Báo cáo thí nghiệm giải tích mạch bài 2 mạch điện một chiều (dc) bài 3 mạch điện xoay chiều (ac)

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 luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương đương Thevenin-Norton trong

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-❖ - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GIẢI TÍCH MẠCH

Nhóm lớp: VL12_Tổ:

Họ và tên sinh viên MSSV Điểm chấm chéo Ký tên

Ngô Đức Phú 2014138

Võ Hoàng Yến Nhi 2011767

Nguyễn Thùy Vương 1912467

TP.Hồ Chí Minh, 9 tháng 3 năm 2022

MỤC LỤC

BÀI 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC) 1

A MỤC ĐÍCH: 1

B ĐẶC ĐIỂM: 1

C PHẦN THÍ NGHIỆM: 1

I Mạch chia áp: 1

II Mạch chia dòng: 5

III Giải tích mạch DC nhiều nguồn dùng thế nút và mắc lưới: 7

IV Cầu đo Wheatstone một chiều đo điện trở: 8

V Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng trên mạch DC: 10

VII Sơ đồ Thevenin-Norton và nguyên lý truyền công suất cực đại: 13

BÀI 3: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU (AC) 17

A MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: 17

B PHẦN THÍ NGHIỆM 17

I Đo trở kháng tụ điện 17

II Mạch RC nối tiếp 18

III Đo trở kháng cuộn dây 20

IV Mạch RL nối tiếp 21

V Mạch RLC nối tiếp 23

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 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 mắc lưới … ) hay dùng các định lý đặc trưng cho mạch tuyến tính (nguyên lý tỉ lệ, nguyên lý xếp chồng, sơ đồ tương đương TheveninNorton … )

C PHẦN THÍ NGHIỆM:

I Mạch chia áp:

a) Thực hiện mạch chia áp như Hình 1.2.1.1

Điều chỉnh nguồn DC để thay đổi giá trị điện áp u như trong bảng số liệu Dùng DC volt kế ( hoặc chức năng DCV của VOM hay DMM ) đo điện áp u1, u2, u3 trên các điện trở điền vào cột “Đo” Từ điện áp u ta xác định u1, u2, u3 theo công thức mạch chia áp

và điền vào cột “Tính” Xác định sai số theo công thức :

% 𝑠𝑎𝑖 𝑠ố = |𝑔𝑖 𝑡𝑟ị đú𝑛𝑔 − 𝑔𝑖 𝑡𝑟ị đ𝑜

𝑔𝑖 𝑡𝑟ị đú𝑛𝑔 | 100%

Giá trị đúng là giá trị tính theo lý thuyết hay giá trị nhận được từ các thiết bị chỉnh định hoặc thiết bị đo có độ chính xác cao

Trang | 3

-TH: u(v)=12V

b) Kiểm chứng luật Kirchhoff về điện áp

Theo luật Kirchhoff về điện áp đối với mạch DC ta có:

trong mạch phải bé hơn 10 mA

+ Vẽ mạch thiết kế và cho biết các trị số:

R1 =2.2K (Ω), R2 = 1.4661K (Ω)

Và kết quả đo áp ra trên mạch thiết kế: Áp ra = 1.9873

Trang | 4

d) Ứng dụng mạch chia áp:

+ Ứng dụng 1: Đo nội trở của nguồn Rs của máy phát sóng Thực hiện mạch thí nghiệm như Hình 1.2.1.2 Sơ đồ tương đương máy phát sóng gồm có nguồn áp nối tiếp nội trở Rs Trước tiên, chưa nối VR vào mạch và chỉnh máy phát sóng có tín hiệu trên output là 2Vrms, tần số 1kHz Nối VR vào mạch, chọn giá trị ban đầu là

10 , tăng dần VR sao cho áp hiệu dụng trên output là 1Vrms Ta thấy theo nguyên

lý chia áp, giá trị VR khi đó sẽ bằng giá trị của Rs

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

Giá trị R s (đo được) = 56𝛀

+ Ứng dụng 2: Đo điện trở vào Rin của một mạch gồm ba điện trở R10, R11, R12 mắc song song Thực hiện mạch thí nghiệm 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

100 Cho đến khi tín hiệu tại a có biên độ bằng ½ biên độ tại output thì giá trị VR

sẽ bằng giá trị Rin của mạch

Hình 1.2.1.3: Mạch đo điện trở vào Rin của một mạch điện

Giá trị R in (đo được) = 1.2 𝑲𝛀

Giá trị R in (tính theo giá trị ba điện trở) = 1.18K𝛀

Trang | 5

II Mạch chia dòng:

a) Thực hiện mạch chia dòng như Hình 1.2.2.1 Thay đổi giá trị u như trong bảng, đo dòng tổng I1 và các dòng rẽ I2 , I3 (dùng amper kế mắc nối tiếp các điện trở hoặc thông qua đo áp trên các điện trở này theo giá trị điện trở đo

của chúng) và ghi số liệu vào cột “đo được” Từ giá trị I1 ta tính I2 và I3 theo công thức mạch chia dòng và ghi kết quả vào cột “tính toán” Tính sai số

%sai

số

Tính toán

Đo được

%sai

số

Tính toán

Đo được

Trang | 6

-TH: u(v)=12V

b) Kiểm chứng luật Kirchhoff về dòng điện

Theo luật Kirchhoff về dòng điện đối với mạch DC ta có:

+ Vẽ mạch thiết kế và cho biết trị số R2 = 3.133 (KΩ)

Thực hiện mạch đã thiết kế Đo lại dòng qua R1 là : 3.9272K

Sai số khi dùng chia dòng cho I1 1.4851 0.3145 0.3121 0.7690

Hình 1.2.2.2: Mạch chia dòng nhiều điện trở

*Tính 𝑰𝟏(lí thuyết) theo chia dịng

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

Thực hiện mạch thí nghiệm như Hình 1.2.3

Hình 1.2.3: Mạch DC nhiều nguồn

Với: E1 = nguồn áp DC có giá trị 5 V trên hộp thí nghiệm hay bộ nguồn DC

E2 = nguồn áp DC có giá trị 12 V trên hộp thí nghiệm hay bộ nguồn DC

Trang | 8

Dùng volt kế DC hay DMM đo lại giá trị các nguồn E1 và E2 và ghi vào cả 2 cột

“giá trị tính” và cột “giá trị đo” Tính điện áp trên các điện trở dùng phương pháp thế

nút hay dòng mắc lưới và ghi vào cột “giá trị tính” Đo điện áp trên các điện trở dùng

volt kế DC hay DMM và ghi vào cột “giá trị đo” Hãy hoàn thành bảng số liệu:

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 1 trở lên bằng cách thực hiện mạch thí nghiệm như Hình 1.2.4 Dùng DMM cho chức năng DC volt kế (DCV) có giá trị chỉ thị gần zero nhất là cầu cân bằng Cầu đo này

Trang | 9

dùng để đo giá trị điện trở R2 khi chỉnh VR từ giá trị 1k, mỗi lần tăng 100 Ghi lại giá trị VR và giá trị chỉ thị trên DCV theo bảng sau (VRcb là giá trị VR lúc cầu cân bằng):

Giá trị VR VRcb – 100 VRcb = 2200 VRcb + 100 Chỉ số của

𝑅2 | 100%=0%

Hình 1.2.4: Cầu đo Wheatstone một chiều

III 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 u2 trong mạch

tỉ lệ với nguồn tác động lên mạch Ein theo : u 2 = K.E in Nguồn Ein lấy từ nguồn DC điều chỉnh được trên hộp TN chính Thay đổi giá trị Ein, đo u2 và lập bảng số liệu:

Ein 4V 6V 8V 10V 12V

u2(Đ𝑜) 1.1728 1.7336 2.3541 2.9107 3.4982

u2(lí thuyết) 1.1636 1.7336 2.3541 2.9107 3.4982

Trang | 10

Vẽ đồ thị: u2 trên trục y, Ein trên trục x

Hình 1.2.5: Mạch kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ

*Kiểm chứng nguyn lí tỉ lệ:

V Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng trên mạch DC:

Để kiểm chứng giá trị đo được của u1 trên mạch Hình 1.2.3 dựa trên nguyên lý xếp chồng ta làm như sau:

*Tính theo lí thuyết khi chỉ cĩ nguồn E2 tác động

E2 (u12)

Giá trị tính theo xếp chồng

Giá trị đo khi có cả hai nguồn

% sai số khi dùng xếp chồng

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

Giá trị uc đo ở chức năng

DCV

Giá trị uc đo ở chức năng ACV

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

+ Khảo sát mạch thí nghiệm như Hình 1.2.3

+ Lấy điện trở 2,2k khỏi mạch Hở mạch vị trí 2,2k để đo Uhm (Hình 1.2.7.1) Ngắn mạch vị trí 2.2 k để đo Inm (Hình 1.2.7.2) Điện trở tương đương

Thevenin Rthevenin xác định theo số liệu đo: Rthevenin = Uhm / Inm Lập bảng với “Giá trị tính” dựa trên thông số mạch Vẽ sơ đồ tương đương Thevenin và Norton cho mạch Hình 1.2.3

+

Giá trị

đo

Giá trị tính

Giá trị

đo

Giá trị tính 8.2602 8.1941 3.2485 3.2067 2.5428 2.553

+ Thực hiện mạch như Hình 1.2.7.3 Thay đổi khoảng 10 giá trị của biến trở VR từ 1kΩ đến 10kΩ (trong đó có giá trị bằng Rthevenin) Đo dòng IVR qua

VR Tính công suất trên điện trở VR theo dòng qua nó: PVR =

VR.I2VR Lập bảng số liệu Cho biết giá trị cực đại của công suất

trên VR đo được và giá trị cực đại theo lý thuyết

Hình 1.2.7.1: Đo Uhm

Trang | 15

Hình 1.2.7.2: Đo Inm Hình 1.2.7.3: Khảo sát công suất max

- PVR(max đo được) = 6.7812 mW

- PVR(max theo lý thuyết) = 6.569 mW

+ Thực hiện mạch khảo sát công suất cực đại trong mạch có nguồn AC như Hình 1.2.7.4 Chỉnh máy phát sóng có trị hiệu dụng của u là 2 V, tần số 5 kHz Thực hiện khoảng 10 giá trị của biến trở VR từ 1kΩ đến 10kΩ Đo dòng hiệu dụng IVR qua VR dùng DMM Tính công suất trên điện trở VR theo dòng hiệu dụng qua nó: PVR = VR.I2

VR Lập bảng số liệu Cho biết giá trị cực đại của công suất trên VR đo được và giá trị cực đại theo lý thuyết

Hình 1.2.7.4: Cực đại công suất mạch AC

- VR để PVR max theo lý thuyết = 2635.5480 (Ω)

- Công suất PVR(max) theo lý thuyết = 0.1529 𝑚𝑊

Trang | 18

4 Nhận xét và kết luận

Kết luận được điều gì khi C phụ thuộc 𝜔

- Góc lệch pha giữa Uc và Ic hoàn toàn độc lập với vận tốc góc ω (Do góc lệch pha giữa Uc và Ic luôn là 90 độ)

- Sự khác biệt giữa các góc lệch pha hoàn toàn bị gây ra trong quá trình thí nghiệm

0.5, 1.739

0.2, 0.736 0.1, 0.323

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

tan  =U𝐶

U𝑅 =

1.18810.6903 = 1.721 =>  = 59.843°

Trang | 21

4 Nhận xét và kết luận

Kết luận được điều gì khi L phụ thuộc 𝜔

- Góc lệch pha giữa UL và Ic hoàn toàn độc lập với vận tốc góc ω (Do góc lệch pha giữa UL và Ic luôn là 90 độ)

- Sự khác biệt giữa các góc lệch pha hoàn toàn bị gây ra trong quá trình thí nghiệm

Trang | 22

Dựng đồ thị vectơ điện áp của mạch theo số liệu đo, dùng thước và compa, chọn

pha ban đầu của dòng điện là 0 Từ đồ thị vectơ suy ra  So sánh với giá trị  đo

được trong bảng số liệu

tan  = U𝐿

U𝑅+ U𝑅𝐿 =

1.00910.985 = 1.024 =>  = 45.69°

- Dựa vào số liệu đo được ta tính được điện trở RL= 340.77kΩ từ đó tính được góc

𝜑 gần giống với số 𝜑 đo được với sai số là 12.76%

- Theo giản đồ vectơ vẽ được, tính được điện áp lệch pha 1 góc 45.69° so với dòng điện

- Theo nguyên lý cân bằng P trong mạch AC, tính được tổng công suất của mạch

bằng tổng công suất trên trở với sai số 0.508%