BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GIẢI TÍCH MẠCH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GIẢI TÍCH MẠCH LỚP L18 – NHÓM 4 – HK 221 MSSV Họ và tên Điểm chấm chéo Ký tên 2111412 Phan Kế Vĩnh Hưng 2113540 Thái Quang Huy Thành.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GIẢI TÍCH MẠCH

LỚP: L18 – NHÓM 4 – HK 221

2111412 Phan Kế Vĩnh Hưng

2113540 Thái Quang Huy

Thành viên 02 – Ngày nộp: 2/11/2022

GV hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương

MỤC LỤC BÀI 4: ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ MẠCH CỘNG HƯỞNG BÀI 5: QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ MẠCH TUYẾN TÍNH

BÀI 5

QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ MẠCH TUYẾN TÍNH

A MỤC ĐÍCH

Bài thí nghiệm giúp sinh viên hiểu được một số đặc tính quá độ ở mạch tuyến tính, gồn các mạch: RL;RC và mạch RLC Thông qua các đặc tính này, sinh viên có thể kiểm nghiệm được các phương pháp phân tích mạch quá độ đã học ở phần lý thuyết,

và hiểu thêm được một số quá trình vật lý xảy ra trong các mạch quá độ thực tế

B ĐẶC ĐIỂM

Quá trình quá độ là quá trình xuất hiện khi mạch chuyển từ một chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác (xem thêm lý thuyết về phân tích mạch miền thời gian: chương 6 – giáo trình Mạch Điện II) Thông thường thời gian quá độ rất ngắn nên để quan sát quá trình quá độ người ta có thể sử dụng nguồn kích thích chu kỳ có biên độ biến thiên đột ngột (đóng mở theo chu kỳ đủ lớn cho phép theo dõi được quá trình quá

độ diễn ra trong mạch)

C PHẦN THÍ NGHIỆM

I Thông số thí nghiệm

Thông số trong các mạch thí nghiệm của bài này cho trong bảng sau, trong đó RL là điện trở trong mô hình nối tiếp của cuộn dây

II Mạch quá độ cấp I RC:

a) Chỉnh dạng sóng vào mạch: Thực hiện mạch thí nghiệm như Hình 1.5.1 Dùng dao động ký, quan sát dạng xung vuông từ nguồn xung trên hộp thí nghiệm Chỉnh máy phát xung vuông lưỡng cực đối xứng (duty cycle = 50), biên độ 2V, tần số 500 Hz (nếu chọn Time/div = 0.5 ms thì chỉnh nút Fre để tín hiệu có chu kỳ là 4 ô) Ghi lại dạng sóng khảo sát quá độ uab (t)

b) Quan sát dạng tín hiệu áp trên tụ dùng mạch Hình 1.5.2 Ghi nhận lại dạng sóng uc trên dao động ký ứng với VR1 = 2 kΩ (chọn giá trị cho VR)

c) Quan sát dạng tín hiệu dòng điện qua tụ dùng mạch Hình 1.5.3 Ghi nhận lại dạng sóng ic(t) trên dao động ký ứng với VR1 = 2kΩ Lưu ý các giá trị dòng điện tính thông qua áp trên R0

KIỂM CHỨNG TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT : Giả sử quá trình uab = -2V là xác lập Tại t = 0, uab thay đổi từ -2V đến 2V : Dùng tích phân kinh điểm hay toán tử Laplace, cho biết dạng áp trên tụ và dòng qua tụ ở mạch quá độ cấp I RC khi t>0 có biểu thức :

uc(t) = 2−4.e −10132t(V)

ic(t) = 2 10−3.e −10132t(A)

d) ĐO HẰNG SỐ THỜI GIAN CỦA MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP 1 RC: Thời hằng của mạch quá độ cấp I RC xác định theo công thức:

τc [s] = R[Ω].C[F]

Đại lượng này có thể đo được khi dùng mạch thí nghiệm Hình 1.5.2 Thế t = τc vào các biểu thức ở phần c) sẽ cho ta giá trị ic(τc), giúp ta đọc được τc khi dựa vào dạng sóng

ic(t) trên màn hình dao động ký (bằng số ô theo chiều ngang và giá trị nút chỉnh

Time/div, nhớ chỉnh các biến trở VAR về CAL) Hoàn thành bảng số liệu sau ứng với

VR1 = 2 kΩ và VR2 = 4 kΩ

uab (thay

đổi) τVRc tính toán(ms)1 VR2 iVRc(τc1)(mA) VR2 τVRc đo được (ms)1 VR2

Từ -2V ->

2V 0,094 0,188 0,7716 0,2977 0,08 0,2

III MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP I RL:

a) Chỉnh dạng sóng vào mạch: Thực hiện mạch thí nghiệm như Hình 1.5.4 Dùng dao động ký, quan sát dạng xung vuông từ nguồn xung trên hộp thí nghiệm Chỉnh máy phát xung vuông lưỡng cực đối xứng (duty cycle = 50), biên độ 2V, tần số 500 Hz (nếu chọn Time/div = 0.5 ms thì chỉnh nút Fre để tín hiệu có chu kỳ là 4 ô) Ghi lại dạng sóng khảo sát quá độ uab (t)

b) Quan sát dạng tí n hiệu áp trên tụ dùng mạch Hình 1.5.5 Ghi nhận lại dạng sóng u c trên dao động ký ứng với VR 3 = 100 Ω.

c) Quan sát dạng tín hiệu dòng điện qua tụ dùng mạch Hình 1.5.6 Ghi nhận lại dạng sóng trên dao động ký ứng với VR3 = 100 Ω

KIỂM CHỨNG TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT : Giả sử quá trình uab = -2V là xác lập Tại t = 0, uab thay đổi từ -2V đến 2V : Dùng tích phân kinh điển hay toán tử Laplace, cho biết dạng áp trên tụ và dòng qua tụ ở mạch quá độ cấp I RL khi t>0 có biểu thức :

uL(t) = 1,2+1,6 e −5000t(V)

iL(t) = 4.10 −3.(1−e −10132t)(A)

d) ĐO HẰNG SỐ THỜI GIAN CỦA MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP 1 RC: Thời hằng của mạch quá độ cấp I RL xác định theo công thức:

τc [s] = L[H]/ R[Ω]

Đại lượng này có thể đo được khi dùng mạch thí nghiệm ở Hình 1.5.6 Thế t = τL vào các biểu thức ở phần c) sẽ cho ta giá trị iL(τL), giúp ta đọc được τL khi dựa vào dạng sóng iL(t) trên màn hình dao động ký (bằng số ô theo chiều ngang và giá trị nút chỉnh Time/div, nhớ chỉnh các biến trở VAR về CAL) Hoàn thành bảng số liệu sau ứng với

VR3 = 100 Ω và VR4 = 400 Ω

uab (thay đổi) τL tính toán(ms) iL(τL)(mA) τL đo được (ms)

VR3 VR4 VR3 VR4 VR3 VR4

Từ -2V -> 2V 1,000 0,1250 3,9460 -0,2821 0,9886 0,1387

IV MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP II RLC:

a) Chỉnh dạng sóng vào mạch: Thực hiện mạch thí nghiệm như Hình 1.5.7 Dùng dao động ký, quan sát dạng xung vuông từ nguồn xung trên hộp thí nghiệm Chỉnh máy phát xung vuông lưỡng cực đối xứng (duty cycle = 50), biên độ 2V, tần số 500 Hz (nếu chọn Time/div = 0.5 ms thì chỉnh nút Fre để tín hiệu có chu kỳ là 4 ô) Ghi lại dạng sóng khảo sát quá độ uab (t)

b) Đo điện trở tới hạn của mạch quá độ cấp II: Dùng mạch thí nghiệm như trên Hình 1.5.8 Từ giá trị VR = 500 Ω, tăng từ từ VR (mỗi bước 100 Ω, chỉnh tinh dùng biến trở

10 Ω) và quan sát tín hiệu uc(t) trên dao động ký cho tới khi đạt chế độ tới hạn Ghi số liệu

(Công thức lý thuyết tính điện trở tới hạn là : Rth = 2√L/C)

Rth tính theo lý thuyết Rth đo được % sai số

c) Quan sát dạng tín hiệu áp trên tụ điện dùng mạch Hình 1.5.8 Quan sát dạng tín hiệu dòng qua tụ điện dùng mạch Hình 1.5.9 Cho biết mạch quá độ đang làm việc ở chế độ nào và ghi nhận lại dạng sóng trên dao động ký ứng với các chế độ đó

TH1) VR = 500 Ω:

Mạch quá độ ở chế độ: DAO ĐỘNG

Dạng áp trên tụ đo được: Dạng dòng qua tụ đo được:

TH2) VR = Rth – 400 Ω:

Mạch quá độ ở chế độ: TỚI HẠN.

Dạng áp trên tụ đo được: Dạng dòng qua tụ đo được:

TH3) VR = 4 kΩ:

Mạch quá độ ở chế độ: DAO ĐỘNG.

Dạng áp trên tụ đo được: Dạng dòng qua tụ đo được:

d) KIỂM CHỨNG TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT: Giả sử quá trình uab = –2V là xác lập Tại t

= 0, uab thay đổi từ –2V đến 2V: Dùng tích phân kinh điển hay toán tử Laplace, cho biết dạng điện áp và dòng qua tụ điện ở mạch quá độ cấp II RLC khi t > 0 có biểu thức:

TH1) Mạch ở chế độ DAO ĐỘNG:

uL(t) = 2+e −45 00 t (−1,30.sin 13875 t−4,00.cos13875 t )(V)

iL(t) = 0,03 sin 13875t e −4500t (A)

TH2) Mạch ở chế độ TỚI HẠN:

uL(t) = 2+e −14586,41t (−58344 t−4)(V)

iL(t) = 2,74 10−3 e −14586,41t (A)

TH3) Mạch ở chế độ DAO ĐỘNG:

uL(t) = 2−4,67 e −5532,78t +0,67 e −38469,23t(V)

iL(t) = 1,2.10−3.(e −5532,78t −e −38469,23t) (A)

e) XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO CHẾ ĐỘ DAO ĐỘNG: Theo kết

quả ở phần d), khi mạch quá độ cấp II ở chế độ dao động, phương trình đặc trưng của mạch có dạng:s2+ R s L + 1L.C =s2+2.α s+ω02

với nghiệm phức:

s1,2=−R

2 L ± j√ω02 −( R

2 L)2

=−α ± jβ Dòng điện qua tụ có biểu thức: ic(t) = 4 e βL −αt .sin ⁡( βt) và dạng tín hiệu dòng như hình 1.5.10

Ta có : T ¿2π

β =3,2 10

T2=e α πβ=3,2

Đọc giá trị T và I1 và I2 trên màn hình dao động ký ứng với VR = 500 Ω Từ đó suy ra α và

β So sánh giá trị tính theo thông số mạch ?

Giá trị đo được Giá trị tính được

f) ĐO R TỚI HẠN CỦA MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP II RLC SONG SONG: Dùng mạch thí nghiệm như trên Hình 1.5.11 Từ giá trị VR = 100 Ω, tăng từ từ VR (mỗi bước 100Ω, chỉnh tinh dùng biến trở 10Ω) và quan sát tín hiệu uout(t) của mạch song song trên dao động ký cho tới khi đạt chế độ tới hạn Ghi số liệu Cho biết giá trị này tính theo thông số mạch?

=> Rth = 3000 Ω

D DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:

Hộp thí nghiệm

Module bài thí nghiệm số 5

Dao động ký

DMM và cầu đo RLC

Dây nối