các định luật mạch điện

Chương 2 Cơ bản về mạch điện 1 I N T C B NĐ Ệ Ử Ơ Ả I. Những phần tử mạch điện • Sơ đồ mạch điện cơ bản: dây dẫn • K Bộ phận tiêu thụ có thể không có điện do nguồn cung cấp Nguồn cấp điệnDC T iả Ch thỉ ị (ch n)ọ 2 II. Các định luật mạch điện • 1. nh lu t Ohm VĐị ậ AB A B I VAB = RI I = VAB/R R = VAB/I • Thí d 1:ụ Cho I = 2 A, R = 10  • VAB = 10(2) = 20 V 2. Đònh luật Joule Khi có dòng điện chạy qua vật dẩn có điện trở R thì công suất tiêu tán nhiệt của R được cho bởi: • P = I 2 R = VI = V 2 /R ( W) • Thí dụ: Cho I = 3 A, R = 2  P = 2(3 2 ) = 18 W Ω R Ω Ω 3 3. nh lu t KirchhoffĐị ậ • a). Đònh luật Kirchhooff về dòng điện ( KCL) • Dòng điện tổng cộng I1 I2 tại một nút ( nút j) là bằng không (zero) I3 j I4 • H. 2 với qui ước: - Dòng điện đi vào nút có dấu - - Dòng điện di ra khỏi nút mang dấu + • Thí dụ trên H.2 cho: - I1+ I2 +I3 – I4 = 0 hay I1 + I4 = I2 + I3 • Tổng quát: Tổng số dòng điện đi vào = tổng số dòng điện đi ra khỏi nút. 1 0 n j j i = = ∑ 4 • b). Đònh luật Kirchhoff về điện thế (KVL) • Tổng cộng điện thế của một vòng mạch điện là bằng không: với qui ước: khi ta chọn chiều dòng điện bất kỳ, - Điện thế có dấu – khi dòng điện đi vào cực – của nguồn điện, - Khi giải xong, nếu I > 0 chiều dòng điện được chọn là đúng nếu I < 0 chiều dòng điện chọn sai, phải đổi chiều ngược lại. Thí dụ1: Phương pháp vòng Cho mạch điện theo h.3: • Chọn chiều dòng điện theo H.3, cho: -V+V1+V2+V3 =0 -V + R1I + R2 I+ R3I =0 • Suy ra: • Vậy chiều dòng điện được chọn là đúng. • Ta có thể viết: V = V1 + V2 + V3 • Hoặc theo phát biểu sau: Điện thế của mạch chính bằng tổng cộng điện thế của các nhánh phụ mắc nối tiếp tạo thành mạch chính đó. 1 0, n k k V = = ∑ ( ) 1 3 4 12 12 2 0 1 2 3 6 V V I A R R R = = = = > + + + + Ω R1 1 R2 2 R3 3 + V 12V I 5 Thí dụ 2: Tính dòng điện qua điện trở tải RL theo mạch ở H.4 : Giải: Ta chọn chiều dòng I 1, I 2 chạy trong vòng thứ 1 và vòng thứ 2 như ở H.4. • Áp dụng đònh luật Kirchhoff cho: • Thay trò số các điện trở vào được: (4) ( 1+2+4) K I2 = 1k I1  7 I2 = 1 I1 (5) (3)  V = (1 + 1 k )I1 – 1k I2  12V = 2k 7I2 – 1k I2 = 13k I2 • Kết quả: I2 = 12 V/ 13 k =0,923 mA ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 2 1 2 2 2 1 3 2 2 1 2 1 2 2 2 3 2 1 1 0 (1) 0 (2) (1) (3) (2) (4) L L V R I R I I R I I R I R I V R R I R I R R R I R I − + + − = − + + = ⇒ = + − ⇒ + + = D C B A R1 1k R3 2k R2 1k RL 4 + V 12V I1 dong dien I2 I1 I2 I2 Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω 6 Thí dụ: phương pháp nút Cho mạch: • Áp dụng đònh luật Kirchoff về dòng -Nút 1 cho: - Nút 2: 1 2 3 1 2 3 1 1 1 2 1 2 3 0 0 0 (1) I I I I I I V e e e e R R R − − + + = − − = − − − = + - 4 I + - e1 V R1 1 R2 2 R3 R4 e2 I1 I3 I2 - I4 + 3 4 1 2 2 3 4 0 0 (2) I I I e e e I R R − + = − − + = ( ) ( ) 2 1 1 1 2 3 3 1 2 3 3 4 1 1 1 1 (3) 1 1 2 (4) V e e R R R R R e I e R R R   ⇒ = + + −  ÷     ⇒ = − + +  ÷   7 • Hoặc viết lại theo dạng điện dẫn: • Giải theo qui tắc Cramer, cho: ( ) ( ) 1 1 1 2 3 2 3 1 3 2 3 4 (5) (6) G V e G G G e G I e G e G G = + + − = − + + [ ] [ ] [ ] [ ] 1 1 2 3 3 1 2 3 3 4 0 (7) 0 1 G G G G G e V e I G G G G e S s   + + −       =         − +             = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 3 4 3 1 2 1 2 3 3 4 3 1 3 1 4 3 1 3 1 4 2 3 2 4 3 4 1 3 1 2 3 2 2 1 2 3 3 4 3 VG G G IG e G G G G G G V G G G G IG G G G G G G G G G G G G V G G G I e G G G G G G + + = + + + − + + = + + + + + + + = + + + − 8 Thí dụ: • Cho mạch điện trên với V=1V, R1 = 3 , R2 = 4 , R3 = 2 , R4 = 5 • I = 1A. Tính trò e 1, e 2, và dòng I chạy qua điện trở R5. • Giải: e1 = 0,65V e2 = 4,75V I = 0,95A Ω Ω Ω Ω + - 4 I + - e1 V R1 1 R2 2 R3 R4 e2 I1 I3 I2 - I4 + 9 II. Nguyên lý chồng chất (xếp chồng) Cho mạch như trên thí dụ trên, nhưng giờ có thêm nguồn tác động V2: Giải: (t ng t )ươ ự + - V2 + - 4 I + - e1 V1 R1 1 R2 2 R3 R4 e2 I1 I3 I2 - I4 + ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 1 2 1 2 2 1 3 2 1 3 2 4 1 1 2 2 1 1 2 3 2 3 1 3 2 3 4 0 0 V e G V e G e e G e e G e G I V G V G e G G G e G I e G e G G − + − + − = − − + = ⇒ + = + + − = − + + 10 [...]... thành mạch điện đơn giản (H.b) như sau, với đònh nghóa sau: A RTH A VTH MạchBđiện bất kỳ • • • • • RL RL B Điện thế Thevenin VTH : tính được khi cho hở tải RL Điện trở Thevenin RTH: tính được khi cho hở tải và nối tắt các nguồn điện thế có trong mạch Và cho hở các nguồn dòng có trong mạch điện VTH = VOC RTH = ROC 14 Thí dụ: Cho lại mạch điện ở H 4 • R1 1k I1 Tính được lần lượt sau: V 12V R3 2k A C I2 +... tổng số các đáp ứng đối với mỗi nguồn riêng l ẻ Khi tính đáp ứng đối v ới m ột nguồn độc lập, ta phải triệt tiêu các nguồn kia (Nối tắt nguồn hiệu thế và để hở ngu ồn dòng đi ện, t ức c ắt b ỏ nhánh có nguồn dòng điện) , riêng nguồn phụ thuộc vẫn giữ ngun • 12 • • Thí dụ Tìm hiệu thế V2 trong mạch hình a • 2A b 13 III Đònh lý Thevenin • Với mạch điện bất kỳ(H.a), ta có thể biểu diễn thành mạch điện đơn... bằng đònh luật Kirchhoff, nhưng nhanh và tiện lợi hơn, nên thường được áp dụng trong giải mạch điện tử 15 IV Đònh lý Norton • Là đònh lý tương đối tính của đònh lý Thevenin, được biểu diễn như sau: RTH A A VTH + 6V I RL I IN INorton RN RNorton B B • Điện thế Nguồn thế Nối tiếp Điện trở nối tiếp Với đònh nghóa: IN = ISC • RN = ROC = RTH Do đó: VTH = INRN RTH = RN Dòng điện Nguồn dòng Song song Điện trở... dòng lý tưởng (Rs  ) ∞ 17 Sự tương đương giữa mạch Thevenin và mạch Norton R1 Thí dụ: Cho mạch: Ta có lần lượt mạch tương đương a Thevenin và mạch tương đương + Norton R2 V - a' RTH VTH a a + R3 IN RN 2 a' VTH = R1 V R1 + R2 RTH = R1 R2 R1 + R a' VTH IN ⇔ RN RN = RTH IN = V R1 RN = R1 R2 R1 + R2 18 Vài thí dụ áp dụng đònh lý Thevenin R1 1 Thí dụ 1 • Cho mạch: a Tính được: vs VTH RTH • R2 2 = Vs = 3V... a' a' R1 2 a + V 1V I1 IN R2 2 • a a IN = 2A RN = 2Ω IN 2A I2 I1 RN 2 R2 2 + V 1V - a' a' V 1V = = 0,5 A RN 2 Ω −I + I1 + I 2 = 0 I1 = I − I 2 = 2 A − 0,5 A = 1,5 A I2 = 26 Cách áp dụng các đònh lý mạch điện R1 • • • • Cho mạch điện: a Lần lượt áp dụng đònh lý Thevenin, + Norton, và nguyên lý chồng R3 R2 I V - chất, được: a' R1 R1 a + I V R2 + Voc a' R1 a R2 a RTH VTH 1 V R2 = V R1 + R2 VTH a' RTH... Cho mạch: Ta có mạch điện tương R1 đương Thevenin sau: V R4 R3 + V - R5 R2 RTH1 VTH1 + - R2 VTH 1 = V R1 + R2 RTH 1 = R1 R2 R3 + - RTH2 + VTH2 - VTH 2 = R5 V R4 + R5 RTH 2 = R4 R5 24 Vài áp dụng đònh lý Norton R1 1 Thí dụ 1 Cho mạch theo h Tính • Dòng IN và RN V 3V R1 1 a a + R2 2 a' V 3V + R2 2 IN a' R1 1 a 2 RN = 1Ω 2Ω = Ω 3 3V IN = = 3A 1Ω a R2 2 IN 3A a' RN 2/3 a' 25 Thí dụ 2 • • R1 2 Cho mạch: ... RTH 2/3 I Dòng điện qua tải: VTH I= VTH 2V = = 0, 41A RTH + RL  2   + 4 ÷Ω 3  RL 4 R2 2 2V a + - RL 4 a' 19 Thí dụ 2 Cho mạch theo h .Tính dòng I1 • R1 2 Tính được: a I1 Khi mạch tải hở, cho: R2 2 Is 2A R1 2 R2 2 2A VTH = 2A(2 ) = 4 V Ω VTH R1 2 RTH = 2 a' Ω RTH VTH + 1V a' VTH a' a + a' a R2 2 I1 - - a Is Ω + V 1V - vTH − 1V 4V − 1V I1 = = = 1,5 A RTH 2Ω 20 Thí dụ 3 Cho mạch: • Mạch tương đương... RTH 2Ω 20 Thí dụ 3 Cho mạch: • Mạch tương đương Thevenin R1 2 cho tương tự như cách tính a như trên: VTH = 4V Is 2A RTH = 2 I2 R2 2 RL 10 Dòng điện và điện thế của tải: Ω a' RTH VTH 4V I2 = = RTH + RL 2Ω + 10Ω 4 1 = A = A = 0,333 A 12 3 1 10 Vaa ' = I 2 RL = A ( 10Ω ) = V 3 3 VTH a I2 + - RL 10 a' 21 Thí dụ 4 • • R3 R1 6K Cho mạch: RL 4k 2k a Lần lượt tính được: R1 6K + vs RL 2k 72V 72V + RL RL 4 2k -... V1G1 + V2G2 ) ( G3 + G4 ) + IG3 ( G1 + G2 + G3 ) ( G3 + G4 ) − G32 V1G1 ( G3 + G4 ) + V2G2 ( G3 + G4 ) + IG3 = e1 = G1G3 + G1G4 + G2G3 + G2G4 + G3 G4 • • G3G4 Nhận xét: Ta có thể giải bằng cách cho V2 =0 và I =0, giải mạch theo V1,cho e1A: e1 A = • Cho V1=0, I =0 , giải e1B theo V2, cho: e1B = • V1G1 G1 + G2 + G3G4 ( G3 + G4 ) V2G2 G1 + G2 + G3G4 ( G3 + G4 ) Cho V1 =0, V2 =0, giải e1c theo I: e1C = IG3