Chương 1

Chương 1: Giới thiệu về Kỹ thuật điện và điện tử 1.1 Tổng quan 1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp 1.3 Công suất và năng lượng 1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện 1.5 Các định lu

Chương 1: Giới thiệu về Kỹ thuật điện và điện tử

1.1 Tổng quan

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

1.3 Công suất và năng lượng

1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện

1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff 1.6 Ví dụ áp dụng

Electrical Engineering: Principles and Applications, Fifth Edition

Allan R Hambley

1.1 Tổng quan

Cung cấp các kiến thức cơ bản về:

Hệ thống điện, mạch điện, Các phương pháp phân tích mạch điện dc và ac, Phương pháp khảo sát các chế độ và đáp ứng của mạch điện

Kỹ năng:

Sử dụng công cụ phần mềm Matlab Thực hành về hệ thống điện, điện tử cơ bản

Có thể phân tương đối thành một số các lĩnh vực con:

Source: internet

Một số ứng dụng điện, điện tử sử dụng trong phương tiện

giao thông (xe ô tô, xe tải)

Phanh chống trượt: Antiskid brakes (ABS) Túi khí

Cảnh báo va chạm, tránh va chạm Xác định vật thể trong vùng mù (blind-zone) Quan sát đêm

Hiển thị thông tin Head-up display (HUD)

Tự động thông báo tai nạn

…

Cảm biến, kiểm soát nhiên liệu

Hệ thống đánh lửa tự động Kiểm soát áp suất lốp

Tùy biến hoạt động, kế hoạch bảo dưỡng

Hỗ trợ lái xe an toàn:

Các tiện ích, liên lạc,

giải trí:

Định vị Điều khiển ghế ngồi, gương, radio Khóa của tự động, nâng/hạ kính

…

Kiểm soát hoạt động,

sử dụng nhiên liệu hiệu

quả

Safety Features

Communication and entertainments

Source: internet

Convenience

Fuel injection

Source: internet

Electrical cars

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

1.1 Tổng quan

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

1.3 Công suất và năng lượng

1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện

1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff

1.6 Ví dụ

Mạch điện đơn giản điều khiển các đèn pha ô tô

Sơ đồ tương đương

Đèn pha Dây dẫn

Mạch điện

Figure 1.3 An electrical circuit

consists of circuit elements, such as voltage sources, resistances, inductances, and capacitances, connected in closed paths by conductors

Ví dụ một mạch điện bao gồm các phần tử: nguồn điện áp, điện trở, tụ điện, cuộn cảm,

nối thành mạch kín bằng dây dẫn

Mô hình toán học để đơn giản hóa các thiết bị điện

Dòng điện

Figure 1.4 Current is the time

rate of charge flow through a cross section of a conductor or circuit element

•Dòng điện: dòng dịch chuyển có hướng của các hạt điện tích

•Chiều dòng điện: chiều dịch chuyển của các điện tích dương

(ngược chiều dịch chuyển của các điện tích âm)

•Đơn vị đo: Ampere (A); Coulomb/giây (C/s)

Dòng điện qua dây dẫn Cường độ dòng điện theo

chiều ab tại thời điểm t

e = -1.602 E-19 C

e

Điện tích chạy qua phần

tử điện từ t0 đến t

14

Figure 1.5 Plots of charge and current

versus time for Example 1.1 Note: The

time scale is in milliseconds (ms) One

Dòng một chiều và dòng xoay chiều

•Dòng một chiều: dc - direct curent

•Dòng xoay chiều: ac - alternating current

16

Điện áp

•Đơn vị: Vol (V); Joules/Coulomb (J/C)

•Điện áp một chiều, điện áp xoay chiều

1.3 Công suất và năng lượng

1.1 Tổng quan

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

1.3 Công suất và năng lượng

1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện

1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff

1.6 Ví dụ

Công suất

Đơn vị: Watt (W); V.A; J/s…

Năng lượng truyền qua một phần tử mạch điện

i : độ lớn của của dòng điện tích

v: năng lượng truyền một đơn vị điện tích qua hai điểm đang xét

Năng lượng

Đơn vị: Ws (kWh)

21

22

Tính công suất & năng lượng tiêu thụ

1.4 Giới thiệu các phần tử mạch điện

1.1 Tổng quan

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

1.3 Công suất và năng lượng

1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện

1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff

1.6 Ví dụ

26

27

Figure 1.39 A circuit consisting of a voltage source

and a resistance

Nguồn thế

Nguồn thế độc lập Nguồn điện áp dc Nguồn điện áp ac

+

Chập mạch

Figure 1.32 Dependent voltage sources (also known

as controlled voltage sources) are represented by diamond-shaped symbols The voltage across a controlled voltage source depends on a current or voltage that appears elsewhere in the circuit

Nguồn thế phụ thuộc (nguồn thế điều khiển)

Nguồn thế điều khiển bằng điện áp Nguồn thế điều khiển bằng dòng điện

Nguồn dòng

Nguồn dòng độc lập

Nguồn dòng phụ thuộc (nguồn dòng điều khiển)

Nguồn dòng điều khiển bằng điện áp Nguồn dòng điều khiển bằng dòng điện

Các phần tử trở kháng

34

1.5 Các định luật trong mạch điện

1.1 Tổng quan

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

1.3 Công suất và năng lượng

1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện

1.5 Các định luật trong mạch điện

1.6 Ví dụ

Định luật Ohm

Đặc trưng dòng điện - điện áp của điện trở (đặc trưng i-v)

36

Figure 1.37 We construct resistors by attaching terminals to a piece of conductive

material

Figure 1.38 Resistors often take the form of a long cylinder (or bar) in which

current enters one end and flows along the length

Điện trở suất của một số vật liệu tại 300K

Tiền tố sử dụng biểu diễn các đại lượng lớn/nhỏ

40

Kim loại G ~ 2 Bán dẫn: ~200

𝐺 = 𝑑𝑅/𝑅

𝑑𝑙/𝑙

42

Định luật Kirchhoff theo dòng điện

Kirchhoff`s current law (KCL)

Nút điện áp (node): một điểm trong mạch mà có nhiều phần

tử mạch điện kết nối tại đó

43

“Tổng của các dòng điện đi vào một nút điện áp bằng tổng các

dòng điện đi ra khỏi nút mạch đó "

Hoặc,

" Tổng các dòng điện đi vào một nút điện áp bằng không", khi đó:

các dòng điện đi vào nút mạch có giá trị dương

các dòng điện đi ra khỏi nút mạch có giá trị âm

44

Hoặc

45

Ví dụ:

46

Mạch nối tiếp

Các phần tử A, B và C mắc nối tiếp

Trong mạch các phần tử điện mắc nối tiếp thì dòng điện chạy

qua mỗi phần tử như nhau

Nút 1: i a = i b Nut 2: i b = i c

47

???

48

Định luật Kirchhoff theo điện áp Kirchhoff`s voltage law (KVL)

Vòng mạch (loop) trong mạch điện là một quỹ đạo đóng bắt

đầu từ một nút, đi qua các phần tử mạch điện liên tiếp nhau,

rồi trở về nút ban đầu

49

“Tổng của các điện thế trên các phần tử của mạch điện

trong một vòng mạch bằng không”

50

v = v + v

52

Sử dụng KVL xác định các điện áp v d và v e

53

Mạch song song

Hai phần tử mạch điện gọi là song song với nhau, nếu hai đầu

tương ứng của chúng nối với nhau theo từng cặp

trong mạch các phần tử điện mắc song song thì điện áp trên

hai đầu mỗi phần tử giống nhau

54

55

56

Định lý Tellegen

Tổng công suất tiêu thụ bởi tất cả các nhánh trong mạch bằng

không, hay là:

Tổng công suất phát ra bởi các nguồn trong mạch bằng tổng

công suất tiêu thụ trong mạch

57

Arbitrary References: The boxes represent unspecified circuit elements

Arbitrary References

1.1 Tổng quan

1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp

1.3 Công suất và năng lượng

1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện

1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff

1.6 Ví dụ

60

Tìm v c , v e

Figure 1.41 Circuit for Example 1.7

Phân tích mạch điện, tìm các giá trị i 1 , i 2 , v 2 Tính công suất của mỗi phần tử

Trường Đại học Công nghệ Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống

Figure P1.10

v = -10V and i ba = 3 A

v ba ?

Figure P1.25

Figure P1.27

Figure P1.28

Figure P1.32

Figure P1.36

Figure P1.37

Figure P1.38

Figure P1.41

Figure P1.42

Figure P1.44

Figure P1.45

Figure P1.61

Figure P1.61 (continued)

Figure P1.63

Figure P1.64

Figure P1.65

Figure P1.66

Figure P1.67

Figure P1.68

Figure P1.69

Figure P1.70

Figure P1.71

Figure P1.72

Figure P1.73

Figure P1.74

Figure P1.77

Figure P1.78

Figure P1.79

Figure P1.80

Table 1.1 (continued)

Figure T1.2

Figure T1.3

Figure T1.4

Figure T1.5