báo cáo thí nghiệm môn giải tích mạch bài 2 mạch điện một chiềudc

Ngoài ra, để tăng tính hiệu quả quá trình tính toán mạch DC, người ta dựa trên các phép biến đổi tương đương chia áp, chia dòng, biến đổi nguồn,…, phân tích dùng ma trận thế nút, dòng mắ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN: GIẢI TÍCH MẠCH LỚP L03 - NHÓM - HK 231

1

MỤC LỤC BÀI 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU(DC)

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

IV Cầu đo Wheastone một chiều đo điện trở

V Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ trên mạch DC

VI Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng trên mạch DC

VII Sơ đồ Thevenin-Norton và nguyên lý truyền công suất cực đại VIII Sơ đồ Mudule DC Circuits

BÀI 3: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU (AC)

A Mục đích

B Đặc điểm

C Phần thí nghiệm

I Giá trị thông sô mạch thí nghiệm

II Đo trở kháng tụ điện

III Mạch RC nối tiếp

IV Đo trở kháng cuộn dây

V Mạch RL nối tiếp

VI Mạch RLC nối tiếp

VII Mạch RC song song

VIII Mạch RL song song

B - Đặc điểm:

Mạch điện DC chỉ tồn tại các phần tử nguồn và điện trở Nền tảng phân tích mạch điện DC là luật Ohm và các luật Kirchhoff Ngoài ra, để tăng tính hiệu quả quá trình tính toán mạch DC, người ta 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,…)

- u = 12V:

𝑢1 = 𝑢 𝑅1

2.2×10 3 +4.7×10 3 +5.6×10 3 = 2.112(𝑉) Tương tự: 𝑢2 = 4.512(𝑉); 𝑢3 = 5.376(𝑉)

+ Tính sai số:

1.2/ Kiểm chứng định luật Krichhoff về điện áp:

Theo định luật Kirchhoff về điện áp đối với mạch DC thì:

% 𝑢 = |𝑢−∑ 𝑢𝑘

𝑢 | × 100% = |12−12.0058

12 | × 100% = 0.0483%

𝑖 = 𝑢

∑ 𝑅 < 10𝑚𝐴 → 𝑅1 + 𝑅2 > 500𝛺Nếu chọn R1 = 2.2 kΩ => R2 = 1.467 kΩ

Kết quả đo áp ra trên mạch thiết kế: Áp ra = 1.997 V

2/ Mạch chia dòng:

2.1/ Mạch chia dòng: Thực hiện mạch chia dòng như hình Thay đổi giá trị u của nguồn như trong bảng số liệu Dùng ampe kế đo giá trị I1, I2, I3 và tính toán I2, I3theo lý thuyết Tính toán sai số khi đo

Đo được

%sai

số

Tính toán

Đo được

%sai

số

5 1.0434 0.5717 0.4995 0.1263 0.4798 0.4269 0.1103

12 2.4724 1.3720 1.3500 0.6371 1.1515 1.1378 0.0904 + Theo lý thuyết:

- u = 5V:

𝐼1 = 𝑢

𝑅𝑡đ =

52.2 × 103+ 1 1

4.7 × 103+5.6 × 101 3

≈ 2.5235 𝑚𝐴

= 2.5235 ×

14.7 × 103

14.7 × 103+ 1

= 2.5235 ×

15.6 × 103

14.7 × 103+ 1

2.2/ Kiểm chứng định luật Kirchhoff về dòng điện:

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

8

% 𝐼 = |𝐼1 −∑ 𝐼𝑘

𝐼1 | × 100% = |1.0515−0.9264

1.0515 | × 100% ≈0.1190%

2.3/ Thiết kế một mạch chia dòng DC: gồm hai điện trở R1 và R2 nối song song

Đo lại dòng qua R1 là 3,817mA

3/ Giải tích mạch DC nhiều nguồn dùng thế nút và mắt lưới:

Điện áp Giá trị tính Giá trị đo %sai số

10

⟹{

𝑢1 = 4.7 × 103× (𝐼𝑚𝑙2− 𝐼𝑚𝑙1) ≈ 1.2088 (𝑉)

𝑢2 = 2.2 × 103× (𝐼𝑚𝑙2 − 𝐼𝑚𝑙3) ≈ 3.7908 (𝑉)

𝑢3 = 5.6 × 103× (𝐼𝑚𝑙3 − 𝐼𝑚𝑙1) ≈ −8.2090 (𝑉)

𝑢4 = 10 × 103 × (𝐼𝑚𝑙1) = −7 (𝑉)+ Sai số:

Mạch chỉ

có nguồn E2 (u12)

Giá trị tính theo xếp chồng

Giá trị đo khi có cả hai nguồn

%sai số khi dùng xếp chồng

12

KVL vòng (I): 𝑈ℎ𝑚 = 5 − 4.7𝑘𝐼1KVL vòng (II): 𝑈ℎ𝑚 = 12 − 5.6𝑘𝐼2

𝐼1+ 𝐼2 = 0

→ Uhm = 8.1942 V + Đo Inm:

13

8.4000 8.1942 3.1250 3.2067 2.5222 2.5553 + Khảo sát công suất max:

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 𝑰𝑽𝑹𝟐

PVR (max đo dược) = 6.6684 mW ứng với VR = Rthevenin

PVR (max theo lý thuyết):

𝑃𝑉𝑅 𝑚𝑎𝑥 ⟺ 𝑉𝑅 = 𝑅𝑡ℎ = 2.5553 𝑘𝛺 ⟹ 𝐼𝑉𝑅 = 𝑈ℎ𝑚

𝑉𝑅 + 𝑅𝑡ℎ =

8.19422.5553 + 2.5553 ≈ 1.6034 𝑚𝐴

II XÁC ĐỊNH 𝝋

Có nhiều phương pháp, trong bài thí nghiệm này đề nghị dùng dao động

ký với hai phương pháp cơ bản:

a So pha trực tiếp

Đưa cả hai tín hiệu (cùng GND) vào hai kênh của dao động ký Chọn VERT MODE là DUAL hay CHOP Chỉnh định dao động ký để hiển thị hai tín hiệu trên màn hình như:

C PHẦN THÍ NGHIỆM

I Giá trị thông số mạch thí nghiệm

Giá trị thông số của các mạch thí nghiệm trong bài thí nghiệm này

được chọn theo bảng sau đây Lưu ý giá trị 𝑅𝐿 = thành phần điện trở trong mô hình nối tiếp của cuộn dây sẽ được xác định trong quá trình thí nghiệm

Phần tử Giá trị dùng thí nghiệm

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha φ giữa u (t)

và i (t) (cũng là i(t) bằng cách CH2 INV) Điền vào bảng số liệu với hai giá trị tần số khác nữa (Lưu ý chỉnh đúng tần sỐ máy phát, kiểm lại với chu kỳ T thông qua việc đọc từ giá trị nút chỉnh Time/div của dao động

ký Giả sử ta chọn Time/div = 100µs thì tín hiệu 2 kHz; 5 kHz và 10 kHz sẽ có chu kỳ lần lượt là 5 ô; 2 ô và 1 ô)

Hình 1.3.2: Đo trở kháng tụ điện

20

c Kết luận được điều gì khi 𝜑𝐶 phụ thuộc vào 𝜔

Kết luận: ω tỉ lệ nghịch với |Zc|

III Mạch RC nối tiếp

a Thực hiện mạch thí nghiệm RC nối tiếp như hình 1.3.3

21

c Tính công suất của mạch RC nối tiếp theo số liệu đo:

CS biểu kiến Hệ số cosφ CS tác dụng P CS phản kháng Q

Công suất biểu kiến S = ½ Um.Im = 0.712 mVA

Công suất tác dụng P = S.cos φ = 0.382 mW

Công suất phản kháng Q = S.sin φ = -0.6 mVAr

IV Đo trở kháng cuộn dây

a Thực hiện thí nghiệm như hình 1.3.4

Hình 1.3.4: Đo trở kháng cuộn dây

Chỉnh máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần sỐ lần lượt là 2 kHz, 5 kHz và 10 kHz Đưa hai tín hiệu uR(t) và uL(t) vào dao động

ký Dùng dao động ký, đo biên độ áp trên R và trên cuộn dây L

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha φ giữa u (t)

và i (t) (cũng là i(t) bằng cách CH2 INV) Điền vào bảng sỐ liệu (Lưu

ý chỉnh đúng tần sỐ máy phát, kiểm lại với chu kỳ T thông qua việc đọc từ giá trị nút chỉnh Time/div của dao động ký)

b Vẽ đồ thị |ZL|theo 𝜔 Cho biết biểu thức lý thuyết của |𝑍𝐿| theo 𝜔

c Kết luận được điều gì khi 𝜑𝐿 phụ thuộc vào 𝜔

|ZL| tỉ lệ thuận với 𝜔

V Mạch RL nối tiếp

a Thực hiện mạch thí nghiệm RL nỐi tiếp như hình 1.3.5

b 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 φ So sánh với giá trị φ đo được trong bảng số liệu

Theo định lý cos, ta có:

24

Thành phần điện trở của cuộn dây 𝑅𝐿= 300

c Tính công suất của mạch RL nối tiếp theo số liệu đo

CS biểu kiến S Hệ số cosφ CS tác dụng P CS phản kháng Q

Công suất biểu kiến S = ½ Um.Im = 0.78 mVA

Công suất tác dụng P = S.cos φ = 0.568 mW

Công suất phản kháng Q = S.sin φ = 0.534 mVAr

VI Mạch RLC nối tiếp

a Thực hiện mạch thí nghiệm RLC nối tiếp như hình 1.3.6 Chỉnh

máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz Dùng

DMM (Multimeter) đo dòng vào mạch, đo áp vào mạch, áp trên

R và áp trên L (Lưu ý: giá trị đọc trên DMM là trị hiệu dụng) Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha φ giữa

u(t) và i(t) (thông qua đọc ∆𝑡) Điền vào bảng số liệu:

25

b 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, giả sử R thuần trở và C thuần dung Từ đồ thị vectơ suy ra φ So sánh với giá trị

φ đo được trong bảng số liệu

Định lý cos cos cho ta  (U,I) = arcos( 𝑈𝑐𝑟

2 +𝑈2+𝑈𝑙𝑟22.𝑈𝑐𝑟.𝑈 ) = 38.9

c Tính công suất của mạch RLC nối tiếp theo số liệu đo:

CS biểu kiến S Hệ số cosφ CS tác dụng P CS phản kháng Q 1.022 mVA 0.876 0.895 mW - 0.492 mVAr

Công suất biểu kiến S = ½ Um Im = 1.022 mVA

Công suất tác dụng P = S cos φ = 0.895 mW

Công suất phản kháng Q = s sin φ = - 0.492 mVAr

d Tính công suất P trên từng phần tử của mạch RLC nối tiếp:

Cơng suất tác dụng trên 𝑅 = ½ 𝑅 I2

Cơng suất phản kháng trên 𝐿 = ½ ω𝐿 I2

Cơng suất phản kháng trên tụ 𝐶 = −1

2 I

2

ωC Nguyên lý cân bằng cơng suất:

Do sai số trong quá trình đo và điện trở rỉ của tụ nên P trên từng phần

tử gần bằng P phát, mạch cân bằng cơng suất

VII Mạch RC song song

a Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.7

Hình 1.3.7: Mạch RC song song

1,41Vrms 0.4918 0.4226 0.2956 40.672

b Giả sử điện trở thuần, vẽ đồ thị vector dịng cho mạch song song khi chọn pha ban đầu của áp uR(t) là 0 Từ đồ thị vector, viết ra các giá trị dịng, áp phức hiệu dụng mũ trong mạch:

c Tính công suất của nhánh R//C theo số liệu đo:

CS biểu kiến S Hệ sỐ cosφ CS tác dụng P CS phản kháng Q

Công suất biểu kiến S = ½ Um Im

Công suất tác dụng P = S cos φ

Công suất phản kháng Q = s sin φ

28

VIII Mạch RL song song

a Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.8

Chỉnh máy phát sóng sin để uR(t) có biên độ 2 V, tần sỐ 2 kHz Dùng DMM (Multimeter) đo dòng vào mạch, đo dòng qua trở R và dòng qua cuộn dây L

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha φgiữa uR(t)

và i(t) bằng cách đưa uR(t) và uR0(t) vào CH1 và CH2 Thực hiện bảng số liệu:

c Tính công suất của nhánh R//L theo sỐ liệu đo:

CS biểu kiến S Hệ số cosφ CS tác dụng P CS phản kháng Q

Công suất biểu kiến S = ½ Um Im

Công suất tác dụng P = S cos φ

Công suất phản kháng Q = s sin φ

D DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

- Hộp thí nghiệm (có máy phát sóng 2MHz)

- Module AC Circuit

- Dao động ký (Oscilloscope) và DMM (Multimeter)

- Dây nỐi thí nghiệm (jack banana 2mm)