Báo cáo thí nghiệm mạch điện một chiều DC

MỤC ĐÍCH: Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực hiện các mạch iện cơ bản như mạch chia áp , mạch chia dòng, kiểm chứng các ịnh luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương ương Thevenin-Norton tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

~⸙⸙⸙ ~

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Thực hiện bởi:

1 Huỳnh Kỳ Anh – 1912566

2 Lê Danh An - 1912521

3

Nhóm thí nghiệm: Nhóm 01/ Lớp DT03

Link ghi âm ghi hình các phiên Google Meet:(thí nghiệm tại trường)

Phiên 1:

Ngày hoàn thành báo cáo: 18/11/2021

Bài 1 : MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC)

A MỤC ĐÍCH:

Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực hiện các mạch iện cơ bản như mạch chia

áp , mạch chia dòng, kiểm chứng các ịnh luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương ương

Thevenin-Norton trong mạch iện DC Ngoài ra , bài thí nghiệm còn giúp sinh viên so sánh kết quả giữa tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm của mạch iện DC một nguồn và nhiều nguồn

B ĐẶC ĐIỂM:

Mạch iện DC chỉ tồn tại các phần tử nguồn và iện trở Nền tảng của phân tích mạch iện Dc là luật Ohm và các ịnh luật Kirchhoff Ngoài ra , ể tăng hiệu quả của quá trình tính toán mạch DC , người ta có thể dựa trên các phép biến ổi tương ương ( chia áp , chia dòng , biến ổi nguồn,…), phân tích dùng ma trận ( thế nút , dòng mắt lưới ,…) hay dùng các ịnh lý ặc trưng cho mạch tuyến tính ( nguyên

lý tỉ lệ , nguyên lý xếp chồng , sơ ồ tương ương Thevenin-Norton…) C PHẦN THÍ NGHIỆM:

I Mạch chia áp:

a Thực hiện mạch chia áp và tính toán áp của từng trở

- Yêu cầu : Lắp mạch chia áp như hình 1.2.1.1 Điều chỉnh nguồn DC ể ược giá trị iện áp u như trong bảng số liệu Dùng DC volt kế o u1 , u2 , u3 và tính toán các giá trị trên theo lý thuyết Tính toán sai số khi o

Hình 1.2.1.1: Mạch chia áp

- Tính theo lý thuyết :

*Đối với u(V)=5(V)

*Đối với u(V)=12(V):

*Đối với u(V) = 5(V) *Đối với u(V) = 12(V)

Bảng Số Liệu :

u(V)

số

số

Tính Đo %sai số

5 0,88 0,8658 1,614% 1,88 1,8567 1,240% 2,24 2,2111 1,291%

12 2,112 2,1007 0,535% 4,512 4,506 0,133% 5,376 5,365 0,205% b.Kiểm chứng luật Kirchoff về iện áp:

- Theo Kirchoff Voltage Law, ta có u = ∑u = u1+u2+u3 Tính ∑u từ số liệu o và

sai số của nó

*Khi u(V)=5(V): ∑u = u1+u2+u3 = 0,8658+1,8567+2,2111 = 4,9336(V)

Sai số :

*Khi u(V)=12(V): ∑u = u1+u2+u3 = 2,1007+4,506+5,365 = 11,9717(V)

Sai số :

Bảng Số Liệu :

u(V) ∑uk %sai số

c Thiết kế mạch chia áp DC :

- Thiết kế một mạch DC gồm 2 iện trở R1 và R2 nối tiếp theo yêu cầu ban

ầu:

R2 có áp vào 5(V) , áp ra 2(V)

Dòng trong mạch phải bé hơn 10mA

- Mạch thiết kế như sau :

Chọn R1 = 4,7kΩ , R2 = 3,245kΩ => Kết quả o áp là u2 = 2,002(V) , dòng trong mạch là 0,629(mA) < 10(mA)

d Ứng dụng mạch chia áp :

+ Ứng dụng 1 : Đo nội trở Rs Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.2.1.2.Trước hết chưa nối VR vô mạch , chỉnh máy phát song có tín hiệu trên output là 2Vrms , f = 1kHz Nối VR vào mạch , tăng dần từ 10Ω cho ến khi áp hiệu dụng trên output là 1Vrms Theo nguyên lý chia áp , giá trị VR sẽ bằng giá trị Rs

Hình 1.2.1.2: Mạch o nội trở máy phát sóng trên hộp TN

Giá trị R ( o ược ) = 51Ω

+ Ứng dụng 2: Đo iện trở vào Rin của mạch như hình 1.2.1.3 Đưa tín hiệu output vào CH1 , tín hiệu tại nút a vào CH2 của dao ộng ký Chỉnh tăng VR từ giá trị 100Ω Cho ến khi tín hiệu tại a có biên ộ bằng ½ biên ộ tại output thì giá trị VR

sẽ bằng giá trị Rin của mạch

Hình 1.2.1.3: Mạch o iện trở vào Rin của một mạch iện

- Tính theo giá trị 3 iện trở :

Giá trị R in ( o ược ) = 1180Ω

Giá trị R in ( tính theo giá trị 3 iện trở ) = 1,182kΩ = 1182Ω

II Mạch chia dòng

a Thực hiện mạch chia dòng và tính dòng qua từng trở :

- Yêu cầu : Thực hiện mạch chia dòng như hình 1.2.2.1 Thay ổi giá trị u của nguồn như trong bảng số liệu Dùng Ampe kế o giá trị I1, I2, I3 và tính toán I2 , I3 theo lý thuyết Tính toán sai số khi o

Hình 1.2.2.1: Mạch chia dòng

I1 = 1,041(mA) (khi u=5V) và I1 = 2,527(mA) (khi u=12V)

- Tính theo lý thuyết :

=>

- Tính sai số :

* Đối với u(V) = 5(V):

* Đối với u(V) = 12(V):

Bảng Số Liệu :

u

(V)

I1

(mA)

Tính toán Đo ược %sai số Tính toán Đo ược %sai số

b Kiểm chứng luật Kirchoff về dòng iện :

- Theo Kirchoff Current Law, ta có Tính ∑ Ik từ số liệu o và

sai số của nó

* Khi u(V) = 5(V):

Sai số:

* Khi u(V) = 12(V):

Sai số:

Bảng Số Liệu :

c Thiết kế mạch chia dòng DC:

-Thiết kế một mạch DC gồm 2 iện trở R1 và R2 mắc song song theo yêu cầu ban ầu :

Dòng tổng 10 mA

R1 là 4,7kΩ và I1=4 mA Vẽ

mạch thiết kế :

Trị số R2 = 3,17kΩ, o lại dòng qua R1 =

4mA

d Chia mạch dùng nhiều iện trở : Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.2.2.2 Đo và tính sai số I1

Hình 1.2.2.2: Mạch chia dòng nhiều iện trở

I1 tính theo chia dòng :

Bảng Số Liệu :

Dòng I o Dòng I1 o Dòng I1 tính theo chia

dòng

Sai số khi dùng chia dòng cho I

III Giải tích mạch DC nhiều nguồn dùngthế nút và mắt lưới

+ E1 : Nguồn DC 5V

+ E2 : Nguồn DC 12V

Dùng volt kế DMM o lại E1 , E2 Dùng pp thế nút hoặc dòng mắt lưới tính u trên các trở

Dùng volt kế DMM o lại các u

Hình 1.2.3: Mạch DC nhiều nguồn

*Tính theo lý thuyết : Chọn UD = 0 => Sử dụng pt iện thế nút :

Bảng số liệu :

v ớ i

=>

=>

Điện áp Giá trị tính Giá trị o % sai số

IV Cầu o Wheatstone một chiều o iện trở

Là cầu o iện trở dựa trên nguyên lý cân bằng , dùng o iện trở giá trị từ 1Ω trở lên bằng cách thực hiện mạch thí nghiệm như hình dưới Dùng DMM cho chức năng DC volt kế (DCV)

có giá trị chỉ thị gần zero nhất là cầu cân bằng Cầu o này dùng ể o giá trị iện trở R 2 khi chỉnh

VR từ giá trị 1kΩ , mỗi lần tăng 100Ω Ghi lại giá trị VR và giá trị chỉ thị trên DCV theo

bảng.

Hình 1.2.4: Mạch o Wheatstone một chiều

V Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ trên mạch DC Với mạch thí nghiệm như hình 1.2.5 , nguyên lý tỉ lệ ược hiểu là iện áp u2 trong mạch tỉ lệ với nguồn tác ộng lên mạch Ein theo : u 2 = K.E in Nguồn Ein lấy từ nguồn

DC ược iều chỉnh trên hộp TN chính Thay ổi giá trị Ein và o u2

Hình 1.2.5: Mạch kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ

Ein

Vẽ ồ thị :

VI Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng trên mạch DC

Hình 1.2.6.1:Mạch chỉ có nguồn E1 Hình 1.2.6.2: Mạch chỉ có nguồn E2

Để kiểm chứng giá trị o ược của u1 trên mạch hình 1.2.3 dựa trên nguyên lý xếp

chồng , ta làm như sau :

+ Chỉ cho tác ộng lên mạch nguồn E1 = 5V bằng cách thực hiện thí nghiệm như hình

1.2.6.1 và o u11

+ Chỉ cho tác ộng lên mạch nguồn E2 = 12V bằng cách thực hiện thí nghiệm như hình 1.2.6.2 và o u12

+ Tính u1 theo nguyên lý xếp chô

*Tính theo nguyên lý xếp chồng :

Điện áp Mạch chỉ có

nguồn E1(u11)

Mạch chỉ có nguồn E2(u12)

Giá trị tính theo xếp chồng

Giá trị o khi

có cả 2 nguồn

% sai số khi dùng xếp chồng

+ Mở rộng khảo sát nguyên lý xếp chồng trong mạch có cả nguồn DC và AC:

Hình 1.2.6.3: Đo uC khi mạch có cả nguồn DC và AC

Bảng Số liệu :

Giá trị uC o ở chức năng DCV Giá trị uC o ở chức năng ACV

Giải thích :

Khi o ở chức năng DCV , ta chỉ lấy nguồn DC còn nguồn AC = 0 , trở thành dây

dẫn Áp dụng iện thế nút ta có ược UA = UC = 2,28V sấp sỉ bằng 2,31V là giá

trị o ược

Khi o ở chức năng ACV , ta thay ổi ngược lại khi o chức năng DCV Phức

hóa mạch , tính ược UA=UC=1,079(V) ( Hiệu dụng ) , sấp sỉ với 0,954V là giá

trị o ược

VII Sơ ồ Thevenin-Norton và nguyên lý truyền công suất cực ại

Giá trị o Giá trị tính Giá trị o Giá trị tính Giá trị o Giá trị tính

*Tính theo lý thuyết :

● => Unút giữa = 8,194(V) = Uhm

● 4,7k.I1 = 5 => I1 = 1,064(mA) , 5,6k.I2 = 12 => I2 = 2,143(mA) => Inm = I1 + I2

= 3,207(mA)

● Rthevenin = Uhm / Inm = (8,294/3,207).103 = 2,555kΩ

Hình 1.2.7.3: Khảo sát công suất max

VR 1kΩ 2kΩ 2,522kΩ 3kΩ 4kΩ 5kΩ 6kΩ 7kΩ 8kΩ 9kΩ 10kΩ

IVR(mA) 2,317 1,806 1,636 1,48 1,254 1,089 0,963 0,863 0,782 0,714 0,658

PVR(mW) 5,368 6,523 6,750 6,571 6,290 5,930 5,564 5,213 4,892 4,588 4,330

+ Thực hiện mạch khảo sát công suất cực ại trong mạch có nguồn AC Chỉnh cho u

hiệu dụng bằng 2V , tần số là 5kHz.Thực hiện 10 giá trị của VR từ 1kΩ ến 10kΩ.Đo

IVR , tính PVR

Hình 1.2.7.4 : Cực ại công suất

mạch AC Bảng số liệu :

VR 1kΩ 2kΩ 2,573k

Ω

IVR 0,34 0,28 0,248 0,19 0,17 0,17 0,15 0,13 0,12 0,11 0,1

P 0,12 0,16 0,158 0,152 0,145 0,145 0,13 0,12 0,119 0,11 0,1

VR

VR ể PVR max theo lý thuyết = 2,573kΩ

Công suất PVR (max) theo lý thuyết = 0,158mW

VIII Sơ ồ Module DC Circuits

Bảng 1.2.1: Danh sách linh kiện trên Module DC Circuits

STT Tên linh kiện Giá trị danh ịnh / mô tả

1 Biến trở VR (4 dãy) 1kx10; 100x10; 10x10; 1x10Ω

4 R3,R4,R8,R10 4.7kΩ

D.DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:

- Hộp thí nghiệm ( hay bộ nguồn DC hai ngõ ra).

- Các iện trở : 1kΩ, 2.2kΩ,4.7kΩ, 5.6kΩ, 10kΩ.

- Các tụ iện không phân cực : 105, 104, 473, 223, 103.

- Biến trở 1kΩ, 10kΩ.

Đồng hồ o vạn năng số (DMM) - Dây nối thí nghiệm (có dây nối trên breadboard).