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

TRƯỜNG ĐẠI HOC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM
Chương trình KS CLC Việt – Pháp
Điện- Giải tích mạch (EE2011)

ĐIỆN – GIẢI TÍCH MẠCH (EE2031)
Bài Thí nghiệm số 03
KHẢO SÁT MẠCH RLC Ở CHẾ ĐỘ CƯỠNG BỨC (XÁC LẬP AC)
KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG
GVHD: TS.Nguyễn Thanh Nam
THỰC HIỆN ONLINE THÁNG 04/2022

Nhóm thí nghiệm số : P01 – 49
Họ và tên SV

MSSV

Phân cơng

1. Mạc Như Hiệp

2013194

TN3-A

2. Nguyễn Hịa Hiệp

2053001

TN03-B

Chọn A = 3, B = 1 C = 9 D = 4

MỤC LỤC
I. Mục thí nghiệm TN03-A : ĐÁP ỨNG TẦN SỐ - ĐO THÔNG SỐ PHỨC.............................2
1. Đo các giá trị chỉ dùng máy đo đa năng VOM........................................................................2
2. Đo đạc giá trị (L,r) chỉ dùng oscillo:.......................................................................................5

II. Mục thí nghiệm TN03-B: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG HOẠ TẦN MẠCH RLC NỐI TIẾP.......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 thơng số làm thí nghiệm:..............................................................................................12
3/ Dẫn xuất lý thuyết tính �
��, tần số riêng của mạch và hệ số phảm chất Q.....................12
4/ Đo dải thông và tính Q thực nghiệm.....................................................................................13
5/ Chuyển Oscillo sang chế độ XY.............................................................................................14
6/Khảo sát chuyển động pha u(t) và e(t)...................................................................................15

1


I. Mục thí nghiệm TN03-A : ĐÁP ỨNG TẦN SỐ - ĐO THÔNG SỐ PHỨC
1. Đo các giá trị chỉ dùng máy đo đa năng VOM
a) Đo được điện trở
rL = X = (15+ 3 + 1)/2 = 9,5 
Thao tác trên VOM:
Nối cáp r1,b1 vào VOM(2),VOM(1)
Nhấn VOM(8) đo điện trở
Nhấn VOM(1) chọn thang đo

6

Rx = 300 

b) Mạch 3 Volt kế

57

8

9

1

1

4

1 3

Hai điểm đấu dây

2

1


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

�
�

Diễn xuất cơng thức tính L và rL


c)

Bỏ qua giá trị rL

UR = 250 mV = 0,25V
UL = 500 mV = 0,5 V
Rx = 300 
� = 22� = 1000
0
0

rad/s

Dựa vào cơng thức bên trên tính được L = 0.019H = 19 mH
d) Giữ thông số mục c) tính được UE(V3) = 0,559 V


Nếu rL = 9,5  UE(V3) = 0.563


Kết luận:
Sai số so với khi bỏ qua rL là rất nhỏ, không làm thay đổi đáng kể kết quả
Như vậy cần chọn Rx đủ lớn để phép đo chính xác hơn
2. Đo đạc giá trị (L,r) chỉ dùng oscillo:

a) Sơ đồ linh kiện

TN03-A2a (P01-49, ngày 03/05/2022)

Sơ đồ nguyên lý


Giải thích nguyên lý:
- Cần đo giá trị hiệu dụng của hai tín hiệu trên kênh CH1:e(t) và CH2:u(t). Biết được
góc lệch pha phi để từ đó có thể tính được UL. Áp dụng lại cơng thức tính rL, L ở
phần trước (TN03-Ab) để tìm L2 và r2.
• Cách đo đạc:
- Sử dụng chức năng đo tự động tại nút AUTO/MENU OFF (46) để đo trị hiệu dụng
của CH1:e(t) và CH2:u(t).
- Sử dụng chức năng đo bằng con trỏ CURSORS (19) để đo giá trị lệch pha của hai tín
hiệu.
Cơng thức
�2
=

�2
=

�������
�
��
��
22���

���
����−

��
��

��

b) Giá trị hiệu dụng
CH1: UE = (42+9+4)/10 = 5,5 V
CH2: UR = (32 – 3)/10 = 2.9 V
RX = 300 


� = 22� = 1000
0
0 rad/s


Đo góc lệch pha giữa 2 tín hiệu hình sin này được  = (40+3) = 43o
Giản đồ vector

Tính được L2 = 0,012 H = 12mH
Và r2 = 116,12 
Điện trở nội của nguồn khơng ảnh hưởng đến tính toán vì Urg khơng ảnh hưởng gì đến góc 

c) Đo UE và UR và độ lệch pha


Trong đó: ��� = 5,5√2 �; ��� = 2,9√2 �; � = 43°.
Giải thích và các thao tác trên Oscillo:
Đo UE và UR:
- Nhất nút AUTO/MENU OFF (46). Nhờ vào nút More (39) để chọn các chức năng

đo tự động có sẵn. Chọn đo Vrms.
- Nhấn nút CH1/CH2 (47) để chọn kênh để đo. Lần lượt đo trên CH1 được giá trị
Vrms(1) = UE. Đo trên CH2 được giá trị Vrms(2) = UR.
Đo góc lệch pha phi giữa hai tín hiệu:
- Nhấn nút CURSORS (19) để chọn chế độ đo phi (bấm liên tiếp để chọn). Xuất
hiện ba con trỏ.12
- Xoay nút POSITION (8) để di chuyển hai con trỏ rìa chỉ vào đầu và cuối một chu
kỳ của tính hiệu tham chiếu (mỗi lần có một con trỏ di động, muốn đổi phải nhấn
nút WINDOW (1)).
- Sau đó dịch chuyển con trỏ ở giữa về vị trị khởi đầu chu kỳ của tín hiệu lệch pha
(Xem vị trí con trỏ như hình vẽ).


II. Mục thí nghiệm TN03-B: KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG HOẠ TẦN MẠCH RLC NỐI TIẾP
1/ Vẽ sơ đồ nguyên lý và sơ đồ linh kiện và dụng cụ tương ứng với CH1 – e(t) và CH2 – u(t)

Sơ đồ nguyên lí đo mạch RLC bằng Oscillo (P01-49, ngày 03/05/2022)


TN3-B: Sơ đồ linh kiện và dụng cụ đo tương ứng trong đó nối Oscillo Ch1:e(t) và Ch2:uR(t). (P01-49, ngày 03/05/2022)

Để đảm bảo GBF phát áp sin thuần (khơng có DC) ta thực hiện thao tác:


- Nhấn tắt GBF(11) để tắt DC.
Cách thay đổi tần số diện rộng trên GBF [100Hz � 40kHz]:
- Thay đổi Range trên GBF(3) nhấn X100K.
- Vặn nút GBF(6) để thay đổi tần số.
Thao tác để đo tần số của tín hiệu trên Oscillo:

11


Sau khi lắp mạch theo sơ đồ linh kiện như phía trên, ta thực hiện thao tác để đo tần số như sau:
- Chọn đo tự động bằng cách nhấn Osc(46).
- Chọn kênh CH1/CH2 đề đo, nhấn Osc(47).
- Nhấn Osc(41) đề đo tần số.
2/ Chọn thơng số làm thí nghiệm:
rL = X = (15+ 3 + 1)/2 = 9,5 
L = 0,019H
Rx=200 .
C = (A+B+C+D)/10 F = 1,7 F = 1,7.10-6F
3/ Dẫn xuất lý thuyết tính ��, tần số riêng của mạch và hệ số phảm chất Q
Biểu thức biên độ phức U của điện áp trên điện trở trong mạch RLC nối tiếp có dạng như sau:
U

E
 
 
1 jQ
 0


 0
 

0  1/ LC
1
Q R

L
C

Trong đó: E là biên độ phức của sức điện động của máy phát,  - tần số nguồn
0, tần số riêng của mạch (tần số cộng hưởng) và Q là hệ số phẩm chất của mạch này.
- Khi xảy ra cộng hưởng thì điện áp và dòng điện trong mạch là cùng pha và ta có URmax = E
� Điều kiện cộng hưởng là:
1
1
� = �0 =
=
= 5564,1488
√�� √0,019.1,7. 1,7.−6
Suy ra tần số cộng hưởng là:
f0 =

1

=

2 √��

1

= 885,5618 (Hz)

2√0,019.1,7.10−6

- Khảo sát sự biến thiên của U khi tần số (�, f0) thay đổi trên diện rộng (0�).
+ Nếu �� 0, f�0 thì ��0

�

12


+ Nếu �� ∞ , f�∞ thì ��0
�

4/ Đo dải thơng và tính Q thực nghiệm
- Tại vị trí cộng hưởng Umax≈Em (R≫r)
��

u = √1+�2 (� − �0)
�0

�

- Dải thông là dãy tần số mà trong đó biên độ u(t) thỏa:
����
√2

u=

=>

�

���

‫ﻟ‬

�

1

=

�

�0

�

=

�
�
√1+ �2 +( − 0)
�

1
√
2

× (−1 + √ 12 + 4

�1 =

�

�

2
�
1
1
❪
��2 = × ( + √2 + 4
�
2
� �

�∆� = � �

∆� ∆�

� �=
0

�=
0

�
1

−
�

2

=

�0
�

1
�

- Gía trị của Q theo lý thuyết:
�

Q=1 ×√ =

0,019
×√

1

�
�

1,7.10−6

20
0

- Độ biến thiên ∆�:

� =� −
1

0

=>{
� =� +
2

0

= 0,5286

∆�

∆�2

�0 885,5618
= 1675,2966
∆� = �1 − �2 =
0,5286
�
=

= 885,5618 −

= 885,5618 +

2

1675,2966

2

1675,2966
2

= 47,9117

= 1723,2083


Trình tự thao tác (trên GBF và Oscillo) để tìm fc1,fc2: Từ giá trị f0 và Umax đã biết ta tính được
����
và thực hiện:
√2

- Nhấn Osc(46) để chọn chế độ đo tự động.
- Nhấn Osc(39) hai lần để xuất hiện Vmax (giá trị điện áp lớn nhất).


- Nhấn Osc(45) để hiển thị Vmax.
- Vặn GBF(6) để tăng từ tần số f0 đã biết lên đến khi thấy Vmax trên Oscillo bằng giá trị

����

dừng và ghi lại giá trị tần số tại đó chính là fc2.
- Vặn GBF(6) đề giảm từ tần số f0 đã biết lên đến khi thấy Vmax trên Oscillo bằng giá trị

����

dừng và ghi lại giá trị tần số tại đó chính là fc1.
5/ Chuyển Oscillo sang chế độ XY
f0s=885,56 (Hz)

e(t) = 15cos(2�. 885,56)
Đồ thị XY hiển thị trạng thái cộng hưởng:

Um

TN3-B: Đồ thị XY ở tần số cộng hưởng f0 (P01-49, ngày 03/05/2022)

Mạch cộng hưởng do đó: Em=Um=15V
Đồ thị XY hiển thị trạng thái không cộng hưởng:

thì

√2

√2

thì


TN3-B: Đồ thị XY ở tần số không cộng hưởng f (P01-49, ngày 03/05/2022)

6/Khảo sát chuyển động pha u(t) và e(t)
01 = 5564,138
e(t)=15cos(01t) [V]
Umax = 15V


- 02 đồ thị hình sin (=màn hình oscillo) ở trạng thái cộng hưởng:
u(t)≈e(t)

5V5V1ms
TN3-B: Đồ thị hình sin (=màn hình oscillo) ở trạng thái cộng hưởng (P01-49, ngày 03/05/2022)

Q = 0,5286
01 = 5564,138
�∆
∆ =

�0

= 10526,1786

�

- Khi f1c1  01 – min(01/2,D/2) = 2782,069
=9,21+7,30j = 11,75

̇=
�̇.�
�
�

�+�(( �−
�( )

38,40° (V)

1

��

� = 38,40°
f1e(t)=15cos(2782,069t)
� uR(t)= URmcos(c1t-) = 11,75.cos(2782,069t+38,40)


- 02 đồ thị hình sin ở điểm c1.

e(t)

u(t)

5V5V1ms

TN3-B: Đồ thị hình sin ở điểm c1 (P01-49, ngày
03/05/2022)
TN3-B: Đồ thị hình sin ở điểm ωc1 (P01-49, ngày 03/05/2022)

-

Nhận xét: ta thấy

rằng: URm≈ 11,75 ≈
15

=

��

√2

√2

Suy ra tại f1, giá trị của URm so với Em gần bằng sự giảm biên độ 1/√2 từ giá trị chuẩn. Vậy
trạng thái tương đối phù hợp với lí thuyết.

- Khi f2>fo:
c2  c1 + D = 2782,069 + 10526,1786= 13308,2476
�̇

�̇.�
�

=7,18-7,49j = 10,38

=
�+�(�
(�−
(

)

��

� =-46,21°

1

- 46,21°

f2>f0: uR(t) trễ pha hơn e(t)
e(t)= 15cos(13308,2476t)


� uR(t)= URmcos(c1t-) = 10,38.cos(13308,2476t-46,21)
- 02 đồ thị hình sin ở điểm c2.

e(t)

u(t)

5V5V1ms
TN3-B: Đồ thị hình sin ở điểm ωc2 (P01-49, ngày 03/05/2022)
-

Nhận xét: ta thấy

rằng: URm≈ 10,38 ≈
15

=

��
√2

√2

Suy ra tại f2, giá trị của URm so với Em gần bằng sự giảm biên độ 1/√2 từ giá trị chuẩn. Vậy

trạng thái hồn tồn phù hợp với lí thuyết.