Thí nghiệm bài 1 bài 2 điện động học

Báo cáo bài Thí nghiệm số 1ĐO ĐIỆN DÙNG DAO ĐỘNG KÝ VÀ MÁY ĐO ĐA NĂNGĐO GIÁ TRỊ NỀN DC VÀ HIỆU DỤNGĐỘ CHÍNH XÁC CÁC PHÉP ĐOCÁC PHÉP ĐO TỔNG TRỞ THÔNG DỤNGQUAN SÁT, ĐO ĐIỆN ÁP TRÊN MÀN HÌNH DAO ĐỘNG KÝ VÀ MÁY ĐO ĐA NĂNG :Ta sử dụng các thiết bị đo bao gồm : máy phát điện áp (GBF), dao động ký (OX) METRIX 8050 và máy đo đa năng (VOM). Để sử dụng dao động ký đọc các thông số của tín hiệu vào ta nối máy phát điện áp và dao động ký. Để đọc giá trị trên máy đo đa năng ta mắc 3 thiết bị song song nhau để vẫn quan sát được tín hiệu trên dao động ký.Phát điện áp e(t)=E_0+E_m cos⁡〖(2πft)〗 từ GBF, với E0 = 1(V), Em = 1(V), f = 2 (kHz).Với các công thức đã chúng minh trong bản chuẩn bị ta ghi các giá trị E0, ERMS, ETRMS lý thuyết vào bảng số liệu, sau đó ta đo E0, ERMS, ETRMS tín hiệu hình sin e(t) = 1 + 1cos(4000πt).Khởi động thiết bị.Hiệu chỉnh GND của OX về đường 0.Phát sóng hình sin với các thông số như trên từ GBF.Để OX ở chế độ DC,đo Vavg và dùng VOM ở chế độ đo một chiều đo điện áp. Giá trị đo được tương ứng EDC.Vẫn để OX ở chế độ DC,đo VRMS và dùng VOM ở chế độ xoay chiều, bật nút AC+DC đo điện áp.Giá trị đo được ứng với ERMS.

Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG Tp.HCM

Chương trình KS CLC Việt – Pháp

  

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỐ 1 & 2

ĐO ĐIỆN DÙNG DAO ĐỘNG KÝ VÀ MÁY ĐO ĐA NĂNG

ĐO GIÁ TRỊ NỀN DC VÀ HIỆU DỤNG

ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC PHÉP ĐO CÁC PHÉP ĐO TỔNG TRỞ THÔNG DỤNG

THÍ DỤ VỀ CÁC MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN, CHIA ĐIỆN ÁP, CẦU WHEATSTONE, SỬ DỤNG CÁC HAI CỰC KHÁC NHAU

Tp.HCM Tháng 4/2018

GVGD: TS NGUYỄN THANH NAM GVHD: GV DƯƠNG ĐIỀN THU Nhóm: VP2016 – A.07 Thành viên: 1.Võ Nguyễn Gia Luật 1611944

Báo cáo bài Thí nghiệm số 1

ĐO ĐIỆN DÙNG DAO ĐỘNG KÝ VÀ MÁY ĐO ĐA NĂNG

ĐO GIÁ TRỊ NỀN DC VÀ HIỆU DỤNG

ĐỘ CHÍNH XÁC CÁC PHÉP ĐO CÁC PHÉP ĐO TỔNG TRỞ THÔNG DỤNG

 Buổi làm TN chính : từ 12g30’ tới 15g00’ ngày 31/03/2018

 Nội dung : Chương I: Quan sát, đo điện áp trên màn hình dao động ký;

Chương 2: Đo điện áp dung máy đo đa năng (VOM)

 Làm tiếp, bổ sung : từ 13g00’ tới 15h00’ ngày 08/04/2018

 Nội dung : Chương III: Đo điện trở nội

 CB đã ký duyệt kết quả hoàn tất : Ngày 08/04/2018

+ Họ tên CB: Dương Diền Thu

 Nộp báo cáo (bản in) : Ngày 17/04/2018

B Nội dung báo cáo thí nghiệm :

Mục đích thí nghiệm:

 Thực hiện các phép đo điện thông dụng dùng dao động ký

 Thực hiện các phép đo điện thông dụng dùng máy đo đa năng

I QUAN SÁT, ĐO ĐIỆN ÁP TRÊN MÀN HÌNH DAO ĐỘNG KÝ VÀ MÁY ĐO ĐA NĂNG :

Ta sử dụng các thiết bị đo bao gồm : máy phát điện áp (GBF), dao động ký (OX) METRIX 8050 và máy đo đa năng (VOM) Để sử dụng dao động ký đọc các thông số của tín hiệu vào ta nối máy phát điện áp và dao động ký Để đọc giá trị trên máy đo đa năng ta mắc 3 thiết bị song song nhau để vẫn quan sát được tín hiệu trên dao động ký

Phát điện áp ( )= + cos(2 ) từ GBF, với E0 = 1(V), Em = 1(V), f = 2 (kHz) Với các công thức đã chúng minh trong bản chuẩn bị ta ghi các giá trị E0, ERMS, ETRMS lý thuyết vào bảng số liệu, sau đó ta đo E0, ERMS, ETRMS tín hiệu hình sin e(t) = 1 + 1cos(4000 t)

 Khởi động thiết bị

 Hiệu chỉnh GND của OX về đường 0

 Phát sóng hình sin với các thông số như trên từ GBF

 Để OX ở chế độ DC,đo Vavg và dùng VOM ở chế độ đo một chiều đo điện áp Giá trị

đo được tương ứng EDC

 Vẫn để OX ở chế độ DC,đo VRMS và dùng VOM ở chế độ xoay chiều, bật nút AC+DC đo điện áp.Giá trị đo được ứng với ERMS

 Chuyển OX sang chế độ AC, đo VRMS và dùng VOM ở chế độ xoay chiều, tắt nút AC+DC đo điện áp Giá trị đo được ứng với ETRMS

Ta vừa đo xong các giá trị điện áp của sóng hình sin, chuyển GBF sang xung vuông và tam giác (lưu ý khi chuyển dạng sóng khác nên hiệu chỉnh lại biên độ cho chính xác), tiến hành

đo tương tự

Tín hiệu vuông:

0,

2( )

4

2( )

Với T=1/f = 5.10-4 s

Cho GBF phát tín hiệu một chiều EDC= 1V và khảo sát ảnh hưởng của độ chia trên máy

đo đa năng: cho thang đo từ 200mV – 200V

 Giá trị dao động eAC( )t (là thành phần biến đổi hay thành phần dòng AC)

Giá trị hiệu dụng ERMS của điện áp e t( )biến đổi theo thời gian được định nghĩa là điện

áp một chiều sinh ra cùng lượng nhiệt năng, trên một điện trở không đổi:

 0 2

1

( )

T RMS

TTính toán theo lý thuyết e t( ) E0 Em cos(2ft)

m m

m m

2 2 2

3

m RMS

TRMS

EE

* Bảng số liệu :

EDC (V)

ERMS (V)

ETRMS (V)

EDC (V)

ERMS (V)

ETRMS (V)

EDC (V)

ERMS (V)

ETRMS (V)

Lý

thuyết 1,000 1,225 0,707 1,000 1,414 1,000 1,000 1,155 0,577

Đo bằng

OX 8050 1,000 1,120 0,560 1,000 1,360 0,920 1,000 1,120 0,480 Máy đo

đa năng 1,058 1,208 0,588 1,058 1,425 0,957 1,059 1,176 0,517

Ảnh hưởng máy đo đa năng : EDC= 1V

* Nhận xét :

 Ta thấy kết quả đo trên VOM chính xác hơn OX

 Sai số tương đối nhỏ do đó độ sai lệch là không đáng kể

 Khi dùng VOM khảo sát DC các thang đo 200mV và 2V không cho giá trị vì bị vượt quá giới hạn đo (do sai số máy đo với thang 2V).Độ chia càng nhỏ thì kết quả càng chính xác

II ĐO GIÁ TRỊ dB :

Sử dụng máy đo đa năng ở chế độ xoay chiều,bật nút dB và nút AC+DC,máy đo đa năng hiển thị :

= 20 logVới U là điện áp cần đo, Uref i là điện áp chuẩn theo thang đo (i)

 Gửi điện áp một chiều 2V vào máy đo đa năng, được các giá trị Xi suy ra Uref i

 Sau đó đo lại các điện áp e(t), s(t), f(t) ở giá trị dB ,so sánh với giá trị lý thuyết

* Bảng số liệu :

Điện áp xoay chiều 1 (V):

 Với điện áp xoay chiều,sai số máy đo cho thấy không đáng kể 3,95%

III ĐO DẢI THÔNG :

 Theo lý thuyết,dải thông là khoảng tần số từ fl

đến fh như hình vẽ.Trong đó U là giá trị hiệu dụng của tín hiệu vào

IV ĐO ĐIỆN TRỞ :

Đo điện trở dùng máy đo đa năng :

Nâu - Đen - Lục - Ánh kim 1000000 987000 1,30%

Kết luận : Sai số tương đối nhỏ ~5%, do đó giá trị danh định có thể sử dụng được

Đo điện trở nội của máy phát sóng :

 Mắc mạch như hình bên

 Để đo được điện trở nội của GBF ta xem

như điện trở nội của dao động ký là rất lớn

 Đo điện áp không tải một chiều U1 của GBF dùng dao động ký: U1= 5,04 V

 Nối 2 cực của GBF vào điện trở 50Ω.Đo điện áp U2 giữa 2 cực GBF: U2= 2,54 V

● Sai số khá lớn do sai số điện trở R, sai số trên thiết bị

Đo điện trở nội của dao động ký :

 Mắc mạch như hình với R= 1MΩ

● Gửi dòng một chiều từ GBF,dùng dao động ký đo

U1 giữa A và C, U1= 6 V và đo U2 giữa B và C:

1

2 14, 037(pF)2

Báo cáo bài Thí nghiệm số 2 THÍ DỤ VỀ CÁC MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN, CHIA ĐIỆN ÁP, CẦU WHEATSTONE

 Buổi làm TN chính : từ 12g30’ tới 15g00’ ngày 07/04/2018

 Nội dung : Chương I: Chia điện áp; Chương II: Quan sát đặc tuyến V-A của 2 cực dao động ký

 Làm tiếp, bổ sung : từ 13g00’ tới 15h00’ ngày 08/04/2018

 Nội dung : Chương III: Sử dụng phần tử “hai cực” san bằng tín hiệu

 CB đã ký duyệt kết quả hoàn tất : Ngày 08/04/2018

+ Họ tên CB: Dương Diền Thu

 Nộp báo cáo (bản in) : Ngày 17/04/2018

D Nội dung báo cáo thí nghiệm :

Mục đích thí nghiệm:

 Kiếm chứng khái niệm chia áp

 Đo tổng trở bằng phương pháp điểm không trên cầu Wheatstone

 Khảo sát đặc trưng (đặc tuyến Volt-Ampere) của một phần tử hai cực (phần chính)

 Nghiên cứu mạch lọc từ khía cạnh làm giảm sự giao động của tín hiệu (san bằng)

hộp biến trở

CH 1

CH 2

u(t)

 Đo các điện áp bằng dao động ký:

 Các tỉ số u(t)/e(t) đo được và tính toán lý thuyết là gần như nhau cho cả 3 dạng sóng

Sự sai lệch là do sự có mặt của điện trở nội của dao động ký

 Nếu dùng máy đo đa năng để đo ERMS thì vẫn nhận được kết quả trên, dù số liệu có sai khác (do điện trở nội khác nhau của dao động ký và máy đo đa năng)

 3 Khuếch đại thuật toán (mạch hồi tiếp âm):

1

( )1( )

R

u t

e t   RVới OPAMP lý tưởng u t( ) Vout, e t( ) Vin

out in

u t

e t  V  R

CH2

I U

A

B

C D

II QUAN SÁT ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPÈRE CỦA 2 CỰC DAO ĐỘNG KÝ:

 Quan sát đặc trưng I=f(u) của một phần tử 2 cực (D) trên dao động ký

 Mắc mạch gồm R và (D) như hình, đưa điện áp 2 đầu (D) vào CH1, điện áp 2 đầu R vào CH2, bật chế độ XY và đảo dấu của CH2 trên dao động ký

Dùng GBF phát tín hiệu hình sin e(t)=-1+1sin(4000πt) Chọn R 100

 Quan sát được quan hệ UR f U( ) và mà UR=-RI

 Quan hệ giữa I và U

 Vai trò của biến áp cách ly:

 Nếu không có biến áp cách ly thì vA vC 0(máy GBF có điểm nối đất) Trên dao động ký cũng có một dây nối đất, do đó điện áp trên R bằng không

 Ta không thể thực hiện được phép đo

 Vì vậy, cần phải có một nguồn nuôi với dây mát thả nổi (nghĩa là không nối đất, để tránh những vấn đề do liên kết)

 Biến áp cách ly gồm hai cuộn dây giống nhau, cách điện với nhau Biến thiên điện áp trên các cực A,B của cuộn dây thứ nhất gây ra một biến thiên điện áp y hệt trên các cực của cuộn thứ hai CD nhờ hiện tượng cảm ứng của từ trường Trong chế độ biến đổi, các hiệu điện thế UBA và UDC là như nhau (với biến áp lý tưởng) nhưng điện thế tại A va C có thể khác nhau

 Mạng một cửa CD = {GBF + biến thế} sẽ tương đương với máy phát có dây mát thả nổi

 Khảo sát Đặc trưng của một số phần tử hai cực trên dao động ký

 8 (D) là điện trở rời:

 Khảo sát điện trở cỡ 1000Ω:

 Quan sát ở chế độ XY và đảo điện áp của kênh 2 để xem RI như hàm của U

Hệ số góc:

tan α = 0.575

6 = 0.096 Mà: tan UR R

   

D = Rtan α =

1000.096= 1043.47Ω

D đ

u ui

 10 (D) là điot phát quang hoặc điot Zener

10.a Đặc trưng của LED xanh:

 Chứng minh tương tự như trên:

10.c Đặc trưng của điot Zener:

Điot Zener được chế tạo tối ưu để ổn định điện áp

Chứng minh tương tự ta có:

 Chế độ thuận của điot Zener

 11 Đặc trưng của phần tử chứa 2 điot Zener:

 Phải mắc song song 2 Zener với điện trở r là để giữ an toàn cho nguồn khi điot Zener

bị đánh thủng, bảo vệ chống sự quá áp Điện trở r phải còn đủ lớn, để dòng qua r ít ảnh hưởng đến điot Zener

I

r

U

 Kết quả với r=1kΩ như hình

III SỬ DỤNG PHẦN TỬ HAI CỰC “SAN BẰNG” TÍN HIỆU:

 Chỉnh lưu xoay chiều đơn giản

u(t) R

e(t)

 Khi điot mở: e t( ) uD, ta có:

đ

e t u ti

 14 Khảo sát sự biến thiên của 

 Để nhận được điện áp u không đổi, ta thêm tụ C vào giữa 2 cực của R

 Khi điot đóng, tụ C phóng điện qua điện trở R với hằng số thời gian  RC

 Khi  T (với T là chu kỳ của e(t)) thì sự phóng điện đủ chậm để đảm bảo sự san bằng cho u(t)

 15 Vẽ điện áp

Chọn 3 trường hợp tiêu biểu, thể hiện rõ sự biến đổi của điện áp ra

15.a  T : C 10nF  0,1ms

 Khi điot mở, tụ nạp điện nhanh

 Khi điot đóng, tụ phóng điện rất nhanh qua R

 uCC lớn, <u> nhỏ

15.b  ~T : C 50nF  0,5ms

Tụ phóng điện qua R chậm hơn  uCC nhỏ hơn, <u> lớn hơn câu (a)

15.c  T : C 700nF  7ms

Khi điot đóng, tụ phóng điện rất chậm qua R

 uCC nhỏ, <u> lớn