bai giang mach dien

bài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điệnbài giảng mạch điện bài giảng mạch điện tử bài giảng mạch điện tử 2

CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

BÀI 1: MẠCH ĐIỆN VÀ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN

1 Khái niệm mạch điện

Mạch điện là tập hợp các thiết bị để cho dòng điện chạy qua nhằmthực hiện chuyển hoá điện năng và thực hiện các quá trình điện khác Mạch điện gồm các phần tử cơ bản như : Nguồn điện, vật tiêu thụ điện, dây dẫn, các thiết bị phụ trợ

a Nguồn điện

Là nơi phát sinh ra điện từ các dạng năng lượng khác như:

Cơ năng biến thành điện năng ( máy phát )

Hoá năng biến thành điện năng ( pin, ắc quy )

Nhiệt năng thành điện năng ( cặp nhiệt điện, nhà máy nhiệt

Sự liên hệ giữa chúng gọi là sơ đồ mạch điện.

Các loại sơ đồ mạch điện: Sơ đồ mạch nguyên lý, sơ đồ mạch tínhtoán, sơ đồ mạch đi dây, sơ đồ mạch điều khiển

b Các phần tử cơ bản trong sơ đồ mạch điện

Nguồn điện áp (nguồn sức điện động):

Là phần tử lý tưởng tạo ra điện áp U(t) giữa hai đầu cực của nó, là một hàm biến thiên theo thời gian

Ký hiệu:

Biểu thức định luật Ohm: : U(t) = R IR(t)

Đơn vị của điện trở: (Ohm), K, M

* Điện cảm (L):

Giả sử có 1 cuộn dây với số vòng là w nếu cho 1 dòng điện biến thiênqua cuộn dây thì xung quanh cuộn dây sẽ xuất hiện 1 từ thông móc vòng 

Tỷ số i = L= hằng số gọi là điện cảm (Hệ số tự cảm) của cuộn dây Đơn vị : Henri (H)

Ký hiệu trên sơ đồ điện

Theo định luật cảm ứng điện từ thì từ thông biến thiên làm xuất hiện sức điện động cảm ứng ở hai đầu cuận dây

ecư = - L t

i d

d

uL = - ecư

Năng lượng từ trường tích luỹ trong cuận dây: Wtt = 1/2 L.i2

* Phần tử điện dung: (Tụ điện)

Là phần tử cơ bản của mạch điện, dòng điện qua tỷ lệ thuận với tốc

độ biến thiên theo thời gian của điện áp trên nó

d

d

i 

Nếu đặt 1 điện áp U vào hai bản cực của 1 tụ điện thì không gian giữa hai bản cực được tích luỹ 1 năng lượng điện trường Nếu điện áp càng lớn thì điện tích q được tích luỹ càng lớn.

Tỷ số

Uc

q

C  = hằng số gọi là điện dung của tụ điện

Năng lượng điện trường

Đơn vị : Fara ( F), microphara (µF)

7BÀI 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN

1 Dòng điện và chiều quy ước của dòng điện

* Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện trong điện trường.

Điều kiện để có dòng điện:

Môi trường phải có điện tích

Phải có lực tác dụng của điện trường

* Dòng điện một chiều

Là dòng có chiều và trị số không đổi theo thời gian

* Dòng điện xoay chiều:

Là dòng có chiều và trị số thay đổi theo thời gian gọi là dòng

* Dòng điện xoay chiều hình sin

Là dòng xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin

b Chiều quy ước của dòng điện:

Chiều của dòng điện là chiều chuyển dời của các hạt mang điện tích dương

Điện tích đi từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp

2 Cường độ dòng điện

* Khái niệm

Là đại lượng đặc chưng cho độ mạnh, yếu của dòng điện, được

đo bằng tỉ số giữa lượng điện tích chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn và thời gian điện tích chuyển qua

Là đại lượng đo bằng tỉ số giữa dòng địên và tiêt diện dây dẫn.

* Biểu thức :  S I

Đơn vị : A/ mm2

BÀI 3: CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG

1 Nguồn áp ghép nối tiếp

Cách mắc:

Cực âm (- ) của nguồn thứ nhất đấu với cực dương ( + ) của

nguồn tiếp theo

Biểu thức : Enguồn = n.e

Điện trở trong của bộ nguồn : r = n.r0

Dòng điện của bộ nguồn : Ibộ nguồn = I1 = I2 = = In

2 Điện trở ghép nối tiếp, song song

a Điện trở ghép nối tiếp

Là cách mắc cuối điện trở này nối với đầu điện trở kia

b Điện trở mắc song song

Là cách mắc các đầu đầu của điện trở nối với nhau và các đầu cuối điện trở nối với

Điện trở: Nghịch đảo điện trở toàn mạch bằng tổng nghịch đảo các điện trở

Dòng điện : Dòng điện qua mạch chính bằng tổng dòng điện qua từng điện trở

b Nối hình tam giác

Là cách nối đầu đầu điện trở này nối với cuối điện trở kia tạo thành hình tam giác

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu1 : Nguồn điện là gì? Tải là gì? Hãy cho các ví dụ về nguồn điện

và tải ?

Câu 2: Phát biểu định luật Ôm cho 1 đoạn mạch và cho toàn mạchCâu 3: Hãy viết biểu thức tính điện trở tương đương khi mắc nối tiếp

và khi mắc song song

Câu 4: Dòng điện là gì ? Chiều quy ước của dòng điện ?

Câu 5: Trình bày khái niệm về cường độ dòng điện, Mật độ dòng

điện ?

CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU BÀI 1: CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ BIỂU THỨC CƠ BẢN TRONG

MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

1 Định luật Ohm:

a Định luật Ohm cho 1 đoạn mạch

Cho mạch điện như hình 2.1

* Nếu dòng điện bằng 1A, và điện áp hai đầu đoạn mạch bằng 1V thì

b Định luật Ohm cho toàn mạch

* Cho mạch điện như hình 2.2:

Với:

E là Sđđ của toàn mạch

R0 là điện trở của nguồn

Rd là điện trở của dây dẫn

Rt là điện trở của tải

hình 2.2

Khi đó áp dụng định luật Ohm cho từng đoạn mạch ta có:

Điện áp đặt vào phụ tải : Ut = I.Rt

Điện áp đặt vào đường dây : Ud = I Rd

Điện áp đặt vào điện trở trong của nguồn : U0 = I.R0

Sức điện động toàn mạch

E = Ut + Ud + U0 = I.( Rt + Rd + R0)

Biểu thức định luật Ohm cho toàn mạch dạng tổng quát :

I = E R

2 Công suất và điện năng trong mạch điên một chiều

a Công của dòng điện

* Khái niệm

Là công dịch chuyển các điện tích của lực điện trong mạch điện

Nếu trong mạch điện có điện áp U, dòng điện I,và lượng điện tích chuyển qua trong thời gian t là q thì: q = I.t

*Biểu thức công của dòng điện là:

R

d

R0E I

c Quan hệ giữa công suất với dòng điên, điện trở, điện áp trên một đoạn mạch:

a Hiện tượng điện phân

Khi dòng điện chạy qua chất điện phân thì sảy ra hiện tượng phân tíchchất điện phân, giải phóng Hydro hoặc kim loại ở cực âm

Ví dụ điện phân dung dịch CuCl2 NaCl

Dòng điện qua dung dịch càng lớn và thời gian càng lâu thì lượng chất giải phóng ở cực âm càng nhiều

Với : m là khối lượng chất thoát ra ở mỗi cực

q là điện tích qua dung dịch

k là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng

* Định luật 2:

Đương lượng điện hoá của một nguyên tố tỉ lệ với nguyên tử lượng và

tỉ lệ ngịch với hoá trị của nguyên tố ấy

Biểu thức

k = C n A

Với : A là nguyên tử lượng của nguyên tố

n là hoá trị của nguyên tố

C là hệ số tỉ lệ : C = 965001 ( g/C )

5 Hiện tượng nhiệt điện

Mỗi kim loại đều có mật độ điện tử tự do nhất định Khi cho 2 kim loại tiếp xúc nhau thì có sự khuếch tán điện tử qua cỗ tiếp xúc làm suất hiện hiệu điện thế tiếp xúc Utx Khi nhiệt độ tại điểm tiếp xúc tăng thì Utx cũng tăng

Utx = C TVới : C là hệ số nhiệt điện phụ thuộc vào kim loại tiếp xúc

T là nhiệt độ tuyệt đối

Để lấy được Utx ta nối 2 đầu 2 thanh kim loại khi đó ta được :

BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH MỘT CHIỀU

1 Phương pháp biến đổi điện trở.

a Các điện trở mắc nối tiếp:

Cho mạch điện mắc nối tiếp các điện trở như hình 2.3:

b Các điện trở mắc song song

=

n

R R

R

1 1

1

2 1





c Biến đổi tương đương từ sao thành tam giác ( Y - )

Công thức biến đổi

Khi điện trở nối hình Y đối xứng ( R1= R2= R3 = R) Thì : R12 = R23 =

R31= 3R

d Biến đổi tương đương từ tam giác về sao (∆ - Y)

Công thức biến đổi

R1 =

3 2 1

31

12

R R R

R R





R2 =

3 2 1

23

12

R R R

R R





R3 =

3 2 1

31

23

R R R

R R





Khi điện trở nối hình  đối xứng : R12 = R23 = R31 = R thì R1 = R2 = R3

Biến đổi tương đương Y -

Ví dụ 1: Tính dòng điện I trong mạch như hình hình 2.5 bằng phương

pháp biến đổi tương đương

Với R23 là điện trở tương đương của 2

điện trở R2 và R3 nối song song

+ Tính R23 =

3 2

3

2

R R

R R

 = 11,8,8.22= 0,95 Ω + R1, R23, R4 mắc nối tiếp với nhau

→ điện trở tương đương toàn mạch

R4

R2

R3E

1

R R R

R R



 = 12126,618= 2 Ω

RB =

2 0 1

0

1

R R R

R R



18 6 12

18 12



+ Phân tích mạch đoạn OD có ( RB nối tiếp R3 //

( Rc nối tiếp R4)→ điện trở tương đương của nhánh OD

) ).(

E

+ Điện trở tương đương toàn mạch( Rn nối tiếp RA nối tiếp ROD) nhưhình 2.9

b Các bước thực hiện

Bước 1: - Lập sơ đồ mạch điện chỉ có một nguồn tác động

Bước 2: - Tính dòng điện và điện áp trong mạch chỉ có 1 nguồn tác động

Bước 3: - Thiết lập sơ đồ cho nguồn tiếp theo và tính toán điện áp và

dòng điện cho sơ đồ này

Bước 4: - Cộng đại số các dòng điện và điện áp tính được của mỗi nhánh

hình 2.9

Ví dụ 1: Tính dòng điện I2 trong nhánh 2 trong mạch điện như hình 2.10

R3Biết

2

R R

R R

R I

3 Phương pháp ứng dụng các định luật Kirchooff

a Khái niệm về Nút, nhánh,vòng

Nhánh: Là một đoạn mạch có các phần tử mắc nối tiếp nhau và có cùng một dòng điện chạy qua

Nút: Là điểm gặp nhau của 3 nhánh trở lên

Vòng : Là lối đi khép kín qua các nhánh

b Các định luật kirchooff

Định luật Kirchooff 1

Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không

Quy ước : Dòng điện đi vào nút thì mang dấu dương (+)

Dòng điện đi ra khỏi nút thì mang dấu âm (-)

Biểu thức : 



n k

Quy ước: Các sđđ và sụt áp cùng chiều với vòng chọn thì mang

dấu dương (+), ngược chiều thì mang dấu âm(-)

Biểu thức: E I.R

4.Phương pháp dòng điện nhánh

hình 2.11

Bước 2: - Chọn chiều dòng điện của mỗi nhánh tuỳ ý.(nhánh có nguồn

thì chọn chiều dòng dương điện cùng hiều với E)

Bước 3: - Viết phương trình Kirchooff 1 cho (n-1 nút đã chọn

Bước 4: - Viết phương trình Kirchooff 2 cho ( m-n+1 vòng độc lập

( chọn chiều (+) vòng theo chiều Sđđ)

Bước 5: - Giải hệ m phương trình ta tìm được dòng điện các nhánh

Ví dụ 1: - Tìm dòng điện các nhánh trong mạch điện sau như hình

n = 4

Xác định Số nhánh m :

m = 6

Bước 2: Chọn chiều dòng điện như hình 2.12

Bước 3: Số nút cần viết phương trình là: n – 1 = 3

Theo ĐL Kirchooff 1 ta viết được:

Số nút cần viết phương trình K1 là: n-1= 2-1= 1 phương trình

Viết phương trình K1 cho nút A

I1 + I3 – I2 = 0 (1)Bước 4: Xác định số mạch vòng độc lập m- n + 1 = 3- 2 + 1= 2

→ Viết 2 phương trình K2 cho mạch vòng độc lập a và b

Phương trình K2 cho mạch vòng a I1R1 + I2R2 = E1 (2)

↔ 47I1+ 22I2 = 10 (2)Phương trình K2 cho mạch vòng b I3R3 + I2R2 = E3

↔68I3 + 22I2 = 5 (3)Bước 5: Giải hệ 3 phương trình (1), (2), (3)

I1 + I3 – I2 = 0

I1R1 + I2R2 = E1

68I3 + 22I2 = 5Giải hệ 3 phương trình trên ta được

I1= 0,138(A), I2= 0,16(A), I3 = 0,022(A)

Bước 3: Giải hệ pt đã lập ta được các dòng điện vòng.

Bước 4: Tính các dòng điện nhánh theo cách sau:- Dòng điện mỗi

nhánh bằng tổng đại số dòng điện mạch vòng qua nhánh ấy

Ví dụ1: tính dòng điện trên các nhánh theo phương pháp dòng điện

B1: Chọn các dòng điện vòng Ia, Ib, Ic có chiều như hình 2.14

B2: Theo ĐL Kirchooff 2 ta viết được các phương trình sau:

Ví dụ 2: Áp dụng phương pháp dòng điện mạch vòng tính dòng điện

trên các nhánh của mạch điện

Bước 2: Viết 2 phương trình K2 cho các mạch vòng

o Mạch vòng a: (R1 + R2)Ia – R2Ib =E1

hình 2.15

b Các bước giải

Bước 1: Xác định số nút n

Bước 2: Chọn 1 nút bất kỳ có điện thế = 0

Bước 3: Tính tổng dẫn của các nhánh với mỗi nút(gA, gB ) và tổng

dẫn chung của các nhánh giữa các nút gAB , điện dẫn cácnhánh có nguồn

Bước 4: Lập hệ phương trình điện thế nút dưới dạng( nếu có m nút)

Bước 5: Giải hệ phương trình ta có hệ điện thế của mỗi nút

Bước 6: Sử dụng định luật Ôm tính dòng điện trên các nhánh

R3 = 330 Ω, R4 = 1000 Ω, R5 = 100 Ω E1= 4,5V, E2 = 7V

Dùng phương pháp điện thế nút hãy tính dòng điện trên các nhánh

Giải

Bước 1: Số nút n= 3( A, B, C)

Bước 2: Chọn điện thế nút tại C = 0 C = 0

Bước 3: Tính tổng dẫn của các nhánh đối với nút A

gA=

3 2 1

1 1 1

R R

R   = (4701 6801 3301 )= 0, 00663Tổng dẫn của các nhánh đối với nút B

gB=

5 4 3

1 1 1

R R

R   = (3301 10001 1001 )= 0,01403Tổng dẫn chung giữa 2 nút A và B

Bước 6: Sử dụng định luật Ôm tính dòng điện các nhánh

1 1 1

R R

g1E1 + g3E3= gAA→A= g A

E g E

g1 1  3 3

A = 0,0812

285 , 0

Câu hỏi ôn tập

Câu 1: Phát biểu định luật Faradây, định luật June – lenze

Câu 2: Trình bày hiện tượng nhiệt điện

Câu 3: Phát biểu và viết biểu thức của định luật kiêchop1,kiêchop2Câu 4: Trình bày các bước giải mạch điện 1chiều bằng các phương pháp dòng nhánh, dòng vòng, xếp chồng dòng điện, điện thế nút

Bài tập

công suất nguồn tiêu thụ,

công suất trên các điện trở

CHƯƠNG III: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN

BÀI 1: KHÁI NIỆM DÒNG DIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN

1 Dòng điện xoay chiều

Là dòng điện có chiều và trị số thay đổi theo thời gian

Dạng đồ thị hình 3.1

I(t)

Hình 3.1

2 Dòng điện xoay chiều hình sin

- Là dòng điện xoay chiều có chiều và trị số biến đổi theo hàm số sin theo thời gian

- Dạng đồ thị hình 3.2

3 Các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều hình sin

I = Im2

U = Um2Góc pha của dòng điện hình sin tại thời điểm t là: ( t )

Tại thời điểm t = 0 thì là góc pha ban đầu

Chu kỳ T = 2

Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp:

) 2 1 ( ) 2 (

) 1

  t  t  

BÀI 2: BIỂU DIỄN DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG VÉCTƠ

1 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng véctơ

Xét một dòng điện xoay chiều hình sin có biểu thức như sau:

i(t) = Imsin( t ) = I 2.sin( t  ) (A)

Lấy một trục toạ độ 0x nằm ngang

Vẽ véc tơ OM với độ dài OM = OM = I là trị số hiệu dụng của dòng điện theo tỷ lệ xích m1 chọn trước

Với OM và 0x tạo với nhau 1 góc = 

Biểu diễn các dòng điện có phương trình sau bằng các véctơ:

i1(t) = 5 2.sin (t+ 300) A

i2(t) = 10 2.sin (t+ 450) A Chọn tỷ lệ m1 = 1A/1cm

Khi đó ta có đồ thị biểu diễn các dòng điện như hình 3.4

2 Tính tổng của hai dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số bằng phương pháp đồ thị véc tơ:

I1

I2

I

hình 3.5

BÀI 3: BIỂU DIỄN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN BẰNG

b Biểu diễn số phức trên hệ trục toạ độ phức

- Gọi số phức A = a + jb Biểu diễn như hình 3.6

O

j

a b

hình 3.6

c Biểu diễn số phức dưới dạng toạ độ cực

Dạng toạ độ cực của số phức: r   như hình 3.7

Với : r gọi là modul

d Chuyển đổi số phức từ dạng đại số sang dạng toạ độ cực

a+jb = r e j  = r(cos + jsin ) = r 

Khi đó: a = r cos

b = r sin 

tg = a b =>  = arctg b a = tan-1 (a b)

2 Các phép tính số phức

a Phép cộng, trừ số phức

Có 2 số phức dạng đại số sau: x = a + jb, y = c + jd

Tổng của hai số phức trên

z = (a + c.) + j (b + d)

Hiệu của hai số phức trên là

t = (a – c) + j ( b – d)

b Nhân, chia các số phức dạng toạ độ cực

Có 2 số phức dạng toạ độ cực sau: r1  1 và r2  2

Tích hai số phức trên là: r = (r1 r2)  (1 + 2)

Thương hai số phức trên là: r3 = r r12  (1 - 2)

Bài 3

Tính tích và thương của hai số phức sau:

x = 3 + j4 và y = 6 + j9

4 Sử dụng máy tính CASIO fx 570MS để tính toán số phức

a Đổi số phức từ dạng đại số sang dạng toạ độ cực và ngược lại

Các thao tác

Khởi động máy: Bật ON

Nhấn nút Mode xuất hiện COMP CMPLX(CPLX)

Nhấn nút số 4 dể chọn chế độ hiển thị 4 chữ số

Song chế độ cài đặt, ta thực hiện đổi số phức từ dạng đại số sang toạ độ cực

*Ví dụ1:

Đổi số 4 + j 3 sang dạng r  ta thực hiện:

4, +, 3, i , shirf , r  , = màn hình hiển thị : 4+3i > r 

5.000x1000

Đổi từ toạ độ cực sang dạng đại số

Đổi 5 300 sang dạng đại số : a+jb

Cài đặt máy tính sang tính toán số phức

a = 11

- Nhấn Shirf, Re <->Im màn hình hiển thị 5 + 4i +6 – 10i - 6.000 ix1000

b = - 6

Vậy ta được : 5 + 4i +6 – 10i = 11 – j6

*Ví dụ 2

Tính tổng và hiệu của hai số: 10 600 và 5 450

Thực hiện như sau:

Nhấn 10 Shirf  60 + 5 Shirf  45 = màn hình hiển thị

10 60+ 5 45 8.535x1000

a = 8,535Nhấn Shirf, Re <->Im màn hình hiển thị 10 60+ 5 45

1.219 ix1001

b = 12.19Vậy tổng hai số là: 10 600 + 5 450 = 8,535 + j 12.19

c Nhân , chia số phức bằng máy tính