Báo cáo thí nghiệm mạch Điện một chiều (dc)

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

TRUONG DAI HOC BACH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

~- jŸ WŸ ~ BAO CAO THI NGHIEM MACH DIEN MOT CHIEU(DC)

Thực hiện bởi:

1 Huynh Ky Anh — 1912566

2 Lé Danh An - 1912521

3

Nhóm thí nghiệm: Nhóm 01/ Lớp DT03

Link ghi âm ghi hình các phiên Google Meet:(thí nghiệm tại trường)

Phiên I:

Ngày hoàn thành báo cáo: 18/11/2021

Bai 1 : MACH DIEN MOT CHIEU (DC)

A MUC DICH:

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

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

đương

Thevenin-Norton trong mạch 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 nguồn vả nhiều nguồn

B DAC DIEM:

Mach dién DC chi ton tai các phần tử nguồn và điện trở Nền tảng của phân

tích mạch điện Dc là luật Ohm và các định luật Kirchhoff Ngoai ra , dé tang hiệu quả

của quá trình tính toán mạch DC, người ta có thê dựa trên các phép biến đối tương đương ( chia ap , chia dong , biến đối nguôn ), phân tích dùng ma trận ( thé nut , 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:

1 Mạch chia áp:

a _ Thực hiện mạch 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 đo ui, u¿, uạ và tính toán các giá trị trên theo lý thuyết Tính toán sai số khi đo

+ UW —+ Ug -

Nguồn †22kO 4,7kO

pc |" 5,6kO

Hình 1.2.1.1: Mach chia ap

- Tinh theo lý thuyết :

*Đối với u(V)=5(V)

UR, _ 5.2, 2k

= =———““——=(0.88(V

m YR 22k +4, 7h +5, 6k 62

u- u.R, _ SA7K = 1,88(V)

* YR 2.2k+4.7k+5,6 `

u= wR — 5.5,6k -2.24V)

` 1Ñ 242k+47k+5,6k

*Đối với u(V)=12(V):

a UR — 12.2, 2k = 2,112(V)

' SR 2,2k+4,7k+5,6k 7

a a eRe 12.4, 7k ~4,512(V)

° R 2/2(147k+56k 7S

uy= UR, _ 12.5, 64 = §,376(V)

SN 2,2k+4,7k+5, 6k

Tính sai số: %sai số = |-0£i3ứg—gá giá trị đo tỉ 4° | 1009

*Đối với u(V) = 5(V)

0,88 —0,8658

You, = HN 100% = 1,614%

You, = ma 1,240%

2 _—2

*Đối với u(V) = 12(V)

2.112—2,1007

%ạ, =|2>L!2— 2112 2-1997 100 = 0,535%

§12-—4.5

%ou, = 4,512 = 4,506) J 9% = 0,133% 4,512

Yu, = |22376= 5:35! 199% 5,376 = 0,205%

Bảng Số Liệu :

Tính Đo | %sai Tinh Do | %sai Tinh Đo | %sai số

5 088 |08658 |1,614% |1,88 18567 |1240%|224 |22111 |1291%

12 |2112 |21007 |0535%|4512 |4506 |0/133%|ã376 |5365 | 0,205%

b.Kiểm chứng luật Kirchoff về điện áp:

- Theo Kirchoff Voltage Law, ta có u = u =ui+u›;+ua Tính Yu từ số liệu đo và

sai sỐ của nó

*#Khi u(V)=5(V): >u =ui†u¿+u¿= 0,8658+1,8567+2,2111 = 4,9336(V)

u—=u

tị

%u = SaI SỐ :

.100% = 100% =I,328%

5—4,9336

5

*Khi u(V)=12(V):; Yu = ur tts = 2, 1007+4,506+5,365 = 11,9717(V)

12-11,9717

_ You -| 100% =0,236%

Bảng Số Liệu :

- Thiết kế một mạch DC gồm 2 điện tré Ri va Ro ndi tiếp theo yêu câu ban đầu: R2c6 ap vào 5(V), ap ra 2(V)

Dong trong mach phai bé hon 10mA

- Mach thiét ké nhu sau :

Nguồn

DC

Chọn R1 =4,7kO , R2 = 3,245kO => Kết qua do áp la w= 2,002(V) , dong trong mạch là 0,629(mA) < 10(mA)

d._ Ứng dụng mạch chia áp :

+ Ứng dụng l : 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 trén output 1a 2Vrms , f=

IkHz Nối VR vào mạch , tăng dần từ 10O cho đến khi áp hiệu dụng trên output là 1Vrms Theo nguyén ly chia ap , gia tri VR sé bang gia tri Rs

Rs | output

500

1kHz

GND

May phat song

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

Giá trị R: (đo được ) = 51,

+ Ứng dụng 2: Do điện trở vào R„ của mạch như hình 1.2.1.3 Đưa tín hiệu output vào

CHI, tín hiệu tại nút a vào CH2 của dao động ký Chỉnh tang VR ti gia tn 1009

Cho đến khi tín hiệu tại a có biên độ bằng 1⁄2 biên độ tại output thì giá trị VR sẽ bằng giá trị Ru của mạch

^A/Mx—>

| Rin [ :

Máy phát sóng GND bo J

Hinh 1.2.1.3: Mach do dién tro vao Rin cua một mạch điện

|

|

| R10 [R11 LR12 |

|

|

T

- Tinh theo giá trị 3 điện trở :

1 1-4 Be ] 1

R, RIO RIL Rl2 RI0 RII Ẩl2 242k 4.7k 5,6k

=1,182kQ

Giá trị Ra (đo được ) = 11800

Gia tri Ri, (tinh theo giá trị 3 điện trở ) = 1,182kQ = 11829

IL Mach chia don

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

- _ Yêu cầu : Thực hiện mạch chia dòng như hình 1.2.2.1 Thay đối giá trị u của

nguồn như trong bảng số liệu Dùng Ampe kế đo gia tri h, b, Is va tinh toan bh, 1: theo lý thuyết Tính toán sai số khi đo

Nguồn

DC

Hinh 1.2.2.1: Mach chia dong

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

- Tinh theo lý thuyết :

*Khi u(V) = 5(V): *Khi u(V) = 12(V):

5

= Gaps 2,2k + 4,7k.5,6k 6h = 1 052(mA) j=? _ = 9, 524m) 1 2 2k+ 4,7k.5,6k ,

1= ~G 1, to = ——=* = 0,572(mA) 1 lo, 2 24q5 =e — = 1,372(mA)

1, = yo = —— >>- 1, | = 0, 480(mA) 7, =e = 51,1524) > 324

4,7k 5,6k

- — Tính sai số :

* Đối với u(V) = 5(V):

%L = 0,572—0,562 100% = 1,748%

? 0,572

%1, = 0,48= 0,479! 1 90% = 0,209% 0,48

* Đối với u(V) = 12(V):

379-136

%1, = HE 8 i0 =0,438%

%¡, =|b132—}136| 100% = 0,348% 1,152

Bảng Số Liệu :

u h L(mA) l(mA)

Tính toàn | Đo được %⁄4sai số u Đo được %gai sd

toan

5 1,041 0,572 0,562 1,748% 0,48 0,479 0,438%

12 2,527 1,372 1,366 0,438% | 1,152 1,156 0,348%

b Kiểm chứng luật Kirchoff vẻ dòng điện :

- Theo Kirchoff Current Law, ta co “ 7, Tính >_ l.từ sô liệu do

va sai số của nó

I,052-1,041

1T»

I, 100% = 046%

Sai so:

* Khi u(V) = 12(V): “

, 100% = 0,079%

Sai số:

Bảng Số Liệu :

€ Thiết kế mạch chia dòng DC:

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

Dòng tổng 10 mA

RI là 4,7kO và =4 mA -

Nguon | y DC 4,7kQ 7kQ 3 17kQ 3,17kQ

Tri s6 Ro = 3,17kQ, do lai dong qua Ri =

4mA

d Chia mach dung nhiều điện trở : Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.2.2.2 Do và tính sai số l

I

—>

2.2kQ 1, | R10 R11 R12

T 5V

Hình 1.2.2.2: Mạch chia dòng nhiều điện trở

1¡ tính theo chia dòng :

5

4,7k.5,6k +2,2k.5,6k + 2,2k.4, 7k

~ +—

22k 47k 56k

—0,31

%1, = ste 031 00% = 0,705%

Sai so 0,3122

Bảng Số Liệu :

Dong I do Dong I do Dong I: tinh theo chia | Sai số khi dùng chia

IIL Giải tích mạch DC nhiêu nguồn dùng

A nú ` ma I T1

+ Uy -

A

+ui _10KO + uạ — +Ei: Nguồn DC 5V

+

Dùng volt kế DMM đo lại E¡, E: Dùng pp thé +E:: Nguồn DC 12V

nút hoặc dòng mắt lưới tính u trên các trở

Dùng volt kế DMM đo lại các u

Hình 1.2.3: Mạch DC nhiều nguồn

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

U, ,U,-5 U,-12_,

(Us =5(V),Ue =12),

_ U, =3,79V)

B

=>

U,=5-3,79=1,21(V) U,=3,79(V) _U,———

,

Bảng số liệu :

Điện áp Giá trị tính Giá trị đo % sai số

IV Cau do Wheatstone mét chiéu đo điện trở

La cau do điện trở dựa trên nguyên lý cân bằng , dùng đo điện trở giá trị từ 1O 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 cầu cân bằng Cầu đo này dùng để đo giá trị

điện trở Ra khi chỉnh VR từ giá trị IkQ , mỗi lần tăng 1009 Ghi lại giá tri VR va giá trị chỉ

thị trên DCV theo bang

Hình 1.2.4: Mach đo Wheatstone một chiều

Giả trị VR VRø- 10002 | VRa= 21999, VRep+ 1000

Chi sé cia DCV_ | 33,97mV 0,09mV -33,15mV

V.— Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ trên mạch DC

Với mạch thí nghiệm như hình 1.2.5 , nguyên lý tỉ lệ được hiệu là điện áp u› trong

mạch tỉ lệ với nguồn tác động lên mạch Ea theo : u;= K.E„ Nguồn E› lấy từ nguồn

DC được điều chỉnh trên hộp TN chính Thay đôi giá trị Ei, và đo u›

Hình 1.2.5: Mạch kiêm chứng nguyên lý tỉ lệ

Vẽ đồ thị :

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;

Đề kiểm chứng giá trị đo được cua ui trén mach hinh 1.2.3 dựa trên nguyên lý xếp chong , ta lam như sau :

+ Chi cho tac d6ng 1én mach nguén E: = 5V bằng cách thực hiện thí nghiệm như hình 1.2.6.1 va do un

+ Chỉ cho tác động lên mạch nguồn Ea= 12V bằng cách thực hiện thí nghiệm như hình 1.2.6.2 va do un

+ Tinh ui theo nguyén ly xép ché

*Tính theo nguyên lý xếp chồng :

Điện áp Mạchchicóó Mạchchicó Gia tri tinh Giá trị đo khi % sai số khi

nguồn E(ui) nguồn E¿(u¿) theo xếp có cả 2 dùng xếp

+ Mở rộng khảo sát nguyên lý xếp chồng trong mạch có cả nguồn DC và AC:

Hình 1.2.6.3: Đo uc khi mạch có cả nguồn DC và AC

Bảng Số liệu :

Gia tri uc đo ở chức năng DCV Giá trị uc đo ở chức năng ACV

Giai thich :

Khi đo ở chức năng DCV , ta chỉ lấy nguồn DC còn nguồn AC = 0, trở thành dây dẫn Áp dụng điện thế nút ta có được Ua= Uc= 2,28V sắp sỉ bằng 2,31 V là giá trị đo được

Khi đo ở chức năng ACV,, ta thay đôi ngược lại khi đo chức năng DCV Phức hóa

mạch, tính được ƯA=Uc=1,079(V) ( Hiệu dụng ), sap sỉ với 0,954V là giá trị đo được

VIL Sơ đỗ Thevenin-Norton và nguyên lý truyền công suất cực đại

Hình 1.2.7.1: Do Uhm Hình 1.2.7.2: Đo lum

Uhm Thm Rihevenin

Gia tri do Gia tri tinh Gia tri do Gia tri tinh Gia tri do Gia tri tinh

*Tính theo lý thuyết :

° => Unit gita= 8,194(V) = Uhm

© 4/7kli=5 =>li= L,064(mA), 5,6k.l;= 12 => lạ= 2,143(mA) => lạm= lì + lạ

=3,207(mA)

@ — Retevenin= Unm / Tom = (8,294/3,207) 10? = 2,555kO

Hình 1.2.7.3: Khảo sát công suất max

VR IkO 2kQ@ 2522kO 3k2 4kO 5kQ 6kO(2 7kO 8kKQ OKO I0kO

lwwmA) 2317 1,806 1,636 1,48 1254 1,089 0,963 0,863 0,782 0,714 0,658

Pva(mW) 5368 6,523 6,750 6,571 6,290 5,930 5,564 5213 4,892 4,588 4,330

+ Thực hiện mạch khảo sát công suất cực đại trong mạch có nguồn AC Chinh cho u

hiệu dung bang 2V , tan số là 5kHz Thực hiện 10 gia tri cua VR tir 1kQ dén 10kQ.Do

lva, tính Pva

Hình 1.2.7.4 : Cực đại công suất

mạch AC Bảng số liệu :

VR IkQ 2kO2 2,573k 3k@ 4k2 SkO 6k2 7kQ §kQ 9k2 10kO

Q

lv 034 028 0,248 019 017 017 015 013 012 011 01

P 012 016 0,158 0152 0,145 0,145 013 0,12 0,119 011 01

VR

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

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

VII So dé Module DC Circuits

Bang 1.2.1: Danh sach linh kién trén Module DC Circuits

STT Tênlinhkiện Giá trị danh định / mô tả

1 Biển trở VR (4 dãy) 1kx10; 100x10; 10x10; 1x10Q

D.DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:

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

- Các điện tro: 1kQ, 2.2kQ,4.7kQ, 5.6kQ, 10kQ.

- Cac tu dién khong phân cực : 105, 104, 473, 223, 103

- _ Biến trở IkO, 10kO,

Déng hé do van nang sé (DMM) - Dây nối thí nghiệm (có dây nối trên breadboard)