mach c1

Mục đích môn học: Phân tích các hiện tượng vật lý (quá trình điện từ) xảy ra trong mạch điện.

Các dạng bài toán thường dùng: Mô hình mạch: mô hình chỉ phụ thuộc vào thời gian

X(t). Mô hình tương đối đơn giản. Mô hình trường: mô hình phụ thuộc vào các biến

không gian X(x,y,z,t). Mô hình này tương đối chính xác nhưng phức tạp về mặt tính toán.

MOÂ HÌNH MAÏCH

Mạch điện thực Mạch điện nguyên lýPhân tích

giải bài toán

mV

V

V

mmmm

n

n

I

I

I

V

VV

GGG

GGGGGG

.........

.........

2

1

2

1

321

22221

11211

VÒ TRÍ MOÂN HOÏC

Giải và tìm các yêu cầu của bài toán

1. KHAÙI NIEÄM

Cấu trúc phần tử mạch

PHẦN TỬ 2 CỰC PHẦN TỬ 3 CỰC PHẦN TỬ 4 CỰC

Các phần

tử khác

R, L, C,… BJT, FET… Máy biến áp…

MẠCH ĐIỆN

Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử được gắn kết với nhau bằng dây dẫn thành vòng kín trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay các tín hiệu điện từ.

ĐiỆN ÁP – HiỆU ĐiỆN THẾ

Va: Điện thế tại a- Công để di dời 1 đơn vị điện tích từ a ra xa vô cùng.

Vb: Điện thế tại b- Công để di dời 1 đơn vị điện tích từ b ra xa vô cùng.

Hiệu điện thế Vab hay còn gọi điện áp ab: là công cần thiết để di dời một điện tích đi từ a sang b.

Ký hiệu: Vab= Va- Vb

Khi nói đến điện áp: ta cần quan tâm dấu và độ lớn

ĐiỆN ÁP – HiỆU ĐiỆN THẾ

ab ab

Vab=6 [V]

Vab= -6 [V]

a b

+ -12V

Vab= 12 [v]

Hay Vba=-12 [v]

DÒNG ĐiỆN

Dòng điện: là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích

Qui ước: Chiều của dòng điện là chiều chuyển dời của các hạt mang điện tích dương. Trong mạch điện dùng dấu mũi tên để chỉ chiều dòng điện.

Độ lớn hay cường độ dòng điện: Lượng điện tích đi qua tiết diện dây dẫn trong một đơn vị thời gian.

][Adtdqi

+ -

Thiết bị dùng để đo dòng điện là amper kế (ammeter). Amper kế được mắc nối tiếp với mạch cần đo.

DÒNG ĐiỆN

Khi bật switch dòng electron chạy từ âm sang dương, chiều dòng điện theo qui ước ngược lại; đèn sáng

CÁC PHẦN TỬ MẠCH CƠ BẢN

Điện trở: là phần tử hai cực, đặc trưng cho sự cản trở dòng điện. Có quan hệ với dòng điện chạy qua nó và điện áp trên hai đầu của chúng theo định luật Ohm:

RiV Trong đó: V- Điện áp hai đầu điện trở (V).

R- Giá trị điện trở ().

i- Cường độ dòng điện (A).

RG 1

Điện dẫn G: là phần tử hai cực, đặc trưng tính dẫn điện, quan hệ với điện trở theo công thức:

Đơn vị của điện dẫn là Siemens (S) hay mho (Ʊ)

Cách đọc giá trị điện trở thông qua các vạch màu :

ĐIỆN TRỞ

ĐIỆN CẢM

Phần tử điện cảm L: là phần tử hai cực đặt trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng từ trường. Phần tử điện cảm là mô hình lý tưởng của cuộn dây. Quan hệ dòng áp trên nó như sau:

dttdiLtuL)()(

L: Giá trị điện cảm có đơn vị là Henri (H)

HỔ CẢM

Hỗ cảm là hiện tượng xuất hiện từ trường trong cuộn dây do dòng điện trong cuộn dây khác tạo nên. Thông số đặc trưng cho hiện tượng hỗ cảm là hệ số hỗ cảm M.

Với: 11=L1i121 =Mi1.22 =L2i212=Mi2.

Mức độ ghép hỗ cảm giữa 2 cuộn dây được xác định qua hệ số ghép k

+

-

M

* * +

-

u1 u2

i2i1

L1 L2

Mô hình mạch của hệ 2 cuộn dây có tương tác về từ.

+

-

M

*

*

+

-

u1 u2

i2i1

L1 L2

+

-

M

* * +

-

u1 u2

i2i1

L1 L2

+

-

M

*

*

+

-

u1 u2

i2i1

L1 L2

Mô hình mạch của hệ 2 cuộn dây có tương tác về từ.

ĐIỆN CẢM

Phần tử tải 4 cực, có quan hệ áp, dòng trên các cực:

ĐIỆN DUNG

Tụ điện : Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động... Có quan hệ giữa áp và dòng trên chúng theo công thức:

dttiC

tu cc )(1)(

C: Giá trị điện dung của tụ có đơn vị là Fara (F)

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi.Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá.

ĐIỆN DUNG

NGUỒN ÁP

A B

u(t)+ -

e(t)i(t)

+ -

Phần tử nguồn áp độc lập: với quan hệ u(t) = e(t), trong đó u(t) không phụ thuộc dòng điện i(t) cung cấp từ nguồn và chính bằng sức điện động của nguồn

Phần tử nguồn áp phụ thuộc: Có hai dạng

- Nguồn áp phụ thuộc áp.

- Nguồn áp phụ thuộc dòng.

Nguồn áp phụ thuộc áp: Nguồn áp u2 phụ thuộc vào u1 của mạch. Với u2 = u1; Trong đó : không đơn vị.

+

-

+-

+

-u2=αu1

αu1

u1

NGUỒN ÁP

Nguồn áp phụ thuộc dòng: Nguồn áp u2 phụ thuộc vào dòng i1 của mạch. Với u2 = r.i1; Trong đó r: Ω (ohm)

i1

+- u2=ri1

+

-

ri1

NGUỒN DÒNG

Phần tử nguồn dòng j(t): với quan hệ i(t) = j(t), trong đó j(t) không phụ thuộc điện áp u(t) đặt trên cực của phần tử

A B

u(t)+ -

j(t)i(t)

Phần tử nguồn dòng phụ thuộc: Có hai dạng

- Nguồn dòng phụ thuộc áp.

- Nguồn dòng phụ thuộc dòng.

NGUỒN DÒNG

Phần tử nguồn dòng phụ thuộc áp: Dòng điện i2 phụ thuộc vào điện áp u1 theo công thức i2=gu1. g có đơn vị 1/.

+

-u1

+

-

gu1

i2

Phần tử nguồn dòng phụ thuộc dòng: Dòng điện i2 phụ thuộc vào dòng điện i1 theo công thức i2==i1

i1

+

-

ßi1

i2

IS S R N = R THV TH

R TH

A

B

+_

PHẦN TỬ NGUỐN THỰC TẾ

Phần tử nguồn áp thực tế: Thực tế áp ra ở nguồn áp có thay đổi giá trị một ít khi giá trị dòng điện đi qua nó thay đổi. Điều này chứng tỏ nguồn áp có nội trở (điện trở nội). Giá trị điện trở này tùy thuộc vào chất lượng của nguồn.

Phần tử nguồn dòng thực tế: Thực tế khó tạo ra nguồn dòng lý tưởng. Dòng ra thay đổi giá trị một ít khi điện áp trên nó thay đổi. Mô hình nguồn dòng thực tế:

CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Công suất tức thời được xác định bởi công thức:i(t)

u(t)+ -Phần tử

)().()( titutp

p(t): công suất tức thời có đơn vị Watt (W)

i(t): dòng điện tức thời có đơn vị ampe (A)

u(t): dòng điện tức thời có đơn vị volt (V)

Công suất trung bình được xác định bởi công thức:

)()(1 WdttpT

P

Nếu u(t)=U=const; i(t)=I=const thì p(t)=P=U.I (W)

Nếu phần tử mạch là thuần trở thì P=RI2 (W)

CÔNG SUẤT TIÊU THỤ VÀ CÔNG SUẤT PHÁT

i(t)

u(t)+ -Phần tử

Phần tử tiêu thụ (nhận) công suất:

Chiều dòng điện đi vào đầu dương của áp trên chính phần tử đó

Phần tử cung cấp (phát) công suất:

Chiều dòng điện đi ra đầu dương của áp trên chính phần tử đó

i(t)

u(t)+ -Phần tử

Lưu ý: Khi phần tử A nhận công suất là –X (W) thì ta có thể nói phần tử A đó phát công suất X (W). Ngược lại khi phần tử A phát công suất là –X (W) thì ta có thể nói phần tử A đó nhận công suất X (W).

ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CÔNG SUẤT

Trong mạch điện kín tổng công suất các phần tử phát công suất bằng tổng công suất các phần tử tiêu thụ.

PnhanPphat

NĂNG LƯỢNG

i(t)

u(t)+ -Phần tử

Năng lượng được phấp thu bởi phần tử mạch trong khoảng vô cùng bé dt được xác định bởi:

dtiuudqdW ..Năng lượng hấp thu bởi mạch trong khoảng từ t0 đến t0 + Δt

)(.. JdtiuWtt

t

Lưu ý: Phần tử thụ động: W>0 R, L, C, Máy biến áp.Phần tử tích cực: W<0 Các phần tử nguồn.

TÍNH CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

PM=0Hổ cảm

PL=0Điện cảm

PC=0Điện dung

PR=RI2Điện trở

Năng lượngCông suất trung bình

Phần tử

tt

tR dtiRW

0

0

2

2

21

CC CuW

2

21

LL LiW

21222

211 2

121 iMiiLiLWM

PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN

Mạch thông số tập trung (lumped circuit):Kích thước không đáng kể so với λ.

Mạch thông số phân bố (distributed circuit):Kích thước là đáng kể so với λ.

CÁC LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN

Cấu trúc mạch điệnNhánh: là một bộ phận của mạch điện gồm các phần tử mắc nối tiếp trong đó có cùng dòng điện chạy qua.

Nút (đỉnh): Nút là giao điểm của từ ba nhánh trở lên. Theo quan điểm mới nút là giao điểm của hai phần tử.

Cấu trúc mạch điện


Vòng (V): Là tập hợp các nhánh tạo thành vòng kín không đi qua nút quá một lần.

Mắt lưới (L): là vòng không chứa vòng nào bên trong nó.


L1 L2 L3

ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF VỀ DÒNG

Phát biểu: Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không.

0 núti

Qui ước: Chiều dòng điện đi vào nút mang dấu dương, đi ra nút mang dấu âm.


Cánh phát biểu khác

nútranútvào ii

7452 iiii Nút 3:

Nút 2: 461 iii

Thí dụ: Tìm các dòng điện chưa biết


Phương trình tại nút 1:




ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF VỀ ÁP

Phát biểu: Tổng các áp trong một vòng kín bằng không.

• •

••

b a

xy

vab + vxa + vyx + vby = 0

0 kínvòngv

vab = vax + vxy + vyb

Phát biểu khác: Trong một vòng kín tổng các tăng áp bằng tổng các sụt áp.

+

+

+

+ +

+

+

+

+

+

+

-- -

-

-

-

--

-

-

-v1

v2

v4

v3

v12

v11 v9

v8

v6

v5

v7

v10

+

-

“a”•

Đường màu xanh, bắt đầu từ “a”

- v7 + v10 – v9 + v8 = 0•“b”

Đường màu đỏ, bắt đầu từ “b”

+v2 – v5 – v6 – v8 + v9 – v11 – v12 + v1 = 0

Đường màu vàng, bắt đầu từ “b”

+ v2 – v5 – v6 – v7 + v10 – v11

- v12 + v1 = 0


5 V

8 V

15 V

12 V

20 V 10 V

30 V

a b c

de

f

+ _

+

+

_

_

+ +

+

+

_

__

_

Thí dụ: Tìm Vad and Vfc.


Vad + 30 – 15 – 5 = 0 Vab = - 10 V

Vfc – 12 + 30 – 15 = 0 Vfc = - 3 V

CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

Đơn giản hóa sơ đồ bằng cách dùng các luật biến đổi, bảo toàn u,i ở phần mạch còn lại.

Có ý nghĩa thực tiễn lớn.Cho lời giải nhanh chóng .

BIẾN ĐỔI NGUỒN LÝ TƯỞNG

Nguồn áp nối tiếp:

Lưu ý:

Nguồn dòng song song:

BIẾN ĐỔI NGUỒN LÝ TƯỞNG

Lưu ý:

R 1

R 2

R n

R tñ

A

B

B

A

i

i

+

-+

-

+

-

u 1

u 2

u n

n

K

n

K

n

KAB iRiRuu111

)(

n

Ktđ RR1

ĐiỆN TRỞ NỐI TIẾP – ĐIỆN TRỞ TƯƠNG ĐƯƠNG

ĐiỆN TRỞ SONG SONG – ĐIỆN TRỞ TƯƠNG ĐƯƠNG

R1 R2 Rn R tñ

A

B B

A

iini2i1

i

Ktđ

n

Ktđ

GGRR 1

11

n

K

ABn

K Ruii

11

n

ABK

n

ABK

uGuR

i11

)()1(

RB

RA

RC

BC

A A

BC

RCA RAB

RBC

BIẾN ĐỔI ĐIỆN TRỞ NỐI Y-

+Vab-

A Ba

b

Iab

RT

VT

a

bT

B+Vab-

Iab

BIẾN ĐỔI THEVENIN-NORTON

Biến đổi Thevenin: Nguyên lý biến đổi A thành hai phần tử: nguồn VT và RT nối tiếp như hình vẽ

+Vab-

A Ba

b

Iab

BIẾN ĐỔI THEVENIN-NORTON

Biến đổi Norton: Nguyên lý biến đổi A thành hai phần tử: nguồn IN và RN nối song song như hình vẽ

B+Vab-

Iab

RNIN

a

bN

XÁC ĐỊNH MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG THEVENIN

RT

VT

a

bT

+Vab-

Iab

Isc

Nối tắt ab bằng dây dẫn khi ấy Iab được gọi là dòng ngắn mạch và Vab=0. Khi ấy:

OCT TSC T

T SC SC

VV VI R

R I I

RT

VT

a

bT

+Vab-

Iab

Voc

Tổng trở B rất lớn tương đương hở mạch ab. Khi ấy:

Vab=Voc=VT

Iab=0


Đối với nguồn độc lập ta có thể xác định RT bằng cách triệt tiêu nguồn:

Nguồn áp: ngắn mạch

Nguồn dòng: hở mạch

+_2 0 V

5

2 0

1 0

1 .5 A

A

B

5

2 0

1 0 A

B

5(20)10 14(5 20)THR


Đối với nguồn phụ thuộc ta chỉ triệt tiêu nguồn độc lập, nguồn phụ thuộc giữ nguyên. Sau đó áp vào ab một giá trị nguồn độc lập (nguồn áp hoặc dòng giá trị tùy ý). Tìm giá trị còn lại dòng hoặc áp trên ab. Tính VT từ công thức: VT=Vab/Iab.

+_ 8 6 V

5 0

3 0

4 0

1 0 0

6 IS

IS

A

B

Thí dụ

+_ 8 6 V

5 0

3 0

4 0

6 IS

IS

A

B

5 0

3 0

4 0

6 IS

IS

1 A = I

1 A

IS + 1 V

1550 1(40) 043

V

or 57.4V volts

57.41TH

V VRI


+_

R TH

V TH

5 7 .4

3 6 V 1 0 0

10036 100 22.9

57.4 100xV V

+_

R

RV I = VR

BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG THEVENIN - NORTON

IN = 6 2 .5 m A R N = 4 0

A

B

+_ 2 .5 V

4 0

mVXVT 2500405.62

mach c1

Documents