Chuong1 Do Luong Dien Tu

Email: [email protected] [email protected]

CELL: 090-216-1682

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Khoa Điện tử Viễn thông

Bộ môn Mạch và Xử lí số tín hiệu

TS. Phạm Hải Đăng

Năm học 2008 học kì 1. Khoá học học:: ĐTVT K50

Cơ sở kĩ thuật đo lường điện tử

Các khái niệm cơ bản về Đo lường điện tử.

Phân loại tổng quát các thiết bị đo.

3.

4.

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Đối tượng của ngành học Đo lường điện tử.

2.

18/08/2008

Mở đầu: vị trí và vai trò của ngành học trong chuyên ngành.

1.

Tóm tắt nội dung chính:

Chương 1: Giới thiệu chung về kĩ thuật Đo lường điện tử

Slice 2

Các loại transitor



18/08/2008

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


Đo lường điện tử đóng 1 vai trò quan trọng trong sự phát triển của chuyên ngành, đặc biệt là trong quá trình thiết kế, chế tạo và thử nghiệm.

Phần tử cơ bản của mạch điện tử: R, L, C



Slice 3

Các ứng dụng: từ các thiết bị các nhân như TV, đài FM/AM, cell phone, PCb đến các thiết bị phức tạp như trạm thu phát di động BTS, tổng đài số b


Nền tảng của cuộc cách mạng thông tin là việc ứng dụng công nghệ silicon.




Chuyên ngành Điện tử - Viễn Thông là một trong những lĩnh vực phát triển mũi nhọn:

Tổng quan về chuyên ngành Điện tử - Viễn thông (Electronics and Telecommunications).

1.1. Mở đầu

18/08/2008

Đo lường các thông số và đặc tính của tín hiệu: tần số, độ di pha, độ trễ về thời gianb



Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Đo lường và kiểm tra các thông số của mạch điện: điện áp, cường độ dòng điện, công suấtb




Đo lường điện tử được phân thành 2 loại:

Slice 4

“Cơ sở kĩ thuật đo lường điện tử là môn học nghiên cứu các phương pháp đo lường cơ bản, các biện pháp kĩ thuật để thực hiện các phép đo, các thao tác kĩ thuật đo lường để đạt được những yêu cầu cần thiết của phép đo.”

Mục đích của môn học:

1.1. Mở đầu (tiếp tiếp))

18/08/2008

Tín hiệu điều hoà.

Tín hiệu tuần hoàn.

Tín hiệu xung

Tín hiệu số

1.

2.

3.

4.

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


Các dạng tín hiệu cơ bản được khảo sát thông số gồm có:

Slice 5

Các đại lượng {a1 , a2 ,..., an } được gọi chung là các thông số (parameter) của tín hiệu.




Các thông số của tín hiệu là đối tượng của đo lường điện tử.

Tín hiệu s (t ), s ( f ) phụ thuộc vào các đại lượng khác, ngoài thời gian và tần số.



s ( f ) = s ( f , a1 , a2 ,..., an )

s (t ) = s (t , a1 , a2 ,..., an )


Các tín hiệu được mô tả dưới dạng toán học

A. Các đặc tính và thông số của tín hiệu

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử

s( f ) = s( f , a1 , a2 ,..., an )

Hàm số của tần số



18/08/2008

s (t ) = sin ( 2π f 0t )

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

f0

f

Slice 6


Biến đổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng biến đổi Fourier; biến đổi từ miền tần số về miền thời gian bằng biến đổi ngược Fourier.

s(t ) = s(t , a1 , a2 ,..., an )

Hàm số của thời gian




Tín hiệu được biểu diễn theo 2 cách:

Biểu diễn các thông số của tín hiệu

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử (tiếp tiếp))

18/08/2008

1 f0

Ahd =

λ0 =

2

Am

c f0

ω0 = 2π f 0

T=

T

Am

s (t ) = sin ( 2π f 0t )

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

(liên hệ với dòng điện xoay chiều: giá trị điện áp cực đại và điện áp hiệu dụng)

cường độ hiệu dụng.

bước sóng

tần số góc của tín hiệu

Chu kì của tín hiệu

Một số công thức liên quan


Tín hiệu điều hoà: s(t ) = Am sin(2π f 0t + ϕ0 ) Trong đó: Am là cường độ của tín hiệu. f 0 , ϕ0 là tần số và pha của tín hiệu.

Các dạng tín hiệu cơ bản:

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử (tiếp tiếp))

Slice 7

18/08/2008

1 là tần số lặp lại của tín hiệu. T

A2

A4 Ω 2Ω 3Ω 4Ω

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

ADC

A1

Ω = 2π F là tần số góc cơ bản của tín hiệu. n = {1,2,..} gọi là bậc của các sóng hài.

s (t ) = sDC + A1 sin(Ωt + ϕ0 ) + A2 sin(2Ωt + ϕ1 ) + ... + An sin(nΩt + ϕn )

Slice 8

Dao động tuần hoàn có thể phân tích thành các thành phần dao động điều hoà với thành phần tần số bằng bội số của tần số cơ bản F

Trong đó:



F=

s (t ) = s (t + kT )
Tín hiệu tuần hoàn: Trong đó: T là chu kì của tín hiệu.

Các dạng tín hiệu cơ bản:

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử (tiếp tiếp))

τ τ ng

Am

(b) Xung răng cưa

18/08/2008

τ2

τ0

τ1 τ2

τ

τ0

0  s (t ) =  ( −t /τ )  Am e

(e) Xung hàm số mũ

Am

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

τ1

τ® τ

Am

Slice 9

khi t ≥ 0

khi t < 0

Am

(c) Xung hình thang (d) Xung tam giác Am / 2


Các xung đơn cơ bản được kết hợp tạo ra các nhóm xung theo thời gian: nhóm xung, nhóm xung cốt, nhóm xung tuần hoàn.

τ

Am

(a) Xung vuông


Các dạng tín hiệu xung cơ bản:


Tín hiệu xung: được sử dụng trong kĩ thuật vô tuyến, rada, điều khiển, truyền hình tương tựb

Các dạng tín hiệu cơ bản:

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử (tiếp tiếp))

18/08/2008

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1

Slice 10

Độ rộng xung được thay đổi tuỳ thuộc theo tốc độ luồng số.




Các phương pháp mã hoá được dùng khi cần truyền đi tín hiệu số.

Mức điện áp ứng với bit “0” và “1” được quy định tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể.




Tín hiệu số thường được biểu diễn dưới dang chuỗi xung vuông.


Tín hiệu số: là tín hiệu mang thông tin dạng nhị phân {0,1}

Các dạng tín hiệu cơ bản:

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử (tiếp tiếp))

18/08/2008

Mạch tuyến tính.

Mạch phi tuyến.





Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


Tuỳ thuộc vào tính chất của các phần tử được sử dụng, có thể chia mạch điện thành 2 loại:

Slice 11


Các thành phần của mạch điện bao gồm: điện trở R, tụ điện C, cuộc cảm R, transistor, ICb


Trong quá trình xử lí, truyền dẫn, tín hiệu luôn được biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Tổ hợp các linh kiện điện tử thực hiện chức năng biến đổi tín hiệu được gọi là mạch điện.

B. Các tham số và đặc tính của mạch điện tử:

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử

18/08/2008

(mạch tuyến tính)

Q=

ρ=

Hệ số phẩm chất

Trở kháng đặc tính





L C

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

R

Đối với các mạng 4 cực đặc biệt là các mạch dao động

= R + j( X L + X C )

ρ

Slice 12

Mạch tuyến tính được đặc trưng bởi mạng 4 cực với trở kháng toàn phần Z.







Mạch tuyến tính bao gồm R, L, C và transistor hoạt động ở trạng thái tuyến tính (đường thẳng trên đặc tuyến).




Mạng 4 cực

Có thể áp dụng nguyên lí xếp chồng đối với mạch tuyến tính.




Z (ω ) = R + jX

Mạch tuyến tính được tạo thành từ các phần tử có giá trị không phụ thuộc vào dòng điện chạy qua nó.




Mạch tuyến tính (linear):

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử

18/08/2008

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

I

Slice 13

Dựa vào đặc tuyến Volt-Amp của mạch phi tuyến, thực hiện các bộ biến đổi, điều chế, tách sóngb




Tuyến tính

Mạch phi tuyến chủ yếu gồm các diode, transistor hoạt động ở chế độ bão hoà.




Phi tuyến

Không áp dụng nguyên lí xếp chồng đối với mạch phi tuyến.




U

Các giá trị linh kiện của mạch thay đổi phụ thuộc vào cường độ dòng điện chảy qua nó.




Mạch phi tuyến (non-linear):

1.2. Đối tượng của Đo lường điện tử

18/08/2008

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


Các phương pháp chuyển đổi đơn vị


Công cụ đo chuẩn


Cơ sở đảm bảo sự thống nhất giữa các phép đo.


Phương pháp xác định độ chính xác của phép đo


Các phương pháp và công cụ đo


Các đơn vị vật lí và các hệ thống


Các lí thuyết chung về phép đo

Các hướng nghiên cứu chính của đo lường gồm:


“Đo lường là khoa học về các phép đo, các phương pháp đo và các công cụ đo nhằm đạt được độ chính xác mong muốn.”

1.3. Các khái niệm cơ bản về Đo lường điện tử

Slice 14

18/08/2008

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội


Các phương pháp chuyển đổi đơn vị


Công cụ đo chuẩn


Cơ sở đảm bảo sự thống nhất giữa các phép đo.


Phương pháp xác định độ chính xác của phép đo


Các phương pháp và công cụ đo


Các đơn vị vật lí và các hệ thống


Các lí thuyết chung về phép đo

Các hướng nghiên cứu chính của đo lường gồm:


“Đo lường là khoa học về các phép đo, các phương pháp đo và các công cụ đo nhằm đạt được độ chính xác mong muốn.”

Các khái niệm cơ bản

1.3. Các khái niệm cơ bản về Đo lường điện tử

Slice 15

sử dụng Volt-meter để đo điện áp, Ampe-meter để đo dòng điện

Đo gián tiếp công suất thông qua Volt-meter và Ampe-meter P = UI

18/08/2008

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Slice 16


Phương pháp đo thay thế, phương pháp đo hiệu số, phương pháp đo vi sai, đo thẳng, đo rời rạc hoá.

Ngoài ra còn 1 số các phương pháp:


Phương pháp đo tương quan: thiết lập quan hệ hàm số của 2 đại lượng.




Phương pháp đo gián tiếp:




Phương pháp đo trực tiếp:

Các phương pháp đo

1.3. Các khái niệm cơ bản về Đo lường điện tử

Volt-meter, Amp-meter, phân tích phổ b

Máy đo đặc tuyến tần số, máy đo đặc tính quá độ, máy đo hệ số phẩm chất, đo điện cảm, điện dung, điện trở b



18/08/2008

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

(c) Máy tạo tín hiệu đo lường: dùng làm nguồn tín hiệu chuẩn.

Mạch điện cần đo đóng vai trò như mạng 4 cực, mạng 2 cực



(b) Máy đo đặc tính và các thông số của mạch điện



(a) Máy đo các thông số và đặc tính của tín hiệu

Phân loại tổng quan các loại máy đo

1.3. Các khái niệm cơ bản về Đo lường điện tử

Slice 17