Tài liệu hướng dẫn lập trình cho hệ vi xử lý.PDF

Tài liệu hướng dẫn lập trình cho hệ vi xử lý.

THỰC HÀNH PHÂN TÍCH MẠCH DC-AC

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4

KHOA ĐIỆN TỬ – TỰ ĐỘNG HÓA

Biên soạn ThS NGUYỄN CHƯƠNG ĐỈNH

Lưu hành nội bộ

2004

HỆ CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU

Phân tích mạch DC – AC là môn học cơ sở nhằm cung cấp cho các sinh viên

ngành Điện - Điện tử phương pháp phân tích tổng hợp mạch là cơ sở để thiết kế

hệ thống Điện - Điện tử

Nhằm giúp sinh viên hiểu rõ thêm về lý thuyết, giáo trình thực hành Phân tích

mạch DC – AC hướng dẫn cho sinh viên sử dụng phầm mềm mô phỏng để giải

mạch và kiểm chứng các định luật đã học Trong chương trình sử dụng phần

mềm Electronic Workbench 5.12 để mô phỏng mạch điện do tính chất trực quan

và dễ sử dụng Sinh viên nên mô phỏng tất cả các bài tập có trong tập sách này và

các bài tập trong giáo trình lý thuyết để có thể nắm vững về phân tích mạch điện

Giáo trình gồm 30 tiết, chia làm 6 bài

Bài 1 Chương trình Electronic Workbench

Bài 2 Nguyên lý xếp chồng

Bài 3 Mạch tương đương Thevenin và Norton

Bài 4 Xác định các thông số của mạng hai cửa

Bài 5 Khảo sát mạch lọc thụ động R – L – C

Bài 6 Kiểm tra

Mong rằng các sinh viên viên đạt nhiều kết quả sau quá trình thực hành

BÀI 1

CHƯƠNG TRÌNH ELECTRONIC WORKBENCH

1.1 GIỚI THIỆU

Electronic Workbench là phần mềm mô phỏng mạch điện, đo đạc các mạch số và tương tự của Hãng INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Đây là một phần mềm trợ giúp thiết kế các mạch số và tương tự rất hoàn chỉnh, cho phép ta thiết kế rồi thử với nhiều nguồn tín hiệu: nguồn sin, xung, … Và nhiều thiết bị

mô phỏng như oscilloscope, VOM, Bode Plotter, Logic Probe…

1.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH

1.2.1 Chạy chương trình

Khởi động chương trình Electronics Workbench bằng cách chọn Start ( Program

→ Electronics Workbench →Electronics Workbench

Sau đó cửa sổ màn hình thiết kế của chương trình xuất hiện với đầy đủ các menu, thanh công cụ hỗ trợ cho việc thiết kế và mô phỏng mạch điện

6 THỰC HÀNH

1.2.2 Các bước mô phỏng mạch điện

Để lắp và thử một mạch điện, phải tiến hành các bước sau:

1 Lấy linh kiện từ vùng chứa linh kiện

2 Đặt linh kiện cần lấy vào đúng vị trí trong vùng làm việc

3 Đặt các giá trị linh kiện

4 Nối các linh kiện

5 Lấy các dụng cụ đo cần thiết và nối vào những điểm cần đo

6 Bật công tắc để mạch hoạt động

1.3 THỰC HÀNH

Trong phần thực hành chúng ta sẽ lắp ráp và đo thử một mạch đơn giản như sau

Hình 1.2

Tiến hành lắp ráp và thử mạch theo các bước shau

Bước 1 Khởi động chương trình Electronics Workbench bằng cách chọn Start ( Program → Electronics Workbench →Electronics Workbench

Bước 2 Chọn và lấy các linh kiện vào màn hình làm việc

Lấy điện trở: Nhấp chọn hộp công cụ Basic chứa các linh kiện thông thường như điện trở tụ điện, cuộn dây…

Hình 1.3

Nhấp chọn linh kiện điện trở nhấp chuột và kéo nó vào màn hình thiết kế Lưu ý phải nhấn và giữ phím trái chuột kéo đến vị trí cần đặt rồi thả ra Để xoay linh kiện, phải chọn nó sau đó nhấn Ctrl + R

Sau khi lấy hết các linh kiện ta có sơ đồ sắp xếp như hình sau

Hình 1.4 Bước 3 Thay đổi giá trị của linh kiện

Để thay đổi giá trị của linh kiện nhấp đúp vào nó Nhấp đúp vào điện trở, hộp thoại Resistor Properties xuất hiện, nhấp chọn thẻ Value nếu nó chưa được chọn Nhập vào giá trị mới cho điện trở trong khung Resistance (R) và chọn đơn vị trong hộp danh sách kế bên Nhấn OK để hoàn tất

Hình 1.5

Chọn thẻ Label để nhập ký hiệu cho linh kiện ví dụ R1, R2,…

Hình 1.6 Bước 4 Tiến hành nối dây cho các linh kiện

8 THỰC HÀNH

Hình 1.7 Bước 5 Gắn các thiết bị đo vào mạch tương tự như phần gắn linh kiện Ở bài tập này chúng ta cần đo dòng, áp do đó dùng thiết bị Multimeter trong hộp

Bước 6 Bật công tắc chạy mô phỏng

Ta đọc được giá trị của điện áp trên R2 như hình 1.9

1.4 CÁC KÝ HIỆU LINH KIỆN TRONG ELECTRONIC WORKBENCH 1.4.1 Nguồn phụ thuộc

Multimeter dùng để đo điện áp, dòng

điện, điện trở hay suy hao giữa hai

điểm của một mạch Tuỳ đại lượng

cần đo là dòng, áp, điện trở hay

decibel mà ta chọn chức năng tương

sin, vuông, tam giác Ta có có thể điều

chỉnh được tần số, duty cycle, biên độ

và mức DC của tín hiệu

c Oscilloscope

Oscilloscope được mô phỏng giống như một oscilloscope thực có hai kênh

5Ω 2Ω

I

1.5.3 Tìm dòng điện trong các nhánh như hình sau

ĐS: I1 = 0.02A, I2 = 0.02A, I3 = 0.01A

12Ω 3Ω

4Ω 12Ω

4Ω

+

Uo –

4Ix

Ix 6A

R1

Trong một mạch có nhiều nguồn độc lập, đáp ứng (dòng, áp) do nhiều nguồn gây

ra bằng tổng các đáp ứng do từng nguồn gây ra khi cho các nguồn khác bằng 0

k X

i

X• đáp ứng của mạch khi kích thích là Fi các kích thích khác cho bằng 0

Đáp ứng tạo bởi nhiều nguồn kích thích tác động đồng thời thì bằng tổng các

đáp ứng tạo bởi mỗi nguồn kích thích tác động riêng rẽ

2.3 THỰC HÀNH

Cho mạch như hình 3.1 Tìm I bằng phương pháp xếp chồng

Bước 1: Mắc mạch như hình, dùng Multimeter đo dòng I

Hình 2.2

4Ω 2Ω

Hình 2.1

6A

18V

I

+ V–

2I1

Hình 3.5

I1

3.4.2 Tìm các dòng I1, I2, I3, I4, bằng phương pháp xếp chồng

5V1A

BÀI 3

MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG THEVENIN VÀ NORTON

3.1 MỤC ĐÍCH

Dùng phần mềm Electronic Workbench để xác định sơ đồ tương đương Thevenin – Norton của mạch điện

3.2 NỘI DUNG

Định lý Thevenin: Một mạng một cửa bất kỳ có thể thay thế tương đương bởi

một mạch gồm có một nguồn áp có giá trị bằng điện áp hở mạch mắc nối tiếp với một trở kháng ZTĐ

Định lý Norton: Một mạng một cửa bất kỳ có thể thay thế tương đương bởi một

mạch gồm có một nguồn dòng có giá trị bằng dòng điện trên cửa khi ngắn mạch mắc nối tiếp với một trở kháng ZTĐ

Trở kháng ZTĐ chính là trở kháng nhìn vào hai cực của mạng một cửa khi cho các nguồn độc lập bằng 0

18 THỰC HÀNH

Kích thích ở cửa A, B một nguồn áp như hình 3.18a (giá trị Ėt có thể chọn tuỳ ý,

ví dụ Ėt = 1V) Xác định dòng İt chảy vào mạch từ nguồn Ėt Suy ra ZTĐ =

có thể chọn tuỳ ý, ví dụ J•t = 1A) Xác định điện áp Ůt, từ đó suy ra ZTĐ =

Cách 3 Trường hợp mạch không chứa nguồn phụ thuộc nào ta tính ZTĐ bằng các

triệt tiêu tất cả các nguồn độc lập trong mạch, sau đó tính ZTĐ nhìn vào hai cực

A, B bằng các phép biến đổi tương đương

3.3 THỰC HÀNH

Cho mạch như hình vẽ, kiểm chứng sơ đồ tương đương Thevenin và Norton

Bước 1 Mắc mạch đo UAB và dòng IL, lưu ý để đo áp ta mắc máy đo song song

với tải và để đo dòng ta mắc máy đo nối tiếp với tải

12V

Hình 3.4

RL

20 THỰC HÀNH

Bước 4 Cho tất các nguồn độc lập bằng 0 (ngắn mạch nguồn áp hở mạch nguồn

dòng), dùng multimeter ở thang đo Ω để đo ZTĐ

Hình 3.9

Kết quả

ZTĐ =

Bước 5 Kiểm chứng mạch tương đương Thevenin

Xây dựng mạch tương tương Thevenin và gắn thêm điện trở tải, dùng Multimeter

đo dòng và áp trên tải

Kết quả

UAB =

IL =

So sánh với giá trị đo ở bước 1

Bước 6 Kiểm chứng mạch tương đương Norton

Xây dựng mạch tương tương Thevenin và gắn thêm điện trở tải, dùng Multimeter

đo dòng và áp trên tải

Kết quả

UAB =

IL =

So sánh với giá trị đo ở bước 1

Bước 7 Nhận xét quan hệ giữa Uhm,Inm và ZTĐ

Hình 3.13

40Ω 2Ω

10Ω

6Ω 30Ω

Hình 3.14

U

A

2 2

IA

2 2

1 22

UA

2 2

1 11

=

= • •

•

0IU

IA

2 2

1 21

Hình 4.2

2Ω 4Ω 4Ω

Ů1

Hình 4.3

2Ω 4Ω 4Ω

Hình 4.4

İ1 İ2 = 0 +

Hình 4.5

Kết quả

I1 =

I2 = Suy ra A12 và A22

Bước 2 Hở mạch cửa 2, cho nguồn U1 = 10V (có thể là giá trị khác), tiến hành

Bước 3: So sánh kết quả với lý thuyết

4.4 BÀI TẬP TỰ THỰC HÀNH

Tiến hành các xác định các ma trận Z, Y, G, H, và B của mạng hai cửa ở phần 4.2

BÀI 5

KHẢO SÁT MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG R, L, C

1

fc =

5.3 THỰC HÀNH

5.3.1 Mạch lọc thông cao R – L

Cho mạch R – L như sau

Bước 1 Dùng máy phát sóng, cho biên độ 2V, tần số 1KHz, tạo nguồn kích thích

cho mạch Dùng dao động ký vẽ dạng tín hiệu vào mạch và tín hiệu ra trên cuộn dây Nhận xét độ di pha của hai tín hiệu này

10 mH 100Ω

Hình 5.1

28 THỰC HÀNH

Hình 5.2 Bước 2 Dùng Volt kế đo điện áp trên nguồn vào và trên các phần tử mạch Xây

dựng giản đồ vector của mạch

Hình 5.3 Bước 3 Dùng máy vẽ giản đồ Bode, xác định tần số cắt của mạch lọc Tính toán

giá trị này bằng công thức và so sánh kết quả

Hình 5.4 5.3.2 Mạch lọc thông thấp R – C

Cho mạch lọc thông thấp R – C như sau

Hình 5.5 Bước 1 Dùng máy phát sóng, cho biên độ 2V, tần số 1KHz, tạo nguồn kích thích

cho mạch Dùng dao động ký vẽ dạng tín hiệu vào mạch và tín hiệu ra trên cuộn dây Nhận xét độ di pha của hai tín hiệu này

Hình 5.6 Bước 2 Dùng Volt kế đo điện áp trên nguồn vào và trên các phần tử mạch Xây

dựng giản đồ vector của mạch

Hình 5.7 Bước 3 Dùng máy vẽ giản đồ Bode, xác định tần số cắt của mạch lọc Tính toán

giá trị này bằng công thức và so sánh kết quả

Hình 5.8 5.4 BÀI TẬP TỰ THỰC HÀNH

Tương tự như trên khảo sát mạch lọc thông thấp R – L, mạch lọc thông cao R–C,

và mạch lọc R – L –C

· › ¶