Bai 1 mach rlc sv TRANG BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRONG MÁY CÔNG NGHIỆP

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH Thí nghiệm Trang bị điện trong máy công nghiệp (ME2006) Bài 1 Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT 1 KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Bài 1 MẠCH RLC 1 GIỚI THIỆU Mạch điện RLC[.]

KHOA CƠ KHÍ

1 GIỚI THIỆU

Mạch điện RLC là một mạch điện gồm một điện trở, một cuộn cảm và một tụ điện, mắc nối tiếp hoặc song song Các chữ cái RLC là những ký hiệu điện thông thường tương ứng với trở kháng, điện cảm và điện dung Mạch tạo thành một dao động điều hòa cho dòng điện và cộng hưởng giống như mạch LC Điểm khác biệt chính là có điện trở sẽ làm tắt dần dao động nếu như mạch không có nguồn nuôi Một mạch bất kỳ luôn luôn tồn tại trở kháng ngay cả khi mạch không có điện trở Mạch LC lý tưởng không trở kháng là một mô hình trừu tượng chỉ

sử dụng trong lý thuyết

Mạch RLC có nhiều ứng dụng Chúng được sử dụng trong nhiều loại mạch dao động khác nhau Một ứng dụng quan trọng là mạch điều chỉnh, chẳng hạn như trong các bộ thu phát radio hoặc truyền hình (rà đài), được sử dụng để lựa chọn một dải tần hẹp của sóng vô tuyến

từ môi trường xung quanh Mạch RLC có thể được sử dụng như một bộ lọc thông dải (band-pass), bộ lọc chặn dải (band-stop), bộ lọc thông thấp hay bộ lọc thông cao Bộ lọc RLC được

mô tả như là một mạch bậc hai, có nghĩa là điện áp hoặc cường độ dòng điện tại thời điểm bất kỳ trong mạch có thể được biểu diễn bằng một phương trình vi phân bậc hai khi phân tích mạch

Mục tiêu:

• Làm quen với bảng breadboard đa năng và các dụng cụ đo cơ bản: VOM, dao động ký

• Làm quen các loại nguồn điện DC, AC

• Nhận biết và đọc giá trị các loại điện trở, cuộn cảm, tụ điện

• Thực hiện và đo đạc các thông số điện áp, dòng điện, độ lệch pha trong các mạch RLC

2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

2.1 Thành phần

- Bảng breadboard

- Các loại điện trở, biến trở với các mức công suất khác nhau

- Các loại tụ điện

- Các loại cuộn cảm

- Đèn LED

- Bộ nguồn 5VDC, 12VDC, 220VAC

- Đồng hồ vạn năng VOM

- Dao động ký hai kênh

- Dây nối

2.2 S ơ lược đặc tính thiết bị

2.2.1 Breadboard (test board đa năng)

Breadboard là một dạng đế cắm nhiều lỗ, cho phép cắm các linh

kiện điện tử, IC và dây nối để tạo thành mạch điện tử mà không

cần hàn nối Vì thế nên nó có thể được sử dụng lại và giúp cho

việc thiết kế một mạch điện tử thí nghiệm được dễ dàng hơn

Về cấu tạo breadboard gồm có hai phần chính:

• Terminal strip: là vùng gắn các linh kiện Vùng này có 5

cột bên trái (A, B, C, D, E) và 5 cột bên phải (F, G, H, I, J)

Trong đó, cột E và cột F cách nhau khoảng 0.3 inch (khoảng cách

giữa hai hàng chân IC) nên hai cột này được ưu tiên để gắn IC

Với vùng này, mỗi hàng nối với nhau như hình vẽ

• Bus strip: là vùng cung cấp nguồn cho các linh kiện điện

tử Một bus strip có hai cột, mỗi cột được nối với nhau như hình

vẽ

2.2.2 Đèn LED

LED (Light Emitting Diode – diode phát quang), là diode có khả năng phát ra ánh sáng, hay tia hồng ngoại, tử ngoại LED có hai chân với độ dài khác nhau: chân dài là cực dương (+), chân còn lại là cực âm hay GND Khi có dòng phân cực thuận đi qua, LED sẽ phát sáng LED chiếu sáng thường có điện áp khoảng 2V và dòng điện khoảng 10mA

* Đo kiểm tra LED

Để thang đo điện trở x1, dây đen đặt ở chân Cathode, dây đỏ ở Anode LED sáng là tốt Nếu đảo chiều 2 dây LED không sáng Nếu đồng hồ có vạch chia LV, LI thì ta sẽ biết điện áp trên LED

và dòng điện qua LED

2.2.3 Điện trở (Resistor)

Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động trong một mạch điện, hiệu điện thế giữa hai đầu của

nó tỉ lệ với cường độ dòng điện qua nó theo định luật Ohm

Nếu phân loại dựa trên công suất, thì điện trở thường được chia làm 3 loại: công suất nhỏ, công suất trung bình và công suất lớn Tuy nhiên, thông thường điện trở được chia thành 2 loại: điện

trở thường và điện trở công suất

Nếu phân loại dựa trên cấu tạo, điện trở có thể phân thành 4 nhóm:

1 Điện trở than: làm từ muội than hoặc

bột than chì, công suất nhỏ

2 Điện trở màng hoặc gốm kim: làm từ

bột ôxit kim loại dẫn điện, công suất rất

nhỏ

3 Điện trở dây quấn: có vỏ kim loại để

gắn tấm tản nhiệt, công suất rất lớn

4 Điện trở bán dẫn: sử dụng kỹ thuật

màng mỏng, các điện trở chính xác và

hoạt động ở tần số cao

Trong thực tế, để đọc được giá trị của một điện trở thì ngoài việc nhà sản xuất in trị số của nó lên linh kiện thì người ta còn dùng một qui ước chung dùng vạch màu để đọc trị số điện trở và các tham số cần thiết khác Giá trị được tính ra thành đơn vị Ohm

Lưu ý: Để tránh lẫn lộn trong khi đọc giá trị của các điện trở, đối với các điện trở có tổng số

vòng màu từ 5 trở xuống thì có thể không bị nhầm lẫn vì vị trí bị trống không có vòng màu sẽ

được đặt về phía tay phải trước khi đọc giá trị Còn đối với các điện trở có độ chính xác cao và

có thêm tham số thay đổi theo nhiệt độ thì vòng màu tham số nhiệt sẽ được nhìn thấy có chiều

rộng lớn hơn và phải được xếp về bên tay phải trước khi đọc giá trị

2.2.4 Tụ điện (Capacitor)

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng

được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo

dao động,

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo

tên gọi của các chất điện môi này Cách ghi giá trị điện dung của tụ điện cũng tùy theo loại tụ

(-) , (+) và luôn luôn có hình trụ

Ghi trực tiếp trên thân tụ Ví dụ: 185 µF / 320 V

Tụ

Tantali

Loại tụ hóa nhưng có điện áp thấp hơn so với

tụ hóa, điện dung lớn nhưng kích thước nhỏ

Ghi trực tiếp trên thân tụ

Giá trị: xy × 10z (pF)

K(J) là sai số 5% (10%)

Giá trị: 0,xyz (µF)

Tụ nhỏ

không

phân

cực, tụ

Các loại tụ này thường chịu được các điện áp cao mà thông thường là khoảng 50V hay 250V

• Dạng: xyz

Giá trị: xy × 10z (pF)

• Dạng ghi trên thân tụ: Giá trị tính bằng µF

Tụ

polyester

màng

mỏng

Đọc giá trị như tụ giấy

nhỏ, thông thường nằm trong khoảng từ 100pF đến 500pF, thường có vòng xoay ngắn nên không có dải biến đổi rộng

Tụ chặn Là tụ xoay có giá trị rất

nhỏ, thường được gắn trực tiếp lên bản mạch điện tử và điều chỉnh sau khi mạch đã được chế tạo xong

Tụ

Polyester

Ít khi được sử dụng, dễ bị hỏng do nhiệt hàn nóng

Ghi trực tiếp trên thân tụ

đơn vị là pF

Bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị

điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị nổ Khi lắp tụ vào trong một mạch điện

có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4

lần Ví dụ mạch 12V phải lắp tụ 16V, mạch 24V phải lắp tụ 35V,

* Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm

Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị rò rỉ hoặc bị chập Dùng VOM, để ở thang đo điện trở

x1KΩ hoặc x10KΩ, chạm 2 que đo vào 2 chân tụ Nếu kim phóng lên 1 chút rồi trở về vị trí cũ

là tụ còn tốt Nếu kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về vị trí cũ là tụ bị rò Nếu

kim lên 0 Ω và không trở về là tụ bị chập

* Đo kiểm tra tụ hóa

Tụ hóa ít khi bị rò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô (khô hóa

chất bên trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ bị giảm Để kiểm tra tụ hóa, ta thường so sánh

độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung

2.2.5 Cuộn cảm (Choke)

Một số loại cuộn cảm có cấu trúc tương tự như điện trở Quy định màu và cách đọc màu đều

tương tự như đối với các điện trở

Tuy nhiên, do các giá trị của các cuộn cảm thường khá linh động đối với yêu cầu thiết kế mạch

cho nên các cuộn cảm thường được tính toán và quấn theo số vòng dây xác định Với mỗi loại

dây, với mỗi loại lõi khác nhau thì giá trị cuộn cảm sẽ khác nhau

3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

3.1 Thời lượng: 5 tiết cho mỗi nhóm sinh viên

3.2 Thực hành

3.2.1 Đọc giá trị điện trở

Đọc giá trị các điện trở và giá trị tối đa của biến trở có trong kit thí nghiệm Báo cáo trong phần 5.1

3.2.2 Phân loại tụ điện và đọc giá trị tụ điện

Phân biệt các loại tụ điện có trong kit thí nghiệm và đọc giá trị của chúng Báo cáo trong phần 5.2

3.2.3 Phân loại cuộn cảm và đọc giá trị cuộn cảm

Phân biệt các loại cuộn cảm có trong kit thí nghiệm và đọc giá trị của chúng Báo cáo trong phần 5.3

3.2.4 Thí nghiệm với điện trở và LED

Thực hiện lần lượt theo các bước sau:

- Nối tín hiệu +5V của nguồn lên dãy bus strip trên cùng của breadboard

- Nối tín hiệu GND của nguồn lên dãy bus strip dưới cùng của breadboard

- Nối vào giữa hai hai cực của nguồn điện một mạch gồm 1 điện trở (bất kỳ) và 1 đèn LED mắc nối tiếp

Yêu cầu: Bật công tắc nguồn cho mạch và quan sát điện trở, đèn LED Báo cáo trong phần 5.4

3.2.5 Thí nghiệm với mạch R–L–C nối tiếp

Thực hiện lần lượt theo các bước sau:

- Mắc nối tiếp một điện trở và một tụ điện (hoặc một cuộn cảm)

- Cấp nguồn 220VAC cho mạch

Yêu cầu:

- Dùng dao động ký quan sát dạng tín hiệu điện áp trên điện trở, đọc các giá trị: tần số, điện áp đỉnh, điện áp đỉnh – đỉnh, điện áp hiệu dụng và điện áp trung bình

- So sánh pha của điện áp trên điện trở và điện áp trên tụ điện (hoặc cuộn cảm)

- Báo cáo trong phần 5.5

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tony R Kuphaldt, Lessons In Electric Circuits, Volume I - VI, Design Science License, 5th

Edition, 2004

5 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

5.1 Liệt kê các điện trở có trong kit thí nghiệm (theo thứ tự giá trị tăng dần)

5.2 Liệt kê các tụ điện có trong kit thí nghiệm (theo thứ tự giá trị tăng dần)

5.3 Liệt kê các cuộn cảm có trong kit thí nghiệm (theo thứ tự giá trị tăng dần)

5.4 Mạch sử dụng điện trở Ω và đèn LED màu

Tình trạng của mạch:

Giá trị dòng điện theo tính toán lý thuyết là: A Do đó, tình trạng thực tế trên mạch là phù hợp / không phù hợp so với lý thuyết 5.5 Mạch sử dụng điện trở Ω và tụ điện/cuộn cảm có giá trị

Vp= Vp–p = Vrms = Vavg =

Kết quả sự lệch pha giữa điện áp trên điện trở và điện áp trên tụ điện (hoặc cuộn cảm) là Lý do là vì

Họ và tên: 2

4

6

Nhóm:

Kit số:

1

3

5

7

Ngày thí nghiệm:

Tiết: