KHẢO SÁT MẠCH RLC Ở CHẾ ĐỘ CƯỠNG BỨC (XÁC LẬP AC) KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM Chương trình KS CLC Việt – Pháp Điện- Giải tích mạch (EE2011) ĐIỆN – GIẢI TÍCH MẠCH (EE2031) Bài Thí nghiệm số 03 KHẢO SÁT MẠCH RLC Ở CHẾ ĐỘ CƯỠNG BỨC (XÁC LẬP AC) KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG GVHD: TS.Nguyễn Thanh Nam THỰC HIỆN ONLINE THÁNG 04/2022 Nhóm thí nghiệm số : P01 – 49 Họ tên SV MSSV Phân công Mạc Như Hiệp 2013194 TN3-A Nguyễn Hòa Hiệp 2053001 TN03-B Chọn A = 3, B = C = D = MỤC LỤC I Mục thí nghiệm TN03-A : ĐÁP ỨNG TẦN SỐ - ĐO THÔNG SỐ PHỨC 1.Đo giá trị dùng máy đo đa VOM 2 Đo đạc giá trị (L,r) dùng oscillo: II Mục thí nghiệm TN03-B: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG HOẠ TẦN MẠCH RLC NỐI TIẾP 1/ Vẽ sơ đồ nguyên lý sơ đồ linh kiện dụng cụ tương ứng với CH1 – e(t) CH2 – u(t) 2/ Chọn thơng số làm thí nghiệm: 12 3/ Dẫn xuất lý thuyết tính 𝝎𝟎, tần số riêng mạch hệ số phảm chất Q 12 4/ Đo dải thơng tính Q thực nghiệm 13 5/ Chuyển Oscillo sang chế độ XY 14 6/Khảo sát chuyển động pha u(t) e(t) 15 I Mục thí nghiệm TN03-A : ĐÁP ỨNG TẦN SỐ - ĐO THÔNG SỐ PHỨC 1.Đo giá trị dùng máy đo đa VOM a) Đo điện trở rL = X = (15+ + 1)/2 = 9,5  Thao tác VOM: Nối cáp r1,b1 vào VOM(2),VOM(1) Nhấn VOM(8) đo điện trở Nhấn VOM(1) chọn thang đo Rx = 300  1 b) Mạch Volt kế Hai điểm đấu2dây TN03-A1b Mạch phức phần tử E, rg, L, rL, Rx Giản đồ vector 𝜑 Diễn xuất cơng thức tính L rL c) Bỏ qua giá trị rL UR = 250 mV = 0,25V UL = 500 mV = 0,5 V Rx = 300  𝜔 = 2𝜋𝑓 = 10000𝜋 rad/s Dựa vào cơng thức bên tính L = 0.019H = 19 mH d) Giữ thông số mục c) tính UE(V3) = 0,559 V Nếu rL = 9,5  UE(V3) = 0.563 Kết luận: Sai số so với bỏ qua rL nhỏ, không làm thay đổi đáng kể kết Như cần chọn Rx đủ lớn để phép đo xác Đo đạc giá trị (L,r) dùng oscillo: a) Sơ đồ linh kiện TN03-A2a (P01-49, ngày 03/05/2022) Sơ đồ nguyên lý Giải thích nguyên lý: - Cần đo giá trị hiệu dụng hai tín hiệu kênh CH1:e(t) CH2:u(t) Biết góc lệch pha phi để từ tính UL Áp dụng lại cơng thức tính rL, L phần trước (TN03-Ab) để tìm L2 r2 • Cách đo đạc: - Sử dụng chức đo tự động nút AUTO/MENU OFF (46) để đo trị hiệu dụng CH1:e(t) CH2:u(t) - Sử dụng chức đo trỏ CURSORS (19) để đo giá trị lệch pha hai tín hiệu Cơng thức 𝐿2 = 𝑈𝐸 𝑠𝑖𝑛𝜑𝑅𝑥 2𝜋𝑓𝑈𝑅 𝑟2 = 𝑈𝐸 𝑐𝑜𝑠𝜑 − 𝑈𝑅 𝑅𝑥 𝑈𝑅 b) Giá trị hiệu dụng CH1: UE = (42+9+4)/10 = 5,5 V CH2: UR = (32 – 3)/10 = 2.9 V RX = 300  𝜔 = 2𝜋𝑓 = 10000𝜋 rad/s Đo góc lệch pha tín hiệu hình sin  = (40+3) = 43o Giản đồ vector Tính L2 = 0,012 H = 12mH Và r2 = 116,12  Điện trở nội nguồn không ảnh hưởng đến tính tốn Urg khơng ảnh hưởng gì đến góc  c) Đo UE UR độ lệch pha Trong đó: 𝑈𝐸𝑚 = 5,5√2 𝑉; 𝑈𝑅𝑚 = 2,9√2 𝑉; 𝜑 = 43° Giải thích các thao tác Oscillo: Đo UE UR: - Nhất nút AUTO/MENU OFF (46) Nhờ vào nút More (39) để chọn các chức đo tự động có sẵn Chọn đo Vrms - Nhấn nút CH1/CH2 (47) để chọn kênh để đo Lần lượt đo CH1 giá trị Vrms(1) = UE Đo CH2 giá trị Vrms(2) = UR Đo góc lệch pha phi hai tín hiệu: - Nhấn nút CURSORS (19) để chọn chế độ đo phi (bấm liên tiếp để chọn) Xuất hiện ba trỏ.12 - Xoay nút POSITION (8) để di chuyển hai trỏ rìa vào đầu cuối chu kỳ tính hiệu tham chiếu (mỗi lần có trỏ di động, muốn đổi phải nhấn nút WINDOW (1)) - Sau dịch chuyển trỏ vị trị khởi đầu chu kỳ tín hiệu lệch pha (Xem vị trí trỏ hình vẽ) II Mục thí nghiệm TN03-B: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG HOẠ TẦN MẠCH RLC NỐI TIẾP 1/ Vẽ sơ đồ nguyên lý sơ đồ linh kiện dụng cụ tương ứng với CH1 – e(t) CH2 – u(t) Sơ đồ nguyên lí đo mạch RLC Oscillo (P01-49, ngày 03/05/2022) TN3-B: Sơ đồ linh kiện dụng cụ đo tương ứng nối Oscillo Ch1:e(t) Ch2:uR(t) (P01-49, ngày 03/05/2022) Để đảm bảo GBF phát áp sin (khơng có DC) ta thực hiện thao tác: 10 - Nhấn tắt GBF(11) để tắt DC Cách thay đổi tần số diện rộng GBF [100Hz → 40kHz]: - Thay đổi Range GBF(3) nhấn X100K - Vặn nút GBF(6) để thay đổi tần số Thao tác để đo tần số tín hiệu Oscillo: 11 Sau lắp mạch theo sơ đồ linh kiện phía trên, ta thực hiện thao tác để đo tần số sau: - Chọn đo tự động cách nhấn Osc(46) - Chọn kênh CH1/CH2 đề đo, nhấn Osc(47) - Nhấn Osc(41) đề đo tần số 2/ Chọn thông số làm thí nghiệm: rL = X = (15+ + 1)/2 = 9,5  L = 0,019H Rx=200  C = (A+B+C+D)/10 F = 1,7 F = 1,7.10-6F 3/ Dẫn xuất lý thuyết tính 𝝎𝟎 , tần số riêng mạch hệ số phảm chất Q Biểu thức biên độ phức U điện áp điện trở mạch RLC nối tiếp có dạng sau: U=  = / LC E   0  + jQ −     0 Q= R L C Trong đó: E biên độ phức sức điện động máy phát,  - tần số nguồn 0, tần số riêng mạch (tần số cộng hưởng) Q hệ số phẩm chất mạch - Khi xảy cộng hưởng thì điện áp dòng điện mạch pha ta có URmax = E → Điều kiện cộng hưởng là: 𝜔 = 𝜔0 = √𝐿𝐶 = √0,019.1,7 1,7.−6 = 5564,1488 Suy tần số cộng hưởng là: f0 =2𝜋√𝐿𝐶 = 2𝜋√0,019.1,7.10−6 = 885,5618 (Hz) - Khảo sát biến thiên U tần số (𝜔, f0) thay đổi diện rộng (0→) 𝑈 + Nếu 𝜔→ 0, f→0 𝐸 →0 12 𝑈 + Nếu 𝜔→ ∞ , f→∞ 𝐸 →0 4/ Đo dải thơng tính Q thực nghiệm - Tại vị trí cộng hưởng Umax≈Em (R≫r) u= 𝐸𝑚 𝜔 𝜔 √1+𝑄2 (𝜔 − 𝜔 )2 - Dải thơng dãy tần số mà biên độ u(t) thỏa: u= => 𝑈 𝑢 𝜔𝑐1 = 𝜔0 → 𝜔𝑐2 = { = 𝑚𝑎𝑥 𝜔 𝜔0 √1+ 𝑄2 +(𝜔 − 𝜔 )2 ∆𝜔 ∆𝑓 𝑓0 √2 = √2 × (− 𝑄 + √𝑄2 + 𝜔0 1 × (𝑄 + √𝑄2 + →∆𝜔 = 𝜔𝑐2 − 𝜔𝑐1 = →𝜔 = 𝑈𝑚𝑎𝑥 𝜔0 𝑄 =𝑄 - Gía trị Q theo lý thuyết: 𝐿 0,019 Q = 𝑅 × √𝐶 = 200 × √1,7.10−6 = 0,5286 - Độ biến thiên ∆𝑓: ∆𝑓 = 𝑓1 − 𝑓2 = 𝑓1 = 𝑓0 − =>{ 𝑓2 = 𝑓0 + ∆𝑓 ∆𝑓 = 885,5618 − = 885,5618 + 𝑓0 885,5618 = = 1675,2966 𝑄 0,5286 1675,2966 1675,2966 = 47,9117 = 1723,2083 Trình tự thao tác (trên GBF Oscillo) để tìm fc1,fc2: Từ giá trị f0 Umax biết ta tính 𝑈𝑚𝑎𝑥 thực hiện: √2 - Nhấn Osc(46) để chọn chế độ đo tự động - Nhấn Osc(39) hai lần để xuất hiện Vmax (giá trị điện áp lớn nhất) 13 - Nhấn Osc(45) để hiển thị Vmax - Vặn GBF(6) để tăng từ tần số f0 biết lên đến thấy Vmax Oscillo giá trị 𝑈𝑚𝑎𝑥 √2 dừng ghi lại giá trị tần số fc2 - Vặn GBF(6) đề giảm từ tần số f0 biết lên đến thấy Vmax Oscillo giá trị 𝑈𝑚𝑎𝑥 dừng ghi lại giá trị tần số fc1 5/ Chuyển Oscillo sang chế độ XY f0s=885,56 (Hz) e(t) = 15cos(2𝜋 885,56) Đồ thị XY hiển thị trạng thái cộng hưởng: Um TN3-B: Đồ thị XY tần số cộng hưởng f0 (P01-49, ngày 03/05/2022) Mạch cộng hưởng đó: Em=Um=15V Đồ thị XY hiển thị trạng thái không cộng hưởng: 14 √2 TN3-B: Đồ thị XY tần số khơng cộng hưởng f (P01-49, ngày 03/05/2022) 6/Khảo sát chuyển động pha u(t) e(t) 01 = 5564,138 e(t)=15cos(01t) [V] Umax = 15V 15 - 02 đồ thị hình sin (=màn hình oscillo) trạng thái cộng hưởng: u(t)≈e(t) 5V 5V 1ms TN3-B: Đồ thị hình sin (=màn hình oscillo) trạng thái cộng hưởng (P01-49, ngày 03/05/2022) Q = 0,5286 01 = 5564,138 →∆𝜔 = 𝜔0 𝑄 = 10526,1786 - Khi f1f0: uR(t) trễ pha e(t) e(t)= 15cos(13308,2476t) 17 → uR(t)= URmcos(c1t-) = 10,38.cos(13308,2476t-46,21) - 02 đồ thị hình sin điểm c2 e(t) u(t) 5V 5V 1ms TN3-B: Đồ thị hình sin điểm ωc2 (P01-49, ngày 03/05/2022) - Nhận xét: ta thấy rằng: URm≈ 10,38 ≈ 15 √2 = 𝐸𝑚 √2 Suy f2, giá trị URm so với Em gần giảm biên độ 1/√2 từ giá trị chuẩn Vậy trạng thái hoàn toàn phù hợp với lí thuyết 18 ... số nguồn 0, tần số riêng mạch (tần số cộng hưởng) Q hệ số phẩm chất mạch - Khi xảy cộng hưởng thì điện áp dòng điện mạch pha ta có URmax = E → Điều kiện cộng hưởng là: