Bài giảng Mạch điện - Chương 1: Khái niệm cơ bản về mạch điện - Ngô Văn Sỹ

ập ở nhàPhần bài tậpSử dụng PSpiceLàm các bài tập mô phỏngChương 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆNTín hiệu, mạch và hệ thống xử lý tín hiệuCác thông số cơ bản 2 cực của mạch điệnGhép nối các phần tử 2 cựcSơ đồ tương đươngCác toán tử trở kháng và dẫn nạp thựcBiểu diễn phứcCác toán tử trở kháng và dẫn nạp phứcTín hiệu, mạch và hệ thống xử lý tín hiệuTín hiệu: là biểu diễn vật lý của thông tinTín hiệu analog (tương tự)Biểu diễn bằng một hàm liên tục và đơn trị x(t)Số trạng thái của hàm là vô hạn (Xmin - Xmax)Tín hiệu digital (số)Biểu diễn bằng một hàm rời rạc x(n)Nhận giá trị trong một tập hữu hạn (x1, x2, , xi, , xM )Hệ thống analog và digitalASP : Analog Signal ProcessingDSP : Digital Signal ProcessingADC : Analog Digital ConvertDAC : Digital Analog ConvertASPADCDSPDACTín hiệu analogTín hiệu analogTín hiệu digitalTín hiệu digitalMô hình mạch điện:Mạch điện là mô hình của hệ thống ASPMô hình mạch điện phải phản ảnh trung thực các hiện tượng vật lý về điện xảy ra bên trong hệ thốngTrên cơ sở của mô hình phải cho phép phân tích, tính toán, thiết kế hệ thốngNội dung của mô hình được thể hiện qua:Các thông số cơ bản của mạch điệnCách ghép nối phức hợp của các thông sốCác định luật về điện làm cơ sở phân tích mạch Các thông số cơ bản 2 cực của mạch điệnĐiện trở R : Là thông số đặc trưng cho các phần tử hai cực mà điện áp trên hai đầu tỷ lệ với dòng điện đi qua nó.u(t) = R.i(t)Thứ nguyên Điện áp/Dòng điệnKý hiệu trong sơ đồĐơn vị đo:Ohm ΩKilo Ohm kΩMega Ohm MΩDẫn nạp GLà thông số đặc trưng cho các phần tử hai cực mà dòng điện đi qua nó tỷ lệ với điện áp trên hai đầu.i(t) = G.u(t) (G=1/R)Thứ nguyên Dòng điện / Điện áp Ký hiệu trong sơ đồĐơn vị đo:Siemens SĐiện cảmĐiện cảm L: là thông số đặc trưng cho các phần tử 2 cực mà điện áp trên hai đầu tỷ lệ với tốc độ biến thiên của dòng điện đi qua nó. Biểu thức quan hệ dòng và áp:Thứ nguyên: Đơn vị đo:Henry: HMili Henry: mHMicro Henry: uH, µHĐiện dungĐiện dung C : là thông số đặc trưng cho các phần tử 2 cực mà dòng điện đi qua nó tỷ lệ với tốc độ biến thiên của điện áp đặt trên hai đầu.Biểu thức quan hệ dòng và áp:Thứ nguyên: Đơn vị đo:Fara: FMili Fara: mF = 10-3 FMicro Fara: uF, µF = 10-6 FNano Fara: nF = 10-9 FPico Fara: pF = 10-12 FHỗ cảmHỗ cảm MĐặc trưng cho sự tác động qua lại giữa các thông số điện cảm trong mạch điệnHỗ cảm là thuận chiều nếu sự biến thiên dòng điện trên nhánh này làm tăng cường điện áp trên nhánh kia. Trên sơ đồ chiều dòng điện trên hai nhánh cùng đi vào hoặc cùng đi ra khỏi đầu được đánh dấuHỗ cảm là ngược chiều nếu sự biến thiên dòng điện trên nhánh này làm giảm điện áp trên nhánh kia. Trên sơ đồ chiều dòng điện trên hai nhánh này đi vào đầu được đánh dấu thì chiều dòng điện trên nhánh kia đi ra khỏi đầu được đánh dấuCó thứ nguyên và đơn vị đo giống như thông số điện cảmNguồn sức điện động lý tưởng: Đặc trưng cho các phần tử hai cực có khả năng cung cấp năng lượng hay tạo tín hiệu kích thích cho phần mạch khác làm việcGiá trị của nguồn chính là điện áp hở mạch trên hai đầu của phần tửThứ nguyên: Điện ápĐơn vị đo: Volt VMili Volt mV = 10-3 VMicro Volt nV, µV = 10-6 VKilo Volt kV = 103 VMega Volt MV = = 106 VNguồn dòng điện lý tưởng: Đặc trưng cho các phần tử hai cực có khả năng cung cấp năng lượng hay tạo tín hiệu kích thích cho phần mạch khác làm việcGiá trị của nguồn chính là dòng điện ngắn mạch trên hai đầu của phần tửThứ nguyên: Dòng điệnĐơn vị đo: Ampe AMili Ampe mA = 10-3 AMicro Ampe uA, µA = 10-6 AKilo Ampe KA = 103 AGHÉP NỐI GIỮA CÁC PHẦN TỬMẮC NỐI TIẾPDòng điện là chungĐiện áp trên hệ thống nối tiếp bằng tổng điện áp trên mỗi phần tửCác R nối tiếpCác L nối tiếpCác C nối tiếp i(t)= ik(t) u1(t) u2(t) uk(t) uN(t) u(t)MẮC SONG SONGĐiện áp là chungDòng điện đi qua hệ thống song song bằng tổng dòng điện đi qua mỗi phần tửCác R song songCác L song songCác C song song i(t) i1(t) i2(t) ik(t) iN(t) u(t)=uk(t)Sơ đồ tương đươngNguồn áp thực tếCó điện trở nội nối tiếpNguồn áp lý tưởng là nguồn có nội trở bằng không Nguồn thực tế có nội trở càng bé càng tốtNguồn dòng thực tếCó điện trở nội mắc song songNguồn dòng lý tưởng có điện trở nội bằng vô cùng (hở mạch)Nguồn dòng có điện trở nội càng lớn càng tốtChuyển đổi tương đươngLinh kiện điện trởTần số thấpTần số trung bìnhTần số caoCuộn cảmTụ điệnTụ gốm: Điện dung cở pF, điện áp đánh thủng cở kV AC (dùng gốm cách điện)Tụ giấy : Điện dung cở 1nF đến 100nF, điện áp đánh thủng 200V-500V AC (dùng giấy cách điện hoặc màng mỏng)Tụ dầu : Điện dung cở 100nF 10uF, điện áp đánh thủng 500V-1kV AC (dùng giấy cách điện ngâm dầu cách điện) Tụ hóa : Có điện dung cở 1uF đến 10.000 uF. Có phân cực (+/-) do dùng hóa chất làm điện môi để tăng điện dung, điện áp đánh thủng cở 6V DC đến 100V DCCác toán tử trở kháng và dẫn nạp thựcThông sốToán tử trở khángToán tử dẫn nạpĐiện trở.R.GĐiện cảmĐiện dungRLC nối tiếpRLC song songBiểu diễn phứcNguồn sức điện động điều hòa thựcBiểu diễn phức cho nguồn sức điện độngBiên độ phức của nguồn sức điện độngQuan hệ giữa nguồn thực và nguồn phứcThí dụ 1Nguồn sức điện động điều hòa thựcTần số của nguồnPha của nguồnBiên độ phức của nguồn sức điện độngToán tử cảm khángXét dòng điện điều hòa đi qua thông số điện cảm:Điện áp sinh ra trên thông số điện cảmBiểu diễn phức cho điện ápQuan hệ giữa dòng điện và điện áp trong biểu diễn phứcThí dụ 2Nguồn có biên độ phứcTần sốNguồn sức điện động thựcBiên độ thựcPhaCác toán tử trở kháng và dẫn nạp phứcThông sốToán tử trở khángToán tử dẫn nạpĐiện trở.R.GĐiện cảmĐiện dungRLC nối tiếpRLC song songCông suất tiêu thụ trên RCông suất tức thời:Năng lượng tiêu thụNăng lượng tiêu thụ trong khoảng thời gian TCông suất tiêu thụ trung bình trong khoảng thời gian TCông suất tiêu thụ trung bìnhCông suất cung cấp của nguồn sức điện động và nguồn dòngCông suất cung cấp tức thời của nguồn sức điện động tỉ lệ với bình phương giá trị của nguồnCông suất cung cấp tức thời của nguồn dòng điện bình phương giá trị của nguồnNăng lượng từ trường tích lũy trên thông số điện cảmCông suất tức thờiNăng lượng từ trường tỷ lệ với bình phương của dòng điện qua thông số điện cảmNăng lượng điện trường tích lũy trên thông số điện dungCông suất tức thờiNăng lượng điện trường tỷ lệ với bình phương của điện áp trên thông số điện dungBài tậpXem các bài tập có giải mẫu chương 1 (trang 29 đến 37)Làm các bài tập chương 1 (trang 37, 38)Lịch học 31ĐTDLSATSUNMONTUEWEDCHƯƠNG 1(7h30)CHƯƠNG 1CHƯƠNG 2CHƯƠNG 3CHƯƠNG 3CHƯƠNG 1(13h30)(13h30) Thi Kỹ Thuật NhiệtCHƯƠNG 2CHƯƠNG 2CHƯƠNG 3CHƯƠNG 3CHƯƠNG 1(18h00)CHƯƠNG 2CHƯƠNG 2CHƯƠNG 3CHƯƠNG 3