bÀi giẢng lÝ thuyẾt mẠch ĐiỆn tỬ - mientayvn.com...
Post on 30-Aug-2019
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Th.S Phan Tuấn Anh
BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
C1: CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT TỔNG QUÁT VỀ
MẠCH ĐIỆN
C7: DIODE BÁN DẪN
C8: TRANSITOR
C4: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC
C5: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN TRONG CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ
BẰNG PHÉP BIẾN ĐỔI LAPLACE
C6: MẠNG BỐN CỰC
C2: MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN RL VÀ RC
C3: MẠCH ĐIỆN BẬC HAI
Trao đổi trực tuyến tại:
http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html
BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
Th.S Phan Tuấn Anh
CÁC KHÁI NIỆM VÀ
ĐỊNH LUẬT TỔNG
QUÁT VỀ MẠCH ĐIỆN
CHƢƠNG 1
NỘI DUNG:
***
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
III – MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỆN
I – ĐỐI TƢỢNG CỦA MÔN HỌC
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
VI – ĐỊNH LÍ MILLMAN
IV – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF
VII – ĐỊNH LÍ THEVENIN - NORTON
VIII – ĐỊNH LÍ KENNELY
I – ĐỐI TƢỢNG CỦA MÔN HỌC
Lý thuyết mạch điện tử là một trong những môn học cơ
sở của chuyên ngành điện tử - Viễn thông – Tự động
hóa.
Lý thuyết mạch nghiên cứu sự biến đổi tín hiệu của các
mạch điện.
IN OUTMạch điện
Phần tử của mạch điện
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
1 – Tín hiệu – Dạng sóng của tín hiệu:
Tín hiệu là sự biến đổi một hay nhiều thông số
của một quá trình vật lý nào đó.
Trong phạm vi hẹp của mạch điện, tín hiệu là sự
biến đổi của hiệu thế hoặc dòng điện theo thời
gian.
Do đó ngƣời ta dùng các hàm theo thời gian để
mô tả tín hiệu và đƣờng biểu diễn các hàm này
theo thời gian đƣợc gọi là dạng sóng của tín
hiệu.
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
1 – Tín hiệu – Dạng sóng của tín hiệu:
Tín hiệu cho vào một mạch đƣợc gọi là tín hiệu
vào hay kích thích.
Tín hiệu nhận đƣợc ở ngã ra của mạch đƣợc gọi
là tín hiệu ra hay đáp ứng.
Tín hiệu vào
(kích thích)Mạch điện Tín hiệu ra
(đáp ứng)
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
2 – Hàm mũ (Exponential function):
K, là các hằng số thựctv(t) Ke
t0
V(t)
Hình 1.1
> 0 < 0
= 0K
Hình 1.1 là dạng
sóng của hàm mũ
với K > 0, ứng với
các giá trị khác
nhau của
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
3 – Hàm nấc đơn vị (Unit Step function):
a là hằng số dƣơng1, t au(t a)
0, t a
t0
Hình 1.2: Hàm nấc đơn vị
u(t)
t0 t0
u(t+a)
-a
u(t – b)
b t0
u(t+a) – u(t – b)
b-a
Chú ý: Hàm Ku(t – a) có giá trị bằng K khi t a
1
1 1 1
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
4 – Hàm dốc (Ramp function):
Chú ý:
t t
0
r(t) u(x)dx u(x)dx u(0)
Hình 1.3: Hàm dốc
đơn vị (độ dốc =1)
t0 t0
a là hằng số dƣơngt, t ar(t a)
0, t a
Hàm Kr(t – a) có dạng sóng là đƣờng thẳng có độ dốc
K và gặp trục Ot tại a.
450
r(t)
450
r(t – a)
a
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
5 – Hàm xung (Impulse function):
Với Càng nhỏ xung càng cao, nhƣng
diện tích giới hạn giữa đồ thị g(t) với
trục hoành luôn bằng 1 đơn vị
t0
t0
Hàm xung (t) đƣợc hình thành nhƣ sau:
Xét hàm: 1r(t), t [0, ]
f (t)
1 , t
1
Suy ra hàm:
1, t [0, ]df (t)
g(t)dt
0, t
1/
t0 1
1/1
1/2
2
1/3
3
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
5 – Hàm xung (Impulse function):
Chú ý:
Hình 1.4: Hàm xung
đơn vị
t0 t0
a là hằng số dƣơng, t a(t a)
0, t a
(t): còn gọi là
hàm Delta Dirac
(t) (t – a)
a
(t)dt 1
du(t)
(t)dt
Hàm nấc, dốc, xung được gọi là các hàm bất thƣờng.
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
6 – Hàm sin:
t0
vA
-A
T
v(t) = Asin(t)
Chu kì:
Biên độ: A
Tần số:
2T
1f
T 2
t0
v
t0
v
v(t) = A.e- t.sin(t)
v(t) = Asin(1t).sin(1t)
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
7 – Hàm tuần hoàn không sin:
t0
v
Tín hiệu răng cƣa
t0
v
t0
v
Tín hiệu hình chữ nhật
Tín hiệu chuỗi xung
t0
v
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
1 – Mạch điện:
Mạch điện là tổ
hợp các phần tử
ghép với nhau.
Sơ đồ mạch điện
là mô hình của
mạch điện
X
E, rK
RĐ
LED
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
1 – Mạch điện:
Phân giải mạch điện: cho mạch và tín hiệu vào,
tìm tín hiệu ra.
Thiết kế mạch điện: cho tín hiệu vào và tín hiệu ra,
xây dựng mạch.
Tín hiệu vào
(kích thích)Mạch điện Tín hiệu ra
(đáp ứng)
Có hai loại bài toán về mạch điện:
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
Phần tử thụ động: nhận NL của mạch, tiêu tán NL
dƣới dạng nhiêt hoặc tích trữ năng lƣợng dƣới
dạng điện trƣờng hoặc từ trƣờng.
VD: Điện trở, tụ điện, cuộn cảm
Phần tử tác động: cung cấp NL cho mạch.
VD: pin, accu, transitor, OPAMP
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.1 – Điện trở R:
• Quan hệ giữa điện áp và dòng điện:
v(t) = R.i(t) hay i(t) = G.v(t)
Với G = 1/R: điện dẫn (Ω-1) (Mho)
+ -
R
+ -
R
• Nhiệt lƣợng tiêu tán:
t t
2W(t) v(t).i(t)dt R.[i(t)] dt
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.2 – Cuộn cảm:
• Quan hệ giữa điện áp và dòng điện:
• Nhiệt lƣợng tích trữ:
t t
21W(t) v(t).i(t)dt L.i(t)di Li (t)
2
+ -
L
0
t t
0
t
di(t) 1 1v(t) L i(t) v(t)dt v(t)dtH i(t )
dt L Lay
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.3 – Tụ điện:
• Quan hệ giữa điện áp và dòng điện:
• Nhiệt lƣợng tích trữ:
t t
21W(t) v(t).i(t)dt C.v(t)dv Cv (t)
2
0
t t
0
t
dv(t) 1 1i(t) C v(t) i(t)dt i(t)dtH v(t )
dt C Cay
+ -
C
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.4 – Nguồn độc lập: giá trị của nó không phụ
thuộc vào mạch ngoài.
• Nguồn hiệu thế độc lập: v(t) = v = const
• Nguồn dòng điện độc lập: i(t) = i = const
V(t)
+ -i(t)
i(t)
+ -
v(t)
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.5 – Nguồn phụ thuộc: giá trị của nó phụ thuộc vào
hiệu thế hay dòng điện ở một nhánh nào đó.
v1
(1)
(2)
+_ v2 = kv1 v1
(1)
(2)
VCVS = Voltage-Controlled Voltage Source
CCVS = Current-Controlled Voltage Source
i2 = kv1
III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.5 – Nguồn phụ thuộc: giá trị của nó phụ thuộc vào
hiệu thế hay dòng điện ở một nhánh nào đó.
i1
(1)
(2)
+_ v2 = ki1 i1
(1)
(2)
VCCS =Voltage-Controlled Current Source
CCCS = Current-Controlled Current Source
i2 = ki1
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
Xác lập quan hệ giữa v(t) và i(t) qua một đoạn mạch
+ -
R
+ -
C
+ -
L
Thuần trở: Thuần cảm: Thuần dung:
di(t)v(t) L
dt
dv(t)i(t) C
dt
v(t)i(t)
R
R: điện trở (Ω) L: điện cảm (H) C: điện dung (F)
Nội dung:
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
Điện trở R = 20Ω được mắc vào hiệu điện thế v(t) như đồ thị hình vẽ. Xác định:
a) Giá trị của dòng điện tại các thời điểm t1 = 0,25s, t2 = 0,5s và t3 = 1s.
b) Biểu thức công suất tiêu hao trên điện trở. Vẽ đường cong công suất đó.
c) Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở trong khoảng thời gian từ 0 đến 1s?
Ví dụ 1:
0 1
1
2 t(s)
v(V)
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
a) Biểu thức điện áp trên hai của của điện trở:
Bài giải:
0 1
1
2 t(s)
v(V)
t khi 0 t 1(s)v(t)
2 t khi1 t 2(s)
Dòng điện qua điện trở:
0,05t khi 0 t 1(s)v(t)i(t)
0,1 0,05t khi1 t 2(s)R
t1 = 0,25s i1 = 0,0125A
t2 = 0,5s i2 = 0,025A
t3 = 1s i3 = 0,05A
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
b) Biểu thức công suất tiêu hao trên điện trở:
Bài giải:
p(t) v(t).i(i)2
2
0,05t khi 0 t 1(s)
0,05t 0,2t 0,2 khi1 t 2(s)
t(s)
p(W)
0
0,05
1 2
c) Nhiệt lượng tỏa ra:
1 1
2
0 0
1Q p(t).dt 0,05t dt (J)
60
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
Ví dụ 2:
0 1
1
2 t(s)
v(V)
Tìm qui luật biến thiên và vẽ dạng sóng của dòng điện qua
cuộn cảm L = 1H, nếu điện áp trên hai cực của cuộn cảm
có dạng sóng như hình vẽ. Tìm qui luật biến thiên năng
lượng tích trữ trong cuộn cảm và vẽ dạng sóng của năng
lượng này.
t khi 0 t 1(s)v(t)
2 t khi1 t 2(s)
IV – ĐỊNH LUẬT OHMt khi 0 t 1(s)
v(t)2 t khi1 t 2(s)
Giải ví dụ 2:
2
t
2
0
t, 0 t 1(s)
di(t) 1 2v(t) L i(t) v(t)dt
dt L t2t ,1 t 2(s)
2
Cƣờng độ dòng điện:
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
Giải ví dụ 2:
Năng lƣợng tích trữ:4
2
42 3
t, 0 t 1(s)
1 8W(t) Li (t)
2 t2t t ,1 t 2(s)
8
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
Ví dụ 3:
0 1
1
2 t(s)
v(V)
Tìm qui luật biến thiên và vẽ dạng
sóng của dòng điện qua tụ điện C
= 1F, nếu điện áp trên hai cực
của cuộn cảm có dạng sóng như
hình vẽ.
Tìm qui luật biến thiên năng
lượng tích trữ trong tụ điện và vẽ
dạng sóng của năng lượng này.
V – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF
1 – Kirchhoff’s Current Law (KCL):
Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kì luôn
bằng không.
k
k
i 0
Tổng dòng điện đi tới một nút
bằng tổng dòng điện đi khỏi
nút đó.
Qui ƣớc: Dòng đi tới nút mang dấu
dương; dòng đi khỏi nút mang dấu âm.
i1 + i2 + i4 – i3 = 0
Hay: i1 + i2 + i4 = i3
V – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF
2 – Kirchhoff’s Voltage Law (KVL):
Tổng đại số các hiệu thế của các nhánh trong một
vòng kín bất kì luôn bằng không.
k
k
v (t) 0 Qui ƣớc: Chọn một chiều dương cho
mạch vòng. Khi đi theo chiều đó, hiệu
thế sẽ có giá trị dương nếu đó là chiều
giảm của điện thế (gặp cực dương
trước).
- v1 + v2 – v3 = 0 - v(t) + vL(t) + vR (t) = 0
V – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF
3 – Ví dụ 1: Tìm ix và vx trong sơ đồ sau:
Áp dụng KCL cho các nút a, b, c, d:
i1 + 1 – 4 = 0 i1 = 3A
- i1 +2 – i2 = 0 i2 = -1A
i2 + i3 – 3 = 0 i3 = 4A
- ix - i3 – 1 = 0 ix = - 5A
Áp dụng KVL:
- vx – 10 + v2 – v3 = 0
- vx – 10 + 5.(-1) – 2.4 = 0
vx = - 23V
V – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF
4 – Ví dụ 2:
R=1Ω và L=5H mắc vào nguồn v(t) nhƣ hình (a), dòng điện có dạng sóng nhƣ hình (b). Tìm dạng sóng của nguồn v(t).
Giải
Áp dụng KVL, ta có: -v(t) + VL + VR = 0
Hay: v(t) = VR + VL = i(t).R + L.i’(t)di(t)
v(t) i(t) 5dt
Dựa vào dạng sóng của i(t), suy ra i’(t) và v(t)
di(t)v(t) i(t) 5
dt
Dựa vào dạng sóng của i(t), suy ra i’(t) và v(t)
VI-Định lý xếp chồng
Định lý xếp chồng là kết quả của tính chất tuyến
tính của mạch. Đáp ứng đối với nhiều nguồn
độc lập là tổng số đáp ứng đối với mỗi nguồn
riêng rẻ. Khi tính đáp ứng đối với một nguồn độc
lập ta phải triệt tiêu các nguồn kia(nối tắt nguồn
thế và để hở nguồn dòng), riêng nguồn phụ
thuộc vẫn giữ nguyên.
Các ví dụ:
VD1:Tìm hiệu thế v2 trong mạch hình a:
Giải:
VD2:Tìm hiệu thế v2 trong mạch :
VII. Định lý Thevenin&Norton:* Mục đích:
Dùng để thay một mạch phức tạp bằng một mạch đơn giản chỉ gồm 1 nguồn và điện trở.
1. Mạch Thevenin:
-Voc là điện áp hở mạch hai đầu ab.
-Rth là điện trở nhìn vào mạch A khi triệt tiêu các
nguồn độc lập.
2. Mạch Norton:
-Isc là dòng điện ngắn mạch hai đầu ab
-Rth là điện trở nhìn vào mạch A khi triệt tiêu
các nguồn độc lập.
I
Isc=Voc/Rth
3. Các ví dụ:
Vd1: Vẽ mạch tương Thevenin và Norton của mạch sau:
Vd2: vẽ mạch tương đương Norton sau:
Vd3: Tính Vo dùng mạch tương đương Thevenin:
VIII. Định lý Kennely:(biến đổi ΔY)
Biến đổi ΔY là thay thế các mạch Δ bằng các mạch Y và ngược lại:
Vd: Tìm dòng điện I trong mạch hình dưới:
top related