Bài 2 mạch Điện một chiều (dc)

MUC DICH: Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực hiện các mạch điện cơ bản như mạch chia áp , mach chia dòng, kiểm chứng các định luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương đương Thevenin-Norton

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NĂM HỌC 2018-2019

LOP : DD18BK02 - A02

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THANH PHO HO CHI MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

KHOA DIEN — DIEN TU

NAM HOC 2018-2019

BAO CAO THI NGHIEM

MON: GIAI TICH MACH

GVHD: Nguyễn Thanh Phương

MSSV Họ và tên Điểm chấm chéo Ký tên

1812412 | Pham Dang Huy

1812560 | Thái Bảo Khang

1810185 | Nguyễn Phạm Huyên

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

A Mục đích

B Đặc điển

C Phân thí nghiệm:

I Mach chia ap

II Mach chia dong

Til Giải tích mạch DC nhỉ 'ầi ngu ồn dùng thế nút và mắt lưới

IV C*ầi đo Wheatstone một chỉ i đo điện trở

V Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ trên mạch DC

VIL Kiểm chứng nguyên lý xếp ch “ng trén mach DC

VIL sơ đ ôThevenin-Norton va nguyên lý truy công suất cực đại VII So d6Module DC Circuits

Bai 3 : MACH DIEN XOAY CHIEU (AC)

VII Mạch RC song song

VIII Mach RL song song

I Giá trị thông số mạch thí nghiệm

II Mạch cộng hưởng RLC nối tiếp

ILL Mạch cộng hưởng RLC song song

Bai 2: MACH ĐIỆN MỘT CHIÊU (DC)

A MUC DICH:

Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực hiện các mạch điện cơ bản như mạch chia áp , mach

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

Thevenin-Norton trong mach điện DC Ngoài ra , bài thí nghiệm còn giúp sinh viên so sánh kết

quả giữa tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm của mạch điện DC một ngu ®n và nhi

- Yêu c3 : Lắp mạch chia áp như hình 1.2.1.1 Đi `âi chỉnh ngu ôi DC để được giá trị điện áp u

như trong bảng số liệu Dùng DC volt kế đo u¡ , u; , u; và tính toán các giá trị trên theo lý thuyết

-[ính toán sai số khi đo

b._ Kiểm chứng luật Kirchoff v điện áp:

Dòng trong mạch phải bé hơn 10mA

- — Mạch thiết kế như sau :

+ Ứng dụng 1 : Đo 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 là 2Vrms ,f = 1kHz Nối VR vào mạch , tăng dẦn tử 10Q cho đến khi áp hiệu dụng trên output là 1 Vrms Theo nguyén ly chia 4p , giá trị

May phat song

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

Giá trị R, (đo được ) = 519

+ Ứng dụng 2: Đo điện trở vào R„„ của mach như hình 1.2.1.3 Đưa tín hiệu output vào CHI , tín hiệu tại nút a vào CH2 của dao động ký Chỉnh tăng VR tử giá trị 1006 Cho đến khi tín hiệu tại a có biên độ bằng 1⁄2 biên độ tại output thì giá trị VR sẽ bằng gid tri R,, của mạch

- _ Tính theo giá trị 3 điện trở :

|

R, RIO RIL RI2 RIO RI Rl2 2,2 47k 5,6

Giá trị R„ (đo được ) = 11809

Giá trị R„ ( tính theo giá trị 3 điện trở ) = 1,182k@ = 11828

Il Mach chia dong

a._ Thực hiện mạch chia dong va tính dòng qua từng trở :

- _ Yêu c3 : Thực hiện mạch chia dòng như hình 1.2.2.1 Thay đổi giá trị u của ngu n như

trong bảng số liệu Dùng Ampe kế đo giá trị L, l;, I; và tính toan I, , I, theo lý thuyết Tính toán sai số khi đo

Hinh 1.2.2.1: Mach chia dong

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

- Theo Kirchoff Current Law, ta có hú = » I = 1, + I, Tinh > I, tr s&liéu do va sai so của nó

2,524— 2,522

%> 1, = 100% = 0,079%

c._ Thiết kế mạch chia dong DC:

- Thiết kế một mạch DC g`ồn 2 điện trở R; và R; mắc song song theo yêu c`âi ban đìầi :

d Chia mach ding nhi ‘& điện trở :

Thực hiện mạch thí nghiệm như hình

Dùng volt kế DMM đo lại E;, E; Dùng pp thế nút hoặc

đòng mắt lưới tính u trên các trở Dùng volt kế DMM đo

a U,=5-3,79=1,21(V) , U, =3,79(V) _U; =3,79-12=-8,21V) , U, =5-12=-7(V)

Bảng số liệu :

La cA 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 dưới Dùng DMM cho chức năng DC volt kế (DCV) có giá trị chỉ thị gần zero nhất là c ầ cân bằng Câ đo này dùng để đo giá trị điện trở R; khi chỉnh VR từ giá trị 1kQ, mỗi lần tăng 1009 Ghi lại giá tri VR va gid tri chỉ thị trên DCV theo bảng

Với mạch thí nghiệm như hình 1.2.5 , nguyên lý tỉ lệ được hiểu là điện áp u; trong mạch tỉ lệ với ngu ®n tác động lên mạch E;„ theo : u; = K.E;„ Ngu ân E;„ lấy tử ngu ñ DC được đi )âi chỉnh trên hộp TN chính Thay đổi giá trị E,, va do up

Hình 1.2.6.1:Mach chỉ có ngu n E, Hình 1.2.6.2: Mạch chỉ có ngu n E;

Để kiểm chứng giá trị đo được của u; trên mạch hình 1.2.3 dựa trên nguyên lý xếp ch ng , ta

+ Tinh u, theo nguyên lý xếp chô

*Tinh theo nguyén ly xép ch Ông :

U,=U,, + U/, = 3,69—- 2,5224 = 1,1676(V)

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

ngu ồn E,(u,,) | ngu ồn E,(u,,) | theo xép có cả 2 dùng xếp

Khi đo ở chức năng DCV , ta chỉ lấy ngu ân DC còn ngu ân AC = 0, trở thành dây dẫn Áp dụng

điện thế nút ta có được U, = Úc = 2,28V sấp sỉ bằng 231V là giá trị đo được

Khi đo ở chức năng ACV , ta thay đổi ngược lại khi đo chức năng DCV Phức hóa mạch , tính

được UA=U,=1.,079(V) ( Hiệu dụng }, sấp sỉ với 0.954V là giá trị đo được

+ Thực hiện mạch khảo sát công suất cực đại trong mach có ngu n AC Chỉnh cho u hiệu dụng

bằng 2V ,tn số là SkHz.Thực hiện 10 giá trị cia VR tir 1kQ đến 10kO.Đo lựy , tính Pvạ

VR để Py max theo ly thuyét = 2,573kQ

Céng suadt Pyp (max) theo ly thuyét = 0,158mW

VII So d6Module DC Circuits

STT | Tên linh kiện Giá trị danh định / mô tả

1 Biến tro VR (4 day) 1kx10; 100x10; 10x10; 1x10

D DUNG CU THI NGHIEM:

Hộp thí nghiệm ( hay bộ ngu ên DC hai ngõ ra)

Cac dién tré : 1kQ, 2.2kQ,4.7kQ, 5.6kQ, 10kQ

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

Biến trở 1k9, 10kQ

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

Bai 3: MACH DIEN XOAY CHIEU (AC)

A MUC DICH:

Bài thí nghiệm giúp sinh viên khảo sát các đặc trưng của một mạch điện trong trưởng hợp

ngu ề tác động lên mạch là ngu wh di‘& hòa, hay còn gọi là ngu ôn xoay chi âi (AC) Quá trình thí nghiệm cũng giúp SV hiểu rõ thêm phương pháp biên độ(hay hiệu dụng) phức, cách dựng

đ ôthi vectơ và tính toán công suất trong mạch đi lâi hòa

B ĐẶC ĐIỂM:

Phân tích mạch xác lập đi âi hòa thông qua tính toán trên mạch phức Ở mạch phức, trở kháng nhánh Z là số phức, bằng tỉ số biên độphức 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 Chinh 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

b) So pha dùng đ ôthi Lissajous:

Đưa cả hai tín hiệu (cùng GND) vào hai kênh của dao déng ky Chon VERT MODE Ia X-Y

Chỉnh định các nút Volt/div của dao động ký để hiển thị trên màn hình như Hình 1.3.0.2

1 Giá trị thông số mạch thí nghiêm:

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 sẽđược xác định trong quá trình thí nghiệm

Ở đây R; đo được = 300 ©

a) Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.2

Chỉnh máy phát sóng sin đểu(t) có biên độ2 V, tn số 2 kHz Dùng dao động ký, đo biên độ

áp trên R và trên tụ C Tính I; = Uz„/R Tính lZ‹l = U„/1

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp đểdo góc lệch pha Yo gitra u,(t) và ¡(t) (cũng là i() 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 tử giá trị nút chỉnh Time/div của dao động ký Giả sử ta chọn Time(div = 100/s thì tin hiéu 2 kHz; 5 kHz va 10 kHz sé cé chu

kỳ Lần lượt là 5 ô; 2 ô và 1 ô)

May phat song

Hình 1.3.2: Đo trở kháng tụ điện

IZcl = Uem / I„= 2.5V / 1.4mA = 1785.714 @

bc= AfC/T 360 với T là chu kỳ, đo ở dao động ký

b) Vẽ đồthi lZ4l theo Cho biết biểu thức lý thuyết của lZ¿l theo 0

c) Kết luận : vì œ tỉ lệ nghịch với lZecl

II Mạch RC nối tiếp:

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

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

(Multimeter) do déng vao mach, đo áp vào mach, áp trên R và áp trên C (Lưu ý: giá triđọc trên DMM là trị hiệu dụng) Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp đểdo góc lệch pha > gitra u(t)

và i{Ð (thông qua đọc Afƒ) Đi vào bảng số liệu:

141Vrms 1.25V 0.707V | 0.707 mA 2693.2 0.08 ms -57.6

b Dựng đ hi vectơđiện áp của mạch theo số liệu đo phẦn a) dùng thước và compa,

chon pha ban đầi của dòng điện là 0 Tửđ Ñhi vectơ suy ra‡_ So sánh với giá tụ đo được

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

CS biểu kiến S Hé s& cos CS tac dung P CS phản kháng Q

Công suất biểu kiến S = 4 Um.Im = 0.707 mVA

Công suất tác dụng P = S.Cos‡ = 0.379 mW

Công suất phan khang Q = S.Sino = -0.597 mVAr

IV Do trở kháng cuộn day:

a) Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.4

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp đểdo góc lệch pha Q giữa u;(t) va i;(t) (cũng là i(t)

bang cach CH2 INV) Pi& vào bảng số liệu (Lưu ý chỉnh đúng tần số máy phát, kiểm lại với chu kỳ T thông qua việc đọc tử giá trị nút chỉnh Time/div của dao động ký)

Tro khang ZL = im OlmA = 1363.63 Q

b) Vé dGthi |Z,| thea Cho biét biéu thirc ly thuyét ctia IZ, | theo w

Đô thị |ZL[ thay đối theo BI

c) Kết luận được đi 1 gì khi®, phụ thuộc 0œ

V Mạch RL nối tiếp:

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

Chỉnh máy phát sóng sin đểu(t) có biên độ2 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 triđọc trên DMM là trị hiệu dụng)

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp đểdo góc lệch pha j giữa u(t) va i(t) (thông qua đọc At) Di’ vào bảng số liệu:

ban đần của dòng điện là 0 Từđ lêhị vectơ suy ra So sánh với giát£b) đo được trong bảng

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

CS biểu kiến S Hé s& cos CS tac dung P CS phản kháng Q

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

Công suất tác dụng P = S.Cos‡ = 0.507 mW

Công suất phan khang Q = S.Sind = 0.579 mVAr

VL Mạch RLC nối tiếp:

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

Chỉnh máy phát sóng sin đểu(t) có biên độ2 V, tần số 2 kHz Dùng DMM (Multimeter) đo

dòng vào mạch, đo áp vào mạch, áp trên R, trên L và áp trên C (Lưu ý: giá triđọc trên DMM là trị hiệu dụng)

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp đểdo góc lệch pha j giữa u(t) va i(t) (thông qua đọc At) Di’ vào bảng số liệu:

oCH2

o GND Hình 1.3.6: Mạch RLC nối tiếp

IZl = 1016.92 Q

b Dựng đ hi vectơđiện áp của mạch theo số liệu đo dùng thước và compa, chon

pha ban đần của dòng điện là 0, giả sử R thun trở và C thun dung Từửd 'êh{ vectơ suy ra

$©_ So sánh với giá trọ đo được trong bảng số liệu

Ta cé o(UL, Ur) = arctan arctan — = arctan arctan ) = 76.57

o (Uc, UR) = arctan arctan mì = arctan arctan (Sx = 60.41

Ucg=\ Ue’ + UR’ = 1.985 V

2 2

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

CS biểu kiến S Hé s& cos CS tac dung P CS phản kháng Q

Công suất biểu kiến S = 1⁄2 Um Im= 1.04mVA

Công suất tác dung P = $.Cos = 0.91 mW

Công suất phản kháng Q = S.Sing = - 0.5 mVAr

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

Vì cuộn không thu % cam nén có công suất tác dụng PL = 1⁄2 Im R, = 0.162 mW

Công suất tác dụng trên R = 1⁄2 R T = 0.54mW

Công suất phản khang trénL = 1⁄2 0E = 0.679 mVAr

Công suất phản kháng trên tụ C =— 1⁄2 te - 0.915 mVAr

Nguyên lý cân bằng công suất :

Do sai số trong quá trình đo và điện trở rỉ của tụ nên P trên tửng phần tử g3 bằng P phát,

mạch cân bằng công suất

a) Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.7

— Up + Hinh 1.3.7: Mach RC song song Chỉnh máy phat séng sin déu,(t) cd bién d62 V, th s& 2 kHz Ding DMM (Multimeter) do đòng vào mạch, đo đòng qua trở R và dòng qua tụ C Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp đểđo góc lệch pha dgiữa uạ() va i(t) bang cach dia ua(t) VA Ugo(t) vao CH1 và CH2 Thực hiện

Gée léch UR val la = arctan arctan 7 «= arctan arctan (25 = 38 416

b) Giả sửđiện trở là thu ần, véd G@hi vecto’ dong cho mach song song khi chọn pha ban đầi của áp uạ(Ð) là 0 Tửđ &h{ vectơ, viết ra các giá trị dòng, áp phức hiệu dung (dang mii)

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

CS biểu kiến S Hé s& cos CS tac dung P CS phản kháng Q 0.6 0.777 0.466 0.378

Công suất biểu kiến S = 1⁄2 Um.Im = 0.707/0.852 = 0.6 mVA

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

Công suất phan khang Q = S.Sind = 0.378 mVAr

VIII Mach RL song song:

a) Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.8

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

(Multimeter) do déng vao mạch, đo dòng qua trở R và dòng qua cuộn day L

Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp đểdo góc lệch pha $ giữa uạ(t) va i(t) bang cach dura Up(t) Va Upo(t) vao CH1 va CH2 Thuc hién bảng số liệu: