Giáo trình Kỹ thuật đo lường điện, điện tử

\ 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT 
F 7 G 
KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG 
ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 
TS. Lưu Thế Vinh 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 2 - 
MỤC LỤC 
MỤC LỤC ............................................................................................................ 2 
Lời nói đầu ........................................................................................................... 7 
Chương I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG.................................... 8 
§1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................... 8 
1.1. Khái niệm về đo lường: ........................................................................ 8 
1.2. Đơn vị, hệ đơn vị đo lường.................................................................... 8 
§2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT BỊ ĐO............................................................... 9 
2.1. Hệ thống đo kiểu biến đổi thẳng........................................................ 10 
2.1.1. Véc tơ lượng vào và véc tơ lượng ra có cùng số chiều (n)......... 11 
21.2. Véc tơ lượng vào n chiều, véc tơ lượng ra 1 chiều. .................... 11 
2.1.3. Véc tơ lượng vào n chiều, véc tơ lượng ra m chiều................... 11 
2.2. Hệ thống đo kiểu so sánh. ................................................................. 11 
2 .2.1 Phương pháp so sánh cân bằng................................................... 12 
2.2.2. . Phương pháp so sánh vi sai. ...................................................... 12 
2.2.3. Phương pháp mã hóa thời gian. ................................................... 12 
2.2.4. Phương pháp mã hóa tần số xung............................................... 13 
2.2.5. Phương pháp mã hóa số xung...................................................... 13 
2.2.6. Phương pháp mã hóa số xung ngược. ......................................... 14 
2.2.7. Phương pháp đếm xung................................................................ 14 
2.2.8. Phương pháp trùng phùng. .......................................................... 15 
§ 3. CHỈ THỊ KẾT QUẢ ĐO LƯỜNG.......................................................... 15 
3.1. Chỉ thị dạng tương tự........................................................................... 16 
3.2. Chỉ thị dạng số..................................................................................... 17 
3.3. Chỉ thị bằng đèn ống tia âm cực ........................................................ 22 
3.3.1. Súng điện tử. ................................................................................ 22 
3.3.2. Hệ thống điều tiêu. .................................................................... 22 
3.3.3. Hệ thống lái tia điện tử. .............................................................. 23 
3.3.4. Màn huỳnh quang........................................................................ 24 
3.3.5. Điều chỉnh độ chói ...................................................................... 24 
3.4. Chỉ thị bằng âm thanh và ánh sáng. ................................................... 24 
3.5. Lưu trữ kết quả đo lường. ................................................................... 25 
3.5.1. Ghi liên tục:................................................................................. 25 
3.5.2. Ghi gián đoạn: ............................................................................. 25 
4. DỤNG CỤ ĐO DIỆN, SAI SỐ, CẤP CHÍNH XÁC ................................ 25 
4.2. Sai số. ................................................................................................. 27 
4.2.1. Sai số tuyệt đối: ......................................................................... 27 
4.2.2. Sai số tương đối:......................................................................... 27 
4.3. Cấp chính xác của đồng hồ đo điện. ................................................. 27 
4.4 . Các cách tính sai số............................................................................ 28 
4.4.1. Sai số của phép đo với các thang đo khác nhau: ...................... 28 
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 3 - 
4.4.2. Sai số tương đối của tổng 2 đại lượng. ...................................... 28 
4.4.3. Sai số tương đối của tích 2 đại lượng. ........................................ 28 
4.4.4. Sai số tương đối của một thương ............................................... 28 
ChươngII: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN ......................................................... 29 
§ 1. KHÁI NIỆM CHUNG............................................................................. 29 
§ 2. ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN VẠN NĂNG....................................................... 29 
2.1. Các chỉ tiêu chất lượng của đồng hồ vạn năng.................................. 29 
2.1.1. Độ nhạy γ..................................................................................... 29 
2.1.2. Cấp chính xác. ............................................................................. 30 
2.1.3. Tính thăng bằng........................................................................... 30 
2.2. Mạch đo trong đồng hồ đo điện vạn năng. ........................................ 30 
2.2.1. Mạch đo dòng điện một chiều.................................................... 30 
2.2.2. Mạch đo điện áp một chiều. ..................................................... 33 
2.3. Đo dòng điện và điện áp xoay chiều. ................................................ 35 
2.4. Mạch đo điện trở. ................................................................................ 36 
2.4.1. Ôm kế có điện trở đo mắc nối tiếp. ........................................... 36 
2.4.2 Ôm kế có điện trở đo mắc song song........................................... 37 
2.5. Thang đo đề xi ben.............................................................................. 38 
§ 3. ĐO ĐIỆN ÁP BẰNG CÁC VÔN MÉT TƯƠNG TỰ............................ 38 
3.1. Đặc tính chung..................................................................................... 38 
3.2. Các vôn mét điện tử đo điện áp một chiều. ...................................... 41 
3.2.1. Vôn kế transistor tải emiter. ....................................................... 41 
3.2.2. .Mạch vôn kế tải emiter thực tế. ................................................. 42 
3.3. Kế đầu vào JFET. ............................................................................... 45 
3.3.1. Ta có ............................................................................................. 46 
3.3.2. Ở khoảng đo 10V, khi điện áp vào là 7,5V thì: ......................... 46 
3.4.Vôn kế transistor khuếch đại............................................................... 46 
3.4.1.. Mạch vôn kế dùng khuếch đại vi sai. ........................................ 46 
3.4.2. .Mạch vôn kế dùng khuếch đại hồi tiếp. .................................... 48 
3.5.Vôn kế sử dụng mạch khuếch đại thuật toán (OP- AMP). ................ 50 
3.5.1. Vôn kế dùng mạch khuếch đại lặp lại. ...................................... 50 
3.5.2. .Vôn kế khuếch đại trên OP-AMP. ............................................. 50 
3.5.3. Vôn kế sử dụng mạch biến đổi điện áp thành dòng điện. ........ 52 
3.6. Đo điện áp xoay chiều. ....................................................................... 52 
3.6.1. Các mạch tách sóng đỉnh. ............................................................ 53 
3.6.3. Vôn kế tách sóng hiệu dụng........................................................ 58 
§ 4. ĐO ĐIỆN ÁP BẰNG CÁC VÔN MÉT SỐ ........................................... 61 
4.1. Khái niệm chung. ................................................................................ 61 
4.2. Phương pháp biến đổi điện áp sang tần số. ....................................... 62 
4.2.1. Nguyên tắc. .................................................................................. 62 
4.2.2. Sơ đồ nguyên lý ........................................................................... 62 
4.2.3. Bộ biến đổi điện áp sang tần số (V/F) . ...................................... 63 
4.2.4. Phân tích khả năng chống nhiễu của sơ đồ................................. 64 
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 4 - 
4.2.5. Đo điện áp 2 dấu nhờ bộ đếm lên xuống.................................... 65 
4.3. Phương pháp biến đổi điện áp sang khoảng thời gian (V-T). ........... 66 
4.3.1. Phương pháp tạo hàm dốc............................................................ 66 
4.3..2. Phương pháp tích phân 2 sườn dốc (dual slope intergrator) . .... 67 
4.3.3. Phương pháp tạo hàm bậc thang.................................................. 72 
§ 5. BỘ ĐẾM ĐIỆN TỬ. ............................................................................... 73 
5.1. Hệ đếm nhị phân................................................................................. 73 
5.2. Mã hóa các số thập phân. ................................................................... 74 
5.3. Bộ đếm. ............................................................................................... 76 
5.4. Bộ giải mã. .......................................................................................... 76 
§ 6. ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG. .................................................... 78 
6.1. Đo công suất điện một chiều.............................................................. 78 
6.2. Đo công suất điện một pha. Woát mét điện động. ............................ 78 
6.3. Đo công suất điện 3 pha. .................................................................... 79 
6.3.1. Mạch 3 pha 4 dây. ........................................................................ 79 
6.3.2. Mạch 3 pha 3 dây. ........................................................................ 79 
6.4. Đo điện năng. ...................................................................................... 80 
6.4.1. Cơ cấu đo cảm ứng....................................................................... 80 
6.4.2. Công tơ cảm ứng một pha............................................................ 81 
6.4.3. Đo điện năng trong mạch điện 3 pha. ......................................... 82 
6.5. Biến dòng và biến áp đo lường. ......................................................... 85 
6.5.1. Khái niệm chung. ......................................................................... 85 
6.5.2. Biến dòng TI. ............................................................................... 85 
6.5.3. Biến áp đo lường TU.................................................................... 86 
Chương III: QUAN SÁT VÀ GHI DẠNG TÍN HIỆU...................................... 88 
1. DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ....................................................................... 88 
§ 2. TẦNG KHUẾCH ĐẠI KÊNH Y............................................................ 89 
§ 3. HIỆN HÌNH DẠNG SÓNG.................................................................... 90 
§ 4. BỘ TẠO GỐC THỜI GIAN................................................................... 92 
4.1. Bộ tạo dao động quét răng cưa. ......................................................... 92 
4.2. Bộ tạo gốc thời gian tự động. ............................................................. 94 
§ 5. DAO DỘNG KÝ NHIỀU KÊNH ........................................................... 96 
§ 6. ĐẦU DÒ CỦA DAO ĐỘNG KÝ........................................................... 98 
6.1. Đầu dò 1:1. .......................................................................................... 98 
6.2. Đầu dò suy giảm. ................................................................................ 99 
6.3. Đầu dò chủ động (Active probe). ..................................................... 100 
§ 7. DAO DỘNG KÝ CÓ NHỚ .................................................................. 101 
7.1. Dao động ký có nhớ dạng tương tự. ................................................. 101 
7.2. Dao động ký có nhớ dạng số ............................................................ 102 
§ 8. DỤNG CỤ GHI BIỂU ĐỒ ................................................................... 102 
8.1. Máy ghi biểu đồ trên băng kiểu điện kế ......................................... 102 
8.2. Máyï ghi biểu đồ trên băng kiểu chiết áp. ....................................... 104 
8.3. Máyï ghi biểu đồ trên băng dùng điện cực rắn ................................ 106 
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 5 - 
8.4. Máyï ghi theo tọa độ xy..................................................................... 107 
§ 9. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG BẰNG DAO ĐỘNG KÝ........................... 108 
9.1. Đo biên độ, tần số và pha của điện áp tín hiệu ............................... 109 
9.2. Đo các tham số xung......................................................................... 110 
9.3. Phương pháp hình Lissajou. ............................................................. 112 
Chương IV: MÁY TẠO SÓNG ĐO LƯỜNG.................................................. 115 
§ 1. KHÁI NIỆM CHUNG........................................................................... 115 
§ 2. MÁY TẠO SÓNG SIN TẦN THẤP LF .............................................. 115 
§ 3. MÁY TẠO HÀM .................................................................................. 118 
3.1. Tầng dao động chủ............................................................................ 118 
3.2. Bộ tạo hàm sin. ................................................................................. 120 
§ 4. MÁY PHÁT XUNG.............................................................................. 122 
4.1. Đa hài phiếm định............................................................................. 122 
4.2. Đa hài đơn ổn. ................................................................................... 124 
4.3. Bộ suy giảm và dịch mức DC lối ra. ................................................ 126 
§ 5. MÁY TẠO TÍN HIỆU RF .................................................................... 126 
5.1. Sơ đồ khối của máy tạo tín hiệu RF................................................. 126 
5.2. Mạch dao động RF............................................................................ 127 
5.3. Mạch điều biến biên độ và điều biến tần số. .................................. 128 
5.3.1. Điều biến biên độ. ..................................................................... 128 
5.3.2. Điều biến tần số. .......................................................... ...  dung dịch có tính axít; 
vào trong một dung dịch đều xuất hiện 
ng dịch g i la điện t ế điện cực. K
được trực tiếp điện thế điện cực, vì khi đặt điện cực thứ 2 vào dung dịch thì giữa điện 
chuẩ 
ù nồng độ chuẩn (a = 1g-dl/l). Thế 
ïc so sánh với thế điện cực chuẩn: 
 tử ganvaníc hợp thành giữa Zn và Cu sẽ có
ïc được xác 
14
0 1022 =×=⋅ −+ OHHOHH aaak (5-37) 
Với một dung dịch trung tính thì sẽ có: 
710 −== −+ OHH aa ; 
 pH = -lg 10-7 = 7. 
N
 pH > 7 , dung dịch có tính kiềm. 
4.2.2.Điện thế điện cực. 
Bất kỳ một điện cực nào khi nhúng 
một thế điện cực E nào đó. Khi nhúng vào trong dung dịch 2 điện cực khác chất 
(2 kim loại khác nhau), giữa chúng sẽ tồn tại một thế hiệu xác định, nghĩa là có một 
suất điện động ganvanic. 
Điện thế giữa điện cực và du ọ ø h hông thể đo 
cực này và dung dịch cũng xuất hiện một thế điện cực nữa tham gia trong mạch đo. 
Do vậy điện thế điện cực được xác định so với thế điện cực n.
Điện cực chuẩn là điện cực bạch kim (Pt) có khí hydro bám vào được coi là 
điện cực khí hydro cắm trong dung dịch H2SO4 co
điện cực của các kim loại khác nhau đươ
Ví dụ: Kali: E0 = -2,92 V; 
 Kẽm: E0 = -0,76 V; 
 Đồng: E0 = +0,34 V; 
 Bạc: E0 = +0,8 V. 
 v.v 
Như vậy phần suất điện động: 
 E0 (Zn-Cu) = +0,34 – (–0,76) = 1,1 V 
Khi dung dịch có nhiệt độ và nồng độ thay đổi, điện thế điện cư
định theo phương trình Nezst. 
aRTEcf
nF nF
RTEE ln ln +=+= (5-38) oo
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 147 - 
 Eo – Thế tiêu chuẩn của điện cực; 
 R = 8,317 J/độ – Hằng số khí; 
 n – số hóa trị của ion; 
ay; 
ûa dung dịch; 
 t tính của dung dịch. 
Đổi từ lôga tự nhiên sang thập phân và thay các giá trị R và F ta có: 
 c – nồng độ dung dịch; 
 F = 96500 C / g.mol – Hằng số Farad
 f – hệ số hoạt tính cu
a = fc – Hệ số hoạ
 )lg( 058,0 fcEE += 
no
 (5-39) 
điện đo
iện động Galoa. 
Dùng 2 điện cực giống nhau A và B nhúng trong 2 dung dịch có nồng độ khác 
nhau ở cùng một nhiệt độ (hình 5- 20). 
 Hình 5-20 
Phương trình 5-39 cho ta nguyên tắc đo nồng độ dung dịch c bằng cách đo suất
äng E. 
4.2.3.Cảm biến suất đ
 Điện thế điện cực của mỗi cực theo phương trình Nezst: 
 11 ln anF
RTEE o += 
22 ln anF
RTEE o += 
Suất điện động Galoa bằng hiệu điện thế giữa 2 điện cực: 
 ( )
2
1
2121 ln lnln anF
aRTaa
nF
RTEEE =−=−= (5-40) 
Độ hoạt tính dung dịch thường xác định là +Ha , do vậy có thể viết: 
2)( +HanF
1 ln 
+= HE )(aRT
Nếu chọn dung dịch 2 là dung dịch có nồng độ chuẩn, sao cho 2 = 1 thì 
khi đó 
( +Ha )
suất điện động Galoa sẽ là: 
pH 303,2)(lg 303,2)( ln 1101 === ++ ⋅− F
RTa
F
RTa
nF
RTE HH (5-41) 
Zn Zn
C2
BC A1
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 148 - 
Với t = 18oC thì: 
pHE 058,0 −= (5-42) 
Phương trình 5-42 cho ta nguyên tắc để chế tạo các ma pH
§ 5 . C
 ùy đo độ . 
HUYỂN ĐỔI QUANG ĐIỆN 
Các chuyển đổi quang điện là các phần tử nhạy cảm với các bức xạ, có nhiệm 
vụ biến đổi tín hiệu quang học lối vào thành tín hiệu điện lối ra. Có nhiều loại cảm 
biến qu ng đie
 Tế 
 Qu
 Pin
5.1. Tế b
a än như sau: 
– bào quang điện; 
– ang trở; 
– quang điện; 
– Photo diode; Photo transistor. 
ào quang điện. 
ớc sóng thích hợp vào ca tốt, tức là nếu năng lượng của fôton tới lớn 
hơn công thoát bề mặt của ε = hν ≥ eϕ, hiệu ứng quang điện sẽ 
xảy ra. 
 là sự phụ thuộc của dòng quang điện IΦ vào 
dòng quang thông 
 Đặc tính vôn-ampe: IΦ = f(U) khi Φx = const. 
 Đặc tính tần số – là sự phụ thuộc tần số của dòng IΦ vào tần số thay đổi 
của Φx. 
 Đặc tính phổ được xác định bởi độ nhạy của tế bào quang điện đối với 
chiều dài bước sóng ánh sáng tới. 
rên hình 5-21 chỉ ra 5 nhóm ứng dụng cơ bản của TBQĐ. 
Tế bào quang điện (TBQĐ) sử dụng hiệu ứng quang điện ngoài. Khi chiếu 
ánh sáng có bư
kim loại làm ca tốt: 
Các đặc tính cơ bản của TBQĐ là: 
– Đặc tính quang: IΦ = f(Φx) 
Φx. 
–
–
–
T
a) 
c)
d) e)
b)
Hình 5-21. Các sơ đồ sử dụng tế bào quang điện 
D
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 149 - 
Hình 5-22. Cấu tạo quang trở
1. Lớp cảm quang, 2. nền bán dẫn
 3. Các điện cực 
øng quang thông Φx được tạo ra bởi chính các vật 
thể bức xạ. TBQĐ được sử dụng trong các pirômét (hỏa kế bức xạ), ví dụ để đo nhiệt
độ trong các lò luyện kim dựa trên cơ sở sự phụ thuộc của cuờng độ do
và các đặc tính phổ của nó vào nhiệt độ của vật bức xạ. 
, d øng quang thông tới TBQĐ bị điều chế bởi kích thước 
của vật thể D mà mà kích thước d của nó cần phải đo hoặc kiểm tra. Ứng
các hệ 
hất lượng của các bề mặt (độ phẳng, độ 
à độ trong và màu sắc của nó cần kiểm tra, sau đó đập vào 
TBQĐ. Như vậy dòng quang thông Φx sẽ là hàm số của các đại lượng cần kiểm tra. 
 , e dùng trong các phép đo tốc độ của các trục quay bằng tốc 
kế qua đ
5.2. Quang
Trên sơ đồ hình 5-21, a do
øng ánh sáng 
Trên sơ đồ 5-21, b o
 dụng trong 
thống đo lường và kiểm tra tự động. 
Sơ đồ hình 5-21, c dùng để kiểm tra c
chói, màu sắc). 
Sơ đồ hình 5-21, d được sử dụng rộng rãi để đo nhiều đại lượng không điện 
khác nhau. Dòng ánh sáng Φo từ nguồn chiếu đi qua đối tượng cần khảo sát, chẳng 
hạn một chậu chất lỏng m
Sơ đồ hình 5-21
ng iện. 
 trở. 
 ùn dẫn dựa trên hiệu ứng quang điện trong: Độ dẫn 
nfit cadmi, selenit cadmi (nhạy 
antimo
ngoại). 
quang , 
kiện ε 
miền n g
trị sẽ n
trở thà
Quang trở là dụng cụ ba
điện của chất bán dẫn tăng (điện trở giảm) khi được rọi sáng bằng ánh sáng thích 
hợp. Sơ đồ cấu trúc của quang trở trên hình 5-22. 
 Nền bán dẫn thường làm bằng các 
chất su
trong vùng ánh sáng khả kiến); sunfit chì,
nit indi (nhạy trong vùng hồng 
Khi chiếu ánh sáng vào bề mặt 
trở nếu ánh sáng tới thỏa mãn điều 
≥ ∆Ε (bề rộng vùng cấm theo thuyết 
ăn lượng), các điện tử từ miền hóa 
hảy lên miền trống (miền dẫn) và 
nh điện tử tự do (điện tử dẫn). Kết 
quả làm tăng electron dẫn trong bán dẫn, tức làm giảm điện trở của nó, hay làm tăng 
độ dẫn . Xuất hiện độ dẫn phụ – quang dẫn. 
Biểu diễn độ quang dẫn σ Φ: 
µσ ΦΦ = en (5-43) 
Trong đó: Φ=Φ 1βn (5-44) 
Φ – quang thông tới; β1 – hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào tần số ánh sáng tới và vận 
 tốc tái hợp các điện tích mang. 
 Khi mắc quang trở vào mạch với nguồn suất điện động E (hình 5-22). Dòng 
quang điện trong mạch sẽ có dạng: 
ESI ΦΦ = σ (5-45) 
Ánh
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 150 - 
 Trong đó: E – cường độ điện trường; 
 S – diện tích tiết diện ngang của quang trở; 
 σΦ – độ quang dẫn. 
 – Ứng dụng: Quang trở được sử dụng trong trắc quang, trong các mạch điều khiển. 
5.3. Pin quang điện. 
tử mang khuếch tán qua lớp 
tiếp gia
làm giảm thế hiệu tiếp xúc, và làm xuất 
hiện ta
Pin quang điện là thiết bị bán dẫn sử dụng hiệu ứng quang – ganvanic. Cấu 
tạo của pin quang điện gồm 2 lớp bán dẫn p-n (hình 5-23) 
 Khi chiếu ánh sáng vào bề mặt pin, các fôton bị hấp thụ sẽ kích thích các 
nguyên tử bán dẫn tạo cặp electron - lỗ trống. Các phần 
ùp p-n và phân cách nó bằng điện trường phụ thuộc vào dấu của các điện tích. 
Trong miền n tích tụ các electron thừa, còn trong miền p tích tụ các lỗ trống thừa. Kết 
quả, cả hai miền tích điện n (-) và p (+) và 
ïi lớp tiếp giáp một suất điện động quang điện. 
Độ lớn của suất điện động quang điện: 
 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜
⎛= ln IkTE
⎝
+Φ 1
oI
 (5-46) 
 IΦ – dòng quang. 
Ùng d
 kế, lộ sáng kế. 
 độ trong o ùi 
, t ï động. 
e
 Trong đó: k – hằng số bolzermant; 
 T – nhiệt độ tuyệt đối; 
 Io – dòng nhiệt; 
–Ư ụng: 
ƒ Trong quang trắc, lux kế, lumen
ƒ Pin quang điện Si dùng đo nhiệt
phổ hồng ngoại; 
ƒ Trong các máy quay chiếu phim
 dãi 350÷2000 C vì nó nhạy vơ
ruyền tín hiệu và điều khiển tư
5.4. Photo diode. 
 Photo diode là một diode bán dẫn có thể hoạt động ở 2 chế độ: chế độ quang 
à chế đ– ganvanic như một pin quang điện v
Sơ đồ cấu trúc của photo diode chỉ ra trên hình 5-24, a. 
ộ photo diode khi mắc với nguồn ngoài. 
A
B
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Hình 5-23. Pin quang điện
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 151 - 
anvanic (hình 5-24, b) 
c ät 
5.4.1.Chế độ photo-g
: Không có nguồn điện áp ngoài. Khi được chiếu sáng 2 đầu photo diode sẽ ó mo
iệu đh iện thế U và qua tải R sẽ có dòng: 
 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −−== Φ 1 
kT
eU
o eIIR
UI (5-47) 
Trong đó Io – dòng nhiệt; IΦ – dòng quang điện. 
 5.4.2. Chế độ photo diode (hình 5-24, c). 
Khi mắc
òng bằng hiệu
 nối tiếp sẽ xuất hiện 
 số các dòng ảy qua tiếp giáp p-n: 
với tải một nguồn suất điện động E, trong mạch
d ch
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −−=+=
+
Φ 1 
)( 
kT
EUe
o eIIR
EUI (5-48) 
Đây là phương trình cơ bản xác lập chế độ làm việc của photo diode với 
guồn điện áp ngoài. 
Trên hình 5-25 trình bày họ đặc tuyến vôn-ampe của photo diode. Góc phần 
tư thứ n ủa diode. Góc phần tư thứ tư (IV) mô 
tả đặc tuyến công tác của photo diode trong chế độ photo – ganvanic. Điểm cắt của 
các đặc tuyến với trục dòng điện tương ứng với chế độ ng mạc
còn điểm cắt với trục điện áp chỉ chế độ không tải khi hở mạch nguồn U. Góc phần 
 diode. Đường đặc tuyến đi qua gốc tọa 
ộ ứng ới trư øng hơ de, nó giống đặc tuyến vôn-ampe của 
c của photo diode; 
hế độ photo diode. 
 a) b) c) 
 Hình 5-24. a) Cấu trú
 b) Chế độ photo-ganvanic; 
n
hất (I) ứng với chế độ phân cực thuận c
ắn h lối ra photo diode, 
tư thứ ba (III) là đặc tuyến trong chế độ photo
đ v ơ ïp không chiếu sáng dio
 c) C
diode thường. 
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 152 - 
ạn với các photo diode thường cỡ 10 MHz. 
– Ứng dụng: Trong trắc quang, quay chiếu phim, điện báo truyền ảnh, đưa thông 
tin lối vào ra máy tính điện tử . 
5.5. Photo
Hình 5-25. Ho đặc tuyến vôn-ampe của photo
Phạm vi phổ nhạy cảm của photo diode phụ thuộc vật liệu chế tạo: 
 Loại Si: 0,6 ÷ 1 µm; 
 Ge: 0,5 ÷ 1,7 µm. 
Các photo diode có thời gian xác lập nhỏ hơn so với quang trở. Tần số giới 
h
 transistor. 
 Photo transistor ó cấu úc gio ường p-n-p hoặc n-p-n. 
Cấu tạo và ký hiệu của photo transistor n-p-n với sự chiếu sáng vùng đáy chỉ ra trên 
hình 5-
o của transstor và có thể chiếu vào 
theo hư
 góc và chiếu vào đáy transistor. 
Photo transistor có thể mắc trong sơ đồ đo giống như transistor thông thường 
theo các sơ đồ E chung, B chung và C chung, cũng như có th đấ thành
hở 1 trong 3 cực. Khi đó nó sẽ hoạt động giống như một photo diode. 
iáp base – colector của transistor là một photo diode. Từ sơ đồ 
tương đ
 c tr áng như một transistor th
26. 
E
B 
C
E
C
B
C
B
b)
E
c) a) 
 Hình 5-26
Thực tế có thể chiếu sáng bất kỳ miền nà
ớng song song hoặc theo ướng vuông góc với tiếp giáp p-n, nhưng hiệu ứng 
lớn nhất xảy ra khi chiếu ánh sáng theo hướng vuông
ể u diode khi để 
Ký hiệu và sơ đồ tương đương của photo diode chỉ ra trên các hình 5-26, b và 
5-26, c. Như vậy tiếp g
ương ta thấy rằng: phạm vi độ nhạy của photo transistor cũng giống như của 
photo diode tương ứng. Sơ đồ mắc photo transistor trong một bộ cảm biến quang học 
như hình 5-27. 
R
R
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
+Vcc +Vcc +Vcc
Vo
Vo
a) b) c)h
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 153 - 
ối ra của bộ cảm 
biến sẽ là: 
được nạp bởi dòng IΦ
chuyển mạch thấp. Có thể đạt được tần 
thay bằng mA kế có nội trở nhỏ 
 Hình 5-27 
Nếu dòng quang base – colector ký hiệu là IΦ, ta có điện áp l
Vo = Vcc – β IΦ R (sơ đồ 5-27, a) 
Vo = β IΦ R (sơ đồ 5-27, b) 
Cả 2 sơ đồ (a, b) đều có nhược điểm là điện dung của tiếp giáp base-collector 
 tương đối nhỏ. Chúng dùng trong các sơ đồ đo khi tần số 
số cao hơn bằng sơ đồ c. Điện trở R được 
để không gây sụt áp đáng kể. 
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 154 - 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Метрология и электрорадоизмерение в телекоммуникацион 
Lời nói đầu ................................................................................................... 7 
1.. Những khái niệm cơ bản............................................................................... 8 
. DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ........................................................................... 88 
 1. khái niệm cHUNG .................................................................................... 115 
 1. khái niệm cHUNG .................................................................................... 131 
2. системах: Учебник для вузов / В.И. Нефёдов, В.И. Хахин, Е.В. 
 и др.; Под ред. В.И.Нефёдова – М.:Высш.шк., 2001. 
3. в электронике: Справочник / В.А Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. 
-ских и др.; Под ред.В.А. Кузнецова. — М.: Энергоатомиздат, 1987. 
4. К. Б нные методы и приборы в 
и
. — ., 1986. 
7. 
8. 1978. 
9. 
11. David A. Bell. Dụng cụ và đo lường điện tử / Người dịch: Nguyễn hữu Ngọc, 
Trịnh Trung Thành, Đặng Văn Sử / N.x.b. KHKT, Hà Nội, 1994. 
12. Vũ Quý Điềm. Cơ sở kỹ thuật đo lường vô tuyến điện. N.x.b. ĐH & THCN, Hà 
Nội, 1978. 
13. Nguyễn Ngọc Tân, Ngô tấn Nhơn, Ngô Văn Ky. Kỹ thuật đo. Đại học Bách 
khoa Tp. Hồ Chí Minh, 1995. 
14. Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Dương. Dụng cụ đo cơ điện. N.x.b. KHKT. 
Hà Nội,1983. 
15. Hoàng Tư Giáp. Đo thử hữu tuyến điện. N.x.b. Tổng cục bưu điện, Hà Nội 
1979 
16. Hoàng Thanh Chung. Dụng cụ đo điện xách tay. Nx.b. Đại học và trung học 
chuyên nghiệp, Hà Nội 1987. 
§
1
§
§
ных
Федорова
Измерения
Конев
Классен . Основы измерений. Электро
 технике. — М.: Постмаркет, 20змерительной 00. 
5. Харт X. Введение в измерительную технику. — М.: Мир, 1999. 
6. Елизаров А.С. Электрорадиоизмерения Минск: Выш. Шк
Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. — М.: Логос, 2000.
Меерсон А.М. Радиоизмерительная техника. –Л.: Энергия, 
Хормой Б.П., Моисеев Ю. Г. Электрорадиоизмерения. М.: Радио и связь, 
1985. 
10. Карпов Р. Г., Карпов Н. Р. Электрорадиоизмерения – М.: выш. Школа, 
1978. 
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý 
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 155 - 
Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý