Giới thiệu công thức trở kháng, dung kháng và cảm kháng:
Công thức trở kháng được thể hiện trong công thức 1 . Từ công thức này, chúng ta có thể biết được vai trò của ba thành phần thụ động trong trở kháng. Phần thực của trở kháng là điện trở , phần ảo là điện kháng bao gồm điện dung và điện cảm . Các thành phần thụ động trong môi trường thực đều có những tình huống không lý tưởng. Điện trở thuần, độ tự cảm thuần và điện dung thuần chỉ xuất hiện khi thảo luận về các điều kiện lý tưởng trong sách. Các ứng dụng thực tế phải xem xét các điều kiện không lý tưởng do các thành phần ngoại lai gây ra, bởi vì các thành phần ngoại lai gây ra hiện tượng tự cảm tồn tại trong điện dung và độ tự cảm trong điện dung. Đặc tính điện trở kháng sẽ thay đổi sau khi xuất hiện tần số cộng hưởng. Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu và đo được tần số cộng hưởng.
Công thức Dung kháng của tụ điện như trong công thức 2 . Khi tần số f tăng thì Dung kháng XC sẽ nhỏ hơn. Dung kháng cho phép tần số cao đi qua và chặn tần số thấp. Đối với DC, tụ điện là mạch hở.
Công thức Cảm kháng của cuộn cảm như trong công thức 3 . Khi tần số f tăng thì cảm kháng XL sẽ lớn hơn. Độ tự cảm cho phép tần số thấp đi qua và chặn tần số cao. Đối với DC, cuộn cảm là ngắn mạch.
1. Cộng hưởng và tần số cộng hưởng là gì?
Trong mạch có Dung kháng và Cảm kháng. Khi Dung kháng bằng Cảm kháng thì gọi là cộng hưởng (Công thức 4). Qua định nghĩa này có thể tính được tần số cộng hưởng (Công thức 5):
*Công thức tính toán như sau:
2. Tại sao tần số cộng hưởng lại quan trọng trong việc đo các đặc tính của thành phần thụ động?
Có thể nói rằng khi tần số áp dụng cho thành phần này thấp hơn tần số cộng hưởng thì nhìn chung nó sẽ đáp ứng theo các đặc tính lý tưởng của thành phần. Tuy nhiên, khi tần số đưa vào lớn hơn tần số cộng hưởng thì sẽ biểu hiện đặc tính ngược lại, đó là Dung kháng sẽ trở thành cảm kháng và ngược lại.
Lấy hình A làm ví dụ, đây là sơ đồ đáp ứng tần số của tụ điện. Trục hoành là tần số được áp dụng và trục tung là điện kháng tương ứng với thành phần. Đường chéo thẳng màu đỏ là đặc tính thành phần lý tưởng. Tần số càng cao thì điện kháng càng nhỏ (có thể thu được từ Công thức 2 ). Nhưng trên thực tế, khi tần số cao hơn tần số cộng hưởng, điện kháng tăng thay vì giảm khi tần số tăng, nghĩa là nó bắt đầu có đặc tính đảo ngược.
Hình A: So sánh đường cong trở kháng của tụ điện lý tưởng và các đặc tính thực tế trước và sau tần số cộng hưởng
Tại sao điện kháng lại tăng thay vì giảm? Trong hình B và hình C , bạn có thể thấy điện cảm ngoại lai mắc nối tiếp trên một tụ điện. Khi nó cao hơn tần số cộng hưởng, điện kháng do điện cảm ngoại lai tạo ra sẽ lớn hơn điện kháng của điện dung. Vì là điện cảm ngoại lai mắc nối tiếp nên điện kháng tương đương sẽ tăng. Nói cách khác, Cảm kháng ngoại lai lúc này trở thành tác nhân chính, nên đặc tính đáp ứng tần số của Cảm kháng sẽ xuất hiện.
Hình B: Mạch tương đương của tụ điện SMD Hình C: Mạch tương đương của tụ chì
Lấy hình D làm ví dụ, đó là đáp ứng tần số của thành phần cảm ứng . Đường chéo thẳng màu đỏ là đặc tính điện cảm lý tưởng. Tần số càng cao thì điện kháng càng lớn (có thể thu được từ Công thức 3 ). Nhưng trên thực tế, khi tần số tăng đến tần số cộng hưởng, điện kháng không tăng mà giảm khi tần số tăng, tức là bắt đầu có đặc tính đảo ngược.
Hình D: So sánh đường cong trở kháng của một cuộn cảm lý tưởng và các đặc tính thực tế trước và sau tần số cộng hưởng
Tại sao điện kháng bắt đầu giảm thay vì tăng?
Lý do cũng giống như đã nêu ở trên. Bạn có thể thấy điện dung ngoại lai trên cuộn cảm trong Hình E. Khi nó cao hơn tần số cộng hưởng, điện kháng do điện dung ngoại lai tạo ra nhỏ hơn điện kháng của cuộn cảm và dòng điện sẽ chạy đến nơi có điện trở nhỏ nhất, do đó dòng điện được chuyển hướng đến đường đi của điện dung ngoại lai. Nói tóm lại, điện dung bên ngoài lúc này trở thành tác nhân chính nên đặc tính đáp ứng tần số của tụ điện sẽ xuất hiện.
Hình E: Mạch tương đương của cuộn cảm (không có lõi)
3. Phân tích tần số cộng hưởng như thế nào?
Đặc tính của thành phần đề cập đến hiệu suất của các thành phần trong các điều kiện cụ thể (thông số kỹ thuật, thông số kỹ thuật ô tô, thông số kỹ thuật quân sự), do đó điều kiện đo phải lớn hơn hoặc bằng điều kiện ứng dụng thực tế. Đặc tính điện kháng của cuộn cảm và tụ điện ở các tần số khác nhau là khác nhau. Mặc dù quy trình sản xuất các thành phần từ cùng một chuỗi rất nhất quán nhưng vẫn có những khác biệt nhỏ về giá trị của các thành phần ngoại lai. Cũng cần xác nhận xem các thành phần có hoạt động sau tần số cộng hưởng hay không (do sự thay đổi đặc tính điện kháng). Đối với yêu cầu trên, máy đo LCR thông thường để đo tần số một điểm không thể đáp ứng được nhu cầu. Trước đây, các phép đo có thể được thực hiện thông qua quét tần số chỉ có trên các máy phân tích trở kháng đắt tiền .
Máy đo LCR hiện tại đã phát triển để có khả năng quét tần số và đánh giá thành phần ngoại lai của máy phân tích trở kháng. Hình F là kết quả quét tần số của thành phần điện dung được đo bằng Máy đo LCR GW Instek LCR-8200A . Dải tần quét là từ 1 MHz đến 27,5 MHz. Kết quả quét cho thấy giá trị trở kháng tương ứng Z và sự thay đổi pha trong dải tần. Trục hoành là tần số được áp dụng.
Cần lưu ý rằng thang đo LOG thường được sử dụng ở đây. Trục tung là trở kháng và pha tương ứng với thành phần; đường màu vàng là sự thay đổi giá trị trở kháng trên thang logarit, trong khi đường màu xanh lá cây là sự thay đổi pha trên thang tuyến tính. Từ giá trị trở kháng khi đảo ngược sự thay đổi, có thể thấy tần số cộng hưởng của thành phần này là khoảng 18 MHz. Nghĩa là, các đặc tính thành phần của tụ điện được duy trì ở tần số 18 MHz. Ngoài 18 MHz, nó sẽ chuyển sang đặc tính cảm ứng (được thay đổi để bị chi phối bởi điện cảm ngoại lai).
Hình F: Ví dụ ứng dụng quét đường cong đặc tính
Nếu muốn phân tích sâu hơn, bạn có thể sử dụng chức năng phân tích mô hình mạch tương đương (Equivalent Circuit Analysis). Chức năng phân tích mô hình mạch tương đương là gọi ra mô hình xuất phát từ giá trị lý thuyết và so sánh nó thông qua việc khớp đường cong. Khi giá trị đo đạt gần đến giá trị lý thuyết thì có thể thu được giá trị của thành phần ngoại lai
Như được hiển thị trong Hình G , trước tiên bạn có thể gọi mô hình mạch tương đương gần D ( L1 C1 R1 được kết nối nối tiếp ) và đường cong mô hình xuất phát theo lý thuyết sẽ xuất hiện. Sau đó bạn có thể điều chỉnh từ từ các thông số của mạch tương đương L1 C1 R1 để xấp xỉ giá trị đo thực tế. Khi đường cong lý thuyết gần giống với đường cong kết quả thực tế thì L1 R1 lúc này gần nhất với giá trị của phần tử ngoại lai. Điều này gần giống với chức năng của máy phân tích trở kháng.
Hình G: Đánh giá thành phần ngoại lai
4.Mua máy đo LCR ở đâu?
Dòng máy đo LCR GW Instek LCR-8200A cung cấp tần số quét lên tới 50 MHz và 7 loại model tương đương để hỗ trợ phân tích các thành phần ngoại lai.
IMST JSC là đơn vị cung cấp máy đo LCR bởi hãng GW Instek với đội ngũ kỹ thuật và nhân viên tư vấn có kinh nghiệm lâu năm. Để biết thêm thông tin sản phẩm, vui lòng nhấp vào liên kết sau hoặc liên hệ với chúng tôi để được tư vấn tốt nhất:
https://imst.com.vn/thiet-bi-do-lcr/
