Bài giảng Giải tích mạch - Chương 1: Những khái niệm cơ bản về mạch điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 1: Những khái niệm cơ bản về mạch điện. Sau khi học xong chương này, người học có thể hiểu được một số kiến thức cơ bản về: Tiếp đầu ngữ đơn vị SI (SI prefixes), tổng quát về những khái niệm cơ bản, qui ước dấu thụ động (passive sign convention), các phần tử mạch, phân loại mạch điện, định luật Kirchhoff, phân loại bài toán mạch theo tính chất quá trình điện từ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Giải tích mạch - Chương 1: Những khái niệm cơ bản về mạch điện

Chương trình giải tích mạch ➢ Chương 1: Những khái niệm cơ bản về mạch điện. ➢ Chương 2: Mạch xác lập điều hòa. ➢ Chương 3: Các phương pháp phân tích mạch ➢ Chương 4: Mạch ba pha. ➢ Chương 5: Phương pháp tích phân kinh điển ➢ Chương 6: Phương pháp toán tử Laplace . ➢ Chương 7: Hàm truyền. ➢ Chương 8: Biến đổi Fourier
Ch.1: Những khái niệm cơ bản về mạch điện. 1.1. Tiếp đầu ngữ đơn vị SI (SI prefixes) 1.2.Tổng quát về những khái niệm cơ bản. 1.3. Qui ước dấu thụ động (Passive Sign convention) 1.4. Các phần tử mạch 1.5. Phân loại mạch điện 1.6. Định luật Kirchhoff. 1.7.Phân loại bài toán mạch theo tính chất quá trình điện từ.
1.1.Tiếp đầu ngữ đơn vị SI Nhân Tiếp đầu ngữ Ký hiệu Ví dụ 1012 tera T TB 109 giga G GB 106 mega M MHz 103 kilo k kΩ 100 V 10-3 milli m mH 10-6 micro µ µA 10-9 nano n ns 10-12 pico p pF 10-15 femto f 10-18 atto a
1.2.Tổng quát về những khái niệm cơ bản *Mạch điện là 1 hệ gồm các phần tử điện, điện tử nối lại với nhau *Điện tích là 1 thuộc tính điện của các phần tử thuộc nguyên tử, được đo bằng coulomb (C). •1C là điện tích của 6,24 x 1018 electrons •Định luật bảo tồn điện tích: điện tích không bị mất đi và cũng không sinh ra thêm nó chỉ dịch chuyển mà thôi 1•Mạch điện và mô hình: Trong một mạch điện gồm các thành phần khác nhau để tiện lợi cho việc phân tích mạch ta dùng các ký hiệu cho các thành phần của mạch điện. Ví dụ: Kc ic Công tắcc 2 cục pin Bóng 1,5Vc đènc 10Ωc 1,5Vc 1,5Vc
1.2.Tổng quát về những khái niệm cơ bản *Dòng điện là tốc độ thay đổi điện tích được đo bằng (A). •1A = 1 C/s •Có 2 loại dòng điện: -Dòng điện 1 chiều (DC): Dòng điện không đổi -Dòng điện xoay chiều (AC): Dòng điện thay đổi dạng sin theo thời gian •i : dòng điện tính bằng A; q: điện tích tính bằng coulomb; t: thời gian tính bằng giây.
Dòng điện i 1,5V e- 10Ωc 1,5V ➢ Dòng điện trong mạch được tạo ra do sự dịch chuyển của các âm điện tử. ➢ Chiều dòng điện được biểu thị bởi chiều của mũi tên. ➢ Theo qui ước chiều dòng điện chính là chiều di chuyển của điện tích dương. ➢ Các âm điện tử di chuyển ngược lại với chiều dòng điện ➢ Vận tốc dời (average drift velocity) rất nhỏ (mm/giây). ➢ Vận tốc truyền (propagation rate) rất lớn (gần với vận tốc ánh sáng)
Điện áp *Điện áp 2 đầu 1 phần tử mạch là năng lượng hấp thu hay tiêu thụ của 1 đơn vị điện tích khi di chuyển qua 1 phần tử mạch. Giống như áp suất trong hệ thống nước. Ta cũng thường gọi là hiệu điện áp (potential difference) Điện áp tạo nên sự dịch chuyển của điện tích theo 1 chiều. Ta dùng cực tính ( cực + và cực – của nguồn) để chỉ chiều dịch chuyển của điện tích. v: Điện áp tính bằng vôn w: Năng lượng tính bằng Joule q: Điện tích tính bằng coulomb Nguồn áp tạo nên dòng điện chạy trong mạch. Cường độ dòng điện( gọi tắt là dòng điện) là tốc độ chảy của điện tích Điện trở chống lại sự chảy của dòng điện
Công suất Công suất: Tốc độ hấp thu hay tiêu thụ năng lượng trong đơn vị thời gian Được ký hiệu bằng chữ p Theo qui ước: Phần tử mạch hấp thu công suất có p>0 Phần tử mạch phát ra công suất có p
Năng lượng *Định luật bảo tồn năng lượng: Công suất hấp thu thực (net power absorbed) bởi 1 mạch điện thì bằng 0. Nói cách khác: _Năng lượng phát ra tổng cộng trong 1 mạch điện thì bằng năng lượng hấp thu tổng cộng. _Công suất hấp thu bởi 1 phần tử mạch phải được phát ra bởi các phần tử khác. *Năng lượng: Công thực hiện tính bằng joule (J). Nếu dòng điện và điện áp là không đổi (DC)
1.3.Qui ước dấu thụ động(PSC) *PSC: Dòng điện đi vào cực dương của phần tử hai cực tương đương với dòng điện đi ra cực âm. *Hầu hết các phần tử 2 cực (như điện trở, nguồn 1 chiều) được đặc trưng bởi phương trình liên hệ giữa điện áp và dòng điện: v = ±f(i) hay i= ±g(v) PSC xác định dấu (+ hay -) của phương trình liên hệ giữa áp và dòng. _Nếu PSC được thỏa : v = f(i) hoặc i= g(v) _Nếu PSC không thỏa: v = -f(i) hoặc i= -g(v) Tương tự đối với công suất hấp thu p _Nếu PSC được thỏa: p = vi _Nếu PSC không thỏa: p = -vi
Ví dụ về Qui ước dấu thụ động i i i i - + + - v v v v + - - + ➢ Giảsử các phần tử mạch ở hình trên được đặc trưng bởi phương trình v = ±f(i) và i = ±g(v). Hãy dùng PSC để viết các phương trình về áp, dòng , công suất của các phần tử tương ứng.
Ví dụ về Qui ước dấu thụ động 2A 2A 2A 2A - + + - 4v 4v 4v 4v + - - + ➢ Tìmcông suất hấp thu P của mỗi phần tử như hình trên?
- + Ví dụ:Tính va a vd d công suất + vc - - id + + ia hấp thu c f vf tổng cộng i ie - b - ic + if của mạch? vb b ve e + - Phần tử Điện áp (V) Dòng điện (A) Công suất (W) a -18 -51 b -18 45 c 2 -6 d 20 -20 e 16 -14 f 36 31
1.4.Các phần tử mạch Vs Vs cI1 Nguồn Nguồn Nguồn độc lập độc lập phụ thuộc 12V = -12V + 12V = -12V ➢ Nguồn áp lý tưởng (ideal voltage source): Tạo nên điện áp Vs vôn bất kể dòng điện hay công suất nó phát ra bao nhiêu. ➢ Điện áp có thể phụ thuộc vào các biến của mạch (áp, dòng): nguồn áp phụ thuộc.
Nguồn áp lý tưởng v1 v1 v2 = Không được = v1 + v2 thực hiện - v2 ➢ Các nguồn áp mắc nối tiếp có điện áp tương đương bằng tổng các điện áp. ➢ Các nguồn áp không được mắc song song ngoại trừ các điện áp bằng nhau (v1 = v2 )
Nguồn dòng lý tưởng Is cV1 2A = -2A 2A = -2A Nguồn dòng Nguồn dòng độc lập phụ thuộc ➢ Nguồn dòng lý tưởng (ideal current source): Tạo nên dòng điện Is ampe bất kể điện áp hay công suất nó phát ra bao nhiêu. ➢ Dòng điện có thể phụ thuộc vào các biến của mạch (áp, dòng): nguồn dòng phụ thuộc.
Nguồn dòng lý tưởng = Không được i1 i2 = i1 + i2 thực hiện i1 i2 ➢ Các nguồn dòng mắc song song có dòng điện tương đương bằng tổng các dòng điện. ➢ Các nguồn dòng không được mắc nối tiếp ngoại trừ các dòng điện bằng nhau (i1 = i2 )
Biến đổi nguồn R Vs Is R V s = R Is R Vs Is R
Điện trở (resistance) *Điện trở của thanh hình trụ: R = ρl/S R tính bằng ôm (Ω) ρ: Điện trở suất của vật liệu tính bằng (Ω-m) l:Chiều dài của thanh tính bằng mét (m). S:Tiết diện của thanh tính bằng (m2 ) *Dây dẩn (conductor) có điện trở rất nhỏ (50MΩ) thường không được để ý đến (bỏ qua khi phân tích mạch). Điện trở có giá trị trung bình phải được kể đến khi phân tích mạch. *Về phương diện điện, bóng đèn đốt tim tương đương với điện trở.
Điện trở và định luật Ohm v v i R R + v - i i Tuyến tính (dùng Không Tuyến tính (không định luật Ohm ) dùng định luật Ohm ) ➢ Một cách tổng quát, điện trở được định nghĩa là đại lượng đặc trưng cho mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trên 1 phần tử mạch thông qua đặc tuyến vôn ampe. ➢ Tùy theo vật liệu của phần tử điện trở mà ta có đặc tuyến không tuyến tính hoặc tuyến tính. ➢ Trường hợp tuyến tính ta có định luật Ohm: v = ±Ri ➢ Dấu + hay – được xác định theo PSC