LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ I

Chuong 1 LTM Compatibility Mode 1 MÔN HỌC LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ I MỤC TIÊU MÔN HỌC • Kiến thức cơ bản về các phương pháp phân tích mạch điện Định luật Kirchhoff 1,2 Phương pháp dòng điện nhánh, phư.LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ ILÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ ILÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ ILÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ I

- Phương pháp dòng điện nhánh, phương pháp

dòng điện vòng, phương pháp điện áp nút

- Phương pháp nguồn tương đương

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bài giảng Lý thuyết mạch điện tử 1, Võ Thị Hương

2 Lý thuyết mạch _Tập 1, Hồ Anh Túy, NXB Khoa

Bài tập trên lớp Bài tập về nhà 10

Tuần 10 Bài kiểm tra tự luận 30

Thi cuối kỳ Toàn bộ kiến thức

về học phần

Tuần thi cuối kỳ Bài thi tự luận 50

QUY ĐỊNH CHUNG

Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện

1.1 Các khái niệm tín hiệu và mạch điện

1.2 Các thông số tác động của mạch điện

1.3 Các thông số thụ động của mạch điện

1.4 Biểu diễn mạch trong miền tần số

1.5 Các yếu tố hình học của mạch điện

1.6 Công suất trong mạch điện điều hòa

1.7 Bài tập

1.1 Tín hiệu, mạch và hệ thống xử lý tín hiệu

• Tín hiệu: là biểu diễn vật lý của thông tin

– Tín hiệu analog (tương tự)

• Biểu diễn bằng một hàm liên tục và đơn trị x(t)

• Số trạng thái của hàm là vô hạn (Xmin- Xmax)

– Tín hiệu digital (số)

• Biểu diễn bằng một hàm rời rạc x(n)

• Nhận giá trị trong một tập hữu hạn (x1, x2, …, xi,

…, xM)

7

Tín hiệu

T A

• Hệ thống analog và digital

– ASP : Analog Signal Processing

– DSP : Digital Signal Processing

– ADC : Analog Digital Convert

– DAC : Digital Analog Convert

ASP

Tín hiệu digital Tín hiệu digital

1.1 Tín hiệu, mạch và hệ thống xử lý tín hiệu

11

• Mô hình mạch điện:

– Mạch điện là mô hình của hệ thống ASP

– Mô hình mạch điện phải phản ảnh trung

thực các hiện tượng vật lý về điện xảy ra

bên trong hệ thống

– Trên cơ sở của mô hình phải cho phép

phân tích, tính toán, thiết kế hệ thống

– Nội dung của mô hình được thể hiện qua:

• Các thông số cơ bản của mạch điện

• Cách ghép nối phức hợp của các thông số

1.1 Tín hiệu, mạch và hệ thống xử lý tín hiệu

1.2 Các thông số tác động của mạch điện

• Nguồn sức điện động lý tưởng:

– Đặc trưng cho các phần tử hai cực cĩ khả năng

cung cấp năng lượng hay tạo tín hiệu kích thích

cho phần mạch khác làm việc

– Giá trị của nguồn chính là điện áp hở mạch trên

hai đầu của phần tử

Ký hiệu nguồn suất điện động

1.2 Các thông số tác động của mạch điện

e(t)

b a

b a

e(t) ~

1Vac TRAN = 0Vdc

t t i

i

R R

• Nguồn dòng điện lý tưởng:

–Đặc trưng cho các phần tử hai cực có khả

năng cung cấp năng lượng hay tạo tín hiệu

kích thích cho phần mạch khác làm việc

– Giá trị của nguồn chính là dòng điện ngắn

mạch trên hai đầu của phần tử

Ký hiệu nguồn dòng điện

1.2 Các thông số tác động của mạch điện

17

• Nguồn dịng thực tế

– Cĩ điện trở nội mắc song song

– Nguồn dịng lý tưởng cĩ điện

Ri

2

1

i t i

ng

R R

Chuyển đổi tương đương

1 V1(t)

i

R R

R

t V t I

=

)( 1 1

19

1.3 Các thông số thụ động của mạch điện

• Điện trở R : Là thơng số đặc trưng cho

các phần tử hai cực mà điện áp trên

hai đầu tỷ lệ với dịng điện đi qua nĩ.

– u(t) = R.i(t)

– Thứ nguyên Điện áp/Dịng điện

– Ký hiệu trong sơ đồ

• D ẫn nạp G: Là thông số đặc trưng cho

các phần tử hai cực mà dòng điện đi

qua nó tỷ lệ với điện áp trên hai đầu.

– i(t) = G.u(t) (G=1/R)

– Thứ nguyên Dòng điện / Điện áp

– Ký hiệu trong sơ đồ

• Điện cảm L: là thông số đặc trưng cho

các phần tử 2 cực mà điện áp trên hai

đầu tỷ lệ với tốc độ biến thiên của

dòng điện đi qua nó

dt t u L t i

dt

t di L t u

.

).

(

1 ) (

) ( )

Điện dung C:

• Điện dung C : là thơng số đặc

trưng cho các phần tử 2 cực mà

dịng điện đi qua nĩ tỷ lệ với tốc

độ biến thiên của điện áp đặt trên

dt t C t u

dt t du C t

.

).

( 1 )

) )

– Hỗ cảm là thuận chiều nếu sự biến thiên dịng điện trên

nhánh này làm tăng cường điện áp trên nhánh kia Trên sơ

đồ chiều dịng điện trên hai nhánh cùng đi vào hoặc cùng đi

ra khỏi đầu được đánh dấu

– Hỗ cảm là ngược chiều nếu sự biến thiên dịng điện trên

nhánh này làm giảm điện áp trên nhánh kia Trên sơ đồ

chiều dịng điện trên hai nhánh này đi vào đầu được đánh

dấu thì chiều dịng điện trên nhánh kia đi ra khỏi đầu được

đánh dấu

1.3 Các thông số thụ động của mạch điện

Hỗ Cảm :

+ Nếu dòng điện trên 2 nhánh k,l cùng đi vào hoặc cùng

đi ra đầu cùng tên thì hỡå cảm được gọi thuận chiều và

trong biểu thức nó mang dấu cộng (+)

+ Ngược lại được gọi là hỗ cảm ngược chiều và mang dấu

trừ (-)

2

1L L k

• MẮC SONG SONG

– Điện áp là chung – Dịng điện đi qua hệ thống song song bằng tổng dịng điện đi qua mỗi phần tử

– Các G hoặc R song song

– Các L song song – Các C song song

N

k k ss

N

k k k

C C

L L

R R

G G

t i t

i

N k

t u t u

1 1

1 1

1

1 1

1 1

) ( )

(

,

2 , 1

) ( ) (

Thông số của nhiều phần tử mắc nối tiếp và song song

27

Thông số của nhiều phần tử mắc nối tiếp và song song

∑n1

Phần tử mắc song song

td n

k k

R R

R t u R t u t u R t

1 ) (

1 ) ( ) (

1 )

( )

(

Điện trở

Phần tử mắc song song

td n

k k n

k

k k

C C

dt

t du C C dt

t du dt

t du C t

i

1

1 1

) ( )

( ) ( )

– Điện áp trên hệ thống nối tiếp bằng

tổng điện áp trên mỗi phần tử

N

k k k

C C

L L

G G

R R

t u t u

N k

t i t

1 1 1 1 1

1 1

1 1

) )

,

2 , 1 ) )

i(t)= i k (t)

u 1 (t) u 2 (t) u k (t) u N (t)

Thông số của nhiều phần tử mắc nối tiếp và song song

1.3 Các thông số thụ động của mạch điện

Phần tử mắc song song

Điện cảm

31

Phần tử mắc nối tiếp

Điện trở

Phần tử mắc nối tiếp

t

u

1

)()

C t u

33

Phần tử mắc nối tiếp

Điện cảm

Thơng sốđiện cảm

Thơng sốđiện dung

1.4 Biểu diễn mạch trong miền tần số

1.4.1 Toán tử trở kháng thực: i(t) u(t)= £

£

1.4.1 Toán tử dẫn nạp thực: u(t) i(t)= y

∫dt C

d L

∫dt L

1

Biểu diễn phức

t jE

t E

e E E

t e

e E E

e E E

e e E e

E E

t E

t e

e m

e m

t j m

t j m

j m m

t j j m t

j m

e m

e

e

e e

)]

sin(

) cos(

Re[

]

Re[

] Re[

) (

.

) cos(

) (

0 0

) (

.

) (

0

0 0

0 0

ϕ ω ϕ

ω

ϕ ω

ϕ ω ω

ϕ

ω ϕ ϕ

ω

+ +

e E E

Hz s

rad

Volt t

t e

j j

m m

e

e

] 2

3 2

1 [ 5

)]

3 sin(

) 3 [cos(

5

5

60

50 ) / ( 314

) 60 314 cos(

5 ) (

3

0 0

0

−

=

− +

π ϕ

vd 1: u(t) = 10cos ( ) v

4

100π +π t

) 1 ( 2

2 10 ) 4 exp(

2 1

1 2 2 2

3 5 , 0 ( exp 2

) )(

4

3 5 , 0 cos(

2 ) (

A t

t i

1.4 Biểu diễn mạch trong miền tần số

.

08 , 21 ) 4 , 0 (

77 , 10 16 100

] 08 , 21 62832 cos[

77 , 10 ) (

) / ( 62832

) ( 4 10

t t

e

s rad

Volt j E

e m m

ϕ ω

• Xét dòng điện điều hòa đi

qua thông số điện cảm:

• Điện áp sinh ra trên thông

số điện cảm

• Biểu diễn phức cho điện áp

• Quan hệ giữa dòng điện và

điện áp trong biểu diễn

phức

L L L

m m

t j m

t j m

t j j m t

j m

i m

i m

i m

jX Z L X

I L j U

I L j U

I L j e

I L j

e j

LI

e e LI e

LI U

t LI

t LI

dt

t di L t u

t I

t i

i

i

i i

+

;

.

) 2

sin 2

(cos

.

) 2 cos(

) sin(

) ( )

(

) cos(

) (

.

.

)

(

) (

) ( 2 )

2 (

ω ω ω

ω ω

π π

ω

ω ω

π ϕ ω ω

ϕ ω ω

ϕ ω

ϕ ω

ϕ ω

ϕ ω π π

ϕ ω

&

&

43

• Xét dòng điện điều hòa đi

qua thông số điện dung:

• Điện áp sinh ra trên thông

số điện dung

• Biểu diễn phức cho điện áp

• Quan hệ giữa dòng điện và

điện áp trong biểu diễn

phức

t j m

t j m

t j j m t

j m

i m

i m

i m

I L j U

I C

j U

I C

j e

I C j

e j I

C

e e I C e

I C U

t I

C

t I C dt t i C t u

t I

t i

i

i

i i

−

∫

) 2

sin 2 (cos 1

1

1

) 2 cos(

1

) sin(

1 ) ( 1 ) (

) cos(

) (

.

.

)

(

) (

) ( 2 )

2 (

ω ω

ω ω

π π

ω

ω ω

π ϕ ω ω

ϕ ω ω

ϕ ω

ϕ ω

ϕ ω

ϕ ω π π

ϕ ω

&

&

&

&

C j L j R

ω

ω + 1+

L

jω

L jω

1

C jω

L j C j G

1.5 Công suất trong mạch điện điều hòa

Công suất trung bình, còn gọi là công suất tác dụng

* Trong đó: U, I là các giá trị hiệu dụng của điện áp

và dòng điện, còn φ là góc lệch pha giữa điện áp và

dòng điện trong đoạn mạch.

* P > 0

* Đơn vị công suất tác dụng tính bằng W.

Công suất tiêu thụ trên R

• Công suất tức thời:

• Năng lượng tiêu thụ

• Năng lượng tiêu thụ

trong khoảng thời gian

) ( 1

) (

) (

) ( ) ( ) ( ).

( ) (

T

T T

T

T T

dt t p T P

dt t p T P

dt t p E

dt t p E

t i R R

t u t i t u t p

1.5 Công suất trong mạch điện điều hòa

47

Công suất cung cấp của nguồn sức

điện động và nguồn dòng

• Công suất cung cấp

tức thời của nguồn

sức điện động tỉ lệ

với bình phương giá

trị của nguồn

• Công suất cung cấp

tức thời của nguồn

dòng điện bình

phương giá trị của

nguồn

) ( ) (

) ( ).

( )

( ).

( ) (

) ( ) (

) ( ) ( ) ( ).

( ) (

2 2 2

2 2

t i R R

R R

t i R R

R t i R R

R R t t u t p

t e R R

R R R

t e R R

t e R t t u t p

ng i

i

ng i

i ng i i

i i

i

+

+ +

=

=

+

= + +

=

=

Năng lượng từ trường tích lũy trên

1 )

(

)]

( [ 2

1

) ( ) ( )

( ).

( ) (

2 2

t Li dt

t p W

t i dt

d L

t i dt

t di L t i t u t p

Năng lượng điện trường tích lũy

trên thông số điện dung

1 ) (

)]

( [ 2 1

) ( ) ( )

( ).

( ) (

2 2

t u C dt t p W

t u dt

d C

t u dt

t du C t i t u t p

E =∫ =

=

=

=

Công suất phức

) (

.

.

.

.

u i i

u

i u

j m m

j m

j m m m

m

t j m t

j m

e i u e

i e u I U

P

e I e

U I

U

P

ϕ ϕ ϕ

ϕ

ϕ ω ϕ

• Graph liên thông

– Là graph trong đó từ một nút bất kỳ có thể tìm được

đường dẫn đến một nút bất kỳ khác

• Graph không liên thông

– Là graph trong đó tồn tại một nút mà không thể tìm

được đường dẫn đến một nút khác

• Graph có th ể tách rời

• Nhánh cây: là các nhánh được chọn trong cây

• Bù cây: là các nhánh không thuộc về cây

1.6 Các yếu tố hình học của mạch điện

nhánh đó đi thì graph của mạch điện trở thành

không liên thông, hay nói các khác vết cắt chia mạch

điện thành 2 phần không liên thông với nhau

– Vết cắt độc lập: vết cắt chỉ gồm 1 nhánh cây và một số bù

cây, hướng của vết cắt đi từ phần này sang phần khác của

mạch điện thường chọn theo hướng của nhánh cây

1.6 Các yếu tố hình học của mạch điện

– Hướng của vòng có thể chọn tùy ý, nhưng

thông thường nên chọn theo chiều kim đồng

1.6 Các yếu tố hình học của mạch điện

C6 50uF E1(t)

R5 100k Ing5(t)

L3 220uH L2

100uH

+

R1 1k

C4 150uF

D

1.6 Các yếu tố hình học của mạch điện

Ví dụ 2: Hãy vẽ Graph của mạch điện và chỉ ra

một cây với hệ vòng cơ bản

59

BÀI TẬP

U1m

Y3 Y2

Cho mạch điện như hình vẽ, với các số liệu dưới dạng

phức: Z1 = (2,4 +5j) Ω; Z2 = (5 -j) Ω; Z3 = j Ω; Z4 = (2 +

4j) Ω; Z5 = (2 - 4j) Ω

a Vẽ sơ đồ tương đương chi tiết theo các tham số R, XL,

XC

b Đặt lên mạch điện áp điều hòa có giá trị hiệu dụng 5V,

viết biểu thức thời gian của dòng điện chạy trong

mạch

Bài 2:

61