Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản của mạch điện pptx

+ p>0  Điện dung nhận năng lượng của mạch và tích trữ trong nó dưới dạng điện trường + p... -Mô hình vật lý thực của phần tử điện dung:Các tụ điện ngoài tích trữ năng lượng dưới dạng đi

Chương 1: Các khái niệm và định luật cơ bản của mạch

điện

1.1 Các phần tử của mạch điện

1.1.1 Phần tử điện trởLà phần tử tiêu hao năng lượng của mạch

đơn vị: ôm (Ω).Ω).)

g= 1/r : điện dẫn (Ω).1/Ω).), đơn vị là Simen (Ω).S)

- Công suất tức thời của các dao động điện trên các phần tử điện trở:

p = u.i Hay: p = i2.r = u2/g  Công suất tức thời trên điện trở không âm

- Năng lượng tiêu hao trên phần tử điện trở dưới dạng nhiệt trong khoảng thời gian t  : t2  t1

2

W

+) p>0  Điện dung nhận năng lượng của mạch và tích trữ trong

nó dưới dạng điện trường

+) p<0  Điện dung trả lại năng lượng đã tích trữ được cho mạch

Năng lượng điện trường được xác định:

-Mô hình vật lý thực của phần tử điện dung:

Các tụ điện ngoài tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường, bản thân

tụ điện cũng tiêu hao năng lượng của mạch dưới dạng nhiệt trong lớp điện môi giữa 2 má của tụ điện  Người ta thay thế tương đương bằng 1 điện trở R mắc song song hoặc nối tiếp với điện dung:

Khi chỉ tính đến tổn hao dòng xoay chiều

+) p>0  Điện cảm nhận năng lượng của mạch và tích trữ trong

nó dưới dạng từ trường

+) p<0  Điện cảm trả lại năng lượng đã tích trữ được cho mạch

Năng lượng từ trường được xác định:

-Mô hình vật lý thực của phần tử điện cảm:

Các điện cảm ngoài tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường, bản thân điện cảm cũng tiêu hao năng lượng của mạch Tiêu hao năng lượng cuộn cảm bao gồm:

+ Tiêu hao trong điện trở thuần của cuộn dây: rL

+ Tiêu hao do từ thông tản trong vùng không gian quanh cuộn dây: RM

+ Các vòng dây của cuộn cảm sẽ tạo thành điện dung với giá trị khá bé: Điện dung ký sinh

*) Ở dải tần số thấp: ảnh hưởng của điện dung ký sinh đến quá trình năng lượng mạch không đáng kể  Bỏ qua

*) Ở dải tần số cao: ảnh hưởng khá lớn  Không thể bỏ qua được Thực tế: tổn hao do từ thông tản của cuộn cảm là rất nhỏ so với tổn hao trong điện trở thuần của cuộn dây, nên khi tính toán có thể bỏ qua tổn hao RM, hoặc ghép chung tổn hao từ với tổn hao nhiệt của cuộn dây

Sơ đồ thay thế tương đương đầy đủ

L

rL

1.2 Một số định nghĩa và phân loại mạch điện

1.3 Các định luật kiêc khôp của mạch điện

1.3.1 Định luật kiêc khôp 1:

Tổng đại số các dòng điện tại 1 nút của mạch điện bằng 0

i

Quy định: Dòng điện nào có chiều rời khỏi nút mang dấu “-”

Dòng điện nào có chiều hướng tới nút mang dấu “+”

i2 - i3 - i4 = 0Nút C: i3 + i1 = 0

Nút D: i4 + i5 = 0

1.3.2 Định luật kiêc khôp 2:

Tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử nằm trong các nhánh thuộc mạch vòng bằng tổng các nguồn điện áp tác động chứa trong mạch vòng đó

K S

K

u

1 1

Bước 1: Tự ý quy định chiều

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP2.1 Phân tích mạch khi mạch thuần trở

2.1.1 Phân tích mạch điện bằng phương pháp dòng điện mạch nhánh

2.1.3 Phương pháp điện thế điểm nút

Các bước thực hiện:

Bước 1: Đánh số thứ tự các nút, chọn 1 nút làm nút gốc, cho điện thế nút gốc = 0

Bước 2: Thành lập hệ phương trình điện thế điểm nút

Bước 3: Giải hệ phương trình

Bước 4: Dựa vào biểu thức tính dòng điện để tính dòng điện trong các nhánh

0 2

4

R R

i      

5

1 1 5

1 0 1

5

R

e R

e

i        

6

3 6

0 3

6

R R

1

R

e

i     

2.2 Phân tích mạch hình sin bằng số phức

2.2.1 Các đại lượng đặc trưng của dòng điện hình sin

-Nhắc lại 1 số kiến thức về số phức:

Z = a + j.b

a: Phần thực của số phức Ký hiệu: a = Re[Z]

b: Phần ảo của số phức Ký hiệu: b = Im[Z]

j: Đơn vị ảo

+ Viết dưới dạng nhị thức của số phức: Z = Re[Z] + j.Im[Z]

+ Viết dưới dạng mũ của số phức: Z  Z e jZ

a

b arctg

b a

+ Công thức Ole: Z ej Z Cos  Z sin 



+ Số phức liên hợp:

Z = a +j.b  Liên hợp phức: Z* a  j.b

+ Các phép tính về số phức:

2 1

2 2

2 2

1 1

1 1

j a Z

e Z b

j a Z

j

e U U

e U U

2.2.2 Định luật Ôm và các định luật Kiêc hốp dạng phức

a) Định luật Ôm:

)cos(

.Im

)cos(

i

u

wt i

wt Um

jwL R

U

I wC

j

I jwC U

I jwL U

I R U

U U

U U

u u

u

u

Z

C L R

C L

R

C L

1

1

)

1 (

1

wC

wL j

R jwC

jwL R

mC

m mL

m mR

mC mL

mR m

C L

R

I jwC

jwL R

U

I wC

j

I jwC U

I jwL U

I R U

U U

U U

u u

u u

1

1

mk mk

k mk

E U

hoac E

U Kiechop

I hoac

I Kiechop

00

:1

c): Nhận xét:

Tất cả các phép biến đổi phân tích mạch điện thuần trở hoàn toàn có thể ứng dụng 1 cách tương tự để biến đổi và phân tích mạch điện hình sin bằng số phức

j wL

j jwL

wC

j jwC

2.3 Các bước phân tích mạch điện hình sin bằng số phức

Bước 1: Thay các nguồn tương đương bằng các giá trị biên độ phức hoặc hiệu dụng phức tương ứng Thay các phần tử R, L, C bằng các tổng trở phức tương ứng

Bước 2: Thành lập phương trình, hệ phương trình dạng phức

Bước 3: Giải phương trình, hệ phương trình dạng phức để tìm giá trị biên độ phức và hiệu dụng phức của phần tử

Bước 4: Từ giá trị biên độ phức, hiệu dụng phức suy ra giá trị tức thời (Ω).nếu cần)

) cos(

.

) cos(

.

5 5

5

2 2

2

1 1

e

wt E

e

wt E

e

m m m

Tìm dòng điện nhánh

trong mạch?

Bài giải:

III

Chọn :  0  0

2.4 Phân tích mạch hình sin có hỗ cảm

-Hiện tượng hỗ cảm là: Hiện tượng từ thông móc vòng qua 1 cuộn

cảm do dòng điện chạy qua 1 cuộn cảm khác gây ra

-Xét 2 cuộn cảm: L1, L2 đặt gần nhau:

i1 chạy qua L1, i2 chạy qua L2

+) i1 chạy qua L1 gây ra từ thông:

*) Phần lớn khép vòng qua cuộn cảm L1:

*) 1 phầnsẽ móc vòng qua cuộn cảm L2+) i2 chạy qua L2 gây ra từ thông:

2 21

22 2

2 1

1 12

11 1

.

.

.

i M i

L

i M i

21

-Từ thông hỗ cảm có thể cùng hoặc ngược chiều với từ thông tự cảm

-Khi từ thông hỗ cảm cùng chiều với từ thông tự cảm: M mang dấu (Ω).+)

-Khi từ thông hỗ cảm ngược chiều với từ thông tự cảm: M mang dấu (Ω).-)

Để xét chiều của từ thông hỗ cảm so với chiều của từ thông tự cảm, người ta

đưa vào khái niệm cực cùng tên của 2 cuộn cảm

+ Hai cực của 2 cuộn cảm gọi là cùng tên nếu chiều dòng điện trên các cực đó là như nhau (Ω) cùng đi vào hoặc cùng đi ra), thì từ thồn hỗ cảm và từ thông cuộn

qua mỗi cuộn cảm biến

thiên, trong chúng sẽ xuất

1 1

I jwM I

jwL U

I jwM I

jwL U

2 2

2 1

1 1

.

.

I jwM I

jwL U

I jwM I

jwL U

Chú ý:

-Mạch hỗ cảm không được sử dụng phương pháp điện thế điểm nút

-Khi sử dụng phương pháp mạch vòng, mạch nhánh chú ý số lượng và dấu của số lượng thành phần hỗ

cảm

1

1 1

1

1

)

1(

wC

j R

Z

jwL R

Z

wC

wL j R

3

3

2 2

2

1

1 1

1

1

)

1(

wC

j R

Z

jwL R

Z

wC

wL j R

2.5 Đặc tính tần số và hàm truyền đạt phức của mạch điện

R, C nối tiếp dưới tác động của nguồn điện áp

hình sin với giá trị biên độ phức:

Hãy vẽ đặc tuyến biên độ tần số và đặc tuyến pha

jwC U

jwC I

U

I jwRC

jwC U

jwC R

U Z

U I

m m

m mC

mC m

m m

1

.

1

1

U U

C w R

C w U I

m mC

m mC

2 2 2

2 2 2

1

1

.

wC U

e C R w

wC e

e

U jwRC

jwC U

I

U ic

acrtgRCw j

m jacrtgRCw

j j

m m

mC

U U

.

1

.

1

2 ( 2 2 2 2

2 2

- Giá trị pha của điện áp trên C:

acrtgwRC

e C R w

U e

C R w

e

U jwRC

U U

U Uc

acrtgwRC j

m jacrtgwRC

j m m

2 2 2 2

2

1

11





- Vẽ các đặc tuyến biên độ và pha của dòng điện và điện áp trên C:

+) Đặc tuyến biên độ dòng điện trên C:

C w R

C w U

1





+) Đặc tuyến biên độ điện áp trên C:

C w R

+ Đặc tuyến pha tần số của dòng điện trên C:

+ Đặc tuyến pha tần số của điện áp trên C:

acrtgwRC

U

Uc   



2.5.2 Hàm truyền đạt phức của mạch điện

F jw

1

) (

) (

m m m m

U

U jw

T

U

I jw

U

U jw

T

U

I jw

) (

-Bài giải:

+) Tính T1(Ω).jw):

jwRC

jwC U

jwRC

jwC

U U

I jw

T

m

m m

1 (

)

wC jw

wC jw

T





w

-Đặc tuyến tần số của acrgument hàm T1(Ω).jw):

+) Tính T2(Ω).jw):

2 2 2

2

1

1 )

(

C R w

2

1

1 )

(

C R w

jwRC

U U

U jw

T

m

m m

m c

1 (

-Đặc tuyến tần số của acrgument hàm T2(Ω).jw):

U Z

u

j m

j m j

j m m

m

e Z

e U wC

wL j R

U Z

.)

1(

) (

) 2 (

1

1

j m

m mC

j m

m mL

j m

m mR

e wC

I jwC

I U

e wL I

jwL I

U

e R I R I U

 Góc lệch pha giữa điện áp đặt vào mạch và dòng điện chạy trong mạch được

xác định bằng arcgument của tổng trở phức Z của mạch điện:

2

2 ( 1 )

wC wL

R

R wC

wL acrtg



R wC

wL acrtg

1





: 0



: 0



 Mạch mang tính điện dung

: 0



- Hiện tượng cộng hưởng:

0

C w

L w

j m m

U Z

0 0

) 2 ( 0 0

1

1

m mC

j m

m mL

e C w R

U C jw

I U

e L

w R

U L jw I

L

w

0 0

1



C w R

U L

w R

0 0

1

Điện áp trên các phần tử phản kháng có biên độ bẳng nhau nhưng ngược pha nhau

)

1 (

wC

wL j R

2.7 Mạch dao động RLC mắc song song

g

Y i



: 0



 Mạch mang tính điện dung

: 0



: 0



) cos(

m m

m

e Y

e I wL

wC j g

I Y

I Z I

.)

1(

) 2 (

1

.

U

j m

m mC

j m m

mL

j m m

mR

e wC

U jwC

U I

e wL

U jwL

U I

e R

U R

U I

wC acrtg

- Hiện tượng cộng hưởng:

0

C w

L w

L

w

0 0

1



L w

U C w

0 0

1

Dòng điện trên các phần tử phản kháng có biên độ bẳng nhau nhưng ngược pha nhau

)

1 (

wL

wC j g

( 0

0

) 2 (

0 0

1

i

j m

m mC

j m m

mL

j m

m

m m

e C w U C

jw

U I

e L w

U L

jw

U I

e R I R

I Y

I U

CHƯƠNG 3: MẠNG BỐN CỰC 3.1 Khái niệm về mạng 4 cực

Đầu vào của mạng 4 cực là: cặp cực để nối với nguồn tín hiệu- ký hiệu: 1-1

Đầu ra của mạng 4 cực là: cặp cực để nối với phụ tải - ký hiệu: 2-2

-Quy ớc:

Trên mỗi cặp cực của mạng 4 cực, dòng điện chạy qua cực phía trên và cực phía d ới là bằng nhau và ng ợc chiều nhau

- HÖ ph ¬ng tr×nh truyÒn d¹ng tham sè Z cña m¹ng 4 cùc:

21 2

2 12 1

11

1

I z

I z

U

I z

I z U

- HÖ ph ¬ng tr×nh truyÒn d¹ng tham sè H cña m¹ng 4 cùc:

1 21 2

2 12

1 11

1

U h

I h I

U h

I h U

1 21

2

2 12

1 11

1

U y

U y

I

U y

U y

I

- Hệ ph ơng trình truyền dạng tham số B của mạng 4 cực:

212

1121

11

2

I b U

b I

I b U

b U

Lưuưý: Để thuận tiện cho việc tính toán đối với hệ

ph ơng trình truyền dạng tham số A của mạng 4

cực, ta quy định chiều dòng điện trên đầu ra của

mạng 4 cực i2 có chiều rời khỏi mạng 4 cực

21 2

2 12 2

11

1

I a

U a

I

I a U

a U

3.3 C¸c tham sè riªng cña m¹ng 4 cùc

-§Þnh nghÜa: Lµ c¸c hÖ sè trong c¸c hÖ ph ¬ng tr×nh truyÒn cña m¹ng 4 cùc

1 21

2

2 12

1 11

1

U y

U y

I

U y

U y

I

0

2 1

I

0

1 2

I

Y

0

2 1

I

Y

01 2

21 2

2 12 1

11

1

I z

I z

U

I z

I z U

0

2 1

1 11





I I

U

Z

0

1 1

1 12





I I

U

Z

0

2 1

2 22





I I

U

Z

+ Tæng trë ®Çu vµo cña M4C khi ®Çu ra hë m¹ch

+ Tæng trë t ¬ng hç gi÷a ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña M4C khi

21 2

2 12 2

11

1

I a

U a

I

I a U

a U

02

2

1 11





I U

U A

0

2 2

1 12





U I

U A

0

2 2

1 21





I U

I A

0

2 2

1 22





U I

3.4 Ghép nối các mạng 4 cực

3.4.1 Các mạng 4 cực ghép liên thông (ghép tầng)

[A]

[A] = [A]1 [A]2…[A]n = n  n

M4C gồm hai thành phần mắc nối tiếp- nối tiếp,

bằng tổng các ma trận tham số Z của hai M4C

thành phần Kết luận này cũng đúng với mạng 4

cực gồm n M4C thành phần mắc nối tiếp - nối

tiếp

3.4.3 GhÐp song song - song song

[Y] = [Y]1 + [Y]2

3.4.4 GhÐp nèi tiÕp - song song