Giáo trình Thí nghiệm mạch điện - Bài 8: Mạch phi tuyến

BAØI 8

MAÏCH PHI TUYEÁN

A. MUÏC ÑÍCH:

Baøi thí nghieäm naøy giuùp sinh vieân oân taäp caùc lyù thuyeát cô baûn veà phaàn

töû phi tuyeán vaø moät soá hieäu öùng ñaëc bieät trong maïch gaây ra bôûi tính phi tuyeán

cuûa phaàn töû maïch (xem chöông 9 – giaùo trình Maïch Ñieän II ).

B. ÑAËC ÑIEÅM:

Moät trong caùc moâ hình ñieån hình cho caùc phaàn töû maïch phi tuyeán phoå

bieán trong thöïc tieãn laø moâ hình ñieän trôû phi tuyeán vaø ñieän caûm phi tuyeán . Ñeå

khaûo saùt maïch phi tuyeán thì hieän nay coù raát nhieàu phöông phaùp : phöông phaùp

giaûi tích , phöông phaùp ñoà thò , phöông phaùp soá … Maëc duø cuõng coù khuyeát ñieåm ,

nhöng phöông phaùp ñoà thò duø sao cuõng cho pheùp ngöôøi khaûo saùt tieáp caän moät

caùch nhanh choùng vaø xem xeùt ñònh tính caùc maïch coù chöùa phaàn töû phi tuyeán.

Baøi thí nghieäm naøy chuû yeáu ñi vaøo phöông phaùp ñoà thò , öùng duïng noù trong vieäc

khaûo saùt ñaëc tuyeán maïch , hay caùc quaù trình xaûy ra trong maïch khi coù maët phaàn

töû trôû phi tuyeán .

ÔÛ phaàn I, ñeå xaây döïng ñaëc tuyeán cuûa trôû phi tuyeán , trong baøi TN naøy söû

duïng phöông phaùp Volt-Amper khi cho aùp vaøo bieán thieân baèng moät tín hieäu sin

vaø laáy tín hieäu doøng töông öùng cho vaøo dao ñoäng kyù theo hình 1.8.8. Tuy nhieân ,

chuùng ta phaûi chuyeån ñoà thò Volt-Volt treân maøn hình sang ñoà thò Volt-Amper

baèng caùch laáy ñoái xöùng qua truïc tung ( thay u baèng –u ) nhö caâu hoûi b).

ÔÛ phaàn II, ñieän aùp ra

cuûa maïch ñöôïc kieåm chöùng

theo phöông phaùp ñoà thò. Vôùi

ñaëc tuyeán U-I coù ñöôïc ôû

phaàn I, ta xaây döïng ñaëc

tuyeán toång hôïp cuûa caùc maïch

noái tieáp vaø song song ( goàm

coù diode vaø trôû 1KΩ).(hình

1.8.1).

- Trang 38 -

Toïa ñoä giao ñieåm ñöôøng taûi : u = 2 – 1K.i vaø ñaëc tuyeán toång hôïp seõ cho ta xaùc

ñònh ñieän aùp ra cuûa caùc maïch 1.8.11a), b).

ÔÛ phaàn III, khi taùc

ñoäng leân maïch laø tín hieäu

xoay chieàu sin , ñaëc tuyeán

toång hôïp cuûa maïch noái tieáp

söû duïng nhö hình veõ treân .

Baèng phöông phaùp ñoà thò ,

ta seõ xaùc ñònh daïng doøng

ñieän trong maïch nhö hình

1.8.2. Töø ñoù nghieäm laïi ñoà

thò nhaän ñöôïc treân maøn

hình oscillscope.

Maïch phi tuyeán

döôùi taùc ñoäng cuûa tín hieäu

DC vaø AC seõ ñöôïc khaûo

saùt theo phöông phaùp ñoà

thò do thaønh phaàn AC coù

bieân ñoä lôùn. Ñaëc tuyeán

toång hôïp nhö phaàn treân ,

chæ coù daïng taùc ñoäng leân

maïch thay ñoåi do coù thaønh

phaàn DC nhö hình veõ 1.8.3.

Roõ raøng ta thaáy vôùi thaønh phaàn AC bieân ñoä 1 V , doøng trong maïch vaãn

coù daïng sin. Neáu thaønh phaàn AC coù bieân ñoä taêng thì thaønh phaàn doøng trong

maïch seõ coù daïng khoâng sin.

Aùp ra cuûa caùc maïch keïp vaø maïch nhaân ñoâi ñieän aùp ñöôïc xaùc ñònh theo

baûn chaát laøm vieäc cuûa caùc diode trong maïch.

Ñoái vôùi diode zener, quaù trình xaùc ñònh ñaëc tuyeán U-I töông töï diode

silicon. Ñeå ñôn giaûn , ta coù theå xem Zener laø lyù töôûng , vaø chæ caàn xaùc ñònh Vz

treân ñaëc tuyeán cho treân maøn hình oscilloscope (hình 1.8.4).

Ñeå xaùc ñònh caùc ñieän aùp ra cuûa caùc maïch oån aùp hay caùc maïch xeùn tín hieäu ,

ta phaûi xaây döïng caùc ñaëc tuyeán toång hôïp cuûa caùc maïch naøy (hình 1.8.5).

- Trang 39 -

Khi cho taùc ñoäng leân caùc maïch naøy tín hieäu DC hay AC , ñaùp öùng seõ

ñöôïc xaùc ñònh theo phöông phaùp ñoà thò.

Theo ñoà thò nhö hình veõ 1.8.6, ta

thaáy tuøy theo caùc giaù trò cuûa R_Lmaø vuøng

oån aùp seõ thay ñoåi. Ngoaøi ra ta cuõng theå

xaùc ñònh ñöôïc caùc thoâng soá khaùc cuûa

maïch aûnh höôûng tôùi hieän töôïng oån aùp nhö

theá naøo.

C. TRÌNH TÖÏ THÍ NGHIEÄM:

Sô ñoà hoäp thí nghieäm nhö treân hình 1.8.7.

- Trang 40 -

I. Xaây döïng ñaëc tuyeán cuûa phaàn töû trôû phi tuyeán : diode silicon

1) Thöïc hieän maïch thí nghieäm nhö treân hình 1.8.8 , sô ñoà ñaáu daây nhö hình

1.8.10 ; maùy phaùt soùng choïn soùng sin , bieân ñoä 5 V ; dao ñoäng kyù choïn Vert

Mode laø X-Y; caùc giaù trò VOLT/DIV cuûa caùc keânh choïn tuøy yù sao cho thích

hôïp. Haõy veõ daïng soùng nhaän ñöôïc töø dao ñoäng kyù.

2) Töø keát quaû nhaän ñöôïc ôû caâu 1), suy ra ñaëc tuyeán U-I cuûa phaàn töû Diode vôùi

caùc kyù hieäu nhö treân hình 1.8.9. (Löu yù : R₁= 1 KΩ ).

II. Maïch trôû phi tuyeán nguoàn DC :

- Trang 41 -

1) Thöïc hieän caùc maïch thí nghieäm nhö treân hình 1.8.11a (sô ñoà ñaáu daây nhö

hình 1.8.12 ) vaø 1.8.11b . Chænh nguoàn DC coù ñieän aùp laø 2 V. Ghi laïi caùc

giaù trò aùp ra U_outbaèng Volt keá soá.

•

Löu yù : Treân ñieän trôû R₂, coâng taéc baät leân phía treân ta coù R₂= 100 KΩ.

Coâng taéc baät xuoáng phía döôùi thì R₂= 1 KΩ.

2) Kieåm chöùng caùc keát quaû treân baèng phöông phaùp ñoà thò vaø caùch xaây döïng

ñaëc tuyeán toång hôïp.

III. Maïch trôû phi tuyeán nguoàn AC :

Thöïc hieän maïch nhö treân hình

1.8.13 , chænh daïng soùng vaøo maïch laø

sin coù bieân ñoä 2V , taàn soá 1 Khz.

1) Duøng dao ñoäng kyù , veõ daïng tín hieäu vaøo ( khi coâng taéc OFF) vaø ra (V_out(t))

cuûa maïch treân hình 1.8.13. ( Sinh vieân töï veõ maïch thí nghieäm ).

2) Kieåm chöùng keát quaû theo phöông phaùp ñoà thò.

3) Duøng Volt keá ñieän töû , ño ñieän aùp ngoõ ra (V_out) baèng chöùc naêng ACV . Kieåm

chöùng laïi theo khai trieån Fourier ?

IV. Maïch trôû phi tuyeán nguoàn DC vaø AC :

Thöïc hieän maïch nhö treân hình 1.8.14

, sô ñoà ñaáu daây nhö hình 1.8.15. Cho coâng

taéc OFF , chænh daïng soùng sin cuûa maùy

phaùt soùng coù bieân ñoä 1V , taàn soá 1 Khz ;

chænh nguoàn DC coù giaù trò laø 2 V.

- Trang 42 -

1) Ñoùng coâng taéc , duøng dao ñoäng kyù , veõ daïng soùng ñieän aùp vaø doøng ñieän treân

phaàn töû Diode trong maïch cho treân hình 1.8.14. (hình 1.8.15 veõ daïng aùp ).

2) Thöïc hieän laïi caâu treân khi soùng sin choïn bieân ñoä laø 2 V.

3) Nghieäm laïi hai keát quaû cuûa hai caâu treân theo phöông phaùp ñoà thò .

V. Maïch keïp döông :

Thöïc hieän maïch nhö treân hình 1.8.16;

soùng sin chænh töø maùy phaùt coù bieân ñoä 2 V

, taàn soá 1 Khz.

1) Ñoùng khoùa nguoàn , veõ daïng tín

hieäu V_outvaø V_in. Nhaän xeùt ?

2) Taêng bieân ñoä aùp vaøo laø 4 V, nhaän xeùt giaù trò ñænh aâm cuûa tín hieäu ra coù thay

ñoåi khoâng ? Taïi sao ?

VI. Maïch nhaân ñoâi ñieän aùp :

Thöïc hieän maïch thí nghieäm nhö treân hình 1.8.17.

1) Veõ daïng soùng taïi A vaø C. Nhaän xeùt ?

2) Ño ñieän aùp V_in(treân A-B), chöùc

naêng ACV ; vaø V_out( treân E-F),

chöùc naêng DCV , baèng VOM.

Nhaän xeùt ?

- Trang 43 -

3) Baät dao ñoäng kyù sang gheùp AC, ño daïng soùng V_out(t). Nhaän xeùt vôùi daïng

soùng vaøo V_in(t) ?

VII. Ñaëc tuyeán cuûa Diode Zener :

1) Thöïc hieän maïch thí nghieäm nhö treân hình 1.8.18 ; maùy phaùt soùng choïn

soùng sin , bieân ñoä chænh cöïc ñaïi ; dao ñoäng kyù choïn Vert Mode laø X-Y;

caùc giaù trò VOLT/DIV cuûa caùc keânh choïn tuøy yù sao cho thích hôïp. Haõy veõ

daïng soùng nhaän ñöôïc töø dao ñoäng kyù.

2) Töø keát quaû caâu a) ; suy ra ñaëc tuyeán U-I cuûa Diode Zener vôùi qui öôùc aùp

doøng nhö treân hình 1.8.19.

VIII. Maïch oån aùp ñôn giaûn :

Thöïc hieän moät maïch oån aùp loaïi

song song ñôn giaûn nhö hình 1.8.20.

Cho R_Lthay ñoåi caùc giaù trò khi thay ñoåi

caùc vò trí switch : 1, 2 vaø 3. Trong moãi

giaù trò cuûa R_L, haõy :

1) Duøng volt keá ño aùp ngoõ ra , Laäp baûng giaù trò V_out

:

Vò trí switch

V_in

10 V

12 V

1

2

3

V_out

=

2) Xaùc ñònh heä soá oån aùp : (∆V_out/ ∆V_in)

Töø ñoù , nghieäm laïi ñieàu kieän cuûa R_Lñeå coù hieän töôïng oån aùp.

- Trang 44 -

IX. Maïch xeùn tín hieäu :

1) Thöïc hieän maïch nhö treân hình 1.8.21; Chænh daïng soùng vaøo maïch laø soùng

sin coù bieân ñoä 10 V, taàn soá 1 Kh. Duøng dao ñoäng kyù veõ laïi daïng soùng ra

V_out(t). (Sinh vieân töï veõ maïch thí nghieäm ).

2) Nghieäm laïi keát quaû caâu 1) baèng phöông phaùp ñoà thò.

3) Vôùi phöông phaùp ñoà thò , haõy suy ra daïng soùng V_out(t) treân maïch hình 1.8.22

khi tín hieäu vaøo laø soùng sin , bieân ñoä 2 V, taàn soá 1 Kh. ( Sinh vieân khoâng

ñöôïc thöïc hieän thí nghieäm naøy, chæ nhaän ñònh theo lyù thuyeát).

D. DUÏNG CUÏ THÍ NGHIEÄM:

- Moät Baûng maïch thí nghieäm.

- Moät maùy phaùt aâm taàn.

- Moät dao ñoäng kyù.

- Moät nguoàn aùp DC ñieàu chænh ñöôïc.

- Moät Volt keá soá.

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

- Trang 45 -