Thí nghiệm điện động bài 3 bài 4

KHẢO SÁT MẠCH RLC Ở CHẾ ĐỘ TỰ DO (QUÁ ĐỘ)KHẢO SÁT MẠCH RLC Ở CHẾ ĐỘ CƯỠNG BỨC (XÁC LẬP)KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNGI.QUAN SÁT, ĐO ĐIỆN ÁP TRÊN MÀN HÌNH DAO ĐỘNG KÝ VÀ MÁY ĐO ĐA NĂNG:Đáp ứng tự do (quá độ) là đáp ứng khi mạch được đặt dưới một kích thích đột ngột ví dụ như dạng bước nhảy điện áp hoặc dòng điện.Khảo sát mạch như hình sau : ta mắc nối tiếp điện trở R0,cuộn cảm (L,r0) và tụ điện C,cho GBF phát điện áp dạng bước nhảy (xung).

GVGD: TS. NGUYỄN THANH NAM GVHD: GV. DƯƠNG ĐIỀN THU 

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 

 

MỤC LỤC

 

1 Báo cáo Bài Thí nghiệm số 3 ………2

2 Báo cáo Bài Thí nghiệm số 4 ……… 17

 

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 

Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 KHẢO SÁT MẠCH RLC Ở CHẾ ĐỘ TỰ DO (QUÁ ĐỘ)

 Nhóm thí nghiệm số : VP2016-A07 

 Khảo sát đáp ứng điện áp trên tụ của một mạch RLC nối tiếp, khi toàn mạch được kích thích bởi một máy phát điện áp dạng bước nhảy E (có giá trị 0 trong nửa chu kỳ và cung cấp điện áp không đổi E trong nửa chu kỳ còn lại). 

 

0 0 2

Máy phát điện áp

2) Giải phương trình vi phân trên với các sơ kiện u(0) =0 và du/dt(0) =0, tương đương với việc đóng vào mạch một nguồn áp E (tại t=0) 

Nghiệm riêng :  ur= e(t)  Vậy nghiệm tổng quát : 

1 4 Thời gian đặc trưng :  

= 2   Đây là chế độ có dao động . 

3) Trong 3 trường hợp trên ta thấy thời gian đặc trưng ở trường hợp tới  hạn là nhỏ nhất do đó tồn tại  =  đặc trưng cho tốc độ thiết lập trạng thái  cuối của u(t). 

4) Cho T >> tc và tại T/2 ta ngắn mạch nguồn e(t) = E. 

0 0 0

ta cũng sẽ nhận được 3 trường hợp ứng với Δ<0 , Δ=0 và Δ>0. Nghiệm nhận  được tương tự như trên nhưng không còn nguồn E nữa. 

5) Ta kích thích mạch bằng xung vuông điện áp (0,E) có chu kỳ T >5tc để  mạch trở lại xác lập trước khi quay lại chế độ quá độ khi xung nhảy. Các biểu  thức uc(t) được trình bày trên. 

 

II KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ MẠCH RLC NỐI TIẾP:

Cuộn cảm sử dụng trong mạch có độ tự cảm L và điện trở trong r0.Trước  tiên ta đo 2 giá trị này. 

 

0

.2

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 

Ta lấy giá trị trung bình của 2 lần đo: L = 16,5 mH; r = 2,775 Ω

Nhận xét:  Với 2 cách đo trên ta thấy giá trị L sai khác nhiều so với trị số trên  dụng cụ,cho nên vẫn chưa phải là cách tối ưu để đo L. 

 Đo C

 

Chọn trên hộp tụ giá trị C sao cho điện trở tới hạn của mạch là 2190,89Ω ,

sử dụng phép đo tương tự trên để kiểm tra lại giá trị C.Ta chỉnh trên hộp tụ C= 15µF. 

Lắp mạch như hình bên với các thông số : GBF phát sóng hình sin e(t)  với tần số f = 1000Hz, R0 = 50Ω  

Áp dụng cầu chia áp ta có 

= +

Tần số cộng hưởng :

III QUAN SÁT VÀ HIỂN THỊ CÁC CHẾ ĐỘ KHÁC NHAU:

Thay  đổi  giá  trị  R0  từ  10Ω  đến  100kΩ,  quan  sát  dạng  của  e(t)  cung  cấp  bởi  GBF, quan sát trên dao động ký và vẽ lại tín hiệu u(t) giữa 2 đầu tụ ứng với ít nhất 4 giá trị điện trở khác nhau sao cho thể hiện rõ được chế độ tắt dần,tới hạn và dao động tắt dần. 

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 

2 R0 = 1000 Ω (chế độ dao động tắt dần)

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 

3 R0 = 2100 Ω (chế độ tới hạn) 

4 R0 = 3000 Ω (chế độ không dao động) 

 

Nhận xét : Sai số chủ yếu ở đây là do sai số từ việc quan sát trên dao  động ký.Dù ta đưa độ chia về nhỏ cũng không thể nhận biết chính xác bước  chuyển từ có dao động sang không dao động.Ngoài ra còn có sai số của dụng cụ  đo,tuy nhiên sai số này không đáng kể. 

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3  

Thực nghiệm ta sử dụng dao động ký đo độ giảm biên độ sau mỗi chu kì của chế độ dao động tắt dần suy ra được giá trị Q thực nghiệm. 

p o

T f

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 

       

Các giá trị đo được : 

  u(t) = 8,4 V u(t+Tp) = 3,4 V

δ = 0,904 Tp = 38 μs

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 

Suy ra : Q =

2 2

14





 = 3,51 Theo lý thuyết ta có : Q = 2,42

Sai số : ΔQ/Q = 45,04 %

2

2

11

4

P

LC T

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 3 Các giá trị đo được : 

δ = 1,83 Tp = 36 μs

Suy ra : Q =

2 2

14





 = 1,788 Theo lý thuyết ta có : Q = 1,041

Sai số : ΔQ/Q = 71,76 %

2

2

11

4

P

LC T

E E e 

 ). 

0 01

EU

EU

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4 

0

2 0 2 0

EU



 Khi 0 thì  0 nên u t  trễ pha hơn ( ) e t  ( )

 Khi 0 thì  0 nên u t  sớm pha hơn ( ) e t  ( )

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4 Với R , cuộn dây vòng và tụ điện chọn tương tự như bài TN số 3 sao cho điện trở tới 0hạn và khoảng k. 

0 0 1



 Khi 0 thì  0 nên u t  trễ pha hơn ( ) e t  ( )

 Khi 0 thì  0 nên u t  sớm pha hơn ( ) e t  ( )

 

 

Thực nghiệm:

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4  

E RU

 

 

 

 

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4 Đây là tần số cộng hưởng của mạch RLC đã xét ở phần I. 

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4 

4 Chế độ quét dọc XY

 Ở chế độ quét dọc XY, ta có thể dễ dàng nhận biết tần số cộng hưởng f0 . 

 Vì ở chế độ này, hiển thị trên màn hình là một hình elip do e(t) và u(t) có sự lệch pha.  

 Khi chỉnh cho tần số biến đổi đến gần tần số cộng hưởng thì độ lệch pha giữa e(t) 

và u(t) càng giảm, elip càng dẹt.  

 Đến khi trên màn hình, đồ thị là một đường thẳng thì lúc đó e(t) và u(t) cùng pha với  nhau  (vị  trí  cộng  hưởng).  Lúc  này,  dễ  dàng  đọc  được  tần  số  cộng  hưởng  trên  máy phát. 

 Đồ thị quan hệ của e(t) và u(t) ở chế độ quét dọc XY, khi cộng hưởng: 

 

      

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4 

   Chậm pha: 

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4 Nhanh pha 

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4  

Ta có  giới hạn dải thông,tức là tại đó: 

=

√2  

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4   Vậy chỉ cần chỉnh tần số và quan sát trên dao động ký ∆ = ±45  

  Khi đó ta sẽ có 2 giá trị giới hạn tần số của dải thông. 

 

Đồ thị  = -45o 

  

  

Điện – Điện động học    Báo cáo bài Thí nghiệm số 4 

Đồ thị  = 45o