- Trang 24 -

BAØI 2 MAÏCH ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU (DC)

A. MUÏC ÑÍCH : Baøi thí nghieäm giuùp sinh vieân thöïc hieän caùc maïch ñieän cô baûn nhö maïch chia aùp, maïch chia doøng vaø kieåm chöùng caùc luaät Kirchhoff trong maïch ñieän DC. Ngoaøi ra, baøi thí nghieäm coøn giuùp sinh vieân so saùnh keát quaû giöõa tính toaùn lyù thuyeát vaø keát quaû thí nghieäm cuûa maïch ñieän DC moät nguoàn vaø nhieàu nguoàn. B. ÑAËC ÑIEÅM : Maïch ñieän DC chæ toàn taïi caùc phaàn töû nguoàn vaø ñieän trôû. Neàn taûng cuûa phaân tích maïch ñieän DC laø luaät Ohm vaø caùc luaät Kirchhoff. Ngoaøi ra, ñeå taêng hieäu quaû cuûa quaù trình tính toaùn maïch DC, ngöôøi ta coù theå döïa treân caùc pheùp bieán ñoåi töông ñöông ( chia aùp, chia doøng, bieán ñoåi nguoàn … ) hay phaân tích duøng ma traän (theá nuùt, doøng maéc löôùi … ). C. PHAÀN THÍ NGHIEÄM : I. Ño kieåm thoâng soá maïch:

Duøng caàu ño RLC (hay chöùc naêng ño Ω cuûa DMM ) ño laïi giaù trò thoâng soá maïch treân module thí nghieäm vaø ñieàn vaøo giaù trò ño trong baûng soá lieäu. Giaù trò ño vaø coâng thöùc lyù thuyeát ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh “giaù trò tính” trong caùc baûng soá lieäu veà sau. Phaàn töû Giaù trò danh ñònh Giaù trò ño R1 2.2 kΩ R2 4.7 kΩ R3 5.6 kΩ R4 10 kΩ

II. Maïch chia aùp: a) Thöïc hieän maïch chia aùp nhö Hình 1.2.1 treân breadboard.

Ñieàu chænh nguoàn DC ñeå thay ñoåi giaù trò ñieän aùp u nhö trong baûng soá lieäu. Duøng DC volt keá ( hoaëc chöùc naêng DCV cuûa VOM hay DMM ) ño ñieän aùp u1, u2, u3 treân caùc ñieän trôû ñieàn vaøo coät “Ño”. Töø ñieän aùp u ta xaùc ñònh u1, u2, u3 theo coâng thöùc maïch chia aùp vaø ñieàn vaøo coät “Tính”. Xaùc ñònh sai soá theo coâng thöùc :

- Trang 25 -

.100%−giaù trò ño giaù trò ñuùng% sai soá = giaù trò ño

Giaù trò ñuùng = laø giaù trò tính theo lyù thuyeát hay giaù trò nhaän ñöôïc töø caùc thieát bò chænh ñònh hoaëc thieát bò ño coù ñoä chính xaùc cao.

Ta coù baûng soá lieäu:

u1 u2 u3 u(V) Tính Ño %sai

soá Tính Ño %sai

soá Tính Ño %sai

soá 5

15 b) Kieåm chöùng luaät Kirchhoff veà ñieän aùp.

Theo luaät Kirchhoff veà ñieän aùp ñoái vôùi maïch DC ta coù: u = Σuk = u1 + u2 + u3

Tính Σuk töø soálieäu ño ôû phaàn b) vaø ñieàn vaøo baûng soá lieäu:

u (V) Σuk %sai soá 5

15

ÔÛ ñaây, .100%∑∑

k

k

u - u% sai soá =

u

c) Thieát keá moät maïch chia aùp DC goàm hai ñieän trôû R1 vaø R2 thoûa :

+ AÙp vaøo maïch 5 V, aùp ra 2 V. + Doøng trong maïch phaûi beù hôn 10 mA. + Veõ maïch thieát keá vaø cho bieát caùc trò soá:

Hình 1.2.1: Maïïch chia aùp

- Trang 26 -

R1 = … (Ω), R2 = … (Ω). III. Maïch chia doøng: a) Thöïc hieän maïch chia doøng nhö Hình 1.2.2 treân breadboard. Thay ñoåi giaù trò

u, ño doøng toång I1 vaø caùc doøng reõ I2 , I3 (duøng amper keá maéc noái tieáp caùc ñieän trôû hoaëc thoâng qua ño aùp treân caùc ñieän trôû naøy theo giaù trò ñieän trôû ño cuûa chuùng) vaø ghi soá lieäu vaøo coät “ño ñöôïc”. Töø giaù trò I1 ta tính I2 vaø I3 theo coâng thöùc maïch chia doøng vaø ghi keát quaû vaøo coät “tính toaùn”. Tính sai soá.

Ta coù baûng soá lieäu:

I2 (mA) I3 (mA) u (V)

I1 (mA) Tính

toaùn Ño

ñöôïc %sai

soá Tính toaùn

Ño ñöôïc

%sai soá

5 15

b) Kieåm chöùng luaät Kirchhoff veà doøng ñieän .

Theo luaät Kirchhoff veà doøng ñieän ñoái vôùi maïch DC ta coù: I1 = ΣIk = I2 + I3

Tính ΣIk töø soálieäu ño ôû phaàn a) vaø ñieàn vaøo baûng soá lieäu:

I1 (mA) ΣIk %sai soá

ÔÛ ñaây, .100%∑∑

k 1

k

I - I% sai soá =

I

Hình 1.2.2: Maïch chia doøng

- Trang 27 -

c) Thieát keá moät maïch chia doøng DC goàm hai ñieän trôû R1 vaø R2 noái song song thoûa : + Doøng toång laø 10 mA. + R1 = 4.7 (kΩ) vaø doøng qua noù laø 4 mA. + Veõ maïch thieát keá vaø cho bieát trò soá R2 = … (Ω).

IV. Giaûi tích maïch DC nhieàu nguoàn duøng theá nuùt vaø maéc löôùi: Thöïc hieän maïch thí nghieäm nhö Hình 1.2.3 treân breadboard. Vôùi: E1 = nguoàn aùp DC coù giaù trò 5 V treân hoäp thí nghieäm hay boä nguoàn DC. E2 = nguoàn aùp DC coù giaù trò 15 V treân hoäp thí nghieäm hay boä nguoàn DC.

Duøng volt keá DC hay DMM ño laïi giaù trò caùc nguoàn E1 vaø E2 vaø ghi vaøo caû 2 coät “giaù trò tính” vaø coät “giaù trò ño”. Tính ñieän aùp treân caùc ñieän trôû duøng phöông phaùp theá nuùt hay doøng maéc löôùi vaø ghi vaøo coät “giaù trò tính”. Ño ñieän aùp treân caùc ñieän trôû duøng volt keá DC hay DMM vaø ghi vaøo coät “giaù trò ño”. Haõy hoaøn thaønh baûng soá lieäu:

Ñieän aùp Giaù trò tính Giaù trò ño % sai soá E1 0 E2 0 u1 u2 u3 u4

Hình 1.2.3: Maïch DC nhieàu nguoàn

- Trang 28 -

V. Giaûi tích maïch DC nhieàu nguoàn duøng nguyeân lyù xeáp choàng: + Chæ cho taùc ñoäng leân maïch nguoàn E1 = 5V baèng caùch thöïc hieän maïch thí nghieäm nhö Hình 1.2.4 treân breadboard. Duøng DC volt keá hay DMM ño u11, u21, u31 , u41 vaø ghi töông öùng vaøo coät “ Maïch chæ coù nguoàn E1”. + Chæ cho taùc ñoäng leân maïch nguoàn E2 = 15V baèng caùch thöïc hieän maïch thí nghieäm nhö Hình 1.2.5 treân breadboard. Duøng DC volt keá hay DMM ño u12, u22, u32 , u42 vaø ghi töông öùng vaøo coät “ Maïch chæ coù nguoàn E2”. + Tính u1, u2, u3 , u4 duøng nguyeân lyù xeáp choàng vaø ghi vaøo coät “giaù trò tính theo xeáp choàng”. Xaùc ñònh sai soá khi duøng xeáp choàng. Ta coù baûng soá lieäu:

Ñieän aùp

Maïch chæ coù nguoàn

E1

Maïch chæ coù nguoàn

E2

Giaù trò tính theo xeáp

choàng

Giaù trò ño khi coù caû hai nguoàn

% sai soá khi duøng

xeáp choàng u1 u2 u3 u4

VI. Sô ñoà Thevenin-Norton vaø nguyeân lyù truyeàn coâng suaát cöïc ñaïi: + Khaûo saùt maïch thí nghieäm nhö Hình 1.2.3. + Laáy ñieän trôû R2 khoûi maïch. Hôû maïch vò trí R2 ñeå ño Uhm (Hình 1.2.6). Ngaén maïch vò trí R2 ñeå ño Inm (Hình 1.2.7). Ñieän trôû töông ñöông Thevenin Rth xaùc ñònh theo soá lieäu ño: Rth = Uhm / Inm. Laäp baûng vôùi “Giaù trò tính” döïa treân thoâng soá maïch. Veõ sô ñoà töông ñöông Thevenin – Norton cho maïch Hình 1.2.3.

Uhm Inm Rth Giaù trò ño Giaù trò tính Giaù trò ño Giaù trò tính Giaù trò ño Giaù trò tính

Hình 1.2.4: Maïch chæ coù nguoàn E1 Hình 1.2.5: Maïch chæ coù nguoàn E2

- Trang 29 -

+ Thöïc hieän treân breadboard maïch nhö Hình 1.2.8. Thöïc hieän khoaûng 10 giaù trò cuûa bieán trôû VR töø 1kΩ ñeán 10kΩ (trong ñoù coù giaù trò baèng Rth). Ño aùp u2 treân VR. Tính coâng suaát treân VR theo PVR = u2

2/VR. Laäp baûng soá lieäu. Cho bieát giaù trò cöïc ñaïi cuûa coâng suaát treân VR ño ñöôïc vaø giaù trò cöïc ñaïi theo lyù thuyeát .

VR 1kΩ … Rth … 10kΩ u2

PVR PVR(max ño ñöôïc) = PVR(max theo lyù thuyeát) = D. DUÏNG CUÏ THÍ NGHIEÄM:

- Hoäp thí nghieäm (hay boä nguoàn DC hai ngoõ ra). - Breadboard. - Ñieän trôû : 2.2kΩ, 4.7kΩ, 5.6kΩ, 10kΩ vaø bieán trôû 10kΩ. - Ñoàng hoà ño vaïn naêng soá (DMM). - Daây noái thí nghieäm (coù daây noái treân breadboard).

----------------------------------------------------

Hình 1.2.7: Ño Inm Hình 1.2.8: Khaûo saùt coâng suaát max

Hình 1.2.6: Ño Uhm