Đề tài Khóa luận Thiết kế bảy bài thí nghiệm vô tuyến điện dùng cho sinh viên Đại học An Giang

c thấp được cấu tạo từ 4 cổng NAND bắt chéo. FF-RS hoạt động theo bảng chân lý sau: Bảng 5: Hoạt động RS – FF R S Qn+1 0 0 Qn (giữ nguyên) 0 1 1 ( = S) 1 0 0 ( = S) 1 1 cấm - FF – JK đồng bộ: hoạt động giống như FF – RS nhưng để loại bỏ trạng thái cấm người ta thêm vào cho nó hai cổng AND (hình vẽ) Bảng 6: Hoạt động JK – FF J K Qn+1 1 1 nQ 0 0 Qn 1 0 1 0 1 0 2. Mạch RLC nối tiếp Mạch RLC nối tiếp là loại mạch điện cơ bản nhất của mạng điện gia đình. Chọn dòng điện làm trục gốc về pha. Biểu thức các hiệu điện thế: R 0Ru U sin t= ω C 0Cu U sin t 2 pi  = ω −   L 0Lu U sin t 2 pi  = ω +   ( )u Usin t= ω + ϕ Nguyễn Văn Mện 14 Q QSET CLR S R J K Hình 1-16. Cấu tạo JK-FF Hình 1-17. Mạch RLC mắc nối tiếp Thí nghiệm vô tuyến điện Trong đó: 0R 0U I R= 0C 0 CU I Z= 0L 0 LU I Z= 0 0 UI Z = L CZ Ztg R −ϕ = 3. Mạch khuếch đại Mạch khuếch đại tín hiệu là loại mạch điện sử dụng năng lượng của nguồn một chiều để biến đổi tín hiệu ngõ vào thành tín hiệu ngõ ra có biên độ lớn hơn (năng lượng lớn hơn). Tùy theo đặc tính của mạch khuếch đại mà tín hiệu thu được sẽ lợi hơn so với tín hiệu đưa vào về điện thế, dòng điện hay công suất. Các mạch khuếch đại có ý nghĩa rất quan trọng trong kỹ thuật điện tử và được sử dụng rất rộng rãi. Có nhiều loại mạch khuếch đại khác nhau, sau đây ta xét ba loại mạch khuếch đại phổ biến: 3.1. Mạch khuếch đại dùng transitor Transitor là một linh kiện ba cực nên khi mắc vào mạch điện thành một linh kiện 4 cực ta phải mắc có một cực chung cho cả ngõ vào và ngõ ra. Trên thực tế có 3 cách mắc transitor: cực phát chung, cực thu chung và cực nền chung. Nội dung tài liệu này chỉ nghiên cứu mạch cực phát chung (common emittor). Đối với mạch cực phát chung, tín hiệu cần khuếch đại được đưa vào ở cực nền (cực B) và lấy ra ở cực thu (cực C). Các điện thế phân cực VC > VB > VE. Sau đây là một số thông số kỹ thuật. + Tổng trở vào: i ie b er h r r= = + β + Tổng trở ra: ro vài chục kΩ. + Độ khuếch đại điện thế: C ie R h − β (vài trăm lần). Nguyễn Văn Mện 15 Hình 1-18. Phân cực cho transitor Thí nghiệm vô tuyến điện + Pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra: đảo pha. Ngoài ra, để tăng độ lợi thế của mạch khuếch đại, người ta thường mắc thêm vào mạch một tụ phân dòng cực phát có tác dụng nối mass đối với tín hiệu cho cực này. Giá trị của tụ càng lớn ta sẽ có độ lợi càng lớn. 3.2. Mạch khuếch đại dùng transitor trường ứng Trong mạch khuếch đại, JFET thường được mắc cực S chung cho hai ngõ vào và ra, tín hiệu đưa vào ở cực G và lấy ra ở cực D. Sơ đồ mạch như hình vẽ: Tín hiệu ngõ ra ngược pha với tín hiệu ngõ vào. Cũng giống như mạch khuếch đại dùng transitor, mạch dùng JFET cũng được tăng độ lợi thế bằng tụ phân dòng cực nguồn. 3.3. Mạch khuếch đại thuật toán Do có hai ngõ vào ngược dấu nên tùy theo việc sử dụng ngõ vào nào mà pha của tín hiệu có bị đảo hay không. Cũng chính vì đặc điểm này mà mạch khuếch đại dùng OPA có hai loại sau: a. Mạch khuếch đại đảo: tín hiệu được đưa vào ngõ vào đảo và hồi tiếp âm, ngõ vào không đảo được nối mass. Độ khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại đảo được xác định bằng biểu thức: ht V RA 0 R = − < (phụ thuộc vào phần tử thụ động R). - Nếu chọn R = Rht, thì AV = -1, mạch có tác dụng đảo pha tín hiệu. - Nếu R = 0 thì Vo = -IvRht, mạch có tác dụng biến đổi dòng thành thế. b. Mạch khuếch đại không đảo: tín hiệu được đưa vào ngõ vào không đảo và hồi tiếp dương, ngõ vào đảo được nối mass. Độ khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại không đảo được xác định bằng biểu thức: Nguyễn Văn Mện 16 v v AB Hình 1-19. Phân cực cho JFET Hình 1-20. Mạch khuếch đại đảo Hình 1-21. Mạch khuếch đại khổng đảo Thí nghiệm vô tuyến điện ht V RA 1 0 R = + > Nguyễn Văn Mện 17 Thí nghiệm vô tuyến điện 4. Mạch làm toán dùng OP-AMP Mạch làm toán là loại mạch cho ta quan hệ giữa tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra bằng một phép toán đơn giản. Các mạch làm toán đơn giản thường gặp gồm: mạch cộng, mạch trừ, mạch tích phân, mạch vi phân, mạch logarit. 4.1. Mạch cộng 4.1.1. Mạch cộng đảo Mạch cộng đảo được thiết kế dựa trên mạch khuếch đại đảo vào song song với các đầu vào chính là các tín hiệu cần cộng (hình 1-22). Quan hệ giữa điện thế ngõ ra với các điện thế ngõ vào: 1 2 n o f 1 2 n V V VV R ... R R R   = − + + +   (1-3) Nếu sử dụng các điện trở bằng nhau, điện thế ngõ ra sẽ có biểu thức đơn giản hơn: ( )fo 1 2 nRV V V ... VR= − + + + (1-4) Từ biểu thức quan hệ cho thấy tín hiệu ngõ ra và tín hiệu ngõ vào ngược pha nhau. 4.1.2. Mạch cộng không đảo Cũng giống như mạch cộng đảo, mạch cộng không đảo được xây dựng trên cơ sở mạch khuếch đại không đảo. Mạch cộng không đảo có sơ đồ như hình 1-23. Nếu chọn Rf = (n-1)RL ta được biểu thức liên hệ hai tín hiệu: n o 1 2 n i i 1 V V V ... V V = = + + + = ∑ (1-5) Tín hiệu ngõ ra đồng pha với tín hiệu ngõ vào. Nguyễn Văn Mện 18 Hình 1-22. Mạch cộng đảo Hình 1-23. Mạch cộng không đảo Thí nghiệm vô tuyến điện 4.2. Mạch trừ Là mạch kết hợp giữa mạch khuếch đại đảo và không đảo. Biểu thức liên hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra có dạng: Vo = α(V2 – V1). (1-6) Trong đó α là hệ số khuếch đại độc lập của một ngõ vào khi điện thế của ngõ vào kia bằng không. Nếu các điện trở là giống nhau thì α = 1. 4.3. Mạch tích phân Mạch tích phân sử dụng hiện tượng phóng điện của tụ trên đường hồi tiếp. Biểu thức liên hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra: t o i 0 1V Vdt= τ ∫ (1-7) Trong đó RCτ = gọi là hằng số tích phân của mạch. 4.4. Mạch vi phân Điện áp ra tỷ lệ với tốc độ thay đổi điện áp vào. i o dVV dt = − τ (1-8) Trong đó RCτ = − gọi là hằng số vi phân của mạch. 4.5. Mạch biến đổi hàm số Mạch biến đổi hàm số là loại mạch cho mối quan hệ giữa điện áp vào và điện áp ra theo biểu thức: Vo = f(Vi) với f là một hàm bất kỳ. Nếu f là một hàm logarit, dựa vào đặc tính dẫn điện đặc biệt của diode, ta có mạch điện như hình vẽ. 5. Mạch đếm Các bộ đếm là những mạch điện tử số quan trọng, chúng đều là những mạch logic tuần tự, trong đó tính thời gian là một đặc trưng quan trọng. Các chỉ tiêu quan trọng của một mạch đếm là: - Dung lượng đếm cực đại. Nguyễn Văn Mện 19 Hình 1-24. Mạch trừ Hình 1-25. Mạch tích phân Hình 1-26. Mạch vi phân Hình 1-27. Mạch lấy logarit Thí nghiệm vô tuyến điện - Cách đếm tiến lên hay lùi. - Hoạt động đồng bộ hay không đồng bộ. - Hoạt động liên tục hay dừng tự động. Các mạch đếm đều được cấu tạo từ các FF. 5.1. Mạch đếm đồng bộ Là loại mạch đếm có xung đồng hồ tác động đồng bộ (tác động song song). 5.1.1. Mạch đếm lên đồng bộ Hình 1-28 là sơ đồ mạch đếm lên nhị phân 4 bit đồng bộ sử dụng các cổng AND để liên kết các FF. Nguyễn Văn Mện 20 Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R + Ck Ck Ck Ck CL QA QB QC QD J K J K J K J K Hình 1-28. Mạch đếm lên đồng bộ Thí nghiệm vô tuyến điện 5.1.2. Mạch đếm xuống đồng bộ Khác với các mạch đếm lên, mạch đếm xuống dùng ngõ ra phụ của các FF đứng trước nối vào ngõ vào của các FF đứng sau qua các cổng AND (hình 1-29). 5.2. Mạch đếm không đồng bộ Mạch đếm không đồng bộ sử dụng các FF mắc nối tiếp, ngõ ra của FF đứng trước dùng làm xung đồng hồ của FF đứng sau. 5.2.1. Mạch đếm lên không đồng bộ Nguyễn Văn Mện 21 Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R + Ck Ck Ck Ck CL QA QB QC QD J K J K J K J K Hình 1-29. Mạch đếm xuống đồng bộ Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R + Ck Ck Ck Ck CL QA QB QC QD + ++ J K J K J K J K Hình 1-30. Mạch đếm lên không đồng bộ Thí nghiệm vô tuyến điện 5.2.2. Mạch đếm xuống không đồng bộ Mạch đếm xuống không đồng bộ sử dụng ngõ ra phụ của FF đứng trước làm xung đồng hồ cho FF đứng sau. 5.2.3. Mạch đếm lên xuống không đồng bộ Mạch đếm lên xuống là sự tổ hợp của mạch đếm lên và mạch đếm xuống nhờ vào một chân điều khiển. Hình 1-32 là sơ đồ một mạch đếm lên xuống không đồng bộ. Nguyễn Văn Mện 22 Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R + Ck Ck Ck Ck CL QA QB QC QD + ++ J K J K J K J K Hình 1-31. Mạch đếm xuống không đồng bộ Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R Q QSET CLR S R QCQA QB+ + + J K J K J K Hình 1-32. Mạch đếm lên xuống không đồng bộ Thí nghiệm vô tuyến điện 5.3. Mạch đếm vòng Các mạch đếm đồng bộ và không đồng bộ dựa vào sự chia nhị phân kế tiếp. Một loại mạch đếm dựa vào sự di chuyển vòng quanh của một ghi chuyển có hồi tiếp gọi là mạch đếm vòng. Mạch này tác động đồng bộ có tốc độ giao hoán cao và do có đặc tính riêng biệt nên đôi khi được dùng. Nguyễn Văn Mện 23 Q QSET CLR S RQ QSET CLR S R Q QSET CLR S R J K J K J K QA QB QC Hình 1-33. Mạch đếm vòng Thí nghiệm vô tuyến điện Chương 2 GIỚI THIỆU BỘ THÍ NGHIỆM VÔ TUYẾN ĐIỆN 1. Các dụng cụ đo 1.1. Dao động kí hai chùm tia Dao động ký điện tử là một loại dụng cụ cho phép ta quan sát dạng của một tín hiệu điện thế mà không làm ảnh hưởng đến dòng ở mạch ngoài (có điện trở rất lớn) với phổ quan sát (biên độ và tần số) rộng. Dao động ký hai chùm tia có thể đồng thời đo được hai tín hiệu điện thế. Có nhiều loại dao động ký điện tử, loại chủ yếu được trang bị ở Phòng thí nghiệm Vật lý là dao động ký Hameg HM303-6 (hình 2- 1) do Đức sản xuất. Đây là loại hai chùm tia có hai tần số quét ngang là 1kHz và 1MHz. Hình 2-2 là sơ đồ các nút chức năng của dao động ký Hameg HM303-6. - POWER (1): led báo tắt, mở máy. - INTENS (2): điều chỉnh độ sáng của dạng sóng trên màn hình. Nguyễn Văn Mện 24 Hình 2-1 Dao động ký Hameg HM303-6 Hình 2-2. Các nút dao động ký Thí nghiệm vô tuyến điện - TRACK ROTATION (3): điều chỉnh độ nghiêng của vệt sáng. - FOCUS (4): điều chỉnh độ sắc nét của vệt sáng. - Y-POS I (5): điều chỉnh vị trí tín hiệu đưa vào kênh CH1 trên trục đứng. - Y-MAG X 5 (6): nhân 5 lần tín hiệu theo trục đứng của kênh CH1. - Y-MAG X 5 (7): nhân 5 lần tín hiệu theo trục đứng của kênh CH2. - Y-POS II (8): điều chỉnh vị trí tín hiệu đưa vào kênh CH2 trên trục đứng. - SLOP (9): chọn tín hiệu bắt đầu quét ở cạnh lên hay cạnh xuống. - LEVEL (10): điều chỉnh để tín hiệu ít nhấp nháy trên màn hình. - X-POS (11): điều chỉnh vị trí hai tín hiệu theo trục ngang. - X-MAG X 10 (12): nhân 10 lần giá trị của trục ngang (trục thời gian). - VOLTS/DIV (13):có 12 giá trị điều chỉnh từng nấc ứng với giá trị mỗi ô trên trục đứng của kênh CH1 (nút 14 ở vị trí CAL). - VAR GAIN (14): điều chỉnh liên tục cho nút 13, khi nút này ở vị trí CAL (hết cỡ về bên phải) thì nút volts/div mới đúng giá trị được ghi. - CHI/II (15): chọn kênh CH1 hay CH2 để xem khi DUAL và ADD không được chọn. - DUAL (16): xem hai kênh cùng một lúc. - ADD (17): xem tổng hai tín hiệu. - VOLTS/DIV (18):có 12 giá trị điều chỉnh từng nấc ứng với giá trị mỗi ô trên trục đứng của kênh CH2 (nút 19 ở vị trí CAL). - VAR GAIN (19): điều chỉnh liên tục cho nút 18, khi nút này ở vị trí CAL (hết cỡ về bên phải) thì nút volts/div mới đúng giá trị được ghi. - TRIG.MODE (20): chọn tần số quét ngang để xem tín hiệu. - AT/NM, ALT (21, 22): quét tín hiệu đồng bộ tự động. - HOLD OFF (23): điều chỉnh cho tín hiệu ổn định trên màn hình. - TIME/DIV (24): điều chỉnh theo từng nấc giá trị thời gian trên mỗi ô trục ngang (khi VAR GAIN ở vị trí CAL) có giá trị từ 0,2s/div đến 0,1µs/div. - VAR GAIN (25): điều chỉnh liên tục cho TIME/DIV. - X-Y (26): hiển thị tín hiệu tổng hợp hai tín hiệu. Nguyễn Văn Mện 25 Thí nghiệm vô tuyến điện - TRIG.EXT (27): ngõ lấy tín hiệu đồng bộ bên ngoài vào máy. - INPUT CH1 (28): ngõ vào tín hiệu kênh CH1. - AC/DC (29): chọn loại tín hiệu đưa vào kênh CH1 là xoay chiều hay tổng hợp. - GD (30): nối mass cho kênh CH1. - MASS (31): nối mass cho máy. - INPUT CH2 (32): ngõ vào tín hiệu kênh CH2. - AC/DC (33): chọn loại tín hiệu đưa vào kênh CH1 là xoay chiều hay tổng hợp. - GD (34): nối mass cho kênh CH2. - INV (35): đảo pha tín hiệu kênh CH2. - (36): ngõ vào phụ. - COMP TESTER (37, 38): ngõ kết nối các dụng cụ khác. - (39): ngõ lấy tín hiệu ra chuẩn. - CALIBRATOR (40): chọn tần số tín hiệu quét ngang. 1.2. Ampe kế Do đặc tính của các bài thí nghiệm, ampe kế được sử dụng là loại có giai đo nhỏ giá trị lớn nhất của thang đo là 100mA, độ chia nhỏ nhất 0,1mA. 1.3. Vôn kế Là loại vôn kế khung quay có hai giai đo chủ yếu: giai 6V và giai 12V được trang bị sẵn ở Phòng thí nghiệm. * Cách đọc giá trị trên đồng hồ đo: Giá trị cần đo = (số chỉ trên đồng hồ X giai đo)/giới hạn đo. Nguyễn Văn Mện 26 Hình 2-3. Vôn kế và ampe kế Thí nghiệm vô tuyến điện 2. Các board mạch điện tử Các board mạch điện tử được kết nối sẵn một số chi tiết, linh kiện cần thiết. Kích thước chung cho các board mạch là 30X50cm bố trí theo chiều ngang hoặc dọc tùy theo tính chất của mạch điện. 2.1. Mạch RLC nối tiếp Gồm các điện trở có giá trị 1k, 10k, 100k, các tụ điện 1, 22, 100µ được nối sẵn vào các cọc ở hai đầu. Các cuộn dây có số vòng khác nhau, lõi sắt để tăng độ tự cảm của cuộn. Board mạch này dùng cho bài sử dụng dao động ký. 2.2. Mạch khuếch đại dùng transitor phân cực bằng cầu chia điện thế Board mạch có một transitor loại C828 mắc sẵn vào các cọc. Các điện trở và biến trở để phân cực transitor, các tụ lọc, tụ đưa tín hiệu vào và lấy tín hiệu ra được bố trí như hình vẽ. Nguyễn Văn Mện 27 Hình 2-4. mạch RLC Hình 2-5. Mạch khuếch đại dùng transitor Thí nghiệm vô tuyến điện 2.3. Mạch khuếch đại dùng transitor phân cực bằng hồi tiếp thu nền Board mạch có một transitor loại C828 mắc sẵn vào các cọc. Các điện trở và biến trở để phân cực transitor, các tụ lọc, tụ đưa tín hiệu vào và lấy tín hiệu ra được bố trí như hình vẽ. 2.4. Mạch khuếch đại dùng transitor trường ứng Board mạch có một transitor trường ứng loại k30A mắc sẵn vào các cọc. Các điện trở để phân cực transitor, các biến trở để thay đổi điện thế các cực, các tụ lọc, tụ đưa tín hiệu vào và lấy tín hiệu ra được bố trí như hình vẽ. Nguyễn Văn Mện 28 Hình 2-6. Mạch khuếch đại dùng transitor Hình 2-7. Mạch khuếch đại dùng JFET Thí nghiệm vô tuyến điện 2.5. Mạch khuếch đại dùng OP-AMP Gồm một IC 741 có các chân cần thiết được nối ra cọc, các điện trở lấy tín hiệu vào, điện trở hồi tiếp có các giá trị khác nhau, điện trở tải có giá trị 10k. 2.6. Mạch làm toán Mạch làm toán gồm hai IC741 được nối các chân vào các cọc được cấp nguồn chung, các điện trở đưa tín hiệu vào, lấy tín hiệu ra, các tụ điện để thực hiện các phép tính vi – tích phân, điện trở tải. Nguyễn Văn Mện 29 Hình 2-8. Mạch khuếch đại dùng OPA Hình 2-9. Mạch làm toán Thí nghiệm vô tuyến điện 2.7. Khảo sát IC chứa cổng logic 7400 Mạch có hai IC 7400 được cấp nguồn độc lập, các led chỉ thị ngõ ra, ngõ vào, biến trở để thay đổi điện thế. 2.8. Mạch đếm nhị phân 4 bít Gồm hai IC 74112 được nối sẵn để tạo mạch đếm. Các ngõ vào của FF, các ngõ PRE được nối sẵn lên điện thế cao. Các led chỉ thị điện thế ngõ ra được nối sẵn, các cổng NAND của hai IC 7400 để liên kết các FF trong mạch đếm khi cần. Một mạch tạo xung bằng tay. Các IC được cấp nguồn chung và các ngõ tín hiệu CLR được nối lại với nhau. 3. Máy phát tần số Là loại máy phát tín hiệu có biên độ từ vài mV đến vài V. Máy có thể tạo được tín hiệu dạng sin, dạng vuông hay dạng răng cưa có tần số và biên độ thay đổi được liên tục, sử dụng mạng điện 220V-50Hz. Tín hiệu do máy tạo ra được dùng để cung cấp cho các mạch khuếch đại. Hình 2-12 là sơ các nút chức năng của máy phát tần số. Nguyễn Văn Mện 30 Hình 2-10. Khảo sát IC 7400 Hình 2-11. Mạch đếm Thí nghiệm vô tuyến điện (1): bật, tắt máy. (2): thay đổi liên tục tần số. (3): thay đổi từng nấc tần số. (4): chọn dạng tín hiệu ra. (5): thay đổi biên độ tín hiệu ra. (6): chọn pha tín hiệu ra là dương hay âm. (7): ngõ lấy tín hiệu ra có biên độ từ 100mV đến12V. (8): ngõ lấy tín hiệu ra có biên độ từ 1mV đến12mV. (9): ngõ lấy tín hiệu DC. 4. Nguồn điện Để tạo ra hiệu điện thế DC cung cấp cho các mạch điện tử. Có hai loại nguồn điện được sử dụng: - Loại tạo điện thế một chiều: có thang điện thế từ 3 đến 15V, thay đổi được mỗi 3V để cung cấp cho các IC, phân cực transitor. Loại này được trang bị sẵn cho phòng thí nghiệm. - Loại tạo điện thế đối xứng: có thang chia nhỏ hơn, có giá trị từ -7,5 đến 7,5V thay đổi được mỗi 1,5V, có điểm giữa. Nguồn này do cán bộ phòng thí nghiệm tự chế từ nguồn điện một chiều dùng để cung cấp điện thế cho OPA. Nguyễn Văn Mện 31 Hình 2-12. Máy phát tần số (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)(8)(9) a) Nguồn một chiều b) Nguồn đối xứng Hình 2-13 Thí nghiệm vô tuyến điện 5. Dây nối Để tiện lợi cho việc kết nối các mạch điện, bộ thí nghiệm sử dụng hai loại dây nối: - Loại kết nối bằng mỏ sấu. - Loại kết nối bằng chui cắm. Các dây có nhiều lõi, có độ dài khác nhau tùy theo mạch điện. Nguyễn Văn Mện 32 Hình 2-14. Dây nối Thí nghiệm vô tuyến điện Chương 3 CÁC BÀI THỰC HÀNH DÙNG CHO SINH VIÊN HỆ ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ Bài 1 SỬ DỤNG DAO ĐỘNG KÝ HAI CHÙM TIA 1. Mục đích: − Biết sử dụng dao động ký hai chùm tia. − Sử dụng dao động ký để đo biên độ, tần số, pha của một tín hiệu (hiệu điện thế) từ đó viết biểu thức của tín hiệu. − Nội dung phương pháp Lissajous, sử dụng phương pháp Lissajous để xác định tần số, biên độ của một tín hiệu dựa vào tín hiệu chuẩn. − Đo điện trở thuần, suất điện động và điện trở nội của nguồn điện. − Đo L, C bằng phương pháp cộng hưởng. − Đo điện trở của cuộn dây dựa vào độ lệch pha giữa uL và uR. 2. Cơ sở lý thuyết: 2.1. Nguyên tắc hoạt động của dao động ký: Hoạt động của dao động ký dựa trên hiện tượng lệch quỹ đạo của electron trong điện trường. Bộ phận chính của dao động ký là hai hệ thống bản lệch: - Bản lệch đứng: làm electron lệch theo chiều dọc. - Bản lệch ngang: làm electron lệch theo chiều ngang. Hai hệ thống bản lệch đặt trên đường đi của tia katôt. Ở trạng thái bình thường, bản lệch ngang được cấp tín hiệu chuẩn có sẵn trong máy là một tín hiệu răng cưa có phương trình dạng: x = ct có tần số biết trước có thể thay đổi được. Khi nối tín hiệu vào dao động ký, tín hiệu này được đưa vào bản lệch đứng. Giả sử tín hiệu vào có dạng hình sin: y = sin(ωt). Sự tổng hợp của tín hiệu này với tín hiệu quét ngang sẽ tạo ra một sóng dạng sin trên màn hình. Nguyễn Văn Mện 33 Thí nghiệm vô tuyến điện 2.2. Sử dụng dao động ký để quan sát tín hiệu: Để quan sát một tín hiệu (điện thế) ta nối hai điểm cần đo điện thế vào một kênh của dao động ký. - Biên độ của tín hiệu: Vpp = số khoảng trên trục đứng * [volts/div] (3-1) Nút vi chỉnh biên độ ở vị trí CAL (hết cỡ về bên phải). - Tần số của tín hiệu: Khi n chu kỳ tín hiệu chiếm m khoảng trên trục ngang ta có: T = n m * [times/div] (3-2) Nút vi chỉnh times/div ở vị trí CAL (hết cỡ về bên phải) Từ đó suy ra tần số của tín hiệu: T f 1= (3-3) - Độ lệch pha giữa hai tín hiệu: Hai điểm dao động đồng pha gần nhất trên hai tín hiệu cách nhau n khoảng trên trục ngang, mỗi chu kỳ tín hiệu chiếm m khoảng. Độ lệch pha giữa hai tín hiệu là: m n =ϕ * 360o (3-4) * Chú ý: Chỉ xét độ lệch pha của những tín hiệu cùng tần số. Nguyễn Văn Mện 34 m = 2chu kỳ n =5 khoảng Hình 3-1. Xác định chu kỳ T=4,2khoảng ϕ=0,7khoảng Hình 3-2. Xác định độ lệch pha Thí nghiệm vô tuyến điện 2.3. Phương pháp Lissajous: Đưa tín hiệu chuẩn vào CH1 có tần số f1, tín hiệu cần đo vào CH2. Dạng sóng tổng hợp là một đường ngoằn ngoèo khép kín gọi là đường Lissajous. Hai tần số liên hệ với nhau theo công thức: Số tiếp điểm dọc* f2 = số tiếp điểm ngang* f1 Từ đó suy ra tần số của tín hiệu cần đo. Khi hai tín hiệu cùng tần số, tùy theo độ lệch pha giữa hai tín hiệu mà dao động tổng hợp sẽ có dạng đường thẳng, elip hoặc đường tròn. Một số dạng đường Lissajous thường gặp: 2.4. Phương pháp cộng hưởng: Mắc mạch RLC, nối uC vào CH1, uL vào CH2. Khi [volts/div] của hai kênh bằng nhau và uL = uC hai tín hiệu chồng khít lên nhau. Ta có: fC fL pi pi 2 12 = (3-5) Biết L ta suy ra C và ngược lại. 2.5. Đo điện trở của cuộn dây dựa trên độ lệch pha giữa UL và I: Biểu thức điện trở của cuộn dây: Nguyễn Văn Mện 35 Số tiếp điểm ngang Số ti ếp đ iể m d ọc Hình 3-3. Phương pháp Lissajous Hình 3-4. Một số dạng đường Lissajous thường gặp f 2 = 3f 1 f 2 = 2f 1 f2 = 1/2f1 f 2 = 3/2f 1 f 2 = 5/2f 1 f2 = 4f1 Thí nghiệm vô tuyến điện [ ] [ ] ϕcos2/ 1/ R divCHvolsN divCHvolsNr R L × = 3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm: - Bộ thí nghiệm mạch RLC. - Dao động ký điện tử hai chùm tia. - Máy phát tần số. - Nguồn điện xoay chiều. 4. Thực hành: 4.1. Viết biểu thức của tín hiệu: − Mắc mạch RLC nối tiếp. − Nối uR vào CH1 viết biểu thức của uR (xem là tín hiệu chuẩn về pha). − Nối uL vào CH2 viết biểu thức của uL. − Chuyển CH2 sang uC viết biểu thức của uC. − Chuyển CH2 sang u viết biểu thức của u (hiệu điện thế toàn mạch). − Vẽ lần lượt các sóng trên cùng một hệ trục tọa độ với uR. − Nghiệm lại định luật Ohm. 4.2. Xác định tần số, biên độ bằng phương pháp Lissajous: − Nối CH1 với nguồn 12V - 50Hz, CH2 với một nguồn khác chưa biết tần số. − Bật sang chế độ X-Y, thay đổi tần số của tín hiệu từ nguồn chuẩn sao cho sóng tổng hợp ổn định. Nguyễn Văn Mện 36 23mH 1k Hình 3-5. Sử dụng dao động ký Hình 3-6. Xác định tần số và biên độ Thí nghiệm vô tuyến điện − Vẽ lại dạng sóng tổng hợp, suy ra tần số và biên độ của tín hiệu cần đo. − Thực hiện tiếp tục như trên đo 3 tần số khác nhau (thay đổi tần số nguồn cần đo). − Đối chiếu với cách đọc thông thường. − Điều chỉnh tần số của nguồn sao cho hai tín hiệu cùng tần số. Vẽ lại dạng sóng tổng hợp, tìm độ lệch pha giữa hai tín hiệu. − Coi biên độ của sóng chuẩn là 12V, xác định biên độ sóng cần đo bằng phương pháp so sánh. 4.3. Đo L, C bằng phương pháp cộng hưởng: − Mắc mạch RLC nối tiếp vào nguồn điện 12V – 50Hz. Tụ C = 1µ, L chưa biết. − Nối hai kênh vào hai hiệu điện thế uC và uL sao cho hai tín hiệu cùng pha (nếu chúng ngược pha nhau thì ấn nút invert để đổi dấu tín hiệu thứ hai bằng cách nhấn nút INVERT). − Đặt các nút volts/div của hai kênh có giá trị bằng nhau, các nút vi chỉnh đều ở vị trí . − Thay đổi tần số của nguồn phát sao cho hai tín hiệu chồng khít lên nhau. Ghi lại giá trị tần số này để tính giá trị của L. − Làm tương tự để đo giá trị một tụ C chưa biết dựa vào L đã đo được. Nguyễn Văn Mện 37 1k Hình 3-7. Xác định tần số cộng hưởng 1k Hình 3-8. Đo L, C bằng cộng hưởng Thí nghiệm vô tuyến điện 4.4. Đo điện trở của cuộn dây theo độ lệch pha giữa UL và I: − Mắc mạch gồm điện trở R đã biết và cuộn cảm L cần đo điện trở. − Nối CH1 với uL, CH2 với uR. − Chọn volts/div và times/div thích hợp để quan sát được cả hai tín hiệu trên màn hình. − Vẽ lại dạng sóng của hai tín hiệu. − Đọc số khoảng trên trục đứng của hai tín hiệu và độ lệch pha giữa hai tín hiệu. − Chứng minh rằng điện trở r của cuộn dây xác định bằng biểu thức: [ ] [ ] ϕcos2/ 1/ R divCHvolsN divCHvolsNr R L × = − Xác định điện trở này từ thí nghiệm. Nguyễn Văn Mện 38 U (12V/50Hz) R = 1kΩ L = 6mH r Hình 3-9. Đo điện trở cuộn cảm Thí nghiệm vô tuyến điện Bài 2 KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSITOR 1. Mục đích: − Hình thành kỹ năng mắc một mạch khuếch đại dùng transitor. − Phân cực cho transitor. − Sử dụng mạch mắc được để khuếch đại tín hiệu điện thế. − Tìm hiểu ứng dụng của mạch khuếch đại điện thế. 2. Cơ sở lý thuyết: 2.1. Phân cực cho transitor dùng cầu chia điện thế: Biến đổi mạch cơ bản (1) thành mạch (2) 21 21 RR RRRBB + = (3-6) 21 2 RR RVV CCBB + = (3-7) Độ lợi thế: i o v v vA = Nguyễn Văn Mện 39 u R R 1 R 2 R C R E V CC C 1 C 2 C E v i v o v ov i R C V CC R E R B V BB C 1 C 2 C E Hình 3-10. Mạch tương đương Thí nghiệm vô tuyến điện Ứng với tần số cao, các tụ phân dòng có giá trị lớn, tụ có tác dụng nối mass cho cực E. Khi đó: e C i o v r R v vA −== với CE e I mV I mVr 2626 ≈= Khi không có tụ phân dòng: Ee C i o v Rr R v vA + −== (3-8) 2.2. Phân cực bằng hồi tiếp thu – nền: Độ lợi thế: i o v v vA = Khi có tụ phân dòng: e C i o v r R v vA −== với CE e I mV I mVr 2626 ≈= Khi không có tụ phân dòng (có tác dụng nối mass cho cực E đối với tín hiệu có tần số cao): Ee C i o v Rr R v v A + −== (3-9) 3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm: - Board mạch khuếch đại tín hiệu transitor phân cực bằng cầu chia điện thế. - Board mạch khuếch đại tín hiệu transitor phân cực bằng hồi tiếp thu – nền. - Nguồn điện một chiều. - Dao động ký hai chùm tia. - Máy phát tần số. - Vôn kế. 4. Thực hành: 4.1. Mạch dùng cầu chia điện thế: Sinh viên mắc mạch như hình 3.12. Nguyễn Văn Mện 40 R C R B R E C 1 C 2 C E v i Hình 3-11. Phân cực bằng hồi tiếp Thí nghiệm vô tuyến