.
Chúng là các điện trở, điện cảm, điện dung mẫu; hay các linh kiện để ghép giữa
các bộ phận của mạch đo (VD: bộ suy giảm, bộ dịch pha, bộ phân mạch định
hƣớng,...)
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 14
2.1 Khái niệm & nguyên nhân sai số:
* Khái niệm sai số: là độ chênh lệch giữa kết quả đo và giá trị thực của đại lƣợng
đo. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: thiết bị đo, phƣơng thức đo, ngƣời đo
* Nguyên nhân gây sai số:
- Nguyên nhân khách quan: do dụng cụ đo không hoàn hảo, đại lƣợng đo bị
can nhiễu nên không hoàn toàn đƣợc ổn định,...
- Nguyên nhân chủ quan: do thiếu thành thạo trong thao tác, phƣơng pháp
tiến hành đo không hợp lí,...
2.2 Phân loại sai số
* Theo cách biểu diễn sai số:
-Sai số tuyệt đối: là hiệu giữa kết quả đo đƣợc với giá trị thực của đại lƣợng đo
-Sai số tƣơng đối chân thực: là giá trị tuyệt đối của tỉ số giữa sai số tuyệt đối và
giá trị thực của đại lƣợng đo
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
.100%ct
thuc
X
X

thucdo XXX 
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 15
-Sai số tƣơng đối danh định:
-Sai số tƣơng đối qui đổi: là giá trị tuyệt đối của tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá
trị định mức của thang đo.
 cấp chính xác của đại lƣợng đo
Xdm= Xmax -Xmin : giá trị định mức của thang đo
Nếu giá trị thang đo: 0Xmax Xdm=Xmax
* Theo sự phụ thuộc của sai số vào đại lượng đo:
- Sai số điểm 0 (sai số cộng) là sai số không phụ thuộc vào giá trị đại lƣợng đo.
- Sai số độ nhạy (sai số nhân) là sai số phụ thuộc vào giá trị đại lƣợng đo
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
.100%dd
do
X
X

%100.
dm
qd
X
X 
 
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 16
* Theo vị trí sinh ra sai số ta có sai số phương pháp và sai số phương tiện đo:
- Sai số phƣơng pháp là sai số do phƣơng pháp đo không hoàn hảo
- Sai số phƣơng tiện đo là sai số do phƣơng tiện đo không hoàn hảo. Gồm: sai
số hệ thống, sai số ngẫu nhiên, sai số điểm 0, sai số độ nhậy, sai số cơ bản, sai số
phụ, sai số động, sai số tĩnh.
Sai số cơ bản của phƣơng tiện đo là sai số của phƣơng tiện đo khi sử dụng trong
điều kiện tiêu chuẩn
Sai số phụ của phƣơng tiện đo là sai số sinh ra khi sử dụng phƣơng tiện đo ở
điều kiện không tiêu chuẩn
Sai số tĩnh là sai số của phƣơng tiện đo khi đại lƣợng đo không biến đổi theo thời
gian
Sai số động là sai số của phƣơng tiện đo khi đại lƣợng đo biến đổi theo thời gian
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 17
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
* Theo qui luật xuất hiện sai số:
- Sai số hệ thống
- Sai số ngẫu nhiên
2.2.1 Sai số hệ thống
- Do các yếu tố thƣờng xuyên hay các yếu tố có qui luật tác động.
- Kết quả đo có sai số của lần đo nào cũng đều lớn hơn hay bé hơn giá trị thực của
đại lƣợng cần đo
VD:
+ Do dụng cụ, máy móc đo chế tạo không hoàn hảo
+ Do chọn phƣơng pháp đo không hợp lí, hoặc lỗi trong quá trình xử lí kết quả
đo,...
+ Do khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm,...) khi đo không giống với điều kiện khí hậu
tiêu chuẩn theo qui định
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 18
2.2.2 Sai số ngẫu nhiên
- Do các yếu tố bất thƣờng, không có qui luật tác động.
VD: + Do điện áp cung cấp của mạch đo không ổn định
+ Do biến thiên khí hậu của môi trƣờng xung quanh trong quá trình đo
Trị số đo sai: là kết quả các lần đo có các giá trị sai khác quá đáng, thƣờng do sự
thiếu chu đáo của ngƣời đo hay do các tác động đột ngột của bên ngoài.
Xử lí sai số sau khi đo:
- Đối với sai số hệ thống: xử lí bằng cách cộng đại số giá trị của sai số hệ 
thống vào kết quả đo, hoặc hiệu chỉnh lại máy móc, thiết bị đo với máy mẫu
- Đối với sai số ngẫu nhiên: không xử lí đƣợc, chỉ có thể định lƣợng đƣợc 
giá trị sai số ngẫu nhiên bằng lí thuyết xác suất & thống kê.
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 19
2.3 Ứng dụng phương pháp phân bố chuẩn để định giá sai số
Yêu cầu: - tất cả các lần đo đều phải thực hiện với độ chính xác nhƣ nhau
- phải đo nhiều lần
2.3.1 Hàm mật độ phân bố sai số
- Tiến hành đo n lần một đại lƣợng nào đó, ta thu đƣợc các kết quả đo có các
sai số tƣơng ứng là x1, x2, ...,xn
- Sắp xếp các sai số theo giá trị độ lớn của nó thành từng nhóm riêng biệt, 
vd: n1 sai số có trị số từ 0÷0,01; n2 sai số có trị số từ 0,01÷0,02; ...
- , ,... là tần suất ( hay tần số xuất hiện) các lần đo có các
sai số ngẫu nhiên nằm trong khoảng có giá trị giới hạn đó
- Lập biểu đồ phân bố tần suất:
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
n
n1
1 
n
n2
2 
limn (x)=p(x)
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 20
p(x) là hàm số phân bố tiêu chuẩn các sai số (hàm số chính tắc). Thực tế thì phần
lớn các trƣờng hợp sai số trong đo lƣờng điện tử đều thích hợp với qui luật này
(hàm Gauss) (1)
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
22
)( xhe
h
xp 
h : thông số đo chính xác
h lớn đƣờng cong hẹp và nhọn (xác 
suất các sai số có trị số bé thì lớn hơn) 
 thiết bị đo có độ chính xác cao
Qui tắc phân bố sai số:
a. Xác suất xuất hiện của các sai số có trị số bé thì nhiều hơn xác suất xuất
hiện của các sai số có trị số lớn.
b. Xác suất xuất hiện sai số không phụ thuộc dấu, nghĩa là các sai số có trị số
bằng nhau về giá trị tuyệt đối nhƣng khác dấu nhau thì có xác suất xuất hiện
nhƣ nhau.
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 21
2.3.2 Sử dụng các đặc số phân bố để đánh giá kết quả đo và sai số đo
1. Sai số trung bình bình phương:
+ Đo n lần một đại lƣợng X, các kết quả nhận đƣợc là n trị số sai số có giá trị
nằm trong khoảng giới hạn x1 ÷ xn
+ h khác nhau xác suất của chúng khác nhau
+ h = const với một loại trị số đo xác suất sai số xuất hiện tại x1 và lân cận
của x1 là:
tƣơng tự ta có: 
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
11
2
1
2
dxe
h
dp
xh 
22
2
2
2
dxe
h
dp
xh 
n
xh
n dxe
h
dp n
22 
.......................
x
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 22
Xác suất của n lần đo coi nhƣ xác suất của một sự kiện phức hợp, do đó:
Pph= dp1. dp2... dpn
Tìm cực trị của h:
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng
  02
2222
2
1
  
 
 ii
xh
in
n
xh
n
n
ph
exh
h
e
h
n
dh
dP
02 22  ixhn
Sai số TBBP (): 
n
xxxh
n
dxdxdxe
h
n ...21
... 222
2
1
2 
 (2)
n
x
h
i
2
2
1
(3)
n
x
n
i
i
  1
2
(4)
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 23
Hàm phân bố tiêu chuẩn: (5)
Xác suất xuất hiện các sai số có trị số <  : 
(6)
* Lấy  để định giá sai số của KQ đo độ tin cậy chƣa đảm bảo.
 lấy M=3 (sai số cực đại).
(8)
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣ ... hân tích phổ nối tiếp
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 162
+Tại bộ Biến tần có hai tín hiệu đƣợc đƣa tới là tín hiệu cần
nghiên cứu phổ và điện áp của bộ Tạo sóng điều tần. Ở đây tần số
của bộ Tạo sóng điều tần ngoại sai cùng với một trong các thành
phần sóng hài của tín hiệu sẽ tạo ra một tần số mới bằng hiệu của
2 tần số trên.
+Khi tần số hiệu này bằng tần số cộng hƣởng của bộ Khuếch đại
trung tần thì phân lƣợng điện áp có tần số đó đƣợc khuếch đại,
sau đó đƣợc tách sóng rồi lại đƣợc khuếch đại bằng bộ Khuếch
đại tần thấp trƣớc khi đƣa tới cặp phiến làm lệch Y của ống tia
điện tử.
Chƣơng 8. Đo các tham số điều chế & đặc tính phổ của t/hiệu
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 163
+Tia điện tử bị lệch đi so với đƣờng nằm ngang (vị trí ban đầu)
một trị số tỉ lệ với trị số trung bình của điện áp tín hiệu nghiên
cứu trong dải thông tần f.
+Mỗi khi trị số tức thời của tần số bộ Tạo sóng điều tần biến
đổi tạo nên một tần số hiệu bằng trung tần với lần lƣợt 2 thành
phần sóng hài kế tiếp nhau của tín hiệu thì đồng thời tia điện tử
đƣợc dịch chuyển theo trục ngang và trên màn lại xuất hiện
một vạch sáng khác theo trục dọc.
+Biên độ của các vạch này tƣơng ứng với điện áp (hay công
suất) của các phân lƣợng thành phần của phổ.
+Sau một chu kì quét, toàn bộ các vạch phổ của tín hiệu nghiên
cứu đã đƣợc vẽ trên màn MHS.
Chƣơng 8. Đo các tham số điều chế & đặc tính phổ của t/hiệu
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 164
Chƣơng 8. Đo các tham số điều chế & đặc tính phổ của t/hiệu
VD: tín hiệu phân tích phổ là một xung vuông biến
đổi có chu kì và có hệ số /T nhỏ (hình 8-4.a)
-Mỗi thành phần phổ đƣợc biểu thị bằng 1 vạch sáng
trên màn hình. Khoảng cách giữa 2 vạch trên thang
tần số bằng tần số lặp lại của xung tín hiệu F = 1/T.
-Yêu cầu: bộ Tạo sóng điều tần phải có tần số trung
tâm ổn định. Nếu không ổn định sẽ làm dịch chuyển
tất cả các phổ theo trục tần số (khi tần số biến đổi từ
từ) hoặc là làm dịch chuyển từng thành phần riêng
biệt của phổ (khi tần số biến đổi nhanh) khó quan
sát & làm giảm độ chính xác khi đo lƣờng các thông
số phổ
Hình 8-4Hình 8-5
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 165
-Đặc tuyến điều chế của bộ tạo dao động
điều tần phải thẳng (hình 8-6)
-Khi đặc tuyến thẳng thì phổ có hình dạng
nhƣ hình 8-7(a), nếu không thẳng thì thang
độ tần số sẽ khác nhau theo đƣờng quét
ngang & phổ sẽ bị méo dạng theo chiều
ngang ,hình 8-7(b).
Chƣơng 8. Đo các tham số điều chế & đặc tính phổ của t/hiệu
Hình 8-6
Hình 8-7
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 166
Chƣơng 8. Đo các tham số điều chế & đặc tính phổ của t/hiệu
-Bộ tạo điện áp quét: tạo đƣờng quét ngang trên ống tia điện tử và để điều chế
tần số.
-Bộ phát sóng điều tần: có tốc độ biến đổi tần số sao cho điện áp tín hiệu tăng
tới đƣợc mức điện áp cực đại trong khoảng thời gian ứng với dải thông tần của
bộ khuếch đại trung tần (KĐTT).
-Các thông số của khối KĐTT: dải thông tần, tần số cộng hƣởng, hệ số KĐ.
Dải thông tần: tuỳ thuộc vào mục đích, công dụng của máy phân tích phổ.
Máy phân tích phổ tần số thấp chọn dải thông tần sao cho có thể phân biệt
đƣợc rõ ràng 2 thành phần phổ cạnh nhau.
Nếu máy phân tích phổ có băng tần rộng, và gồm nhiều thành phần chỉ cần
vẽ đƣờng bao của phổ.
-Các xung đầu ra của bộ KĐ có biên độ tỉ lệ với năng lƣợng của từng bộ phận
của phổ.
-Chọn tần số trung tần sao cho loại bỏ đƣợc sự cho qua tín hiệu tần số ảnh (giải
pháp: tăng tần số trung tần). Nếu không thì trên màn MHS sẽ xuất hiện đồng
thời 2 dạng phổ: một phổ thực và một phổ ảnh.
Mâu thuẫn giữa tăng tần số trung tần và giảm nhỏ dải thông tần giải pháp:
dùng 2 bộ biến tần và KĐ trung tần.
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 167
Chƣơng 8. Đo các tham số điều chế & đặc tính phổ của t/hiệu
-Chọn hệ số khuếch đại dựa trên yêu cầu về biên độ cực tiểu của tín hiệu nghiên
cứu và biên độ đƣa vào bộ tách sóng.
-Đo bề rộng phổ bằng cách so sánh phổ cần đo với phổ chuẩn.
-Phổ chuẩn thƣờng dùng là phổ của tín hiệu điều tần mà tần số điều chế có dạng
điều hoà.
Sơ đồ khối của bộ phận tạo tín hiệu có phổ chuẩn:
+Bộ tạo sóng điều chế phát ra điện áp
hình sin có tần số 1-10 Mhz để đƣa tới
điều chế bộ tạo sóng chuẩn.
+Tín hiệu điều tần từ bộ tạo sóng
chuẩn đƣợc đƣa vào bộ trộn tần cùng
với tín hiệu nghiên cứu.
+Trên màn của MHS xuất hiện phổ của
tín hiệu nghiên cứu và phổ của tín hiệu
điều tần chuẩn. Khoảng cách giữa các
thành phần của phổ chuẩn là đã biết.
Hình 8-8 Bộ tạo tín hiệu có phổ chuẩn
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 168
+Biết tần số điều chế và các số lƣợng các thành phần của phổ chuẩn thì có thể
xác định đƣợc đúng các phân đoạn của phổ cần đo.
Tóm lại, biến đổi biên độ điện áp điều chế biến đổi số lƣợng các thành phần
của phổ chuẩn. Biến đổi tần số điều chế biến đổi đƣợc khoảng cách giữa
các thành phần của phổ chuẩn. Do đó có thể đo đƣợc bề rộng của bất kì phổ
nào.
VD:
(a) Các thành phần của phổ cần đo
(b) Các thành phần của phổ chuẩn
Hình 8-9 Các vạch phổ khi so sánh
Chƣơng 8. Đo các tham số điều chế & đặc tính phổ của t/hiệu
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 169
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
-Một số thông số: R, L, C, Q, góc tổn hao tg.
Các phương pháp đo tham số mạch: phƣơng pháp Vôn-Ampe, phƣơng pháp so
sánh bằng mạch cầu, phƣơng pháp cộng hƣởng, phƣơng pháp đo dùng các thiết
bị chỉ thị số.
9.1 Đo tham số mạch bằng pp vôn-ampe:
Theo sơ đồ hình 9-1a , giá trị điện trở đo đƣợc là:
RA: điện trở trong của ampe mét
: sai số phƣơng pháp
Ax
A
AR
A
V
x RR
I
UU
I
U
R x 
 '
x
A
pp
R
R
 
Hình 9-1a
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 170
Theo sơ đồ hình 9-1b:
RV: điện trở vào của vôn mét
Sai số: + sai số của ampe mét
+ sai số của vôn mét
+ sai số phƣơng pháp
Để giảm sai số phƣơng pháp: chọn vôn mét có RV lớn, ampe mét có RA nhỏ, và
chọn mạch đo thích hợp.
Để đo R lớn: chọn ampe mét có độ nhạy cao, và bọc kim ampe mét để giảm ảnh
hƣởng của dòng rò tĩnh điện.
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
V
x
x
VR
V
A
V
x
R
R
R
II
U
I
U
R
x 1
'
Vx
x
pp
RR
R
 
5%-10%
Hình 9-1b
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 171
9.2 Phương pháp so sánh bằng mạch cầu
Sai số: 1-5%
a. Cầu cân bằng kiểu 4 nhánh: dùng để đo R,L, C,...
-Mỗi nhánh cầu có thể là một hay hỗn hợp các R, L, C.
-Điều kiện cân bằng cầu:
Z1. Z3 = Z2. Z4
 1 + 3 = 2 + 4
Khi cầu cân bằng: IDC = 0
* Cầu tích số:
Pt cân bằng cầu:
Góc tổn hao của tụ điện:
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
4
4
31 1
1
.
Cj
R
LjRRR xx
 
 
4
31
R
RR
Rx 431 CRRLx và
4 41/D tg R C  
Hình 9-2
Hình 9-3
Rx
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 172
* Cầu tỉ số:
Pt cân bằng cầu:
Góc tổn hao của tụ điện:
* Sai số:
- do các Rtổn hao trong các nhánh có cuộn cảm mẫu, tụ điện mẫu; hoặc do điện
kháng trong các nhánh điện trở.
-do sự thay đổi tần số nguồn nuôi
-Do điện dung kí sinh giữa các phần tử với nhau trong mạch, giữa các phần tử
trong mạch với các vật xung quanh.
* Khắc phục: - bọc kim các phần tử trong mạch
- giảm méo phi tuyến của tần số nguồn nuôi.
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện


x
x
Cj
RR
Cj
RR
11
2
3
31
3
2
1 R
R
R
Rx 3
1
2 C
R
R
Cx và
3 3x xD tg R C R C   
Hình 9-4
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 173
b. Cầu chữ T cân bằng:
Gồm hai M4C chữ T mắc song song.
Dòng điện đầu ra M4C thứ nhất: I1 (ngắn mạch đầu ra)
Dòng điện đầu ra M4C thứ hai: I2
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
3
21
211
1
3
21
21
1
.
.
Z
ZZ
ZZZ
Z
U
Z
ZZ
ZZ
U
I
td
td









b
ca
catd
td
b
ca
ca
Z
ZZ
ZZZ
Z
U
Z
ZZ
ZZ
U
I









.
.
2
2
2
Za
ZbZ3
I1
I2
Hình 9-5
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 174
Cầu cân bằng khi:
VD: Mạch cầu chữ T dùng đo L
Điều kiện cân bằng:
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
021 III

0
.
21
21
21 
 tdtd
tdtd
tdtd ZZ
ZZ
ZZ 


Hình 9-6
rx

 

 
x
x
x
x
x
x
x
L
r
CL
C
C
L
r
CL
r
R
2
2
2
1
2
2
224
1
1
2
1
(*)
0
112
122
 
 

 Cj
LjrCCj
R
xx
C1: tụ mẫu
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 175
Chƣơng 9. Đo các thông số của mạch điện
Khi ở tần số cao,cho
Từ (*),(**) ta có:
Khi C1<<C: 
Đặc điểm: có thể dùng đo L ở cao tần tới f = 30MHz
Ưu điểm: giữa nguồn CC, đồng hồ chỉ thị, trở kháng cần đo có 1 điểm chung nối 
đất bọc kim đơn giản hơn, tần đoạn cao hơn
Nhược điểm: giới hạn đo bị hạn chế theo trị số của vật mẫu
xx Lr
22  (**)
2
1
2
2
1
1
2
2
x
x
L
C C
RC
r
C C


4
2
1
2
R
r
C
L
x
x
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 176
9.3 Phương pháp mạch cộng hưởng
Nguyên lý: dựa trên hiệu ứng cộng hƣởng của mạch dao động.
Đặc điểm: độ chính xác cao, sai số: 2-5%
Nguyên nhân sai số:
+ xác định không chính xác vị trí điểm cộng hƣởng của mạch điện
+ tần số bộ tạo dao động không ổn định
+ ảnh hƣởng của các thông số điện kháng tạp tán trong mạch đo
9.3.1 Đo điện dung (C)
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
- Lm, Cx tạo thành khung dao động.
- Hỗ cảm giữa cuộn cảm Lm và cuộn
cảm thuộc bộ dao động phải rất nhỏ.
- Mạch cộng hƣởng ở tần số:
Hình 9-7
m
xmCL
f
2
1
0
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 177
- Sai số phụ thuộc vào:
+ Độ chính xác của việc xác lập điểm cộng hƣởng (do thiết bị chỉ thị)
+ độ ổn định của tần số máy phát
+ độ chính xác của điện cảm mẫu (Lm), độ lớn của điện dung kí sinh (Cks)
-Cách loại bỏ Cks: sử dụng phương pháp thế
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
m
x
Lf
C
2
0
24
1
* Cx < Cm max :
Mắc Cm vào mạch, điều chỉnh tần số
của bộ tạo dao động để có cộng hƣởng
ksm CCC  1
Giữ nguyên tần số đó, mắc điện dung cần đo Cx // Cm rồi điều chỉnh Cm để có
cộng hƣởng.
ksxm CCCC  2
Cx
Cks
m
Hình 9-8
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 178
không phụ thuộc Cks
* Cx >= Cm max :
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
21 mmx CCC 
Thực hiện phép đo 2 lần ở cùng tần số
cộng hƣởng và Lm không đổi.
Lần 1: CM ở vị trí 1; điều chỉnh tần số
của bộ tạo dao động để có cộng hƣởng
Lần 2: CM ở vị trí 2; điều chỉnh Cm để
có cộng hƣởng (f0 không đổi)
ksm CCC  1
m
Cks 1
2
Hình 9-9
12
21
2
2
.
mm
mm
x
ks
xm
mx
CC
CC
C
C
CC
CC
C

không phụ thuộc Cks
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 179
9.3.2 Đo điện cảm (L)
- Tƣơng tự phép đo điện dung, mạch cộng hƣởng gồm điện dung mẫu Cm và
điện cảm cần đo (Lx).
- Cách giảm sai số do sự không ổn định của Cm: phƣơng pháp thế
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
m
x
Cf
L
2
0
24
1
Hình 9-10
Thực hiện 2 lần đo, tần số của bộ
tạo dao động đƣợc giữ cố định
trong cả 2 lần đo
Lần 1: nối Lx vào mạch, điều
chỉnh Cm để có cộng hƣởng (Cm1)
Lần 2: nối Lm vào vị trí của Lx,
điều chỉnh Cm để có cộng hƣởng
(Cm2)
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 180
Nếu Cks nhỏ hơn Cm1, Cm2 nhiều lần thì:
Sai số của phép đo:
Chọn thì sai số của phép đo điện cảm phụ
thuộc chủ yếu vào độ chính xác của Lm
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
21
0
11
mmmx CLCL
 
1
2
m
m
mx
C
C
LL 
12 mmmx CCLL
   
xm LL 012   mm CC
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 181
9.3.3 Đo điện trở (R)
Phương pháp thay đổi điện dung:
Khi mạch có cộng hƣởng:
C0 : điện dung khi có cộng hƣởng
C1, C2 là trị số điện dung ở hai phía của C0 ứng với:
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
Hình 9-11
2
2
2
1

  
C
LR
R
I
I
ch
C
L

 
1
2
0
21
2
1
C
CC
R

707,0
2
1
chI
I
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 182
Phương pháp thay đổi tần số:
Điều kiện còn có thể đạt đƣợc bằng cách thay đổi tần
số của bộ tạo dao động. Các tần số tƣơng ứng:
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
707,0
2
1
chI
I
021 ,, 
Hình 9-12
2
1 2 0 
2
0
21
2
1

 
C
R
Sai số: phụ thuộc vào mức độ xác định chính
xác hiệu số điện dung (phƣơng pháp thay đổi
điện dung), hiệu số tần số (phƣơng pháp thay
đổi tần số)
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 183
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
Phương pháp dùng điện trở mẫu:
B1: nối tắt điện trở mẫu R0, điều
chỉnh tần số của bộ dao động cho 
mạch cộng hƣởng. I1 là dòng điện 
trong mạch cộng hƣởng.
ec/ứng = I1(Rx + RM)
B2: nối R0, điều chỉnh tần số của
Hình 9-13
L
Rx
bộ dao động cho mạch cộng hƣởng. I2 là dòng điện trong mạch cộng hƣởng.
ec/ứng = I2(Rx + RM + R0)
Sức điện động cảm ứng trong cả 2 lần đo là bằng nhau, do đó:
I1(Rx + RM) = I2(Rx + RM + R0)
chú ý: chọn đồng hồ đo có RM nhỏMx R
II
RI
R 
21
02
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 184
9.3.4 Đo hệ số phẩm chất (Q)
RL: trị số điện trở của cuộn dây ở tần số đo
Dùng Q mét để đo hệ số phẩm chất của mạch cộng hƣởng, của cuộn dây, của tụ
điện,...
Sơ đồ khối cấu tạo của Q mét:
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
LR
L
Q

Hình 9-14
V
1
V
2
L
x
R
x
C
x
U
1
U
2 Cm
Bộ tạo
dao động
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 185
Chƣơng 8. Đo các tham số của mạch điện
- Quá trình đo đƣợc tiến hành nhờ thay đổi Cm (hoặc tần số bộ tạo dao động)
để mạch cộng hƣởng,
- Khi có cộng hƣởng vôn mét V2 chỉ giá trị cực đại:
với
- Giữ U1 cố định Thang độ của vôn mét điện tử đƣợc khắc độ theo trị số Q.
- Ngoài đo Q, Q mét còn dùng để đo R, L, C, tg,...
x
m
L
C
2
1

mC
I
U

 2
xR
U
I 1 
1
2 1.
x
x
x
U L
U U Q
R

1
2
U
U
Qx 
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 186
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
-VD: thay cuộn cảm mẫu (Lm) vào vị trí Lx; chuyển tụ xoay mẫu về vị trí giá
trị đại Cm1, điều chỉnh tần số để mạch cộng hƣởng. Vôn mét V2 chỉ giá trị Q1.
- Mắc Cx // Cm, giảm giá trị của Cm để mạch có cộng hƣởng (Cm2). Vôn mét
V2 bây giờ chỉ giá trị Q2.
- Tần số bộ tạo dao động đƣợc giữ cố định trong cả 2 lần đo, ta có:
Cx = Cm1 – Cm2
- Sai số của Q mét:
+ sai số do tần số của bộ tạo dao động không ổn định
+ sai số của đồng hồ đo dòng điện và Vôn mét điện tử
+ sai số khắc độ của Cm
+ sai số do các điện dung, điện cảm kí sinh của dây nối
1 2
1 2
x
Q Q
Q
Q Q
1
x
x
D tg
Q
 ,
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 187
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
9.4 Đo tham số mạch dùng phƣơng pháp hiện số
Ƣu điểm: dễ đọc, thực hiện đo nhanh và có độ chính xác cao.
Máy đo R,C loại hiện số: dựa trên nguyên lí biến đổi thời gian - xung
DAM SS K BDX HTS
DK
R
x Cm
U
0
/e
TXC
CM
f
0
1
2
Hình 9-15
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 188
Chƣơng 9. Đo các tham số của mạch điện
Hoạt động:
-CM ở vị trí 1; tụ Cm đƣợc nạp đến U0 trƣớc thời điểm khởi động (t1)
-Ở thời điểm t1, CM ở vị trí 2; đồng thời bộ điều khiển mở khoá K, quá trình
đếm xung bắt đầu. Cm phóng điện qua Rx và giảm dần theo qui luật hàm mũ:
Nx: số xung bộ đếm đếm đƣợc trong khoảng thời gian t2-t1
Thay Rx bằng Rm, Cm bằng điện dung cần đo Cx, ta có máy đo điện dung loại
hiện số
0
012
0
12
fCRN
ftt
T
tt
N
mxx
x
12
1
0
0
ttCRt
ee
e
U
eUU
mxp
CR
t
CR
t
p
mx
p
mx
p
t
U
U
0 
/e
t
1
t
2
U
0