Bài thí nghiệm số 03 KHẢO sát MẠCH RLC ở CHẾ độ CƯỠNG bức (xác lập AC) KHẢO sát HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

TRƯꢀNG ĐꢀI H ꢀ C B ꢀ CH KHOA – ĐHQG TP.HCM Chương tr ꢀ nh KS CLC Vi ꢀ t – Ph ꢀ p Đi ꢀ n- 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 nghi ꢀ m số : P01 – 49 Họ tên SV Mạc Như Hi ꢀ p Nguyễn Hòa Hi ꢀ p Chọn A = 3, B = C = D = MSSV Phân công 2013194 TN3-A 2053001 TN03-B MỤC LỤC I Mục thí nghiệm TN03-A : Đ ꢀ P ỨNG TẦN SỐ - ĐO THÔNG SỐ PHỨC Đo giá trị dùng máy đo đa VOM 2 Đo đạc giá trị (L,r) dùng oscillo: II Mục thí nghiệm TN03-B: KHẢO S ꢀ T Đ ꢀ P ỨNG HOꢀ TẦN MꢀCH 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 thông số làm thí nghiệm: 12 3/ Dẫn xuất lý thuyết tính ꢀꢀ, tần số riêng mạch hệ số phảm chất Q 12 4/ Đo dải thông 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 : Đ ꢀ P ỨNG TẦN SỐ - ĐO THÔNG SỐ PHỨC 1.Đo giá trị dùng máy đo đa VOM a) Đo ꢀ n trở rL = X = (15+ + 1)/2 = 9,5 ꢀ Thao tác VOM: Nối cáp r1,b1 vào VOM(2),VOM(1) Nhấn VOM(8) đo ꢀ n trở Nhấn VOM(1) chọn thang đo 1 Rx = 300 ꢀ Hai điểm đấu dây b) Mạch Volt kế 2 TN03-A1b Mạch phức phần tử E, rg , L, rL , Giản đồ vector ꢀ 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 ꢀ ꢀ = ꢀꢀ = 10000 ꢀ rad/s Dựa vào công thức bên tính L = 0.019H = 19 mH d) Giữ thơng 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 đ ꢀ ng kể kết Như cần chọn Rx đủ lớn để phép đo x ꢀ c Đo đạc giá trị (L,r) dùng oscillo: a) Sơ đồ linh ki ꢀ n TN03-A2a (P01-49, ngày 03/05/2022) Sơ đồ nguyên lý Giải thích nguyên lý: - Cần đo gi ꢀ trị hi ꢀ u dụng hai tín hi ꢀ u kênh CH1:e(t) CH2:u(t) Biết L L góc l ꢀ ch pha phi để từ tính U Áp dụng lại cơng thức tính r phần trước (TN03-Ab) để t ꢀ2 m L ,• L rC ꢀ ch đo đạc: - Sử dụng chức đo tự động nút AUTO/MENU OFF (46) để đo trị hi ꢀCH1:e(t) u dụng CH2:u(t) - Sử dụng chức đo trỏ CURSORS (19) để đo gi ꢀ trị l ꢀ ch pha hicủa ꢀ u.hai tín Công thức ꢀꢀ ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ ꢀ2 = ꢀꢀꢀꢀ ꢀꢀ ꢀꢀꢀꢀ − ꢀꢀ ꢀꢀ ꢀ2 = ꢀꢀ b) Giá trị hi ꢀ u dụng CH1: UE = (42+9+4)/10 = 5,5 V CH2: UR = (32 – 3)/10 = 2.9 V RX = 300 ꢀ ꢀ = ꢀꢀ = 10000 ꢀ rad/s Đo góc l ꢀ ch pha tín hi ꢀ u h ꢀ nh sin ꢀ = (40+3) = 43o Giản đồ vector Tính L2 = 0,012 H = 12mH Và r2 = 116,12 ꢀ Đi ꢀ n trở nội nguồn không ảnh hưởng đến tính tốn Urg khơng ảnh hưởng g ꢀ đến góc ꢀ c) Đo UE U R độ l ꢀ ch pha Trong đó: ꢀꢀꢀ = 5,5√2 ꢀ; ꢀꢀꢀ = 2,9√2 ꢀ; ꢀ = 43° Giải thích c ꢀ c thao t ꢀ c Oscillo: E R Đo U U : - Nhất nút AUTO/MENU OFF (46) Nhờ vào nút More (39) để chọn c ꢀ c chức đo tự động có sẵn Chọn đo Vrms Nhấn nút CH1/CH2 (47) để chọn kênh để đo Lần lượt đo CH1 Vrms(1) E Đo CH2 gi ꢀ trị Vrms(2)R= gi=ꢀUtrị U Đo góc l ꢀ ch pha phi hai tín hi ꢀ u: - Nhấn nút CURSORS (19) để chọn chế độ đo phi (bấm liên tiếp để chọn) Xuất hi ꢀ n ba trỏ.12 Xoay nút POSITION (8) để di chuyển hai trỏ r ꢀ a vào đầu cuối kỳ củachu tính hi ꢀ u 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 hi ꢀ u l ꢀ ch pha (Xem vị trí trỏ h ꢀ nh vẽ) II Mục thí nghiệm TN03-B: KHẢO S ꢀ T Đ ꢀ P ỨNG HOꢀ TẦN MꢀCH 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 hi ꢀ n thao tác: 10 - Nhấn tắt GBF(11) để tắt DC C ꢀ ch thay đổi tần số di ꢀ n rộng GBF [100Hz → 40kHz]: - Thay đổi Range GBF(3) nhấn X100K - Vặn nút GBF(6) để thay đổi tần số Thao t ꢀ c để đo tần số tín hi ꢀ u Oscillo: Sau lắp mạch theo sơ đồ linh ki ꢀ n phía trên, ta thực hi ꢀ n thao t ꢀ c để đo tần số sau: - Chọn đo tự động cách nhấn Osc(46) Chọn kênh CH1/CH2 đề đo, nhấn - Osc(47) 2/Nhấn ChọnOsc(41) thơng số làm thí tần nghiệm: đề đo số 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 ꢀꢀ , tần số riêng mạch hệ số phảm chất Q Biểu thức biên độ phức U ꢀ n ꢀ p ꢀ n trở mạch RLC nối tiếp có dạng sau: U= E ꢀꢀ ꢀ ꢀ 1+ jQꢀꢀ − ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ0 = LC 1/ L Q= R C Trong đó: E biên độ phức sức ꢀ n động máy phát, ꢀ - tần số nguồn ꢀ0, tần số riêng mạch (tần số cộng hưởng) Q h ꢀ số phẩm chất mạch - Khi xảy cộng hưởng th ꢀ ꢀ n ꢀ p dòng ꢀ n mạch pha ta có URmax = E → Điều ki ꢀ n cộng hưởng là: 1 ꢀ = ꢀ0 = = = 5564,1488 √ꢀꢀ √0,019.1,7 1,7.−6 Suy tần số cộng hưởng là: 1 f0 = = 885,5618 (Hz) = ꢀ√0,019.1,7.10−6 2ꢀ√ꢀꢀ - Khảo sát biến thiên U tần số (ꢀ, f0) thay đổi di ꢀ n rộng (0→ꢀ) ꢀ + Nếu ꢀ→ 0, f→0 →0 ꢀ 12 ꢀ + Nếu ꢀ→ ∞ , f→∞ →0 ꢀ 4/ Đo dải thơng tính Q thực nghiệm - Tại vị trí cộng hưởng Umax≈Em (R≫r) u= ꢀ ꢀ ꢀ √ 1+ꢀ ꢀ ( −ꢀ 0)2 ꢀ - Dải thơng dãy tần số mà biên độ u(t) thỏa: u= => ꢀ = ꢀꢀꢀꢀ ꢀꢀ =ꢀ √1+ ꢀ +( ꢀ −ꢀ )2 ꢀ ꢀ√2 ꢀꢀꢀ = ꢀ0 1 √2 × (−ꢀ + ꢀ √ + → ꢀ 04 1 ꢀꢀ = × (ꢀ + ꢀ { √ + − ꢀꢀ → ∆ꢀ = ꢀꢀ ꢀ ꢀ = →∆ ꢀ ∆ꢀ = ꢀ= ꢀ ꢀ 0 - Gía trị Q theo lý thuyết: ꢀ 0,019 Q= × √ × √1,7.10−6 = 0,5286 ꢀ ꢀ 200 = - Độ biến thiên ∆ꢀ: ꢀ0 885,5618 ∆ꢀ = ꢀ = 1675,2966 − 2ꢀ = = ꢀ 0,5286 ∆ꢀ 1675,2966 ꢀ1 = ꢀ = 885,5618 = 47,9117 −2 =>{ − ∆ꢀ 1675,2966 ꢀ2 = ꢀ = = 1723,2083 +2 885,5618 + Trình tự thao t ꢀ c (trên GBF Oscillo) c1, đểc2tìm f f : Từ0 giá trị maxf U ꢀ ꢀꢀꢀ tính thực hi ꢀ n: √2 - Nhấn Osc(46) để chọn chế độ đo tự động - Nhấn Osc(39) hai lần để xuất hi ꢀ n Vmax (giá trị ꢀ n áp lớn nhất) 13 biết ta - Nhấn Osc(45) để hiển thị Vmax GBF(6) để tăng từ tần số f0 biết lên đến thấy Vmax Oscillo giá trị - Vặn ꢀꢀꢀꢀ √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 ꢀꢀ √2 dừng ghi lại giá trị tần số fc1 5/ Chuyển Oscillo sang chế độ XY f0s=885,56 (Hz) e(t) = 15cos(2 ꢀ 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: m Em =U =15V Đồ thị XY hiển thị trạng thái không cộng hưởng: 14 TN3-B: Đồ thị XY tần số không 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: 5V 5V u(t)≈e(t) 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 → ∆ꢀ = ꢀ = 10526,1786 - Khi f f0: uR(t) trễ pha e(t) e(t)= 15cos(13308,2476t) 17 → u (t)= U cos(ꢀ t-ꢀ) = 10,38.cos(13308,2476t-46,21) R Rm c1 - 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 = ꢀ ꢀ √2 Suy f2, giá trị URm so với Em gần giảm biên độ√1/ từ giá trị chuẩn Vậy trạng thái hoàn toàn phù hợp với lí thuyết 18 ... phát, ꢀ - tần số nguồn ꢀ0, tần số riêng mạch (tần số cộng hưởng) Q h ꢀ số phẩm chất mạch - Khi xảy cộng hưởng th ꢀ ꢀ n ꢀ p dòng ꢀ n mạch pha ta có URmax = E → Điều ki ꢀ n cộng hưởng là: 1 ꢀ =... thái cộng hưởng: Um TN3-B: Đồ thị XY tần số cộng hưởng f0 (P01-49, ngày 03/ 05/2022) Mạch cộng hưởng đó: m Em =U =15V Đồ thị XY hiển thị trạng thái không cộng hưởng: 14 TN3-B: Đồ thị XY tần số không... 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