Nguyễn Công Phươngg ygg
Mạch một chiều
Trang 5Định luật OhmiRuiRRiuuiầRi
• Liên hệ giữa dòng & áp của một phần tử
Trang 6Đỉnh, nhánh & vòng (1)
• Những khái niệm xuất hiện khi kết nối các phần tử mạchNhững khái niệm xuất hiện khi kết nối các phần tử mạch• Cần làm rõ trước khi nói về các định luật Kirchhoff
• Nhánh: biểu diễn 1 phần tử mạch đơn nhất (ví dụ 1• Nhánh: biểu diễn 1 phần tử mạch đơn nhất (ví dụ 1
nguồn áp hoặc 1 điện trở)
Trang 7Đỉnh, nhánh & vòng (2)
• Đỉnh: điểm nối của ít nhất 2 nhánhĐỉnh: điểm nối của ít nhất 2 nhánh
• Biểu diễn bằng 1 dấu chấm
• Nếu 2 đỉnh nối với nhau bằng dây dẫn chúng tạo thành 1• Nếu 2 đỉnh nối với nhau bằng dây dẫn, chúng tạo thành 1
đỉnh
abab
Trang 8Đỉnh, nhánh & vòng (3)
• Vòng: một đường khép kín trong một mạch
ấ ể ố ể ỗ
• Đường khép kín: xuất phát 1 điểm, đi qua một số điểm khác, mỗi điểm chỉ đi qua một lần, rồi quay trở lại điểm xuất phát
Trang 9Định luật Kirchhoff (1)
• 2: định luật về dòng điện & định luật về điện ápịậg ệịậệp• Định luật về dòng điện viết tắt là KD
• KD dựa trên luật bảo toàn điện tích (tổng đại số điện tích ựậệ(g ạệcủa một hệ bảo toàn)
Trang 10Định luật Kirchhoff (2)• KD: tổng đại số các dòng đi vào một đỉnh bằng khôngKD: tổng đại số các dịng đi vào một đỉnh bằng khơngN in 0• Quy ước:– Dòng đi vào mang dấu dương (+) dòng đi ra mang dấu âm (–)nn1
Trang 12Định luật Kirchhoff (4)
• Định luật thứ nhất là KDị ậ
• Định luật thứ hai là về điện áp, viết tắt KA• KA dựa trên định luật bảo tồn năng lượng
Trang 19Dòng nhánh (1)
• Ẩn số là các dòng điện của các nhánhẨn số là các dòng điện của các nhánh
Trang 22Dòng nhánh (4)
AB
ố
1 Tính nKD & nKA (chú ý: nKD + nKA = số_nhánh)
2 Viết nKD phương trình KD cho nKD đỉnh độc lập
3 Chọn nKA vòng & chiều của chúng
4 Viết nKA phương trình KA cho nKA vòng
Trang 30Để giảm khối lượng tính toán thì cần phải thay hệ phương
t ì h đồthời bằhệ ht ì h khơđồthời
Trang 54Dịng vịng (5)
• Ẩn số là dòng điện chảy trong một vòng
Trang 55Dòng vòng (6)
• Nếu có nguồn dòng thì trước khi lập phương trình phải
giả thiết nguồn dòng khép qua một nhánh nào đó
Trang 64Đối ới ộh điệóhá h / dòhá h ẽ dẫ
Trang 67ếổ
Biến đổi tương đương (1)
• Hai phần tử mạch được gọi là tương đương nhau nếupạợ gọggchúng có quan hệ giữa dòng & áp giống nhau
• Dùng để phân rã mạch điện → giảm khối lượng tính tốn• Các phép biến đổi tương đương:
– Nguồn áp nối tiếpN ồ dò
– Nguồn dòng song song– Điện trở nối tiếp
– Điện trở song songệ g g– Y↔Δ
Trang 68ếổ
Biến đổi tương đương (2)
• Nguồn áp nối tiếpNguồn áp nối tiếp
Trang 69ếổ
Biến đổi tương đương (3)
• Nguồn dòng song songNguồn dòng song song
Trang 70ếổ
Biến đổi tương đương (4)
Trang 78ếổ
Biến đổi tương đương (12)
• Hai phần tử mạch được gọi là tương đương nhau nếu chúng có quanp ạ ợ gọ g g g qhệ giữa dòng & áp giống nhau
• Các phép biến đổi tương đương:
ồố ế– Nguồn áp nối tiếp
– Nguồn dòng song song– Điện trở nối tiếp
– Điện trở song song– Y↔Δ
– (nguồn áp nối tiếp điện trở) ↔ (nguồn dòng song song điện trở)(nguồn áp nối tiếp điện trở) ↔ (nguồn dòng song song điện trở)
Trang 79ếổ
Biến đổi tương đương (13)
Trang 80ếổ
Biến đổi tương đương (14)
Trang 81ếổ
Biến đổi tương đương (15)
Trang 82ếổ
Biến đổi tương đương (16)
Trang 88Tất cả các “nguồnMa trận (5) Tất cả các nguồn áp” có mặt trên đường đi của dòng vòng:Tất cả các điện trở có mặt trên đường đi của iA-nguồn áp e: cùng chiều thì (+), ngược chiều thì (–)iAiB(R1+ R2)iA– R2iB= e1 – e2g A-“nguồn áp” Rj: cùng chiều thì (–), ngược chiều thì (+)Giả sử nguồn dòng đi qua R4122 A 12RRRiee ( 1 2) A2 B 1 2– R2 iA+ (R2 + R3 + R4)iB= e2 – R4j12212223424ABRRRRieR j ấđiTất ả á điệ t ở hủ Tất cả các điện trở có
mặt trên đường đi của i
Tất cả các điện trở chung của
Trang 89Ma trận (6)VD3 Giả sử j đi qua R3nKA = 6 – 4 + 1 = 3 → cần chọn 3 dòng vòngRRRie iAiBAA BA CAAB ABB CBBRRRieRRRie iCC AC BCCCR R Rie R = ? R = R + R + RR= ? R= – R= RRA= ? RA= R1 + R5 + R2RB= ? RB= R3 + R4 + R5RC= ? RC= R2 + R4 + R6
RA-B= ? RA-B= – R5 = RB-A
RA-C= ? RA-C= – R2 = RC-A
RB C= ? RB C= – R4 = RC B
Trang 93Các định lý mạch
• Nếu mạch điện phức tạp thì các phương pháp phân tích mạch đãp p p g p p phọc sẽ mất nhiều thời gian tính tốn
• Các định lý mạch giúp cho việc phân tích mạch trở nên đơn giảnhơn
Trang 96ếồ
Xếp chồng (1)
• Áp dụng cho mạch điện có từ 2 nguồn trở lênp ụ g ạ ệ g
• Ý tưởng: lần lượt tính thông số của mạch khi cho lần lượt từngnguồn có mặt trong mạch điện, sau đó cộng các thông số
ầ
• Nguyên lý: điện áp (hoặc dòng điện) của một phần tử của một
mạch điện tuyến tính là tổng đại số của các điện áp (hoặc cácdòng điện) do từng nguồn gây ra
• Chú ý:
1 Khi xét tác dụng của một nguồn, phải triệt tiêu tất cả các nguồn khácấ
2 Khơng áp dụng ngun lý này cho cơng suất
• Lợi ích: việc áp dụng nguyên lý này có thể làm cho cấu trúc mạchtrở nên đơn giản hơn → dễ phân tích hơn
Trang 99ếồ
Xếp chồng (4)
VD1 e1 = 16 V; e2 = 9 V; j = 2 A; R1 = 4 Ω;
R2 = 6 Ω; R3 = 2 Ω; R4 = 10 Ω; Tính i2
1 T iệ iê & j í h i |1 Triệt tiêu e2 & j, tính i2|e1
2 Triệt tiêu e1 & j, tính i2|e2
3 Triệt tiêu e1 & e2, tính i2|j
Trang 104ếồXếp chồng (9)• Áp dụng cho mạch điện có từ 2 nguồn trở lênÁp dụng cho mạch điện có từ 2 nguồn trở lên• Chú ý: 1 Khi xét tác dụng của một nguồn, phải triệt tiêu tất cả cácnguồn khác
2 Không áp dụng ngun lý này cho cơng suất
• Lợi ích: việc áp dụng nguyên lý này có thể làm cho cấutrúc mạch trở nên đơn giản hơn → dễ phân tích hơn
ề• Đặc biệt tiện lợi khi phân tích mạch điện có nhiều
nguồn có tần số khác nhau (sẽ đề cập trong phần Mạch
Trang 106Thevenin (1)
Trang 109Thevenin (4)
Mạch
a
Giả sử mạch tuyến tính 2 cực có m nguồn áp& n nguồn dòng theo tính chất xếp chồng:1 12 21 12 2 om mmmm n nuA j A eA eA eA jA jA j tuyến tính2 cựcju& n nguồn dòng, theo tính chất xếp chồng:1 12 2 mmm n nA jA jA j 01 12 21 12 2 m mmmm n nBA eA eA eA jA jA j b1 12 2m jm jm n n j00uA j B 0j B0 uj0 = etd (điện áp hở mạch)tdtdu R j e 00u A j B0j j0uA= Rtd (điện trở vào khi triệt tiêu nguồn00B 000B
Trang 110Thevenin (5)Mạch aatuyến tính 2 cựcjujubbtdtdu R j e tdtdu R j e Một h t ế tí h 2 ó thể đ th thế bằ ột hMột mạch tuyến tính 2 cực có thể được thay thế bằng một mạch
tương đương gồm có nguồn áp etd & điện trở Rtd, trong đó:
– etdtd: nguồn áp hở mạch trên 2 cựcg p ạ ự
Trang 113Thevenin (8)e = 16 V; j = 2 A; R1 = 4 Ω; R2 = 6 Ω; VD1e : nguồn áp hở mạch trên 2 cựcR3 = 8 Ω; Rt= 5 Ω; Tính it?etd: nguồn áp hở mạch trên 2 cực
Trang 114Thevenin (9)e = 16 V; j = 2 A; R1 = 4 Ω; R2 = 6 Ω; VD1e : nguồn áp hở mạch trên 2 cực 123( ) //tdR R RRR3 = 8 Ω; Rt= 5 Ω; Tính it?etd: nguồn áp hở mạch trên 2 cực
Trang 116Thevenin (11)
VD2
Tính mạng một cửa tương đương Thevenin?
Trang 119Norton (1)
• Tương tự định lý TheveninTương tự định lý Thevenin
• Phát biểu: Một mạch tuyến tính 2 cực có thể được thay thế bằng một mạch tương đương gồm có nguồn dòng jg ộạgg ggg jtdtd& điện trở Rtd, trong đó:
– jtd: nguồn dòng ngắn mạch giữa 2 cực
Trang 123Norton (5)
e = 16 V; j = 2 A; R1 = 4 Ω; R2 = 6 Ω;
VD1
R3 = 8 Ω; Rt= 5 Ω; Tính it?
Rtd: điện trở trên hai cực khi
Trang 124Norton (6)e = 16 V; j = 2 A; R1 = 4 Ω; R2 = 6 Ω; VD1j : nguồn dòng ngắn mạch trên 2 cựcR3 = 8 Ω; Rt= 5 Ω; Tính it?jtd: nguồn dòng ngắn mạch trên 2 cực
Trang 128Thevenin & Norton (4)
• Việc áp dụng định lý Thevenin hoặc định lý Norton gọi là phương p g ý ý g p gpháp mạng một cửa/mạng 2 cực
• Các mạch điện được xây dựng dựa trên định lý Thevenin hoặc định lý Norton gọi là sơ đồ (tương đương) Thevenin hoặc sơ đồđịnh lý Norton gọi là sơ đồ (tương đương) Thevenin hoặc sơ đồ (tương đương) Norton
• Sơ đồ Norton có thể rút ra được từ sơ đồ Thevenin & ngược lại
Trang 130ềấ
Truyền cơng suất cực đại (1)
• Một số mạch điện được thiết kế để truyền công suất tới tảiMột số mạch điện được thiết kế để truyền cơng suất tới tải• Viễn thông: cần truyền một công suất tối đa đến tải
• Bài tốn: tìm thơng số của tải (giá trị của điện trở) để cơng• Bài tốn: tìm thơng số của tải (giá trị của điện trở) để công
Trang 132ềấ
Truyền công suất cực đại (3)
Trang 135ằ
Phân tích mạch điện bằng máy tính
Trang 137Mơ phỏng mạch điện (1)
• Bằng mã lệnh (Tutsim, Spice, …)Bằng mã lệnh (Tutsim, Spice, …)