Báo cáo thí nghiệm mạch điện một chiều DC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ~⸙⸙⸙ ~ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Thực bởi: Huỳnh Kỳ Anh – 1912566 Lê Danh An - 1912521 Nhóm thí nghiệm: Nhóm 01/ Lớp DT03 Link ghi âm ghi hình phiên Google Meet:(thí nghiệm trường) Phiên 1: Ngày hoàn thành báo cáo: 18/11/2021 Bài : MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC) A MỤC ĐÍCH: Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực mạch iện mạch chia áp , mạch chia dòng, kiểm chứng ịnh luật Kirchhoff khảo sát mạch tương ương Thevenin-Norton mạch iện DC Ngoài , thí nghiệm cịn giúp sinh viên so sánh kết tính tốn lý thuyết kết thí nghiệm mạch iện DC nguồn nhiều nguồn B ĐẶC ĐIỂM: Mạch iện DC tồn phần tử nguồn iện trở Nền tảng phân tích mạch iện Dc luật Ohm ịnh luật Kirchhoff Ngoài , ể tăng hiệu q trình tính tốn mạch DC , người ta dựa phép biến ổi tương ương ( chia áp , chia dòng , biến ổi nguồn,…), phân tích dùng ma trận ( nút , dịng mắt lưới ,…) hay dùng ịnh lý ặc trưng cho mạch tuyến tính ( nguyên lý tỉ lệ , nguyên lý xếp chồng , sơ tương ương Thevenin-Norton…) C PHẦN THÍ NGHIỆM: I a - Mạch chia áp: Thực mạch chia áp tính tốn áp trở Yêu cầu : Lắp mạch chia áp hình 1.2.1.1 Điều chỉnh nguồn DC ể ược giá trị iện áp u bảng số liệu Dùng DC volt kế o u1 , u2 , u3 tính tốn giá trị theo lý thuyết Tính tốn sai số 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) u1 Tính Đo u2 %sai số Tính Đo u3 %sai số Tính Đo %sai số 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 iện áp: - Theo Kirchoff Voltage Law, ta có u = ∑u = u +u2 +u3 Tính ∑u từ số liệu sai số *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 : o u(V) ∑uk %sai số 4,9336 1,328% 12 11,9717 0,236% c Thiết kế mạch chia áp DC : - Thiết kế mạch DC gồm ầu: iện trở R1 R2 nối yêu cầu ban R2 có áp vào 5(V) , áp 2(V) Dòng mạch phải bé 10mA - Mạch thiết kế sau : Chọn R1 = 4,7kΩ , R2 = 3,245kΩ => Kết o áp u2 = 2,002(V) , dòng mạch 0,629(mA) < 10(mA) d Ứng dụng mạch chia áp : + Ứng dụng : Đo nội trở Rs Thực mạch thí nghiệm hình 1.2.1.2.Trước hết chưa nối VR vơ mạch , chỉnh máy phát song có tín hiệu output 2Vrms , f = 1kHz Nối VR vào mạch , tăng dần từ 10Ω cho ến áp hiệu dụng output 1Vrms Theo nguyên lý chia áp , giá trị VR giá trị Rs Hình 1.2.1.2: Mạch o nội trở máy phát sóng hộp TN Giá trị R s ( o ược ) = 51Ω + Ứng dụng 2: Đo iện trở vào R in mạch hình 1.2.1.3 Đưa tín hiệu output vào CH1 , tín hiệu nút a vào CH2 dao ộng ký Chỉnh tăng VR từ giá trị 100Ω Cho ến tín hiệu a có biên ộ ½ biên ộ output giá trị VR giá trị R in mạch Hình 1.2.1.3: Mạch o - iện trở vào Rin mạch iện Tính theo giá trị iện trở : => Giá trị R in ( o ược ) = 1180Ω Giá trị R in ( tính theo giá trị iện trở ) = 1,182kΩ = 1182Ω II Mạch chia dòng a Thực mạch chia dịng tính dịng qua trở : - Yêu cầu : Thực mạch chia dòng hình 1.2.2.1 Thay ổi giá trị u nguồn bảng số liệu Dùng Ampe kế o giá trị I , I , I tính tốn I , I theo lý thuyết Tính tốn sai số o Hình 1.2.2.1: Mạch chia dòng I = 1,041(mA) (khi u=5V) I = 2,527(mA) (khi u=12V) - Tính theo lý thuyết : *Khi u(V) = 5(V): *Khi u(V) = 12(V): - Tính sai số : * Đối với u(V) = 5(V): * Đối với u(V) = 12(V): Bảng Số Liệu : u (V) I1 (mA) I (mA) Tính tốn Đo ược I (mA) %sai số Tính tốn Đo ược %sai số 1,041 0,572 0,562 1,748% 0,48 0,479 0,438% 12 2,527 1,372 1,366 0,438% 1,152 1,156 0,348% b Kiểm chứng luật Kirchoff dòng iện : - Theo Kirchoff Current Law, ta có sai số * Khi u(V) = 5(V): Tính ∑ I k từ số liệu o Sai số: * Khi u(V) = 12(V): Sai số: Bảng Số Liệu : u(V) I (mA) ∑I k %sai số 1,052 1,041 1,046% 12 2,524 2,522 0,079% c Thiết kế mạch chia dòng DC: -Thiết kế mạch DC gồm iện trở R R2 mắc song song theo yêu cầu ban ầu : Dòng tổng 10 mA R1 4,7kΩ I =4 mA Vẽ mạch thiết kế : Trị số R2 = 3,17kΩ, o lại dòng qua R = 4mA d Chia mạch dùng nhiều 1.2.2.2 Đo tính sai số I iện trở : Thực mạch thí nghiệm hình Hình 1.2.2.2: Mạch chia dịng nhiều iện trở I tính theo chia dịng : vớ i Sai số : Bảng Số Liệu : Dòng I o Dòng I o Dòng I tính theo chia dịng Sai số dùng chia dịng cho I 1,467 0,310 0,3122 0,705% Giải tích mạch DC nhiều nguồn dùngthế nút mắt lưới III + E1 : Nguồn DC 5V + E2 : Nguồn DC 12V Dùng volt kế DMM o lại E1 , E2 Dùng pp nút dịng mắt lưới tính u trở Dùng volt kế DMM o lại u Hình 1.2.3: Mạch DC nhiều nguồn *Tính theo lý thuyết : Chọn U D = => Sử dụng pt iện nút : ( ) => => ; Bảng số liệu : ; ; Điện áp Giá trị tính Giá trị o % sai số E1 5V 5V 0% E2 12V 12V 0% u1 1,21V 1,1681V 2,659% u2 3,79 3,765 0,922% u3 -8,21 -8,214 0,171% u4 -7 -7,047 0,672% IV Cầu o Wheatstone chiều o iện trở Là cầu o iện trở dựa nguyên lý cân , dùng o iện trở giá trị từ Ω trở lên cách thực mạch thí nghiệm hình Dùng DMM cho chức DC volt kế (DCV) có giá trị thị gần zero cầu cân Cầu o dùng ể o giá trị iện trở R2 chỉnh VR từ giá trị 1kΩ , lần tăng 100Ω Ghi lại giá trị VR giá trị thị DCV theo bảng Hình 1.2.4: Mạch o Wheatstone chiều Giá trị VR Chỉ số DCV VRcb - 100Ω VRcb = 2199Ω VRcb + 100Ω 33,97mV 0,09mV -33,15mV V Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ mạch DC Với mạch thí nghiệm hình 1.2.5 , nguyên lý tỉ lệ ược hiểu iện áp u2 mạch tỉ lệ với nguồn tác ộng lên mạch E in theo : u2 = K.Ein Nguồn Ein lấy từ nguồn DC ược iều chỉnh hộp TN Thay ổi giá trị Ein o u2 Hình 1.2.5: Mạch kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ 4V 6V 8V 10V 12V 1,16V 1,7392V 2,3137V 2,8972V 3,483V Ein u2 Vẽ thị : VI Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng mạch DC Hình 1.2.6.1:Mạch có nguồn E1 Để kiểm chứng giá trị o Hình 1.2.6.2: Mạch có nguồn E2 ược u1 mạch hình 1.2.3 dựa nguyên lý xếp chồng , ta làm sau : + Chỉ cho tác ộng lên mạch nguồn E = 5V cách thực thí nghiệm hình 1.2.6.1 o u11 + Chỉ cho tác ộng lên mạch nguồn E = 12V cách thực thí nghiệm hình 1.2.6.2 o u12 + Tính u1 theo ngun lý xếp chơ *Tính theo ngun lý xếp chồng : Điện áp u1 Mạch có nguồn E1 (u11 ) Mạch có nguồn E2 (u12 ) 3,69V -2,5224V Giá trị tính theo xếp chồng 1,1676V Giá trị o có nguồn 1,1681V + Mở rộng khảo sát nguyên lý xếp chồng mạch có nguồn DC AC: Hình 1.2.6.3: Đo uC mạch có nguồn DC AC Bảng Số liệu : Giá trị uC o chức DCV Giá trị uC o chức ACV 2,31V 0,954V % sai số dùng xếp chồng 0,043% Giải thích : Khi o chức DCV , ta lấy nguồn DC nguồn AC = , trở thành dây dẫn Áp dụng iện nút ta có ược U A = UC = 2,28V sấp sỉ 2,31V giá trị o ược Khi o chức ACV , ta thay ổi ngược lại hóa mạch , tính trị o o chức DCV Phức ược U A =U C=1,079(V) ( Hiệu dụng ) , sấp sỉ với 0,954V giá ược VII Sơ Thevenin-Norton ngun lý truyền cơng suất cực ại Hình 1.2.7.1: Đo U hm Hình 1.2.7.2: Đo I nm Uhm Giá trị o 8,184 I hm Giá trị tính 8,194 Giá trị o 3,217 Rthevenin Giá trị tính Giá trị o 3,207 Giá trị tính 2,522 *Tính theo lý thuyết : ● ● => U nút = 8,194(V) = U hm 4,7k.I = => I = 1,064(mA) , 5,6k.I = 12 => I = 2,143(mA) => I nm = I + I = 3,207(mA) ● Rthevenin = Uhm / I nm = (8,294/3,207).103 = 2,555kΩ Hình 1.2.7.3: Khảo sát cơng suất max 2,555 VR 1kΩ 2kΩ 2,522kΩ 3kΩ 4kΩ 5kΩ 6kΩ 7kΩ 8kΩ 9kΩ 10kΩ I VR(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 mạch khảo sát công suất cực ại mạch có nguồn AC Chỉnh cho u hiệu dụng 2V , tần số 5kHz.Thực 10 giá trị VR từ 1kΩ ến 10kΩ.Đo I VR , tính PVR Hình 1.2.7.4 : Cực ại cơng suất mạch AC Bảng số liệu : VR 1kΩ 2kΩ 2,573k Ω 3kΩ 4kΩ 5kΩ 6kΩ 7kΩ 8kΩ 9kΩ 10kΩ I VR 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 Module DC Circuits Bảng 1.2.1: Danh sách linh kiện Module DC Circuits STT Tên linh kiện Giá trị danh ịnh / mô tả Biến trở VR (4 dãy) 1kx10; 100x10; 10x10; 1x10Ω R1,R6 10kΩ R2,R7,R11 2.2kΩ R3,R4,R8,R10 4.7kΩ R5,R9,R12 5.6kΩ C1 0,01μF (103) L1 100mH D.DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM: - Hộp thí nghiệm ( hay 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 số (DMM) Dây nối thí nghiệm (có dây nối breadboard)  ... thị DCV theo bảng Hình 1.2.4: Mạch o Wheatstone chiều Giá trị VR Chỉ số DCV VRcb - 100Ω VRcb = 2199Ω VRcb + 100Ω 33,97mV 0,09mV -33,15mV V Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ mạch DC Với mạch thí nghiệm. .. thực thí nghiệm hình 1.2.6.1 o u11 + Chỉ cho tác ộng lên mạch nguồn E = 12V cách thực thí nghiệm hình 1.2.6.2 o u12 + Tính u1 theo nguyên lý xếp chơ *Tính theo ngun lý xếp chồng : Điện áp u1 Mạch. .. 1,328% 12 11,9717 0,236% c Thiết kế mạch chia áp DC : - Thiết kế mạch DC gồm ầu: iện trở R1 R2 nối yêu cầu ban R2 có áp vào 5(V) , áp 2(V) Dòng mạch phải bé 10mA - Mạch thiết kế sau : Chọn R1 = 4,7kΩ