Giáo trình kỹ thuật điện

Giới thiệu: Trình bàv tổng quan về Kỹ th u ật điện, các định nghĩa về dòng điện, điện áp, công suất và năng lượng, inột số định luật và niột số phần tử cơ bản như nguồn dòng, nguồn thế,

Lời nói đ ầ u ix

C hương 1 Giới t h i ệ u 1

1.1 Giới th iệu chung về K ỹ th u ật đ i ệ n 1

1.2 M ạch đ iện , dòng đ iện và điện á p 2

1.3 C ông suất và năng lư ợ n g 7

1.4 Giới th iệ u các phần tử m ạch đ i ệ n 9

1.4.1 Dây d ẫ n 9

1.4.2 Nguồn th ế 10

1.4.3 Nguồn dòng 11

1.4.4 Các phần tử trở k háng 12

1.5 C ác địn h luật tro n g m ạch đ iệ n 12

1.5.1 Định luật O hm 12

1.5.2 Định luật Kirchhoff theo dòng điện- KCL 14

1.5.3 Định luật Kirchhoff theo điện áp - K V L 17

1.6 B ài t ậ p 21

C hương 2 M ạch điện t r ở 29

2.1 M ạch điện trở m ắc nối tiếp và song s o n g 30

2.1.1 Mạch điện trở mắc nối tiế p 30

2.1.2 Mạch điện trở mắc song song 31

2.2 P h â n tích m ạch đ iện sử dụng n gu yên lý m ạch nối tiếp và song s o n g 34

2.3 M ạch chia th ế và chia d ò n g 36

2.4 P h â n tích m ạch điện th e o nút điện á p 40

2.5 P h â n tích m ạch điện th eo lưới dòn g đ iệ n 54

2.6 N g u y ên lý xếp c h ồ n g 62

2.7 M ạch tương đương T h év en in và N o r t o n 70

2.8 C ầu điện t r ở 83

2.9 B ài t ậ p 85

C hương 3 Đ iện kháng và dung k h á n g 95

3.1 T hời gian và năng lư ợ n g 95

3.2 Tụ đ iệ n 96

3.3 Tụ điện m ắc nối tiếp và son g s o n g 104

3.4 T ín h chất vật lý của tụ đ i ệ n 107

3.5 C uộn c ả m 107

3.6 C uộn cảm m ắc nối tiếp và song s o n g 111

3.7 C uộn cảm th ự c t ế 112

3.8 H ỗ c ả m 113

3.9 T ích phân và v i phân sử dụ n g côn g cụ S ym b olic-M A T L A B 114 3.10 B ài t ậ p 121

C hương 4 Q uá trìn h quá đ ộ 129

4.1 M ạch R C bậc n h ấ t 129

4.2 M ạch R L bậc n h ấ t 135

4.3 M ạch R C và R L với lối vào là tín h iệu th ô n g dụng 141

4.3.1 Mạch bậc nhất với lối vào là tín hiệu xung vuông 141

4.3.2 Mạch bậc nhất với lối vào là tín hiệu sin 143

4.3.3 Mạch bậc nhất với lối vào là tín hiệu xung tam giác 146

4.4 M ach R C và R L n hiều đ iên t r ở 148

4.5 M ạch bậc h a i 150

4.5.1 Mạch RLC mắc nối tiếp 150

4.5.2 Mạch RLC mắc song song 154

4.5.3 Mạch với hệ phương trình vi phân 158

4.6 B à i t ậ p 160

C hương 5 Q uá trìn h d ừ n g 169

5.1 D ò n g đ iện và điện áp dạng s i n e 170

5.2 Số phức và côn g th ứ c E u le r 176

5.3 P h a 179

5.4 Trở k h án g p h ứ c 184

5.5 P h â n tích m ạch điện sử dụ n g phương pháp pha và trở kháng p h ứ c 188

5.6 P h â n tích m ạch đ iện th e o nút đ iện áp và lưới dòn g điện 192 5.7 C ông su ấ t tro n g m ạch A C 199

5.8 M ạch tương đương T h éven in và N o r t o n 212

5.9 M ạch ba pha cân b ằ n g 217

5.9.1 Nguồn điện áp ba pha đấu nối theo kiểu Y 219

5.9.2 Nguồn điện áp ba pha đấu nối theo kiểu A 225

5.10 B ài t ậ p 229

C hương 6 Đ áp ứng tầ n số, m ạch lọc và cộng h ư ở n g 241

6.1 P h â n tích Fourier, m ạch lọc và hàm t r u y ề n 242

6.2 M ạch lọc tầ n th ấp bậc n h ấ t 252

6.3 D e c ib e ls, nối tầ n g C ascade, th a n g tầ n số logarith m 256

6.4 Đ ồ th ị B o d e 259

6.5 M ạch lọc tầ n cao bậc n h ấ t 262

6.6 C ộn g hưởng nối t i ế p 266

6.7 C ộn g hưởng song s o n g 272

6.8 M ạch lọc b ậc hai lý t ư ở n g 275

6.9 H àm tr u y ề n , đ ồ th ị B o d e sử d ụ n g M A T L A B 280

6.10 B à i t ậ p 286

C hương 7 M ạch t ừ và biến t h ế 295

7.1 T ừ t r ư ờ n g 295

7.2 M ạch t ừ 306

7.3 C uộn cảm và hỗ c ả m 313

7.4 V ật liệu t ừ 317

7.5 B iến áp lý t ư ở n g 320

7.6 B iến áp t h ự c 326

7.7 B ài t ậ p 332

C hương 8 M áy đ iệ n m ộ t c h iề u 341

8 1 Tổng q u a n v ề độn g c ơ 341

8.2 N g u y ê n tắ c h o ạ t đ ộn g củ a m áy đ iện m ột c h iề u 350

8.3 M áy đ iệ n m ộ t c h i ề u 355

8.4 C ác đ ộ n g cơ m ộ t ch iều k ết n ối S hunt và đ ộn g cơ m ột chiều kích th ích riên g r ẽ 362

8.5 Đ ộ n g cơ m ộ t chiều đưỢc k ết nối th e o kiểu nối tiế p 368

8.6 Đ iều k h iển và kiểm so á t tố c đ ộ quay của đ ộn g cơ D C 371 8.7 M áy p h á t đ iệ n m ột c h i ề u 376

8.8 B ài t ậ p 381

C hư ơng 9 M áy đ iện x o a y c h iề u 387

9.1 Đ ộ n g cơ cả m ứng ba p h a 387

9.2 M ạch đ iệ n tư ơ n g đương và tín h to á n hiệu su ấ t củ a các độn g cơ cảm ứ n g 396

9 3 M áy đ iện đ ồ n g b ộ 408

9 4 Đ ộ n g cơ m ộ t p h a 422

9 5 Đ ộ n g cơ bư ớc và đ ộ n g cơ D C k h ôn g chối q u é t 427

9.6 B iến t ầ n 429

9.7 B ài t ậ p 434

N hữ ng kí h i ệ u 439

Tài liêu th a m k h ả o 441

Kỹ thuật điện là m ột lĩnh vực kỹ th u ậ t liên quan đến việc nghiên cứu và ứng dụng về điện, điện tảí, điện từ, điều khiển và tự động hóa, Trong nửa sau thế kỷ XIX kỹ th u ật điện b ắt đầu p h át triển nhanh với các thành tựu về thương mại hóa điện báo, điện thoại, phân phối và tiêu th ụ điện Sau đó, phát thanh truyền hình và thiết bị ghi âm, thu hình điện tử trở th à n h m ột phần của cuộc sống hàng ngàv Việc phát minh ra transistor, các mạch tích hỢp và công nghệ vi chế tạo làm giảm các clii phí của các thiết bị điện tử nên nó đã được sử dụng rộng trong hầu hết các gia đình Gần đâv, công nghệ truyền thông không dây phát triển mạnh mẽ đưa đến các dịch vụ thông tin di động đến với rnợi ngành, mọi lĩnh vực và mọi người trên toàn thế giới.

Kỹ th u ật điện là môn học cơ sở đầu tiên trong nhóm các môn học về kỹ thuật điện, điện tử thông thường bao gồm các môn Kỹ th u ật điện, Linh kiện điện tử, Kỹ

th u ậ t điện tử tương tự, và Kỹ th u ậ t điện tử số Kỹ thuật điện là môn học cơ sở của các ngành công nghệ và kỹ th iiật như: Điện tử, truyền thông; Vật lý điện tử và vô tuyến; Cơ điện tử; Cơ học kỹ th u ật; Kỹ th u ậ t điều khiển; Năng lượng, Môn học này thường được tổ chức giảng dạy cho sinh viên vào học kỳ 2 năm thứ nhất (hoặc chậm nhất là học kỳ m ột năm học th ứ 2)

T ừ năm 2008, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội được đầu tư p h á t triển chương trình đào tạo chuẩn quốc tế với một khung chương trình đào tạo hiện đại và cập nhật Hầu hết các môn học của chương trình đều được giảng dạy dựa trên các giáo trìn h tiếng Anh do các nhà xuất bản nổi tiếng trên thế giới p h át hành Các sách giáo trình tiếng Anh này thường được

sử dụng rộng rãi ở các trường Đại học công nghệ, kỹ th u ật hàng đầu trên thế giới Cuốii "Electrical engineering principle and applications" của GS Allan R Hambley

do Nhà xuất bản Pearson p h át hành được lựa chọn là sách giáo khoa cho môn học

Kỹ th u ật điện của Khoa Diện tử - Viễn thông Giáo trình Kỹ th u ật điện này được soạn trên cơ sở tiếp th u nền tản g của cuốn sách tiếng Anh vừa đề cập Sau gần 10 năm giảng dạy, nhóm giảng viên môn học Kỹ th u ật điện của Khoa Điện tử - Viễn thông đã cập nhật các thông tin, cũng như đưa ra các bài tập, các code M atlab cho

phù hợp với các chuẩn của hộ thống điện, điện tử của Việt Nam.

Trong quá trình biên soạn, tác giả đã hệ thống lại các kiến thức đã có, trình bày logic và dễ hiểu để đạt được mục tiêu của cuốn giáo trình Giáo trình "Kỷ th u ật điện" này bao gồin 9 chương:

Chương 1 Giới thiệu: Trình bàv tổng quan về Kỹ th u ật điện, các định nghĩa về dòng điện, điện áp, công suất và năng lượng, inột số định luật và niột số phần tử cơ bản như nguồn dòng, nguồn thế, điện trở, tụ điện, cuộn cảm những linh kiện cơ bản tạo nên rnột mạch điện

Chương 2 Mạch điện trở: Trình bày các kiến thức về mạch điện bao gồm điện trở và các nguồn điện, các phương pháp kết nối điện trở cơ bản nhxr mạch nối tiếp, mạch song song và các ứng dụng của nó trong thực tế Phương pháp phân tích mạch theo các nút điện áp và các hlới dòng điện là hai phương pháp phân tích mạch diện

cơ bản được trình bày chi tiết với nhiều ví dụ đi kèm Đây là hai phương pháp phân tích mạch điện chủ đạo trong việc thiết kế mạch điện Các phương pháp này được

mở rộng ra cho các mạch phức tạ p bao gồm không chỉ các điện trở m à còn có tham gia của các phần tử khác như tụ điện, cuộn cảm và các linh kiện tích cực, Nguyên

lý mạch xếp chồng, các mạch tương đương Thévenin và Norton, mạch cầu điện trở được trình bày trước khi đóng lại chương về mạch điện trở này

Chương 3 Tụ điện và cuộn cảm: Trình bày về tụ điện và cuộn cảm với những kiến thức tổng quan về cấu tạo, ĩiguyên tắc hoạt động, các mạch điện đơn giản và ứng dụng của hai linh kiệu này Chương 3 giới thiệu một số ví dụ sử dụng M atlab với công cụ Syinbolic để giải các phương trình vi phân và tích phân trong phân tích các mạch điện Kiến thức chương này là cơ sở để sinh viên học tố t các kiến thức của hai chương tiếp theo

Chương 4 Quá trình quá độ: Trình bày phương pháp phân tích và khảo sát quá trình quá độ của rnột mạch điện Chương này giới thiệu các mạch điện bậc nhất

như RC, LC và mạch bậc hai R L C mắc nối tiếp và R L C mắc song song Phương

pháp phân tích cơ bản sỉr dụng các phương pháp cho mạch điện trở đưỢc trình bày trong chương 2 Tuy nhiên, do cuộn cảm và tụ điện là các phần tử chứa năng lượng, nên các phương trình mạch điện thể hiện dưới dạng phương trình vi phân Sinh viên được học phương pháp lập các phương trình vi phân và tìm các điều kiện ban đầu của mạch điện Các phương trình vi phân và hệ phương trình vi phân được giải bằng công cụ Symbolic của Matlab Dựa vào các công cụ này sinh viên có thể khảo sát các mạch điện bằng cách thay đổi các thông số của mạch điện

Chương 5 Quá trình dừng sin: Trình bày phương pháp phân tích và khảo sát mạch điện trong điều kiện dừng và bị tác động bởi nguồn tín hiệu sin thông qua phương pháp pha và trở kháng phức Mạch tương đương Thévenin và Norton cho mạch điện xoay chiều cũng được trìn h bày Phần cuối của chương này trình bày các kiến thiíc cơ sở của mạch điện ba pha cân bằng

LỜI nói đầu xi

Chương 6 Đáp ứng tần số, lọc và cộng hiíởng; Trình bày phân tích mạch điện

theo tần số với các phương pháp Poiirier Các khái niệm về mạch lọc, đáp iífng tần

số, hàrn truyền, đồ thị bode được giới thiệu trong chương này làm nền tảng để sinh viên học các môn sâu hơn về tín hiệu và hệ thống trong các học kỳ tiếp theo Các

mạch cộng hưởng cũng được trình bày dựa trên nền tảng hai mạch R L C mắc song

song và nối tiếp

Chương 7 Mạch từ và biến thế: Trình bày các kiến thức cơ bản về mạch từ, cấu tạo và hoạt động của biến thế Đây là các kiến thức cơ bản để sinh viên đọc hai chương tiếp theo về các loại động cơ một chiều và xoay chiều

Chương 8 và 9 Các máy điện một chiều và máy điện xoay chiều: Trình bày tổng

quan về các động cơ điện một chiều và xoay chiều Hai chương này dừng lại ở mức giới thiệu các khái niệm và kiến thức cơ bản để sinh viên có thể tiếp cận và làm việc được với các loại động cơ này trong thực tế

Sinh viên cần tích lũy một số kiến thức vật lý, toán học cơ bản là điều kiện tiên quyết để có thể học tố t lĩiôn học này như: Vật lý điện và từ; các kiến thức về ma trận và phương trình vi phân đơn giản Dể học tốt môn học này, sinh viên cần có inột số kỹ năng lập trình và võ đò thị cơ bản (M atlab là công cụ phầii mềrn chính được sử dụng trong giáo trình này) Ti'orig quá trình học tập, sinh viên cần làm các bài tập và viết chương trình M atlab để giải các bài tập (nếu có) để hiểu sâu các kiến thức được trình bàv trong phần lý thuyết Các nội dung lý thuyết cũng có thể được kiểm chứng thông qua các mạch điện thực nghiệm, nếu điều kiệu cho phép sinh viên

có thể tự lắp các mạch điện, đo đạc và so sánh với các kết quả giải bằng lý thuyết.Các kiến thức của môn Kỹ thuật điện khá rộng và liên quan nhiều đến các hiện tượiig Vật lý Do đó, để hiểu rộng và có thể vận dụng đvrợc các kiến thức của môn học Kỷ th u ật điện thì sinh viên cần liên hệ gắn kết các kiến thức đã học, đáp ứng của các mạch điện với các hiệu tượng Vật lý, Cơ học, kể cả các bài toán về kinh tế

và xã hội

Giáo trình này được sử dụng giảng dạy cho các sinh viên ngành Công nghệ kĩ thviật điện tử, truyền thông; Công nghệ kĩ thuật cơ điện tử; và Cơ học kĩ th u ật của Ti-ường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Trong quá trình học tập, sinh viên nên kết hợp đọc giáo trình này với một số cuốn sách tiếng Anh về Kỹ th u ật điện, hvíớng dẫn sử dụng M atlab, Vật lý, Toán đại số, và Toán giải tích cơ sở

Tác giả xin được cảm ơn PGS.TS Trần Quang Vinh, PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn, PGS.TS Trần Dức Tân, TS Bìii Thanh Tùng, ThS Nguyễn Ngọc Việt, Trường Dại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, TS Đỗ Trung Kiên, TS Nguyễn Hoàng Oanh, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, PGS.TS Nguyễn Đức Minh, Trường Dại học Bách khoa Hà Nội, ThS Trần Thị Thúy Hà, Học viện Bưu chính Viễn thông đã góp ý và chỉnh sửa bản thảo giáo trình Cảm ơn các sinh viên K59Đ, Khoa Điện tử - Viễn thông, Tníờng Đại học Công nghệ, Đại

học Quốc gia Hà Nội đã hỗ trỢ chỉnh sửa trong quá trình biên soạn.

Trong quá trình biên soạn, mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn giáo trình không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được những Ý kiến đóng góp của bạn đọc để cuốn sách được hoàn thiện hơn Mọi góp ý xiii gửi về địa chỉ

"Chử Đức Trình, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, Nhà E3, 144 Xuân Thủy, c ầ u Giấy, Hà Nội"

Chương 1

Giới th iệu

Kể từ khi nhân loại phát iniiili và sử dụng rộng rãi năng lượiig điện, các kỹ sư điện đóng một vai trò chủ đạo trong sự phát triển của các hệ thống đã làm thay đổi cuộc sống trên Ti'ái Dất Có thể Iiói, điện đã làm nên cuộc cách rnạng mới về khoa học công nghệ Máy tính, ti vi, điện thoại, vệ tinh, thiết bị cliẩn đoán và phẫu thuật

y tế, robot và các tliiết bị điện khác là những thành phần đại diệu của hệ thống để xác địiih một xã hội công nghệ hiện đại

Cliirơng này giới thiện tổng (luan về Kv th u ật điện, các định nghĩa về dòng điện, điện áp, công suất và năng lượng, một số định luật và một số phần tử cơ bản nhvt nguồn dòng, nguồn thế, điện trở, tụ điện, cuộn cảm những linh kiện cơ bản tạo nên Iiiột mạch diện

Ngày nay, kỹ th u ật điện và các sản phẩm của nó xuất hiện troĩig mọi ngành, rnọi lĩnh vực và gia đình Năng lượng điện được sản xuất tại các nhà máy điện từ các nguồii năng lượng khác như nhiệt điện từ than đá, dần khí; thủy điện từ năng lượng nước; điện hạt nhân; điện niặt trời; điện gió Nguồn điện năng này được truyền tải

từ CÁC nhà máy điện đến các nơi tiêu thụ thông qua các ưiạng truyền tải điện Việt Nam sử dụng chuẩn điện áp dân dụng là 220 V, 50 Hz Đây là nguồn năng lượiig chíĩih để vận hành các trang thiết bị điện trong công nghiệp cũng như dân sự như đèn chiếu sáng, TV, tủ lạnh, các máy điện, động cơ điện, điện thoại,

Để nâng cao hiệu suất và hiệii quả của truyền tải điện, người ta sử dụng phương pháp truyền tải dựa trên mạng điện ba pha Đối với các đường truyền công suất lớn và dài, người ta thường nâng cao điện áp lên đến 500 kV Các hệ thống truyền tải điện bắc nam của nước ta sử dụng mức điện áp 500 kV này Các đường truyền

tải phạm vi hẹp hơn thì sử (lụng các mức điện áp 220 kV, 110 kV, 64 kV \'à 22 kV Các máy biến thế điíỢc sử dụng để chuyển đổi giữa các mức điện áp truyền tải khác nhau.

Trong sử dụng điện, nhiều thiết bị sử dụng trực tiếp các nguồn xoay chiều (AC) như động cơ xoay chiều, quạt điện thông dụng, Bên cạnh đó, hầu hết cốc thiết bị điện tử khác thường sử dụng điện một chiều (DC) Do đó, trong các thiết bị điện thường có mạch nguồn chuyển dòng điện xoay chiều sang dòng điện inột cliiều (các mạch chỉnh lưu, mạch DC-DC, ) Do nhu cầu sử dụng các thiết bị di (lộng ngày càng tăng, nên vai trò của các nguồn pin cũng nâng lên Diện áp của các pin phổ tliông hiện nay khoảng 3,7 V nôn nhu cầu thiết kế các mạch điện có điện áp nuôi thấp, công suất tiêu thụ thấp đang được các nhóm nghiên cứu và các hãng cliế tạo

vi mạch rất quan tâm

Cuốn giáo trình này giới thiệii và giải thích các nguyên lý và kỹ th u ậ t cơ bản của

kỹ th u ật điện bao gồni các kiến thức về mạch điện, các phần tví tích trữ năng lượng

là tụ điện và cuộn cảm, các nguyên tắc để khảo sát đặc trưng quá độ, đặ,c trưng dừng sin của inạcli điện, các hệ thống điện tử Các phương pháp khảo sát đáp ứng tầii số, đồ thị bode, và các mạch cộng hưởng, mạch lọc được giới thiệu th àn h một chương trong giáo trình Phần cuối, giáo trình giới thiệu m ột số Iiiáy điệii cơ bản như động cơ inột chiều, động cơ xoay chiều Cuốn giáo trình này liên quan (lốn nhiều kliái niệin cơ bản về kỹ th u ật diệii và kiến tliức rộag Do đó, (ỉổ hiểu sâu hơa t ừng nội (lung cụ thể, người đọc và sinh viên cần tham khảo thêm các cuốn sách chuyên ngành liên quan

Có thể Iiói, kỹ thiiật điện là một ngànli rất rộng và nó có thổ pliân thàiứi Iiiột số các lĩnh vực con như sau:

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

Trước khi định nghĩa các th u ật ngĩr của mạch điện, chúng ta tìm hiểu một mạch điện chiếu sáng trong ô tô gồm rnột nguồn pin, rnột công tắc điện, các đèn pha và các dây dẫn kết nối tạo th àn h mạch kín, như hình 1.1.

diễn cho dây dẳn

Nguồn điện ^

thiết bị đèĩi pha

Hình 1 1 : Sơ đồ mạch điện đơn giản điều khiển các đèn pha ô tô

Các lực lióa học troiig ắc quy tạo ra dòng hạt tải điện (electroii) hay điện tích

đi qua mạch điện Điện tích mang năng lượng từ các chất hóa học trong ắc quy và phân phối cho các đèn pha Diện áp của nguồn ắc quy sử dụng trong ô tô thông dụng là nguồn 12 V Diện áp này có thể được đo là năng lượng nià một đơn vị điện tích nhận được: khi di qiia ắc quy đó

Các dây dẫn được chế tạo từ vật liệu dẫn điện tố t như đồng hoặc hợp kim đồng Các (lây dẫn này được cách ly về m ặt điện bằng các lớp vỏ cách điện bằng plastic hoặc cao SI I , Các điện tử có thể di chuyển qua các dây dẫn và không thể qua các lớp vỏ cách điện Vì vậy, dòng điện tích di chuyển theo dây dẫn tới các bóng đèn.Công tắc điện được dùng để điều khiển dòng điện Khi côiig tắc đóng mạch, dòiig điện tích có thể đi qua mạch điện NgiíỢc lại, khi chuyển mạch để hở thì dòng không thể đi qua mạch

Các đèn pha chứa các dây tungsten đặc biệt có thể chịu được nhiệt độ cao TuiigKten cíirig là inột vật dẫn điện nhưng không tố t như đồng Các điện tử di chuyển va chạm với các nguyên tử của dây tungsten, làrn dây tiingsten nóng lên Ta nói rằng, dây tungsteii này là điện trở Như vậy, năng lượng đvíỢc truyền từ phản ứng hóa học trong ắc quy đến tungsten, làm xuất hiện nguồn nhiệt tại đó Khi tungsten

đủ nóng sẽ phát ra ánh sáng Ta sẽ thấy rằng, công suất truyền bằng tích của dòng điện (dòng điện tích) và điện áp (điện thế) tác dụng bởi nguồn ắc quy

Mạch điện có thể so sánh tương tự với các dòng chảy chất lỏng, trong đó, ắc quy đóng vai trò như các bơm, các điện tích là các dòng chảy chất lỏng Các dây dẫn kim loại tương đirơng với các đường ống dẫn nước Các công tắc điện có vai trò là các van nước Các vật cản trong ống dẫn làm dòng chảy bị rối đóng vai trò như điện

trở của dây dẫn, V.V Ngoài ra, mạch điện cũng có thể so sánh với một hệ thống

giao thông Các nút mạch là các nút giao thông Các con đường tương đương với các dây dẫn điện, v ề nguyên tắc, thì đường càng rộng thì số lượng phương tiện giao

thông đi qua trong một đơn vị thời gian càng nhiều Các phương tiện giao thông đóng vai trò là các hạt tải trong truyền dẫn điện Trong quá trình học tập, sinh viên

có thể so sánh mạch điện đvíỢc học với các hệ thống vật lý trong tlurc tiễn để inở rộng thêm các khái niệm, các định nghĩa tăng tính thực tiễii của các nội dung dvíỢc học Phương pháp này cũng cho phép sinh viên nhớ và vận (ỉụiig nhanh các nội (luiig

kỹ th u ậ t được học vào thực tiễn Nguvên tắc này có thể áp dụng với nhiều môn học khác nhau trong chương trình, nó làm cho sinh viên dễ dàiig gắn kết được các kiến thức của các inôn học khác nhau và thấy được tính tổng thể của một chirưiig trình đào tạo

M ạch điện

Mạch điện như inột inô hình tơán học đe đơn giản hóa các thiết bị điệu (hav phần tử điện) Mạch điện gồm một số loại phần tử điện kết nối với nhau bằng (lây dẫn điện tạo thành vòng kín Một inạch điện ví dụ nhií trên liình 1.1 Cáo phần tử điện có thể là điện trở, cuộn cảm tụ điện, nguồn thế, nguồn dòng và nhiều loại khác

Chúng ta sẽ thảo luận kỹ càng luJn các đặc tính của iriỗi phần tử này à các Ị ) h ầ i i

savi,

Dòiig điện tích có thể chạy qua dây (lẫn, ('húng (lược biểu (liễn bằng các đường

nối giữa các phần tử mạch (ĩiệii Nguồn điện tạo ra cáf li.rc có tác dụng làm điện

tích dịch chuyển qvia dây dẫn và các phần tử mạch điện khác Kết quả là, tiăng lượng được truyền giữa các phần tử điện

D ò n g đ iện

Dòng điện là dòng (iịch clniyểii có Inrớng của hạt điệu tícii, chạv qua (lây (lẫn hoặc phần tử mạch điện Chiều dòng điệu được quy víớc là chiều dịch cliuyển của các điện tích dương (hoặc là ngược chiều dịch chuyển của các điện tích âin) Chiều dirơng của dòng điện được vẽ bằng inột mũi tên

Hình 1.2: Dòng điện qua dây dẫn

Hình 1.2 biểu diễn một đoạn dây dẫn ab có tiết diện s Gọi q{t) là lượng điện

tích dương dịch chuyển qua tiết diện s theo chiều từ a tới b tại thời điểm t và

A q — q{t + Aí) — q{t) là lượng điện tích chuyển động qua s theo chiều từ a tới b trong khoảng thời gian A t thì cườiig độ dòng điện trung bình theo chiều ab trong

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

klioảng A t là:

Cho A t —> 0, ta định nghĩa cường độ dòng điện theo chiều ab tại thời điểm t là

đạo hàm của lượng điện tích q{t) theo thời gian:

Nếu giá trị cường độ dòng điện i{t) dương thì chiều dòng điện trùng với chiều từ

a tới b Ngược lại, nếu giá trị i{t) âm, thì chiều dòng điện là chiều đi từ b tới a.

Đơn vị của cường độ dòng điện trong hộ đơn vị đo lường quốc tế là Ampere viết

tắ t là A Nó tương đương với đơn vị Coulombs trên giây {C/ s) (Điện tích của một

electron là - 1 ,6 0 2 X 10“ ^® C)

Như vậy, để tìm híỢng điện tích chạy qua phần tử điện trong khoảng thời gian

từ to đến í, ta sử dụng tích phân (lòng điện như sau:

q{t) = í i{t)dt

Jt o

V Í D Ụ 1.1 Tìm dòng điện từ điện tích

Giả sử rằng điện tích theo thời gian qua rnột phần tử mạch điện được cho bởi

q{t) = 0 khi í < 0 và q{t) = 4 — c khi í > 0 Tính cường độ dòng điện iịt).

V Í D Ụ 1.2, Tìm điện tích và dòng điện trong một dây dẫn

Cho một dây dẫn tròn, có chiều dài L = 1 m, đường kính d — 2 mm T ính

tổng điện tích và dòng điện qua dây dẫn Biết rằng, m ật độ điện tích là n = 10^®

electron/m^, điện tích mỗi electron là Qe = -1,602.10~^^ c và vận tốc trung bình

mỗi điện tích là = 19,9.10“® m /s

Lời giải

D ò n g m ột chiều và dòng xoay chiều

Khi một dòng điện không đổi theo thời gian thì ta gọi đó là dòng inột chiều (direct current), viết tắ t là D C M ặt khác, nếu dòng điện đó có biên độ thay đổi theo thời gian thì ta gọi là dòng xoay chiều (alternatirig current), viết tắt là A C Hình 1.3 biểu diễn các ví dụ về dòng điện rnột chiều và dòng điện xoay chiều theo thời gian

1.3 Công suất và năng lượng 7

-b

o -1 I - o

Hình l ị : Diện áp giữa hai điểm a và b

Dơn vị của điện thế và điện áp trong hệ đơn vị đo lường quốc tế là Volt, kí hiệu

là V Nó tương đương với đơn vị Joules trên Coulomb (J/C )

Tương tự như dòng điện, ta có điện áp không đổi được gọi là điện áp một chiều,

và điện áp có biên độ thay đổi theo thời gian gọi là điện áp xoay chiều

G iá trị điện áp Vab là dương th ì dòng điện có chiều dương là từ a tới b Như vậy,

giữa hai điểm a và ò trong mạch điện ta sẽ có:

Xét mạch điện như trong hình 1.5 Do dòng điện i thể hiện độ lớn của dòng điện

tích và điện áp V đo bằng năng lượng truyền qua một đơn vị điện tích qua hai điểm đang xét Do đó, tích của dòng điện và điện áp thể hiện năng lượng truyền qua giữa hai điểm, đại lượng này được gọi là công suất của dòng điện Công thức tính công suất như sau:

Đơn vị công suất là W att, ký hiệu là w Trong thực tế, người ta còn sử dụng một số đơn vị đo công suất khác như V.A, hoặc J/s,

N ă n g lượng

Để tính năng lượng ĨV chuyển tải đến một phần tử mạch điện trong thời gian từ

ti tới Í2, ta tích phân công suất:

J t i

Khi điện tích dịch chuyển qua các phần tử mạch điện, do đó, năng lượng cũng được truyền qua các phần tử đó Điện áp được đo bằng năng lượng để truyền được

Giới thiệu

V

Hĩnh 1.5: Năng lượng truyền qua một phần tử mạch điện

một đơn vị điện tích giữa hai điểm được xét trong mạch điện T ừ các công thức tính công suất và năng lượng, ta có thể suy ra một biểu thức tính điện áp như sau:

dw{t)

V Í D Ụ 1.3 Tính năng lượng

Trong một mạch điện, một nguồn điện ấp v{t) = 10 V có dòng điện i{t) = 2e~* A

chạy qua Tìm biểu thức tính công suất của nguồn và tínli Iiăng lượng trong khoảng

V Í D Ụ 1.4 Tính công suất, năng lượng

Trên một phần tử mạch điện, dòiig điện và điện áp đều bằng không tại inọi thời

điểm t < 0 Khi t > 0, c h n g 0 c x c 0 n h l : a)X c0nhbiuthctnhcngsutcaphnt.

b) Xác định thời điểm công suất đạt cực đại và tính giá trị cực đại đó.

c) T ính tổng năng lượng truyền qua phần tử rnạch điện?

b) Sau đây, ta chỉ xét thời gian sau thời điếm í = 0, ta có:

ta gọi các điểm này là ngắn mạch với nhau (shorted) Thông dụng, người ta hay nói dây dẫn lý tưởng là ngắn mạch (short circuit) T ất cả các điểm trên dây dẫn lý tưởng có điện thế bằng nhau và do đó, trong phân tích mạch dây dẫn này có thể coi

là m ột nút mạch đơn trong mạch diện

Nếu không có dây dẫn hoặc phần tử khác kết nối giữa hai phần của một mạch điện, thì ta nói có một hở mạch (open circuit) giữa hai phần của mạch đó Không

có dòng điện đi qua hở mạch lý tưởng

Trong thực tế, dây dẫn lý tưởng vẫn tồn tại một cản trở lượng dòng điện chạy qua Nó đặc trưng bởi điện trở nhỏ của dây dẫn, giá trị điện trở này phụ thuộc vào

loại vật liệu chế tạo dây, chiều dài dây L và diện tích m ặt cắt ngang của dây dẫn s ,

và tu ân theo biểu thức sau:

1-4 Giới thiệu các phần tử mạch điện 11

là hằng số hoặc là một hàm thay đổi theo thời gian Hình 1.6 thể hiện hai ví dụ về nguồn thế độc lập

Nguồn điện áp điều khiển bang điện áp

<ỉ>.3u

C Z 1

Nguôn điện áp điều khiển bằng dòng điện

Hình 1.7: Minh họa các nguồn điện thế phụ thuộc

Có hai dạng chính của nguồn thế phụ thuộc gồm:

Nguồn thế có điện áp lối ra là một hàrn của một điện áp nào đó trong mạch điện gọi là nguồn áp điều khiển bằng điện áp

Nguồn thế có điện áp lối ra là một hàm của một dòng điện nào đó trong mạch điện gọi là nguồn áp điều khiển bằng dòng điện

1.4.3 N g u ồ n dòng

N g u ồ n d òn g đ ộ c lập

Một nguồn dòng độc lập lý tưởng duy trì một dòng điện danh nghĩa chạy qua nó Dòng điện của nguồn dòng lý tưởng độc lập với các dòng điện và điện áp khác trong mạch Giá trị độ lớn dòng điện của nguồn dòng có thể không đổi hoặc là một hàm thay đổi theo thời gian Ký hiệu của nguồn dòng độc lập trong mạch điện là một hình tròn đóng và có mũi tên chỉ hướng của dòng điện bên trong Ví dụ về nguồn dòng độc lập được cho trong hình 1.8.

N g u ồ n d òn g phụ th u ộ c

Nguồn dòng phụ thuộc ha}^ nguồn dòng có điều khiển là nguồn dòng có dòng điện được xác định thông qua một điện áp hay dòng điện khác trong mạch điện Ký hiệu hình thoi đóng có mũi tên chỉ hướng được dùng để biểu diễn nguồn dòng phụ thuộc

Tương tự như nguồn thế phụ thuộc, có hai dạng chính của nguồn dòng phụ thuộc

là nguồn dòng điều khiển bởi điộn áp và nguồn dòng điều khiển bởi dòng điện Hình 1.9 biểu diễn các ví dụ cho nguồn dòng phụ thuộc

và sẽ được trình bày kỹ hơn ở các phần và chương sau

1.5.1 Đ ịn h luật Ohm

Điện trở (resistor) là phần tử (linh kiện) cơ bản của mạch điện Nó được đặc

trưng bởi một hệ số i? > 0 gọi là giá trị điện trở (resistance) R có thể dễ dàng được

1.5 Các định luật trong mạch điện 13

xác định thông qua định lu ật Ohm như sau:

Vi i? > 0 nên Pfì > 0 Điều nàv có nghĩa là điện trỏ R luôn tiêu thụ điện năng

Diện năng này thường biến đổi th à n h nhiệt năng, và tiêu tán vào môi trường xung quanh Hiện tượng được gọi là hiệu ứng tỏa nhiệt của dòng điện trên điện trở (Hiệu ứng Joule - Lenz)

Năng lượng nhiệt tỏ a ra trên điện trở trong thời gian từ thời điểm ío = 0 đến

thời điểm t dược tính theo công thức;

(1.14)

V Í D Ụ 1.5 Áp dụng định luật Ohm

14 Giói thiệu

Xét mạch điện như hình l ll ( a ) , gồm một điện trở R = 100 kQ, đ ặt vào nguồn

thế 12 V Tính điện áp v r , dòng điện ifỉ trên điện trở Tính công suất nhiệt tỏa ra

trên điện trở và năng lượng tiêu thụ bởi điện trở trong một giờ

w = p r x T = U ị m ^ X (60 X 60) s = 518,4 J

V Í D Ụ 1.6 Áp dụng định luật Ohm

Một điện trở R = 100 ũ mắc vào một nguồn dòng 2 A, mạch điện như hình

l l l ( b ) Tính điện áp v r , dòng điện ifi trên điện trở Tính công suất nhiệt tỏa ra

trên điện trở

Lời giải

Dòng điện chạy qua điện trở R bằng dòng điện của nguồn là: iR — 2 A

Áp dụng định luật Ohni, ta có: Vfi = R X Ifi = 100 Q X 2 A = 200 V

Công suất tỏa nhiệt trên điện trở là: pR = Vfi X ÌỊI = 200 V X 2 A == 400 w

Hay p r = R x l ị ^ m í ì x {2 A ỹ = 400 w

1.5.2 Đ ịn h luật K irchhoff th eo dòng điện- KCL

Nút điện áp (node) trong mạch điện là một điểm trong mạch mà có nhiều phần

tử mạch điện kết nối tại đó

Các ví dụ về nút điện áp được thể hiện trong hình 1.12

1.5 Các định luật trong m,ạch điện 15

Hình 1.12: Các mạch thành phần biểu diễn nút điện áp để minh họa định luật KCL

Dịnh luật Kirchhoff theo dòng điện (Kirchhoff Current Law - KCL) được phát

biểu như sau: " Tổng của cấc dòng điện đi vào một nút điện áp bằng tổng các dòng điện đi ra khỏi nút mạch đ ó " Hoặc KCL có thể được phát biểu theo cách khác

" Tổng các dòng điện đi vào mM nút điện áp hằng không", khi đó ta hiểu rằng, các

dòng điện đi vào nút mạch có giá trị dương, các dòng điện đi ra khỏi nút mạch có giá trị âm

n ú t

ở đây, nếu ta quy ước các dòng điện đến nút mang dấu dương, thì các dòng điệnrời khỏi nút sẽ mang dấu âm, hoặc ngược lại Để minh họa, ta áp dụng cho các núttrên hình 1.12 như sau;

Chií ý với nút 3, hoặc tấ t cả các dòng điện đến nút bằng không, hoặc m ột số

dòng là dương thì số dòng còn lại là âm.

M ột cách phát biểu khác của định luật Kirchoff theo dòng là: ỏ một thời điểm bất kì và tại một nút bất kì của mạch điện, tổng các dòng điện nhánh có chiều dương

đi tới niít bằng tổng các dòng điện nhánh có chiều dương rời khỏi nút

Như vậy, với các nút cho trên hình 1.12, ta có thể viết lại như sau:

N út 1: 'ii = Ỉ2

N út 2: ÌỊ + iị =

Hĩnh 1.13: Một nút dòng điện

Tất cả các điểm trong ưiột mạch điện được kết nối trực tiếp bằng các dây dẫn

có thể được biểu diễn như một nút đơn Ví dụ trên hình 1.13, các phần tử A, B, c ,

và D được nối vào một nút chung Áp dụng KCL, ta có thể viết: ia + ib = ic + id

V Í D Ụ 1.7 Áp dụng định luật Kirchhoff theo dòng điện

Sử dụng KCL xác định giá trị của các dòng điện chưa biết trong hình 1.14

Đối với hình 1.14(a), ta có; 1 A + ia = 2 A + 2 A Do đó, ia — 3 A

Tương tự, trên hình 1.14(b) ta có: 3 A + 2 A + 3 A + = 0 nên ib = - 8 A

M ạch nối tiếp

Hai phần tử mạch điện gọi là nối tiếp nhau nếu điểm đầu phần tử này nối với điểm đuôi phần tử kia Trong một nhánh điện, khi các phần tử kết nối liên tiếp nhau, như ví dụ trong hình 1.15, thì ta gọi chúng là mắc nối tiếp với nhau

Ta có, A và B nối với nhau tại nút 1, nên theo KCL: ia = ib

Tương tự, B và c nối với nhau tại nút 2 nên ta có: ib — ic

Do đó, — iịj —

1.5 Các đinh luật trong mạch điện 17

1.5.3 Đ ịn h luật K irchhoff th e o điện áp - KVL

Vòng mạch (loop) trong mạch điện là một quỹ đạo đóng bắt đầu từ một nút, đi qua các phần tử mạch điện liên tiếp nhau, rồi trỏ về nút ban đầu Ví dụ về vòng inạcli đượe minh họa trong hìnli 1.17

Dịnh luật Kirclilioff theo điện áp (Kirchhoff Voltage Law - KVL) được phát biểu

như sau: ” Tông của các điện thế trên các phần tử của mạch điện trong môi vồna mạch bằng không".

Minh họa định luật Kirchhoff theo điện áp bằng mạch điện trong hình vẽ

Vòng 1: - V a + Uh + Uc = 0

Vòng 2: — V c + V e - V d = 0

Vòng 1: - V a + V b + V e - V d ^ 0

V Í D Ụ 1.9 Áp dụng định luật Kirchhoff theo điện áp

Sử dụng KVL, xác định các điện áp Vđ và Ve cho mạch điện trên hình 1.18.

1.5 Các định luật trong mạch điện 19

Áp dụng KVL cho vòng mạch chứa hai phần tử A và B, ta có; —Va + 6 V = 0 V

hay 14 = 6 V.

Dối với vòng mạch gồm các phần tử B, c và D ta được: —GV + S V + Va^^^OV

Do đó, Vd = - 2 V.

Tương tự với vòng mạch gồm các phần tử D, E và F ta có: — Vd + 10 V + K = 0 V hay K - Kí - 10 V = - 2 V - 10 V = - 1 2 V

M ạch so n g son g

Hai phần tử mạch điện gọi là song song với nhau, nếu hai đầu tương ứng của chúng nối với nhau theo từng cặp Khi các nhánh điện cùng kết nối với nhau tại 2 nút, như ví dụ trong hình 1.19, thì ta gọi chúng là mắc song song với nhau

1

ínTTi> 0 vv o2

Trong một mạch điện, tại một thời điểm bất kì, tổng công suất tiêu thụ bởi tấ t

cả các nhánh trong mạch bằng không Hay nói cách khác, tổng công suất phát ra bởi các nguồn trong mạch bằng tổng công suất tiêu thụ trong mạch

20 Giới thiệu

Lời giải

Trong mạch điện trên hình 1.16 có từng cặp hai phần tử c với D và F với G là song song với nhau

V Í D ự 1.11 Áp dụng các định luật của mạch điện

Xác định các dòng điện ia và ib của mạch điện trong hình 1.20.

V Í D Ụ 1.12 Áp dụng các định luật của mạch điện

Xác định giá trị các dòng điện , iy và điện áp nguồn độc lập của rnạch điện trên

hình 1.21, trong đó còn có một nguồn phụ thuộc và điện áp trên hai đầu điện trở

5 íỉ là 15 V

Lời giải

Dầu tiên, theo định luật Ohm ta xác định được iy là;

15 V ^ ,

1.1 Tại sao phải học kỹ th u ật điện? Hãy nêu hai ví dụ thực tế về hệ thống điện?

1.2 Một dây dẫn điện với hai đầu a và b Giả sử có một dòng điện không đổi đi

qua dây iab = —2 A, là dòng electron dịch chuyển từ a tới b Hỏi lượng điện tích

đi qua m ặt cắt dây tại a trong 3 giây là bao nhiêu? Nếu điện tích của một electron

là 1,602 X 10“ ^® c, thì sẽ có bao nhiêu electron dịch chuyển qua mặt cắt a trong

khoảng thời gian đó?

1.3 Dòng điện trong một thiết bị bán dẫn có được do dịch chuyển của hai loại hạt mang điện khác nhau là lỗ trống và electron Điện tích của lỗ trống và electron có cùng biên độ nhưng trái dấu Giả sử trong một thiết bị cụ thể, m ật độ của electron

là 2 X 10^^ electron/m^, và m ật độ lỗ trống là 50 X 10^® lỗ trống/m ^ Thiết bị này có diện tích m ặt cắt ngang là 50 mm^ Nếu các electron dịch chuyển từ bên trái với vận tốc là 0,5 inm /s, và các lỗ trống dịch chuyển từ bên phải với vận tốc là 0,2 m m /s Hỏi:

a) Hướng của dòng điện?

b) Độ lớn của dòng điện trong thiết bị đó là bao nhiêu?

c) Xác định lượng điện tích chuyển qua thiết bị trong khoảng thời gian 1 s

22 Giới thiệu

1.4 Giả sử có một dòng điện chạy trên dây dẫn được cho bởi đường cong như trên hình p 1.1

a) Xác định biểu thức dòng điện qua dây dẫn?

b) Tính lượng điện tích q{t) chạy qua dây trong khoảng thời gian từ í = 0 đến

í = 10 s

1.5 Một dòng điện qua một phần tử mạch điện được cho bởi công thức i{t) = 10e“‘A, t tính theo đơn vị giây Xác định lượng điện tích đi qua phần tử đó trong

khoảng thời gian từ í = 0 đến t — oo?

1.6 Dòng điện qua một phần tử mạch điện độc lập được cho bởi biểvi thức i{t) =

5 s i n { ì 2 0 T ĩ t ) , t tính theo đơn vị giây, góc pha tính theo đơn vị radian.

a) Biểu diễn dòng điện i{t) trong khoảng thời gian từ 0 đến 15 ms.

b) Xác định lượng điện tích chảy qua phần tử trong khoảng thời gian từ 0 đến

10 ms.

1.7 Một dòng các electron tự do di chuyển trong m ột dây dẫn bằng đồng, đường kính

2 mm, tạo ra một dòng điện 2 A Biết rằng điện tích một electron là 1,602 X 10“ '^

c , và m ật độ electron tự do trong dây đồng là 10^^ electrori/in^ Tính vận tốc trung bình của các electron trong dây dẫn đó?

1.8 Một phần tiỉí mạch điện với hai đầu a và b, có Vab = 9 V và iab — 1 niA Xác

định lượng điện tích và năng lượng truyền qua phần tử đó trong khoảng thời gian

10 giây?

1.9 Một pin 12 V cung cấp 100 ĩxiA cho một hộp nổ Hỏi có bao nhiêu năng lượng được cung cấp trong 4 giờ?

1.10 Tính công suất trên mỗi phần tử mạch điện trên hình p.1.2

1.11 Một thiết bị điện có điện áp trên hai đầu a vầ b \ầ V a b = 9 ^ ■ Hỏi năng lượng

truyền cho một điện tích dương 4C là bao nhiêu, khi nó di chuyển qua thiết bị từ a

tới 6?

1.6 Bài tập 23

o B

V a b = 1 2 \ ÌBA = 5 A (c)

Hình p.1.2: Hình bài tập 1.10

1.12 Một bóng đèn với công suất 120 V và 1 A, sử dụng liên tục 8 tiếng trong 1

ngày Giả sử với giá điện là 2.250 đồng trên 1 kWh, thì số tiền mà ta phải trả để thắp sáng bóng đèn này trong 30 ngày là bao nhiêu?

1.13 M ột phần tử mạch điện hai đầu A, B, có vabÌì) = 12V và ÌbaÌì) = 2e“‘A,

thời gian tính bằng đơn vị giây Tính công suất của phần tử đó và năng lượng truyền

qua nó trong khoảng thời gian từ í = 0 đến t = oc7

1.14 Mạch điện mô hình một nguồn điện không lý tưởng rninh họa trên hình p.1.3 Thực tế mạch nguồn bên trong có một điện trở tương đương mắc nối tiếp Cho biết

1.15 M ột thiết bị điện hai đầu a và ò, có Vab{ t ) = 220sm(1207TÍ + ^ ) V và i a b { t ) =

2cos(1207tí + - ) A, thời gian tính bằng đơn vi giây, góc pha tính bằng đơn vi radian

6

24 Giới thiệu

Tính công suất của th iế t bị và năng lượng truyền q u a nó trong khoảng thời gian từ

í = 0 đến í = 10 ms?

1.16 Điện áp và dòng điện của m ột phần tử mạch điện là 0 khi thời gian t < 0 va

khi í > 0, với thời gian tính bằng đơn vị giây, ta có;

v{t) = 50 - 50e-^°“ ' V, i{t) = 75e-^“ “ mA,

a) Tính công suất của phần tử tạ i thời điểm í = 10 ms?

b) Xác định công su ất cực đại phân phối cho m ạ d i và thời điểm xảv ra công suất cực đại?

c) Xác định tổng năng lượng truyền cho phần tử?

1.17 Cho mạch điện như trên hình p.1.4

a) Xác định số nút chuẩn của mạch điện?

b) Tìm các nhánh có các phần tử điện nối tiếp nhau?

c) Tìm các nhánh có phần tử điện là song song với nliau?

1.18 Cho mạch điện như trên hình p.1.5 Cho biết ?’o = 3 A íd = 1 A, và if, = 1 A

Áp dụng KCL, hãy xác định dòng điện qua các phần tử mạch điện còn lại?

1.19 Cho mạch điện như trên hình p.1.6 Sử dụng KVL để xác định các giá trị điện

áp V b , V e và V f ?

1.20 Cho mạch điện như trên hình p.1.7 Cho biết V a = 4 V Vb — s V, V g = —10 V,

và Vh = 15 V Áp dụng KVL, hãy xác định điện áp trên hai đầu mỗi phần tử mạch

điện còn lại?

26 Giới thiệu

1.2 1 Cho mạch điện như trên hình p.1.8.

a) Nếu cho ia = 10 A, và ie = —5 A, hãy xác định các giá trị dòng điện ic, và

1.24 Giả sử điện áp đặt trên hai đầu một điện trở 24 ũ được cho bởi v{t) =

10 cơs (27 tí+ V, thời gian tính bằng đơn vị giây, góc pha tínli bằng đơn vị radian

Tính năng lượng truyền qua điện trở trong khoảng thời gian từ t = 0 đến í = 5 s?

1.25 Cho mạch điện như trên hình p.1.9 Áp dụng định luật Ohin và các định luật

Kirchhoff để xác định giá trị của Ix trong mạch điện?

1.26. Một điện trở dạng vòng xoắn có 5 vòng, mỗi vòng bán kính R — l crn, tiết

diện tròn, đường kính d — 2 mm, điện dẫn suất của vật liệu chế tạo điện trở là

1.28 Hình p.1.11 là mô hình mạch điện của một loa điện tử, với một điện trở 8 rỉ

để inô hình cho loa phát thanh, nguồn dòng điện Ix, điện trở trong 2 0 và các phần

tv’r mô tả một mạch khuếch đại Nguồn điều khiển được sử dụng như trên hình là loại nguồn nào? Nếu công suất phân phối cho điện trở 8 íì là 8 w thì dòng điện qua

nguồn điều khiển là bao nhiêu, và xác định giá trị của dòng Ix có trong mạch điện?

\

Hình p.1.11: Hình bài tập 1.28

1.29 Cho mạch điện như trên hình p.1.12 Nguồn điều khiển đưỢc sử dụng như

trong hình là loại nguồn nào? Xác định các giá trị điện áp Vx và dòng điện iy có

Chương 2

M ạch điện trở

Trong kỹ th u ật điện, để phân tích hoạt động của mạch điện, chíing ta phải xác định rriột số đại htợng nhií điện áp, dòng điện, công suất của mạch điện khi biết giá trị của các linh kiện trong mạch điện Chương 1 trình bày các định luật cơ bản bao

gồin định luật Ohrn và các định luật Kirchhoff Chương này trình bày các phương pháp phân tích mạch điện cơ bản silt dụng phổ biến trong kỹ th u ật điện, điện tử Để sinh viên nắm bắt, hiểu và vận dụng được các phương pháp phân tích mạch, chương này tậ p trung vào các mạch điện điện bao gồm các điện trở và nguồn điện Hai kỹ tlniật phân tích mạch điện là phương pháp nút điện áp và lưới dòng điện sẽ được trình bày, cho phép biểu diễn các mạch điện bằng số phương trình ít nhất Các kỹ

th u ật phân tích ĩiày cũiig sẽ được sử dụng trong phân tích các mạch điện có số lượng phần tử nhiều hưn, có thể bao gồrii cả tụ điện, cuộn cảm và các linh kiện điện, điện

tử khác, với các kết nối bên trong phức tạp hơn

Nguyên lý xếp chồng được sử dụng để phân tích vai trò của từng linh kiện trong mạch Phương pháp phân tích mạch điện dựa trên nguyên lý mạch tương đương Thévenin và Norton cho sinh viên có những khái niệm và phương pháp phân tích mạch theo các khối rnạch Phân tích mạch dựa trên các khối mạch điện và kết nối giữa các khối là nguyên tắc phổ biến trong kỹ th u ậ t thiết kế mạch điện, điện tử hiện đại Chương này kết lại với mạch cầu điện trở, đây là một mạch cơ bản được sử dụng nhiềii trong các mạch đo lường và điều khiển để loại trừ ảnh hưởng của các nhiễu chung

Chương này chỉ giới hạn phân tích các mạch điện trở, tuy nhiên, các kỹ thuật phân tích mạch được trình bày có thể mở rộng để phân tích các mạch phức tạp hơn sau này