Điện, Điện tử - Đo lường điện tử

KHOA ÂIÃÛN TÆÍ - VIÃÙN THÄNG 
BÄÜ MÄN ÂIÃÛN TÆÍ 
 ÂO LÆÅÌNG ÂIÃÛN TÆÍ 
 Biãn soaûn: Dæ Quang Bçnh 
ÂAÌ NÀÔNG — 2000
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ 
1
CHƯƠNG 1: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ 
 Đo lường điện tử là phương pháp xác định trị số của một thông số nào đó ở một cấu 
kiện điện tử hay hệ thống điện tử. Thiết bị dùng để xác định giá trị được gọi là "thiết bị 
đo", chẳng hạn, đồng hồ đo nhiều chức năng [multimeter] dùng để đo trị số của điện trở, 
điện áp, và dòng điện trong mạch điện. 
Kết quả đo tuỳ thuộc vào hạn chế của thiết bị đo. Các hạn chế đó sẽ làm cho giá trị đo 
được (hay giá trị biểu kiến) hơi khác nhẹ với giá trị đúng (tức là giá trị tính toán theo 
thiết kế). Do vậy, để quy định hiệu suất của các thiết bị đo, cần phải có các định nghĩa về 
độ chính xác [accuracy], độ rõ [precision], độ phân giải [resolution], độ nhạy [sensitivity] 
và sai số [error] . 
1.1 ĐỘ CHÍNH XÁC [accuracy]. 
Độ chính xác sẽ chỉ mức độ gần đúng mà giá trị đo được sẽ đạt so với giá trị đúng của 
đại lượng cần đo. Ví dụ, khi một trị số nào đó đọc được trên đồng hồ đo điện áp 
[voltmeter] trong khoảng từ 96V đến 104V của giá trị đúng là 100V, thì ta có thể nói 
rằng giá trị đo được gần bằng với giá trị đúng trong khoảng ± 4%. Vậy độ chính xác của 
thiết bị đo sẽ là ± 4%. Trong thực tế, giá trị 4% của ví dụ trên là 'độ không chính xác ở 
phép đo' đúng hơn là độ chính xác, nhưng dạng biểu diễn trên của độ chính xác đã trở 
thành chuẩn thông dụng, và cũng được các nhà sản xuất thiết bị đo dùng để quy định khả 
năng chính xác của thiết bị đo lường. Trong các thiết bị đo điện tử số, độ chính xác bằng 
± 1 số đếm cộng thêm độ chính xác của khối phát xung nhịp hay của bộ gốc thời gian. 
a) Độ chính xác của độ lệch đầy thang. 
Thông thường, thiết bị đo điện tử tương tự thường có độ chính xác cho dưới dạng phần 
trăm của độ lệch toàn thang đo [fsd - full scale deflection]. Nếu đo điện áp bằng đồng hồ 
đo điện áp [voltmeter], đặt ở thang đo 100V (fsd), với độ chính xác là ± 4%, chỉ thị số đo 
điện áp là 25V, số đo sẽ có độ chính xác trong khoảng 25V ± 4% của fsd, hay (25 - 4)V 
đến (25 + 4)V, tức là trong khoảng 21V đến 29V. Đây là độ chính xác ± 16% của 25V. 
Điều này được gọi là sai số giới hạn. 
Ví dụ trên cho thấy rằng, điều quan trọng trong khi đo là nên thực hiện các phép đo gần 
với giá trị toàn thang đo nếu có thể được, bằng cách thay đổi chuyển mạch thang đo. Nếu 
kết quả đo cần phải tính toán theo nhiều thành phần, thì sai số giới hạn của mỗi thành 
phần sẽ được cộng với nhau để xác định sai số thực tế trong kết quả đo. Ví dụ, với điện 
trở R có sai số ± 10% và dòng điện I có sai số ± 5%, thì công suất I2R sẽ có sai số bằng 5 
+ 5 + 10 = 20%. Trong các đồng hồ số, độ chính xác được quy định là sai số ở giá trị đo 
được ± 1 chữ số. Ví dụ, nếu một đồng hồ có khả năng đo theo 3 chữ số hoặc 3 ½ chữ số, 
thì sai số sẽ là 1/103 = 0,001 = ± (0,1% + 1 chữ số). 
b) Độ chính xác động và thời gian đáp ứng. 
Một số thiết bị đo, nhất là trong công nghiệp dùng để đo các đại lượng biến thiên theo 
thời gian. Hoạt động của thiết bị đo ở các điều kiện như vậy được gọi là điều kiện làm 
việc động. Do vậy, độ chính xác động là độ gần đúng mà giá trị đo được sẽ bằng giá trị 
đúng mà nó sẽ dao động theo thời gian, khi không tính sai số tĩnh. 
Khi thiết bị đo dùng để đo đại lượng thay đổi, một thuật ngữ khác gọi là đáp ứng thời 
gian được dùng để chỉ khoảng thời gian mà thiết bị đo đáp ứng các thay đổi của đại 
lượng đo. Độ trì hoãn đáp ứng của thiết bị đo được gọi là độ trễ [lag]. 
1.2 ĐỘ RÕ [precision]. 
Độ rõ của thiết bị đo là phép đo mức độ giống nhau trong phạm vi một nhóm các số liệu 
đo. Ví dụ, nếu 5 phép đo thực hiện bằng một voltmeter là 97V, 95V, 96V, 94V, 93V, thì 
giá trị trung bình tính được là 95V. Thiết bị đo có độ rõ trong khoảng ± 2V, mà độ chính 
xác là 100V - 93V = 7V hay 7%. 
Độ rõ được tính bằng giá trị căn trung bình bình phương của các độ lệch. Ở ví dụ trên, 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ 
2
các độ lệch là: 
 + 2, 0, + 1, - 1, - 2. Nên giá trị độ lệch hiệu dụng là: 
2
5
41104 =++++ 
Do đó mức trung bình sai lệch là 2. Như vậy, độ rõ sẽ phản ánh tính không đổi (hay khả 
năng lặp lại - repeatability) của một số kết quả đo, trong khi độ chính xác cho biết độ 
lệch của giá trị đo được so với giá trị đúng. Độ rõ phụ thuộc vào độ chính xác. Độ chính 
xác cao hơn sẽ có độ rõ tốt hơn. Nhưng ngược lại sẽ không đúng. Độ chính xác không 
phụ thuộc vào độ rõ. Độ rõ có thể rất cao nhưng độ chính xác có thể không nhất thiết là 
cao. Khi độ chính xác gắn liền với độ lệch thực tế của đồng hồ đo (hoặc số hiển thị thực 
tế ở đồng hồ số), thì độ rõ gắn liền với sai số ở số đọc của giá trị đo. Sai số như vậy có 
thể tăng lên do thị sai ở các đồng hồ đo tương tự hoặc không ổn định ở các bộ chỉ thị số. 
1.3 ĐỘ PHÂN GIẢI [resolution]. 
Độ phân giải là sự thay đổi nhỏ nhất ở các giá trị đo được (không phải là giá trị 0) mà 
một thiết bị đo có thể đáp ứng để cho một số đo xác định. Độ phân giải thường là giá trị 
vạch chia nhỏ nhất trên thang đo độ lệch. Nếu một ammeter có 100 vạch chia, thì đối với 
thang đo từ 0 đến 1mA, độ phân giải sẽ là 1mA/100 = 10µA. Ở các đồng hồ đo số, độ 
phân giải là 1 chữ số. Độ phân giải cần phải được cộng thêm với sai số do số đo nằm 
trong khoảng giữa hai vạch chia lân cận không thể đọc một cách chính xác. Độ phân giải 
cũng được phản ánh theo sai số của độ rõ ngoài các yếu tố khác như thị sai. 
1.4 ĐỘ NHẠY [sensitivity]. 
Độ nhạy là tỷ số của độ thay đổi nhỏ nhất ở đáp ứng ra của thiết bị đo theo độ thay đổi 
nhỏ nhất ở đại lượng đầu vào. Ví dụ, nếu độ lệch đầy thang của một ammeter A cho 
bằng 50µA, và bằng 100µA ở ammeter B, thì ammeter A nhạy hơn so với ammeter B. 
Độ nhạy được thể hiện cho voltmeter dưới dạng ohm / volt. Một đồng hồ đo có độ lệch 
đầy thang (fsd) là 50µA sẽ có điện trở là 20 000Ω mắc nối tiếp để cho fsd ở mức 1V, 
trong khi một đồng hồ có fsd là 100µA sẽ có điện trở là 10 000Ω để cho fsd ở mức 1V. 
Vậy voltmeter 20 000Ω/V có độ nhạy cao hơn so với voltmeter 10 000Ω/V. 
a) Ngưỡng độ nhạy. 
Ngưỡng độ nhạy là mức tín hiệu nhỏ nhất có thể được phát hiện dưới dạng có nhiễu và 
tạp âm. Các tín hiệu rất nhỏ có thể lẫn trong tạp âm, do vậy không thể tăng độ nhạy của 
một hệ thống đo vô cùng. Thông thường sử dụng phép đo đối với ngưỡng độ nhạy là 
biên độ của tín hiệu vào mà tỷ số tín hiệu trên nhiễu bằng đơn vị hoặc 0dB. 
b) Yêu cầu độ rộng băng tần. 
Độ rộng băng tần chọn lọc được dùng để cải thiện mức ngưỡng. Khi tần số nhiễu cao 
hơn phổ tần của tín hiệu cần đo, thì phải sử dụng mạch lọc thông thấp để tín hiệu truyền 
qua với mức nhiễu không đáng kể. Nếu nhiễu có tần số thấp hơn phổ tần của tín hiệu đo, 
thì sử dụng bộ lọc thông cao. Tổ hợp bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao sẽ suy ra độ 
rộng băng tần để chặn nhiễu. Nếu nhiễu chiếm độ rộng trong phạm vi phổ tần của tín 
hiệu cần đo, thì bộ lọc chặn có thể nén nhiễu cùng với một phần nhỏ tín hiệu đo. 
1.5 CÁC LOẠI SAI SỐ [errors]. 
Mỗi thiết bị đo có thể cho độ chính xác cao, nhưng có thể có các sai số do các hạn chế 
của thiết bị đo, do các ảnh hưởng của môi trường, và các sai số do người đo khi thu nhận 
các số liệu đo. Các loại sai số có ba dạng: Sai số thô, sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên. 
a) Sai số thô. 
Các sai số thô có thể quy cho giới hạn của các thiết bị đo hoặc là các sai số do người đo. 
Giới hạn của thiết bị đo. Ví dụ như ảnh hưởng quá tải gây ra bởi một voltmeter có độ 
nhạy kém. Voltmeter như vậy sẽ rẽ dòng đáng kể từ mạch cần đo và vì vậy sẽ tự làm 
giảm mức điện áp chính xác. Ảnh hưởng do quá tải sẽ được giải thích chi tiết ở mục 1.7. 
Sai số do đọc. Là các sai lệch do quan sát khi đọc giá trị đo. Các nhầm lẫn như vậy có 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ 
3
thể do thị sai, hay do đánh giá sai khi kim nằm giữa hai vạch chia. Các thiết bị đo số 
không có các sai số do đọc. 
b) Sai số hệ thống. 
Sai lệch có cùng dạng, không thay đổi được gọi là sai số hệ thống. Các sai số hệ thống có 
hai loại: Sai số do thiết bị đo và sai số do môi trường đo. 
Sai số của thiết bị đo. 
Các sai số do thiết bị đo là do ma sát ở các bộ phận chuyển động của hệ thống đo hay do 
ứng suất của lò xo gắn trong cơ cấu đo là không đồng đều. Ví dụ, kim chỉ thị có thể 
không dừng ở mức 0 khi không có dòng chảy qua đồng hồ. Các sai số khác là do chuẩn 
sai, hoặc do dao động của nguồn cung cấp, do nối đất không đúng, và ngoài ra còn do sự 
già hoá của linh kiện. 
Sai số do môi trường đo là sai số do các điều kiện bên ngoài ảnh hưởng đến thiết bị đo 
trong khi thực hiện phép đo. Sự biến thiên về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, từ trường, có thể 
gây ra các thay đổi về độ dẫn điện, độ rò, độ cách điện, điện cảm và điện dung. Biến 
thiên về từ tính có thể do thay đổi mô men quay (tức độ lệch). Các thiết bị đo tốt sẽ cho 
các phép đo chính xác khi việc che chắn các dụng cụ đến mức tối đa, sử dụng các màn 
chắn từ trường, v. v. . . Các ảnh hưởng của môi trường đo cũng có thể gây ra độ dịch 
chuyển nhỏ ở kết quả, do thay đổi nhỏ về dòng điện. 
c) Sai số ngẫu nhiên. 
Các sai số ngẫu nhiên do các nguyên nhân chưa biết, xuất hiện mỗi khi tất cả các sai số 
thô và sai số hệ thống đã được tính đến. Khi một voltmeter, đã được hiệu chuẩn chính 
xác và thực hiện phép đo điện áp ở các điều kiện môi trường lý tưởng, mà người đo thấy 
rằng các số đo có thay đổi nhỏ trong khoảng thời gian đo. Độ biến thiên này không thể 
hiệu chỉnh được bằng cách định chuẩn, hay hiệu chỉnh thiết bị đo, mà chỉ bằng phương 
pháp suy luận các sai số ngẫu nhiên bằng cách tăng số lượng các phép đo, và sau đó xác 
định giá trị gần đúng nhất của đại lượng cần đo. 
1.6 GIỚI HẠN CỦA THIẾT BỊ ĐO 
Một thiết bị đo có thể có các giới hạn về thang đo, công suất (hay khả năng tải dòng), tần 
số, trở kháng và độ nhạy (ảnh hưởng quá tải). Các vấn đề đó được giải thích như sau. 
- Giới hạn về thang đo. Mỗi thiết bị đo có khoảng đo lớn nhất về một thông số cần đo. 
Khoảng đo sẽ được chia thành các thang đo nhỏ thích hợp. Ví dụ, một voltmeter có thể 
đo cao nhất là 300V chia thành 5 thang đo phụ: 3V, 10V, 30V, 100V và 300V. 
Chuyển mạch thang đo sẽ thiết lập tại các vị trí chính xác tuỳ thuộc vào giá trị đo yêu 
cầu. Giả sử phép đo điện áp là 9V thì chúng ta sẽ sử dụng thang đo 10V. Các thang đo 
cần phải có cho tất cả các thông số cần đo. Cần phải chọn thang đo đúng cho mỗi thông 
số đo thích hợp. Nếu đo điện áp trên thang đo dòng điện, thì đồng hồ đo sẽ hư hỏng. 
- Độ mở rộng thang đo. Là thuật ngữ được sử dụng chỉ sự chênh lệch giữa giá trị lớn 
nhất và giá trị nhỏ nhất của một thang đo. Đối với giá trị đo của đồng hồ ở mức nhỏ nhất 
là 10mA và 100mA ở mức cao nhất, thì độ mở rộng của thang đo là 100mA - 10mA = 
90mA. Một đồng hồ đo điện áp có mức 0V ở giữa, với + 10V một bên và - 10V ở phía 
khác, sẽ có độ mở rộng thang đo là 20V. 
- Giới hạn về công suất. Mỗi thiết bị đo đều có khả năng xử lý công suất lớn nhất, nên 
công suất của tín hiệu vào không được vượt quá giới hạn công suất đo. Công suất vượt 
quá có thể làm hỏng đồng hồ đo hay mạch khuyếch đại bên trong đồng hồ đo. 
- Giới hạn về tần số. Phần lớn cơ cấu động ở đồng hồ đo tương tự có vai trò như một 
điện cảm mắc nối tiếp và do vậy sẽ suy giảm ở dãi tần số cao. Trong các thiết bị đo sử 
dụng các mạch chỉnh lưu và các mạch khuyếch đại, các điện dung của tiếp giáp được cho 
là một hạn chế đối với tín hiệu đo ở dãi tần số cao. 
Cơ cấu đo điện động có thể chỉ được sử dụng để đo tín hiệu có tần số lên đến 1000Hz (do 
điện cảm nối tiếp), các cơ cấu đo từ điện (có bộ chỉnh lưu) có thể sử dụng để đo tín hiệu 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ 
4
có tần số lên đến 10 000Hz, millivoltmeter xoay chiều có thể đo các tín hiệu có tần số lên 
đến một vài MHz. Các hạn chế tần số khác có thể gây ra do các điện dung song song. 
Máy hiện sóng có thể sử dụng để đo các tín hiệu có tần số ở dãi megahertz, nhưng giá 
thành sẽ tăng khi cần độ rộng băng tần cao hơn. Máy hiện sóng không sử dụng cuộn dây 
và hệ thống chỉ thị kim, do vậy ảnh hưởng bất lợi ở phần lớn các cơ cấu đo sẽ được hạn 
chế và loại bỏ. 
- Giới hạn về trở kháng. Các thiết bị đo được dùng để đo các tín hiệu ac, có trở kháng ra 
phụ thuộc vào mạch ra của transistor được sử dụng. Một máy phát tín hiệu tần số cao có 
thể có trở kháng là 75Ω hay 50Ω để phù hợp với trở kháng vào của hệ thống cần đo. Các 
thiết bị đo điện áp như voltmeter và máy hiện sóng có trở kháng vào cao. Một voltmeter 
tốt vừa phải có thể có trở kháng vào khoảng 20000Ω / V, trong khi một máy hiện sóng và 
đồng hồ đo số hay đồng hồ đo điện tử có thể có trở kháng vài megohm. Thiết bị đo điện 
áp có trở kháng cao hơn sẽ cho độ chính xác của phép đo cao hơn, hay có ảnh hưởng quá 
tải ít hơn. Trở kháng của các cơ cấu đo cuộn dây động tuỳ thuộc vào độ nhạy của đồng 
hồ, còn trở kháng của máy hiện sóng kiểu ống tia phụ thuộc vào trở kháng vào của bộ 
khuyếch đại dọc sử dụng trong máy hiện sóng. 
1.7 ẢNH HƯỞNG DO QUÁ TẢI 
Ảnh hưởng do quá tải có nghĩa là sự suy giảm về trị số của thông số ở mạch cần đo khi 
mắc thiết bị đo vào mạch. Thiết bị đo sẽ tiêu thụ công suất từ mạch cần đo và sẽ làm tải 
của mạch cần đo. Điện trở của đồng hồ đo dòng sẽ làm giảm dòng điện trong mạch cần 
đo. Tương tự, một voltmeter khi mắc song song với mạch có điện trở cao, thực hiện vai 
trò như một điện trở song song [shunt], nên sẽ làm giảm điện trở của mạch. Điều này tạo 
ra mức điện áp thấp trên tải đọc được trên đồng hồ đo. Do đó, đồng hồ sẽ chỉ thị mức 
điện áp thấp hơn so với điện áp thực, nghĩa là cần phải lấy mức điện áp cao hơn để có độ 
lệch đúng. Như vậy, ảnh hưởng do quá tải sẽ hạn chế độ nhạy và do đó cũng được gọi là 
giới hạn độ nhạy. Ảnh hưởng quá tải sẽ được biểu hiện ở đồng hồ đo điện áp [voltmeter] 
như sau. 
Cho điện trở tải là RL và nội trở của đồng hồ là RM. Cùng với một điện trở mắc nối tiếp 
với tải RL là RS (hình 1.1). Điện áp thực tế trên RL là VL khi không mắc đồng hồ đo vào 
mạch, và VM là điện áp trên tải khi có đồng hồ đo được tính theo phương trình (1.1) và 
(1.2) tương ứng. 
LS
L
L RR
REV +
×= (1.1) 
)//(
)//(
MLS
ML
M RRR
RREV +
×= (1.2) 
Ảnh hưởng quá tải tính theo phần trăm có thể tính bằng (VL - VM) x 100 / VL, như ở ví dụ 
1.1 và 1.2. 
Ví dụ 1.1: Với hai đồng hồ đo điện áp, một đồng hồ có độ nhạy là 20 000Ω/V, và đồng 
hồ còn lại có độ nhạy là 1000Ω/V, đo điện áp trên RL trong mạch ở hình 1.2, trên thang 
đo 10V của đồng hồ. Tính sai số do quá tải cho cả hai đồng hồ. 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG I: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ 
5
Trường hợp thứ nhất: Ω=×= k
3
200
300
200100// ML RR 
Điện áp thực tế khi chưa có đồng hồ = 9,1V
11
100
110
10010 ==× 
Điện áp đo được = 8,7V
 ... ng 
pháp trên, ta có thể đo thử thêm để biết nguyên nhân gây méo dạng và sửa chửa hư hỏng. 
3.5 BỘ ĐẾM TẦN SỐ 
Bộ đếm tần là một thiết bị đo số có thể dùng để đo tần số, khoảng thời gian giữa hai tín 
hiệu, chu kỳ xung, tỷ số của hai tần số và có thể đếm số xung. 
a) Nguyên lý hoạt động. 
Ở kiểu đo cơ bản nhất đó là tín hiệu cần đo được đặt vào cổng AND, cổng chỉ mở trong 
khoảng thời gian cố định bằng một xung mở cổng. Xung ra của cổng AND sẽ được đưa 
đến bộ đếm 10 và chốt số liệu để sau đó đưa đến khối hiển thị như thể hiện theo sơ đồ 
khối ở hình 3.16. 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG 
32
Mạch xử lý tín hiệu gồm một khối khuyếch đại và khối trigger Schmitt. Tín hiệu dạng 
sóng sin vào được khuyếch đại và chuyển đổi thành các xung vuông để được đưa đến 
một đầu vào của cổng AND, đầu vào còn lại lấy xung định thời từ mạch tạo xung nhịp 
(khối gốc thời gian). 
b) Các phép đo bằng bộ đếm tần. 
Phép đo tần số: Cổng AND sẽ duy trì việc mở cổng theo chu kỳ của xung định thời, nên 
sẽ cho các xung tín hiệu cần đo tần số tại đầu ra của cổng AND trong khoảng thời gian 
mở cổng. Bộ đếm sẽ đếm các xung và số đếm sẽ được lưu trữ vào bộ nhớ cũng như được 
hiển thị. Xung định thời kích khởi bộ đếm tại thời điểm xuất hiện cạnh trước và dừng bộ 
đếm tại thời điểm xuất hiện cạnh sau của xung nhờ flip – flop. Tương tự, xung định thời 
cũng sẽ điều khiển bộ nhớ. 
Nếu khoảng thời gian của xung định thời là 1 giây, bộ đếm mở cổng trong khoảng thời 
gian là 1 giây, bộ đếm cho số chu kỳ tín hiệu truyền qua cổng trong một giây, tức là đo 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG 
33
trực tiếp tần số của tín hiệu. 
Đối với các tần số cao, sử dụng mạch chia 10 để tạo ra các xung định thời từ 1s đến 1ms 
tuỳ theo các vị trí đặt của chuyển mạch nhiều vị trí. Nếu có 1000 xung của tín hiệu cần 
đo truyền qua cổng AND trong khoảng thời gian 1ms, thì tần số của tín hiệu là 
1000MHz. Các bộ đếm không thể đếm các tần số quá cao (ở dãi gigahertz), nên các tần 
số cao sẽ được đo bằng kỹ thuật ‘chia thang trước’, tức là tần số tín hiệu sẽ được chia 2, 
4, 8, v. v. . . sao cho tần số sau khi chia thang trước phù hợp với thang đo của bộ đếm 
tần. Sơ đồ khối bộ đếm tần có mạch chia tần số xung nhịp (mạch chia gốc thời gian) như 
ở hình 3.17. 
Đo chu kỳ: Để đo chu kỳ, xung tín hiệu vào có tác dụng như một xung định thời dùng để 
mở cổng truyền các xung nhịp qua cổng AND. Tín hiệu vào sẽ mở và đóng cổng AND, 
nên số đếm là số lượng xung nhịp đã được truyền qua cổng sẽ cho biết chu kỳ thời gian 
của xung tín hiệu cần đo. Sơ đồ khối của mạch đo chu kỳ như ở hình 3.18a và b. 
Đo khoảng thời gian giữa hai xung: Có thể đo khoảng thời gian giữa hai xung bằng 
cách sử dụng một tín hiệu để mở cổng và tín hiệu còn lại để đóng cổng AND. Tín hiệu 
xung nhịp dùng để đo khoảng thời gian khi mở và đóng cổng. Phép đo được thể hiện ở 
hình 3.19. Xung 1 làm cho đầu vào S = 1 và R = 0, nên Q = 1, khi xung 2 xuất hiện làm 
cho S = 0 và R = 1, nên Q = 0. 
Đo tỷ số tần số của hai tín hiệu: Nếu có hai tín hiệu, thì tín hiệu tần số thấp được sử 
dụng làm xung định thời, còn tín hiệu tần số cao sẽ được đếm trong khoảng thời gian của 
xung định thời. Phép đo cho biết tỷ số của hai tần số trên khối hiển thị như ở sơ đồ khối 
hình 3.20. 
Đếm xung: Mạch đơn giản như ở hình 3.21, sẽ cho biết là bộ đếm sẽ đếm tổng số xung 
truyền qua cổng trong suốt khoảng thời gian chuyển mạch giữ ở trạng thái kín mạch. 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG 
34
c) Bộ đếm tần số đa năng. 
Bộ đếm tần số đa năng kết hợp tất cả các phép đo trong thiết bị đo đơn nhờ các vị trí đặt 
của mạch chuyển mạch. Mạch đo cơ bản theo các vị trí chuyển mạch như ở hình 3.22. 
d) Các ưu điểm của bộ đếm tần số kiểu số. 
Các ưu điểm của bộ đếm tần kiểu số gồm: 
1. Độ rõ cao (6 đến 8 digit) 
2. Độ chính xác cao (do sự ổn định của mạch dao động bằng tinh thể) 
3. Tốc độ đo cao. 
4. Đồng hồ đo sẽ không đáp ứng đối với nhiễu và tạp âm mức thấp khi đặt mức kích 
khởi cao. 
5. Dễ đọc số chỉ thị. 
e) Sử dụng máy đếm tần số dò tìm trạng thái hỏng của thiết bị. 
Tần số của các bộ tạo xung nhịp (trong máy tính), các bộ dao động nội (trong các máy 
thu) và các bộ dao động cao tần (RF) (trong các máy phát tín hiệu và trong các máy thu - 
phát), có thể được đo để kiểm tra nếu các tầng có hư hỏng. Máy tạo xung và máy tạo 
hàm có thể được kiểm tra để tìm sai hỏng bằng cách đo tần số, độ rộng xung và khoảng 
thời gian của các xung đã được tạo ra. Các điểm đo thử thường có sẵn trên bảng mạch 
của thiết bị điện tử để có thể lấy tín hiệu cần đo bằng đồng hồ đo tần số. 
3.6 MÁY PHÁT TÍN HIỆU CAO TẦN (RF) 
Máy phát tín hiệu cao tần sẽ tạo ra tín hiệu tần số radio dùng để điều chế tín hiệu cao tần 
với tín hiệu âm tần theo kiểu điều biên hay điều tần. Việc điều chế tín hiệu âm tần sẽ 
được tạo ra bởi thiết bị đo. Cũng có thể cung cấp tín hiệu điều chế ngoài. Sơ đồ khối của 
máy tạo tín hiệu RF như ở hình 3.23. 
Bộ suy giảm sẽ được định chuẩn để cho mức suy giảm mỗi nấc là 20dB tương ứng với 
1V. Tín hiệu âm tần cũng có thể lấy ra thông qua mạch suy giảm khác để kiểm tra các 
tầng âm tần. 
a) Sử dụng máy phát tín hiệu RF 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG 
35
Máy phát tín hiệu RF phải được nối với máy thu cần đo thông qua cáp có bảo vệ chống 
nhiễu. Chọn băng tần và tần số dao động. Chọn kiểu điều chế và độ sâu điều chế. Bộ suy 
giảm đặt tại vị trí mức ra của phép đo yêu cầu. Đầu ra của máy tạo sóng phải được nối 
với đầu vào của thiết bị cần đo thử. Nối nguồn cung cấp và tiếp theo bật công tắc nguồn 
của máy phát tín hiệu [ON]. Máy thu được điều chỉnh để thu tín hiệu. Có thể mắc 
voltmeter điện tử (EVM), hay đồng hồ đo mức công suất âm tần tại đầu ra của máy thu. 
Nếu không có tín hiệu ra ở máy thu, thì mức ra của máy phát tín hiệu cần phải được tăng 
thêm, sao cho máy thu có thể nhận được tín hiệu ra không méo. Tất cả các phép đo thực 
hiện với mức ra ở mức không đổi và mức ra thay đổi của máy phát tín hiệu. 
b) Sử dụng máy tạo tín hiệu trong việc chẩn đoán hỏng. 
Máy tạo tín hiệu cao tần được sử dụng phổ biến để chẩn đoán tình trạng hỏng trong các 
máy thu. Tín hiệu phải được cung cấp đến máy thu và sử dụng máy hiện sóng để quan sát 
dạng sóng tín hiệu có ở đầu vào và đầu ra của các tầng khác nhau. Nếu một tầng thể hiện 
tín hiệu ra bình thường, thì tất cả các tầng trước tầng đó là bình thường và sai hỏng có 
thể ở tầng sau đó kế tiếp. Theo cách này có thể xác định tầng hỏng. 
Máy tạo tín hiệu cũng cần cho việc cân chỉnh máy thu để tần số dao động nội và tần số 
tín hiệu RF là bằng nhau (cùng tần số) tại tất cả mức thiết lập trên núm tinh chỉnh trong 
băng tần. Thủ tục và trình tự cân chỉnh để đo các thông số của máy thu sẽ được giải thích 
ở mục 5.4, chương 5. 
3.7 MÁY TẠO TÍN HIỆU ÂM TẦN. 
Máy tạo tín hiệu âm tần bao gồm bộ dao động âm tần (thường sử dụng bộ dao động kiểu 
cầu Wien), bộ khuyếch đại đệm và bộ khuyếch đại công suất kết nối với bộ suy giảm 
định chuẩn như ở sơ đồ khối hình 3.24. 
Sử dụng máy tạo sóng âm tần để chẩn đoán tình trạng hỏng trong các mạch 
khuyếch đại. 
Máy tạo tín hiệu âm tần dùng để cung cấp tín hiệu chuẩn, không nhiễu để đo thử hiệu 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG 
36
suất và đo các thông số của mạch khuyếch đại âm tần (như hệ số khuyếch đại, độ rộng 
băng tần cũng như độ méo dạng). Cách thiết lập phép đo như ở hình 3.24. Trình tự các 
bước thực hiện phép đo như sau: 
1. Nối máy tạo tín hiệu âm tần với bộ khuyếch đại. Mắc đồng hồ đo mức công suất 
âm tần tại đầu ra của bộ khuyếch đại. 
2. Điều chỉnh tần số của máy tạo tín hiệu ở mức 1000Hz, và điều chỉnh độ suy giảm 
của tín hiệu ra của máy tạo sóng ở mức mà bộ khuyếch đại có thể cho tín hiệu ra 
không méo. Ghi nhận mức chỉ thị độ suy giảm là x1, và mức chỉ thị của đồng hồ đo 
công suất phát ra là w1. 
3. Tiếp theo, mắc máy phát tín hiệu trực tiếp với đồng hồ đo công suất song song với 
bộ khuyếch đại cần đo thử. Mức chỉ thị trên đồng hồ có thể giảm. Tăng dần mức công 
suất phát ra của máy tạo tín hiệu cho đến khi số chỉ thị của đồng hồ đo bằng trở lại trị 
số w1. Ghi nhận số chỉ thị mới của máy phát tín hiệu là x2. Tính tỷ số của hai số chỉ 
thị của máy phát tín hiệu x2/x1, biểu diễn theo dB, sẽ cho hệ số khuyếch đại của mạch 
khuyếch đại. 
4. Để đo độ rộng băng tần, hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại phải được đo tại 
các tần số khác nhau, từ 20Hz đến 20kHz, và vẽ đặc tuyến giữa tần số (trên trục - x 
theo thang logarithmic) theo hệ số khuyếch đại theo dB (trên trục - y tuyến tính), từ 
đặc tuyến ta có thể xác định độ rộng băng tần ở mức 3dB. 
5. Để đo độ méo, cần phải sử dụng đồng hồ đo độ méo dạng, như đã được giải thích ở 
mục 3.4. Đồng hồ đo độ méo dạng sẽ đo độ méo hài tổng tạo ra do mạch khuyếch đại 
đối với tín hiệu cung cấp từ máy tạo tín hiệu. (phải đảm bảo rằng tín hiệu phát ra của 
máy tạo tín hiệu không bị méo). Phép đo này cũng sẽ cho biết mức tín hiệu ra âm tần 
lớn nhất có thể nhận được từ mạch khuyếch đại trong giới hạn độ méo cho phép. 
3.8 MÁY PHÁT XUNG. 
Máy phát xung phức tạp hơn so với máy tạo sóng sin. Một sóng sin chỉ có hai thông số là 
biên độ và tần số, trong khi sóng xung có hàng loạt các thông số như biên độ xung, độ 
rộng xung, tần số lặp lại của xung, chu kỳ, công suất xung, chu kỳ chuyển trạng thái (quá 
độ) v. v. . . Sơ đồ khối của máy phát xung như ở hình 3.25. 
Bộ tạo xung Bộ tạo xung gồm mạch dao động cầu Wien được ghép với mạch kích khởi 
Schmitt. Tần số xung tạo ra của mạch kích khởi Schmitt có thể được điều khiển hoặc bên 
trong (điều khiển trong - Int. control), hoặc điều khiển bên ngoài (điều khiển ngoài - Ext. 
control). Xung đơn [Single] sẽ điều khiển các thông số của xung bằng tay. Cổng ngoài 
[Ext. gate] sẽ tạo ra các cụm xung. 
Khối định thời Khối định thời thực hiện các chức năng như sau: 
1. Làm trễ hay làm sớm pha của xung so với xung kích khởi. 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG 
37
2. Mỗi xung sẽ được tạo ra hai xung. Xung thứ nhất sẽ trùng với xung kích khởi, 
xung thứ hai sẽ thay đổi theo thời gian. 
Bộ phát từ số Máy phát xung được sử dụng phổ biến trong các phép đo thử và chẩn đoán 
hỏng trong các mạch số. Máy phát từ sẽ thay thế khối định thời để tạo ra dữ liệu. 
Bộ điều khiển dạng xung Bộ điều khiển dạng xung sẽ điều khiển độ rộng xung, chu kỳ 
chuyển trạng thái (thời gian tăng và thời gian giảm của các cạnh xung), cực tính của 
xung, biên độ xung và độ dịch xung (từ 0Vdc). 
Máy phát xung có trở kháng ra đặc trưng là 50Ω. Máy phát xung sẽ ngăn chặn sự hình 
thành sóng dừng trên đường truyền. 
Máy phát xung loại tốt sẽ tạo ra xung mịn với đỉnh xung ngang và các cạnh đứng. Tuy 
nhiên, nếu khảo sát hư hỏng, các xung có thể bị suy biến thể hiện preshoot, độ quá mức 
trên [overshoot], dao động tắt dần [ringing], độ không tuyến tính [non – linearity] và độ 
suy giảm [droop] hay độ nghiêng [sag]. 
Các dấu hiệu trên thể hiện ở hình 3.26. Các sai hỏng ở xung có thể quan sát bằng máy 
hiện sóng. 
Các công dụng của máy tạo xung. 
1. Đo thử các mạch số bằng cách cung cấp các xung để thử nghiệm các cổng logic. 
2. Đo độ nhạy và tỷ lệ bit lỗi trong hệ thống thông tin số liệu. 
3. Máy tạo xung dùng để phát hiện lỗi trên các đường dây điện thoại. Xung sẽ truyền 
qua đường dây điện thoại ở tốc độ ánh sáng (3 x 105km/s). Khi gặp đường dây hở 
mạch, xung sẽ được phản xạ về máy phát. Đo khoảng thời gian trống như trong 
radar, thì có thể tính được chiều dài của cáp khi bị đứt. 
4. Các xung từ máy tạo xung có thể được sử dụng để đo thử hệ số khuyếch đại và 
đáp ứng tần số của các bộ khyếch đại. Các xung vuông ngắn sẽ làm giảm sự tiêu 
tán công suất cho mạch. 
5. Máy tạo xung cũng có thể được dùng làm tín hiệu điều chế đến các bộ dao động vi 
ba, radar. 
6. Thông số thời gian hồi phục ngược của các diode có thể xác định bằng cách sử 
dụng các xung từ máy tạo xung. 
3.9 MÁY TẠO HÀM – FUNCTION GENERATOR. 
Trong khi các máy tạo tín hiệu chỉ tạo ra các sóng sin, và các máy tạo xung tạo ra các 
xung vuông hoặc chữ nhật, thì máy tạo hàm sẽ tạo ra các loại dạng sóng khác nhau. Các 
dạng sóng mà máy tạo hàm có thể tạo ra là sóng sin, các xung vuông hoặc chữ nhật, các 
sóng tam giác và các tín hiệu răng cưa. 
Các dạng sóng khác nhau được tạo ra bằng máy tạo hàm có thể được lấy ra đồng thời. 
Máy tạo hàm cũng có thể được khóa pha với tín hiệu ngoài. 
Mạch dao động cơ bản của thiết bị có thể là mạch dao động đa hài hay mạch dao động 
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 
BIÊN SOẠN DQB, B/M ĐTVT-ĐHKT CHƯƠNG III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ĐA NĂNG 
38
tạo sóng sin như kiểu cầu Wien. Các dạng dao động, nếu không phải là sóng sin có thể 
được biến đổi từ sóng sin bằng mạch sửa dạng kiểu điện trở - diode. Các dao động có 
dạng bất kỳ có thể biến đổi thành các xung bằng mạch kích khởi Schmitt. Hình 3.27, là 
sơ đồ khối của máy tạo hàm cơ bản. 
Mạch dao động cầu Wien có thể tạo ra tín hiệu sóng sin có băng tần rộng, từ vài hertz 
đến dãi megahertz. Bộ khuyếch đại đệm sẽ đảm bảo tín hiệu dao động không bị suy 
giảm. Mạch khuyếch đại công suất và mạch suy giảm mức tín hiệu (các hộp suy giảm 
dB) sẽ tạo ra sóng sin tại đầu ra A. (một số máy tạo hàm sử dụng các mạch đa hài, tín 
hiệu ra sẽ được sửa dạng banừg mạch sửa dạng diode và điện trở để có sóng sin). 
Bộ tạo xung sử dụng mạch kích khởi Schmitt để biến đổi sóng sin thành xung. Bộ điều 
chỉnh dạng xung tạo ra các xung có độ rộng , p.r.f, và công suất xung theo yêu cầu tại 
đầu ra B. 
Tín hiệu ra của mạch kích khởi Schmitt sẽ được cung cấp đến mạch tích phân bằng op – 
amp và tiếp theo đến mạch điều hòa tín hiệu để có sóng tam giác tại đầu ra C. 
Chuyển mạch bằng UJT có thể biến đổi sóng tam giác thành tín hiệu răng cưa, sau khi 
điều hòa tín hiệu sẽ có tại đầu ra D. 
Các công dụng của máy tạo hàm. 
1. Tín hiệu sóng sin có thể dùng để đo thử hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại. 
2. Sóng vuông có thể đo thử đáp ứng tần số thấp và tần số cao của mạch khuyếch đại 
nhờ máy hiện sóng. Độ nghiêng nào đó của phần đỉnh ngang của xung sẽ cho biết 
đáp ứng tần số thấp của mạch khuyếch đại kém. Sự thay đổi ở thời gian tăng và 
thời gian giảm (tức sườn xung) của các cạnh xung sẽ cho biết đáp ứng tần số cao 
của mạch khuyếch đại kém. Các xung cũng có thể sử dụng để đo thử các cổng số. 
3. Các sóng tam giác có thể dùng để đo thử độ tuyến tính của các mạch mà sóng tam 
giác truyền qua. Bất kỳ sự méo dạng của các cạnh tam giác, khi quan sát trên màn 
hình của máy hiện sóng, sẽ cho biết độ không tuyến tính được tạo ra bởi mạch 
khuyếch đại. 
4. Tín hiệu răng cưa có thể được dùng để đo thử các bộ tạo sóng quét và các mạch 
khuyếch đại quét trong các máy thu hình, các máy hiện sóng và các monitor.