Lý thuyết mạch điện tử 1

Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Khoa Điện tử - Viễn thông Lý thuyết mạch điện tử 1 Giới thiệu môn học  Mục tiêu chung:    Phát triển công cụ để thiết kế phân tích mạch Trang bị cho SV kiến thức mạch điện điện tử: dây nối, điện trở, tụ, cuộn, nguồn áp nguồn dòng độc lập hay phụ thuộc, khuếch đại thuật toán, Trang bị cho SV phương pháp phân tích tính toán mạch điện tử, giới thiệu phép biến đổi Laplace ứng dụng phân tích tính tốn mạch điện tử Kết học tập mong đợi  Kết thúc mơn học, sinh viên có thể:         Xác định mạch tuyến tính biểu diễn chúng dạng sơ đồ mạch Áp dụng định luật Kirchhoff's dòng áp, định luật Ohm Đơn giản mạch dùng mạch tương đương song song nối tiếp sử dụng phép biến đổi tương đương Thevenin – Norton Thực phân tích vịng node Giải thích sở vật lý tụ điện cuộn cảm Xác định mơ hình hóa hệ thống điện bậc bậc hai gồm tụ cuộn cảm Dự đoán trạng thái độ (transient behavior) mạch bậc bậc hai Áp dụng phép biến đổi Laplace phân tích mạch Thái độ nghề nghiệp   Qua học phần sinh viên nhận thức vai trị, vị trí mơn học Lý thuyết mạch tảng để tiếp thu kiến thức chuyên sâu ngành Điện tử-Viễn thông Tầm quan trọng: môn sở ngành để thi Cao học Tài liệu tham khảo  Giáo trình:    Phương Xuân Nhàn, Hồ Anh Túy, Lý thuyết mạch – Tập 1, NXB KH&KT, 2012 James W Nilsson and Susan A Ridel, “Electric Circuits”, 8th edition, Prentice-Hall, 2008 Tham khảo:   Lessons in Electric Circuits (a free series of textbooks, http://www.faqs.org/docs/electric/ ) EE 215, Fundamentals of Electrical Engineering, EE Dept., UW Nội dung chi tiết             Chương 1: Các thông số mạch Chương 2: Các thành phần mạch điện Chương 3: Mạch điện trở đơn giản Chương 4: Các kỹ thuật phân tích mạch Chương 5: Khuyếch đại thuật tốn Kiểm tra kỳ Chương 6: Điện cảm, điện dung hổ cảm Chương 7: Đáp ứng mạch RL RC bậc Chương 8: Đáp ứng tự đáp ứng nhảy bậc mạch RLC Chương 9: Biến đổi Laplace (chương 12 textbook) Chương 10: Biến đổi Laplace phân tích mạch (chương 13 textbook) Kiểm tra cuối kỳ Đánh giá học phần Bài tập/Chuyên cần/vấn đáp thuyết trình : 20% Giữa kỳ : 20% Cuối kỳ : 60%  Chương Các thông số mạch điện (Circuit Variables) Mục tiêu chương  Biết ứng dụng kỹ thuật điện tử  Biết sử dụng định nghĩa điện áp, dòng điện   Biết sử dụng định nghĩa cơng suất (power) lượng (energy) Sử dụng passive sign convention (PSC) để tính cơng suất thành phần mạch cho dòng điện điện áp Tổng quan mạch điện  Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông liên quan đến hệ thống phát, truyền đo tín hiệu điện Tín hiệu: hàm hay nhiều biến độc lập  Tín hiệu điện: Tín hiệu điện áp & Tín hiệu dòng điện  Kỹ thuật điện điện tử     Kết hợp mơ hình tượng tự nhiên nhà vật lý với công cụ tốn học Vận dụng mơ hình để tạo hệ thống giống với thực tế Hệ thống điện điện tử: hệ thống truyền thông (communication), máy tính (computer), điều khiển (control), điện (power) hệ thống xử lý tín hiệu (signal processing systems) 10 Dòng điện   Trong hầu hết mạch điện, electron (có điện tích âm) dịch chuyển Sự dịch chuyển điện tích âm theo chiều tương ứng với dòng điện theo chiều ngược lại Dòng điện: tốc độ luồng điện tích dq i dt - i = dịng điện (A) - q = điện tích (C) - t = thời gian (s) 1C 1A  1s 27 Điện áp  Năng lượng đơn vị điện tích tạo khoảng cách điện tích dương âm dw v dq - v = điện áp (V) - w = lượng (J) - q = điện tích (C) Điện áp đo hai điểm, điểm điện áp cao (+) điểm điện áp thấp (-) Biết điểm điểm điện áp cao điểm có điện áp thấp gọi cực tính (polarity) Thường dùng chữ số bên để biểu diễn điểm 28 Bài tập 1.3  Công thức biểu diễn giá trị dịng điện qua cực Tìm giá trị tổng điện tích (đơn vị: micro-coulombs) t0 0, i   5000t (A), t  20e 29 Ass Pro 1.4  The expression for the charge entering the uper terminal is given in the equation Find the maximum value of the current entering the terminal if a = 0.03679s-1  t  at q     e (C) a a a  Bài tập 1.4  Công thức biểu diễn giá trị điện tích qua cực Tìm giá trị cực đại dòng điện a = 0.03679s-1  t  at q     e (C ) a a a  33 Tính tốn cơng suất   Cơng suất tốc độ tiêu tốn hay hấp thụ lượng theo thời gian Công suất, p, thay đổi lượng theo thời gian dw p dt  - p = công suất - watts (w) - w = lượng - joules (J) - t = thời gian - seconds (s) Áp dụng quy tắc dây chuyền (Chain rule): dw dw dq p   v.i dt dq dt  Lưu ý: Cơng suất hấp thụ (absorbed) hai cực đầu cuối phân phối (delivered) từ 34 Power and Energy Often, the useful output signal of the electrical system is non-electrical   output of an image processing system?  output of a telephony system?  output of a light lamping?  Often, the useful output signal of the electrical system is expressed in terms of power and energy  Also, all practical devices have limitations on the amount of power that they can handle  Voltage and current calculation are not sufficient Passive sign convention Việc thiết lập chuẩn cho điện áp, chiều dòng, dấu dịng điện áp hữu ích   Cực tính điện áp biểu thị dấu cộng/trừ  Chiều dòng điện biểu diễn dấu mũi tên đặt kề dòng điện  Điện áp giảm (drop) từ “1” đến “2” i v Passive sign convention:   Nếu dòng chạy theo chiều giảm áp, sử dụng dấu cộng biểu thức liên quan đến dòng áp Ngược lại, sử dụng dấu trừ 36 PSC ví dụ 37 Ví dụ (ắc quy xe ơtơ)  Điện trở hấp thụ hay phân phối công suất?  Định luật Ohm: i = v/R = 12V/3Ω = 4A 38 Ví dụ 2: ắc quy xe ôtô  Ắc quy xe bị hỏng? 30A   Mơ hình hệ thống thật mơ hình mạch Tính cơng suất 39 Ví dụ 2: ắc quy xe ơtơ  ắc quy xe bị hỏng? A   30A B Ta có, i=30A Xe bị hỏng ắc quy? Tại vA : p=12V30A=360W Hấp thụ công suất  ắc quy bị hỏng Tại vB : p=12V(-30A)= - 360W Phát cơng suất 40 Bài tập 1.6  Dịng điện chạy qua cực cho công thức Giả sử điện áp cực tương ứng với dịng điện cho Tìm tổng lượng qua cực i v t0 0, i   5000t ( A), t  20e t0 0, v   5000t (kV ), t  10e 41 ... robots Mạch điện Tất có: mạch điện điện tử 21 Mạch điện   Một mạch điện mơ hình tốn học xấp xỉ trạng thái hệ thống điện thực tế Ví dụ: ắc quy ơtơ 22 Mạch điện gì?    Mục tiêu lý thuyết hệ... seconds (s) 1C 1A  1s Dòng điện   Trong hầu hết mạch điện, electron (có điện tích âm) dịch chuyển Sự dịch chuyển điện tích âm theo chiều tương ứng với dòng điện theo chiều ngược lại Dòng điện: tốc... luồng điện tích dq i dt - i = dịng điện (A) - q = điện tích (C) - t = thời gian (s) 1C 1A  1s 27 Điện áp  Năng lượng đơn vị điện tích tạo khoảng cách điện tích dương âm dw v dq - v = điện