Báo cáo thí nghiệm mạch điện một chiều (dc)

MỤC ĐÍCH:Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực hiện các mạch điện cơ bản như mạch chia áp , mạch chia dòng, kiểm chứng các định luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương đương Thevenin-Norton t

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

A MỤC ĐÍCH:

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

áp , mạch chia dòng, kiểm chứng các định luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương đương

Thevenin-Norton trong mạch điện 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 điện DC một nguồn và nhiều nguồn

B ĐẶC ĐIỂM:

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

lệ , nguyên lý xếp chồng , sơ đồ tương đương 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 để được giá trị điện áp u như trong bảng số liệu Dùng DC volt kế đo u1, u2, u3và tính toán các giá trị trên theo lý thuyết Tính toán sai số khi đo

Hình 1.2.1.1: Mạch chia áp

- Tính theo lý thuyết :

*Đối với u(V)=5(V)

*Đối với u(V)=12(V):

Bảng Số Liệu :

Tính Đo %sai

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 điện áp:

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

c Thiết kế mạch chia áp DC :

- Thiết kế một mạch DC gồm 2 điện trở R1và R2nối tiếp theo yêu cầu ban đầu:

R2có 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 đo 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 đến 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 đo nội trở máy phát sóng trên hộp TN

Giá trị R s (đo được ) = 51Ω.

+ Ứng dụng 2: Đo điện trở vào Rincủa mạch như hình 1.2.1.3 Đưa tín hiệu output vào CH1 , tín hiệu tại nút a vào CH2 của dao động ký Chỉnh tăng VR từ giá trị 100Ω Cho đến khi tín hiệu tại a có biên độ bằng ½ biên độ tại output thì giá trị VR sẽ bằng giá trị Rincủa mạch

Hình 1.2.1.3: Mạch đo điện trở vào Rincủa một mạch điện.

- Tính theo giá trị 3 điện trở :

=>

Giá trị R in (đo được ) = 1180Ω

Giá trị R in ( tính theo giá trị 3 điện 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 đổi giá trị u của nguồn như trong bảng số liệu Dùng Ampe kế đo giá trị I1, I2, I3và tính toán I2,

I3theo lý thuyết Tính toán sai số khi đo

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

Tính toán Đo được %sai số Tínhtoán Đo được %sai số

b Kiểm chứng luật Kirchoff về dòng điện :

- Theo Kirchoff Current Law, ta có Tính ∑ Iktừ số liệu đo

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 điện trở R1và R2mắc song song theo yêu cầu ban đầu :

Dòng tổng 10 mA

R1 là 4,7kΩ và I1=4 mA

-Vẽ mạch thiết kế :

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

4mA

d Chia mạch dùng nhiều điện 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 điện trở

I1tính theo chia dòng :

vớ i

Bảng Số Liệu :

Dòng I đo Dòng I1đo Dòng I1tính theo chia

dòng Sai số khi dùng chiadòng cho I

III Giải tích mạch DC nhiều nguồn dùng thế nút và mắt lưới

+ E1: Nguồn DC 5V

+ E2: Nguồn DC 12V

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

Dùng volt kế DMM đo lại các u

Hình 1.2.3: Mạch DC nhiều nguồn

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

=>

=>

Điện áp Giá trị tính Giá trị đo % sai số

IV Cầu đo Wheatstone một chiều đo điện trở

Là cầu đo điện trở dựa trên nguyên lý cân bằng , dùng đo điện 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 đo này dùng để đo giá trị điện 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 đo Wheatstone một chiều

Giá trị VR VRcb- 100Ω VRcb= 2199Ω VRcb+ 100Ω

V Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ trên mạch DC

Với mạch thí nghiệm như hình 1.2.5 , nguyên lý tỉ lệ được hiểu là điện áp u2trong

mạch tỉ lệ với nguồn tác động lên mạch Eintheo :u 2 = K.E in Nguồn Einlấy từ nguồn

DC được điều chỉnh trên hộp TN chính Thay đổi giá trị Einvà đo u2

Hình 1.2.5: Mạch kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ.

Vẽ đồ thị :

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 đo được của u1trên mạch hình 1.2.3 dựa trên nguyên lý xếp

chồng , ta làm như sau :

+ Chỉ cho tác động lên mạch nguồn E1= 5V bằng cách thực hiện thí nghiệm như hình 1.2.6.1 và đo u11

+ Chỉ cho tác động lên mạch nguồn E2= 12V bằng cách thực hiện thí nghiệm như

hình 1.2.6.2 và đo u12

+ Tính u1theo nguyên lý xếp chô

*Tính theo nguyên lý xếp chồng :

Điện áp Mạch chỉ có

nguồn E1(u11) Mạch chỉ cónguồn E2(u12) Giá trị tínhtheo xếp

chồng

Giá trị đo 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:

Bảng Số liệu :

Giá trị uCđo ở chức năng DCV Giá trị uCđo ở chức năng ACV

Giải thích :

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

dẫn Áp dụng điện thế nút ta có được UA= UC= 2,28V sấp sỉ bằng 2,31V là giá trị đo

được

Khi đo ở chức năng ACV , ta thay đổi ngược lại khi đo chức năng DCV Phức hóa

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

VII Sơ đồ Thevenin-Norton và nguyên lý truyền công suất cực đại

Hình 1.2.7.1: Đo Uhm Hình 1.2.7.2: Đo Inm

Giá trị đo Giá trị tính Giá trị đo Giá trị tính Giá trị đo 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

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 đại 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 đến 10kΩ.Đo

IVR, tính PVR

Hình 1.2.7.4 : Cực đại công suất

mạch AC Bảng số liệu :

VR 1kΩ 2kΩ 2,573k

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 để PVRmax theo lý thuyết = 2,573kΩ

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

VIII Sơ đồ Module DC Circuits

Bảng 1.2.1: Danh sách linh kiện trên Module DC Circuits

STT Tên linh kiện Giá trị danh định / mô tả

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

D.DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:

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

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

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