Tài liệu thí nghiệm lý thuyết mạch điện tử

i BÀI 1.HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM .... CÁC LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ .... HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM .... HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM .... HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM .... HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ -  - TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ Biên soạn: TS Hồ Văn Phi Bộ môn: Điện tử - Viễn thông Tài liệu lưu hành nội MỤC LỤC MỤC LỤC i BÀI HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 1.1 CÁC LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1.1 Điện trở 1.1.2 Tụ điện 1.1.3 Cuộn cảm 1.2 NGUỒN ÁP MỘT CHIỀU 1.3 NGUỒN TÍN HIỆU XOAY CHIỀU HÌNH SIN 1.4 ĐỒNG HỒ VẠN NĂNG 1.4.1 Đo điện áp chiều 1.4.2 Đo điện trở 1.5 SỬ DỤNG MÁY HIỆN SÓNG KÊNH 1.5.1 Đo biên độ điện áp 1.5.2 Đo chu kỳ 1.6 SỬ DỤNG BO MẠCH ĐỂ LẮP RÁP VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1.6.1 Cấu tạo bo mạch 1.6.2 Cách bố trí nguồn điện và điểm đo tín hiệu bo mạch 1.6.3 Cách lắp linh kiện bo mạch BÀI KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT KIRCHOFF 2.1 MỤC ĐÍCH BÀI THÍ NGHIỆM 2.2 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM 2.2.1 Sơ đồ thí nghiệm và nội dung, phương pháp 2.2.2 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm 2.2.3 Yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm 2.3 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM CỦA SINH VIÊN i 2.3.1 Phát biểu định luật Kirchoff 2.3.2 Lập biểu thức điện áp nút và biểu thức dòng điện nút 2.3.3 Lập biểu thức tổng sụt áp các vòng 2.3.4 Tính toán mạch 2.4 THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 2.4.1 Lắp đặt mạch thí nghiệm và điều chỉnh các thông số 2.4.2 Tiến hành đo điện áp các nhánh 2.4.3 Tính giá trị tổng dòng điện vào nút và kết luận về định luật Kirchoff I 2.4.4 Tính giá trị tổng sụt áp vòng và kết luận về định luật Kirchoff II 2.5 KẾT LUẬN BÀI KIỂM CHỨNG NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG 10 3.1 MỤC ĐÍCH BÀI THÍ NGHIỆM 10 3.2 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM 10 3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm, nội dung và phương pháp 10 3.2.2 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm 10 3.2.3 Yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm 11 3.3 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM CỦA SINH VIÊN 11 3.3.1 Phát biểu nguyên lý xếp chồng 11 3.3.2 Tính toán mạch 11 3.4 THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 12 3.4.1 Lắp mạch điện thí nghiệm 12 3.4.2 Tiến hành đo điện áp mạch ứng với nguồn E1 tác động (nối tắt nguồn E5) 12 3.4.3 Tiến hành đo điện áp mạch ứng với nguồn E5 tác động (nối tắt nguồn E1) 12 3.4.4 Tiến hành đo điện áp mạch ứng với nguồn E1 và E5 tác động 12 3.4.5 So sánh các kết đo 12 3.5 KẾT LUẬN 13 ii BÀI MẠCH CỘNG HƯỞNG RLC NỐI TIẾP 14 4.1 MỤC ĐÍCH BÀI THÍ NGHIỆM 14 4.2 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM 14 4.2.1 Sơ đồ thí nghiệm, nội dung và phương pháp 14 4.2.2 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm 14 4.2.3 Yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm 14 4.3 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM CỦA SINH VIÊN 15 4.4 THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 15 4.4.1 Thực thí nghiệm theo Hình 3.1a 15 4.4.2 Thực thí nghiệm theo Hình 3.1b 15 4.5 KẾT LUẬN 16 BÀI MẠCH RC VỚI TÍN HIỆU HÌNH SIN 17 5.1 MỤC ĐÍCH BÀI THÍ NGHIỆM 17 5.2 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM 17 5.2.1 Sơ đồ thí nghiệm, nội dung và phương pháp 17 5.2.2 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm 18 5.2.3 Yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm 18 5.3 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM CỦA SINH VIÊN 18 5.3.1 Nội dung lý thuyết 18 5.3.2 Nội dung tính toán 18 5.4 THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 19 5.4.1 Tìm giá trị dung kháng của tụ điện C 19 5.4.2 Tìm giá trị trở kháng của mạch RC 20 4.5 KẾT LUẬN 21 iii BÀI HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 1.1 CÁC LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1.1 Điện trở Định nghĩa:…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….…… … Biểu thức: ……………………………………………………………………… Cách đọc trị số điện trở:………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….…… … ……………………………………………………………………………….…… … ……………………………………………………………………………….…… … 1.1.2 Tụ điện Định nghĩa:…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….…… … Biểu thức: ……………………………………………………………………… Cách đọc trị số tụ điện:………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….…… … ……………………………………………………………………………….…… … ……………………………………………………………………………….…… … 1.1.3 Cuộn cảm Định nghĩa:…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….…… … Biểu thức: ……………………………………………………………………… Cách đọc trị số cuộn cảm:……………………………………………………… ……………………………………………………………………………….…… … ……………………………………………………………………………….…… … ……………………………………………………………………………….…… … 1.2 NGUỒN ÁP MỘT CHIỀU Mô tả đặc điểm của nguồn áp chiều: ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… 1.3 NGUỒN TÍN HIỆU XOAY CHIỀU HÌNH SIN Mô tả đặc điểm cách thức sử dụng máy phát tín hiệu hình sin có điều chỉnh tần số ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… 1.4 ĐỒNG HỒ VẠN NĂNG 1.4.1 Đo điện áp chiều ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… 1.4.2 Đo điện trở ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… 1.5 SỬ DỤNG MÁY HIỆN SÓNG KÊNH 1.5.1 Đo biên độ điện áp ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… 1.5.2 Đo chu kỳ ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… 1.6 SỬ DỤNG BO MẠCH ĐỂ LẮP RÁP VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1.6.1 Cấu tạo bo mạch ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… 1.6.2 Cách bố trí nguồn điện và điểm đo tín hiệu bo mạch ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… 1.6.3 Cách lắp linh kiện bo mạch ………………………………………………………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… BÀI KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT KIRCHOFF 2.1 MỤC ĐÍCH BÀI THÍ NGHIỆM - Kiểm tra tính đúng đắn của định luật Kirchoff - Xác định giá trị đại số của điện áp và dòng điện theo chiều quy ước - Thực hành với nguồn 2.2 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM 2.2.1 Sơ đồ thí nghiệm và nội dung, phương pháp Định luật Kirchoff về tổng đại số dòng điện vào một nút và tổng đại số sụt áp một vòng kín là lý thuyết sở cho việc phân tích mạch  Sơ đồ mạch điện R6 R1 R4 R2 R5 R3 E1 E5 Hình 2.1 Trên sơ đồ mạch điện ta đặt tên các vòng, các nút và chiều các vòng, chiều dòng điện các nhánh Hình 2.2 I6 A R1 I1 R6 V3 I4 B I2 C R4 R2 I3 E1 V1 R5 I5 R3 E5 O V2 Hình 2.2  Nội dung phương pháp Để xác định tổng dòng điện tại các nhánh vào nút và tổng sụt áp các nhánh tại một vòng kín, ta tiến hành đo điện áp toàn bộ các phần tử của mạch Các dòng điện điện trở được tính suy diễn từ điện áp đo được theo công thức định luật Ohm Khi đo điện áp các nhánh, giá trị đo được thể hiện theo chiều dương của phép đo, đó chiều điện áp thể hiện điểm đặt que (+) đồng hồ tại điểm gốc của mũi tên điện áp và que (-) đồng hồ tại điểm ngọn của mũi tên điện áp Từ giá trị xác định trên, lập tổng đại số của dòng điện tại một nút, chiều dương biểu thức tổng thể hiện là chiều quy ước của tất cả các dòng điện là từ các nút kế cận vào nút xét Khi lập được biểu thức tổng để thay giá trị số của từng dòng điện, ta phải tính đến chiều quy ước đo dòng điện nhánh đó Nếu dòng điện quy ước đo cùng chiều, nghĩa là đo que đo thể hiện chiều của dòng điện vào nút thì giá trị thay thế nhận dấu (+), ngược lại đo que đo thể hiện chiều của dòng điện khỏi nút thì giá trị thay thế nhận dấu (-) Tổng các giá trị của dòng điện đó sẽ phải thể hiện theo đúng phát biểu định luật Kirchoff về dòng điện Vậy với mức sai số cho phép, giá trị tổng đó phải gần bằng không Kết quả so sánh này giúp ta kiểm nghiệm tính đúng đắn của định luật Kirchoff về dòng điện Khi lập tổng đại số các sụt áp một vòng kín, ta cũng tiến hành thay thế các giá trị điện áp của các nhánh vòng Quy ước về dấu là, nếu điện áp đo nhánh là cùng chiều với chiều vòng thì giá trị điện áp nhánh đó lấy dấu (+) biểu thức tổng, ngược lại nếu điện áp đo nhánh là ngược chiều với chiều vòng thì giá trị điện áp nhánh đó lấy dấu (-) biểu thức tổng Kết quả biểu thức tổng cũng được so sánh với để kiểm nghiệm tính đúng đắn của định luật Kirchoff về điện áp 2.2.2 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm Bo lắp mạch thí nghiệm: 01 Nguồn thí nghiệm thay đổi giá trị: 02 Đồng hồ đo điện áp: 01 Điện trở từ 1kΩ đến 10kΩ: 12 2.2.3 Yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm - Nắm được phát biểu của định luật Kirchoff I và II Lập được các biểu thức tổng dòng điện và tổng sụt áp một mạch điện thực tế - Biết vận dụng định luật để giải mạch điện Bảng 2.2 Vòng Biểu thức tổng sụt áp vòng Các phần tử thuộc vòng I II III 2.3.4 Tính toán mạch Cho mạch điện Hình 2.2 với các thông số sau: Bảng 2.3 Điện trở R1 R2 R3 R4 R5 R6 Giá trị (kΩ) 2,2 3,3 3,3 2,2 Bảng 2.4 Nguồn E1 E5 Giá trị (V) 12 - Tính giá trị điện áp và ghi vào Bảng 2.5 Bảng 2.5 Thông số UAO UBO UCO UAB UCB UCA Giá trị tính (V) - Suy dòng điện chảy các điện trở và ghi vào Bảng 2.6 Bảng 2.6 Nhánh R1 R2 R3 Giá trị I(mA) R4 R5 R6 2.4 THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 2.4.1 Lắp đặt mạch thí nghiệm và điều chỉnh các thông số - Lắp mạch thí nghiệm Hình 2.1 - Điều chỉnh thông số nguồn và chọn các linh kiện theo Bảng 2.3 và Bảng 2.4 2.4.2 Tiến hành đo điện áp các nhánh - Tự quy ước chiều dương các nhánh điện trở và dùng đồng hồ vạn (chế độ đo Vôn kế) đo điện áp theo quy ước đó - Đo điện áp các nhánh và với thông số điện trở đã cho, tính giá trị dòng điện, ghi vào Bảng 2.7 Bảng 2.7 Nhánh R1 R2 R3 R4 R5 R6 Tên điện áp UAO UAB UBO UCB UCO UCA I1 I2 I3 I4 I5 I6 Giá trị điện áp đo (V) Tên dòng điện Tính giá trị dòng điện theo điện áp đo (mA) 2.4.3 Tính giá trị tổng dòng điện vào nút và kết luận về định luật Kirchoff I Từ số liệu của Bảng 2.7 và biểu thức đã ghi ở Bảng 2.1, hãy xác định giá trị của dòng điện đại số tại nút, rồi ghi vào Bảng 2.8 Bảng 2.8 Nút Dòng điện tại nút Kết quả A B C ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 2.4.4 Tính giá trị tổng sụt áp vòng và kết luận về định luật Kirchoff II Từ số liệu của Bảng 2.7 và biểu thức đã ghi ở Bảng 2.2, hãy xác định giá trị tổng độ sụt áp vòng, rồi ghi vào Bảng 2.9 Bảng 2.9 Vòng Tổng độ sụt áp vòng Kết quả I II III ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 2.5 KẾT LUẬN Nêu kết luận về kết quả đo, mức sai số chấp nhận được của thí nghiệm ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… BÀI KIỂM CHỨNG NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG 3.1 MỤC ĐÍCH BÀI THÍ NGHIỆM - Kiểm tra tính đúng đắn của nguyên lý xếp chồng mạch điện tuyến tính - Phân tích mạch điện theo phương pháp giải mạch điện bằng cách sử dụng nguyên lý xếp chồng 3.2 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM 3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm, nội dung và phương pháp  Sơ đồ thí nghiệm R3 R1 R4 R2 R5 Hình 3.1  Nội dung phương pháp - Lý thuyết cho thấy, mạch điện tuyến tính tuân thủ theo nguyên lý xếp chồng Nghĩa là, dòng điện hay điện áp mạch có nhiều nguồn tác động sẽ bằng tổng dòng điện hay điện áp với từng nguồn tác động riêng biệt - Tiến hành thí nghiệm đo các điện áp ứng với từng nguồn tác động và lấy tổng các giá trị riêng rẽ đó so sánh với giá trị đo được mạch là tất cả các nguồn tác động - Mạch điện Hình 3.1 gồm nguồn tác động E1 và E5 Các điện trở R1, R5 là nội trở của nguồn Tiến hành thí nghiệm loại bỏ lần lượt nguồn E1, E5 và có cả nguồn E1, E5 Trong mỗi trường hợp ghi lại điện áp các điện trở R2, R3, R4 Nguyên lý xếp chồng sẽ thể hiện so sánh tổng các điện áp thành phần với điện áp tác động toàn bộ 3.2.2 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm Bo lắp mạch thí nghiệm: 01 Nguồn thí nghiệm thay đổi giá trị: 02 10 Đồng hồ đo điện áp: 01 Điện trở từ 1kΩ đến 10kΩ: 10 3.2.3 Yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm - Phát biểu được nguyên lý xếp chồng - Biết vận dụng nguyên lý xếp chồng để giải mạch điện có nhiều nguồn tác động - Sử dụng phương pháp lý thuyết để tính toán mạch điện thí nghiệm 3.3 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM CỦA SINH VIÊN 3.3.1 Phát biểu nguyên lý xếp chồng ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 3.3.2 Tính toán mạch Cho mạch điện Hình 3.1, với các thông số Bảng 3.1 và Bảng 3.2 Bảng 3.1 Điện trở Giá trị R1 R2 R3 R4 R5 1kΩ 2,2kΩ 3,3kΩ 2,2kΩ 1kΩ Bảng 3.2 Nguồn E1 E5 Giá trị 5V 12V - Tính toán điện áp mạch ứng với nguồn E1 và E5 tác động bằng phương pháp điện áp nút ghi vào Bảng 3.3 Bảng 3.3 Thông số UR2 UR3 Giá trị tính (V) 11 UR4 3.4 THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 3.4.1 Lắp mạch điện thí nghiệm - Lắp mạch điện thí nghiệm Hình 3.1 - Điều chỉnh thông số nguồn theo Bảng 3.2 và lựa chọn linh kiện theo Bảng 3.1 3.4.2 Tiến hành đo điện áp mạch ứng với nguồn E1 tác động (nối tắt nguồn E5) Ghi kết quả vào Bảng 3.4 Bảng 3.4 Thông số UR2 UR3 UR4 Giá trị đo (V) 3.4.3 Tiến hành đo điện áp mạch ứng với nguồn E5 tác động (nối tắt nguồn E1) Ghi kết quả vào Bảng 3.5 Bảng 3.5 Thông số UR2 UR3 UR4 Giá trị đo (V) 3.4.4 Tiến hành đo điện áp mạch ứng với nguồn E1 và E5 tác động Ghi kết quả vào Bảng 3.6 Bảng 3.6 Thông số UR2 UR3 UR4 Giá trị đo (V) 3.4.5 So sánh các kết đo - Tính tổng điện áp của từng nguồn tác động so sánh điện áp các nguồn tác động đồng thời và ghi vào Bảng 3.7 12 Bảng 3.7 Thông số UR2 UR3 UR4 Tổng giá trị đo từng nguồn tác động (V) Giá trị đo hai nguồn cùng tác động (V) Giá trị tính hai nguồn cùng tác động (V) 3.5 KẾT LUẬN So sánh các kết quả của Bảng 3.7 và kết luận về tính đúng đắn của nguyên lý xếp chồng ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 13 BÀI MẠCH CỘNG HƯỞNG RLC NỐI TIẾP 4.1 MỤC ĐÍCH BÀI THÍ NGHIỆM - Kiểm tra tính đúng đắn của mạch cộng hưởng RLC - Xác định giá trị của điện áp ban đầu và điện áp xác lập của tụ điện 4.2 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM 4.2.1 Sơ đồ thí nghiệm, nội dung và phương pháp đờ thí nghiệmHihHHình 4.1 Sơ đờ mạch cộng hưởng RLC nối tiếp  Nội dung phương pháp Xét sơ đồ Hình 4.1 - Khi khóa K mở, tính điện áp ban đầu của tụ: u0C - Tại thời điểm t = đóng khóa K, tính điện áp u(t) - t - Kiểm tra lại kết quả theo lý thuyết bằng công thức: u C (t) = u C ( ) + Ae τ (V) C 4.2.2 Thiết bị và linh kiện thí nghiệm Bo lắp mạch thí nghiệm: 01 Nguồn thí nghiệm thay đổi giá trị: 01 Đồng hồ đo điện áp: 01 Điện trở từ 1kΩ đến 10kΩ: 04 Tụ điện 1000μF: 02 4.2.3 Yêu cầu sinh viên chuẩn bị cho bài thí nghiệm - Nắm được các công thức phản ứng của tụ điện với điện áp và dòng điện 14 - Biết cách giải bài toán quá độ đối với mạch RC 4.3 CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM CỦA SINH VIÊN TT Yêu cầu Thực Viết biểu thức hàm số miền thời gian của điện áp tụ theo dòng điện chạy qua Viết biểu thức hàm số miền tần số phức của điện áp tụ theo dòng điện chạy qua Viết biểu thức uC(t) để kiểm tra 4.4 THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 4.4.1 Thực thí nghiệm theo Hình 3.1a - Lắp mạch điện thí nghiệm Hình 3.1a Với E = 12V, R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ, C = 1000μF - Khi khóa K mở Đo điện áp ban đầu tụ: u0C = ………… - Khi khóa K đóng + Đo điện áp tụ uC(t), rồi ghi kết quả vào Bảng 3.1 + Viết biểu thức uC(t) theo (*): uC(t) = ………………… và tính toán uC(t) với t = 3τ , rồi ghi kết quả vào Bảng 3.1 Bảng 4.1 Điệp áp uC(t)(V) đo được Điệp áp uC(t)(V) tính toán 4.4.2 Thực thí nghiệm theo Hình 3.1b - Lắp mạch điện thí nghiêm Hình 3.1b Với E = 12V, R1 = 1kΩ, R2 = 2,2kΩ, C = 1000μF - Khi khóa K đóng Đo điện áp ban đầu tụ: u0C = …………… - Khi khóa K mở 15