CHƯƠNG i: các KHÁI NIỆM cơ bản

CHƯƠNG I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bài giảng Kỹ thuật điện tử Bài gi ng K thu t đi n t ả ỹ ậ ệ ử CH NG I CÁC KHÁI NI M C B NƯƠ Ệ Ơ Ả 1 M ch đi n và các đ i l ng c b nạ ệ ạ ượ ơ ả 1 1 M ch đi nạ ệ M ch đi n[.]

Bài giảng Kỹ thuật điện tử Bài giảng Kỹ thuật điện tử CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mạch điện đại lượng 1.1 Mạch điện Mạch điện: hệ gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại xảy q trình truyền đạt, biến đổi lượng hay tín hiệu điện đo đại lượng dòng điện, điện áp Mạch điện cấu trúc từ thành phần riêng rẽ đủ nhỏ, thực chức xác định gọi phần tử mạch điện Hai loại phần tử mạch điện nguồn phụ tải - Nguồn: phần tử dùng để cung cấp lượng điện tín hiệu điện cho mạch VD: máy phát điện, acquy … - Phụ tải: thiết bị nhận lượng hay tín hiệu điện VD: động điện, bóng điện, bếp điện, bàn … Ngồi thành phần trên, mạch điện cịn có nhiều loại phần tử khác như: phần tử dùng để nối nguồn với phụ tải (VD: dây nối, dây tải điện…); phần tử làm thay đổi áp dòng phần khác mạch (VD: máy biến áp, máy biến dòng …); phần tử làm giảm tăng cường thành phần tín hiệu (VD: lọc, khuếch đại…) Trên phần tử thường có đầu nối gọi cực để nối với phần tử khác Dịng điện vào phần tử từ cực Phần tử có cực (điện trở, cuộn cảm, tụ điện …), cực (transistor, biến trở …) hay nhiều cực (máy biến áp, khuếch đại thuật toán …) Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang Bài giảng Kỹ thuật điện tử 1.2 Các đại lượng A B i + u AB - * Điện áp Điện áp điểm A B công cần thiết để làm dịch chuyển đơn vị điện tích (1 Coulomb) từ A đến B Đơn vị: V (Volt) UAB = VA – VB UAB = - UBA UAB : điện áp A B VA; VB: điện điểm A, B * Dòng điện Dịng điện dịng điện tích chuyển dịch có hướng Cường độ dòng điện (còn gọi dòng điện) lượng điện tích dịch chuyển qua bề mặt (VD: tiết diện ngang dây dẫn …) Đơn vị: A (Ampere) Chiều dòng điện theo định nghĩa chiều chuyển động điện tích dương (hay ngược chiều với chiều chuyển động điện tích âm) Để tiện lợi, người ta chọn tuỳ ý chiều kí hiệu mũi tên gọi chiều dương dòng điện Nếu thời điểm t đó, chiều dịng điện trùng với chiều dương dịng điện mang dấu dương (i > 0); cịn chiều dịng điện ngược chiều dương dịng điện mang dấu âm (i < 0) Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang Bài giảng Kỹ thuật điện tử Các phần tử hai cực 2.1 Các phần tử hai cực thụ động 2.1.1 Điện trở Là phần tử đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng điện từ Ký hiệu: R – Đơn vị: Ohm (Ω) G= : điện dẫn – Đơn vị: Ω-1 hay Siemen (S) R Ghép nhiều điện trở: - Nối tiếp: R = R1 + R2 + - Song song: 1 = + + R R1 R2 Quan hệ dòng áp điện trở tuân theo định luật Ohm i R + u=Ri - U(t) = R.I(t) I(t) = G.U(t) U(t): Điện áp đầu điện trở (V) U(t): Điện áp đầu điện trở (V) I(t): Dòng điện đầu điện trở (A) I(t): Dòng điện đầu điện trở (A) R : Điện trở (Ω) G: Điện dẫn (Ω-1 /S) Khi R = (G = ∞): mơ hình ngắn mạch Khi R = ∞ (G= 0): mơ hình hở mạch Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang Bài giảng Kỹ thuật điện tử Công suất tiêu thụ điện trở : P = UI = RI2 (W) * Các thông số cần quan tâm điện trở : - Trị danh định: giá trị xác định điện trở - Dung sai : sai số giá trị thực so với trị danh định - Công suất tiêu tán : công suất tiêu thụ điện trở - Điện áp làm việc tối đa - Nhiễu nhiệt Hình dạng thực tế điện trở: * Cơng thức tính điện trở: Theo vật liệu chế tạo Nếu điện trở cuộn dây: Trị số điện trở cuộn dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu, tỷ lệ thuận với chiều dài tỷ lệ nghịch với tiết diện dây R= ρ l S ρ : điện trở xuất Ωm / m  l : chiều dài dây dẫn [m] S : tiết diện dây [m2] Thí dụ: Tìm điện trở dây dẫn dài 6.5m, đường kính dây 0.6mm, có ρ = 430nΩm Dựa vào cơng thức ta tìm R = 9.88Ω Theo lý thuyết mạch: Định luật Ohm: Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang Bài giảng Kỹ thuật điện tử R= U ( Ω) I Khi có dịng điện chạy qua vật dẫn điện hai đầu dây phát sinh điện áp U tỷ lệ với dịng điện I Theo lượng: Khi có dịng điện qua R thời gian t R bị nóng lên, ta nói R tiêu thụ lượng: W = U.I.t → W = R.I t J W.s Ta thấy t lớn điện tiêu thụ lớn * Cách đọc vịng màu: Ngồi cách đo, giá trị điện trở cịn xác định qua vịng màu thân điện trở Số vòng màu điện trở tuỳ thuộc loại vào độ xác điện trở (3 vòng màu, vòng màu hay vòng màu) Vò ng mà u Mà u1 Dung sai Giá trị tương ứng màu liệt kê bảng sau: Trị số Dung sai Đen ±20% Nâu ±1% Đỏ ±2% Cam Vàng Lục (Xanh lá) Lam (Xanh dương) Màu Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang Bài giảng Kỹ thuật điện tử Tím Xám Trắng Vàng kim ±5% Bạc ±10% Ghi chú: - Vòng màu thứ (đối với điện trở có hay vòng màu) vòng màu thứ (đối với điện trở có vịng màu) hệ số mũ - Nếu màu vàng kim màu bạc vòng thứ (đối với điện trở vòng màu) vòng thứ (đối với điện trở vòng màu) trị số tương ứng là: Vàng kim: -1 Bạc: -2 Ví dụ: Đỏ - Xám – Nâu: 28.101 => Giá trị điện trở: 28 Ω Nâu – Đen – Đỏ - Bạc: 10.102 ±10% => Giá trị điện trở: 1KΩ , sai số 10% Đỏ - Cam – Tím – Đen – Nâu: 237.100 ±1% => Giá trị điện trở: 273Ω , sai số 1% * Ứng dụng điện trở thực tế: bàn ủi, bếp điện, đèn sợi đốt … 2.1.2 Phần tử cuộn cảm * Cấu tạo Cuộn cảm gồm nhiều vòng dây quấn sát nhau, chồng lên không chạm dây đồng có tráng men cách điện Cuộn dây lõi khơng khí Trường ĐH Giao thơng vận tải TPHCM Trang Cuộn dây lõi Ferit Bài giảng Kỹ thuật điện tử Tùy theo lõi cuộn cảm khơng khí, sắt bụi hay sắt mà cuộn cảm ký hiệu sau: L1 cuộn dây lõi khơng khí, L3 cuộn dây có lõi chỉnh, * Các tham số cuộn cảm: L2 cuộn dây lõi ferit, L4 cuộn dây lõi thép kỹ thuật Khi sử dụng cuộn cảm người ta quan tâm đến số sau: − Hệ số tự cảm L: khả tích trữ lượng từ trường cuộn dây, đơn vị Henry (H) 1H = 103mH = 106 µ H V=L Hệ số phẩm chất: − Q= XL XS dI dt phụ thuộc vào f ộ Tổn hao cuộn cảm ả Dòng điện định mức Imax Tần số định mức Cảm kháng Cảm kháng cuộn dây đại lượng đặc trưng cho cản trở dòng điện cuộn dây dòng điện xoay chiều − Ghép cuộn cảm Ghép nối tiếp: Ltd = L1 + L2 + Công thức sử dụng cho cuộn dây không quan hệ từ, khơng có hỗ cảm Nếu cuộn dây có từ trường tương tác lẫn thì: Từ trường tăng cường (quấn chiều): Ltd = L1 + L2 + + M Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang Bài giảng Kỹ thuật điện tử Từ trường đối (quấn ngược chiều) Ltd = L1 + L2 + − M Ghép song song: Khi mắc song song cách biệt từ cơng thức tính sau: 1 1 = + + + Ltd L1 L2 Ln − Năng lượng nạp vào cuộn dây: Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo lượng tích trữ dạng từ trường: W= L.I W: lượng (Joule) L : Hệ số tự cảm (H) I : Cường độ dịng điện (A) * Đặc tính cuộn cảm với dòng AC Điện áp phần tử điện cảm tốc độ biến thiên theo từ thông: u (t ) = dψ (t ) = −e L (t ) dt Trong eL(t) sức điện động cảm ứng từ thông biến đổi theo thời gian gây nên Mặt khác: ψ (t ) = Li (t ) Trong đó: L hệ số tự cảm cuộn dây Như vậy: u (t ) = dψ (t ) d ( Li (t )) di (t ) = =L dt dt dt t => i (t ) = u (t )dt + i (t ) L t∫0 Trong i (t ) = ψ (t ) giá trị dòng điện qua phần tử điện cảm thời điểm ban đầu L t0 *Hình dạng thực tế cuộn cảm: Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang Bài giảng Kỹ thuật điện tử *Ứng dụng thực tế cuộn cảm: Relay điện từ, biến áp, anten, nam châm từ … 2.1.3 Phần tử tụ điện * Cấu tạo tụ điện: Về tụ điện gồm hai cực kim loại đối diện phân cách chất cách điện mà cịn gọi chất điện mơi (dielectric) Chất điện mơi khơng khí, chất khí, giấy (tẩm), màng hữu cơ, mica, thủy tinh gốm, loại có số điện mơi khác nhau, khoảng nhiệt độ độ dày khác i Kí hiệu: C – Đơn vị Farah (F) Điện tích hai tụ xác C + u - định: q(t) = Cu(t) *Khái niệm chung ệ Trị số điện dung C: khả chứa điện tụ điện gọi điện dung (C) Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang ...Bài giảng Kỹ thuật điện tử CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mạch điện đại lượng 1.1 Mạch điện Mạch điện: hệ gồm thiết bị điện, điện tử ghép... điện gồm hai cực kim loại đối diện phân cách chất cách điện mà gọi chất điện mơi (dielectric) Chất điện mơi khơng khí, chất khí, giấy (tẩm), màng hữu cơ, mica, thủy tinh gốm, loại có số điện... (Capacitor hay Condenser) tụ điện tùy thuộc vào cấu tạo tính cơng thức: C=ε S d V? ?i: C: điện dung {F} S: diện tích cực {m2} D: khoảng cách hai cực {m} ε : số điện môi ε = ε r ε ( ε r số điện môi