Bài giảng Mạch điện 1 - Chương 1: Khái niệm chung về mạch điện

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN 1 MÃ MÔN HỌC: 401Ỏ01 GV. TRẰN THỊ THU THÀO 40100L Mạch điện 1 02 Jan 2011 ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC □Thi giữa kì: 20% □Kiểm tra trên lớp: 10% □Thi cuối kì: 70% TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Mạch điện I”; Phạm Thị Cư, Trương Trọng Tuấn Mỹ, Lê Minh Cường; Nhà xuất bản Giáo dục □[2] “Bài tập Mạch điện I”; Phạm Thị Cư, Trương Trọng Tuấn Mỹ, Lê Minh Cường; Nhà xuất bản Giáo dục □[3] “Lý thuyết mạch 1, 2”; Nguyễn Quân; trường đại học Bách khoa TPHCM [4] “Bài tập Lý thuyết mạch 1,2”; Nguyễn Quân; trường đại học Bách khoa TPHCM 02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 2 CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN Phạm vi ứng dụng của lý thuyết mạch. Mạch điện và các phần tử mạch: R, L, c, nguồn độc lập, nguồn phụ thuộc. Phân loại mạch điện: có thông số tập trung- có thông số rải, tuyến tính- phi tuyến, dừng- không dừng. Các định luật cơ bản: Ohm, Kirchhoff 1, Kirchhoff 2. 02 Jan 2011 40100L Mạch điện 1 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH Mạch điện được tạo thành từ các phần tử mạch và dây nối. Dựa theo chức năng phần tử mạch được chia thành 2 loại: Phần tử nguồn: phần tử phát năng lượng, tín hiệu cho các phần tử còn lại. Phần tử tải: phần tử nhận năng lượng, tín hiệu từ các phần tử còn lại Dựa theo cấu trúc chia phần tử mạch thành nhiều loại Phần tử 2 cực 1. 1 PHẠM VI ỨNG DỤNG CŨA LỶ THUYẾT MẠCH vô tuyến điện thường dùng hai loại mô hình: ■ Để khảo sát hiện tượng điện tử trong kỹ thuật điện, điện tử, Mô hình trường Lý thuyết trường Mô hình mạch <-» Lý thuyết mạch. ■ Trong lý thuyết mạch điện, các thông số được sử dụng là : u, I ... Việc khảo sát được dựa trên hai định luật K1, K2. 02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ví dụ: Điện trở, cuộn khắng, tụ điện MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ■ Phần tử 3 cực: 40100L Mạch điện 1 Ví dụ: TRANSISTOR, MOSFET, TRIAC, SCR.. í ■ Phần tử 4 cực: Ví dụ: MBA 1 pha 02 Jan 2011 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỪ MẠCH Điện áp giữa A với B là công cần thiết để làm dịch chuyển một đơn vị điện tích từ A đến B. u, vôn (V) Uab=Ua-Ub Các phần tử hai cực: i = <PR(ụ) (1) d.l.Điên trở: tiêu tán năng lượng điện từ Phương trình trạng thái “ = A(0 hoặc fR và (pR /à các hàm Hên tục Quan hệ (1) gọi là đặc tuyến V-A phần tử điện trở. Nếu đặc tuyến Ì/-A là đường thẳng có phần tử điện trở tuyến tính. Quan hệ giũa u và I biểu thị qua định luật Ohm: Ể 1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH . ng là một phần của mạch được tạo thành từ phần tử nguồn và phần tử tải, liên lạc về năng lượng thông qua các cửa b. Dòng điện là dòng chuyển động có hướng của các điện tích. b.1. Chiều dòng điện: Chiều Quy ước A i B Giả sử tại một thời điểm t = 0 —J “° i > 0 : Chiều Dòng Thực Tế Cùng với chiều quy ước. i < 0 :Chiều Dòng Thực Tế Ngược với chiều quy ước b.2.Cường độ dòng điện: (dòng điện) là lượng điện tích dịch chuyển qua một bề mặt nào đó trong một đơn vị thời gian. I, Ampe (A). 02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 10 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ■ R là điện trở (Q) ỈR — Gur ■ G là Điện Dẩn (íĩ1) hoặc (S) G-1; r ! R G d.2. Điện cảm: Trao đổi năng lượng từ trường. ■ Đặc trứng bởi quan hệ: Ỹ=fL(i) (Mịt) u(Ị) = ^-=-eLịt) at Điện áp rơi trên điện cảm: . Mà W)=Zi Điện cảm tuyến tính , L=const => M(0 = 4(Zi(0)=z^ dt dt Cuộn dây\à phần tử tải 2 cực có quan hệ giữa điện áp và dòng điện theo phương trình : dt Điện áp Dòng điện í(í) = ỵJu(/)íZí + z(í0) 02 Jan 2011 40100L Mạch điện 1 13 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH Tụ điện là phần tử tải 2 cực có quan hệ giữa điện áp và dòng điện tuân theo phương trình toán: Dòng điện: Điện áp: dt 1 r.z.x w(0 = t;I Wí+«ơo) i(t) + u(t) Công suất Công suất tức thời p(t) =u(t).i(t)d.3.Điện dung :Trao đổi năng lượng điện trường Đặc trưng bởi quan hệ q = fc(u) Nếu đặc tuyến là đường thẳng, có phần tử điện dung tuyến tính. dt Dòng điện qua điện dung bằng tốc độ biến thiên của điện tích: í(,) = c^ dt 02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 14 Với q(t) = Cu(t) Ji .2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ^Tlăng lượng cung cấp cho đoạn mạch (to —► t0 4- At) w (t0, tữ + Aí) = J p(t)dt = J uịi)i(ỷ)dt với chiều( +) của u và i được chọn như hình vẽ: p(t)> 0: Mạch thu năng lượng p(t)< 0: Mạch phát năng lượng e.l Công suất và năng lượng trên điện trở: pRịt) = u(f).i(f) = R.i2(t) = G.u2(f) Với R>0 ■=> p>0, điện trở tiêu thụ năng lượng t0 đến to + At: Năng lượng tiêu tán trên điện trở trong khoảng thời gian từ 0^2. công suất tức thời tiêu hao trên điện dung c là: Pc ơ) = «ơ) j(0 = Cm(í) at ■ Năng lượng tích luỹ trên điện dung tại thời điểm t: ^cơ)=. pc(r)dT = C 'u(T)^dr = C ' 1 1 z» 2 / \ udu = ịCu (ì) ■ Khi I u I tăng từ |uj lên |u2| (> I uj) thì năng lượng điện trường tích luỹ vào phần tử C: \wc(t) = ^c(uị-uị) ■ Ngược lại c không có hiện tượng tiêu tán năng lượng mà chỉ có hiện tượng phóng thích năng lượng điện trường. 02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 17 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH Nguồn điện áp độc lập ■ Là phần tử hai cực mà điện áp của nó không phụ thuộc vào giá trị dòng điện cung cấp từ nguồn và chính bằng sức điện động của nguồn: u(t)=e(t) ■ Kí hiệu e(t) u(t) i(t) ■ Dòng điện của nguồn sẽ phụ thuộc vào tải ăTcông suất và năng lượng trên điện cảm: pL(t) = u(t)iịt) = Năng lượng tích luỹ trên L tại thời điểm t: ỈFĂ(í) = íP:(t)cIt = L Ịi(r) dr = L Ịidi = ^Zi2(í) J J ÚT \ 2 Khi |i| tăng từ |ij ■=> |i2| (>141) thì NL điện trường được tích luỹ vào phần tử L thêm một lượng: A^(0=^fe-A2) Ngược lại toàn bộ NL trong cuộn L phóng ra mạch ngoài. 02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 18 ,1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH Nguồn dòng độc lập ■ Là phần tử hai cực mà dòng điện của nó không phụ thuộc vào điện ắp trên hai cực nguồn: i(t)=j(t) ■ Kí hiệu: I—+ u(t) Jr(t) J(t) (ị) U© L o _ i© ■ Điện áp trên các cực nguồn phụ thuộc vào tải mắc vào nó và chính bằng điện áp trên tải này. i. Các nguồn phụ thuộc: Giá trị của ắp( dòng) phụ thuộc vào dòng/áp ở vị trí khác của mạch. Voltage -Cotrolled Current Source (VCCS)-Nguồn dòng phụ thuộc áp :i2 =g.Uí Current-Controlled Voltage Source (CCVS)-Nguồn ắp phụ thuộc dòng: u2 =r.i1 '1 xệ t Voltage -Cotrolled Voltage Source (VCVS)-Nguồn ắp phụ thuộc áp: u2 =a.Ui Current-Controlled Current Source (CCCS)-Nguồn dòng phụ thuộc dòng: i2 =0-4 •e Jan 2011 40100L Mạch điện 1 21 PHĂN LOẠI MẠCH ĐIỆN vào quan hệ kích thước hình học của mạch với độ dài của ■ Một mạch được coi là thông số tập trung hay rải tùy thuộc bước sóng của trường điện từ trong mạch <0.012 ■ 1 : Kích thước hình học của mạch J'max " , 1 7» ‘ b. Mạch tuyến tính và không tuyến tính. Mạch tuyến tính thoả mãn nguyên lý xếp chồng và nguyên lý tỷ lệ- Nguyên !ý xếp chồng:Đáp ứhg đối với tác động đồng thời n kích thích sẽ bằng tổng n đáp ứhg đối với từng kích thích thành phần: y=yi+y2+■ ■ ■+yn 1.3 PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN a. Mạch có thông số tập trung- có thông số rải Mạch có thông số tập trung là mạch chứa các phần tử có thông số tập trung. Dòng và áp trên phần tử có thông số tập trung không phụ thuộc vào không gian mà chỉ phụ thuộc vào thời gian. Mạch có thông số rải là mạch chứa các phần tử có thông số rải. Dòng và áp trên phần tử có thông số rải không những phụ thuộc vào không gian mà còn phụ thuộc vào thời gian. 02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 22 PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN Nguyên lý tỷ lệ Với kích thích có đắp ứng y(t) Vói kích thích Af(t) ■=> có đáp ứng Ay(t) Trong đó: A là hằng số. Mạch không thoả mãn nguyên lý xếp chồng và nguyên lý tỷ lệ gọi là mạch phi tuyến. c. Mạch dừng và không dừng. Nếu đáp ứhg của mạch không phụ thuộc vào thời điểm ở đó các kích thích được tác động vào mạch thì gọi là dừng Mạch chỉ chứa một phần tử có tham số thay đổi theo thời gian thì là mạch không dùhg CAC ĐỊNH LUẶT cơ BAN VỀ 'mạch điện lai định luật Kirchoff (Hl.ll) 1. Định luật Kirchoff dòng nut9k=l Tại nút A (HI. 10): - Ỉ2 + Í3 - z4 = 0 2. Định luật Kirchoff Áp n Ệ ±ư*=0 ưong,Ã=l ► Trong vòng 1234 (ABCD) (H 1.11): uí—u2+u3—u4=() 02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 2E