Thực Hành Phân Tích Mạch DCAC

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4
KHOA ĐIỆN TỬ – TỰ ĐỘNG HÓA

THỰC HÀNH

PHÂN TÍCH MẠCH DC-AC
HỆ TRUNG CẤP ĐIỆN TỬ

Biên soạn
ThS NGUYỄN CHƯƠNG ĐỈNH

Lưu hành nội bộ
2004

CuuDuongThanCong.com

/>

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

3

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. Khảo sát định luật Kichhoff.
Bài 3. Nguyên lý xếp chồng
Bài 4. Mạch tương đương Thevenin và Norton
Bài 5. Cộng hưởng trong mạch R – L – C
Bài 6. Kiểm tra
Mong rằng các sinh viên viên đạt nhiều kết quả sau quá trình thực hành
TP.HCM năm 2004
ThS Nguyễn Chương Đỉnh

CuuDuongThanCong.com

/>

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

5

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

Các hộp chứa linh kiện
Nút công tắc thực hiện
mô phỏng

VÙNG VẼ SƠ ĐỒ
MẠCH ĐIỆN

Hình 1.1

CuuDuongThanCong.com

/>

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

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

7

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

CuuDuongThanCong.com

/>

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
Instruments

Hình 1.8
Gắn thiết bị đo vào mạch, lưu ý để đo điện áp mắc Multimeter song song với
mạch cần đo và để đo dòng điện mắc Multimeter nối tiếp với mạch

Hình 1.9

Bước 6. Bật công tắc chạy mô phỏng.
Ta đọc được giá trị của điện áp trên R2 như hình 1.9.

Hình 1.10
Đo dòng điện trong mạch bằng cách mắc nối tiếp Multimeter vào mạch, và
chuyển Multimeter về thang đo dòng (A). Kết quả như hình 1.10.
Tiếp tục đo điện áp trên điện trở R1. Cuối cùng so sánh kết quả với lý thuyết.

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

9

1.4. CÁC KÝ HIỆU LINH KIỆN TRONG ELECTRONIC WORKBENCH
1.4.1. Nguồn phụ thuộc
a. Nguồn áp phụ thuộc áp
(Voltage-Controlled Voltage Source)

b. Nguồn áp phụ thuộc dòng
(Current Controlled Voltage Source)

c. Nguồn dòng phụ thuộc áp
(Voltage-Controlled Current Source)

d. Nguồn dòng phụ thuộc dòng
(Current Controlled Current Source)
1.4.2. Các thiết bị đo
a. Đồng hồ đo vạn năng
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 ứng trên Multimeter. Ta cũng
có thể chọn tín hiệu cần đo là AC
hay DC bằng các nhấn nút tương
ứng (AC: ~ hay DC: –)
b.Nguồn phát sóng (function
generator)
Nguồn phát sóng tạo ra các dạng
sóng 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.

CuuDuongThanCong.com

/>

10

THỰC HÀNH

e. Bode Plotter
Bode Plotter dùng để vẽ biểu đồ Bode, thường là vẽ đáp ứng tần số của các
mạch lọc, mạch khuếc đại…

1.5. BÀI TẬP TỰ THỰC HÀNH
32 Ω

1.5.1 Tìm I1 và I2
6Ω

ĐS:

I1

I1 = 5A
I2 = -3A

4Ω

50V

12 Ω
15 Ω

40 Ω

I2

2Ω

Rab

1.5.2. Tính dòng I trong hai trường hợp
a. Rab = Rbc = Rca = 3Ω
b. Rab = Rca = 30Ω và Rbc = 40Ω
ĐS: a. 19A ; b. 3A

2Ω

Rca

Rbc
57V

CuuDuongThanCong.com

30 Ω

6Ω

I

/>
5Ω

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

11

1.5.3. Tìm dòng điện trong các nhánh như hình sau
I1
10Ω

40Ω

I2
0.4V

20Ω

0.03A

1V

I3
ĐS: I1 = 0.02A, I2 = 0.02A, I3 = 0.01A
6Ω

1.5.4 Tìm U

2Ω
+
U1

5V

4Ω

+

U1
3

24 Ω

6Ω

U

–

–
ĐS: U = -3V
1.5.5 Tìm áp U0
2Ω

ĐS: U0 = 4V

CuuDuongThanCong.com

6Ω

U0
2

1Ω

+
U0

–

/>
4A


CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

13

BÀI 2

KHẢO SÁT ĐỊNH LUẬT KICHHOFF
TRUYỀN CÔNG SUẤT QUA MẠNG MỘT CỬA
2.1. MỤC ĐÍCH
Sử dụng phần mềm Workbench để khảo sát hai định luật Kichhoff (K1 và K2) và
đặc tính truyền công suất cực đại qua mạng một cửa.
2.2. NỘI DUNG
Định luật Kichhoff bao gồm hai định luật K1 và K2
a. Định luật Kirchhoff về dòng điện (Kirchhoff current law)

Định luật Kirchhoff về dòng điện hay còn gọi là định luật Kirchhoff 1 (K1)
Phát biểu: Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kỳ thì bằng 0
N

∑I
k =1

k

= 0 (N: số nhánh đi vào nút)

Trong đó quy ước: Dòng đi vào thì có dấu +, dòng đi ra thì có dấu –
Định luật K1 có thể phát biểu khác như sau: Tổng các dòng điện vào một nút
bằng tổng các dòng điện ra khỏi một nút.
b. Định luật Kirchhoff về điện áp (Kirchhoff voltage law)
Định luật Kirchhoff về điện áp hay còn gọi là định luật Kirchhoff 2 (K2)
Phát biểu: Tổng đại số các điện áp trên các phần tử dọc theo tất cả các nhánh
trên một vòng kín thì bằng 0.

∑U

k

=0

vòng

2.3. THỰC HÀNH
2.3.1. Khảo sát định luật Kichhoff
Bước 1. Khảo sát mạch với chiều dòng điện và chiều vòng kín quy ước như hình

+ U2 –
2.1
I2 2Ω
I1 1Ω
4V

I3
–
+
II
U1 I
2Ω
U
3
+
–

2V

Hình 2.1

CuuDuongThanCong.com

/>

14

THỰC HÀNH

Bước 1. Dùng Multimeter đo các dòng điện trong mạch, lưu ý chiều dòng điện

Hình 2.2
Dòng điện
Kết quả

I1

I2

I3

Bước 2. Kiểm chứng định luật K1 tại nút 1
Bước 3. Dùng Multimeter đo các điện áp trong vòng I, lưu ý chiều vòng kín

Hình 2.3
Điện áp
Kết quả

U1

U2

U3

Bước 2. Kiểm chứng định luật K2 trong vòng I
Bước 2. Tương tự, kiểm chứng định luật K2 trong vòng II
2.3.2. Truyền công suất qua mạng một cửa
Bước 1. Cho mạch điện như hình

Hình 2.4

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

15

Bước 2. Thay đổi giá trị của RL từ 1Ω đến 20Ω. Với mỗi giá trị RL, dùng
Multimeter đo dòng điện trong mạch và tính công suất tiêu thụ trên RL

Hình 2.5
RL
1Ω
I
P
Vẽ biểu đồ công suất P theo RL

20Ω

Bước 3. Lập lại bước 2 với giá trị nguồn bằng 20V
RL
I
P

1Ω

20Ω

Bước 4. Cho biết giá trị của RL mà tại đó công suất tiêu thụ trên RL đạt cực đại
Bước 5. Kiểm chứng lại bằng lý thuyết theo lý thuyết.
2.4. BÀI TẬP TỰ THỰC HÀNH
2.4.1 Kiểm chứng định luật Kichhoff trong mạch sau

3Ω
+
6A

Uo

–

CuuDuongThanCong.com

4Ω

12Ω
Ix
12Ω

R1

4Ω

/>
4Ix


16

THỰC HÀNH

2.4.2 Tìm RL trong mạch sau để công suất tiêu thụ trên RL là cực đại.
15 Ω

10 V

CuuDuongThanCong.com

5Ω

RL

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

17

BÀI 3

NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG
3.1. MỤC ĐÍCH
Dùng phần mềm Electronic Workbench kiểm chứng nguyên lý xếp chồng của
mạch điện.
3.2. NỘI DUNG
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
Nguồn áp = 0 : ngắn mạch

Nguồn dòng = 0: hở mạch
Như vậy, một mạch bất kỳ có N nguồn kích thích độc lập. Một đáp ứng Xk sẽ
được tính
•

N

•

Xk = ∑ Xi

(3.8)

i =1

•

X i 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.
3.3. THỰC HÀNH
Cho mạch như hình 3.1. Tìm I bằng phương pháp xếp chồng
4Ω
I
6A

2Ω

18V

Hình 3.1

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

Hình 3.2

CuuDuongThanCong.com

/>

18

THỰC HÀNH

Kết quả
I=
Bước 2. Xét trường hợp nguồn 18 V, cho nguồn 6A = 0

Hình 3.3
Kết quả
I1 =
Bước 3. Xét trường hợp nguồn 6A, cho nguồn 18V = 0

Hình 3.4
Kết quả
I2 =
Bước 4. Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng
So sánh I và I1 + I2
3.4. CÁC BÀI TẬP TỰ THỰC HÀNH

3.4.1. Cho mạch như hình 3.5. Tìm V bằng phương pháp xếp chồng
I1

1Ω

+
V 1Ω
–
6A

12V
2I1

Hình 3.5

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

19

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

2Ω

3Ω

I3

2Ω

I4

1A
I2

3Ω
5V

Hình 3.6

CuuDuongThanCong.com

/>

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

21

BÀI 4

MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG
THEVENIN VÀ NORTON

4.1. MỤC ĐÍCH
Dùng phần mềm Electronic Workbench để xác định sơ đồ tương đương Thevenin
– Norton của mạch điện.
4.2. 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
ZTĐ
A

A

Mạch điện

Ė = Ůhm

⇔
B

B

Hình 3.1 Mạch tương đương Thevenvin
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
A

Mạch điện

A

⇔

J = İnm

ZTĐ

B
B

Hình 3.2. Mạch tương đương Norton
Trở kháng ZTĐ chính là trở kháng nhìn vào hai cực của mạng một cửa khi cho các
nguồn độc lập bằng 0.
Nguồn áp = 0 : ngắn mạch
Nguồn dòng = 0: hở mạch
Để tính trở kháng ZTĐ ta có thể dùng các cách sau
Cách 1: Triệt tiêu tất cả các nguồn độc lập trong mạng một cửa A

CuuDuongThanCong.com

/>

22

THỰC HÀNH
İt A
Mạng một cửa
(Triệt tiêu tất cả
các nguồn độc
lập)

Ėt

Mạng một cửa
(Triệt tiêu tất cả
các nguồn độc
lập)

•

B
Et
ZTĐ = •

(a)

Jt

–
•
B
Ut
ZTĐ = •

(b)

Hình 3.3 I t

A
+

Ůt

Jt

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 =

Et
•

.

It
•

•

Cũng có thể kích thích ở cửa A, B một nguồn dòng J t như hình 3.18b (giá trị J t
•

•

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

Ut
•

.

Jt

Cách 2: Lần lượt hở mạch và ngắn mạch hai cực A, B để xác định điện áp Ůhm
và dòng điện İnm. Từ đó suy ra
•

ZTĐ =

U hm
•

I nm

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
4.3. THỰC HÀNH
Cho mạch như hình vẽ, kiểm chứng sơ đồ tương đương Thevenin và Norton
6Ω

1Ω

A I

B

RL

12V

3Ω

1A

2Ω

2A

Hình 3.4

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

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

23

Hình 3.5

Hình 3.6
Kết quả
UAB =
IL =
Bước 2. Hở mạch RL đo Uhm

Hình 3.7
Kết quả
Uhm =
Bước 3. Ngắn mạch RL đo Inm

Hình 3.8
Kết quả
Inm =

CuuDuongThanCong.com

/>

24

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.
ZTĐ
Uhm

RL

Hình 3.10

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.

J = Ihm

ZTĐ

RL

Hình 3.11
Kết quả
UAB =
IL =
So sánh với giá trị đo ở bước 1

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC

25

Bước 7. Nhận xét quan hệ giữa Uhm,Inm và ZTĐ
4.4. BÀI TẬP TỰ THỰC HÀNH
4.4.1 Tìm mạch tương đương Thevenin của mạch hình 3.12
1Ω

6Ω
A

18A

2Ω

18V

12Ω
B

ĐS: E = 10V, R0 = 3Ω

Hình 3.12

4.4.2. Tính R để công suất tiêu thụ trên nó là cực đại. Tìm công suất đó
4Ω

8V

ĐS: R = 1Ω, P = 900W

CuuDuongThanCong.com

1A

12Ω

R

3Ω

Hình 3.13

/>
6V