Báo Cáo Thí Nghiệm Giải Tích Mạch.pdf

Quá trình thí nghiệm cũng giúp SV hiểu rõ thêm phương pháp biên độ hay hiệu dụng phức, cách dựng đồ thị vectơ và tính toán công suất trong mạch điều hòa.. Ở mạch phức, trở kháng nhánh Z

* ĐẠI HỌC QUÓC GIA THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH X

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NĂM HỌC 2018-2019

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

GVHD: Nguyễn Thanh Phương MÔN: GIẢI TÍCH MẠCH

NHÓM : 04

ay

LỚP : DD18BK02 — A02

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÔ HỖ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

LOP

Danh sách thành viên nhóm :

NHÓM : 04 : DD18BK02 — A02

MUC LUC Bài 2 : MẠCH ĐIỆN MOT CHIEU (DC)

Bài

A Mục đích

B Đặc điểm

C Phần thí nghiệm:

| Mach chia ap

Il Mach chia dong

V Kiểm chứng nguyên lý tỈ lệ trên mạch DC

VII Sơ đồ Module DC Circuits

3 : MẠCH ĐIỆN XOAY CHIEU (AC)

III Mạch RC nồi tiếp

IV Do trở kháng cuộn dây

V Mạch RL nối tiếp

VI Mạch RLC nối tiếp

IX Hiệu chỉnh hệ số cos Ø của nhánh

X Sơ đồ Module AC Circuits

Bài 4: ĐÁP UNG TAN SO VA MACH CONG HUONG

A Muc dich

B Đặc điểm

C Phần thí nghiệm :

I Giá trị thông số mạch thí nghiệm

II Mạch cộng hưởng RLC nối tiếp

Bai 2 : MACH DIEN MOT CHIEU (DC)

C PHAN THi NGHIEM:

Hinh 1.2.1.1: Mach chia ap

- Tinh theo ly thuyét :

*Đối với u(V)=5(V).

b Kiểm chứng luật Kirchoff về điện áp:

Dòng trong mạch phải bé hơn 10mA

d Ung dung mach chia ap:

+ Ứng dụng 1 : Ðo nội trở Rs Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.2.1.2.Trước hết chưa nối

VR vô mạch, chỉnh máy phát song có tín hiệu trên output la 2Vrms , f = 1kHz Nồi VR vào mạch, tang dần từ 10O cho đến khi áp hiệu dụng trên output là 1Vrms Theo nguyên lý chia áp , giá trị

May phat song

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

Giá trị R, (đo được ) = 519

+ Ứng dụng 2: Ðo điện trở vào R„ của mạch như hình 1.2.1.3 Đưa tín hiệu output vao CH1, tín hiệu tại nút a vào CH2 của dao động ký Chỉnh tăng VR từ giá trị 1000 Cho đến khi tín hiệu tại a co biên độ bằng 1⁄4 biên độ tai output thi gid tri VR sẽ bằng giá trị R,„ của mạch

Hinh 1.2.1.3: Mach do dién tro vao R,, cua mOt mach điện

- Tinh theo giá trị 3 điện trở :

|

+ +

R, RIO RI RI2-, ~~ RIOR Rl2 2/2 47k 5,6

Giá trị R„ (đo được ) = 11800

Gia tri R,, ( tinh theo gia tri 3 dién tro ) = 1,182kQ = 11820

a Thực hiện mạch chia dòng và tính dòng qua từng trở : - -

- _ Yêu câu : Thực hiện mạch chia dòng như hình 1.2.2.1 Thay đổi giá trị u của nguỗn nhự trong bẳng số liệu Dùng Ampe kế đo giá trị lị„ l;, l; va tinh toan I, , |, theo ly thuyét Tính toán sai sỐ khi đo

Hinh 1.2.2.1: Mach chia dong

1, = 1,041(mA) (khi u=5V) va 1, = 2,527(mA) (khi u=12V)

- Tinh theo ly thuyết :

b._ Kiểm chứng luật Kirchoff về dòng điện :

c._ Thiét ké mach chia dong DC:

Dòng tổng 10 mA

R1 1a 4,7kO va 1,=4 mA

d Chia mạch dùng nhiều điện trở :

Thực hiện mạch thí nghiệm như hình

ey U,=5-3,79=1,21(V) ; U, =3,79(V) Ú; =3,79—12= 8,210) U, =5-12=-7(V)

,

Với mạch thí nghiệm như hình 1.2.5 , nguyên lý tỉ lệ được hiều là điện áp u; trong mạch tỈ lệ với nguồn tác động lên mạch E„„ theo : u; = K.E,„ Nguồn E,, lay từ nguồn DC được điều chỉnh trên hộp TN chính Thay đổi giá trị E„ và đo up

VI Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng trên mạch DC

Hình 1.2.6.1:Mạch chỉ có nguồn E¿ Hình 1.2.6.2: Mạch chỉ có nguồn E;

Để kiểm chứng giá trị đo được của u; trên mạch hình 1.2.3 dựa trên nguyên lý xếp chồng, ta làm nhự sau :

+ ChỉỈ cho tác động lên mạch nguồn E; = 5V bằng cách thực hiện thí nghiệm như hình 1.2.6.1 và

Điện áp Mạch chỉcó | Mạch chỉcó | Giá trị tính Giá trị đo khi | % sai số khi

Bảng Số liệu :

U„„„„ nutgiua 5 Unie, nutgiua 12

° 4,7k 5, 6k => Unit gitta = 8,194(V) = Unms

® 4/7k.l,=5 =>1,=1,064(mA) , 5,6k.1, = 12 => 1, = 2,143(mA) => I, = 1, + ly = 3,207(mA)

+ Thực hiện mạch khảo sát công suất cực đại trong mạch có nguồn AC Chỉnh cho u hiệu dụng bang 2V, tân số là 5kHz.Thực hiện 10 giá trị của VR từ 1kO đến 10kO.Đo lạ, tinh Pye

VR đề Py, max theo lý thuyết = 2,573kQ

Công suất Pv¿ (max) theo lý thuyết = 0,158mW

VII Sơ đồ Module DC Circuits

Hộp thí nghiệm ( hay bộ nguồn DC hai ngõ ra)

Các điện trở : 1kQO, 2.2kO,4.7kO, 5.6kO, 10kQ

Các tụ điện không phân cực : 105, 104, 473, 223, 103

Biến trở 1kO, 10kO

- Đồng hồ đo vạn năng số (DMM)

Bai 3: MACH DIEN XOAY CHIEU (AC)

A MỤC ĐÍCH:

Bài thí nghiệm giúp sinh viên khảo sát các đặc trưng của một mạch điện trong trường hợp nguồn tác động lên mạch là nguồn điều hòa, hay còn gợi là nguồn xoay chiều (AC) Quá trình thí nghiệm cũng giúp SV hiểu rõ thêm phương pháp biên độ (hay hiệu dụng) phức, cách dựng

đồ thị vectơ và tính toán công suất trong mạch điều hòa

B ĐẶCĐIỂM:

Phân tích mạch xác lập điều hòa thông qua tính toán trên mạch phức Ở mạch phức, trở kháng nhánh Z là số phức, bằng tỉ số biên độ phức áp và dòng trên nhánh Luật Ohm dạng phức được phát biểu:

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 Hình 1.3.0.1

Hình 1.3.0.1 Đo pha trực tiếp

Dựa vào giá trị của nút Time/div ta đọc giá trị At và T Góc lệch pha giữa CHB và CHA xác định theo:

b) So pha dùng đồ thi Lissajous:

Đưa cả hai tín hiệu (cùng GND) vào hai kênh của dao động ký Chọn VERT MODE là X-Y Chỉnh định các nút Volt/div của dao động ký đề hiền thị trên màn hình như Hình 1.3.0.2

Lissajouw Figum

Hình 1.3.0.2: So pha dùng đồ thị Lissajous Giả sử XŒ) = asin sin (wt) va Y(t) = bsinsin (wt + @) Ta thay tại t = 0 thì X = 0 và

Giá trị thông số của các mạch thí nghiệm trong bài thí nghiệm này được chọn theo bảng sau đây Lưu ý giá trị R, = thành phần điện trở trong mô hình nối tiếp của cuộn dây sẽ được xác định trong quá trình thí nghiệm

Ở đây R, đo được = 300 O

Chỉnh máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz Dùng dao động ký, đo biên độ

áp trên R và trên tụ C Tính I„ = Ua„⁄R Tính |Z¿| = U„„/1„

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp dé do góc lệch pha ® giữa u,{t) và i,(t) (cũng là i(t) bang 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 = 100us thi tín hiệu 2 kHz; 5 kHz và 10 kHz sẽ có chu

kỳ lần lượt là 5 ô; 2 ô và 1 ô)

Céng suat phan khang Q = S.Sing = -0.597 mVAr

IV Đo trở kháng cuộn day:

Hình 1.3.4: Đo trở kháng cuộn dây

Chỉnh máy phát sóng sin đề u(t) có biên độ 2 V, tần số lần lượt là 2 kHz, 5 kHz và 10 kHz

Đưa hai tín hiệu uạ(t) và u,(t) vào dao động ký Dùng dao động ký, đo biên độ áp trên R và trên cuộn dây L

Tính Im = “TT” Tính |ZL|=- ch

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp đề đo góc lệch pha 0, giữa u,(t) va 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)

Đô thị |ZL| thay đối theo

ZL = w.L, d6 thị tuyén tinh

V Mạch RL nối tiếp:

Chỉnh máy phat séng sin đề u(t) có biên độ 2 V, tan s6 2 kHz Dung DMM (Multimeter) do 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 ổo pha trực tiếp dé do góc lệch pha œ giữa u(t) và i(t) (th6ng qua đọc At) Điền vào bảng số liệu:

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 (0 So sánh với giá trị đo được trong bảng

Thành phần điện trở của cuộn dây: R, = 300 (Q)

Công suất biểu kiến S = 4 Um.Im = 0.768 mVA

Céng suat tac dung P = S.Cos$ = 0.507 mW

Công suất phản kháng Q = S.Sin$ = 0.579 mVAr

VI Mạch RLC nối tiếp:

Chỉnh máy phat séng sin đề u(t) có biên độ 2 V, tan s6 2 kHz Dung DMM (Multimeter) do dòng vào mạch, đo áp vào mạch, áp trên R, trên L va áp trên C (Lựu ý: giá trị đọc trên DMM là trị hiệu dụng)

Sử dụng phương pháp ổo pha trực tiếp dé do góc lệch pha œ giữa u(t) và i(t) (th6ng qua đọc At) Điền vào bảng số liệu:

Máy

phat song

Ta có Q(UL, Ủr) = arctan arctan (+) = arctan arctan (

$ (Úc, UR) = arctan arctan (ar) = arctan arctan ( €

Uc

Nc

4007) ma) = 76.57

1.726 nae) = 60.41

Uc = Uc? + UR’ = 1.985V

Ucr+Uˆ—Utr?

dinh ly cos cos chota OU, I= arcos| DI = 38.9

Công suất biểu kiến S = ⁄ Um.Im = 1.04 mVA

Công suất tác dụng P = S.Cos = 0.91 mW

Công suất phần kháng Q = S.Sin$ = - 0.5 mVAr

d Tính công suất P trén tleng phan tl cla mach RLC ndi tiép:

Vi cuén khéng thuadn cam nén cé cong suat tac dung PL = 14 In? R, = 0.162 mW

Céng suat tac dungtréenR = %R Ẻ = 0.54mW

Công suất phản kháng trên 1, = Wool Ẻ = 0.679 mVAr

z > r

Céng suat phan khang trén tuC =— %—~=-0.915 mVAr

Nguyên lý cân bằng công suất :

Do sai số trong quá trình đo và điện trở rÏ của tụ nên P trên từng phần tử gần bằng P phát, mạch cân bằng công suất

Vil Mach RC song song:

Hình 1.3.7: Mạch RC song song Chỉnh máy phat séng sin đề ua(t) có biên độ 2 V, tan s6 2 kHz Dung DMM (Multimeter) do dòng vào mạch, đo dòng qua trở R và dòng qua tụ C Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp

đề đo góc lệch pha œ giữa u„(t) và i(t) bằng cách đưa uạ(t) và Upo(t) vào CH1 và CH2 Thực hiện

b) Giả sử điện trở là thuần, vẽ đỗ thị vectơ dòng cho mạch song song khi chọn pha ban đầu của áp uạ(t) là 0 Từ đồ thị vectơ, viết ra các giá trị dòng, áp phức hiệu dụng (dạng mũ)

0.6 0.777 0.466 0.378

Công suất biểu kiến S = 2 Um.Im = 0.707/0.852 = 0 6 mVA

Công suất tác dụng P = S.Cos = 0.466 mW

Công suất phản kháng Q = S.Sin$ = 0.378 mVAr

Vill Mach RL song song:

Chỉnh máy phát sóng sin đề u;(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 ổo pha trực tiếp dé do góc lệch pha (giữa uạ(t) va i(t) bằng cách đưa u,(t) và uạs(t) vào CH1 và CH2 Thực hiện bằng số liệu:

U = 1,4120° (Vrms) 1, =0.61220 mA 1, =0.44⁄90 mA

I, =0.12290 mA I = 0.7822-27.6 mA

Từ đó tính ra:

Trở kháng nhánh song song: Z;////c =U /JI = 1803.1⁄27.6

Góc lệch pha giữa uạ(t) và i{t): ‹0(uạ&i)= 27.6

€ Có nhận xét gì về trị hiệu dụng dòng qua nhánh i(t) ở các trường hợp ?

>_ I(t) có trị hiệu dụng giảm khi C tăng

song song về đơn vị ?

Để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) của tải đó và hệ

số công suất (Cos@) của tải đó:

Giả sử ta có công suất của tải là P

+ Hệ số công suất của tải là Cos1 — @1 —› tg@1 (trước khi bù, cos@1 nhỏ còn tg@1 lớn)

+ Hệ số công suất sau khi bù là Cos@2 —› @2 —› tg@2 (sau khi bù, cos@2 lớn còn tg@2 nhỏ)

+ Công suất phản kháng cần bù là Qb = P (tgp — tgp2)

Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ

bù

Giả sử ta có công suất tải là P = 100 (KW)

+ Hệ số công suất trước khi bu la cos@1 = 0.75 — tg@1 = 0.88

+ Hệ số công suất sau khi bù là Cos@2 = 0.95 —› tg@2 = 0.33

Vậy công suất phản kháng cần bù là Qbù = P (tg@1 — tg@2)

Qbù = 100(0.88 — 0.33) = 55 (KVAr)

Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng catalogue của nhà sản xuất giả sử ta có tụ 10KVAr Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 6 tụ 10 KVAr tổng công suất phản kháng là

6x10=60(KVAr)

X Sơ đồ Module AC Circuits:

+ Sơ đồ module như Hình 1.3.10, giá trị linh kiện như trong Bảng 1.3.1

Hinh 1.3.10: Module AC Circuits

Bảng 1.3.1: Danh sách linh kiện trén Module AC Circuits

STT Tên linh kiện Giá trị danh định / mô tả

Dao động ky (Oscilloscope) va DMM (Multimeter)

Dây nối thí nghiém (jack banana 2mm)

Bai 4: DAP UNG TAN SO VA MACH CONG HUONG

A MỤC ĐÍCH :

Bài thí nghiệm giúp sinh viên hiểu được tính chất phụ thuộc tần số của mạch điện thông qua xác định đáp ứng tần số của mạch, khảo sát các mạch lọc thụ động cơ bản và tìm hiểu hiện tượng cộng hưởng (xem thêm lý thuyết ở chương 2 giáo trình Mạch Điện I)

Hø) = —#° = |He)|ze in

Tần số cắt (f,) của mạch loc la tan s6 ma & dé |H(jw)| = HG) pan

hay tính theo độ lợi đơn vị dB là -3db so độ lợi tại IHG) |

Cộng hưởng là một hiện tượng đặc trưng của tính chất thay đồi theo tần số của một nhánh mạch điện: áp và dòng sẽ cùng pha tại tần số cộng hưởng Có hai dạng cộng hưởng cơ bản: cộng hưởng nối tiếp và cộng hưởng song song Ở mạch cộng hưởng RLC nối tiếp, trị hiệu dụng các điện áp trên các phần tử kháng ở gần cộng hưởng sẽ rất lớn so với điện áp vào của mạch (do đó mạch cộng hưởng nối tiếp còn gọi là cộng hưởng áp) Ở mạch cộng hưởng RLC song song thì dòng điện qua mắc lưới LC ở gần cộng hưởng sẽ rất lớn so với dòng điện cấp cho mạch (do đó mạch cộng hưởng song song còn gọi là cộng hưởng dòng )

Tại tần số cộng hưởng, biên độ tín hiệu ngõ ra sẽ là cực đại Và khoảng tần số , mà ở đó biên độ hàm truyền đạt áp lớn hơn = biên độ cực đại , được gọi là băng thông của mạch cộng hưởng (ký hiệu là BW) Dấu bằng xảy ra tại tần số cắt của mạch cộng hưởng Có hai giá trị tần số cắt : tần số cắt dưới f, (hay @,) bé hơn tần số cộng hưởng và tần số cắt trên f, (hay