Báo cáo thí nghiệm môn giải tích mạchbáo cáo thí nghiệm môn giải tích mạch

MUC DICH: Bai thi nghiém giup sinh vién thyc hiện các mạch điện cơ bản như mạch chia áp, mạch chia dòng, kiểm chứng các định luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương đương Thevenin-Norton

DAI HOC QUOC GIA THANH PHO HO CHI MINH TRUONG DAI HOC

BACH KHOA KHOA DIEN — DIEN TU NAM HOC 2023-2024

p

cà

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN: GIẢI TÍCH MẠCH

GVHD: Nguyễn Thanh Phương

NHÓM: 08 LỚP : DT01

Il Mach chia dong

Ill Giải tích mach DC nhiều nguồn dùng thế nút và mắt lưới

IV Kiếm chứng nguyên lý xếp chồng trên mach DC

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

VI So dé Module DC Circuits

Bai 3: MACH DIEN XOAY CHIEU (AC)

IV Do tro khang cuộn dây

V Mach RL nối tiếp

VI Mạch RLC nối tiếp

VII Mạch RC song song

VIII Mach RL song song

IX Hiệu chỉnh hệ số cos '? của nhánh

X So dé Module AC Circuits

Bai 2: MACH ĐIỆN MOT CHIEU (DC)

A MUC DICH:

Bai thi nghiém giup sinh vién thyc hiện các mạch điện cơ bản như mạch chia

áp, mạch chia dòng, kiểm chứng các định luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương đương

Thevenin-Norton trong mach dién DC Ngoai ra, bai thi nghiém con p1úp sinh viên so

sánh kết quả giữa tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm của mạch điện DC một nguôồn vả nhiều nguồn

B DAC DIEM:

Mạch điện DC chỉ tồn tại các phần tử nguồn và điện trở Nền tảng của phân tích mạch điện DC là định luật Ohm và các định luat Kirchhoff Ngoai ra, dé tang higu qua của quá trình tính toán mạch DC, người ta có thể đựa 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 )

C PHẢN THÍ NGHIỆM:

I Mach chia ap:

a Thue hién mach chia áp và tính toán áp của từng trở

-Yêu cầu : Lắp mạch chia áp như hình 1.2.1.1 Điều chỉnh nguồn DC đề được giá

trị điện áp u như trong bảng số liệu Dùng DC volt kế do uy, wp, us va tính toán các giá

trị trên theo lý thuyết

*Tính toán sai số khi đo

uxR, 5x2,2k u,=-a =——““=——=0.,88(V)

0c |U 14a >

Chon R1 = 4,7kQ , R2 = 3,196kQ

=> Kết qua do áp là u; = 2,032(V), dong trong mach 1a 0,636(mA) < 10(mA)

II Mach chia dong

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

- Yêu cầu: Thực hiện mach chia dòng như hình 1.2.2.1 Thay đối giá trị u của nguồn như trong bảng số liệu Dùng Ampe kế đo giá trị lì, l›, l› và tính toán Ib , Is theo

lì = 1,051(mA) (khi u=5V) và lị =2,523(mA) (khi u=12V)

* Tinh theo lý thuyét:

u

U(V) T(mA) T,(mA) T3(mA)

Tinh Do % sai số Tính Do %saiso

5 1,051 0,57 0,578 1,40 0,48 0,473 1,46

12 2,523 1,371 1,392 0,73 1,151 1,140 0,96

c Thiết kế mach chia dong DC:

- Thiết kế một mạch DC gồm 2 điện trở R¡ và R; mắc song song theo yêu cầu ban

đầu: dòng tông 10 mA R1 là 4,7kO và I=4 mA

Tri sé Ro = 3,133kO, đo lại dòng qua Rị = 4mA

d Chia mạch dùng nhiều điện trở

Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.2.2.2

Do va tinh sai so lì

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

Hinh L2.3: Mạch DC nhiều nguồn

*Tinh theo lý thuyết : Chọn Up; = 0 => Sử dụng pt điện thế nút :

+ Tinh u; theo nguyén ly xép chéng

*Tinh theo nguyén ly xép chéng :

U¡=U,,+U¡;=3,721—2,503=1,218(V)

Mạch chỉ có Mạch chỉ có Giá trị tính Lo %sai số khi

Dién ap nguôn E,( nguôn E,( theo xếp 5 cả 2 à dùng xêp

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

Giá trị đo | Giá trị tính | Giá trị đo | Giá trị tính

Gia tri do Gia tri tinh

| 8,123 8,194 | 3,128 | 3,207 | 2,553 | 2,555 |

*Tinh theo ly thuyét:

DeigaĐ - ưmyaga— 12 nătgiữa nút giữa

VI So dé Module DC Circuits:

Bang 1.2.1: Danh sách linh kiện trên Module DC CricuIts

STT Tén linh kién Giá trị danh định/mô tả

- Các điện trở : IkO, 2.2kO,4.7kO, 5.6kQ, 10kQ

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

- Biến trở 1kQ, 10kQ

- Đồng hồ đo van nang s6 (DMM)

- Dây nối thí nghiệm (có dây nối trên breadboard)

Bài 3: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIẾU (AC)

A Muce dich:

Bài thí nghiệm giúp sinh viên khảo sát các đặc trưng của một mach điện trong

trường hợp nguồn tác động lên mạch là nguồn điều hòa, hay còn gọi 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 Đặc điểm:

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

Ù=zxÏl=l|d⁄o

L Xác định |z|:

Là tỉ số biên độ hay trị hiệu dụng của áp dòng trên nhánh Trị biên độ có thé doc nhờ dao động ky và trị hiệu hiệu dụng có thể đọc nhờ volt kế xoay chiéu

II Xac dinh 9:

Có nhiều phuong phap, trong bai thi nghiém nay dé nghi ding dao déng ky voi hai phương pháp cơ bản

a) So pha trực tiếp:

Đưa cả hai tín hiệu (củng GND) vao hai kênh dao động ký Chọn VERT MODE

là DUAL hay CHOP Chỉ định dao động ký để hiến thị tín hiệu trên màn hình như hình 1.3.0.1

Hinh 1.3.0.1 Đo pha trực tiếp

Dựa vào giá trị của nút Time/div ta doc 914 tri At va T Goc lệch pha giữa CHB

b)So pha cing dé thi lissajous:

Đưa cả hai tín hiệu (cung GND) vao hai kénh cua dao dong ky Chon VERT MODE la X-Y Chinh dinh cac nut Volt/div cua dao động ký để hiển thị trên man như

I Gia tri 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 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

tử Giá trị thí

0,047 473 100mH

1kQ

kQ

Il Do trở kháng tụ điện:

B Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.2

Chỉnh máy phát song sin dé u(t) có biên độ 2 V, tan sO 2 kHz Dung dao déng

ký, đo biên độ áp trên R và trên tụ C Tinh I, = Urn/R Tinh |Zc] = Van/Im

Sử dụng phương pháp đo trực tiếp để đo góc lệch pha giữa 9c giữa U,(t) và T,(t)

(cũng là i(t) bằng cách CH2 INV) Điển vào bảng số liệu với hai giá trị tần số khác giữa (lưu ý chỉnh tần số máy phát, kiểm lại với chu kì T thông qua đọc từ giá trị nút chỉnh Time/div của dao động ký Gia sur chon Time/div = 100us thi tin hiéu 2 kHz; 5

Un 1,6V

IZ|= 1 =8 8mA— 2000 ©

0,=AtCTT x 360 với T là chu kì đo ở dao động ký

III Mach RC nối tiếp:

a Thuwe hién mạch thí nghiệm RC nối tiếp như hình 1.3.3

Chỉnh máy phat song sin để u(t) có biên độ 2 V, tan sO 2 kHz Ding DMM

(Multimeter) do dòng vào mạch, đo áp vào mạch, áp trên R va áp trên C (Luu ý: giá trị đọc trên DMM là trị hiệu dụng) Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha gira u(t) và i(t) (thông qua đọc A£) Điền vào bảng số liệu:

May phat

b Dựng đồ thị vectơ điện áp của mạch theo số liệu đo phần a dùng thước và

compa, chon pha ban đầu của dong dién la 0 Tw do thị vectơ suy ra0 So sánh với giá trị 0 đo được:

- Công suất biểu kiến; S= sx D„x1„=0,7537mVA

-_ Công suất tác dụng: P=S coso=0,40mW

-_ Công suất phản kháng: Q=S sing=0,64 mVar

IV.Đo trở kháng cuộn dây:

a Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.4

Mláy plxít sóng

5kHz và 10kHz Đưa 2 tín hiệu z(t) và Ù,(£) vào dao động ký Dùng dao động ký, do

biên độ áp trên R và trên cuộn dây L

a Thực hiện mạch RL nối tiếp như hình 1.3.5:

Chỉnh máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần sỐ 2 kHz Ding DMM

(Multimeter) do dong vao mach, đo áp vào mạch, áp trên R va 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 9 gitra u(t) va i(t) (thông qua đọc A£) Điền vào bảng số liệu:

CH1 Mia¥

plicit song

- C§ biểu kiến S= 2 x U„ x 1„=0,7564 mVA

- Công suất tác dụng P=S cosọ=0,542mW

- Công suất phan khang Q=S sinp=0,527 mVar

VI Mạch RLC nối tiếp:

a)Thực hiện thí nghiệm RLC nối tiếp như hình 1.3.6:

Chỉnh máy phat song sin dé u(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz Dùng DMM

(Multimeter) do dòng vào mạch, đo áp vào mạch, áp trên R, trên L và áp trên C (Lưu ý: giá trị đọc trên DMM là trị hiệu dụng) Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha gira u(t) và i(t) (thông qua đọc A£) Điền vào bảng số liệu:

2.U ~2.U

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

- C§ biểu kiến Š= h xU,„x1,=0,99mVA

- Công suất tác dung P=S.cosp=0,31mW

- Cong suat phan khang Q=S sing=0,94mVar

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

+Công suật phản kháng trên tụ C=> x De =—0,915mVAr

*Kiêm chứng nguyên lý cân bằng công 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 công suất

Mach RC song song:

- Thực hiện thí nghiệm như hình 1.3.7:

Ms y

phat song

Hinh 1.3.7: Mach RC song song

Chỉnh máy phat song sin dé ur(t) co bién dé 2 V, tan sO 2 kHz Ding DMM

(Multimeter) do dong vao mach, do dong qua trở R và dòng qua tụ C Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha ọ giữa ua(t) và i(t) bằng cách đưa ua(t) và

uzo(£) vào CHI và CH2 Thực hiện bảng số liệu:

Ur I Ir Ic o(uR & 1)

Hs

Ic 5: — 855,54 °

Ta co: IR

Up=1,41 40° (Vrms) 1,=1,426 20°mA

1,41 20°

_ > Tro khang nhanh song song: Zricé 1,493 259,54° 1112 , ; , 14140° _ 725,68 LZ 59,54

c) Tính công suất của nhánh RC song song theo số liệu đo:

- CS biểu kiến S= 5 xU_*1,=1,18mVA

- Công suất tác dung P=S.cosp=0,39mW

- Công suất phan khang Q=S sing=0,90 mVar

VIII Mach RL song song:

a) Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.8:

Máy

phat song

Hinh 1.3.8: Mach RL song song

Chỉnh máy phát sóng sin để ua(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 @giữa ua(t) va i(t) bang cach dua

ug(t) và uao(t) vào CHI và CH2 Thực hiện bảng số liệu:

Góc lệch pha gitra UR(t) và 1(t): ø(UR, I)=54,93°

c) Tính công suất của nhánh RL song song theo số liệu đo:

+CS biéu kiénS= - U,,*1,,=1,27mVA

+ Cong suất tác dung P=S.cosp=0,73 mW

+ Công suất phản khang Q=S sing=1,04 mVar

IX Hiéu chinh hé sé cos¢ cia nhanh:

a)Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.9:

May phat sóng

¬.^Y,

Hình 1.3.9: Hiệu chỉnh hé sé cos? của nhánh

Chỉnh máy phát sóng sin để điện áp trên nhánh song song ua(t) luôn có biên độ 2

V, tần sÓ 2 kHz Dùng DMM (Multimeter) đo đòng vào mạch, đo đòng qua trở R, dòng qua cuộn dây L và dòng qua tụ điện Cạ Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp

để đo góc lệch pha ọ giữa áp và dòng trên nhánh song song bằng cách đưa ua(t) và Ugo(t) vao CH1 và CH2 Từ góc lệch pha này tính hệ số công suất cosọ của nhánh song song Hoan thién bang số liệu với các 1á trị C có trên module

#Bảng số liệu:

0 1,41Vrms | 0,821 0,662 0,442 0 -35,72 0,81

C, |14lIVrms| 0,75 0,634 0,48 0,44 -3,61 0,998 C,; |141Vrms| 0,83 0,668 0,426 0,87 33,6 0,832

C, 1,41Vrms | 0,782 0,612 0,44 0,12 -27,6 0,886

b)Với trường hợp Cụ = Ca:

Giả sử điện trở và tụ điện là thuần, vẽ đồ thị vectơ dong cho mach song song khi chon pha ban đầu của áp ua(£) là 0 Từ đỗ thị vectơ viết ra các giá trị dòng, áp phức hiệu dụng (dạng mù) trong mạch:

Góc léch pha gitra u(t) va i(t): 0(ua & 1)= 27,6°

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

I(t) cĩ giá trị hiệu hiệu dụng giam khi C tang

d)Trình bày chỉ tiết quá trình tính giá trị Che cần thiết để đưa hệ số cơng suất của nhánh song song về đơn vị ?

Đề chọn tụ bù cho một tải nào đĩ thì ta cần biết cơng suất (P) của tải đĩ và hệ số cơng suất (coso) của tải đĩ:

Giả sử ta cĩ cơng suất của tải là P:

+ Hệ số cơng suất của tải là Cosel > o1 — tgel (trudc khi bu, cose! nhé con tgo1lén)

+ Hệ số cơng suất sau khi bu la Cosp2 — @2 — tg@2 (sau khi bù, cos@2 lớn cịn tg@2 nhỏ)

+ Cơng suất phản kháng cần bù là Qb = P (tgel - tgo2)

Từ cơng suất cần bù ta chọn tụ bù cho phủ hợp trone bảng catalò của nhà cung cấp tụ bu Gia sử ta cĩ cơng suất tải là P = 100 (KW)

+ Hệ số cơng suất trước khi bù là coso1 = 0,75 — tgel = 0,88

+ Hệ số cơng suất sau khi bù là Coso2 = 0,95 —› tøo2 = 0,33 Vậy cơng suất phản

kháng cần bù là Qbù = P (tg@1 — ta@2) Qbu = 100(0,88 — 0,33) = 55 (KVAr)

Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng cataloeue của nhà sản xuất giả sử ta cĩ tụ

1OKVAr Dé ba đủ cho tải thì ta cần ba 6 tụ 10 KVAr tổng cơng suất phản kháng là

6x10=60(KVAr)

X.So dé Module AC Circuits:

Module: AC Circuits |

Hinh 1.3.10: So dé Module AC Circuits:

STT Tén linh kién Gia tri danh dinh / mé ta

D.Dung cu thi nghiém:

Hộp thí nghiệm (có máy phát sóng 2MHz)

Module AC Circuit Dao dong ky (Oscilloscope) va DMM (Multimeter)

Dây nối thí nghiệm (jack banana 2mm)