Trang 10
Khởi động
Đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp là đoạn mạch điện có điện trở (R), cuộn dây (L) và tụ điện (C) mắc nối tiếp. Đoạn mạch này được ứng dụng phổ biến trong các thiết bị điện tử. Cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch có mối liên hệ như thế nào so với điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch đó?
Đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp.
R - Điện trở
Cuộn dây (cuộn cảm)
Tụ điện
I. ĐOẠN MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU RLC MẮC NỐI TIẾP
Xét đoạn mạch điện AB gồm điện trở R, cuộn dây L (có điện trở không đáng kể) và tụ điện C mắc nối tiếp như Hình 2.1.
Hình 2.1. Sơ đồ đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp
Nếu cường độ dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch AB có dạng:
(A) (2.1)
thì điện áp giữa hai đầu điện trở, cuộn dây và tụ điện lần lượt là:
u_R = U_{0R}cosωt (V) (2.2)
với 
(V) (2.2)
với 
và 
là cảm kháng của cuộn dây có đơn vị ôm (Ω), L là hệ số tự cảm của cuộn dây có đơn vị henry (H).
(V) (2.4)
với 
và 
là dung kháng của tụ điện có đơn vị ôm (Ω), C là điện dung của tụ điện có đơn vị fara (F).
Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch AB là:
(V) (2.5)
với 
(2.6)
Trong đó 
là tổng trở của đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp có đơn vị là ôm (Ω), 
là pha ban đầu của điện áp có đơn vị là radian.
Từ biểu thức (2.6) ta có: 
; 
, do đó cường độ dòng điện hiệu dụng và điện áp hiệu dung của dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch RLC mắc nối tiếp tuân theo định luật Ohm.
Trang 11
II. ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG VÔN – AMPE (V – A) CỦA ĐOẠN MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU RLC MẮC NỐI TIẾP
Hoạt động
Mục đích thí nghiệm: Khảo sát được mối quan hệ giữa điện áp hiệu dụng và cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp.
Dụng cụ:
- Điện trở R =10 Ω (1).
- Cuộn dây 400 vòng (2) (không có lõi sắt).
- Tụ điện có điện dung C = 2 μF (3).
- Hai đồng hồ đo điện đa năng (4).
- Máy phát âm tần (5).
- Dây nối, công tắc và bảng lắp mạch điện.
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lí (a), bố trí thí nghiệm (b) để khảo sát I – U trong mạch điện RLC mắc nối tiếp
Thiết kế phương án thí nghiệm:
- Nêu các bước tiến hành thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa điện áp hiệu dụng và cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp.
Tiến hành:
- Lắp ráp thiết bị thí nghiệm như bố trí trong Hình 2.2b.
- Đặt tần số của máy phát âm tần là 1000 Hz.
- Điều chỉnh máy phát âm tần để giá trị điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch tăng từ 0 V đến 6 V (Bước 0,5 V). Đọc giá trị cường độ dòng điện.
- Ghi giá trị điện áp hiệu dụng và giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch vào vở theo mẫu Bảng 2.1.
Trang 12
Bảng 2.1. Minh hoạ kết quả đo trong một lần thí nghiệm.
| Lần đo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| U (V) | 0,0 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 |
| I (MA) | 0,0 | 6,8 | 13,7 | 20,8 | 27,7 | 34,8 | 41,8 |
Từ kết quả thí nghiệm, hãy thực hiện các yêu cầu sau:
1. Vẽ đường đặc trưng V – A.
2. Từ đồ thị trên, rút ra nhận xét về mối liên hệ giữa I và U.
Chú ý: Lấy gần đúng cường độ dòng điện đến 0,1 mA và điện áp đến 0,1 V.
Câu hỏi
Khi tần số dòng điện qua đoạn mạch RLC mắc nối tiếp là không thay đổi, sự phụ thuộc của I theo U có tuân theo định luật Ohm không?
EM CÓ BIẾT?
Khi ta giữ điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp trong thí nghiệm trên (Hình 2.2) không đổi là 2,0 V và thay đổi tần số dòng điện trong mạch từ 550 Hz đến 650 Hz (mỗi lần tăng 10 Hz) thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch thay đổi theo tần số có dạng như đồ thị trong Hình 2.3.
Hình 2.3. Sự thay đổi của cường độ dòng điện hiệu dụng theo tần số khi điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp không đổi
Trang 13
EM ĐÃ HỌC
Đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp là đoạn mạch gồm điện trở, cuộn dây và tụ điện mắc nối tiếp với nhau.
Cường độ dòng điện hiệu dụng và điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp tuân theo định luật Ohm. Đường đặc trưng V – A trong đoạn mạch RLC mắc nối tiếp là đường thẳng
EM CÓ THỂ
Khảo sát được mối liên hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp.
EM CÓ BIẾT?
Độ lệch pha của điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch RLC mắc nối tiếp được xác định bằng biểu thức:
Đoạn mạch điện xoay chiều RLC được ứng dụng trong một số thiết bị điện tử như sau:
Mạch lọc tín hiệu điện: Đoạn mạch RLC được sử dụng để lọc và tinh chỉnh tín hiệu điện, để loại bỏ tần số nhiễu trong thu phát sóng điện từ.
Mạch cộng hưởng: Đoạn mạch RLC có thể tạo ra hiện tượng cộng hưởng, được sử dụng trong mạch thu phát sóng điện từ.
Mạch bảo vệ các hệ thống điện: Đoạn mạch RLC có thể được sử dụng để kiểm soát và cải thiện yếu tố công suất trong các hệ thống điện.
Mạch tinh chỉnh âm thanh: Đoạn mạch RLC được sử dụng để điều chỉnh tần số và biên độ của các tín hiệu âm thanh trong các thiết bị thu phát âm thanh.
