BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ - mientayvn.com li/Tai_lieu/Tai_lieu_ly_moi_1/DIEN_TU/Dien_tu...I –ĐỐI TƢỢNG CỦA MÔN HỌC Lý thuyết mạch điện tử

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

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


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.


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)


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


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


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


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


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.


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)


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


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:


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



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



2.2 – Cuộn cảm:


• 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



2.3 – Tụ 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



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)



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



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


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:


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)


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


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


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:


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


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


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


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


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:

Documents

BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ - mientayvn.com li/Tai_lieu/Tai_lieu_ly_moi_1/DIEN_TU/Dien_tu...I –ĐỐI TƢỢNG CỦA MÔN HỌC Lý thuyết mạch điện tử