Nếu L và hoặc C thay đổi theo một biến số nào đó chẳng hạn điện áp thì tần số và chu kỳ dao động của mạch sẽ biến đổi theo biến số đó.. Theo chiều ngợc, điện dung giảm khi điện áp tăng v
Trang 1Báo cáo thực tập
Bài 1: Dao động hỗn loạn cỡng bức của mạch dao động phi tuyến
1 Mục đich yêu cầu
-Tính chất của mạch LC.Khảo sát sự biến đổi tần số của mạch LC khi C = C(U) bằng cách phân tích chuỗi Furier
- Sử dụng phần mềm COMEX để phân tích dao động phức tạp thành các dao động cơ bản củachuỗi Furier
II Cơ sở lý thuyết và nguyên lý
Thế năng tơng tác trong dao động cơ điều hoà có dạng: V(x)=k*x^2/2 tơng ứng với lực tác dụng là: F(x) = - kx
Tuy nhiên điều kiện tuyến tính này rất ít gặp hoặc chỉ thoả mãn trong phạm vi hẹp,
ví dụ khi lực tơng tác tuân theo quy luật hàm mũ:
Khi đó thế năng tơng tác của hệ là:
Một cách gần đúng, khi các số hạng bậc cao không đáng kể thì dao động gần nh dao
động điều hoà, nhng khi các số hạng này đủ lớn thì dao động sẽ là một dao động phức tạp không còn điều hoà nữa
Tơng tự trong mạch dao động điện LC, nếu L và C không đổi thì mạch sẽ dao động
có tần số riêng là: Nếu L và hoặc C thay đổi theo một biến số nào đó (chẳng hạn điện áp) thì tần số và chu kỳ dao động của mạch sẽ biến đổi theo biến số
đó Đi-ốt bán dẫn có điện dung biến đổi theo chiều phân cực và độ lớn của điện áp Theo chiều ngợc, điện dung giảm khi điện áp tăng vì độ dày của lớp tiếp giáp tăng; Theo chiều thuận, giá trị điện dung sẽ tăng khi điện áp tăng do độ dày lớp tiếp giáp giảm và đạt đến vô trong mạch LC bằng một đi-ốt bán dẫn thì tụ điện C (điốt) có tác dụng nh một điện dung C thay đổi phụ thuộc vào điện áp (varicap) Nếu mạch dao
động nh vậy bị kích thích bởi một điện áp xoay chiều có tần số thích hợp, tính chất dao động của mạch sẽ biến đổi từ trạng thái có tính chu kỳ sang hỗn loạn khi điện
áp đặt vào mạch tăng dần
III Nội dung thí nghiệm:
Trang 21.Khảo sát mạch dao động L-Điốt biến dung bằng cách thay đổi điện áp xoay chiều
ở một tần số cỡng bức nào đó.Tăng dần điện áp từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị lớn nhất có thể.Xác định dao động và phổ Fourier của mạch tơng ứng nh một hàm số của điện áp nguồn Xác định miền điện áp có sự hỗn loạn và các điểm phân nhánh ở các miền dao động có chu kỳ.Lặp lại theo trình tự ngợc lại từ giá trị lớn nhất đến giá trị nhỏ nhất
2.Chọn tần số khác và lặp lại thí nghiệm
IV Báo cáo kết quả:
1 Trình tự và kết quả:
- Kiểm tra các thiết bị theo danh sách liệt kê
-Lắp đặt thiết bị theo sơ đồ.Bộ nối tiếp chữ T đợc ghép với phích cắm BNC của máy phát chức năng.Tín hiệu đa vào Input(Y) của Ocillo nhờ một cáp nối BNC
Chế độ máy phát chức năng:
TH1 : U = 0.5V f=40kHz off
Dao
động ký
Chanel 1
Cuộn cảm 12Ω,35mHmH
0-10V, 40kHz
Trang 3U5 26.0148 48.0963 80.5526
TH2 : U= 1V f=40kHz off
TH3 : U = 2V f=40kHz off
TH4 : U = 5V f=40kHz off
Trang 4U6 0.0551 0.0543 100.3989
TH5 : U = 8V f=40kHz off
TH6 : U = 10V f=40kHz off
TH : U=0.5V f=20kHz off
mV
0.5837
Trang 5U5 10.4938 80.5526
TH : U =5V f=20kHz
120.8289
TH : U =8V f=20kHz
TH : U =10V f=20kHz off
Trang 6U5 0.1215 80.5526
Báo cáo thực tập
Bài 2: Mạch dao động ghép
I Mục đích yêu cầu
Làm quen với máy phát chức năng và ôsciloscop
Khảo sát tính chất của mạch dao động tắt dần từ đó xác định điện trở thuần của mạch
Xác định hệ số phẩm chất Q của một mạch dao động từ thực nghiệm (qua độ rộng dảitần và phơng pháp Pauli)
Trang 7Khảo sát mạch gép và xác định hệ số ghép cảm ứng (bộ lọc dải tần) từ thực nghiệm.
II Cơ sở lý thuyết và nguyên lý
Đối với một mạch cộng hởng LC có tổn hao năng lợng (có điện trở R) phơng trình dao động có dạng:
Hệ số phẩm chất Q của mạch đợc định nghĩa là tỉ số giữa năng lợng toàn phần
và năng lợng tổn hao sau một chu kỳ:
Giả sử biết L và C, để xác định hệ số phẩm chất Q ta phải tìm đ-ợc R Giá trị R có thể tìm đợc từ thực nghiệm theo phơng pháp Pauli Khi đó mạch có thể xem nh là mạch ngoài (LC mắc song song và điện trởR = , G là độ dẫn của nguồn phát dao
động Độ dẫn và điện áp U của mạnh ngoài là:
Khi tần số của máy phát trùng với tần số riêng của mạch thì thành phân ftrowr kháng của L và C sẽ triệt tiêu lẫn nhau,đỗ dẫn tơng đơng của toàn mạnh bằng độ dẫn của điện trở thuần.Nếu biến đổi giá trị điện trở R,giá trị của G sẽ thay đổi,do đó
độ lớn điện áp thay đổi theo.Nếu giả định I là không đổi thì phơng trình:
Là 1 đờng thẳng mô tả sự phụ thuộc theo biến Gz(Độ dẫn của điện trở bổ sung Rx).Bằng phép ngoại suy khi ->0 ta có thể xác định đợc đỗ dẫn G thuần(và điện trở thuần R) của mạch
Hệ số Q đợc xác định từ độ rộng dải tần của mạnh dao động theo nguyên tắc sau:
Trang 8Từ tỉ số giữa năng lợng toàn phần của dao động cỡng bức (có tần số cao ) dao
động cộng hởng (có tần số ):
Đặt ta có K =
ở đây K vẫn không thay đổi nếu biến đổi (tức ).Đa tơng ứng với
k= vào công thức của K,suy ra:
Vì ,biến đổi tiếp ta có:
Hay Q bằng tỉ số giữa tần số riêng và bề rộng đờng cong cộng hởng
Nếu 2 mạch dao động đợc ghép với nhau,ta đợc 1 bộ lọc dải tần có tính chất dao
động (cộng hởng) phụ thuộc vào hệ số ghép K
Sử dụng giá trị đo đợc và có thể tính đợc hệ số ghép K:
Trang 9ở đây tan = là hệ số tổn hao mạch đơn.Độ ghép càng mạnh thì các đỉnh của tần
số càng xa nhau
Độ rộng của bộ lọc siêu quá hạn đợc xác định bởi tần số tại đó điện áp rơi vào giá trị của tần số đỉnh và tính toán đợc theo công thức:
III Thí nghiệm:
• Nội dung thí nghiệm:
- Xác định hệ số tổn hao tg và hệ số phẩm chất Q từ bề rộng dải tần của mạch dao động
- Xác định hệ số tổn hao tg và hệ số phẩm chất Q từ tần số cộng hởng,điện dung và độ dẫn đợc xách định bằng phơng pháp Pauli
- Xác định hệ số ghép K và độ rộng dải tần Df của một bộ lọc nh một hàm số của khoảng cách cuộn dây
• Trình tự thí nghiệm:
Lắp ráp thí nghiệm theo sơ đồ hình 1:
Thiết lập đờng cong cộng hởng bằng một máy phát tần số quét và một Oscilloscope
ở chế độ hoạt động X-Y(H-output của máy phát nối với X-input của Oscilloscope)
S
động ký
Trang 10(Đồ thị hình 2,xách định luôn f1,f0,fm)
Khi chế độ quét tần số hoạt động mạch dao động đợc làm tắt dần bằng điển trở phụ mắc song song Nếu vẽ tỉ lệ nghịch với ta thu đợc đờng thẳng.Điểm cắt giả định của đờng thẳng đó với trục x là giá trị độ dẫn song song
G(s)
Trang 11Các giá trị G và U đợc xác định trong đo đạc nh sau:
- =1,25mH
- =1,41
- =1.48
- =1,5mH
Đờng thẳng xác định trên đồ thị là đờng thẳng: y 3.75mH5mHx+0.629
•Xác định , , nh là hằng số của khoảng cách 2 cuộn dây:
266,3 25mH3,4 234,7 224,8 25mH9,4 25mH0,6 232,8 221,2 25mH7,6 249,5mH 229,2 194,3 Khoảng cách
Tần số(Khz)
Trang 12Câu hỏi kiểm tra:
1 Bài thí nghiệm cho ta biết ở trong một mạch dao động độ chính xác của
mạch phụ thuộc vào hệ số phẩm chất Q của mạch ta có thể xác định đợc qua
R nếu cố định C và L.Từ đó ta có thể tính đợc hệ số ghép K của mạch.Độ ghép càng mạnh thì các đỉnh của tần số càng xa nhau hơn=> độ ghép có ảnh hởng lớn đến tần số dao động của mạch.Ngoài ra ta xách định đợc đỗ dãn song song Gp phụ thuộc vào khoảng cách S đặt 2 cuộn cản trong thí nghiệm
về cộng hởng từ
2 Ta có thể xác định đợc điện trở thuần của mạch dao động dựa vào việc
xác định đợc độ lệch của tần số , và từ đó tính ra đợc hệ số phẩm chất Q bằng công thức:
Với f= , và ứng với mỗi trờng hợp.Với điều kiện L và C đã biết và là một giá trị không đổi ta có thể rút ra đợc R theo công thức tính:
=> R=1/QC
3 Đánh giá sai số:
Sai số của thí nghiệm bao gồm sai số của tính toán,sai số của máy tính
và sai số do thiết bị đo.Do đó kết quả đo chỉ là tơng đối với độ chính xác cha cao