Bộ điều khiển

Thiết bị này làm nhiệm vụ điều khiển quá trình đo. Cụ thể là làm hai chức năng:

tạo chu trình thời gian “mở cửa” và “xoá”, để đ†a bộ đếm về trạng thái ban đầu.

Hình 4-23

Mạch tạo chu trình thời gian mở cửa có cấu tạo ví dụ nh† hình 4-23. Các xung đến đầu vào 01 của mạch tạo chu trình thời gian mở cửa là các xung lấy từ đầu ra của các bộ phân tần của bộ tạo xung thời gian chuẩn. Nếu muốn tạo các chu trình thời gian mở cửa khác nhau, thì tần số đ†a tới cũng khác nhau. Các xung này phải có biên độ và dấu nhất định (nh† ở mạch 4-23 là các xung âm).

Nguyên lý làm việc của mạch này là:

Ban đầu T₁ ở trạng thái “1” còn T₂ ở trạng thái “0”. Xung âm đầu tiên từ bộ phân tần đ†a tới đồng thời cả hai đầu vào 01 và 02 của cả hai trigơ. Xung này không gây tác

động lên T₂ (vì T₂ đang ở trạng thái “0”), nh†ng lại tác động trực tiếp lên T₁, làm cho T₁ chuyển sang trạng thái “0”. Khi đó, ở đầu ra A₁₁ có đột biến âm, thông qua mạch vi phân CR lại tác động tới T₂ qua đầu vào 12, làm cho T₂ chuyển trạng thái từ “0”

sang “1”. Lúc này đầu ra A₁₂ có đột biến d†ơng, đây là s†ờn tr†ớc của xung mở cửa, nó đ†ợc đ†a tới đầu vào 11 của bộ chọn xung theo thời gian (hình 4-22).

Hình 4-24

Xung âm thứ hai từ bộ phân tần tiếp tục tới các đầu vào 01 và 02 của hai trigơ.

Xung này không làm thay đổi trạng thái của T₁, nh†ng lại làm thay đổi trạng thái của T₂ từ “1” về “0”. Đầu ra A₁₂ có đột biến âm, là s†ờn sau của xung “mở cửa”. Nh† vậy là sau hai xung từ bộ phân tần đến kích động, thì đầu ra A₁₂ có một xung “mở cửa” bằng chính khoảng thời gian giữa hai xung kích thích. Lúc này cả T₁ và T₂ đều ở trạng thái

“0”, và chúng giữ nguyên trạng thái này cho tới khi nào thiết bị điều khiển cho một xung âm tới đầu vào 11 của T₁, làm cho T₁ chuyển về trạng thái ban đầu. Quá trình lại chuẩn bị để bắt đầu hình thành một chu trình thời gian mở cửa khác.

Nh† vậy, nguyên lý công tác của tần số-mét có sơ đồ khối nh† hình 4-22 ở trên cũng là nguyên lý đo tần số bằng ph†ơng pháp đếm rời rạc. Trong đó, tần số cần đo f_x có dạng hình sin đ†ợc đ†a qua mạch vào đến bộ tạo dạng xung. Qua bộ này, tín hiệu hình sin đ†ợc biến đổi thành tín hiệu dạng xung có cùng tần số (hình 4-24). Những xung này đ†ợc đ†a vào bộ chọn xung tới bộ đếm trong những khoảng thời gian t†ơng ứng của xung mở cửa. Nghĩa là, bộ chọn xung theo thời gian chỉ cho xung qua bộ đếm khi nào

“cửa thời gian” bắt đầu mở, và cũng sẽ ngăn các xung lại không cho qua, khi nào “cửa thời gian” bắt đầu đóng, (xem hình 4-25). Nh† vậy, mạch chọn xung cũng nh† là mạch

“Và”, có hai đầu vào và một đầu ra. Chỉ khi nào cả hai đầu vào I và II có tín hiệu, thì đầu ra mới có tín hiệu.

Số xung qua bộ chọn xung, đ†ợc bộ đếm xung ghi lại. Nh† vậy, tần số f_x cần đo bằng:

ch

x T

f n '

Trong đó, n là số l†ợng xung đếm;

'T_ch là khoảng thời gian mở cửa, cũng chính bằng chu kỳ của bộ tạo xung thời gian chuẩn.

Vì f_ch đã biết, nên kết quả chỉ thị số của bộ đếm có thể trực tiếp biểu thị ra đại l†ợng tần số.

Sai số của ph†ơng pháp đo này chủ yếu là do sai số của khoảng thời gian chuẩn, tức là độ ổn định tần số của bộ tạo tần số chuẩn. Ngoài ra, còn có sai số do không đồng bộ giữa xung mở cửa và xung đếm, cũng nh† sai số do số l†ợng xung đếm đ†ợc sai.

Hình 4-25

Sai số do không đồng bộ giữa xung mở cửa và xung đếm làm cho số l†ợng xung đếm đ†ợc trong khoảng thời gian T_ch có thể tăng lên hay giảm đi. Sai số này còn gọi là sai số r1, sai số này càng có ảnh h†ởng lớn khi tần số đo càng thấp, nghĩa là số l†ợng

xung đếm đ†ợc càng ít. Vì ở tần số cao, số l†ợng xung đếm đ†ợc nhiều, nên việc tăng hay giảm bớt một xung thì sai số đo cũng không đáng kể. Song ở tần số thấp thì điều này lại trở thành rất đáng kể.

Để giảm sai số này, th†ờng dùng cách tăng thời gian đo, có nghĩa là thời gian mở cửa'T_ch phải lớn. Song nh† vậy cũng ch†a giải quyết đ†ợc, vì thời gian đo sẽ phải lâu.

Nên ph†ơng pháp chủ yếu dùng để đo tần số thấp là đo chu kỳ của tín hiệu cần đo.

Nguyên lý của ph†ơng pháp đo chu kỳ của điện áp có tần số cần đo (cũng là ph†ơng pháp đo khoảng thời gian), đ†ợc trình bày nh† trong sơ đồ khối hình 4-26.

Hình 4-26

Cách đo T_x ng†ợc lại với cách đo f_x đã trình bày ở trên. Trong đó, khoảng thời gian ch†a biết là T_x, (hay 'T_x); còn T_ch là chu kỳ của xung chuẩn đã biết (hình 4-27). Nh†

vậy ta có:

T_x=nT_ch (37)

và do đó:

n

f_x f^ch (38)

ở đây, f_ch là tần số của bộ tạo xung chuẩn.

Những †u điểm cơ bản của phép đo tần số bằng ph†ơng pháp đếm (ph†ơng pháp rời rạc hoá tín hiệu đo) là: ph†ơng pháp này có độ chính xác cao; (về độ chính xác, nó có thể đ†ợc xếp vào loại hàng đầu trong các ph†ơng pháp đo tần số). Ph†ơng pháp này còn có khả năng đo đ†ợc các tần số rất thấp, đến một vài Hz. Về giới hạn tần số cao đo đ†ợc thì ph†ơng pháp này còn bị hạn chế, do khả năng chuyển biến của các trigơ đếm. Giới hạn tần số cao đo đ†ợc

Hình 4-27

chừng khoảng 10MHz. Các máy đo tần số có chỉ thị số đều đ†ợc cấu tạo theo nguyên lý của ph†ơng pháp đo này.

4.4 Đo khoảng thời gian

4.4.1 Máy đếm điện tử

Các thiết bị đo số dùng để đo các thông số của tín hiệu nh†: Tần số mét số, pha-mét số, ... và các loại máy đo số dùng để đo các thông số của mạch điện nh†: đo điện dung, điện trở, đo hệ số phẩm chất, đo tổn hao,... hầu nh† có chung một bộ phận cơ sở là máy đếm điện tử chỉ thị số.