Chương 10 Đo góc pha và khoảng thời gian

 I cos( β − ϕ ) 

 I cos(γ − α ) 

 = F  1



f (α ) = F  1

I

cos

ϕ

I

cos

α

2

2









Nếu ở mạch song song, ta chọn các giá trị sao cho I1 = I2 ; β = γ thì ta suy ra

α=φ

Khắc độ theo đơn vị góc lệch pha hay cosφ trên cơ cấu chỉ thị, ta đọc được góc lệch pha theo góc lệch

α.

Nhược điểm của loai fazomet này là nó chỉ tính được cho một cấp điện áp. Nếu thay đổi điện áp, thì

phải thay đổi điện trở R1 và điện cảm L2 do đó mà dẫn đến thay đổi góc β. Ngoài ra sai số còn phụ thuộc

tần số, vì có cuộn cảm trong mạch.

Để khắc phục sai số, ta chia cuộn động thành 2 cuộn nối song song với nhau. Một cuộn nối với điện

dung, còn cuộn kia nối với điện cảm L, ta có ωL = 1/ωC (hình 10-2).



Hình 10-2 : Fazomet điện động nhiều thang đo và bù sai số.

Khi đó, ở nhánh 1, điện kháng XL tăng lên, ở nhánh 1’ điện kháng XC sẽ giảm, kết quả điện kháng trên

toàn mạch không đổi.

Để sử dụng với nhiều cấp điện áp, người ta dùng biến áp tự ngẫu, với các đầu vào là 110V, 127V,

220V, còn đầu ra có thể biến thiên từ 0 – 250V .

Để mở rộng thang đo về dòng người ta có thể phân cuộn tĩnh ra làm nhiều phần khác nhau mắc nối

tiếp hoặc song song, ta sẽ được các cấp dòng điện khác nhau.

10.2.2 Fazomet điện tử

Nó dựa trên việc biến đổi góc lệch pha trực tiếp thành dòng hay áp.

Để đo góc lệch pha giữa 2 điện áp hình sin, ta thực hiện theo sơ đồ hình 10-3a.



Hình 10-3 : a). Fazomet điện tử

b). Biểu đồ thời gian

164



2 tín hiệu hình sin qua 2 bộ tạo xung tương ứng. Khi tín hiệu đi qua mức ‘0’ tạo ra các xung U’1 , và

U’2. Các xung này được đưa đến đầu vào của trigơ (S-R). Như vậy các tín hiệu hình sin ở đầu vào, nhờ các

bộ tạo xung đã biến độ lệch pha thành khoảng thời gian giữa các xung. Khi có sự tác động của xung này

lên đầu vào của trigơ xuất hiện tín hiệu ITr ở đầu ra. Và qua cơ cấu chỉ thị từ điện ta sẽ có một dòng trung

bình.

I tb

∆t

ϕ

o

I tb = I m

= Im.

==> ϕ = .360

o

I

T

360

m

Trong đó : Im – biên độ dòng điện ở đầu ra trigơ

T – chu kì của tín hiệu

Từ đó ta tính được góc lệch pha φ. Nếu Im = const, thì đại lượng góc pha cần đo tỉ lệ với Itb.

Sai số của phép đo này chủ yếu do sự biến động của Im và sai số của phép đo dòng trung bình Itb .

Loại fazomet này thường để đo góc lệch pha 0 ±180o, tần số 20Hz ÷ 200kHz

10.2.3 Fazomet chỉ thị số

Nó dựa trên nguyên tắc biến đổi góc pha thành mã.

Trước tiên, góc lệch pha giữa 2 tín hiệu được biến thành khoảng thời gian. Sau đó, lấp đầy khoảng thời

gian đó bằng các xung với tần số đã biết trước. Các fazomet xây dựng theo nguyên tắc này bao gồm bộ

biến đổi góc pha thành khoảng thời gian, bộ biến đổi thời gian – xung, bộ đếm và chỉ thị số.

Sơ đồ fazomet thường sử dụng như hình 10-4.



Hình 10-4 : Fazomet chỉ thị số

Các tín hiệu x1 và x2 được đưa vào các bộ tạo xung. Các xung xuất hiện khi tín hiệu qua mức ‘0’. Các

xung này sẽ được đưa đến đầu vào của trigơ tạo ra ở đầu ra một xung mà độ dài của nó tỉ lệ với góc lệch

pha cần đo φx. Khóa K1 được mở trong thời gian tx .

165



Từ máy phát xung chuẩn f0 , tín hiệu xung có tần số ổn định f0 được đưa đến khóa K1 rồi qua K2 và

đồng thời vào bộ tạo xung TX3. Tín hiệu xung ở đầu ra của TX3 được đưa đến mở khóa K2 . tu là khoảng

thời gian đo, tu = k.To . Khoảng thời gian tu sẽ mở khóa K2 và xung từ các khoảng tx nằm gọn trong tu sẽ đi

qua khóa K2 vào bộ đếm.

t u t x k .T0

Tx

k

.

ϕx =

ϕx

Số xung đếm được sẽ là : N = . =

o

Tx T0

Tx 360 .T0

360 o

Phép đo này không phụ thuộc tần số f0 và fx nên có độ chính xác cao. Sai số này chỉ phụ thuộc vào hệ

số k của bộ chia tần để tạo khoảng thời gian tu.

Nếu tính toán sao cho hệ số k = 3,6.10n thì kết quả góc pha sẽ được tính bằng độ.

Nếu tần số tín hiệu đo nhỏ, thì số khoảng tx chứa trong tu nhỏ, làm hạn chế khoảng đo. Để mở rộng

khoảng đo, ta phải tăng thời gian đo tu . Ngược lại, nếu tần số của tín hiệu lớn thì sai số lượng tử hóa

khoảng thời gian tx tăng lên và tăng sai số của thiết bị.

Thông thường fazomet loại này làm việc trong khoảng tần số từ cài Hz đến vài MHz và có sai số cỡ

0,1 ÷ 0,2%.

10.3 Đo góc pha bằng phương pháp bù

Nguyên lí của phương pháp này như sau : góc lệch pha cần đo được so sánh với góc lệch pha chuẩn φk

do một bộ quay pha tạo ra. Quá trình so sánh có thể thực hiện theo 2 kiểu : so sánh bằng và so sánh không

cân bằng.

φx – φk = Δφ

Khi so sánh cân bằng thì thay đổi φk sao cho Δφ = 0

Khi so sánh không cân bằng, góc lệch pha cần đo bằng tổng φk ghi trên mặt bộ quay pha và bộ chỉ thị

giá trị của Δφ .

10.3.1 Fazomet kiểu bù điều khiển bằng tay

Đầu tiên để loại bỏ mọi sai lệch về pha giữa 2 kênh, khóa S được đưa về vị trí 1 (hình 10-5). Khi quay

pha φk ở vị trí ‘0’ bằng cách thay đổi quay pha phụ để đạt được vị trí 0 ở bộ chỉ thị cân bằng.



Hình 10-5 : Fazomet kiểu bù điều khiển bằng tay

Sau đó khóa S được chuyển sang vị trí 2 và điều chỉnh quay pha chuẩn cho đến khi đạt vị trí 0 ở bộ chỉ

thị cân bằng.

Khi đó kết quả đo sẽ được đọc ở bộ quay pha chuẩn φk.

10.3.2 Fazomet kiểu bù tự động

Kiểu bù bằng tay không tự động mà phụ thuộc rất nhiều vào người điều khiển. Hơn nữa nhiều khi cần

phải theo dõi sự thay đổi góc pha theo thời gian. Điều này dẫn đến việc chế tạo fazomet kiểu bù tự động.

Sơ đồ khối của fazomet kiểu bù tự động cho trên hình 10-6.

Một đầu vào U2 được đưa trực tiếp đến bộ chỉ thị cân bằng, còn đầu vào U1 qua một loạt các bộ quay

pha nối tiếp nhau ϕ1 ÷ ϕn , chúng cho ra góc lệch pha tương ứng 180o/20 ... 180o/2n-1 .

166



Hình 10-6 : Fazomet bù tự động

Khi có độ lệch pha giữa các tín hiệu vào, xuất hiện tín hiệu ở đầu ra bộ chỉ thị cân bằng và mở khóa K.

Xung từ máy phát xung nhịp MF đi vào bộ phân phối bằng trigơ lần lượt đưa tín hiệu vào điều khiển các

khóa k1 , k2 ... kn làm ngắn mạch một nhóm các quay pha cho đến khi tín hiệu ra ở bộ chỉ thị cân bằng = 0.

Độ lệch pha sẽ được ấn định bởi những bộ quay pha, mạch phân bố bằng trigơ và bộ chỉ thị ở đầu ra.

Bộ phận chủ yếu trong fazomet kiểu bù là các bộ quay pha. Bộ quay pha thường được chế tạo dựa trên

nguyên tắc sau :

- Quay pha thông số. Nguyên tắc này thường đạt được độ lệch pha trong khoảng 0 – 180o với sai số

nhỏ hơn 1,5%. Sai số của quay pha chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác và độ ổn định của các phần tử,

của tần số làm việc và điện trở tải.

- Quay pha tròn. Nguyên tắc này có thể phân thành quay pha điện trở, điện cảm, điện dung. Góc

lệch pha có thể thực hiện 0 ÷ 360o và bảo đảm làm việc trong khoảng rộng. Loại quay pha điện trở chủ yếu

làm việc ở dải tần số thấp (đến tần số âm tần) có sai số đến 0,2o. Loại quay pha điện trở có nhược điểm là

điện áp ra không ổn định và sự phụ thuộc giữa góc quay của con chạy biến trở và góc lệch pha là không

tuyến tính. Loại quay pha điện cảm làm việc ở tần số cao hơn từ 100Hz ÷ 1MHz. Sai số đạt được từ 0,1 ÷

1%. Loại quay pha điện dung được sử dụng ở tần số cao hơn, từ hàng chục đến hàng trăm MHz. Sai số

loại này chủ yếu do điện áp ra không ổn định.

- Quay pha đường dây trễ. Loại này được sử dụng trong khoảng 0 ÷ 180o, sử dụng các phần tử RC

hay LC. Loại quay pha này có cấu tạo đơn giản. Nhược điểm là sự phụ thuộc giữa tín hiệu ra và tần số.

Loại LC có thể đạt được độ phân giải đến 0,001o trong giải tần số 100Hz đến 10kHz.

10.4 Đo khoảng thời gian

Việc đo thời gian thường được biểu hiện dưới dạng độ dài các xung, độ lệch thời gian giữa các xung,

độ dài sườn xung ... Khi đo thời gian cần chú ý khoảng thời gian cần đo được cho dưới dạng tín hiệu có

chu kì, không có chu kì hay tín hiệu đơn chiếc, hoặc dưới dạng tín hiệu xung, hoặc khoảng thời gian giữa

2 mức của 1 xung. Như vậy, đối với một máy đếm điện tử, để đo thời gian cần phải có 2 đầu vào, một để

tạo xung “bắt đầu”, và một để tạo xung “chấm dứt” ứng với điểm đầu và điểm cuối của khoảng thời gian

cần đo. Trong các bộ tạo xung đầu vào, phải cài đặt bộ hiệu chỉnh đặc biệt để có khả năng đo khoảng thời

gian giữa 2 mức của tín hiệu vào.

10.4.1 Đo khoảng thời gian bằng cách biến đổi thành số xung tỉ lệ với nó

Việc đo khoảng thời gian giữa 2 xung của 2 đầu vào A và B vẽ như hình 10-7.

Các xung sau khi qua bộ khuếch đại tạo xung, sẽ được đưa vào 2 đầu vào của bộ điều khiển để tạo ra

xung mở và đóng khóa K. Khoảng thời gian khóa K mở bằng khoảng thời gian cần đo tx . Xung từ máy

phát chuẩn tần số f0 được đưa vào máy đếm qua khóa K trong khoảng thời gian tx.

167



Hình 10-7 : Đo khoảng thời gian bằng biến đổi xung

Số xung mà máy đếm được sẽ được tính

t

N = x = f 0 .t x

T0

Suy ra tx = N.T0

Sai số của phép đo thời gian được tính :



T 

γ t = ± γ f 0 + 0 .100

tx 



Trong đó : γf0 – sai số tương đối của máy phát xung chuẩn

Để đo độ dài một xung tu ta đưa xung đó cùng lúc vào cả 2 đầu A và B của bộ khuếch đại tạo xung. Cả

2 sườn trước và sau của xung sẽ tạo ra các xung start và stop, đưa vào bộ điều khiển để tạo xung mở và

đóng khóa K. Bằng tính toán như trên, ta xác định được giá trị của tu.

10.4.2 Đo khoảng thời gian với sự biến đổi tọa độ thời gian

Nguyên lý của việc biến đổi tọa độ thời gian là giá trị thời gian cần đo tx được biến đổi thành xung mà

biên độ của nó tỉ lệ với độ dài khoảng thời gian đó.

Biên độ của xung tiếp theo lại được biến đổi thành khoảng thời gian t’x nhưng độ dài của nó tỉ lệ với

biên độ và bằng k lần lớn hơn độ dài của khoảng thời gian cần đo, tức là t’x = k.tx

Sơ đồ một máy đo thời gian kiểu này được mô tả trên hình 10-8.



Hình 10-8 : Đo khoảng thời gian bằng biến đổi tọa độ

168



Các xung mà khoảng thời gian giữa chúng cần phải đo được đưa vào các bộ khuếch đại tạo xung

(KĐTX1, KĐTX2 ). Đầu ra của chúng đưa vào bộ tạo xung khoảng tx . Xung có độ dài tx sẽ kích cho máy

phát răng cưa làm việc.

Sườn xung sau của tx sẽ chấm dứt sự tăng của xung răng cưa. Biên độ của xung răng cưa tỉ lệ với độ

dài tx . Như vậy xảy ra sự biến đổi khoảng thời gian thành biên độ. Sau lại xảy ra sự biến đổi từ biên độ

thành khoảng thời gian t’x. Từ đầu ra của bộ biến đổi một xung t’x = k.tx được đưa đến mở khóa K, và xung

từ máy phát chuẩn được đưa vào bộ đếm, đến cơ cấu chỉ thị số.

Số xung đếm được ở bộ đếm là

t'

k .t

N = x = x = k . f 0 .t x

T0

T0

Như vậy số xung đếm được tỉ lệ với tx cần đo.

Ưu điểm của máy đo thời gian điên tử số là có độ chính xác cao và độ tác động nhanh cao.



169



Chương 11



Đo tần số



11.1 Khái niệm chung

Tần số là số các chu kì lặp lại của sự thay đổi tín hiệu trong một đơn vị thời gian.

Chu kì là khoảng thời gian nhỏ nhất mà giá trị của tín hiệu lặp lại độ lớn của nó, tức là thỏa mãn

phương trình : u(t) = u(t+T)

Tần số góc tức thời được xác định như là vi phân theo thời gian của pha của điện áp tín hiệu, tức là

ω(t) = dψ/dt. Vì pha của tín hiệu đa hài sẽ tăng theo thời gian theo quy luật tuyến tính, cho nên tần số f là

một đại lượng không đổi : f = ω/2π.

Việc lựa chọn phương pháp đo tần số được xác định theo khoảng đo, theo độ chính xác yêu cầu, theo

dạng đường cong và công suất nguồn tín hiệu có tần số cần đo và một số yếu tố khác.

Để đo tần số của tín hiệu điện, ta cũng có 2 phương pháp : phương pháp biến đổi thẳng và phương

pháp so sánh.

Tần số kế là dụng cụ để đo tần số. Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng được tiến hành bằng

các loại tần số kế cộng hưởng, tần số kế cơ điện, tần số kế tụ điện, tần số kế chỉ thị số.

Còn đo tần số bằng phương pháp so sánh được thực hiện nhờ osciloscope, cầu xoay chiều phụ thuộc

tần số, tần số kế đổi tần, tần số kế cộng hưởng ...

11.2 Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

11.2.1 Tần số kế cộng hưởng điện từ

Để đo tần số của lưới điện công nghiệp người ta thường sử dụng tần số kế cộng hưởng kiểu điện từ.

Cấu tạo : tần số kế điện từ bao gồm một nam châm điện (hình 11-1). Các thanh thép được gắn chặt

một đầu, đầu kia dao động tự do. Các thanh thép có tần số riêng khác nhau, và bằng 2 lần tần số của nguồn

điện cần đo.



Hình 11-1 : Tần số kế điện từ.

Nguyên lý làm việc : dưới tác dụng của nam châm điện, các thanh kim loại 2 lần trong một chu kì được

hút vào nam châm và do đó dao động.Thanh nào có biên độ dao động lớn nhất thì thanh đó có tần số riêng

bằng 2 lần tần số cần đo. Trên mặt dụng cụ đo ta thấy biên độ dao động của thanh kim loại lớn nhất ứng

với tần số đã khắc độ trên mặt số.

Ưu điểm : cấu tạo đơn giản, bền.

Nhược điểm : Giới hạn đo hẹp (45Hz ÷ 55Hz) hay (450Hz ÷ 550Hz), sai số của phép đo thường là

±(1,5 ÷ 2,5)%. Phương pháp này không sử dụng được ở nơi có độ rung lớn và thiết bị di chuyển.

11.2.2 Tần số kế cơ điện

a. Tần số kế điện động và sắt điện động

Cơ cấu chỉ thị logomet điện động và sắt điện động có thể sử dụng để chế tạo tần số kế.

Cấu tạo : logomet điện động có cuộn tĩnh A được mắc nối tiếp với cuộn động B2 và nối tiếp với các

phần tử R2 , I2 , C2 . Còn cuộn động B1 được mắc nối tiếp với C1 .

Góc lệch giữa Ux và I1 là 90o .

170



Hình 11-2 : Tần số kế dùng logomet điện động.

Nguyên lý làm việc : các thông số của cuộn tĩnh A (R2 , L2 , C2) và cuộn động nối tiếp B2 được chọn

sao cho tạo được cộng hưởng điện áp trong mạch này, có tần số fx0 bằng trị trung bình của khoảng tần số

cần đo.

1

f x0 =

2π L2 C 2

Góc lệch α của cơ cấu chỉ thị logomet điện động được tính theo biểu thức

 I cosψ 1` 



α = F  1

 I 2 cosψ 2 

Ở đây, ψ1 , ψ2 là góc lệch pha giữa dòng I trong cuộn tĩnh và các dòng I1 , I2 trong cuộn động. Từ sơ đồ

vecto, ta có

ψ2 = 0 , từ đó cosψ2 = 1 ; I = I2

cosψ1 = sinφ2 = X2 / Z2 , với X2 , Z2 là điện kháng và tổng trở của mạch dòng I2 .

I1 Z 2

=

Mặt khác,

; Z1 là tổng điện trở của mạch dòng I1.

I 2 Z1

I



X 

Từ đó ta có : α = F  1 sin ϕ 2  = F  2 

 I2



 Z1 

Cho rằng Z1 ≈ X1 vì chỉ có điện dung C1 trong mạch dòng I1 .

X 

Suy ra : α = F  2 

 X1 

Trong đó : X1 = 1/ωx.C1

1

X 2 = ω x .L2 −

và ωx = 2π.fx

ω x .C 2

Từ đó ta có mối quan hệ của góc quay α theo tần số cần đo : α = Φ(f2x)

Do vậy, thang đo được khắc độ trực tiếp theo tần số. Loại này có thể chế tạo tần số kế đo tần số cao

đến 2500Hz.

b. Tần số kế dùng logomet điện từ

Cấu tạo : logomet điện từ có 2 cuộn dây. Cuộn thứ nhất được nối với điện trở R1 và điện cảm L1. Cuộn

thứ 2 được nối với điện trở R2 , L2 , C2. Điều này cho thấy 2 cuộn dây có đặc tính tải khác nhau. Khi tần số

cần đo của tín hiệu thay đổi các dòng điện I1 và I2 sẽ thay đổi không giống nhau vì đặc tính điện trở của

chúng khác nhau

Hình 11-3 : Sơ đồ tần số kế điện từ

Giả sử khi fx tăng thì dòng I1 giảm còn I2 lại tăng, kết quả tỉ số giữa 2 dòng (I2/I1) sẽ tăng và do đó góc

lệch α tỉ lệ với tần số.

11.2.3 Tần số kế điện tử

a. Tần số kế điện dung dùng đổi nối điện tử.

Nguyên lý của tần số kế điện dung dựa trên việc đo giá trị trung bình của dòng phóng I của tụ điện,

phóng nạp có chu kì cùng nhịp với tần số cần đo (hình 11-4).

Nếu tụ C qua công tắc K được nạp từ nguồn E điện áp U1, sau đó lại phóng qua cơ cấu chỉ thị từ điện

đến điện áp U2. Điện lượng mà tụ C nhận được khi nạp sẽ bằng điện lượng truyền cho cơ cấu chỉ thị

171



q = C(U1 – U2)



Hình 11-4 : Sơ đồ nguyên lý tần số kế phóng nạp tụ điện

Nếu công tắc K đổi nối fx lần trong một đơn vị thời gian, thì điện lượng qua cơ cấu chỉ thị trong một

đơn vị thời gian chính là giá trị trung bình của dòng phóng của tụ trong một chu kì

I = q.fx = C(U1 – U2).fx

Từ biểu thức trên ta suy ra dòng chạy qua dụng cụ đo tỉ lệ thuận với tần số cần đo và như vậy

I

fx =

C (U 1 − U 2 )

Nếu tụ C và U1 , U2 là các đại lượng không đổi thì theo bảng khắc độ của cơ cấu chỉ thị từ điện có thể

khắc trực tiếp theo đơn vị tần số.

Theo nguyên tắc này tần số kế tụ điện được thực hiện nhờ bộ đổi nối điện tử, với tần số đổi nối là fx

của tần số điều khiển nó

Đặc tính tuyến tính giữa I và fx có thể đảm bảo được nếu điều kiện C(U1 – U2) = const thực hiện được.

Vì vậy trong mạch tần số kế, bố trí hạn chế sao cho điện áp U1 khi tụ nạp và U2 khi tụ phóng đều nằm

trong khoảng ứng với dải tần số cần đo.

Để mở rộng thang đo tần số, ta phải làm sao cho hằng số thời gian nạp và phóng của tụ điện sẽ nhỏ

hơn nửa chu kì của tần số cao nhất. Điều này đạt được bằng cách thay đổi điện dung của tụ điện, còn điện

trở của mạch nạp và phóng luôn không đổi.

Giới hạn trên của tần số cần đo (ứng với giá trị nhỏ nhất của tụ C) được xác định bởi độ nhạy của cơ

cấu chỉ thị. Còn giới hạn dưới của tần số cần đo là tần số mà ở đó xuất hiện dao động cơ khí của kim của

cơ cấu chỉ thị.

b. Tần số kế điện dung dùng chỉnh lưu

Nhờ mạch tạo xung, điện áp có tần số cần đo fx được biến thành xung vuông. Khi xung còn tồn tại tụ C

được nạp qua diode D1, khi không có xung tụ phóng qua D2 và cơ cấu chỉ thị từ điện (hình 11-5).



Hình 11-5 : Tần số kế điện dung chỉnh lưu.

Góc lệch α của cơ cấu chỉ thị sẽ tỉ lệ với dòng điện trung bình.

α = S1.I = S1.q.fx = S1.C.Um.fx

Ta biết dòng trung bình I tỉ lệ thuận với f x , do vậy mà góc lệch α tỉ lệ thuận với tần số cần đo f x , với

điều kiện độ nhạy của cơ cấu chỉ thị S1 , tụ C và biên độ xung Um không đổi.

Tần số kế kiểu này có ưu điểm là có khả năng đo trực tiếp ở dải tần số rộng.

11.2.4 Tần số kế chỉ thị số

Nguyên lý của loại tần số này là đếm số xung N tương ứng với số chu kì của tần số cần đo fx trong

khoảng thời gian gọi là thời gian Tđo . Sơ đồ khối của một tần số kế chỉ thị số cho trên hình 11-6.



172



Hình 11-6 : Sơ đồ khối và biểu đồ thời gian của tần số kế chỉ thị số.

Ở đầu vào là “bộ vào” bao gồm bộ khuếch đại dải rộng với tần số từ 10Hz ÷ 3,5MHz và một bộ suy

giảm tín hiệu để hòa hợp tần số kế với nguồn tín hiệu có tần số cần đo, đồng thời để khuếch đại hay hạn

chế điện áp vào đến giá trị đủ để kích mạch tạo xung làm việc.

Mạch tạo xung có nhiệm vụ biến tín hiệu hình sin hoặc tín hiệu xung có chu kì thành một dãy xung có

biên độ không đổi và không phụ thuộc biên độ tín hiệu vào, nhưng có tần số bằng tần số của tín hiệu vào.

Máy phát chuẩn tần số f0 đưa tín hiệu qua bộ chia tần số theo các nấc với hệ số chia là 10n . Nghĩa là

đầu ra của mạch điều khiển theo 10n ta có thể nhận được khoảng thời gian Tđo = 10-6 , 10-5, ... đến 100ms.

Thời gian này sẽ điều khiển để mở khóa K. Tín hiệu fx theo đầu vào thứ 2 sẽ đi vào bộ đếm ra cơ cấu

chỉ thị.

Số xung mà máy đếm được sẽ là

T

K .T0

f

N = đo =

=K x

Tx

Tx

f0

Nếu thời gian đo các giá trị là 1s thì số xung đếm được N chính là tần số cần đo fx.

Mạch điều khiển để điều khiển quá trình đo bao gồm : bảo đảm thời gian hiển thị kết quả đo trên chỉ

thị số trong khoảng từ 0,3 ÷ 5s ; xóa kết quả đo đưa về trạng thái 0 trước mỗi lần đo; điều khiển chế độ

làm việc : tự động, bằng tay hay khởi động bên ngoài; chọn dải tần số đo (cho ra xung mở khóa K) và cho

ra xung điều khiển máy in số v.v..

Bộ hiện số thường có nhiều digit (hàng trăm, hàng chục, hàng đơn vị ...) bảo đảm hiển thị toàn bộ dải

tần số cần đo.

Sai số cơ bản của phép đo tần số là sai số lượng tử theo thời gian, do quá trình không trùng nhau giữa

thời điểm bắt đầu thời gian đo Tđo và thời điểm bắt đầu chu kì Tx . Sai số này tăng khi tần số cần đo giảm.

Để giảm sai số khi tần số thấp, nhất thiết phải tăng thời gian đo Tđo nhưng điều này không phải khi nào

cũng thực hiện được. Vì vậy trong tần số kế chỉ thị số, người ta thường dùng thêm bộ nhân để nhân tần số

lên 10n lần hoặc ta không đo trưc tiếp tần số nữa mà đo thời gian chu kì Tx của tín hiệu cần đo, rồi tính

fx = 1/Tx

173



Khi đo chu kì ta thực hiện sơ đồ sau



Hình 11-7 : Sơ đồ khối tần số kế đo tần số thấp

Tín hiệu cần đo fx qua bộ vào và bộ tạo xung sẽ tạo ra tín hiệu Tx chính là chu kì của tín hiệu có tần số

cần đo. Qua bộ điều khiển đưa tín hiệu Tx vào mở khóa K, như vậy thời gian Tx = Tđo . Khi khóa K mở, tín

hiệu từ máy phát tần số chuẩn f0 đi vào bộ đếm và ra cơ cấu chỉ thị. Số xung đếm được là

T

f

N= x = 0

T0

fx

f

Tần sốc cần đo được tính : f x = 0

N

11.3 Đo tần số bằng phương pháp so sánh

11.3.1 Tần số kế trộn tần

Phương pháp trộn tần là phương pháp so sánh tần số cần đo với một tần số của máy phát công suất nhỏ

đã định trước.

Tín hiệu có

TS cần đo



fx



Trộn tần



Máy phát

TS chuẩn



fx – f0



Chỉ thị



f0



Hình 11-8 : Sơ đồ khối tần số kế trộn tần

Nguyên lý đo : tín hiệu có tần số cần đo fx và tín hiệu f0 của máy phát chuẩn được đưa vào bộ trộn tần.

Ở đầu ra của bộ trộn tần tạo nên tín hiệu có dạng phức tạp, chứa đựng nhiều thành phần tần số, trong đó có

tần số hiệu nhỏ nhất : F = fx – f0.Tín hiệu tần số hiệu F được tách ra, và khuếch đại bằng bộ khuếch đại tần

số thấp, và sau đó, tín hiệu khuếch đại ra bộ chỉ thị. Bộ chỉ thị có thể là tai nghe, cơ cấu chỉ thị từ điện

osciloscope, dụng cụ quang điện tử v.v. Điều chỉnh tần số f0 sao cho F = 0, ta có fx = f0 . Hoặc điều chỉnh

sao cho F đạt một giá trị nào đó (so sánh không cân bằng), lúc đó : fx = f0 + F

Nếu sử dụng tai nghe làm chỉ thị thì sẽ xuất hiện sai số vì tai nghe con người không cảm nhận được

tần số thấp hơn 16 ÷ 30Hz, khoảng tần số đó gọi là vùng dịch “không”.

Tần số kế loại này có thể đo được tần số cỡ 100kHz đến 20GHz trong kĩ thuật vô tuyến điện.

174