PHÂN TÍCH MẠCH DC-AC HỆ CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ -ThS NGUYỄN CHƯƠNG ĐỈNH

Chia sẻ: Muay Thai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

202
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

PHÂN TÍCH MẠCH DC-AC HỆ CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ -ThS NGUYỄN CHƯƠNG ĐỈNH 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...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: PHÂN TÍCH MẠCH DC-AC HỆ CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ -ThS NGUYỄN CHƯƠNG ĐỈNH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA ĐIỆN TỬ – TỰ ĐỘNG HÓA THỰC HÀNH PHÂN TÍCH MẠCH DC-AC HỆ CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ Biên soạn ThS NGUYỄN CHƯƠNG ĐỈNH Lưu hành nội bộ 2004
THỰC HÀNH 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. Nguyên lý xếp chồng Bài 3. Mạch tương đương Thevenin và Norton Bài 4. Xác định các thông số của mạng hai cửa Bài 5. Khảo sát mạch lọc thụ động 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
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
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
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
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.
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.
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 I1 4Ω 12 Ω ĐS: I1 = 5A 40 Ω I2 = -3A 15 Ω 30 Ω 6Ω 50V 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 Rca Rbc 2Ω 5Ω I 57V
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 2Ω 1.5.4 Tìm U + + U1 U1 5V 4Ω 24 Ω 6Ω U 3 – – ĐS: U = -3V 1.5.5 Tìm áp U0 2Ω U0 6Ω 4A + 2 ĐS: U0 = 4V U0 1Ω – 1.5.6 Tìm điện áp U0 3Ω + 4Ω 12Ω 4Ix Uo 6A Ix 12Ω – 4Ω R1 ĐS: U0 = 6V
PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC 13 BÀI 2 NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG 2.1. MỤC ĐÍCH Dùng phần mềm Electronic Workbench kiểm chứng nguyên lý xếp chồng của mạch điện. 2.2. 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. 2.3. THỰC HÀNH Cho mạch như hình 3.1. Tìm I bằng phương pháp xếp chồng 4Ω I 2Ω 6A 18V Hình 2.1 Bước 1: Mắc mạch như hình, dùng Multimeter đo dòng I Hình 2.2
14 THỰC HÀNH Kết quả I= Bước 2. Xét trường hợp nguồn 18 V, cho nguồn 6A = 0 Hình 2.3 Kết quả I1 = Bước 3. Xét trường hợp nguồn 6A, cho nguồn 18V = 0 Hình 2.4 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 1Ω I1 + V 1Ω – 6A 12V 2I1 Hình 3.5
PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC 15 3.4.2. Tìm các dòng I1, I2, I3, I4, bằng phương pháp xếp chồng 2Ω I3 3Ω I1 1A 3Ω I4 2Ω I2 5V Hình 3.6
PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC 17 BÀI 3 MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG THEVENIN VÀ NORTON 3.1. MỤC ĐÍCH Dùng phần mềm Electronic Workbench để xác định sơ đồ tương đương Thevenin – Norton của mạch điện. 3.2. 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 A Mạch điện ZTĐ J = İnm ⇔ 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
18 THỰC HÀNH İt A A Mạng một cửa Mạng một cửa + (Triệt tiêu tất cả (Triệt tiêu tất cả Ůt Jt các nguồn độc Ėt các nguồn độc lập) lập) – • B • B Et Ut ZTĐ = • ZTĐ = • (a) (b) Hình 3.3 I t Jt Kích thích ở cửa A, B một nguồn áp như hình 3.18a (giá trị Ėt có thể chọn tuỳ ý, • Et ví dụ Ėt = 1V). Xác định dòng İt chảy vào mạch từ nguồn Ėt. Suy ra ZTĐ = . • It • • Cũng có thể kích thích ở cửa A, B một nguồn dòng J t như hình 3.18b (giá trị J t • Ut • có thể chọn tuỳ ý, ví dụ J t = 1A). Xác định điện áp Ůt, từ đó suy ra ZTĐ = . • 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 • U hm ZTĐ = • 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 3.3. THỰC HÀNH Cho mạch như hình vẽ, kiểm chứng sơ đồ tương đương Thevenin và Norton 1Ω 6Ω AI B RL 12V 2Ω 1A 3Ω 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
PHÂN TÍCH MẠCH DC – AC 19 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 =
20 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. ZTĐ RL J = Ihm Hình 3.11 Kết quả UAB = IL = So sánh với giá trị đo ở bước 1 Bước 7. Nhận xét quan hệ giữa Uhm,Inm và ZTĐ