Tính Chất Phụ Thuộc Tần Số Của Mạch Điện Thông Qua Xác Định Đáp Ứng Tần Số Của Mạch, Khảo Sát Các Mạch Lọc Thụ Động.pdf

8j Phần tử Giá trị Đại lượng Tính theo lý thuyết Đo đư ợc % sai số µF... Chỉnh máy phát sóng sin để Uin luôn có biên độ 2 V, tần số chỉnh từ 1kHz đến khoảng 10kHz... 11 +Vẽ đặc tuyến biê

Đ䄃⌀ I H伃⌀C QU 퐃Ā C GIA TH NH PH퐃Ā H CH䤃Ā MINH 

TR唃 NG Đ䄃⌀I H伃⌀C B䄃ĀCH KHOA

TH䤃Ā NGHIỆM ĐIỆN – GIẢI T䤃ĀCH M䄃⌀CH

(EE2032)

BÁO CÁO B I TH䤃Ā NGHIỆM 2

M䄃⌀CH ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC)

GVHD: Nguyễn Thanh Phương

Tổ báo cáo thí nghiệm: Tổ 3

Lớp DT02 – HK223

Ngày thí nghiệm: 27/7/2023 Sinh viên thực hiện:

Đỗ Quang Huy 2211167

Nguyễn Thị Thuy Vy 2015120

Nguyễn Tiến Hưng 2113609

1

TP.HCM ngày 27 tháng 7 năm 2023

A MỤC ĐÍCH :

Bài thí nghi m giúp sinh viên hi u ệ ể được tính ch t ph thu c t n s cấ ụ ộ ầ ố ủa m ch ạ điện thông qua xác nh áp ng t n s cđị đ ứ ầ ố ủa mạch, khảo sát các m ch l c th ạ ọ ụ động

cơ bản và tìm hi u hi n tể ệ ượng c ng hộ ưởng (xem thêm lý thuy t chế ở ương 2 – giáo trình M ch ạ Điện I)

B ĐẶC ĐI M : Ể

Mạch lọc điện là m ch ạ điện có tính ch t cho qua (pass) các tín hi u m t ấ ệ ở ộ khoảng tần s nào ó và không cho qua (stop) các tín hi u các t n s còn l i ố đ ệ ở ầ ố ạ Mạch lọc th ụ động được thi t kế t các ph n t R, L, C và M M ch l c tích c c có ế ừ ầ ử ạ ọ ự

sự tham gia của các ph n t ngu n, ph biầ ử ồ ổ ến là các ph n t m ch bán d n hay OP-ầ ử ạ ẫ AMP Có 4 lo i m ch l c cạ ạ ọ ơ bản: m ch l c thông th p, m ch lạ ọ ấ ạ ọc thông cao, mạch lọc thông d i và m ch l c ch n d i Kh o sát m ch l c d a trên tìm áp ng t n s ả ạ ọ ắ ả ả ạ ọ ự đ ứ ầ ố của m ch l c, thạ ọ ường vi t d ng: ế ạ

𝐻 𝑗( ω) = 𝑈󰇗𝑈󰇗𝑢𝑜𝑡

𝑖𝑛 = H(j)∠  Tần s cố ắt (f ) c a m ch lc ủ ạ ọc là t n s mà ó ầ ố ở đ

|𝐻(𝑗ω)|=√21 |H(jω)| 𝑚𝑎𝑥hay tính theo độ ợ đơ l i n v dB là -3db so ị độ

lợi t i |ạ 𝐻(𝑗ω)|𝑚𝑎𝑥

Cộng hưởng là một hi n tệ ượng đặc tr ng của tính ch t thay ư ấ đổi theo t n s cầ ố ủa một nhánh mạch điện: áp và dòng s cùng pha tẽ ại t n s c ng h ng Có hai d ng ầ ố ộ ưở ạ cộng hưởng cơ bản: cộng h ng n i ti p và cưở ố ế ộng h ng song song m ch c ng ưở Ở ạ ộ hưởng RLC nối ti p, tr hi u d ng các ế ị ệ ụ điện áp trên các ph n t kháng g n c ng ầ ử ở ầ ộ hưởng s r t l n so v i ẽ ấ ớ ớ điện áp vào c a m ch (do ó m ch c ng hủ ạ đ ạ ộ ưởng n i ti p còn ố ế gọi là c ng hộ ưởng áp) m ch c ng h ng RLC song song thì dòng Ở ạ ộ ưở điện qua m c ắ lưới LC g n c ng hở ầ ộ ưởng s rẽ ất l n so v i dòng ớ ớ điện cấp cho m ch (do ạ đó m ch ạ cộng hưởng song song còn g i là c ng họ ộ ưởng dòng )

Tại t n s cầ ố ộng h ng , biên ưở độ tín hi u ngõ ra s là c c i Và kho ng t n s , ệ ẽ ự đạ ả ầ ố

2

mà ó biên ở đ độ hàm truy n t áp l n h n ề đạ ớ ơ √2 biên độ ự đạ được gọi là b ng c c i , ă thông c a m ch củ ạ ộng hưởng (ký hi u là BW) D u b ng x y ra t i tệ ấ ằ ả ạ ần s c t c a ố ắ ủ mạch cộng hưởng Có hai giá tr t n s c t : tị ầ ố ắ ần s c t d i f (hay 1) bé h n t n ố ắ ướ 1 ω ơ ầ

số c ng hộ ưởng và t n s c t trên f (hay 2) l n hầ ố ắ 2 ω ớ ơn t n s c ng h ng (xem thêm ầ ố ộ ưở các công th c tính t n s c t theo thông s m ch chứ ầ ố ắ ố ạ ở ương 2 giáo trình M– ạch Điện

I )

Băng thông của m ch c ng hạ ộ ưởng được xác định khi bi t tần s c t : ế ố ắ

BW = f f (Hz) 2 – 1

Hay: BW = ω2 − ω1 (rad/s)

Hệ s ph m chố ẩ ất Q của mạch c ng h ng có th tính b ng công th c : ộ ưở ể ằ ứ

Q = f /BW ; v i f là t n so ớ o ầ ố c ng h ng ộ ưở

(BW và t n s cùng theo th nguyên nh nhau) ầ ố ứ ư

C PH N THÍ NGHI M :Ầ Ệ

I Giá tr thông s m ch thí nghiị ố ạ ệm:

Giá tr thông s m ch thí nghiị ố ạ ệm trong bài thí nghi m này cho trong b ng sau, ệ ả trong ó R là đ L điện tr n i cở ộ ủa cu n dây trong mô hình n i tiộ ố ếp

II Mạch c ng hộ ưởng RLC nối ti p: ế

a) o t n s cĐ ầ ố ộng hưởng nối tiếp:

Thực hi n m ch thí nghi m nh Hình 1.4.1 Ch nh máy phát sóng sin u luôn có ệ ạ ệ ư ỉ để in

biên độ

3

2 V, t n s chầ ố ỉnh t 1kHz ừ đến kho ng 10kHz ả

f 0 = 2193 Hz

Hình 1.4.1: M ch cạ ộng h ng nưở ối ti p ế

b) Vẽ d ng U (f) c a m ch n i tiạ out ủ ạ ố ếp:

Mạch thí nghi m nh 1.4.1, ch nh u biên ệ ư ỉ in độ 2V, t n sầ ố thay i đổ

+ V c tuyẽ đặ ến U (f) out

c) Đo tầ n s cắố t và b ng thông m ch n i tiă ạ ố ếp:

+ T giá tr f0, gi m t t t n s máy phát cho n khi ừ ị ả ừ ừ ầ ố đế 𝑈𝑜𝑢𝑡 =1

√2𝑈𝑜𝑢𝑡 𝑓( 0)

4

+ T giá tr f , t ng t t t n s máy phát cho n khi ừ ị 0 ă ừ ừ ầ ố đế 𝑈𝑜𝑢𝑡 =

√2𝑈𝑜𝑢𝑡 𝑓( 0)

d) Bảng s li u mố ệ ạch nối tiếp:

(Với 𝑅∑ = R + R ) nt L

e) Đo góc l ch pha gi a u và u t i các tệ ữ out in ạ ần số cắt:

Góc lệch pha đo

được

Góc lệch pha theo lý thuyết

Chọn Uin= 2 0o Tại f1 = 1337 Hz

ZL = 300 j; ZC= -2257.5j π Tại f2 = 3676 Hz

ZL=768πj; ZC==− 881 8j

Phần

tử

Giá trị Đại

lượng

Tính theo lý thuyết

Đo đư ợc % sai số

µF

5

2 0

.1000 1300

(1) 0.76 45.3

(2) 0.76 49.6

out

out

out

U

U

U



=

III M ch c ng hạ ộ ưởng RLC song song:

a) Đo t n s c ng hầ ố ộ ưởng song song:

Thực hiện mạch thí nghiệm như Hình 1.4.2 Chỉnh máy phát sóng sin để Uin luôn có biên độ 2 V, tần số chỉnh từ 1kHz đến khoảng 10kHz

f0 = 2232 Hz

Hình 1.4.2: M ch cạ ộng h ng song song ưở

b) Vẽ d ng U (f) c a m ch song song:ạ out ủ ạ

Mạch thí nghi m nh 1.4.2, ch nh u biên ệ ư ỉ in độ 2 V, t n s thay ầ ố đổi (có th ể đọ ầc t n

số dùng dao động ký)

+ V c tuyẽ đặ ến U (f) out

6

c) Đo tầ n s cắố t và b ng thông m ch song song:ă ạ

+ Từ giá trị f , giảm từ từ tần số máy phát cho đến khi0 ( )0

1 2

f = 1592 Hz ; 1 Uout(f1)= 1,074 V

+ Từ giá trị f0, tăng từ từ tần số máy phát cho đến khi ( )0

1 2

f2= 3846 Hz ; Uout(f1)= 1,074 V

+ BW= f - f =3846 1592 = 2254 1 2 –

+ Q = f /BW = 0.99 0

d) Thc hi n b ng s li u mệ ả ố ệ ạch song song:

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

7

(𝐺∑= d n n p tẫ ạ ương đương c a mô hình 3 nhánh song song) ủ

e) Đo góc l ch pha gi a u và uệ ữ out in tạ i các t ần s c ố ắt:

IV. Mạch l c thông th p RC:ọ ấ

+ Th c hi n m ch thí nghi m nh Hình 1.4.3 ự ệ ạ ệ ư

thuyết

8

fc = 1582 Hz

+ Ch nh máy phát sóng sin biên ỉ để độ U có giá tr kho ng 2V, t n sin ị ả ầ ố thay i t đổ ừ

100 Hz n 100 kHz đế

+ V c tuyẽ đặ ến biên logarithm và c tuy n pha c a m ch l c độ đặ ế ủ ạ ọ

9

+ V c tuyẽ đặ ến biên và pha theo thông s m ch dùng Bode plot.độ ố ạ

10

V. Mạch l c thông cao RL:ọ

+ Th c hi n m ch thí nghi m nh Hình 1.4.4 ự ệ ạ ệ ư Đưa Uin vào CH1, Uout vào CH2 của dao động ký

Hình 1.4.4: M ch lạ ọc thông cao RL +Xác định đáp ứng tần s c a m ch U =1.41V=> f = 3.676 kHz ố ủ ạ c c

+Chỉnh máy phát sóng sin để biên độ U có giá trin ị kho ng 2V, t n s ả ầ ố thay đổi từ

100 Hz đến 100 kHz, trong đó có giá trị tần số cắt ( có th c t n s dùng dao ể đọ ầ ố động kí ) Đọc biên độ U , góc lout ệch pha φ gi a U và U ữ out indùng dao động ký và ghi vào b ng d li u: ả ữ ệ

11

+Vẽ đặc tuyến biên độ logarithm và đặc tuy n pha cế ủa mạch l c ọ

+ V c tuyẽ đặ ến biên và pha theo thông s m ch dùng Bode plot độ ố ạ

12

D D NG C THÍ NGHIỤ Ụ ỆM:

- Hộp thí nghi m và Module bài thí nghi m s 4 ệ ệ ố

- Dao động ký , DMM và c u o RLC ầ đ

- Dây n i ố

13

II M ạch quá độ ấp I RC: c

a) Ch nh d ng sóng vào m ch: Th c hi n m ch thí nghiỉ ạ ạ ự ệ ạ ệm như hình 1.5.1

Dùng dao động ký, quan sát d ng xung vuông t ngu n xung trên h p thí nghi m ạ ừ ồ ộ ệ Chỉnh máy phát xung vuông lưỡng cực đố ứng (duty cycle = 50),Biên đội x 2V , tần

số 500Hz (N u ch n Time/div = 0.5 ms thì chế ọ ỉnh nút Fre để tín hi u có chu kì là 4 ệ ô) Ghi l i d ng sóng khạ ạ ảo sát quá độ U (t) ab

b) Quan sát d ng tín hi u áp trên t dùng m ch hình 1.5.2 Ghi nh n l i d ng sóng ạ ệ ụ ạ ậ ạ ạ

Uc trên dao động ký ứng với VR1 = 2kΩ (Chọn giá tr cho VR) ị

c) Quan sát d ng tín hiạ ệu dòng điện qua t dùng m ch Hình 1.5.3 Ghi nh n l i ụ ạ ậ ạ dạng sóng ic(t) trên dao động ký ng v i VR ứ ớ 1=2kΩ Lưu ý các giá trị dòng điện tính thông qua áp trên R 0

14

d) Đo hằng số th i gian (th i h ng ) c a mờ ờ ằ ủ ạch quá độ cấp I RC:

Thời hằng c a mủ ạch quá độ ấp I RC xác đị c nh theo công th c : ứ

Tc[s]= R[Ω].C[F]

Đại lượng này có th ể đo được khi dùng m ch thí nghi m hình 1.5.2.Th t= vào ạ ệ ế Tc các bi u th c ph n c) s cho ta giá tr iể ứ ở ầ ẽ ị c(Tc), giúp ta đọc được Tc khi d a vào sóng ự

ic(t) trên màn hình dao động ký ( b ng s ô theo chi u ngang và giá tr nút ch nh ằ ố ề ị ỉ Time/div, nh chớ ỉnh các bi n tr VAR v CAL) ế ở ề

Hoàn thành b ng s li u ng v i VR ả ố ệ ứ ớ 1=2kΩ và VR = 4kΩ.2