Bài giảng mạch điện i

Điện trở hoặc điện cảm tương đương bằng tổng các điện trở hoặc điện cảm mắc nối tiếp.. Điện dung tương đương bằng tổng các nghịch đảo của các điện dung mắc nối tiếp.. Mạch nối tiếp bị

Jan-13 3

1.1 Hệ đơn vị

Độ dài – meter – m

Khối lượng – kilogram – kg

Thời gian – giây – s

Dòng điện – ampe – A

Nhiệt độ – kelvin – K

Ánh sáng – candela – Cd

 Tiền tố

pico – p nano – n micro – µ mili – m

kilo – k mega – M giga – G tera – T

mô tả một ammeter

lí tưởng

Thiết bị A Thiết bị B Thiết bị C

Jan-13 5

1.3 Điện áp

mỗi coulomb thực hiện

được khi di chuyển một

điện tích dương từ điểm 1

mô tả một voltmeter

lí tưởng

Thiết bị A Thiết bị B Thiết bị C

v – ñiện áp, V

w – công, J

q – ñiện tích, C

1.4 Công suất, năng lượng

 Công suất tức thời

 Công suất trung bình

 Cân bằng công suất

vi dt

dq dq

dw dt

2

1

1 2

1 t

t

pdt t t P

( ) = 0

∑ p t

Jan-13 7

1.4 Công suất, năng lượng

 Ví dụ: Biết các công suất

0 4 3 2 1

0

4 3 2 1

−

=

= + + +

− +

= + + + +

B B B

p p

p p p p p

–1/12A

36/5V5/12A

1/3A–2/3A

tích cực

tích cực thụ ñộng

thụ ñộng

thụ ñộng

K

KẾ ẾT THÚC CHƯƠNG T THÚC CHƯƠNG 1 1

 Tổng công suất tức thời tiêu thụ bởi tất cả

các thiết bị trong một mạch điện thì bằng

không.

 Phương trình cân bằng công suất cũng đúng

cho công suất trung bình.

 Quy ước chiều thụ động: dòng điện qua thiết

bị theo chiều từ cực (+) tới cực (-) của điện

áp trên thiết bị

 Với quy ước chiều thụ động, công suất tiêu

thụ bởi một thiết bị bằng tích của điện áp và

dòng điện.

Tổng kết chương 1

 Chúng ta sử dụng hệ thống đơn vị SI

 Coulomb (C) bằng ampere.giây

 Volt (V) bằng joule trên coulomb

 Đơn vị của năng lượng, joule (J), là newton

trên meter

 Đơn vị của công suất, watt (W), là joule trên

giây

Jan-13 9

 Quy ước chiều thụ động:

dòng điện qua thiết bị theo chiều từ cực (+) tới cực (-) của điện áp trên thiết bị

 Với quy ước chiều thụ động, công suất tiêu thụ bởi một thiết bị bằng tích của điện

áp và dòng điện.

 Tổng công suất tức thời tiêu thụ bởi tất cả các thiết

bị trong một mạch điện bằng không.

 Đơn vị của năng lượng,

joule (J), là newton trên

meter

 Đơn vị của công suất,

watt (W), là joule trên

giây

C2 Các định luật và phần tử của MĐ

2.1 Định luật Kirchhoff dòng điện

2.2 Định luật Kirchhoff điện áp

2.3 Nguồn độc lập

Nguồn điện áp

Nguồn dòng điện

2.4 Nguồn phụ thuộc

Phụ thuộc vào điện áp

Phụ thuộc vào dòng điện

2.5 Điện trở

2.6 Điện dung

2.7 Điện cảm

Jan-13 11

2.1 Định luật Kirchhoff dòng điện - LKD

 Phát biểu: tại mọi thời điểm,

tổng đại số các dòng điện rời

khỏi một mặt kín bất kỳ bằng

không

 Biểu thức:

 Áp dụng:

mặt kín ngược dấu so với

dòng điện đi vào theo

i i trong N dòng ñiện rời k- dòng ñiện thứ k

khỏi mặt kín

Mặt kín

( ) ( )

A4

09

2.2 Định luật Kirchhoff điện áp - LKA

 Phát biểu: tại mọi thời điểm,

tổng đại số các điện áp rơi

này tới điểm khác không

phụ thuộc vào đường đi

mạng, mạch phẳng

 Ví dụ 2.3: xác định vx

i k - ñiện áp rơi thứ k trong N ñiện áp rơi theo

chiều của vòng kín1

0

N

k k

0 5 9

x

x

v v

Jan-13 13

2.3 Nguồn độc lập

 Nguồn điện áp

Định nghĩa: điện áp trên

hai đầu cực xác định bởi

hàm thời gian v(t) không

phụ thuộc vào dòng điện

gian i(t) không phụ thuộc

vào điện áp đầu cực của

Máy phát

Ăc quy

Tải

V 12

=

L

v

A 5

0 30 35

=

→

= +

−

B

Bi i

( ) 5 60 W 12

= iBp

2.4 Nguồn phụ thuộc vào điện áp

 Nguồn điện áp phụ thuộc

vào điện áp (NAA)

V 4 2

Các đường dùng cho phương trình LKA thứ hai

2.4 Nguồn phụ thuộc vào dòng điện

 Nguồn điện áp phụ thuộc

vào dòng điện (NAD)

5 7

v v

Ri i Ri i

v p

ab ab ab

ab ab ab ab

ab

Jan-13 21

2.5 Điện trở - điện dẫn

( ) 5 12 12 5 V 1

0 12 1

0 30 35

=

→

= +

−

B

B

i i

cực có dòng điện tỉ lệ với đạo

hàm theo thời gian của điện áp

đầu cực

ab

ab v dt

d C

+ v ab–

C

Hệ thống ñiện

ñiện môi

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )

( )

( )

( )

( ) 02

12

dv Cv d

i v t w

t v

v

t v

v t

λ

λλλ

λλ

24 10

3

40

40 6

t

t

e ,

e dt

d v

dt

d C i

10 24 10 3

1 4

1 0

40 0

40 3 6

0

t t t

e

d e

id C v t v

cực có điện áp tỉ lệ với đạo hàm

theo thời gian của dòng điện

qua nó

Hệ thống ñiện

ab

dt

d L

12

di Li d

i v t w

t

i

t

i t

λ

λλλ

λλ

40 cos 24 10

3 3

t ,

t dt

d i

dt

d L v

4000 cos 24 10 3

1 4

1 0

0 3 0

t

d

d v L i t i

t t

+

=

× +

 Năng lượng tích trữ trong điện dung tỉ lệ

với bình phương điện áp.

 Điện áp điện cảm tỉ lệ với đạo hàm của

dòng điện.

 Năng lượng tích trữ trong điện cảm tỉ lệ

với bình phương dòng điện.

 Điện áp trên điện trở tỉ lệ thuận với dòng

điện.

 Điện dẫn bằng nghịch đảo của điện trở.

 Dòng điện trên điện dẫn tỉ lệ với điện áp

 Công suất tiêu thụ bởi điện trở tỉ lệ thuận

với bình phương dòng điện.

 Điện áp trên một nguồn áp độc lập không

phụ thuộc vào dòng qua nó.

 Nguồn áp không volt tương đương với một

mạch ngắn.

 Dòng điện qua một nguồn áp phụ thuộc thì

độc lập với điện áp trên nó.

 Điện áp trên một nguồn áp phụ thuộc được

xác định bởi phương trình điều khiển.

Tổng kết chương 2

 LKA: Tổng của điện áp rơi trên một đường kín

bất kỳ bằng không.

 Một vòng là một đường kín qua các nhánh và

không qua cùng một nút quá 1 lần.

 Chúng ta có thể vẽ sơ đồ của mạch điện

phẳng sao cho các đường chỉ cắt nhau khi

chúng được nối với nhau.

 Một mắt lưới là một vòng không bao vòng

khác Chúng ta chỉ định nghĩa mắt lưới cho

mạch phẳng.

 Các nhánh song song có hai nút chung và có

cùng điện áp.

 Một đường không chạy theo một nhánh gọi là

mạch hở Dòng điện qua mạch hở thì luôn

bằng không.

 Một nút là giao điểm của từ ba nhánh lên thì

gọi là nút giao.

 Các nhánh nối tiếp được nối các đầu với nhau,

không có nút giao ở các điểm nối và có cùng

 Đầu của một hoặc nhiều nhánh gọi là nút.

 Đoạn dây nối giữa hai điểm là mạch ngắn

Điện áp trên mạch ngắn thì luôn bằng không.

 Tất cả các điểm nối với các điểm khác bằng

mạch ngắn tạo nên một nút đơn.

nhánh lên thì gọi là nút giao.

đầu với nhau, không có nútgiao ở các điểm nối và có cùngdòng điện

độc lập không phụ thuộc vàodòng qua nó

đương với một mạch ngắn

phụ thuộc thì độc lập với điện

áp trên nó

phụ thuộc được xác định bởiphương trình điều khiển

Tổng kết chương 2

rơi trên một đường kín bất kì

mạch điện phẳng sao cho các

đường chỉ cắt nhau khi chúng

được nối với nhau

không bao vòng khác Chúng

ta chỉ định nghĩa mắt lưới cho

mạch phẳng

Jan-13 29

với đạo hàm của điện áp

điện dung tỉ lệ với bìnhphương điện áp

đạo hàm của dòng điện

điện cảm tỉ lệ với bìnhphương dòng điện

thuận với dòng điện

Jan-13 31

3.1 Mạch điện song song

 Định nghĩa: đầu của các phần tử được nối

với hai nút chung.

 nếu không, viết LKD cho 1 nút, kết hợp với các phương

trình đầu cực, giải phương trình để xác định điện áp

1

1 = v= =

( ) 2 4 A 2

2 1

3 = − i = − = −

i

( ) 12 3 A 4

1 4

1

4 = v = =

i

04 3 2 1

 nếu không, viết LKD cho 1 nút, kết hợp với các phương

trình đầu cực, giải phương trình để xác định điện áp

16

1236

V108

=

v

0

4 3 2 1

5+i +i +i +i =

i

3.1 Mạch điện song song

 Biến đổi tương đương

R

R

1 1

1 1

2 1

+ + +

N

p

L L

L

L

1 1

1 1

2 1

+ + +

Ω 2 1 2 3 12

12 1 6 1 4 1 1

= + +

=

+ +

=

p

R

A 6 2 12 1

=

=

= v R i

p

G i

N

k k

+++

=

L

2 1

( ) ( ) (14 16 112)6 1A

121

A261216141

61

−

=+

+

−

=

=+

+

=

c

b i i

3.2 Mạch điện nối tiếp

 Định nghĩa: các phần tử được nối liên tiếp

với nhau và không có nút giao giữa chúng.

 Các phần tử đều có cùng dòng điện đi qua

Jan-13 37

 Phân tích mạch

Tìm dòng điện chung

 nếu mạch kích thích bằng nguồn dòng – dễ dàng

 nếu không, viết LKA cho vòng, kết hợp với các phương trình

đầu cực, giải phương trình để xác định dòng điện chung

16

1

1= i= =

v v2=3V

( )2 4 V 2

21

3 = − v = − = −

v

( )12 3 V 4

1 4

 nếu không, viết LKA cho vòng, kết hợp với các phương trình

đầu cực, giải phương trình để xác định dòng điện chung

16

1236

0

4 3 2 1

5+v +v +v +v =

v

A108

=

i

Jan-13 39

3.2 Mạch điện nối tiếp

 Biến đổi tương

R

R v

N

k k

+++

=

L

2 1

V 14 30 7 5 3 7

V 10 30 7 5 3 5

−

= + +

−

=

= + +

=

c

b

v v

30 V

Jan-13 41

3.3 Sử dụng các biến đổi tương đương

để phân tích mạch điện

không làm ảnh hưởng tới phần còn lại của mạch

làm đơn giản mạch.

Thay thế các phần tử mắc song song (nối tiếp) bằng các tương đương.

Lặp lại bước trên nếu xuất hiện các phần tử mắc song song (nối tiếp) mới.

Ắc quy

KẾT THÚC CHƯƠNG 3

 Các phần tử tương đương nối tiếp và song

song thường là một công cụ để phân tích

hoặc song song trước khi tính phần tử nối

tiếp hoặc song song tưong đương.

 Điện trở (hoặc điện cảm) tương đương bằng

tổng các điện trở (hoặc điện cảm) mắc nối

tiếp.

 Điện dung tương đương bằng tổng các

nghịch đảo của các điện dung mắc nối tiếp.

 Điện áp tổng chia tỉ lệ với các điện trở mắc

nối tiếp.

Tổng kết chương 3

 Mắc nối tiếp: các nhánh được nối liên tiếp với

nhau mà không có nút ghép nào giữa chúng

Các phần tử mắc nối tiếp có cùng dòng điện

chạy qua

 Mạch nối tiếp bị tác động bởi một nguồn

dòng thì biết được dòng điện Điện áp trên

nguồn dòng tìm được từ phương trình LKA.

 Mạch nối tiếp bị tác động bởi một nguồn áp

thì viết phương trình LKA theo i và giải tìm

dòng điện này.

 Tổng nghịch đảo của các điện trở (hoặc điện

cảm) mắc song song bằng nghịch đảo của

điện trở (hoặc điện cảm) tương đương.

 Tổng của các điện dẫn mắc song song bằng

điện dẫn tương đương.

 Tổng của các điện dung mắc song song bằng

điện dung tương đương

 Dòng điện tổng chia tỉ lệ với nghịch đảo của

các điện trở.

 Các nhánh có hai nút chung gọi là mắc song

song Các phần tử mắc song song thì có cùng

điện áp.

 Nếu một mạch song song bị tác động bởi một

nguồn áp, thì biết được điện áp v Dòng điện

qua nguồn điện áp này tìm được từ phương

trình LKD

 Nếu một mạch song song bị tác động bởi một

nguồn dòng, viết phương trình LKA theo v và

giải tìm điện áp này

song song bằng điện dẫn tương đương.

song song bằng điện dung tương đương

nghịch đảo của các điện trở

thì biết được điện áp v

Dòng điện qua nguồn điện

áp này tìm được từ phương

trình LKD

tác động bởi một nguồn

dòng, viết phương trình LKA

theo vvà giải tìm điện áp

này

tương đương bằng tổng các điện trở (hoặc điện cảm) mắc nối tiếp

bằng tổng các nghịch đảo của các điện dung mắc nối tiếp

các điện trở mắc nối tiếp

đương cho phép đơn giản hóa các mạch điện phức tạp

Tổng kết chương 3

được nối liên tiếp với nhau

mà không có nút giao nào

giữa chúng Các phần tử

mắc nối tiếp có cùng dòng

điện chạy qua

một nguồn dòng thì biết

được dòng điện Điện áp

trên nguồn dòng tìm được từ

phương trình LKA

một nguồn áp thì viết

phương trình LKA theo i và

giải tìm dòng điện này

k

, v

Jan-13 47

4.2 Phương trình điện áp nút

 Phương trình điện áp nút đều là phương trình LKA

các nút nối với nút gốc bằng các nguồn áp

 Ví dụ 4.1: Viết các phương trình điện áp nút

01

8

2 1 12

12

1

10

12 10

v v v

i

v

i

i i

1

6

1

612

/ /

( )

762

063

=

−

=

−++

13

1 + =

V12V,

1= v =

v

41

V30

 sử dụng LKA xác định quan hệ điện áp nút theo điện áp nút chính

 viết kết quả lên sơ đồ

(c) Các nút còn lại cũng là các nút chính

(d) Viết các phương trình theo LKD cho các nút (c) và siêu nút

4 Giải hệ phương trình

83 30 23

5 1 15 7

2

v

v / / / /

V40

3

2

55

=

+

02

402

15

2205

1 2 1 2 2 1

2−v +v + v −v + v −v − =

v

V40V;

30V

20V;

2 1 2

L v v v v v v

v3= 2−

043

1 2 1

2− + − − + v −v + v =

dt

d C v v v v v

b b

Giải phương trình sẽ đề cập C8 và C9

ik = 0 1 2

4.5 Phương trình dòng điện vòng

 Phương trình dòng điện vòng đều là phương trình LKD

Jan-13 57

4.5 Phương trình dòng điện vòng

 Phương trình dòng điện vòng đều là phương trình LKA

( ) 6

3

01

8

2 1 2

1

1

2 1

i i

v

i

v

v v

−

=

=

=+++

16

1

612

/ /

( )6 03

1

A12A,

 Phương trình dòng điện vòng gồm cả LKD và LKA

Siêu vòng: các vòng chung nhau các nguồn dòng nhưng

không có nguồn dòng ở nhánh ngoài

Phương trình cho siêu vòng:

 LKA cho siêu vòng,

 các phương trình còn lại đều là LKD

4 1 5 1

2

1

i

i / /

A, 30

4 3 3 2

(d) Viết các phương trình theo LKA cho các vòng (c) và siêu vòng

63

2 2 2 1

131

11213

2

1

i

i /

2

1

i i

5 1 15 7

2

i

i / / / /

3

1 2 2

3

2

5

i i

i

i i v i

40 2

15

2 20 5

1 2 1 2 2 1

2−i + i + i −i + i −i − =

i

A40A;

30A

20A;

i

i i

2 1 2

C i i i i i i

2

402

15

2205

1 2 1 2 2 1

2−i + i + i −i + i −i − =

i

4.7 Lựa chọn phương pháp

 Phương pháp điện áp nút:

1 (khối lượng công việc chủ yếu phụ thuộc vào việc giải LKD)

 Phương pháp dòng điện vòng:

(khối lượng công việc chủ yếu phụ thuộc vào việc giải LKA)

 Chọn phương pháp có khối lượng tính toán ít hơn

 Còn tùy thuộc vào mạng điện và yêu cầu phân tích.

Jan-13 67

Tổng kết chương 4

 Chỉ sử dụng phương pháp dòng điện vòng cho mạch phẳng.

 Nếu có thể đi từ bên trong của một vòng ra phía bên ngoài của mạch mà chỉ cắt các nguồn dòng thì cần một phương trình LKD cho vòng đó

 Một vòng không chứa nguồn dòng cần một phương trình LKA.

Số phương trình cần thiết bằng với số vòng trong siêu vòng (trong đó chỉ có 1 LKA)

 Mỗi vòng cần một phương trình dòng điện vòng.

 Chú ý giảm bớt số vòng trước khi áp dụng phương pháp dòng điện vòng.

 Các nút nối với nhau bằng

nguồn áp, nhưng không nối

 Phần tử dừng (theo thời gian): trễ đầu vào gây trễ đầu

ra với cùng khoảng thời gian.

 Phần tử tuyến tính:

lần

2 thì đầu vào bằng tổng của hai đầu vào 1 và 2 sẽ tạo ra đầu

ra bằng tổng của hai đầu ra 1 và 2

 Nguyên lí xếp chồng: Đáp ứng của một mạch tuyến tính

gây bởi các nguồn độc lập bằng tổng các đáp ứng gây

bởi tác động riêng rẽ của từng nguồn độc lập

Jan-13 71

5.1 Tuyến tính và xếp chồng

Áp dụng nguyên lí xếp chồng để tính điện

áp v và dòng điện i của mạch

 Tính đáp ứng v’ và i’ gây bởi v a

 Tính đáp ứng v’’ và i’’ gây bởi ib

 Tính đáp ứng v’’’ và i’’’ gây bởi vc

 Đáp ứng tổng bằng tổng ba đáp ứng riêng rẽ:

v = v’ + v’’ + v’’’

i = i’ + i’’ + i’’’

Mạch tuyến tính

a) Chỉ nguồn v atác động b) Chỉ nguồn i btác động c) Chỉ nguồn v

song với điện trở Rp

là tương đương nếu:

R= Rs= Rp

vs= voc, is= iscvà

R liên hệ với nhau

qua luật Ohm:

định qua luật Ohm:

dụng nhiều lần biến đổi

nguồn tương tương.

áp 250V nối tiếp với điện trở

10Ω (tương đương A):

Jan-13 77

5.2 Nguồn tương đương

Ví dụ 5.3: Áp dụng

 Biến đổi tương đương nguồn dòng 25A

nối song song với điện trở 6Ω (tương

đương B):

 Mạch điện tương đương (c)

 Tính điện trở tương đương:

 Mạch điện tương đương (d)

 Biến đổi tương đương nguồn áp 150V

nối tiếp với điện trở 10Ω (tương đương

 Tính (đo) dòng điện i và thay thế mạch

B bằng một nguồn dòng với giá trị vừa

Điện trở Rthđo được trên hai cực a

và bkhi triệt tiêu tất cả nguồn độc

nguồn áp có giá trị vocmắc nối tiếp

với một điện trở có giá trị Rth

tối thiểu hóa số vòng, sử dụng

Norton nếu muốn tối thiểu hóa

đương Thévenin cho

mạch bên trái hai cực a

và b (hình vẽ)

 Áp dụng LKD để tìm

điện áp hở mạch:

 Áp dụng LKD

Jan-13 83

5.3 Định lí Thévenin và Norton

Ví dụ 5.4

 Triệt tiêu tất các các nguồn độc

lập trong mạch bên trái hai cực

a và b , hình vẽ

 Tính điện trở tương đương:

 Kết quả được mạch tương

đương Thévenin như hình vẽ.

đương Norton cho mạch

bên trái hai cực a và b

Jan-13 85

5.3 Định lí Thévenin và Norton

Ví dụ 5.5

 Triệt tiêu tất các các nguồn độc

lập trong mạch bên trái hai cực

a và b , hình vẽ

 Tính điện trở tương đương:

 Kết quả được mạch tương

đương Norton như hình vẽ. Tải

5.3 Định lí Thévenin và Norton

Ví dụ 5.6

Xác định mạch tương

đương Thévenin cho

mạch bên phải hai cực a

Nguồn tín hiệu Khuếch đại Tải

(microphone) (emiter + công suất) (Loa)

Điện áp hở mạch và dòng ñiện ngắn mạch ñều bằng 0 ñối với mạch ñiện trở không chứa nguồn ñộc lập bất kì