Chương trình đo điện tử
Chương 1: Tổng quát về đo lường.
Chương 2: Đo dòng và áp.
Chương 3: Đo điện trở.
Chương 4: Đo L,C,M.
Chương 5: Đo công suất và điện năng.
Chương 6: Thiết bị phân tích tín hiệu.
Chương 7: Đo công suất tín hiệu.
Chương 8: Thiết bị đo chỉ thị số.
Chương 9: Dao động ký.
Chương 10: Máy phát tín hiệu.
Ch.2: Đo dòng và áp
2.1. Cơ cấu chỉ thị kim.
2.2. Đo dòng điện AC và DC.
2.3. Đo điện áp AC và DC.
2.4. Đo điện áp DC bằng phương pháp biến trở.
2.5. Vôn kế điện tử đo điện áp DC.
2.6. Vôn kế điện tử đo điện áp AC.
2.7. Ampe-kế điện tử đo dòng AC và DC.
2.1. Cơ cấu chỉ thị kim
2.1.1.Cơ cấu từ điện:
Chỉ đo dòng DC.
Mq= NBSI = KqI;
Mc= Kcθ.
Độ nhạy dòng:
SI = dθ/dI = Kq/Kc= K.
Trên thực tế:SI = 1/Ifs
Thang đo tuyến tính.
Có độ chính xác cao.
Ifscở100μA;Rmcở1KΩ.

2.1.2.Cơ cấu điện từ
Hình 2.6. Loại hút Hình 2.7: Loại đẩy
Đặc điểm cơ cấu đo điện từ
Có 2 loại : Lực hút và lực đẩy.
Dùng với cả 2 dòng điện DC và AC.
Mq = KqI2; Mc = Kcθ.
Thang đo không tuyến tính.
Tiêu thụ năng lượng nhiều hơn cơ cấu từ điện.
Độ chính xác nhỏ hơn cơ cấu từ điện.
Từ trường tạo bởi cuộn dây có trị số nhỏ nên cần có màn bảo vệ từ để tránh ảnh hưởng của từ trường nhiễu.
Chịu được sự quá tải cao.
Ifs cở mA; Rm cở vài Ω đến vài trăm Ω.

2.1.3.Cơ cấu điện động
Dùng với cả 2 dòng điện DC và AC.
Là cơ cấu có sự phối hợp của cơ cấu từ điện và điện từ.
Dùng làm bộ chỉ thị cho vôn kế,ampe kế, watt kế.
Mq = KqI1I2 (DC).



2.2. Đo dòng DC và AC
2.2.1.Nguyên lý: Cả 3 cơ cấu nói ở trên đều được dùng làm bộ chỉ thị ampe-kế. Riêng cơ cấu từ điện khi đo dòng AC thì phải biến đổi AC ra DC. Điều kiện Iđo≤ Ifs hoặc cần nới rộng tầm đo.
Rs
Ifs
2.2.2.Nới rộng tầm đo ampe-kế
Dùng điện trở shunt: Rs=IfsRm/(Itđ-Ifs). Nới rộng nhiều tầm đo với điện trở shunt có cách mắc thông thường và cách mắc Ayrton.
Thay đổi số vòng dây quấn cơ cấu đo (điện từ, điện động).
Dùng biến dòng (dùng cho ampe-kế AC). Ki = I1/I2≈ n2/n1. Không được để hở thứ cấp khi sơ cấp có dòng.
.
Is
I1
I2
I3
Ifs
Ifs
2.2.3.Đo dòng AC dùng cơ cấu đo từ điện
H.2.16.Chỉnh lưu bán kỳ H.2.17.Chỉnh lưu toàn kỳ.
Dùng diod chỉnh lưu: Chỉnh lưu bán kỳ và toàn kỳ.
Bán kỳ: Ihd=2.22Itb. Toàn kỳ: Ihd=1.11Itb.
Dùng cặp nhiệt điện: Cặp nhiệt điện được cung cấp nhiệt lượng do dòng điện này, tạo nên điện áp DC cho cơ cấu từ điện (dùng với tín hiệu không sin).
2.2.4.Ampe-kế kẹp
Là thiết bị đo dòng điện mà không cần ngắt mạch nên rất tiện lợi (ví dụ như đo dòng động cơ điện).
Mạch đo dòng điện sử dụng biến dòng với cơ cấu đo từ điện và diod chỉnh lưu có phần mở rộng tầm đo. Biến dòng không có cuộn sơ, lấy dây dẩn dòng điện làm sơ cấp với qui định số vòng sơ cấp là 1.
2.2.5.Ảnh hưởng ampe-kế trên mạch đo
Hình a: I = V/R.
Hình b: Ia = V/(R+Ra)
I ≈ Ia ↔ Ra « R.
Khi mắc ampe-kế vào mạch đo tương đương với việc ta mắc nối tiếp vào mạch đo 1 điện trở bằng nội trở ampe-kế.
Để ampe-kế chỉ kết quả chính xác ta cần Ra « R (điện trở tải).


2.3.Đo điện áp AC và DC
2.3.1Nguyên lý:
Điện áp đo được chuyển thành dòng điện đo đi qua cơ cấu chỉ thị với điều kiện:
Iđo = Vđo/(Rs+Rm) ≤Ifs.
Rs: Điện trở tầm đo.
Rs+Rm: Nội trở vôn kế.
Sv= Nội trở vôn kế/Vtđo: Độ nhạy của vôn kế, đơn vị: KΩ/vôn.

2.3.2.Nới rộng tầm đo vôn kế
Thay đổi điện trở tầm đo (áp dụng trong máy đo VOM). Có 2 cách thực hiện như hình trên. Nội trở vôn kế càng lớn khi Vtđo càng lớn.
Dùng biến áp ( dùng với vôn kế AC). Sơ cấp nối với điện áp đo, thứ cấp nối với vôn kế.
Tỉ số biến áp Kv = V1/V2 ≈ n1/n2
Ifs
Ifs
2.3.3.Đo áp AC dùng cơ cấu đo từ điện
Ta phải dùng cặp nhiệt điện (tín hiệu không sin) hay diod chỉnh lưu để biến đổi tín hiệu AC ra DC đưa vào cơ cấu đo.
Dùng diod chỉnh lưu có thể sử dụng chỉnh lưu bán kỳ như hình bên hoặc chỉnh lưu toàn kỳ.
Chỉnh lưu bán kỳ:
Vtđo = 2.22Ifs(R1+Rm)+Vd
R
Chỉnh lưu toàn kỳ: Có thể dùng cầu 4 diod hoặc 2 diod và 2 điện trở như hình trên.
Khuyết điểm của vôn kế AC dùng diod chỉnh lưu là phụ thuộc vào dạng tín hiệu và tần số cao có ảnh hưởng đến tổng trở và điện dung ký sinh của diod.
Trường hợp 4 diod: Vtđ = 1.11Ifs(R+Rm) + 2Vd.
2.3.4.Ảnh hưởng vôn kế trên mạch đo
H.2.27: H.2.28:
Mạch tương đương khi mắc vôn kế. Mạch đo nguồn áp
Khi mắc vôn kế vào mạch đo thì có thể xem như tổng trở vào vôn kế mắc song song với phần tử đo.
Để vôn kế chỉ kết quả chính xác ta cần có nội trở vôn kế rất lớn so với điện trở tải hoặc nội trở của nguồn.
2.4.Đo điện áp DC bằng ph.ph. biến trở
Hình 2.29: Mạch đo điện áp DC bằng biến trở.
Khi đo S ở vị trí 1, chỉnh con chạy để điện kế chỉ 0.
Ta xác định được điện áp cần đo Vx = RACI = VAC với I = B1/(K1R1+RAB); 0 ≤ K1 ≤1.
Kết quả đo không phụ thuộc vào nội trở của nguồn điện áp cần đo.
A
VAC
2.5.Vôn kế điện tử DC
2.5.1.Vôn kế điện tử DC dùng transistor.
1.Mạch đo dùng transistor có cách mắc kiểu điện áp hay gọi là cách mắc không khuếch đại như hình trên.
Dùng để thiết kế tầm đo đủ lớn.
2.Mạch khuếch đại hồi tiếp âm : Như hình trên.
Cho ta độ lợi ổn định Av lớn hơn 1.
Dùng thiết kế mạch đo điện áp có trị số nhỏ.
3.Mạch đo áp DC dùng transistor trường(JFET)
Mạch đo có ngõ vào dùng JFET để có tổng trở vào lớn.
Kết hợp mạch phân tầm đo ở ngõ vào.
2.5.2.Vôn kế điện tử DC dùng OP-AMP
1.Mạch đo không có khuếch đại điện áp: Như hình trên.
Tổng trở vào của vôn kế là tổng trở vào của mạch phân tầm đo: Zi = R1 + R2 + R3 + R4 = h.s. (1)
Điện áp ngõ ra mạch phân tầm là không đổi khi điện áp ngõ vào bằng điện áp tầm đo:
V1 = V2(R2+R3+R4)/Zi = V3(R3+R4)/Zi = V4R4/Zi. (2)
Vin+≈ Vin- = Vo = Im(Rs + Rm) . Tính V1?

Im
2.Mạch khuếch đại không đảo pha: Dùng cho tầm đo bé.
Điện áp ngõ ra: Vo = AvVi; Độ lợi Av = 1+(R1/R2) .
Tính điện áp tầm đo:Vtđo=Vo/ Av;Với Vo= Imax(Rs+Rm)
Im
3.Mạch chuyển đổi điện áp ra dòng điện: Như hình trên.
Ta có : Vi+ ≈ Vi- = VR1 = Im R1
Tính điện áp tầm đo: Vtđ = VR1 = Imax R1.
Im
4. Mạch khuếch đại vi sai: Như hình trên.
Điện áp ra V = V02 – V01 = (1+2R2/R1)(E2 – E1)
2
A3
2.5.3.Đo điện áp DC nhỏ dùng phương pháp “chopper”


DC
DC
Mạch
chopper
Mạch điều hợp
tổng trở
2.6.Vôn kế điện tử AC
2.6.1.Tổng quát: Để đo áp AC, ta chuyển điện áp AC ra DC bằng 3 phương pháp:
1.Chỉnh lưu trung bình. 2.Trị hiệu dụng thực. 3.Trị đỉnh.
Hệ số dạng Kf =Trị hiệu dụng/Trị chỉnh lưu trung bình.
Hệ số đỉnh Kp = Trị đỉnh/Trị hiệu dụng.
2.6.2.Ph. Ph. trị chỉnh lưu trung bình:(tín hiệu sin). Tính Vtđo?
2.6.3.Phương pháp trị hiệu dụng thực (tín hiệu không sin)


Ta có:
2.6.4.Phương pháp trị đỉnh
Hình 2.53.Mạch đo áp AC dùng mạch nhân đôi điện áp.
Điện áp AC được biến đổi ra áp DC có trị số bằng trị đỉnh bằng 2 cách:
Dùng mạch nhân đôi điện áp hoặc mạch kẹp.
V1
V2
H.a: Mạch kẹp đỉnh âm. H.Mạch kẹp và mạch lọc hạ thông
H.b: Mạch kẹp đỉnh dương



Hình 2.56. Mạch đo trị đỉnh dùng IC:
a.Mạch đo trị đỉnh không có hồi tiếp. b.Mạch đo trị đỉnh có hồi tiếp

R1
2.7.Ampe-kế điện tử
Đo dòng trong ampe-kế điện tử là chuyển dòng Iđo thành điện áp Vđo bằng cách cho dòng điện Iđo qua điện trở Rs như hình 2.57.(Đo dòng DC và AC).
Phân tầm đo dòng điện bằng cách thay đổi điện trở như hình 2.58. Mạch phân tầm có đặc điểm:
I1(Rs1+Rs2+Rs3+Rs4)=I2(Rs2+Rs3+Rs4)=I3(Rs3+Rs4)=I4Rs4=h.s