KHẢO sát MẠCH RLC ở CHẾ độ CƯỠNG bức (xác lập AC) KHẢO sát HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

Bài Thí nghiệm số 03KHẢO SÁT MẠCH RLC Ở CHẾ ĐỘ CƯỠNG BỨC XÁC LẬP AC KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG TRƯỜNGĐẠIHOC BÁCH KHOA– ĐHQGTP.HCM Chương trình KS CLC Việt – PhápĐiện-Giảitíchmạc

Bài Thí nghiệm số 03

KHẢO SÁT MẠCH RLC Ở CHẾ ĐỘ CƯỠNG BỨC (XÁC LẬP AC)

KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

TRƯỜNGĐẠIHOC BÁCH KHOA– ĐHQGTP.HCM

Chương trình KS CLC Việt –

PhápĐiện-Giảitíchmạch(EE2011)

ĐIỆN–GIẢITÍCHMẠCH(EE2031)

GVHD: TS.NguyễnThanh Nam

THỰCHIỆNONLINETHÁNG04/2022

Nhóm thí nghiệmsố : – 49 P01

Chọn A=3, B =1 C =9D =4

MỤCLỤC

I Mụcthí nghiệmTN03-A: ĐÁPỨNGTẦN SỐ-ĐOTHÔNGSỐPHỨC 2

1.Đocácgiá trịchỉdùng máyđođanăngVOM 2

2.Đođạcgiátrị (L,r) chỉ dùngoscillo: 5

II MụcthínghiệmTN03-B:KHẢOSÁTĐÁPỨNGHOẠTẦNMẠCH RLCNỐITIẾP 9

1/ Vẽ sơ đồ nguyên lý và sơ đồ linh kiện và dụng cụ tương ứng với CH1 – e(t) và CH2 –u(t) .9 2/Chọn thông sốlàmthí nghiệm: 12

3/Dẫnxuấtlý thuyếttính𝑚𝟎, tầnsốriêng củamạchvàhệsốphảm chấtQ 12

4/Đodải thông và tínhQ thựcnghiệm 13

5/ChuyểnOscillo sangchếđộXY 14

6/Khảosátchuyểnđộngphau(t)vàe(t) 15

5 4 3 2 1

I.

Mục thí nghiệmTN03-A :ĐÁP ỨNGTẦNSỐ-ĐOTHÔNGSỐPHỨC

1. Đocácgiátrịchỉdùng máyđo đanăngVOM

a) Đođượcđiệntrở

rL=X =(15+3 +1)/2=9,5

ThaotáctrênVOM:

Nốicápr1,b1vàoVOM(2),VOM(1)Nhấ

nVOM(8) đo điện trở

NhấnVOM(1)chọnthangđo

b) Mạch3Voltkế

TN03-A1b Mạch phức 5 phần tử E, rg, L, rL,

𝜑 Giảnđồvector

Diễnxuấtcông thứctínhL vàrL

c) Bỏquagiá trịrL

UR= 250 mV =

0,25VUL= 500 mV =

0,5 VRx=300

𝜔=2𝜋𝑓 =10000𝜋 rad/s

Dựavàocôngthứcbêntrên tính đượcL =0.019H=19 mH

d) Giữthông số mụcc) tính đượcU E(V3) = 0,559 V

NếurL=9,5U E(V3) =0.563

Saisốso vớikhi bỏ quarLl à r ấ tnhỏ, không làmthay đổi đáng kểkết

quảNhưvậy cần chọn Rxđủ lớn đểphép đochính xác hơn

2. Đođạcgiá trị(L,r)chỉdùngoscillo:

a) Sơđồ linh kiện

TN03-A2a(P01-49,ngày03/05/2022)

Sơđồnguyên lý

- Cần đo giá trị hiệu dụng của hai tín hiệu trên kênh CH1:e(t) và CH2:u(t) Biết đượcgóc lệch pha phi để từ đó có thể tính được UL Áp dụng lại công thức tính rL, L

ởphầntrước(TN03-Ab)đểtìm L2vàr2

• Cáchđođạc:

- Sử dụng chức năng đo tự động tại nút AUTO/MENU OFF (46) để đo trị hiệu dụngcủaCH1:e(t)vàCH2:u(t)

- Sử dụng chức năng đo bằng con trỏ CURSORS (19) để đo giá trị lệch pha của hai tínhiệu

Côngthức

𝑈𝐸𝑠𝑖𝑛𝜑𝑅𝑥

𝐿2=

2𝜋𝑓𝑈𝑅

𝑟2= 𝑈𝐸−𝑈𝑐𝑜𝑠𝜑

𝑅

𝑈𝑅

𝑅𝑥

b) Giátrịhiệudụng

CH1:UE=( 4 2 + 9 + 4 ) /

1 0 =5,5VCH2: UR= (32 – 3)/10 = 2.9

VRX=300

𝜔=2𝜋𝑓 =10000𝜋 rad/s

Đo góc lệch pha giữa 2 tín hiệu hình sin này được= (40+3) =

43oGiảnđồ vector

TínhđượcL2=0,012H=12mHVàr2

=116,12

Điệntrở nội củanguồn không ảnhhưởng đến tínhtoán vì Urgk h ô n g ả n h h ư ở n ggì đến góc c) ĐoUEvàURvàđộ lệch pha

Giảithíchvàcácthaotác trên Oscillo:

ĐoUEvàUR:

- Nhất nút AUTO/MENU OFF (46) Nhờ vào nút More (39) để chọn các chức năngđotựđộng có sẵn Chọn đo Vrms

- Nhấn nút CH1/CH2 (47) để chọn kênh để đo Lần lượt đo trên CH1 được giá trịVrms(1)=UE Đotrên CH2đượcgiátrị Vrms(2)=UR

Đogóclệch phaphi giữahai tín hiệu:

- Nhấn nút CURSORS (19) để chọn chế độ đo phi (bấm liên tiếp để chọn) Xuấthiệnbacon trỏ.12

- Xoay nút POSITION (8) để di chuyển hai con trỏ rìa chỉ vào đầu và cuối một chukỳ của tính hiệu tham chiếu (mỗi lần có một con trỏ di động, muốn đổi phải nhấnnútWINDOW(1))

- Sau đó dịch chuyển con trỏ ở giữa về vị trị khởi đầu chu kỳ của tín hiệu lệch pha(Xemvị trí con trỏ như hình vẽ)

Mục thí nghiệm TN03-B:KHẢOSÁTĐÁPỨNGHOẠTẦNMẠCHRLCNỐITIẾP

1/Vẽsơđồnguyên lývàsơđồlinhkiệnvàdụngcụtương ứngvớiCH1–e(t) và CH2–u(t)

Sơđồnguyênlíđo mạchRLCbằngOscillo(P01-49,ngày03/05/2022)

TN3-B:Sơđồ linh kiệnvàdụng cụ đotươngứng trongđónốiOscillo Ch1:e(t)vàCh2:u R(t) (P01-49,ngày03/05/2022)

Đểđảm bảoGBFphátápsinthuần (không cóDC)tathựchiệnthao tác:

- Nhấntắt GBF(11)đểtắt DC

Cáchthayđổi tầnsốdiệnrộngtrênGBF [100Hz40kHz]:

- ThayđổiRangetrênGBF(3)nhấnX100K

- Vặnnút GBF(6)đểthayđổi tần số

Thaotácđểđotần sốcủatínhiệu trênOscillo:

Saukhi lắp mạchtheo sơđồ linhkiện như phíatrên,ta thựchiện thaotácđểđo tầnsố như sau:

- Chọnđotựđộngbằngcách nhấnOsc(46)

- ChọnkênhCH1/CH2đềđo,nhấnOsc(47)

- NhấnOsc(41)đềđotầnsố

2/Chọn thôngsố làmthínghiệm:

rL=X =(15+3 +1)/2=9,5

L=0,019HR

x=200

C=(A+B+C+D)/10F=1,7F=1,7.10-6F

3/Dẫn xuất lý thuyết tính𝑚𝟎, tần số riêng của mạch và hệsố phảmchấtQ

Biểuthứcbiên độphứcU củađiệnáptrên điệntrở trongmạch RLCnốitiếp códạng nhưsau:

1jQ  0



 0 1/LC

Q1R CL

Trongđó:Elà biênđộ phứccủasức điện động của máy phát,- tần số nguồn

0,tần số riêngcủamạch (tầnsố cộng hưởng)vàQ làhệsố phẩmchất củamạchnày

- Khixảy ra cộng hưởngthì điện áp vàdòng điện trongmạch là cùng phavàtacóURmax=E

Điềukiện cộnghưởnglà:

𝜔=𝜔0= = =5564,1488

√𝐿𝐶 √0,019.1,7.1,7.−6

Suyratầnsố cộnghưởnglà:

f0=1 = 1

=885,5618(Hz) 2𝜋√𝐿𝐶 2𝜋√0,019.1,7.10−6

- Khảosát sựbiếnthiêncủaU khitần số (𝜔,f0)thay đổi trên diệnrộng (0)

+Nếu𝜔0,f0thì𝑈0

𝐸

2 02

= 0

= 0

=

+Nếu𝜔∞,f∞thì𝑈

0 𝐸

4/Đodải thông và tínhQthựcnghiệm

- TạivịtrícộnghưởngUmax≈Em(R≫r)

u= 𝐸 𝑚

𝜔

𝜔

√1+𝑄( − )

𝜔0𝜔

- Dảithônglàdãy tầnsốmà trongđóbiên độu(t) thỏa:

u=𝑈 𝑚𝑎𝑥

√2

=> 𝑢

𝑈𝑚𝑎

𝑥

𝜔

𝜔

√1+𝑄+ ( − )

𝜔0𝜔

∆𝜔=𝜔

𝑐2 −𝜔 𝑐1 =𝜔 0

𝑄

∆𝜔

=∆𝑓=1

𝜔0 𝑓0 𝑄

- Gíatrị của Qtheolý thuyết:

Q=1× √𝐿=1

×√0 , 0 1

𝑅

𝐶

200 1,7.10−6

- Độ biếnthiên∆𝑓:

𝑓0

∆𝑓=𝑓 1−𝑓2=

885,5618

=1675,2966 0,5286

𝑓= 𝑓 − ∆𝑓=885,5618−1675,2966=47,9117

1 0

=>{

𝑓= 𝑓 + ∆𝑓=885,5618+1675,2966=1723,2083

Trìnhtựthaotác(trênGBFvàOscillo) đểtìm fc1,fc2:Từgiátrị f0v àUmaxđ ãbiếttatính được

𝑈𝑚𝑎𝑥v à

thựchiện:

√2

=

√ 2

- NhấnOsc(46)đểchọnchếđộ đotựđộng.

- NhấnOsc(39)hai lầnđểxuất hiện Vmax(giátrị điện áplớn nhất)

U m

- NhấnOsc(45)đểhiển thị Vmax

- VặnGBF(6) để tăngtừtầnsốf0đãbiếtlênđếnkhithấyVmaxtrênOscillo bằnggiátrị𝑈 𝑚𝑎𝑥thì

√2 dừngvàghi lại giátrịtầnsố tại đó chính làfc2

- VặnGBF(6)đề giảmtừtầnsốf0đã biếtlênđếnkhithấyVmaxtrênOscillobằnggiátrị𝑈 𝑚𝑎𝑥

thì

√2 dừngvàghi lại giátrịtầnsố tại đó chính làfc1

5/ChuyểnOscillo sangchếđộXY

f0s=885,56(Hz)

e(t) = 15cos(2𝜋.885,56)

ĐồthịXYhiểnthịtrạng tháicộnghưởng:

TN3-B:Đồ thịXYởtầnsố cộnghưởngf 0 (P01-49,ngày03/05/2022)

Mạchcộnghưởngdođó: Em=Um=15V

ĐồthịXYhiểnthị trạngtháikhông cộnghưởng:

TN3-B: Đồ thị XYởtần số khôngcộnghưởng f(P01-49,ngày03/05/2022)

6/Khảosátchuyểnđộngphau(t)vàe(t)

01=5564,138

e(t)=15cos(01t)

[V]Umax=15V

u(t)≈e(t) -02đồ thịhình sin(=màn hìnhoscillo)ở trạngthái cộnghưởng:

TN3-B:Đồ thịhình sin(=mànhìnhoscillo)ởtrạngtháicộnghưởng (P01-49,ngày03/05/2022)

Q=0,5286

01=5564,138

∆𝜔=𝜔 0=10526,1786

𝑄

-Khi f1<fo:

c101– min(01/2,D/2) =2782,069

𝑈̇=

𝑅+𝑗(𝜔𝐿−1

𝜔𝐶

𝜑=38,40°

f1<f0:uR(t)sớmphahơne(t)e(t)=

15cos(2782,069t)

uR(t)=URmcos(c1t-)=11,75.cos(2782,069t+38,40)

)

TN3-B:Đồthịhìnhsin ởđiểmc1 (P01-49,ngày03/05/2022)

5V5V1ms

u(t) e(t) -02 đồthị hìnhsin ởđiểmc1

TN3-B:Đồ thị hìnhsinởđiểmω c1 (P01-49,ngày03/05/2022)

- Nhậnxét:tathấyrằng:UR

m≈11,75≈1 5=𝐸𝑚

√2 √2 Suyratại f1,giátrị củaURmso v ới E mg ầ nbằng sựgiảm biênđộ 1/√2từgiátrịchuẩn Vậy trạngthái

tươngđốip h ù h ợ p v ớ i l í t h u y ế t

- Khif2>fo:

c2c1+D=2782,069+10526,1786=13308,2476

𝑈̇=𝑅 𝐸̇.𝑅 =7,18-7,49j=10,38 - 46,21°

𝑅+𝑗(𝜔𝐿−1

𝜔𝐶

𝜑=-46,21°

f2>f0: uR(t) trễ pha hơn

e(t)e(t)=15cos(13308,2476t)

)

u(t) e(t)

uR(t)=URmcos(c1t-)=10,38.cos(13308,2476t-46,21)

- 02đồthị hìnhsin ởđiểmc2

TN3-B:Đồ thị hìnhsinởđiểmω c2 (P01-49,ngày03/05/2022)

- Nhậnxét:tathấyrằng:UR

m≈10,38≈1 5=𝐸𝑚

√2 √2 Suyratại f2,giátrị củaURmso v ới E mg ầ nbằng sựgiảm biênđộ 1/√2từgiátrịchuẩn Vậy trạngtháihoàn toàn phù hợp với lí thuyết