BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH I Lý thuyết: 1.1 Định luật Kirchhoff I (về dịng điện): Hình 1.1: Định luật Kirchhoff dòng =0 Tổng đại số dòng điện nút khơng: ik(t) dòng qua nhánh k Hoặc phát biểu dạng:Tổng dòng điện vào nút tổng dòng nút 1.2Định luật Kirchhoff II (về điện áp): Hình 1.2: Định luật Kirchhoff áp Tổng đại số điện áp phần tử vịng kín khơng: =0 uk(t) giá trị điện áp phần tử vịng kín k 1.3 Phương pháp điện nút: Từ Lâm Thanh Page 1 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH Hình 1.3: Phương pháp điện nút Phương pháp tìm điện nút mạch: Để phân tích mạch phương pháp điện nút mạch có d nút ta làm sau: Chọn nút làm gốc =>ϕgốc =0 Lập hệ phương trình điện nút cho d-1 nút cịn lại: = Trong đó: Ykk : tổng dẫn nạp từ nhánh nối đến nút k Ykl : tổng dẫn nạp nhánh nối nút k l ϕk : Điện nút k Jnk : tổng đại số nguồn dòng chảy vào nút k, mang dấu (+) nguồn chảy vào nút k, mang dấu (-) nguồn chảy từ nút k Giải hệ phương trình để tìm điện nút Từ suy giá trị điện áp, dịng điện nhánh, cơng suất v.v… 1.4 Phương pháp dòng điện vòng (mắt lưới): Hình 1.4: Phương pháp dịng điện vịng Phương pháp ta dùng để tìm dịng điện chạy vịng kín mạch (dịng điện ta gán): Để phân tích mạch phương pháp dịng mắt lưới có n nhánh d nút, ta làm sau: Vẽ chiều dòng điện vòng Ivk cho (n-d+1) mắt lưới Lập hệ phương trình dịng điện vịng cho (n-d+1) mắt lưới = Với L=n-d+1 Zii tổng trở kháng nhánh thuộc vòng i Zij tổng trở kháng nhánh chung vòng i j Ivi dòng điện vòng i Evi nguồn (sức điện động) vòng i Từ Lâm Thanh Page 2 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH Giải hệ phương trình ta tìm giá trị dịng Ivi Từ ta suy giá trị đại lượng lại mạch 1.5Phương pháp xếp chồng: Hình 1.5: Phương pháp xếp chồng Đáp ứng tạo nhiều nguồn kích thích tác động đồng thời tổng đáp ứng tạo nguồn kích thích tác động riêng rẽ Để phân tích mạch phương pháp xếp chồng ta làm sau: Cho nguồn kích thích làm việc riêng rẽ Các nguồn không làm việc ta đối xử sau: nguồn áp ngắn mạch, nguồn dịng hở mạch Tìm đáp ứng riêng nguồn kích thích Tổng cộng đáp ứng mạch nguồn kích thích riêng rẽ gây 1.6 Phương pháp phân tích mạch dùng định lý Thevenin Norton: Hình 1.6: Mạch điện phân tích thành thành phần Định lý Thevenin/ Norton cho phép thay thếmột phần mạch tương đương nguồn áp mắc nối tiếp với trở kháng nguồn dòng mắc song song với trở kháng Định lý Thevenin: Từ Lâm Thanh Page 3 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH Hình 1.7: Mơ hình mạch Thevenin Có thể thay tương đương mạng cửa tuyến tính nguồn điện áp điện áp cửa hở mạch mắc nối tiếp với trở kháng Thevenin mạng cửa Định lý Norton: Hình 1.8: Mơ hình mạch Norton Có thể thay tương đương mạng cửa tuyến tính nguồn dịng điện dòng điện cửa ngắn mạch mắc song song với trở kháng Thevenin mạng cửa Cách xác định trở kháng Zth: -Trường hợp 1:Phần mạch A không chứa nguồn phụ thuộc triệt tiêu nguồn độc lập với quy tắc (ngắn mạch nguồn áp hở mạch nguồn dòng) dùng phép biến đổi tương đương tính Zth -Trường hợp 2:Phần mạch A có chứa nguồn phụ thuộc ta có cách tìm Zth sau: a Lần lượt hở mạch ngắn mạch để tìm Uhm Inm Sau suy Zth theo công thức: Zth =Uhm/Inm b Triệt tiêu tất nguồn độc lập A Kích thích cửa ab nguồn áp E có giá trị tùy ý, xác định dòng chảy vào I suy giá trị Zth cơng thức: Zth =E/I Hoặc kích thích cửa ab nguồn dịng J có giá trị tùy ý, xác định giá trị điện áp U cửa ab suy Zth = U/J II.Mục đích: Giúp sinh viên nắm rõ phương pháp phân tích mạch III.Bài chuẩn bị: Sinh viên xem trước phần lý thuyết cách thức vận hành dụng cụ thí nghiệm Mô mạch ứng với dạng nguồn tác động khác tần số khác (bằng phần mềm Orcad, Proteus, Workbench…) Từ Lâm Thanh Page 4 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH IV Thực hành: 1/ Dụng cụ, thiết bị thực hành: -Bộ nguồn F.A.C.E.T -Kit DC Network Theorems -VOM 2/ Thực hành: 2.1 Định luật Kirchhoff dòng (KCL): Ráp mạch hình 1.9 (Trên khối Kirchhoff’s Current Law): Hình 1.9 Mạch Kirchhoff I a Dùng VOM đo ghi lại giá trị điện áp nguồn b Dựa vào vòng màu điên trở xác định giá trị R1 R2 c Dựa vào cơng thức cho sẵn hồn tất bảng dưới: IR1= IR2= IT=IR1+IR2 IR1 MAX NOM MIN IR2 IT MAX MAX NOM NOM MIN MIN Bảng 1.1 d Dùng VOM đo ghi lại giá trị IR1, IR2, IT e So sánh kết đo kết tính tốn.Nhận xét f Hãy giải thích mối quan hệ dòng KCL g Áp dụng cơng thức tính IT=VS.(R1//R2) h So sánh kết tính toán với kết đo được.Nhận xét 2.2 Định luật Kirchhoff áp (KVL): Ráp mạch hình 1.10(Trên khối Kirchhoff’s Voltage Law): Từ Lâm Thanh Page 5 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH a b c d Hình 1.10: Mạch Kirchhoff áp Tính dịng tổng I mạch từ suy áp điện trở R1,R2,R3 Dựa vào kết tính tốn mục a Nhận xét điện áp nguồn có tổng điện áp thành phần không Dùng VOM đo điện áp R1, R2, R3 so sánh với kết tính tốn mục a.Nhận xét Đo dịng mạch cách đo trực tiếp đo gián tiếp qua điện trở sau so sánh với kết tính tốn 2.3 Định luật Kirchhoff tổng hợp: Mắc mạch hình 1.11 (Trên khối Kirchhoff’s Laws Combined) : Hình 1.11: Mạch Kirchhoff tổng hợp Đo giá trị điện áp nguồn ghi lại Dùng VOM đo ghi lại giá trị dòng điện tổng mạch Dựa vào hình vẽ xác định điện trở mà dịng điện tổng qua Dựa vào định luật Ohm tính điện áp qua điện trở Từ bước thực suy giá trị điện áp R2 Kiểm tra lại cách dùng VOM đo giá trị điện áp R1 R3 sau áp dụng KVL để tính R2 g Nếu áp VR3 tăng lúc giá trị điện áp R1 R2 thay đổi nào? h Tính dịng điện tổng định luật Kirchhoff a b c d e f Từ Lâm Thanh Page 6 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH i Áp dụng cơng thức chia dòng suy dòng điện chạy qua R2 R6 j Với dịng nhánh có áp dụng định luật Ohm suy điện áp rơi điện trở R4, R5, R6 k Dùng KVL kiểm tra lại tổng điện áp R4, R5, R6 có điện áp R2 không Nhận xét 2.4 Ứng dụng định luật Kirchhoff với nguồn độc lập: Mắc mạch hình 1.12 (Trên khối Kirchhoff Solution With Sources): Hình 1.12: Mạch Kirchhoff với nguồn độc lập a b c d e f g h i Dùng VOM đo chỉnh nguồn độc lập giá trị: 10V Viết phương trình mơ tả mối quan hệ VS1, R1 R3 Tương tự tìm phương trình mơ tả mối quan hệ VS2, R2, R3 Dùng VOM đo giá trị điện áp điện trở Ghi lại giá trị lên hình 1.13 rõ chiều dịng điện Hình 1.13 Dựa vào vịng màu điện trở suy giá trị Dùng định luật Kirchhoff (phương pháp dòng nhánh) xác định dòng điện qua điện trở Với sơ đồ mạch hình 1.13 thành phần ta xác định giải mơ hình mạch Theo bạn điện áp nút 1trên hình 1.13 (-) hay (+)so với đất Với giá trị điện áp R3 câu suy điện áp dòng điện thành phần mạch lại Từ Lâm Thanh Page 7 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH j So sánh kết tính tốn với kết qua đo dòng điện điện áp.Nhận xét k Dùng VOM chỉnh lại giá trị điện áp nguồn độc lập : 5V l Viết công thức dịng điện vịng hình 1.14 m n o p Hình 1.14 Tính giá trị dịng điện vòng => Chiều dòng điện, điện áp R3 => Giá trị IR3 VR3 Đo điện áp R3 so sánh với kết câu m.Nhận xét Với liệu có ta xác định điện áp R1 R2 chưa? So với phương pháp dịng nhánh phương pháp dịng vịng có ưu điểm hơn? 2.5 Phương pháp nút phương pháp xếp chồng: 2.5.1 Phương pháp xếp chồng: Mắc mạch hình 1.15 (Trên khối Supersition): Hình 1.15 Phương pháp xếp chồng a b c d Chỉnh giá trị nguồn về: 10V Dựa vào vòng màu xác định giá trị điện trở R1, R2, R3 Tính ghi lại giá trị điện trở R3//R1, R3//R2 Dùng phương pháp xếp chồng tính giá trị điện áp R1, R2, R3 Từ Lâm Thanh Page 8 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH e Ngắn mạch nguồn VS2 Đo VA (với VA đáp ứng R3 tác động nguồn VS1).Ghi lại giá trị vào hình 1.15 f Bỏ ngắn mạch nguồn VS2 ngắn mạch nguồn VS1 Đo VB (với VB đáp ứng R3 tác động nguồn VS2).Ghi lại giá trị vào hình 1.15 g Với kết bước => VR3 h Đo trực tiếp điện áp R1, R2, R3 Nhận xét kết tính tốn lý thuyết với kết đo trực tiếp kết đo theo phương pháp xếp chồng 2.5.2 Phương pháp nút: Mắc mạch hình 1.16 (Trên khối Supersition): Hỉnh 1.16: Phương pháp nút a Chỉnh nguồn giá trị: 10V b Dùng phương pháp nút tính giá trị điện áp dòng điện thành phần mạch c Tính độ dẫn điện điện trở d Dùng VOM đo điện áp R3 Nhận xét giá trị đo với giá trị tính tốn 2.6 Phương pháp Thevenin/Norton: 2.6.1 Phương pháp Thevenin: Mắc mạch hình 1.17 (trên khối Thevenin Circuits): Hỉnh 1.17: Mạch Thevenin a Hãy xác định thành phần mạch bị thay mơ hình Thevenin b Tính giá trị RTH c Ngắn mạch nguồn VS ráp mạch để đo giá trị RTH So sánh với kết tính toán Từ Lâm Thanh Page 9 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH d Tính ghi lại giá trị VTH e Ráp mạch dùng VOM để đo áp VTH, xác định chiều áp VTH.So sánh kết với câu d nhận xét f Tính ghi lại giá trị dòng qua tải điện áp tải g Đo điện áp rơi tải R3 So sánh với kết tính tốn dùng mơ hình mạch Thevenin h Nhận xét giá trị đo giá trị tính tốn áp dụng mơ hình mạch Thevenin khơng áp dụng phương pháp Thevenin có khác biệt khơng sao? Ráp mạch hình 1.18: Hình 1.18 *Ghi chú: R2 khơng phải tải mạch a Chỉnh nguồn giá trị: 10V b Thành phần bị thay mơ hình mạch Thevenin c Tính giá trị RTH d Ráp mạch đo giá trị RTH so sánh với kết câu c e Tính ghi lại giá trị VTH f Ráp mạch đo nguồn VTH so sánh với kết câu e g Lắp thêm tải R3 vào mạch Tính dịng qua tải R3 h Đo điện áp tải R3 =>dòng điện qua tải R3.So sánh với kết tính tốn phương pháp Thevenin 2.6.2 Phương pháp Thevenin mạch cầu: Lắp mạch hình1.19 (Trên khối Thevenin a bridge circuit): Từ Lâm Thanh Page 10 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG 100Hz 10 ms 20kHz 50 us 40kHz 25 us Bảng 3.1: Dữ liệu mạch lọc thơng thấp RC d Tính mức điện áp ngõ VC1 điểm -3dB e Thay đổi tần số VGEN để ngõ có giá trị giá trị vừa tính câu d,xác định tần số cắt fc f Vẽ đặc tuyến biên độ (dB) theo tần số (Hz) g Xác định độ suy giảm dB /octave h Xác định dộ suy giảm dB /decade 50kHz 500 kHz 2.1.2 Mạch lọc thông thấp RL: Hình 3.9 Mạch lọc thơng thấp RL Mắc mạch LOW PASS FILTER RL hình 3.9 a Tính tần số cắt với giá trị cho hình 3.9 b Đặt VGEN sóng sine với Vpp =15 V, f=1Khz Dùng dao động kí quan sát VR2, thay đổi tần số máy phát từ 1kHz đến 50 kHz Nhận xét c Thay đổi tần số máy phát (biên độ không đổi) ghi giá trị vào bảng 3.2 (dB=20log(Vout/V1kHz)) Tần số Chu kì Vout (VR2) dB 1kHz ms 40kHz 25 us 80kHz 12.5 us Bảng 3.2: Dữ liệu mạch lọc thơng thấp RL d Tính giá trị VR2 điểm -3dB e Vẽ đặc tuyến biên độ (dB) theo tần số (Hz) Từ Lâm Thanh Page 31 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG f Thay đổi tần số máy phát để VR2 có giá trị câu d, xác định tần số cắt fc g Điền trị số tìm câu f vào đồ thị câu e h So sánh biên độ ngõ tần số 40kHz 80kHz i Tín hiệu có tần số 1kHz có truyền qua với suy giảm hay bị chặn lại với suy giảm lớn j So sánh mạch lọc RC RL 2.2 Mạch lọc thông cao: 2.2.1 Mạch lọc thơng cao RC: Hình 3.10 Mạch lọc thông cao RC Mắc mạch HIGH PASS FILTER RC hình 3.10 a Từ trị số hình 3.10 tính tần số cắt b Đặt VGEN sóng sine có Vpp =15 V, f =100kHz Thay đổi tần số máy phát từ 100kHz xuống 100Hz, quan sát VR2 Nhận xét c Đo VR2 tần số bảng 3.3 (biên độ máy phát không thay đổi) (dB=20log(Vout/V500kHz)) Tần số Chu kì Vout (VR2 ) dB 100 Hz 10 ms kHz 200 us 500 kHz us Bảng 3.3: Dữ liệu mạch lọc thông cao RC d Tính điện áp ngõ điểm -3dB e Vẽ đặc tuyến biên độ ngõ (dB) theo tần số (Hz) Xác định biên độ ngõ (dB) điểm 500 Hz kHz f Thay đổi tần số máy phát để điện áp ngõ đạt giá trị câu d Tìm tần số cắt mạch g Xác định độ suy giảm (dB/decade) từ 5kHz đến 500Hz h Nhận xét ảnh hưởng tụ đến tần số cắt Từ Lâm Thanh Page 32 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG 2.2.2 Mạch lọc thông cao RL: Hình 3.11 Mạch lọc thơng cao RL Mắc mạch HIGH PASS FILTER RL hình 3.11 a Từ trị số hình, tính tần số cắt mạch lọc fc b Đặt máy phát: Vpp=15V, f =100kHz, sóng sine Thay đổi tần số máy phát từ 100kHz đến 1kHz Quan sát điện áp ngõ VL1, nhận xét c Xác định giá trị điện áp ngõ điểm -3dB d Thay đổi tần số máy phát để ngõ có giá trị câu c, tìm tần số cắt fc e Xác định độ suy hao (dB/octave) tần số có giá trị ½ fc f Xác định độ suy hao (dB/decade) tần số có giá trị ( ) fc g Từ câu e câu f vẽ gần đặc tuyến biên độ (dB) theo tần số h Nhận xét ảnh hưởng L đến fc 2.3 Mạch lọc thông dải: 2.3.1 Mạch lọc thơng dải nối tiếp: Hình 3.12: Mạch lọc thơng dải mắc nối tiếp Mắc mạch SERIES BAND PASS FILTER hình 3.12 Từ Lâm Thanh Page 33 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG a Đặt VGEN =15Vpp sóng sine Thay đổi tần số VGEN từ 5kHz đến 50kHz Nhận xét điện áp ngõ Vout b Đo điện áp rơi R2 Thay đổi tần số VGEN để xảy tượng cộng hưởng, đo ghi lại giá trịđiện áp ngõ R2 c Đo chu kì tính tần số cộng hưởng fr ghi vào bảng 3.4 : R2 =1.5k fr f1 f2 BW Q d e f g h i Bảng 3.4 Xác định điện áp ngõ V-3dB Giảm tần số máy phát, quan sát điện áp ngõ Vout, Vout đạt giá trị câu d, đo chu kì tính tần số cắt f1, ghi vào bảng 3.4 Tăng tần số máy phát qua fr quan sát Vout, Vout đạt V-3dB, đo chu kì tính tần số cắt f2, ghi vào bảng 3.4 Tính BW, Q ghi vào bảng 3.4 Tính Q cơng thức lý thuyết, so sánh kết câu Nhận xét Nhận xét ảnh hưởng R2 đến Q BW 2.3.2 Mạch lọc thơng dải song song: Hình 3.13 Mạch lọc thơng dải mắc song song Mắc mạch PARALLEL BAND PASS FILTER hình 3.13 a Đặt VGEN = 15Vpp, f =5kHz, sóng sine Thay đổi tần số VGEN để mạch đạt cộng hưởng Đo chu kì sóng ra, tính tần số cộng hưởng fr Ghi vào hình 3.14 b Đo ghi Vout vào hình 3.14 Từ Lâm Thanh Page 34 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG Hình 3.14 c Sử dụng giá trị Vout câu trên, xác định V-3dB ghi vào hình 3.14 d Giảm tần số máy phát xuống frđể Vout đạt giá trị V-3dB, đo chu kì tần số cắt f1 ghi vào hình 3.14 e Tăng tần số máy phát qua fr quan sát Voutkhi Vout đạt V-3dB, đo chu kì tính tần số cắt f2 ghi vào hình 3.14 f Tính BW, Q g Tính Q cơng thức, so sánh với kết câu f Nhận xét h Thay đổi VGEN từ 5kHz đến 50kHz, quan sát điện áp ngõ ra, nhận xét i Thay đổi R1 ảnh hưởng đến Q 2.4 Mạch lọc chắn dải: 2.4.1 Mạch lọc chắn dải nối tiếp: Hình 3.15 Mạch lọc chắn dải mắc nối tiếp Mắc mạch SERIES BAND STOP FILTER hình 3.15 (Ngắn mạch R2): a Chỉnh VGEN =15 Vpp, f =1 kHz, sóng sine Đo ghi lại Vout Từ Lâm Thanh Page 35 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG b Thay đổi tần số máy phát để mạch đạt cộng hưởng, ghi tần số cộng hưởng fr vào bảng 3.5 R1 =1.5K fr f1 f2 BW Q Bảng 3.5 c Tính ghi lại điện áp ngõ tần số cắt V-3dB Điền vào hình 3.16 Hình 3.16 d Giảm tần số máy phátquan sát Vout để đạt V-3dB câu c, xác định tần số cắt f1 ghi vào bảng 3.5 e Tăng tần số máy phátquan sát Vout để đạt V-3dB câu c, xác định tần số cắt f2 ghi vào bảng 3.5 f Tính BW, Q ghi vào bảng 3.5 g Tính Q cơng thức lý thuyết, so sánh với Q h Nhận xét R1 ảnh hưởng đến BW Q 2.4.2 Mạch lọc chắn dải song song: Hình 3.17: Mạch lọc chắn dải song song Từ Lâm Thanh Page 36 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG Mắc mạch PARALLEL BAND STOP FILTER hình 3.17 a Chỉnh VGEN =15Vpp, f =1kHz, sóng sine b Lặp lại bước từ câu b dến câu h, điền thông số vào bảng 3.6 R1 =1.5k fr f1 f2 BW Q Bảng 3.6 V Ôn tập mở rộng: Nêu cơng thức tính tần số cắt mạch lọc RC, RL Tính Q mạch RLC thơng dải nối tiếp song song Khi ta thay đổi giá trị tụ C Q có thay đổi khơng? Tại mạch lọc RLC lại gọi mạch lọc thụ động? Các mạch lọc thông cao RC thông thấp RC khác Tương tự cho mạch RL Nếu mạch RC hình (R//C) có gọi mạch lọc khơng? Nếu tính tần số cắt mạch? Mạch RLC thông dải nối tiếp mạch RLC dải ngừng nối tiếp khác nào? Tại tần số cộng hưởng tổng trở mạch RLC nối tiếp thơng dải ngăn dải có giá trị nào? Hãy vẽ mạch lọc thông thấp, thông cao gồm phần tử RLC Từ Lâm Thanh Page 37 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG Từ Lâm Thanh Page 38 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM I.Mục đích: -Giúp sinh viên làm quen cách thức vận hành thao tác thiết bị thí nghiệm -Trang bị cho sinh viên kiến thức để vận hành làm quen với dụng cụ thí nghiệm II.Giới thiệu: Thiết bị thí nghiệm mơn Lý thuyết mạch bao gồm: Máy dao động kí KENWOOD CS-4125 Máy phát sóng KENWOOD AG-203D KENWOOD FG-273A VOM SANWA YX 360 TRF Bộ nguồn F.A.C.E.T:Lab-Volt Base Unit Kit thí nghiệm DC Network,AC2 Fundamentals 1/ Dao động kí (Oscilloscope)KENWOOD CS-4125: Hình1: Dao động kí 1.1/Tổng quan: Dao động kí thiết bị dùng để hiển thị đo đạc tín hiệu điện khơng điện (tín hiệu từ cảm biến về) dạng sóng, xung vv….Một dao động kí thường gồm kênh biểu diễn dạng sóng theo thời gian hay theo đại lượng đưa vào Dao động kí ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như:kĩ thuật, khoa học, viễn thông y học v.v… 1.2/Hướng dẫn sử dụng: Ta chia Oscilloscope làm phần: a Màn hình: hình chữ nhật với 10 ngang x ô dọc sử dụng công nghệ CRT (Cathode Ray Tube) Từ Lâm Thanh Page 39 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM b Khối nguồn: gồm nút để điều chỉnh tắt mở máy, điều chỉnh độ sáng tối hình, độ nét tín hiệu v.v… • Nút Power: Tắt mở máy • Nút xoay Insensity: Chỉnh độ sáng tín hiệu • Nút xoayFocus: Chỉnh độ sắc nét tín hiệu • Nút vặn Trace Rota: Chỉnh tia sáng nằm ngang tia sáng bị nghiêng c Khối Vertical Triggering: Khối quét dọc khối kích Khối Vertical: Khối quét dọc có chức chọn tín hiệu hiển thị kênh 1, hay kênh v.v… Cần gạt Mode: CH1, CH2, ALT, ADD, CHOP • CH1: Chọn kênh • CH2: Chọn kênh • ALT: Hiển thị luân phiên kênh kênh • CHOP: Hiển thị theo kiểu đóng ngắt kênh • ADD: Hiện thị lúc kênh Nút nhấn CH2 INV: Nút để đảo tín hiệu kênh 2.VD V2 thành –V2 Nút nhấn X-Y: Nút dùng để hiển thị tín hiệu input với Với kênh CH1 trục Y (trục tung) kênh CH2 trục X (trục hoành) Khối Triggering: Khối điều khiển mạch quét đồng tín hiệu Cần gạt MODE:AUTO,NORM,FIX,TV FRAME,TV LINE • AUTO: Chế độ quét tự động • NORM: Chế độ qt bình thường, chế độ khơng có tín hiệu kích khởi mạch qt ngang khơng hoạt động khơng có tín hiệu hình • TV FRAME: Chế độ qt theo Frame tivi • TV LINE: Chế độ quét theo đường kẻ ngang hình tivi Cần gạt SOURCE: Chọn nguồn tín hiệu kích khởi chọn sai bị trơi hình: • VERT MODE: Chọn nguồn kích khởi từ khối quét dọc • CH1, CH2: Chọn kênh 1, làm nguồn kích khởi • LINE: Chọn nguồn kích khởi tần số điện lưới cung cấp (50Hz) • EXT : Tín hiệu cung cấp từ jack EXT TRIGGER Nút xoay LEVEL: Cho phép hiển thị chia tín hiệu đồng với điểm bắt đầu dạng sóng (chỉnh sai hình bị trơi) Nút dùng để điều chỉnh hình khơng bị trơi ngang hình Từ Lâm Thanh Page 40 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Nút xoay SLOPE: Chỉnh độ dốc mạch quét cạnh lên hay cạnh xuống d Khối tín hiệu vào dọc CH1, CH2 X, Y : Khối dùng để chỉnh tín hiệu vào CH1 or Y: • Nút xoay Position: Điều chỉnh vị trí tín hiệu di chuyển theo chiều dọc • Nút xoay Variable: Thay đổi giá trị tín hiệu theo chiều dọc (Bình thường ta xoay núm bên phải tới hết chữ CAL để đảm bảo máy đo chuẩn theo chiều dọc) • Knob Volts /Div: Điều chỉnh độ phân giải mức điện áp/ơ • AC-GND-DC: AC: Đo tín hiệu dạng AC mà không để ý tới DC DC: Đo tín hiệu DC AC GND: Tín hiệu nối với mass =>khơng có tín hiệu hình CH2 or X: Tương tự kênh CH1 e Khối Horizontal: Khối điều chỉnh tín hiệu quét ngang • Nút xoay Position: Chỉnh vị trí tín hiệu dịch chuyển theo chiều ngang • Nút xoay Variable:Dùng phối hợp với nút Trigger Level để chống tín hiệu bị trơi theo chiều ngang (Bình thường chỉnh nút bên phải tới chữ CAL để đảm bảo xác máy dao động kí theo bề ngang) • Nút nhấn X10 MAG:Phóng to tín hiệu theo chiều ngang 10 lần • CAL 1Vpp: Tín hiệu sóng vng chuẩn để chỉnh máy, có biên độ 1Vpp tần số 1kHz Chúng ta nắm chức máy dao động kí ta cần phải chỉnh máy chuẩn để đo đạc hiển thị xác: Mặc định sử dụng ta để giá trị sau: • Triggering ta để chế độ AUTO • Triggering SOURCE ta để chế độ VERT MODE • Các nút Var kênh CH1, CH2 Horizontal xoay hết theo chiều kim đồng hồ tới chữ CAL 2/Máy phát sóng (Function Generator) KENWOOD AG-203D: Từ Lâm Thanh Page 41 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Hình 2: Máy phát sóng 2.1/Tổng quan: Máy phát sóng thiết bị tên gọi tạo dạng sóng khác với tần số khác phục vụ cho công tác đo đạc, kiểm tra nghiên cứu Tùy theo cách thức tạo tín hiệu mà ta phân biệt máy phát sóng analog hay digital 2.2/Hướng dẫn sử dụng: Máy phát sóng KENWOOD AG-203D gồm nút sau: • Đĩa xoay tần số có giá trị từ 1-> 100 • Các nút nhấn chọn tầm: Chọn tần số x1, x10, x100, x1k, x10k ->Kết hợp nút chọn tầm dĩa xoay ta có kết tần số mong muốn • Nút chọn Waveform: Chọn kiểu sóng sóng vng hay sóng sine • Nút xoay Amplitude: Điều chỉnh biên độ tín hiệu với giá trị max 24Vpp • Nút xoay Attenuator (dB): Chỉnh độ suy hao biên độ từ 0>>50dB 3/Máy phát sóng (Function Generator) KENWOOD FG-273A: Từ Lâm Thanh Page 42 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Hình 3: Máy phát sóng Các nút nhấn chỉnh tầm tần số: 10 Hz->> 1MHz Nút xoay chỉnh giá trị từ 0->>2 ->> Kết hợp nút nhấn núm xoay ta có kết tần số mong muốn Các loại nút nhấn chọn loại tín hiệu ra: sóng vng, sine hay sóng tam giác Nút xoay Amplitude chỉnh biên độ tín hiệu ra:Max 23Vpp Nút Push TTL/Pull CMOS ADJ: Khi nút cho tín hiệu sóng vng TTL với biên độ Vpp cố định ngõ TTL/CMOS Khi ta kéo nút lên ngõ TTL /CMOS tín hiệu sóng vng CMOS có biên độ thay đổi từ 5V->15V Offset /Pull ADJ: Nút điều chỉnh offset ngõ ra, muốn điều chỉnh phải kéo núm vặn, ta vặn bên trái tức dấu (-) tín hiệu có mức offset âm ngược lại ta có mức offset dương vặn bên phải tức dấu (+) Duty /Pull inv: Núm dùng để chỉnh chu kì làm việc sóng vng sóng tam giác … , kéo ta thay đổi theo hướng ngược lại so với nút không kéo -20dB, -40dB: Nút điều chỉnh suy hao ngõ mức -20dB -40dB Width /Pull on: Kéo nút cho phép mạch quét thay đổi độ rộngxung TTL /CMOS phải kết hợp với kéo nút Rate Rate /Pull log: Kéo núm thực quét theo kiểu logarit 4/ VOM SANWA YX 360 TRF: 4.1/Tổng quan: Đồng hồ đo vạn dụng cụ dùng để đo dòng, áp giá trị điện trở, kiểm tra pin v.v… Đồng hồ đo có nhiều loại khác ví dụ hiển thị kim, số … 4.2/ Hướng dẫn sử dụng: Đồng hồ đo gồm nút xoay chọn tầm chỉnh chức năng, mặt kim hiển thị, nút điều chỉnh Ω probe đo - Nút xoay chỉnh chức chọn tầm: • Phần DCV nút xoay dùng để đo điện áp chiều với tầm từ 0.1VDC -> 1000 VDC Từ Lâm Thanh Page 43 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM • Phần DCA nút xoay dùng để đo dòng điện chiều với tầm đo từ 50μA -> 250 mA • Phần ACV dùng để đo điện áp xoay chiều tầm từ 10VAC > 750 VAC • Phần đo điện trở với tầm x1 -> x1k • Phần đo tụ C tới 10μF • Cuối vị trí OFF tắt máy - Màn hình hiển thị gồm vòng giá trị ứng với kiểu đo - Probe đo để kết nối với đối tượng đo với que đỏ nối với đầu âm pin VOM đầu đen nối với cực dương pin VOM - Nút chỉnh 0Ω dùng để chỉnh giá trị 0Ω 5/ Lab –Volts Base Unit: Đế thí nghiệm với nguồn DC =15V nguồn điều chỉnh tầm ±10V có sẵn khe dùng để kết hợp với kit thí nghiệm 6/ Kit DC Network Theorems, AC2 Fundamental: Kit DC Network Theorems dùng để thí nghiệm phương pháp phân tích mạch Kit AC2 dùng để thí nghiệm dạng mạch lọc thụ động thơng thấp, thơng cao, thơng dải, ngưng dải III Ơn tập mở rộng: Bài tập làm quen với thiết bị: 1-Từ máy tạo sóng AG203D tạo tín hiệu sóng vng tần số kHz biên độ 4Vpp cho hiển thị lên kênh CH1 Oscilloscope Bước 1: Thao tác bật cơng tắc nguồn máy phát sóng nhấn chọn tín hiệu xung vng sau điều chỉnh tần số chọn tầm x100 xoay đĩa giá trị 10 để có tín hiệu 1kHz Bước 2: Nhấn nút power dao động kí sau ta kết nối probe kênh CH1 với máy phát sóng Chú ý: Tín hiệu mass (dây đen ) máy phát Oscilloscope phải nối chung khơng tín hiệu bị nhiễu Chỉnh giá trị Volts /div Time /Div phần CH1 Horizontal cho tín hiệu hình cao bề ngang cho chu kì Đọc ghi lại giá trị Volt /div Time /Div sau suy chu kì tín hiệu 2-Sau ta xoay giá trị Var mục CH1 ngược chiều kim đồng hồ Ta thấy có thay đổi vềbiên độ tín hiệu Ghi lại nhận xét 3-Ta kéo nút x10 MAG bên phần Horizontal tính lại chu kì trường hợp Từ Lâm Thanh Page 44 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 4-Trên máy phát sóng ta vặn nút Attenuator sang mức -20dB.Sau chỉnh lại giá trị Volt /div kênh CH1 cho dễ thấy đo giá trị 5-Biết cơng thức tính dB sau: A (dB )=20log (Vmoi /Vcu ) Với A -20 Vcu = 4Vpp Tính Vmoi so sánh với kết đo Câu hỏi mở rộng: Nêu cách đo độ lệch pha dùng dao động kí Tín hiệu CH1 CH2 phải có pha để chuyển sang xem chế độ X-Y hình trịn Từ Lâm Thanh Page 45
BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH I Lý thuyết: 1.1 Định luật Kirchhoff I (về dịng điện): Hình 1.1: Định luật Kirchhoff dòng =0 Tổng đại số dòng điện nút khơng: ik(t) dòng qua nhánh k Hoặc phát biểu dạng:Tổng dòng điện vào nút tổng dòng nút 1.2Định luật Kirchhoff II (về điện áp): Hình 1.2: Định luật Kirchhoff áp Tổng đại số điện áp phần tử vịng kín khơng: =0 uk(t) giá trị điện áp phần tử vịng kín k 1.3 Phương pháp điện nút: Từ Lâm Thanh Page 1 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH Hình 1.3: Phương pháp điện nút Phương pháp tìm điện nút mạch: Để phân tích mạch phương pháp điện nút mạch có d nút ta làm sau: Chọn nút làm gốc =>ϕgốc =0 Lập hệ phương trình điện nút cho d-1 nút cịn lại: = Trong đó: Ykk : tổng dẫn nạp từ nhánh nối đến nút k Ykl : tổng dẫn nạp nhánh nối nút k l ϕk : Điện nút k Jnk : tổng đại số nguồn dòng chảy vào nút k, mang dấu (+) nguồn chảy vào nút k, mang dấu (-) nguồn chảy từ nút k Giải hệ phương trình để tìm điện nút Từ suy giá trị điện áp, dịng điện nhánh, cơng suất v.v… 1.4 Phương pháp dòng điện vòng (mắt lưới): Hình 1.4: Phương pháp dịng điện vịng Phương pháp ta dùng để tìm dịng điện chạy vịng kín mạch (dịng điện ta gán): Để phân tích mạch phương pháp dịng mắt lưới có n nhánh d nút, ta làm sau: Vẽ chiều dòng điện vòng Ivk cho (n-d+1) mắt lưới Lập hệ phương trình dịng điện vịng cho (n-d+1) mắt lưới = Với L=n-d+1 Zii tổng trở kháng nhánh thuộc vòng i Zij tổng trở kháng nhánh chung vòng i j Ivi dòng điện vòng i Evi nguồn (sức điện động) vòng i Từ Lâm Thanh Page 2 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH Giải hệ phương trình ta tìm giá trị dịng Ivi Từ ta suy giá trị đại lượng lại mạch 1.5Phương pháp xếp chồng: Hình 1.5: Phương pháp xếp chồng Đáp ứng tạo nhiều nguồn kích thích tác động đồng thời tổng đáp ứng tạo nguồn kích thích tác động riêng rẽ Để phân tích mạch phương pháp xếp chồng ta làm sau: Cho nguồn kích thích làm việc riêng rẽ Các nguồn không làm việc ta đối xử sau: nguồn áp ngắn mạch, nguồn dịng hở mạch Tìm đáp ứng riêng nguồn kích thích Tổng cộng đáp ứng mạch nguồn kích thích riêng rẽ gây 1.6 Phương pháp phân tích mạch dùng định lý Thevenin Norton: Hình 1.6: Mạch điện phân tích thành thành phần Định lý Thevenin/ Norton cho phép thay thếmột phần mạch tương đương nguồn áp mắc nối tiếp với trở kháng nguồn dòng mắc song song với trở kháng Định lý Thevenin: Từ Lâm Thanh Page 3 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH Hình 1.7: Mơ hình mạch Thevenin Có thể thay tương đương mạng cửa tuyến tính nguồn điện áp điện áp cửa hở mạch mắc nối tiếp với trở kháng Thevenin mạng cửa Định lý Norton: Hình 1.8: Mơ hình mạch Norton Có thể thay tương đương mạng cửa tuyến tính nguồn dịng điện dòng điện cửa ngắn mạch mắc song song với trở kháng Thevenin mạng cửa Cách xác định trở kháng Zth: -Trường hợp 1:Phần mạch A không chứa nguồn phụ thuộc triệt tiêu nguồn độc lập với quy tắc (ngắn mạch nguồn áp hở mạch nguồn dòng) dùng phép biến đổi tương đương tính Zth -Trường hợp 2:Phần mạch A có chứa nguồn phụ thuộc ta có cách tìm Zth sau: a Lần lượt hở mạch ngắn mạch để tìm Uhm Inm Sau suy Zth theo công thức: Zth =Uhm/Inm b Triệt tiêu tất nguồn độc lập A Kích thích cửa ab nguồn áp E có giá trị tùy ý, xác định dòng chảy vào I suy giá trị Zth cơng thức: Zth =E/I Hoặc kích thích cửa ab nguồn dịng J có giá trị tùy ý, xác định giá trị điện áp U cửa ab suy Zth = U/J II.Mục đích: Giúp sinh viên nắm rõ phương pháp phân tích mạch III.Bài chuẩn bị: Sinh viên xem trước phần lý thuyết cách thức vận hành dụng cụ thí nghiệm Mô mạch ứng với dạng nguồn tác động khác tần số khác (bằng phần mềm Orcad, Proteus, Workbench…) Từ Lâm Thanh Page 4 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH IV Thực hành: 1/ Dụng cụ, thiết bị thực hành: -Bộ nguồn F.A.C.E.T -Kit DC Network Theorems -VOM 2/ Thực hành: 2.1 Định luật Kirchhoff dòng (KCL): Ráp mạch hình 1.9 (Trên khối Kirchhoff’s Current Law): Hình 1.9 Mạch Kirchhoff I a Dùng VOM đo ghi lại giá trị điện áp nguồn b Dựa vào vòng màu điên trở xác định giá trị R1 R2 c Dựa vào cơng thức cho sẵn hồn tất bảng dưới: IR1= IR2= IT=IR1+IR2 IR1 MAX NOM MIN IR2 IT MAX MAX NOM NOM MIN MIN Bảng 1.1 d Dùng VOM đo ghi lại giá trị IR1, IR2, IT e So sánh kết đo kết tính tốn.Nhận xét f Hãy giải thích mối quan hệ dòng KCL g Áp dụng cơng thức tính IT=VS.(R1//R2) h So sánh kết tính toán với kết đo được.Nhận xét 2.2 Định luật Kirchhoff áp (KVL): Ráp mạch hình 1.10(Trên khối Kirchhoff’s Voltage Law): Từ Lâm Thanh Page 5 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH a b c d Hình 1.10: Mạch Kirchhoff áp Tính dịng tổng I mạch từ suy áp điện trở R1,R2,R3 Dựa vào kết tính tốn mục a Nhận xét điện áp nguồn có tổng điện áp thành phần không Dùng VOM đo điện áp R1, R2, R3 so sánh với kết tính tốn mục a.Nhận xét Đo dịng mạch cách đo trực tiếp đo gián tiếp qua điện trở sau so sánh với kết tính tốn 2.3 Định luật Kirchhoff tổng hợp: Mắc mạch hình 1.11 (Trên khối Kirchhoff’s Laws Combined) : Hình 1.11: Mạch Kirchhoff tổng hợp Đo giá trị điện áp nguồn ghi lại Dùng VOM đo ghi lại giá trị dòng điện tổng mạch Dựa vào hình vẽ xác định điện trở mà dịng điện tổng qua Dựa vào định luật Ohm tính điện áp qua điện trở Từ bước thực suy giá trị điện áp R2 Kiểm tra lại cách dùng VOM đo giá trị điện áp R1 R3 sau áp dụng KVL để tính R2 g Nếu áp VR3 tăng lúc giá trị điện áp R1 R2 thay đổi nào? h Tính dịng điện tổng định luật Kirchhoff a b c d e f Từ Lâm Thanh Page 6 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH i Áp dụng cơng thức chia dòng suy dòng điện chạy qua R2 R6 j Với dịng nhánh có áp dụng định luật Ohm suy điện áp rơi điện trở R4, R5, R6 k Dùng KVL kiểm tra lại tổng điện áp R4, R5, R6 có điện áp R2 không Nhận xét 2.4 Ứng dụng định luật Kirchhoff với nguồn độc lập: Mắc mạch hình 1.12 (Trên khối Kirchhoff Solution With Sources): Hình 1.12: Mạch Kirchhoff với nguồn độc lập a b c d e f g h i Dùng VOM đo chỉnh nguồn độc lập giá trị: 10V Viết phương trình mơ tả mối quan hệ VS1, R1 R3 Tương tự tìm phương trình mơ tả mối quan hệ VS2, R2, R3 Dùng VOM đo giá trị điện áp điện trở Ghi lại giá trị lên hình 1.13 rõ chiều dịng điện Hình 1.13 Dựa vào vịng màu điện trở suy giá trị Dùng định luật Kirchhoff (phương pháp dòng nhánh) xác định dòng điện qua điện trở Với sơ đồ mạch hình 1.13 thành phần ta xác định giải mơ hình mạch Theo bạn điện áp nút 1trên hình 1.13 (-) hay (+)so với đất Với giá trị điện áp R3 câu suy điện áp dòng điện thành phần mạch lại Từ Lâm Thanh Page 7 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH j So sánh kết tính tốn với kết qua đo dòng điện điện áp.Nhận xét k Dùng VOM chỉnh lại giá trị điện áp nguồn độc lập : 5V l Viết công thức dịng điện vịng hình 1.14 m n o p Hình 1.14 Tính giá trị dịng điện vòng => Chiều dòng điện, điện áp R3 => Giá trị IR3 VR3 Đo điện áp R3 so sánh với kết câu m.Nhận xét Với liệu có ta xác định điện áp R1 R2 chưa? So với phương pháp dịng nhánh phương pháp dịng vịng có ưu điểm hơn? 2.5 Phương pháp nút phương pháp xếp chồng: 2.5.1 Phương pháp xếp chồng: Mắc mạch hình 1.15 (Trên khối Supersition): Hình 1.15 Phương pháp xếp chồng a b c d Chỉnh giá trị nguồn về: 10V Dựa vào vòng màu xác định giá trị điện trở R1, R2, R3 Tính ghi lại giá trị điện trở R3//R1, R3//R2 Dùng phương pháp xếp chồng tính giá trị điện áp R1, R2, R3 Từ Lâm Thanh Page 8 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH e Ngắn mạch nguồn VS2 Đo VA (với VA đáp ứng R3 tác động nguồn VS1).Ghi lại giá trị vào hình 1.15 f Bỏ ngắn mạch nguồn VS2 ngắn mạch nguồn VS1 Đo VB (với VB đáp ứng R3 tác động nguồn VS2).Ghi lại giá trị vào hình 1.15 g Với kết bước => VR3 h Đo trực tiếp điện áp R1, R2, R3 Nhận xét kết tính tốn lý thuyết với kết đo trực tiếp kết đo theo phương pháp xếp chồng 2.5.2 Phương pháp nút: Mắc mạch hình 1.16 (Trên khối Supersition): Hỉnh 1.16: Phương pháp nút a Chỉnh nguồn giá trị: 10V b Dùng phương pháp nút tính giá trị điện áp dòng điện thành phần mạch c Tính độ dẫn điện điện trở d Dùng VOM đo điện áp R3 Nhận xét giá trị đo với giá trị tính tốn 2.6 Phương pháp Thevenin/Norton: 2.6.1 Phương pháp Thevenin: Mắc mạch hình 1.17 (trên khối Thevenin Circuits): Hỉnh 1.17: Mạch Thevenin a Hãy xác định thành phần mạch bị thay mơ hình Thevenin b Tính giá trị RTH c Ngắn mạch nguồn VS ráp mạch để đo giá trị RTH So sánh với kết tính toán Từ Lâm Thanh Page 9 BÀI 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH d Tính ghi lại giá trị VTH e Ráp mạch dùng VOM để đo áp VTH, xác định chiều áp VTH.So sánh kết với câu d nhận xét f Tính ghi lại giá trị dòng qua tải điện áp tải g Đo điện áp rơi tải R3 So sánh với kết tính tốn dùng mơ hình mạch Thevenin h Nhận xét giá trị đo giá trị tính tốn áp dụng mơ hình mạch Thevenin khơng áp dụng phương pháp Thevenin có khác biệt khơng sao? Ráp mạch hình 1.18: Hình 1.18 *Ghi chú: R2 khơng phải tải mạch a Chỉnh nguồn giá trị: 10V b Thành phần bị thay mơ hình mạch Thevenin c Tính giá trị RTH d Ráp mạch đo giá trị RTH so sánh với kết câu c e Tính ghi lại giá trị VTH f Ráp mạch đo nguồn VTH so sánh với kết câu e g Lắp thêm tải R3 vào mạch Tính dịng qua tải R3 h Đo điện áp tải R3 =>dòng điện qua tải R3.So sánh với kết tính tốn phương pháp Thevenin 2.6.2 Phương pháp Thevenin mạch cầu: Lắp mạch hình1.19 (Trên khối Thevenin a bridge circuit): Từ Lâm Thanh Page 10 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG 100Hz 10 ms 20kHz 50 us 40kHz 25 us Bảng 3.1: Dữ liệu mạch lọc thơng thấp RC d Tính mức điện áp ngõ VC1 điểm -3dB e Thay đổi tần số VGEN để ngõ có giá trị giá trị vừa tính câu d,xác định tần số cắt fc f Vẽ đặc tuyến biên độ (dB) theo tần số (Hz) g Xác định độ suy giảm dB /octave h Xác định dộ suy giảm dB /decade 50kHz 500 kHz 2.1.2 Mạch lọc thông thấp RL: Hình 3.9 Mạch lọc thơng thấp RL Mắc mạch LOW PASS FILTER RL hình 3.9 a Tính tần số cắt với giá trị cho hình 3.9 b Đặt VGEN sóng sine với Vpp =15 V, f=1Khz Dùng dao động kí quan sát VR2, thay đổi tần số máy phát từ 1kHz đến 50 kHz Nhận xét c Thay đổi tần số máy phát (biên độ không đổi) ghi giá trị vào bảng 3.2 (dB=20log(Vout/V1kHz)) Tần số Chu kì Vout (VR2) dB 1kHz ms 40kHz 25 us 80kHz 12.5 us Bảng 3.2: Dữ liệu mạch lọc thơng thấp RL d Tính giá trị VR2 điểm -3dB e Vẽ đặc tuyến biên độ (dB) theo tần số (Hz) Từ Lâm Thanh Page 31 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG f Thay đổi tần số máy phát để VR2 có giá trị câu d, xác định tần số cắt fc g Điền trị số tìm câu f vào đồ thị câu e h So sánh biên độ ngõ tần số 40kHz 80kHz i Tín hiệu có tần số 1kHz có truyền qua với suy giảm hay bị chặn lại với suy giảm lớn j So sánh mạch lọc RC RL 2.2 Mạch lọc thông cao: 2.2.1 Mạch lọc thơng cao RC: Hình 3.10 Mạch lọc thông cao RC Mắc mạch HIGH PASS FILTER RC hình 3.10 a Từ trị số hình 3.10 tính tần số cắt b Đặt VGEN sóng sine có Vpp =15 V, f =100kHz Thay đổi tần số máy phát từ 100kHz xuống 100Hz, quan sát VR2 Nhận xét c Đo VR2 tần số bảng 3.3 (biên độ máy phát không thay đổi) (dB=20log(Vout/V500kHz)) Tần số Chu kì Vout (VR2 ) dB 100 Hz 10 ms kHz 200 us 500 kHz us Bảng 3.3: Dữ liệu mạch lọc thông cao RC d Tính điện áp ngõ điểm -3dB e Vẽ đặc tuyến biên độ ngõ (dB) theo tần số (Hz) Xác định biên độ ngõ (dB) điểm 500 Hz kHz f Thay đổi tần số máy phát để điện áp ngõ đạt giá trị câu d Tìm tần số cắt mạch g Xác định độ suy giảm (dB/decade) từ 5kHz đến 500Hz h Nhận xét ảnh hưởng tụ đến tần số cắt Từ Lâm Thanh Page 32 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG 2.2.2 Mạch lọc thông cao RL: Hình 3.11 Mạch lọc thơng cao RL Mắc mạch HIGH PASS FILTER RL hình 3.11 a Từ trị số hình, tính tần số cắt mạch lọc fc b Đặt máy phát: Vpp=15V, f =100kHz, sóng sine Thay đổi tần số máy phát từ 100kHz đến 1kHz Quan sát điện áp ngõ VL1, nhận xét c Xác định giá trị điện áp ngõ điểm -3dB d Thay đổi tần số máy phát để ngõ có giá trị câu c, tìm tần số cắt fc e Xác định độ suy hao (dB/octave) tần số có giá trị ½ fc f Xác định độ suy hao (dB/decade) tần số có giá trị ( ) fc g Từ câu e câu f vẽ gần đặc tuyến biên độ (dB) theo tần số h Nhận xét ảnh hưởng L đến fc 2.3 Mạch lọc thông dải: 2.3.1 Mạch lọc thơng dải nối tiếp: Hình 3.12: Mạch lọc thơng dải mắc nối tiếp Mắc mạch SERIES BAND PASS FILTER hình 3.12 Từ Lâm Thanh Page 33 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG a Đặt VGEN =15Vpp sóng sine Thay đổi tần số VGEN từ 5kHz đến 50kHz Nhận xét điện áp ngõ Vout b Đo điện áp rơi R2 Thay đổi tần số VGEN để xảy tượng cộng hưởng, đo ghi lại giá trịđiện áp ngõ R2 c Đo chu kì tính tần số cộng hưởng fr ghi vào bảng 3.4 : R2 =1.5k fr f1 f2 BW Q d e f g h i Bảng 3.4 Xác định điện áp ngõ V-3dB Giảm tần số máy phát, quan sát điện áp ngõ Vout, Vout đạt giá trị câu d, đo chu kì tính tần số cắt f1, ghi vào bảng 3.4 Tăng tần số máy phát qua fr quan sát Vout, Vout đạt V-3dB, đo chu kì tính tần số cắt f2, ghi vào bảng 3.4 Tính BW, Q ghi vào bảng 3.4 Tính Q cơng thức lý thuyết, so sánh kết câu Nhận xét Nhận xét ảnh hưởng R2 đến Q BW 2.3.2 Mạch lọc thơng dải song song: Hình 3.13 Mạch lọc thơng dải mắc song song Mắc mạch PARALLEL BAND PASS FILTER hình 3.13 a Đặt VGEN = 15Vpp, f =5kHz, sóng sine Thay đổi tần số VGEN để mạch đạt cộng hưởng Đo chu kì sóng ra, tính tần số cộng hưởng fr Ghi vào hình 3.14 b Đo ghi Vout vào hình 3.14 Từ Lâm Thanh Page 34 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG Hình 3.14 c Sử dụng giá trị Vout câu trên, xác định V-3dB ghi vào hình 3.14 d Giảm tần số máy phát xuống frđể Vout đạt giá trị V-3dB, đo chu kì tần số cắt f1 ghi vào hình 3.14 e Tăng tần số máy phát qua fr quan sát Voutkhi Vout đạt V-3dB, đo chu kì tính tần số cắt f2 ghi vào hình 3.14 f Tính BW, Q g Tính Q cơng thức, so sánh với kết câu f Nhận xét h Thay đổi VGEN từ 5kHz đến 50kHz, quan sát điện áp ngõ ra, nhận xét i Thay đổi R1 ảnh hưởng đến Q 2.4 Mạch lọc chắn dải: 2.4.1 Mạch lọc chắn dải nối tiếp: Hình 3.15 Mạch lọc chắn dải mắc nối tiếp Mắc mạch SERIES BAND STOP FILTER hình 3.15 (Ngắn mạch R2): a Chỉnh VGEN =15 Vpp, f =1 kHz, sóng sine Đo ghi lại Vout Từ Lâm Thanh Page 35 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG b Thay đổi tần số máy phát để mạch đạt cộng hưởng, ghi tần số cộng hưởng fr vào bảng 3.5 R1 =1.5K fr f1 f2 BW Q Bảng 3.5 c Tính ghi lại điện áp ngõ tần số cắt V-3dB Điền vào hình 3.16 Hình 3.16 d Giảm tần số máy phátquan sát Vout để đạt V-3dB câu c, xác định tần số cắt f1 ghi vào bảng 3.5 e Tăng tần số máy phátquan sát Vout để đạt V-3dB câu c, xác định tần số cắt f2 ghi vào bảng 3.5 f Tính BW, Q ghi vào bảng 3.5 g Tính Q cơng thức lý thuyết, so sánh với Q h Nhận xét R1 ảnh hưởng đến BW Q 2.4.2 Mạch lọc chắn dải song song: Hình 3.17: Mạch lọc chắn dải song song Từ Lâm Thanh Page 36 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG Mắc mạch PARALLEL BAND STOP FILTER hình 3.17 a Chỉnh VGEN =15Vpp, f =1kHz, sóng sine b Lặp lại bước từ câu b dến câu h, điền thông số vào bảng 3.6 R1 =1.5k fr f1 f2 BW Q Bảng 3.6 V Ôn tập mở rộng: Nêu cơng thức tính tần số cắt mạch lọc RC, RL Tính Q mạch RLC thơng dải nối tiếp song song Khi ta thay đổi giá trị tụ C Q có thay đổi khơng? Tại mạch lọc RLC lại gọi mạch lọc thụ động? Các mạch lọc thông cao RC thông thấp RC khác Tương tự cho mạch RL Nếu mạch RC hình (R//C) có gọi mạch lọc khơng? Nếu tính tần số cắt mạch? Mạch RLC thông dải nối tiếp mạch RLC dải ngừng nối tiếp khác nào? Tại tần số cộng hưởng tổng trở mạch RLC nối tiếp thơng dải ngăn dải có giá trị nào? Hãy vẽ mạch lọc thông thấp, thông cao gồm phần tử RLC Từ Lâm Thanh Page 37 BÀI 3: MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG Từ Lâm Thanh Page 38 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM I.Mục đích: -Giúp sinh viên làm quen cách thức vận hành thao tác thiết bị thí nghiệm -Trang bị cho sinh viên kiến thức để vận hành làm quen với dụng cụ thí nghiệm II.Giới thiệu: Thiết bị thí nghiệm mơn Lý thuyết mạch bao gồm: Máy dao động kí KENWOOD CS-4125 Máy phát sóng KENWOOD AG-203D KENWOOD FG-273A VOM SANWA YX 360 TRF Bộ nguồn F.A.C.E.T:Lab-Volt Base Unit Kit thí nghiệm DC Network,AC2 Fundamentals 1/ Dao động kí (Oscilloscope)KENWOOD CS-4125: Hình1: Dao động kí 1.1/Tổng quan: Dao động kí thiết bị dùng để hiển thị đo đạc tín hiệu điện khơng điện (tín hiệu từ cảm biến về) dạng sóng, xung vv….Một dao động kí thường gồm kênh biểu diễn dạng sóng theo thời gian hay theo đại lượng đưa vào Dao động kí ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như:kĩ thuật, khoa học, viễn thông y học v.v… 1.2/Hướng dẫn sử dụng: Ta chia Oscilloscope làm phần: a Màn hình: hình chữ nhật với 10 ngang x ô dọc sử dụng công nghệ CRT (Cathode Ray Tube) Từ Lâm Thanh Page 39 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM b Khối nguồn: gồm nút để điều chỉnh tắt mở máy, điều chỉnh độ sáng tối hình, độ nét tín hiệu v.v… • Nút Power: Tắt mở máy • Nút xoay Insensity: Chỉnh độ sáng tín hiệu • Nút xoayFocus: Chỉnh độ sắc nét tín hiệu • Nút vặn Trace Rota: Chỉnh tia sáng nằm ngang tia sáng bị nghiêng c Khối Vertical Triggering: Khối quét dọc khối kích Khối Vertical: Khối quét dọc có chức chọn tín hiệu hiển thị kênh 1, hay kênh v.v… Cần gạt Mode: CH1, CH2, ALT, ADD, CHOP • CH1: Chọn kênh • CH2: Chọn kênh • ALT: Hiển thị luân phiên kênh kênh • CHOP: Hiển thị theo kiểu đóng ngắt kênh • ADD: Hiện thị lúc kênh Nút nhấn CH2 INV: Nút để đảo tín hiệu kênh 2.VD V2 thành –V2 Nút nhấn X-Y: Nút dùng để hiển thị tín hiệu input với Với kênh CH1 trục Y (trục tung) kênh CH2 trục X (trục hoành) Khối Triggering: Khối điều khiển mạch quét đồng tín hiệu Cần gạt MODE:AUTO,NORM,FIX,TV FRAME,TV LINE • AUTO: Chế độ quét tự động • NORM: Chế độ qt bình thường, chế độ khơng có tín hiệu kích khởi mạch qt ngang khơng hoạt động khơng có tín hiệu hình • TV FRAME: Chế độ qt theo Frame tivi • TV LINE: Chế độ quét theo đường kẻ ngang hình tivi Cần gạt SOURCE: Chọn nguồn tín hiệu kích khởi chọn sai bị trơi hình: • VERT MODE: Chọn nguồn kích khởi từ khối quét dọc • CH1, CH2: Chọn kênh 1, làm nguồn kích khởi • LINE: Chọn nguồn kích khởi tần số điện lưới cung cấp (50Hz) • EXT : Tín hiệu cung cấp từ jack EXT TRIGGER Nút xoay LEVEL: Cho phép hiển thị chia tín hiệu đồng với điểm bắt đầu dạng sóng (chỉnh sai hình bị trơi) Nút dùng để điều chỉnh hình khơng bị trơi ngang hình Từ Lâm Thanh Page 40 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Nút xoay SLOPE: Chỉnh độ dốc mạch quét cạnh lên hay cạnh xuống d Khối tín hiệu vào dọc CH1, CH2 X, Y : Khối dùng để chỉnh tín hiệu vào CH1 or Y: • Nút xoay Position: Điều chỉnh vị trí tín hiệu di chuyển theo chiều dọc • Nút xoay Variable: Thay đổi giá trị tín hiệu theo chiều dọc (Bình thường ta xoay núm bên phải tới hết chữ CAL để đảm bảo máy đo chuẩn theo chiều dọc) • Knob Volts /Div: Điều chỉnh độ phân giải mức điện áp/ơ • AC-GND-DC: AC: Đo tín hiệu dạng AC mà không để ý tới DC DC: Đo tín hiệu DC AC GND: Tín hiệu nối với mass =>khơng có tín hiệu hình CH2 or X: Tương tự kênh CH1 e Khối Horizontal: Khối điều chỉnh tín hiệu quét ngang • Nút xoay Position: Chỉnh vị trí tín hiệu dịch chuyển theo chiều ngang • Nút xoay Variable:Dùng phối hợp với nút Trigger Level để chống tín hiệu bị trơi theo chiều ngang (Bình thường chỉnh nút bên phải tới chữ CAL để đảm bảo xác máy dao động kí theo bề ngang) • Nút nhấn X10 MAG:Phóng to tín hiệu theo chiều ngang 10 lần • CAL 1Vpp: Tín hiệu sóng vng chuẩn để chỉnh máy, có biên độ 1Vpp tần số 1kHz Chúng ta nắm chức máy dao động kí ta cần phải chỉnh máy chuẩn để đo đạc hiển thị xác: Mặc định sử dụng ta để giá trị sau: • Triggering ta để chế độ AUTO • Triggering SOURCE ta để chế độ VERT MODE • Các nút Var kênh CH1, CH2 Horizontal xoay hết theo chiều kim đồng hồ tới chữ CAL 2/Máy phát sóng (Function Generator) KENWOOD AG-203D: Từ Lâm Thanh Page 41 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Hình 2: Máy phát sóng 2.1/Tổng quan: Máy phát sóng thiết bị tên gọi tạo dạng sóng khác với tần số khác phục vụ cho công tác đo đạc, kiểm tra nghiên cứu Tùy theo cách thức tạo tín hiệu mà ta phân biệt máy phát sóng analog hay digital 2.2/Hướng dẫn sử dụng: Máy phát sóng KENWOOD AG-203D gồm nút sau: • Đĩa xoay tần số có giá trị từ 1-> 100 • Các nút nhấn chọn tầm: Chọn tần số x1, x10, x100, x1k, x10k ->Kết hợp nút chọn tầm dĩa xoay ta có kết tần số mong muốn • Nút chọn Waveform: Chọn kiểu sóng sóng vng hay sóng sine • Nút xoay Amplitude: Điều chỉnh biên độ tín hiệu với giá trị max 24Vpp • Nút xoay Attenuator (dB): Chỉnh độ suy hao biên độ từ 0>>50dB 3/Máy phát sóng (Function Generator) KENWOOD FG-273A: Từ Lâm Thanh Page 42 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Hình 3: Máy phát sóng Các nút nhấn chỉnh tầm tần số: 10 Hz->> 1MHz Nút xoay chỉnh giá trị từ 0->>2 ->> Kết hợp nút nhấn núm xoay ta có kết tần số mong muốn Các loại nút nhấn chọn loại tín hiệu ra: sóng vng, sine hay sóng tam giác Nút xoay Amplitude chỉnh biên độ tín hiệu ra:Max 23Vpp Nút Push TTL/Pull CMOS ADJ: Khi nút cho tín hiệu sóng vng TTL với biên độ Vpp cố định ngõ TTL/CMOS Khi ta kéo nút lên ngõ TTL /CMOS tín hiệu sóng vng CMOS có biên độ thay đổi từ 5V->15V Offset /Pull ADJ: Nút điều chỉnh offset ngõ ra, muốn điều chỉnh phải kéo núm vặn, ta vặn bên trái tức dấu (-) tín hiệu có mức offset âm ngược lại ta có mức offset dương vặn bên phải tức dấu (+) Duty /Pull inv: Núm dùng để chỉnh chu kì làm việc sóng vng sóng tam giác … , kéo ta thay đổi theo hướng ngược lại so với nút không kéo -20dB, -40dB: Nút điều chỉnh suy hao ngõ mức -20dB -40dB Width /Pull on: Kéo nút cho phép mạch quét thay đổi độ rộngxung TTL /CMOS phải kết hợp với kéo nút Rate Rate /Pull log: Kéo núm thực quét theo kiểu logarit 4/ VOM SANWA YX 360 TRF: 4.1/Tổng quan: Đồng hồ đo vạn dụng cụ dùng để đo dòng, áp giá trị điện trở, kiểm tra pin v.v… Đồng hồ đo có nhiều loại khác ví dụ hiển thị kim, số … 4.2/ Hướng dẫn sử dụng: Đồng hồ đo gồm nút xoay chọn tầm chỉnh chức năng, mặt kim hiển thị, nút điều chỉnh Ω probe đo - Nút xoay chỉnh chức chọn tầm: • Phần DCV nút xoay dùng để đo điện áp chiều với tầm từ 0.1VDC -> 1000 VDC Từ Lâm Thanh Page 43 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM • Phần DCA nút xoay dùng để đo dòng điện chiều với tầm đo từ 50μA -> 250 mA • Phần ACV dùng để đo điện áp xoay chiều tầm từ 10VAC > 750 VAC • Phần đo điện trở với tầm x1 -> x1k • Phần đo tụ C tới 10μF • Cuối vị trí OFF tắt máy - Màn hình hiển thị gồm vòng giá trị ứng với kiểu đo - Probe đo để kết nối với đối tượng đo với que đỏ nối với đầu âm pin VOM đầu đen nối với cực dương pin VOM - Nút chỉnh 0Ω dùng để chỉnh giá trị 0Ω 5/ Lab –Volts Base Unit: Đế thí nghiệm với nguồn DC =15V nguồn điều chỉnh tầm ±10V có sẵn khe dùng để kết hợp với kit thí nghiệm 6/ Kit DC Network Theorems, AC2 Fundamental: Kit DC Network Theorems dùng để thí nghiệm phương pháp phân tích mạch Kit AC2 dùng để thí nghiệm dạng mạch lọc thụ động thơng thấp, thơng cao, thơng dải, ngưng dải III Ơn tập mở rộng: Bài tập làm quen với thiết bị: 1-Từ máy tạo sóng AG203D tạo tín hiệu sóng vng tần số kHz biên độ 4Vpp cho hiển thị lên kênh CH1 Oscilloscope Bước 1: Thao tác bật cơng tắc nguồn máy phát sóng nhấn chọn tín hiệu xung vng sau điều chỉnh tần số chọn tầm x100 xoay đĩa giá trị 10 để có tín hiệu 1kHz Bước 2: Nhấn nút power dao động kí sau ta kết nối probe kênh CH1 với máy phát sóng Chú ý: Tín hiệu mass (dây đen ) máy phát Oscilloscope phải nối chung khơng tín hiệu bị nhiễu Chỉnh giá trị Volts /div Time /Div phần CH1 Horizontal cho tín hiệu hình cao bề ngang cho chu kì Đọc ghi lại giá trị Volt /div Time /Div sau suy chu kì tín hiệu 2-Sau ta xoay giá trị Var mục CH1 ngược chiều kim đồng hồ Ta thấy có thay đổi vềbiên độ tín hiệu Ghi lại nhận xét 3-Ta kéo nút x10 MAG bên phần Horizontal tính lại chu kì trường hợp Từ Lâm Thanh Page 44 PHỤ LỤC: THAO TÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 4-Trên máy phát sóng ta vặn nút Attenuator sang mức -20dB.Sau chỉnh lại giá trị Volt /div kênh CH1 cho dễ thấy đo giá trị 5-Biết cơng thức tính dB sau: A (dB )=20log (Vmoi /Vcu ) Với A -20 Vcu = 4Vpp Tính Vmoi so sánh với kết đo Câu hỏi mở rộng: Nêu cách đo độ lệch pha dùng dao động kí Tín hiệu CH1 CH2 phải có pha để chuyển sang xem chế độ X-Y hình trịn Từ Lâm Thanh Page 45