Báo cáo thí nghiệm mạch điện một chiều (dc)

lOMoARcPSD|20597457 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 hồn thành báo cáo: 18/11/2021 lOMoARcPSD|20597457 Bài : MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC) A MỤC ĐÍCH: Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực mạch điện mạch chia áp , mạch chia dòng, kiểm chứng định luật Kirchhoff khảo sát mạch tương đương Thevenin-Norton mạch điện DC Ngồi , thí nghiệm cịn giúp sinh viên so sánh kết tính tốn lý thuyết kết thí nghiệm mạch điện DC nguồn nhiều nguồn B ĐẶC ĐIỂM: Mạch điện DC tồn phần tử nguồn điện trở Nền tảng phân tích mạch điện Dc luật Ohm định luật Kirchhoff Ngoài , để tăng hiệu q trình tính tốn mạch DC , người ta dựa phép biến đổi tương đương ( chia áp , chia dòng , biến đổi nguồn,…), phân tích dùng ma trận ( nút , dòng mắt lưới ,…) hay dùng 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 a - Mạch chia áp: Thực mạch chia áp tính tốn áp trở u cầu : Lắp mạch chia áp hình 1.2.1.1 Điều chỉnh nguồn DC để giá trị điện áp u bảng số liệu Dùng DC volt kế đo u1 , u2 , u3 tính tốn giá trị theo lý thuyết Tính tốn sai số đo Hình 1.2.1.1: Mạch chia áp - Tính theo lý thuyết : *Đối với u(V)=5(V) lOMoARcPSD|20597457 *Đối với u(V)=12(V): *Đối với u(V) = 5(V) *Đối với u(V) = 12(V) lOMoARcPSD|20597457 Bảng Số Liệu : u(V) u1 Tính u2 Đo %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 điện áp: - Theo Kirchoff Voltage Law, ta có u = ∑u = u1+u2+u3 Tính ∑u từ số liệu đo 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 : u(V) ∑uk %sai số 4,9336 1,328% 12 11,9717 0,236% c Thiết kế mạch chia áp DC : Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 - Thiết kế mạch DC gồm điện trở R1 R2 nối yêu cầu ban đầu: R2 có áp vào 5(V) , áp 2(V) Dịng mạch phải bé 10mA - Mạch thiết kế sau : Chọn R1 = 4,7kΩ , R2 = 3,245kΩ => Kết đo 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 áp hiệu dụng output 1Vrms Theo nguyên lý chia áp , giá trị VR giá trị Rs Hình 1.2.1.2: Mạch đo nội trở máy phát sóng hộp TN Giá trị Rs (đo ) = 51Ω + Ứng dụng 2: Đo điện trở vào Rin mạch hình 1.2.1.3 Đưa tín hiệu output vào CH1 , tín hiệu nút a vào CH2 dao động ký Chỉnh tăng VR từ giá trị 100Ω Cho đến tín hiệu a có biên độ ½ biên độ output giá trị VR giá trị Rin mạch Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 Hình 1.2.1.3: Mạch đo điện trở vào Rin mạch điện - Tính theo giá trị điện trở : => Giá trị Rin (đo ) = 1180Ω Giá trị Rin ( tính theo giá trị điện trở ) = 1,182kΩ = 1182Ω II Mạch chia dòng a Thực mạch chia dịng tính dịng qua trở : - Yêu cầu : Thực mạch chia dịng hình 1.2.2.1 Thay đổi giá trị u nguồn bảng số liệu Dùng Ampe kế đo giá trị I1, I2, I3 tính tốn I2 , I3 theo lý thuyết Tính tốn sai số đo Hình 1.2.2.1: Mạch chia dịng I1 = 1,041(mA) (khi u=5V) I1 = 2,527(mA) (khi u=12V) - Tính theo lý thuyết : *Khi u(V) = 5(V): *Khi u(V) = 12(V): Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 - Tính sai số : * Đối với u(V) = 5(V): * Đối với u(V) = 12(V): Bảng Số Liệu : u (V) I1 (mA) I2(mA) I3(mA) Tính tốn Đo %sai số 0,572 0,562 Tính tốn Đo %sai số 1,041 1,748% 0,48 0,479 0,438% 12 2,527 1,372 1,366 0,438% Kiểm chứng luật Kirchoff dòng điện : 1,152 1,156 0,348% b - Theo Kirchoff Current Law, ta có Tính ∑ Ik từ số liệu đo sai số * Khi u(V) = 5(V): Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 Sai số: * Khi u(V) = 12(V): Sai số: Bảng Số Liệu : u(V) I1(mA) ∑Ik %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 điện trở R1 R2 mắc song song theo yêu cầu ban đầu : Dòng tổng 10 mA R1 4,7kΩ 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 mạch thí nghiệm hình 1.2.2.2 Đo tính sai số I1 Hình 1.2.2.2: Mạch chia dịng nhiều điện trở I1 tính theo chia dịng : Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 vớ i Sai số : Bảng Số Liệu : Dòng I đo Dịng I1 đo Dịng I1 tính theo chia dịng Sai số dùng chia dòng cho I 1,467 0,310 0,3122 0,705% III Giải tích mạch DC nhiều nguồn dùng nút mắt lưới + E1 : Nguồn DC 5V + E2 : Nguồn DC 12V Dùng volt kế DMM đo lại u Dùng volt kế DMM đo lại E1 , E2 Dùng pp nút dòng mắt lưới tính u trở Hình 1.2.3: Mạch DC nhiều nguồn *Tính theo lý thuyết : Chọn UD = => Sử dụng pt điện nút : ( ) => => ; ; Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) ; lOMoARcPSD|20597457 Bảng số liệu : Điện áp Giá trị tính Giá trị đo % 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 đo Wheatstone chiều đo điện trở Là cầu đo điện trở dựa nguyên lý cân , dùng đo điện trở giá trị từ 1Ω 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 đo dùng để đo giá trị điện 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 đo Wheatstone chiều Giá trị VR Chỉ số DCV V VRcb - 100Ω VRcb = 2199Ω VRcb + 100Ω 33,97mV 0,09mV -33,15mV Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ mạch DC Với mạch thí nghiệm hình 1.2.5 , nguyên lý tỉ lệ hiểu điện áp u2 mạch tỉ lệ với nguồn tác động lên mạch Ein theo : u2 = K.Ein Nguồn Ein lấy từ nguồn DC điều chỉnh hộp TN Thay đổi giá trị Ein đo u2 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 Hình 1.2.5: Mạch kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ Ein 4V 6V 8V 10V 12V u2 1,16V 1,7392V 2,3137V 2,8972V 3,483V Vẽ đồ thị : Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 VI Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng mạch DC Hình 1.2.6.1:Mạch có nguồn E1 Hình 1.2.6.2: Mạch có nguồn E2 Để kiểm chứng giá trị đo u1 mạch hình 1.2.3 dựa nguyên lý xếp chồng , ta làm sau : + Chỉ cho tác động lên mạch nguồn E1 = 5V cách thực thí nghiệm hình 1.2.6.1 đo u11 + Chỉ cho tác động lên mạch nguồn E2 = 12V cách thực thí nghiệm hình 1.2.6.2 đo u12 + Tính u1 theo nguyên 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 đo 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 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) % sai số dùng xếp chồng 0,043% lOMoARcPSD|20597457 Bảng Số liệu : Giá trị uC đo chức DCV Giá trị uC đo chức ACV 2,31V 0,954V Giải thích : Khi đo chức DCV , ta lấy nguồn DC nguồn AC = , trở thành dây dẫn Áp dụng điện nút ta có UA = UC = 2,28V sấp sỉ 2,31V giá trị đo Khi đo chức ACV , ta thay đổi ngược lại đo chức DCV Phức hóa mạch , tính UA=UC=1,079(V) ( Hiệu dụng ) , sấp sỉ với 0,954V giá trị đo VII Sơ đồ Thevenin-Norton nguyên lý truyền công suất cực đại Hình 1.2.7.1: Đo Uhm Hình 1.2.7.2: Đo Inm Uhm Giá trị đo 8,184 Ihm Giá trị tính 8,194 Giá trị đo 3,217 Rthevenin Giá trị tính Giá trị đo 3,207 Giá trị tính 2,522 *Tính theo lý thuyết : ● ● => Unút = 8,194(V) = Uhm 4,7k.I1 = => 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 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) 2,555 lOMoARcPSD|20597457 Hình 1.2.7.3: Khảo sát cơng 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 mạch khảo sát cơng suất cực đại mạch có nguồn AC Chỉnh cho u hiệu dụng 2V , tần số 5kHz.Thực 10 giá trị 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 Ω 3kΩ 4kΩ 5kΩ 6kΩ 7kΩ 8kΩ 9kΩ 10kΩ 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 PVR max theo lý thuyết = 2,573kΩ Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 Công suất PVR (max) theo lý thuyết = 0,158mW VIII Sơ đồ Module DC Circuits Bảng 1.2.1: Danh sách linh kiện Module DC Circuits STT Tên linh kiện Giá trị danh định / 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 điện trở : 1kΩ, 2.2kΩ,4.7kΩ, 5.6kΩ, 10kΩ Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 - Các tụ điện không phân cực : 105, 104, 473, 223, 103 - Biến trở 1kΩ, 10kΩ Đồng hồ đo vạn số (DMM) Dây nối thí nghiệm (có dây nối breadboard) Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com)