Báo cáo thí nghiệm giải tích mạch 1

qua xác định đáp ứng tần số của mạch, khảo sát các mạch lọc thụ động cơ bản và tìm hiểu hiện tượng cộng hưởng xem thêm lý thuyết ở chương 2 – giáo trình Mạch Điện I.. Khảo sát mạch lọc d

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ NĂM HỌC 2021-2022

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Bài 4 : ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ MẠCH CỘNG HƯỞNG

qua xác định đáp ứng tần số của mạch, khảo sát các mạch lọc thụ động cơ bản và tìm hiểu hiện tượng cộng hưởng (xem thêm lý thuyết ở chương 2 – giáo trình Mạch Điện I)

Mạch lọc điện là mạch điện có tính chất cho qua (pass) các tín hiệu ở một khoảng tần

số nào đó và không cho qua (stop) các tín hiệu ở các tần số còn lại Mạch lọc thụ động được thiết kế từ các phần tử R, L, C và M Mạch lọc tích cực có sự tham gia của các phần

tử nguồn, phổ biến là các phần tử mạch bán dẫn hay OP-AMP Có 4 loại mạch lọc cơ bản: mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch lọc thông dải và mạch lọc chắn dải Khảo sát mạch lọc dựa trên tìm đáp ứng tần số của mạch lọc, thường viết dạng:

𝑈̇𝑜𝑢𝑡 𝐻(𝑗𝜔) =

Tại tần số cộng hưởng , biên độ tín hiệu ngõ ra sẽ là cực đại Và khoảng tần số , mà ở

giá trị tần số cắt : tần số cắt dưới f1 (hay 𝜔1) bé hơn tần số cộng hưởng và tần số cắt trên

số mạch ở chương 2– giáo trình Mạch Điện I )

Băng thông của mạch cộng hưởng được xác định khi biết tần số cắt :

I Giá trị thông số mạch thí nghiệm:

Giá trị thông số mạch thí nghiệm trong bài thí nghiệm này cho trong bảng sau, trong

II Mạch cộng hưởng RLC nối tiếp:

a) Đo tần số cộng hưởng nối tiếp:

Hình 1.4.1: Mạch cộng hưởng nối tiếp

b) Vẽ dạng U out (f) của mạch nối tiếp:

2

2

c) Đo tần số cắt và băng thông mạch nối tiếp:

Góc lệch pha đo được Góc lệch pha theo lý thuyết

III Mạch cộng hưởng RLC song song:

a) Đo tầnsố cộng hưởng song song:

biên độ 2 V, tần số chỉnh từ 1kHz đến khoảng 10kHz

f 0 = 2283 Hz

Hình 1.4.2: Mạch cộng hưởng song song

b) Vẽ dạng U out (f) của mạch song song:

dùng dao động ký)

c) Đo tần số cắt và băng thông mạch song song:

Phần tử Giá trị Đại lượng Tính theo lý thuyết Đo được % sai số

e) Đo góc lệch pha giữa u out và u in tại các tần số cắt:

IV Mạch lọc thông thấp RC:

+ Thực hiện mạch thí nghiệm như Hình 1.4.3

+ Vẽ đặc tuyến biên độ logarithm và đặc tuyến pha của mạch lọc

đặc tuyến biên độ logarithm và đặc tuyến pha của mạch lọc thông thấp RC

+ Vẽ đặc tuyến biên độ và pha theo thông số mạch dùng Bode plot

3400 1000

100

đặc tuyến pha Bode plot

Tính tần số cắt (fc) của mạch lọc theo thông số mạch

+ Vẽ đặc tuyến biên độ logarithm và đặc tuyến pha của mạch lọc

đặc tuyến biên độ logarithm và đặc tuyến pha của mạch lọc thông cao RL

+ Vẽ đặc tuyến biên độ và pha theo thông số mạch dùng Bode plot

+ Thiết kế bộ lọc thông cao , dùng mạch R-L, có tần số cắt fc = 5 Khz

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, gồm các mạch: RC; RL 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

C PHẦN THÍ NGHIỆM :

I Thông số mạch thí nghiệm:

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

b) Quan sát dạng tín hiệu áp trên tụ dùng mạch Hình 1.5.2 Ghi nhận lại dạng sóng

Hình 1.5.2: Quan sát dạng áp trên tụ

c) Quan sát dạng tín hiệu dòng điện qua tụ dùng mạch Hình 1.5.3 Ghi nhận lại dạng

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

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 I RC: Thời hằng của

mạch quá độ cấp I RC xác định theo công thức:

τ c [s] = R[Ω].C[F]

trên màn hình dao động ký (bằng số ô theo chiều ngang và giá trị nút chỉnh Time/div, nhớ

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

Hình 1.5.4: Chỉnh dạng sóng thí nghiệm

b) Quan sát dạng tín hiệu áp trên cuộn dây dùng mạch Hình 1.5.5 Ghi nhận lại dạng

Hình 1.5.5: Quan sát dạng áp trên cuộn dây

c) Quan sát dạng tín hiệu dòng điện qua cuộn dây dùng mạch Hình 1.5.6 Ghi nhận

Hình 1.5.6 : Quan sát dạng dòng điện qua cuộn dây

dạng áp và dòng trên cuộn dây ở mạch quá độ cấp I R-L khi t > 0 có biểu thức:

iL(t) = 4.10 -3 (1 – 2e -5000t ) (A)

d) ĐO HẰNG SỐ THỜI GIAN CỦA MẠCH QUÁ ĐỘ CẤP I RL: Thời hằng của

mạch quá độ cấp I RL xác định theo công thức :

τ L [s] = L[H]/R[Ω]

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

Hình 1.5.7: Chỉnh dạng sóng vào mạch

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 100Ω, chỉnh tinh

hạn Ghi số liệu

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

TH3) VR = 4 kΩ:

⮚ Mạch quá độ ở chế độ: DAO ĐỘNG

biết dạng điện áp và dòng qua tụ điện ở mạch quá độ cấp II RLC khi t > 0 có biểu thức:

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

Hình 1.5.10 : Dạng dòng qua tụ chế độ dao động

Ta có: T = 2𝜋 = 3,2.10 -4

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,

ký cho tới khi đạt chế độ tới hạn Ghi số liệu Cho biết giá trị này tính theo thông số mạch