Báo cáo thí nghiệm giải tích mạch

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
-------------*****------------TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
NĂM HỌC 2021-2022

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
GIẢI TÍCH MẠCH
GVHD : NGUYỄN THANH PHƯƠNG
LỚP
: VL15
NHĨM : 08
CÁC THÀNH VIÊN:

TP HCM 03/2022


Bài 2 : MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC)

A. MỤC ĐÍCH:
Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực hiện các mạch điện cơ bản như mạch chia áp ,
mạch chia dòng, kiểm chứng các định luật Kirchhoff và khảo sát mạch tương đương
Thevenin-Norton trong mạch điện DC. Ngồi ra , bài thí nghiệm cịn giúp sinh viên so sánh
kết quả giữa tính tốn lý thuyết và kết quả thí nghiệm của mạch điện DC một nguồn và
nhiều nguồn.

B. ĐẶC ĐIỂM:
Mạch điện DC chỉ tồn tại các phần tử nguồn và điện trở. Nền tảng của phân tích
mạch điện Dc là luật Ohm và các định luật Kirchhoff. Ngoài ra , để tăng hiệu quả của q
trình tính tốn mạch DC , người ta có thể dựa trên các phép biến đổi tương đương ( chia
áp , chia dòng , biến đổi nguồn,…), phân tích dùng ma trận ( thế nút , dịng 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. PHẦN THÍ NGHIỆM:
I. Mạch chia áp:
a. Thực hiện mạch chia áp và tính tốn áp của từng trở.
- u cầu : Lắp mạch chia áp như hình 1.2.1.1. Điều chỉnh nguồn DC để được giá trị điện
áp u như trong bảng số liệu. Dùng DC volt kế đo u1 , u2 , u3 và tính tốn các giá trị trên
theo lý thuyết .Tính tốn sai số khi đo.

Hình 1.2.1.1: Mạch chia áp


-

Tính theo lý thuyết :

*Đối với u(V)=5(V).
u 
1

u 
2

u 

u.R1
R

u.R

2

R
u.R2



5.2, 2k
 0,88(V)
2, 2k  4, 7k  5, 6k



5.4, 7k
 1,88(V)
2, 2k  4, 7k  5, 6k



5.5, 6k
 2, 24(V)
2, 2k  4, 7k  5, 6k

R

3

*Đối với u(V)=12(V):
u 
1

u 
2

u 
3

u.R1
R

u.R

2

R

u.R
2

R



12.2, 2k
 2,112(V)
2, 2k  4, 7k  5, 6k



12.4, 7k

 4, 512(V)
2, 2k  4, 7k  5, 6k



12.5, 6k
 5, 376(V)
2, 2k  4, 7k  5, 6k

- Tính sai số: %sai số = |

𝑔𝑖á 𝑡𝑟ị đú𝑛𝑔−𝑔𝑖á 𝑡𝑟ị đ𝑜

| . 100%

𝑔𝑖á 𝑡𝑟ị đ𝑜

*Đối với u(V) = 5(V).
0,88  0,8762
.100%  0, 432%
%u1 
0,88
1,88 1,8888
.100%  0, 468%
%u2 
1,88
2, 24  2, 2496
.100%  0, 429%
%u3 
2, 24

*Đối với u(V) = 12(V).
%u1 

2,112  2,106

.100%  0, 284%

2,112

4, 512  4, 5394
.100%  0, 608%
4, 512
5, 376  5, 406
.100%  0, 558%
%u3 
5, 376
%u2 


Bảng Số Liệu :
u1
u(V)

Đo

Tính

u2
%sai số

Tính

Đo

u3
%sai số

Tính

Đo

%sai số

5

0,88

0,8762 0,432%

1,88

1,8888 0,468%

2,24

2,2496

0,429%

12

2,112

2,106

4,512

4,5394 0,608%

5,376

5,406

0,558%

0,284%

b. Kiểm chứng luật Kirchoff về điện áp:
-

Theo Kirchoff Voltage Law, ta có u = ∑u = u1+u2+u3. Tính ∑u từ số liệu đo và sai
số của nó.

*Khi u(V)=5(V): ∑u = u1+u2+u3 = 0,8762 + 1,8888 + 2,2496 = 5,0146 (V).
Sai số : %u 

u  u .100%  5  5, 0146 .100%  0, 292%
u
5

*Khi u(V)=12(V): ∑u = u1+u2+u3 = 2,106 + 4,5394 + 5,406 = 12,0514 (V).
Sai số : %u  12 12, 0514 .100%  0, 428%
12

Bảng Số Liệu :

u(V)

∑uk

%sai số

5

5,0146

0,292%

12

12,0514

0,428%


c. Thiết kế mạch chia áp DC :
-

-

Thiết kế một mạch DC gồm 2 điện trở R1 và R2 nối tiếp theo yêu cầu ban đầu:
R2 có áp vào 5(V) , áp ra 2(V).
Dòng trong mạch phải bé hơn 10mA.
Mạch thiết kế như sau :

Chọn R1 = 4,7kΩ , R2 = 3,133kΩ . => Kết quả đo áp là u2 = 1,9937(V) , dòng trong
mạch là 0,636(mA) < 10(mA).
d. Ứng dụng mạch chia áp :
+ 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 từ 10Ω cho đến khi áp hiệu dụng trên output là 1Vrms. Theo
nguyên lý chia áp , giá trị VR sẽ bằfng giá trị Rs.

Hình 1.2.1.2: Mạch đo nội trở máy phát sóng trên hộp TN
Giá trị Rs (đo được ) = 50Ω.
+ Ứng dụng 2: Đo điện trở vào Rin của mạch như hình 1.2.1.3. Đưa tín hiệu output vào
CH1 , tín hiệu tại nút a vào CH2 của dao động ký. Chỉnh tăng VR từ giá trị 100Ω. Cho đến


khi tín hiệu tại a có biên độ bằng ½ biên độ tại output thì giá trị VR sẽ bằng giá trị R in của
mạch.

Hình 1.2.1.3: Mạch đo điện trở vào Rin của một mạch điện.
-

Tính theo giá trị 3 điện trở :

1
1

1
1



Rin R10 R11 R12 =>

Rin 

1
R10



1

1

1




R11 R12

 1,182k
1




2, 2k 4, 7k 5, 6k
.
1

1

1

Giá trị Rin (đo được ) = 1173Ω
Giá trị Rin ( tính theo giá trị 3 điện trở ) = 1,182kΩ = 1182Ω.

II.

Mạch chia dòng.
a. Thực hiện mạch chia dịng và tính dịng qua từng trở :
- Yêu cầu : Thực hiện mạch chia dòng như hình 1.2.2.1. Thay đổi giá trị u của nguồn
như trong bảng số liệu . Dùng Ampe kế đo giá trị I1, I2, I3 và tính tốn I2 , I3 theo lý
thuyết. Tính tốn sai số khi đo.

Hình 1.2.2.1: Mạch chia dòng.
I1 = 1,041(mA) (khi u=5V) và I1 = 2,527(mA) (khi u=12V)


- Tính theo lý thuyết :
*Khi u(V) = 5(V):

5
I1 

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



 1, 052(mA)

4, 7k.5, 6k
4, 7k  5, 6k
1
1, 052.
I1.G1
4, 7
I 

 0, 572(mA)
2
1
1
G

4, 7k 5, 6k
2, 2 k 

I3 

I .G

1
1, 052. 5, 6

G  1

1

2


4, 7k

1

 0, 480(mA)

5, 6k

- Tính sai số :
* Đối với u(V) = 5(V):
%I2 



%I3 

0, 572  0, 561
0, 572
0, 48  0, 478

12

 2, 524(mA)
4, 7k.5, 6k
2, 2k 

4, 7k  5, 6k
1
2,
524.
I .G
4, 7
I  1 1 
 1, 372(mA)
1
1
2
 G 4, 7k  5, 6k
1
2, 524.
5, 6  1,152(mA)
I3  I1 .G2 
G 1  1
4, 7k 5, 6k
I1 

* Đối với u(V) = 12(V):

.100%  1, 923%

%I2 

.100%  0, 417%

%I3 

0, 48

1, 372 1, 363
1, 372
1,152 1,148

.100%  0, 656%
.100%  0, 347%

1,152

Bảng Số Liệu :
u
(V)

I1
(mA)

I2(mA)

I3(mA)

Tính tốn

Đo được

%sai số

Tính tốn

Đo được

%sai số

5
12

1,039
2,511

0,572
1,372

0,561
1,363

1,923%
0,656%

0,48
1,152

0,478
1,148

0,417%
0,347%

b. Kiểm chứng luật Kirchoff về dòng điện :
-

 I2  I3
Theo Kirchoff Current Law, ta có I1   Ik
. Tính ∑ Ik từ số liệu đo và
sai số của nó.

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

I  I
k

2

 I3  0, 561 0, 478  1, 039(mA)


1, 052 1, 039
.100%  1, 236%
Sai số: % Ik  I1   Ik .100% 
I1

* Khi u(V) = 12(V):
Sai số: % Ik 

1, 052

I  I
k

2

2,524  2,511

 I3  1, 363 1,148  2, 511(mA)
.100%  0, 515%

2, 524

Bảng Số Liệu :

u(V)
5
12

I1(mA)
1,052
2,524

∑Ik
1,039
2,511

%sai số
1,236%
0,515%

c. Thiết kế mạch chia dòng DC:
- Thiết kế một mạch DC gồm 2 điện trở R1 và R2 mắc song song theo yêu cầu ban
đầu :
Dòng tổng 10 mA.

R1 là 4,7kΩ và I1=4 mA.
- Vẽ mạch thiết kế :

Trị số R2 = 3,133kΩ, đo lại dòng qua R1 = 3,8382mA.
d. Chia mạch dùng nhiều điện trở :
Thực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.2.2.2. Đo và tính sai số I1.


Hình 1.2.2.2: Mạch chia dịng nhiều điện trở.
I1 tính theo chia dòng :
5

I 

 1, 479(mA)

2, 2k.4, 7k.5, 6k
2, 2k 
4, 7k.5, 6k  2, 2k.5, 6k  2, 2k.4, 7k
1
1,
479.
I.G 3
5, 6
I 

 0, 3122(mA)
1
1
1

1
G 2, 2k  4, 7k  5, 6k

với

G3 

1
R12 .

Sai số : %I  0, 3122  0, 3133 .100%  0, 352% .
1

0, 3122

Bảng Số Liệu :
Dịng I đo

Dịng I1 đo

1,436

0,274

III.

Dịng I1 tính theo chia
dịng
0,3122

Sai số khi dùng chia
dịng cho I
0,352%

Giải tích mạch DC nhiều nguồn dùng thế nút và mắt lưới.

+ E1 : Nguồn DC 5V.
+ E2 : Nguồn DC 12V.
Dùng volt kế DMM đo lại E1 , E2. Dùng pp thế nút hoặc dịng mắt lưới tính u trên các trở.
Dùng volt kế DMM đo lại các u.


Hình 1.2.3: Mạch DC nhiều nguồn
U A U A  5 U A 12


0
5, 6k
*Tính theo lý thuyết : Chọn UD = 0 => Sử dụng pt điện thế nút : 2, 2k 4, 7k

( U B  5(V), UC  12(V ) )
=> UA  3, 79(V )
=> U1  5  3, 79  1, 21(V). ; U2  3, 79(V) ;
U3  3, 79 12  8, 21(V )

;

U4  5 12  7(V ).

Bảng số liệu :

Điện áp

Giá trị tính

Giá trị đo

% sai số

E1

5V

5.059 V

1.180%

E2

12V

11.975 V

0.208%

u1

1,21V

1,261 V

5.041%

u2

3,79

3,770 V

0,528%

u3

-8,21

-8,139 V

0,865%

u4

-7

-6,892 V

1,543%


IV. Cầu đo Wheatstone một chiều đo điện trở
Là cầu đo điện trở dựa trên nguyên lý cân bằng , dùng đo điện trở giá trị từ 1Ω 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 R2 khi chỉnh VR từ giá trị 1kΩ , mỗi lần tăng 100Ω. Ghi lại giá trị VR và giá trị chỉ thị
trên DCV theo bảng.

Hình 1.2.4: Mạch đo Wheatstone một chiều
Giá trị VR

VRcb - 100Ω VRcb = 2210Ω

VRcb + 100Ω

Chỉ số của DCV

0.0337V

-0.0333V

0,0009V

V. Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ trên mạch DC
Với mạch thí nghiệm như hình 1.2.5 , ngun lý tỉ lệ được hiểu là điện áp u2 trong mạch tỉ
lệ với nguồn tác động lên mạch Ein theo : u2 = K.Ein. Nguồn Ein lấy từ nguồn DC được điều
chỉnh trên hộp TN chính. Thay đổi giá trị Ein và đo u2.

Hình 1.2.5: Mạch kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ.


Ein

4V

6V

8V

10V

12V

u2

1,140V

1,719V

2,335V

2,901V

3,479V

Vẽ đồ thị:

VI.

Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng trên mạch DC

Hình 1.2.6.1:Mạch chỉ có nguồn E1

Hình 1.2.6.2: Mạch chỉ có nguồn E2

Để kiểm chứng giá trị đo được của u1 trên mạch hình 1.2.3 dựa trên nguyên lý xếp chồng ,
ta làm như sau :
+ Chỉ cho tác động lên mạch nguồn E1 = 5V bằng cách thực hiện thí nghiệm như hình
1.2.6.1 và đo u11.
+ Chỉ cho tác động lên mạch nguồn E2 = 12V bằng cách thực hiện thí nghiệm như hình
1.2.6.2 và đo u12.
+ Tính u1 theo ngun lý xếp chơ
*Tính theo ngun lý xếp chồng :
U1= U11 + U12 = 3,798 – 2,504 = 1,294 (V)

Điện áp

Mạch chỉ có
nguồn E1(u11)

Mạch chỉ có
nguồn E2(u12)

u1

3,798V

-2,504V

Giá trị tính Giá trị đo khi
theo
xếp có cả 2 nguồn
chồng

1,294
1,289

% sai số khi
dùng
xếp
chồng
0,386%

+ 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 :
Giá trị uC đo ở chức năng DCV
2,34V

Giá trị uC đo ở chức năng ACV
1,11V

Giải thích :
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 sấp sỉ bằng 2,34V 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=UC=1,079(V) ( Hiệu dụng ) , sấp sỉ với 1,11 V là giá trị đo được.

VII. Sơ đồ Thevenin-Norton và ngun lý truyền cơng suất cực đại

Hình 1.2.7.1: Đo Uhm

Uhm
Giá trị đo
8,212

Giá trị tính
8,194

Ihm
Giá trị đo
3,152

Hình 1.2.7.2: Đo Inm

Giá trị tính
3,207

Rthevenin
Giá trị đo
2,605

Giá trị tính
2,555

*Tính theo lý thuyết :
●

Unutgiua  5 Unutgiua 12

0
4, 7k

5, 6k
=> Unút giữa = 8,194(V) = Uhm.

● 4,7k.I1 = 5 => I1 = 1,064(mA) , 5,6k.I2 = 12 => I2 = 2,143(mA) => Inm = I1 + I2 =
3,207(mA).
3
● Rthevenin = Uhm / Inm = (8,294/3,207).10 = 2,555kΩ

Hình 1.2.7.3: Khảo sát cơng suất max


VR

1kΩ

2kΩ

2,605kΩ

3kΩ

4kΩ

5kΩ

6kΩ

7kΩ

8kΩ

9kΩ

10kΩ

IVR(mA)

2,221

1,780

1,598

1,466

1,204

1,075

0,942

0,852

0,786

0,699

0,642

PVR(mW) 4.933

6,337

6,652

6,447

5.798

5,778

5,324

5,081

4,942

4,397

4,122

+ Thực hiện mạch khảo sát công suất cực đại trong mạch có nguồn AC. Chỉnh cho u hiệu
dụng bằng 2V , tần số là 5kHz.Thực hiện 10 giá trị của VR từ 1kΩ đến 10kΩ.Đo IVR , tính
PVR.

Hình 1.2.7.4 : Cực đại công suất mạch AC
Bảng số liệu :
VR
1kΩ
2kΩ

2,573kΩ

3kΩ

4kΩ

5kΩ

6kΩ

7kΩ

8kΩ

9kΩ

10kΩ

IVR

0,34

0,28

0,250

0,19

0,17

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,1

PVR

0,12

0,16

0,161

0,152

0,145

0,145

0,13

0,12

0,119

0,11

0,1

VR để PVR max theo lý thuyết = 2,573kΩ
Công suất PVR (max) theo lý thuyết = 0,158mW.


VIII. Sơ đồ Module DC Circuits.

Bảng 1.2.1: Danh sách linh kiện trên Module DC Circuits

STT Tên linh kiện

Giá trị danh định / mô tả

1

Biến trở VR (4 dãy)

1kx10; 100x10; 10x10; 1x10Ω

2

R1,R6

10kΩ

3

R2,R7,R11

2.2kΩ

4

R3,R4,R8,R10

4.7kΩ

5

R5,R9,R12

5.6kΩ

6

C1

0,01μF (103)

7

L1

100mH

D.
-

DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:
Hộp thí nghiệm ( hay bộ nguồn DC hai ngõ ra).
Các điện trở : 1kΩ, 2.2kΩ,4.7kΩ, 5.6kΩ, 10kΩ.
Các tụ điện không phân cực : 105, 104, 473, 223, 103.
Biến trở 1kΩ, 10kΩ.
Đồng hồ đo vạn năng số (DMM).
Dây nối thí nghiệm (có dây nối trên breadboard).