Chapter 2 lý thuyết mạch 1 Bài 2 các phần tử mạch

Các phần tử mạch Circuit Elements Các nguồn điện  Là thiết bị có khả năng chuyển đổi từ năng lượng không điện (nonelectric) sang năng lượng điện và ngược lại.  Ví dụ:  ắc quy không sạc: năng lượng hóa học – năng lượng điện  ắc quy (pin) sạc: năng lượng điện – năng lượng hóa học  Bình phát điện, máy phát (dynamo): năng lượng cơ học – năng lượng điện  Motor: năng lượng điện – năng lượng cơ học  Những nguồn này có thể phát (deliver) hay hấp thụ (absorb) năng lượng điện  Những nguồn này có thể duy trì điện áp hay dòng điện Phân loại nguồn điện lý tưởng Nguồn áp lý tưởng Là thành phần mạch Duy trì điện áp đã cho (prescribed voltage) giữa các cực của nó bất chấp dòng chạy qua Nguồn dòng lý tưởng Là một thành phần của mạch Duy trì dòng điện đã cho (prescribed current) chạy qua các cực của nó bất chấp điện áp giữa các cực Phần tử tích cực (active element) Phân loại nguồn điện lý tưởng Nguồn độc lập Thiết lập điện áp hay dòng điện mà giá trị của nó không phụ thuộc vào giá trị của một điện áp hay dòng điện nào khác trong mạch. Chúng ta có thể chỉ rõ giá trị dòng điện điện áp chỉ dựa vào giá trị của nguồn dòngnguồn áp Nguồn phụ thuộc Thiết lập điện áp hay dòng điện mà giá trị của nó phụ thuộc vào giá trị của một điện áp hay dòng điện nào khác trong mạch Chúng ta không thể chỉ rõ giá trị của điện ápdòng điện trừ khi chúng ta biết giá trị của ápdòng mà nó phụ thuộc. Ký hiệu mạch cho nguồn phụ thuộc lý tưởng vs  vx s x v  i s vx i   Voltagecontrolled voltage source (VCVS) + + Voltagecontrolled current source (VCCS) Currentcontrolled current source (CCCS) Currentcontrolled voltage source (CCVS) s x i  i Điện trở (định luật Ohm)  Trở kháng (Resistance): khả năng vật liệu cản trở dòng điện (dòng điện tích).  Điện trở (Resistor): Thành phần của mạch sử

Các phần tử mạch

Circuit Elements

(chương 2)

Mục tiêu

 Hiểu trạng thái của các phần tử mạch lý tưởng cơ bản:

nguồn dòng và nguồn áp độc lập/phụ thuộc, điện trở

 Dùng định luật Ohm, định luật Kirchhoff cho dòng (KCL)

và định luật Kirchhoff cho áp (KVL) để phân tích mạch

 Biết cách tính công suất cho mỗi phần tử trong mạch đơn

giản, xác định công suất có cân bằng trong toàn mạch

Các nguồn điện

 Là thiết bị có khả năng chuyển đổi từ năng lượng không

điện (nonelectric) sang năng lượng điện và ngược lại

 Ví dụ:

 ắc quy không sạc: năng lượng hóa học – năng lượng điện

 ắc quy (pin) sạc: năng lượng điện – năng lượng hóa học

 Bình phát điện, máy phát (dynamo): năng lượng cơ học – năng

lượng điện

 Motor: năng lượng điện – năng lượng cơ học

 Những nguồn này có thể phát (deliver) hay hấp thụ (absorb)

năng lượng điện

 Những nguồn này có thể duy trì điện áp hay dòng điện

Phân loại nguồn điện lý tưởng

Nguồn áp lý tưởng

- Là thành phần mạch

- Duy trì điện áp đã cho

(prescribed voltage) giữa các cực

của nó bất chấp dòng chạy qua

Nguồn dòng lý tưởng

- Là một thành phần của mạch

- Duy trì dòng điện đã cho (prescribed current) chạy qua các cực của nó bất chấp điện áp giữa các cực

Phần tử tích cực (active element)

Phân loại nguồn điện lý tưởng

Nguồn độc lập

- Thiết lập điện áp hay dòng điện

mà giá trị của nó không phụ

thuộc vào giá trị của một điện áp

hay dòng điện nào khác trong

mạch

- Chúng ta có thể chỉ rõ giá trị

dòng điện/ điện áp chỉ dựa vào

giá trị của nguồn dòng/nguồn áp

Nguồn phụ thuộc

- Thiết lập điện áp hay dòng điện

mà giá trị của nó phụ thuộc vào giá trị của một điện áp hay dòng điện nào khác trong mạch

- Chúng ta không thể chỉ rõ giá trị của điện áp/dòng điện trừ khi chúng ta biết giá trị của áp/dòng

mà nó phụ thuộc

Ký hiệu mạch cho nguồn phụ thuộc

lý tưởng

x

v  

x

s i

v   is   vx

Voltage-controlled

voltage source

(VCVS)

+

-

+

-

Voltage-controlled current source

(VCCS)

Current-controlled current source

(CCCS)

Current-controlled voltage source

(CCVS)

x

i  

Điện trở (định luật Ohm)

 Trở kháng (Resistance): khả năng vật liệu cản trở dòng

điện (dòng điện tích)

 Điện trở (Resistor): Thành phần của mạch sử dụng để mô

hình trạng thái cản trở dòng điện

 Ký hiệu mạch:

Định luật Ohm

 Dòng điện i và điện áp v tỉ lệ với một hằng số - điện trở R,

Ohm [Ω]

 v = i R, R = v/i (Georg Simon Ohm, nhà vật lý người

Đức thế kỷ 19)

 Nghịch đảo của điện trở, ký hiệu G, đơn vị Siemens [S] (hay

[mho])

 G = 1/R = i/v (chú ý: G là độ dốc trong đồ thị i-v)

Xây dựng mô hình mạch

 Mô hình hóa: xây dựng một mạch điện từ một hệ thống

điện thực tế

 Phân tích: giải một hệ thống cho trước dựa vào công cụ

toán học, dự đoán trạng thái của mạch, so sánh với hệ thống mong muốn,…  cải thiện hệ thống đã có

 Thiết kế: tạo ra một hệ thống mới đạt chỉ tiêu thiết kế

 Hoạt động & Bảo dưỡng

Ví dụ mô hình của đèn

sliding switch

batteries

R l

R 1 R c

v S +

-

Xây dựng mô hình mạch dựa trên

đo đạc

v(V) i(A)

i

v 4 -10 -5

5 10

40

20

-20 -40

Định luật Kirchhoff

 Định luật Ohm: không đủ để có đáp án hoàn chỉnh

 Kirchhoff’s laws (Gustav Kirchhoff, 1848):

 Xem sự ràng buộc quan hệ giữa các áp và dòng

 Những ràng buộc trong toán học: Định luật

Kirchhoff về dòng điện, định luật Kirchhoff về

điện áp

Gustav Robert Kirchhoff

Nhà vật lý người Đức (1824-1887)

Nút (Node) & Vòng kín (closed path)

 Vẽ lại mạch đèn pin

 Nút: Một điểm tại đó hai hay nhiều thành phần mạch cắt nhau

Cần sử dụng định luật Kirchhoff về dòng điện

 Vòng (Closed path): Một vòng đi dọc theo các thành phần đang

được kết nối, bắt đầu và kết thúc tại cùng một điểm Cần sử

dụng định luật Kirchhoff về điện áp

R 1

v S +

-

d

i S

i l R l

 Có bao nhiêu biến chưa biết ?

 Các phương trình của định luật Ohm?

 Các phương trình khác?

Định luật Kirchhoff về dòng điện

 Một node thường là một điểm – nó không chứa điện tích Do vậy, điện tích vào một nút phải thỏa:

Tổng đại số của tất cả các dòng tại nút bất kì trong một

mạch = 0

 Quy ước dấu: Đi ra một nút (+) – Đi vào một nút (-)

R 1

v S +

-

d

i S

i l R l

Nút a: is – i1 = 0 Nút b: i1 + ic = 0 Nút c: -ic – il = 0 Nút d: il – is = 0

node

0

j

i

Định luật Kirchhoff về điện áp

Tổng đại số của tất cả các điện áp trong vòng kín của một mạch = 0

 Quy ước dấu đại số:

 Dương cho điện áp giảm – Âm cho điện áp tăng

 Có thể gán dấu ngược lại

R

1

v S +

-

d

i S

i l R l

Vòng 1:

vl – vc + v1 – vs = 0

Vòng 2:

= 0

loop

0

k

v