Chương 5
ĐO TẦN SỐ - GÓC LỆCH PHA
5.1. Đo tần số
5.1.1. Khái niệm chung
Tần số là một trong các thông số quan trọng nhất của quá trình dao
động có chu kỳ. Tần số được xác định bởi số các chu kỳ lặp lại của sự thay
đổi tín hiệu trong một đơn vị thời gian.
Chu kỳ là khoảng thời gian nhỏ nhất mà giá trị của tín hiệu lặp lại độ
lớn và chiều biến thiên. 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. Nghĩa là:
π
ωψ
π
2
.
2
1
==
dt
d
f
(5.1)
Khoảng tần số được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau như: Vô
tuyến điện tử, tự động hóa, vật lý thực nghiệm, thông tin liên lạc.v.v...từ một
phần Hz đến hàng nghìn GHz.
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.

2
và nối tiếp với các phần tử R
2
, L
2
, C
2
; còn cuộn động B
1
mắc
nối tiếp với C
1
(H.5.2a).
Góc lệch giữa U
x
và I
1
là 90
o
(H.5.2b).
Các thông số của cuộn tĩnh A (R
2
, L
2
, C
2
) và cuộn động nối tiếp B
2
được chọn sao cho tạo được cộng hưởng điện áp trong mạch này có tần số f
xo

= 0
I
2
= I
I
1
U
fx
a)
b)
Hình 5.2. Tần số kế dùng lôgômet điện động
A
NCĐ
a)
b)
B
G
G
45 50
55
Hình 5.1. Tần số mét cộng hưởng điện từ
a. Cấu tạo; b. Mặt chỉ thị
22
2
1
CL
f
xo
π
=

2
trong cuộn động. Từ sơ đồ véc tơ hình 5.2b ta có:
ψ
2
= 0 từ đó cos ψ
2
= 1 ; I = I
2
; cos ψ
1
= cos (90 – ϕ
2
) = sin ϕ
2
Nhưng ở đây sin ϕ
2
=
2
2
Z
X
(5.4)
X
2
, Z
2
– là điện kháng và tổng trở của mạch dòng I
2
.
Mặc khác







=
1
2
2
2
1
2
1
2
1
.cos
X
X
F
Z
X
Z
Z
F
I
I
F
ψα
Cho rằng Z

=
X
2
= ω
x
L
2
-
2
1
C
x
ω
và ω
x
= 2π f
x
Như thế:






−
=





x
x
x
π
π
π
π
α
Vậy: α = φ(f
2
x
) (5.7)
Tức là góc lệch α của Lôgômét điện động là một hàm của tần số f
2
x
và
thang đo sẽ được khắc độ theo tần số.
Ví dụ: Tần số mét Lôgômét điện động kiểu Д506M (của Nga) để đo
tần số 45 ÷ 55Hz, cấp chính xác ± 1,5%.
Loại này có thể chế tạo tần số mét đo tần số cao hơn đến 2500Hz.
5.1.4. Tần số mét dùng Lôgômét điện từ
87
Về cấu tạo Lôgômét điện từ có hai cuộn dây. Cuộn thứ nhất được nối
với điện trở R
1
và điện cảm L
1
.
Cuộn thứ hai được nối với điện trở R
2

Tần số mét điện tử là dụng cụ để đo tần số âm tần và cao tần mà các
Tần số mét cơ điện không đo được. Đó là dụng cụ phối hợp giữa cơ cấu đo Từ
điện với các bộ biến đổi để thực hiện biến đổi tần số thành dòng 1 chiều.
Hình vẽ 5.4a) là sơ đồ nguyên lý.
Khi khoá K ở vị trí 1, tụ C được nạp điện đến điện áp U của nguồn
điện. Điện tích nạp Q = CU.
Khi khoá K chuyển sang vị trí 2, tụ C phóng điện qua cơ cấu Từ điện
(CT). Nếu vị trí của khoá K được thay đổi với tần số bằng tần số đo f
x
thì giá
trị dòng điện trung bình đi qua cơ cấu đo:
I
tb
= Q.f
x
= C.U.f
x.
(5.8)
Từ đó ta thấy nếu C và U là đại lượng không đổi thì dòng điện qua
dụng cụ đo tỉ lệ với tần số cần đo và có thể khắc độ trực tiếp theo đơn vị tần
số.
Trong các Tần số mét điện tử khoá K được thay bằng khoá điện tử nhờ
một Transito (Hình 5.4b). Điện áp có tần số cần đo U
fx
được đưa qua Bộ Tạo
xung TX. Khi chưa có xung đặt vào Bazơ của Transito, T ở chế độ khoá và
Tụ C được nạp đến điện áp U với điện tích q = CU.
88
∼ U
fx

U
cc
U
fx
TX
R
D
1
C
Hình 5.4. Tần số mét điện tử
a)
b)
Khi có xung vào Bazơ của T, Transito làm việc ở chế độ thông, tụ C
được phóng điện qua T, điốt D
2
và cơ cấu đo (CT) , chỉ thị được khắc độ đo
theo giá trị tần số.
Tần số mét loại này được dùng để đo tần số của tín hiệu hình sin từ
10Hz đến 500kHz, sai số ± 2%. Nếu tín hiệu xung có thể đo với dải tần từ
10Hz đến 20kHz, sai số ± 2%.
5.1.6. Tần số mét chỉ thị số.
Hình vẽ 5.5 là sơ đồ khối của tần số mét chỉ thị số có 4 chỉ số và các
dạng sóng điện áp.
Tín hiệu có tần số cần đo được đưa vào khuếch đại hoặc làm suy giảm,
sau đó đưa đến Triger Schmitt để tạo thành các xung vuông. Đầu ra của mạch
89
Hình 5.5. Sơ đồ khối của máy đếm tần số hiện số
Màn hiện
BCD tới
giải mã

Mạch khoá
Máy đếm
thập phân
Màn hiện
BCD tới
giải mã
thanh
7 đoạn
Mạch khoá
Máy đếm
thập phân
Màn hiện
BCD tới
giải mã
thanh
7 đoạn
Mạch khoá
Máy đếm
thập phân