Microsoft powerpoint md1 01a bw compatibility mode

Microsoft PowerPoint Md1 01a bw ppt [Compatibility Mode] 1 Khoa ĐiệnKhoa Điện Điện tửĐiện tử Đại học Bách khoa ĐHQG HCMĐại học Bách khoa ĐHQG HCM BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐiỆN 31/07/2013 Tp HCM BK CÁC KH[.]

Khoa ĐiệnĐiện-Điện tử - Đại học Bách khoa ĐHQG HCM BK BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐiỆN Tp.HCM 31/07/2013 Chương I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Chapitre  Nhập môn – đại lượng  Điện dẫn - Mơ hình mạch – biến trạng thái  ĐL Ohm - Phần tử mạch  Sơ đồ mạch - định luật Kirchhof  Công suất lượng  Biến đổi tương đương •Ref BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 MƠ HÌNH “MẠCH” DỊNG ĐIỆN I & ĐIỆN ÁP U  CÔNG SUẤT (TRẠNG THÁI MẠCH ĐIỆN) BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Hiện tượng dẫn Điện  Mạch điện tích Q, – Điện dẫn   Mạch điện Vật Dẫn Điện Cách Điện (hiện tượng Mạch dẫn) ª Dòng điện kim loại   10-8 ª Dòng điện chất bán dẫn   10-4 5A + ª Dòng điện chất lỏng (ion) ª Dẫn điện dạng khí (plasma)  Cách điện : Khơng khí khơ   1014    106 • Dòng điện tồn chạy vật dẫn ! A i(t) + u(t) T -5 A B Traïng thái dừng – Mạch thông số tập trung (A.R.Q.S) BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Bài tốn mạch – Mạch điện !  Các loại mạch (điện): – Mạch lượng (đối tược mơn GTM) – Mạch tính hiệu (Analog), Mạch số (Digital) …  Giải tích Mạch = Bài tốn Phân tích – Khảo sát trạng thái (U,I) chế độ hoạt động ! – Các hình thái – chủng loại mạch (tuyến tính,…) – Các toán ứng dụng đặc thù (3 pha, …)  Bài toán tổng hợp Mạch …  Bài toán Trường Mạch – Bài toán đa lĩnh vực, đồng hành … BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Trạng thái : Dịng I & Áp U  Dòng điện dòng chuyển động hạt mang điện tích – chủ yếu electrons vật dẫn Chuyển động định hướng lực điện từ - đối tượng tảng điện học  I [A] : Cường độ dịng điện (thường gọi «dịng điện») số lượng điện tích qua bề mặt (thường thiết diện dây dẫn) đơn vị thời gian i=dq/dt i cường độ dịng, q điện tích t thời gian • • Dịng chiều (DC) ứng dụng mà nguồn có dạng pin, ắc quy Dịng xoay chiều (AC) phổ biến dạng «hình sin» (điện dân dụng) có dạng xung vng, tam giác (trong mạch điện tử) 5A + • Quy ước dòng điện BK -5 A ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Trạng thái : Dòng I & Áp U  Điện áp đại lượng định hướng trường điện vật dẫn (mạch) ! Trong mạch điện «áp» thường dùng (thay cho) hiệu điện  V [V] : Điện volts (V), đại lượng ghi nhận trạng thái điện điểm không gian (năng lượng điện tương đối) U [V] : Hiệu điện hai điểm mạch điện đại lượng xác định mức thay đổi lượng điện đơn vị điện tích (trong mạch điện-điện tử) UAB=VA-VB=dW/dq với U điện áp (hiệu điện thế) A-B với điện tương ứng VA et VB , q luợng điện tích di chuyển từ AB Quy ước ! i(t) + u(t) A B u(t) A Phần tử “hai cực” i(t) B T ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Classement de tension – sécurité électrique Abréviations TBT BTA BTB HTA HTB Dénominations Très Basse Tension Basse Tension A Basse Tension B Haute Tension A Haute Tension B Courant alternatif ≤ 50 volts 50  500 V 500  1000V 1000  50kV > 50 kV Courant continu ≤ 120 volts 120 750 V 750  1500V 1500  75kV > 75 kV Distance de voisinage (distance de sécurité) Aucun danger D ≥ 30 cm D ≥ 30 cm D ≥ mètres D ≥ mètres Pour une tension alternative supérieure 250 kilovolts, la distance de voisinage passe mètres ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Công suất P & Năng lượng W  Trạng thái phụ – kiểm sốt (chỉ có mạch lượng) Công suất P Năng lượng Điện W (~Công) uAB = dW/dq i = dq/dt p = dW/dt = u.i “Hai cực” i(t) Tính Cơng suất (**) P(Thu) P(Phát) A + B u(t) Tải – Thụ động  Thu CS : p(t) > p(t) < Nguồn – Tích cực  Phát CS (và Thu CS [p(t)] > 0) ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 …và Năng lượng W  dW = udq = ui dt(J) ª điện trở: t0 t u.i.dt  t0 pR  Ri2, WR  R t0 t t0 i2dt  2 pC  Cu du dt , WC  C(u1  u2 ) ª Tụ điện pL  Li dtdi , WL  12 L(i12  i22 ) ª Cuộn cảm pM  u1i1  u 2i2 ª Hỗ cảm Lưu ý : W  12 L1i12  21 L2i22  Mi1 i2 ª Phần tử thụ động : W   R, C, L, M, Biến áp, Diod,… ª ## Phần tử tích cực  Nguồn BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 • Charles Augustin COULOMB nhà vật lý người Pháp (1736-1806) Ơng có nghiên cứu chun sâu điện từ trường có luật hấp dẫn tĩnh điện mang tên ơng – ĐL Coulomb • André Marie AMPERE nhà vật lý người Pháp (1775 -1836) với cơng trình nghiên cứu vật lý, hóa học, tốn học khoa học tự nhiên • Ơng người đặt móng cho điện động học với nhiều định luật quan trọng trường điện từ Alessandro VOLTA, nhà vật lý người Ý (1745-1827), có nghiên cứu quan trọng điện học Ông người phát minh khí nhiên kế loại pin mang tên ông (pin Volta) BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Các đơn vị điện E l e c t r i c i t y BK  Charge (q,Q) C : Coulomb [A.s] the charge is currently considered at fundamental electric unit that basing on the charge of electron : e = 1,6 10-19 [C]  Current (intensity) (i,I) A Electric current is a movement of charge : Ampere [C/s] : i = dq/ dq/dt current though an element (a wire) Current density though an oriented surface (3D current) : J  Voltage (u,U) (tension, potential) V : Volt [J/C] The work in joules done in moving each coulomb of charge across the element is called the voltage across the element : u = dW/ dW/dq  Power (p,P) W : Watt [A.V = J/s] p = u.i  Electric energie (W) kWh : Kilowatt hour = 1000.3600 J ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Các đơn vị điện E l e c t r i c i t y  Resistor (r,R)  : Ohm [V/A] Conductor (g,G) S : Siemen [-1] resistivity  [/m] and conductivity  [S/m] for 3D localy J = E  Capacitor (C) Q = C.U F : Farad, [A.s/V=C/V] Electric Permittivity (Absolute/of vacuum)  Inductor (L) H U = R.I I = G.U o= 8,85 10-12 [F/m] : Henry, [V.s/A = Wb/A] Magnetic Permeability (Absolute/of vacuum)  = L.I o= 4 10-7 [H/m] Mutual Induction (M)  Light speed c = (o o)-1 = 3.10 m/s  Frequence (of oscillation) (f) Hz : Hertz [1/s] Angular Frequence Period :  = 2f [rad/s] : T = 1/f [s] ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Định luật Ohm : Quan hệ dòngdòng-áp Mơ tả đặc tính phần tử mạch (Phương trình trạng thái phần tử mạch) ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Trạng thái cục - Vùng lượng ! ĐL Ohm : Quan hệ trạng thái dòng áp phần “cục bộ” mạch = phần tử mạch “Phần tử” = Một vùng có ứng xử lượng đồng i(t) Phần tử “hai cực” + A + A + i(t) B u(t) UAB =VA-VB = R.I ( J = .E ) u(t) B T Chiều theo quy ước Trạng thái dừng – Mạch thông số tập trung (A.R.Q.S) BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Mơ tả phần tử hai cực (thực)  Đặc tuyến Volt-Ampère u(i) i(u) – Đặc tuyến tĩnh - Tuyến tính & Phi tuyến – Nguồn “không đổi” - Chế độ tĩnh (hằng) i M Uo u – Xét riêng rẽ điểm làm việc (Uo,Io) - Thông số tĩnh (Ro=Uo/Io) Ri=u Io gd=di/du i  Đặc tuyến động - Nguồn biến đổi u – Đáp ứng với kích thích hình sin tần số thấp Thông số động (gd=di/du) điểm làm việc – Tín hiệu biến đổi chậm -> đặc tuyến tĩnh – Đáp ứng với kích thích xung, đột biến Hàm đơn trị - đa trị Hiện tượng “trễ” hay “nhớ” Trên ví dụ điện trở R i u BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Phần tử mạch Phần tử hai cực lý tưởng  Phân loại theo ứng xử lượng (đồng nhất)  Mô tả quan hệ tối giản u i  Điện trở R - điện dẫn  Phần tử tụ điện C - điện cảm L  Phần tử nguồn độc lập lý tưởng E,J  Nguồn phụ thuộc (có điều khiển)  Hỗ cảm – Biến áp lý tưởng – Op_Amp  Khơng tuyến tính - Diod BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Phần tử hai cực lý tưởng  Điện trở - tiêu tán lượng điện từ (nhiệt, cơ, hóa, ) – Phương trình trạng thái : u=r.i i=g.u – Thơng số : Điện trở R [ ], điện dẫn G =1/r [S]  Cuộn cảm - trao đổi lượng với trường từ B(H) – Phương trình trạng thái : u = L.di/dt L.di/dt – Thông số : điện cảm L [H]  Tụ điện - trao đổi lượng với trường điện D(E) C.du/dt – Phương trình trạng thái : i = C.du/dt – Thông số : điện dung C [F]  Nguồn độc lập - cung cấp công suất vô hạn – Nguồn ((đ điện) áp - sức điện động : u = E u = e(t) [V] – Nguồn dòng - (dòng động cơ): cơ): i = J i = J(t) [ (t) (t)]] [A] BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Biểu diễn phần tử sơ đ đồ mạch T điện trở R : Cuộn cảm : Tụ điện C : Nguồn áp : E, e(t) + – + – Nguồn dòng : , (t) J, J(t) Tiếp đất (Nối) mát BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Điện trở - Điện dẫn i u  Phần tử điện trở thực  Trong khoảng làm việc, đặc tính gần với điện trở lý tưởng  Hiện phổ biến công nghệ : gốm nung, phân lớp dây quấn  Biểu diễn thông số làm việc - Dùng vạch màu (xem bảng vạch quy ước) xác định : – Giá trị danh định - điện trở r [[ ] – Dung sai / độ xác, phần lớn định công nghệ – Công suất - nhiệt giải phóng mà khơng hư điện R trở => Kích thước đ điện iện trở  Điều kiện làm việc khác: – Nhiệt độ (khoảng làm việc) – phụ thuộc (?!) – Tần số - Nhìn chung tần số “thấp” BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Điện trở - Bảng vạch màu hay vạch RRRxs[T] vạch : RRxs BK Vạch màu Số Số nhân Sai lệ ch Hệ số nhiệt Bạ c (-2) 0.01 10% (10 / C ) Vàng ánh kim Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Xanh lụ c Xam lam Tím Xám Trắ ng (-1) 0 10 100 1K 10 K 100 K 1M 10 M -6 o 5% 1% 2% 0.50% 0.25% 0.10% 200 100 50 15 25 10 ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Phần tử tụ điện Điện dung C i dq q du du   C dt u dt dt  Đặc tuyến cách điện q =f(u) hay D=f(E) Cách điện Kim loại  Lý tưởng C = Q / U (hằng)  Phần tử tụ điện thực – Các lọai tụ điện : tụ quấn (giấy, màng), tụ (xếp) lớp tụ hóa (điện phân) Ngồi giá trị điện dung dung sai ta cần ý tới Umax, Ri điện trở cách điện đ áp ứng với tần số ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Phần tử điện cảm ( Hỗ cảm) u d  di di Điện caûm   L L dt i dt dt  Đặc tuyến từ hóa  =f(i) B=f(H)  Lý tưởng L =  / i (haèng) L i u + -  Phần tử điện cảm thực – Lọai lõi sắt – Lọai có lõi sắt từ Lõi L Dây dẫn Rp Cp BK Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” ĐHBK – DD2012 Tp.HC M 31/07/2013 Các phần tử nguồn Nguồn độc lập - mô hình lý tưởng cơng suất vơ hạn  Nguồn điện áp lưới người sử dụng – Nguồn áp : u(t) = e(t) + i(t) – Nguồn dòng : i(t) = J(t) + u(t) Nguồn phụ thuộc – Giá trị áp (dòng) phụ thuộc vào đại lượng dịng / áp vị trí khác mạch (khác với dịng áp qua nhánh có nguồn) – Dùng chủ yếu để mô phần tử thực (bán dẫn) – Có 04 loại nguồn phụ thuộc (lý tưởng) : BK Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” ĐHBK – DD2012 Tp.HC M 31/07/2013 (Phương trình trạng thái – ĐL Ohm …) Mơ tả Phần tử “Đặc biệt” (Mới)  Nguồn phụ thuộc (có điều khiển), Mơ hình nguồn thực  Hỗ cảm, Biến áp lý tưởng  Khuếch đại thuật toán (Op_Amp)  Các loại Diod ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Các phần tử nguồn - nhiều cực  Có 04 loại nguồn phụ thuộc (lý tưởng) : e(t)=ku.u’ VCVS : Voltage-Controlled Voltage source: Nguồn áp phụ thuộâc áp VCCS : Voltage-Controlled Current source: Nguồn dòng phụ thuộâc áp J(t)=g.u’ CCVS : Current-Controlled Voltage source: u’ Nguồn áp phụ thuộâc dòng u’ CCCS : Current-Controlled Current source: Nguồn dòng phụ thuộâc dòng J(t)=ki.i’ e(t)=r.i’ i’ i’ ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Phần tử nguồn thực - ptử tích cực Phần tử tích cực - đặc tuyến Volt-Ampère khơng qua điểm [0,0]  Nguồn lưới hình sin 220 V : e(t) = 220.2 cos(100t);  Pin / ắcquy - Công suất hữu hạn – Nguồn điện không đổi, điện áp ổn định, hạn chế dòng; – Có thể nhận cơng suất (khi nạp điện)  Động điện - máy phát điện – Điện  năng;  Mơ hình nguồn thực: e i i r g u g J u u Mô hình Norton Mô hình tương đương Thévénin BK i u J e r i ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Hỗ cảm (cuộn cảm tương hỗ) f12 f21 f11 u1 Cuộn cảm f ij dòng f22 u2 f1 = f11 + f12 f2 = f21 + f22 BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Hỗ cảm + i1 u1 + u2 i2 M - - di1 di M dt dt di1 di u2   M  L2 dt dt di1 di M dt dt di1 di  L2 u2  M dt dt u1  L1 u1  L1 BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Biến áp lý tưởng Phần tử mơ hình + (Mạch Điện tử) i1 + i2 u1 - Không biến áp – từ ! N1       BK u2 N2 u1 N  u2 N i1 N   i2 N ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Phần tử điện tử …  Biến áp lý tưởng i1 u1 – Chuyển đổi điện áp - kể DC (và hồn tồn khơng tổn hao) – Quan hệ u2 = n.u1 u2 i1 i2 n.u1 u1 u2 -n.i2 i1 = n.i2 hay u2:u1 = i1:i2 = n:1 1: n i2 i1 u1 i2 i1 n u2 n u2 (p1 = p2 )  Chỉ có 02 biến trạng thái độc lập Mô hình mạch 10 ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Phần tử điện tử … Khuếch đại thuật toán (Op-Amp) Là phần tử mạch tích cực có 03 cổng Mô hình mạch Ngõ vào thuận V+ (i+=0) Ngõ vào đảo dấu V- (nghịch) (i–=0)  Ngõ Vout (Vs) (i+ + i–  is [KCL !?]) i+ Quan hệ lý tưởng +  V+  i- chế độ tuyến tính V-  = V+ – V–= - ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Vs Tp.HC M 31/07/2013 Diod – Phần tử phi tuyến  Tiếp điểm p-n, Diod – Diod ví dụ điện trở phi tuyến i Im  Ở chế độ nắn dòng (xanh lục) – Lý tưởng: cho dòng đ điện iện chạy theo chiều p p  n (và không tổn hao) – Thực tế thường dùng mơ hình “tuyến tính hóa đọan” đọan” i {} -Um u {M} i rd=du/di u UD u ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” BK Tp.HC M 31/07/2013 Diod – Phần tử phi tuyến  Diod Zener – Làm việc đoạn đặc tuyến nghịch (cam (cam)) – Cấu trúc đặc biệt cho phép dòng Iz lớn U T > T  Phân loại toán … – – – – u Hai cực nhiều cực – có ptử đặc biệt Đặc tính ptử : Tuyến tính / Phi tuyến Có tác nhân điều khiển (ngồi  tốn kết nối) … Các phần tử : Thụ động & Tích cực  Mơ hình phần tử thực  Một đoạn mạch tạo thành từ nhiều phần tử lý tưởng / phần tử mô tả đặc biệt … Tùy thuộc nhiều vào trạng thái làm việc ! BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Định luật Kichhoff Sự kết nối trạng thái cho lưu thông “mạch chảy” BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Biểu diễn sơ đồ mạch điện Sơ đồ  biểu diển kết nối phần tử mạch 5  Nhánh (u,i) Nhánh  Dây dẫn (i)  Nút/đỉnh (V), (Tập cắt) Trung tính & Đất 0,1F Nút Mắt lưới 0,1F 5 J(t)  Mắt lưới (Vịng kín) 6 6 e(t) Vịng kín •N nhánh & N-d+1 Mắt lưới Tập cắt •Nút gốc & d-1 Nút 12 BK ĐHBK – DD2012 Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” Tp.HC M 31/07/2013 Luật kết nối – Các Định luật Kirchhof Kirchhofff ĐL Kirchhoff dòng điện (về nút) (KCL,K1) – bảo tồn điện tích nút  kik = I1 I4 I1+I4+I5 = I2+I3 I2 I3 I5 Tổng dòng điện vào nút với tổng dòng khỏi nút ĐL Kirchhoff áp (vịng kín) (KVL,K2) – Bảo tồn  kuk = U1 U3 U2 U1+U3 – U4 – U2 = U4 Tổng đại số sụt áp (hiệu điện thế) dọc theo vịng kín (mắt lưới) phải không BK Ts Nguyễn Thanh Nam , “Giải tích Mạch Mạch”” ĐHBK – DD2012 Tp.HC M 31/07/2013 • Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) nhà vật lý người Đức có đóng góp to lớn khái niệm điện động học, phổ học, mơ hình lý thuyết đàn hồi phát nhiệt vật đen • Cơng trình biết đến nhiều ông 02 định luật Kirchhoff mạch điện – nhiên đóng góp lớn ông cho khoa học phải phát minh tảng cho khái niệm quang phổ (cùng với Robert Bunsen) 13