Phần 3: Mạch điện phi tuyến
➢ Các phần tử phi tuyến và các hiện tượng cơ bản trong mạch
điện phi tuyến
▪ Khái niệm mô hình mạch phi tuyến
▪ Tính chất mạch phi tuyến
▪ Các phần tử phi tuyến
➢ Mạch điện phi tuyến ở chế độ xác lập
▪ Một chiều (Nguồn DC)
▪ Xoay chiều (Nguồn AC)
▪ Chu kỳ (Nguồn DC+AC)
➢ Mạch điện phi tuyến ở chế độ quá độ
▪ Khái niệm
▪ Các phương pháp cơ bản
1
Lý thuyết mạch điện 2
Chương 5: Mạch điện phi tuyến ở chế độ xác lập với nguồn chu kỳ
❑ Khái niệm
❑ Phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc
❑ Một số bài toán cơ bản
2
Lý thuyết mạch điện 2
Khái niệm
❑ Áp dụng cho trường hợp nguồn kích thích gồm hai thành
phần:
▪ Một chiều (DC)
▪ Xoay chiều (AC)
▪ Thành phần DC rất lớn so với biên độ của thành phần AC (10 lần)
❑ Bỏ qua tính tạo tần của mạch phi tuyến
❑ Phương pháp giải mạch thường dùng
▪ Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
3
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
▪ Thay thế đặc tính phi tuyến của một phần tử phi tuyến bằng
đoạn thẳng tuyến tính tại điểm làm việc của phần tử phi tuyến đó
▪ Sử dụng hệ số động của phần tử phi tuyến
▪ Các bước thực hiện:
-Cho thành phần DC tác động, xác định điểm làm việc của phần tử phi
tuyến và các hệ số động của phần tử phi tuyến xung quanh điểm làm
việc đó.
- Cho thành phần AC tác động, giải mạch đã tuyến tính hóa.
4
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
▪ Ví dụ 1:
- Cho thành phần DC tác động: E(0)=15V
Điểm làm việc của điện trở
5
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
- Cho thành phần AC tác động:
Thay điện trở phi tuyến R bằng điện trở tuyến tính hóa
Mạch xoay chiều với Rd gồm các phần tử
tuyến tính → có thể giải bằng phức hóa mạch
6
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
- Tổng hợp kết quả:
7
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
▪ Ví dụ 2:
UR2(V) I(A)
0 0
30 0,25
40 0,5
47 0,75
62 1
70 1,5
- Cho thành phần DC tác động:
8
Lý thuyết mạch điện 2
UR2(V) I(A)
0 0
30 0,25
40 0,5
47 0,75
62 1
70 1,5
Dò:
9
Lý thuyết mạch điện 2
UR2(V) I(A)
30 0,25
0 0
47 0,75
62 1
70 1,5
40 0,5 Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
Điểm làm việc:
Từ bảng→ đồ thị để tìm hệ số động chính xác hơn
10
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
- Cho thành phần AC tác động:
- Tổng hợp kết quả
11
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
▪ Ví dụ 3:
- Cho thành phần DC tác động:
12
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
Điểm làm việc:
13
Lý thuyết mạch điện 2
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
- Cho thành phần AC tác động:→Phức hóa
Dùng phương pháp thế nút:
- Tổng hợp:
14
Lý thuyết mạch điện 2
Diode với tín hiệu (biến thiên) nhỏ
15
Lý thuyết mạch điện 2
Diode với tín hiệu nhỏ
Từ đặc tuyến V-A của diode, xác định điện trở động r0 và tìm điểm làm việc Q
R
Q(VD0,ID0)
VD
VD-RID
16
Lý thuyết mạch điện 2
Diode với tín hiệu nhỏ
Mạch tương đương xoay chiều
(bỏ qua điện trở của hai vùng bán dẫn P-N)
→ Biên độ của điện thế ngang qua diode:
Tổng hợp:
17
Lý thuyết mạch điện 2
Transistor (tham khảo)
Khuếch đại E chung
18
Lý thuyết mạch điện 2
Transistor (tham khảo)
19
Lý thuyết mạch điện 2
Bài tập 1
R2 = 35 ; R3 = 25 ; L=0,25 H; E1 =50V (một chiều); e2(t)=3sin(100t+60o) V Tụ điện C có đặc tính: q(u) = 0,5.10-3u+0,2.10-5u3 Điện trở R1 có đặc tính: u(i)=10i+0,02i3 Tính công suất phát của các nguồn? Tìm biểu thức theo thời gian của điện áp trên C?
Một chiều:
Hệ số động:
20
Lý thuyết mạch điện 2
Xoay chiều: dùng thế nút, cho thế tại b bằng 0
21
Lý thuyết mạch điện 2
Cho mạch điện trên hình vẽ
Bài tập 2
E1 = 90 V; R1 = 20 ; R3 = 50 ; L=0,1H
Đặc tính (Coulomb-Volt) của C: q(u)=10-4u+0,2.10-7.u3
Đặc tính của R2:
I(A)
0
1
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
Tìm biểu thức theo thời gian của i2
Tính công suất phát của các nguồn?
22
U(V) 0 30,2 39,5 42,6 45,7 48,8 52,0 55,2
E1 = 90 V; R1 = 20 ; R3 = 50 ; L=0,1H q(u)=10-4u+0,2.10-7.u3 U(V)
30,2 39,5 42,6 45,7 48,8 52,0 0 55,2
+Xét tác dụng của nguồn một chiều
- Quy trình dò:
I=1.30, U=39.44,I3=0.79, U=39.44, I1=2.09, E1=81.22 I=1.35, U=40.99,I3=0.82, U=40.99, I1=2.17, E1=84.39 I=1.40, U=42.55,I3=0.85, U=42.55, I1=2.25, E1=87.57 I=1.45, U=44.11,I3=0.88, U=44.11, I1=2.33, E1=90.75 I=1.50, U=45.67,I3=0.91, U=45.67, I1=2.41, E1=93.94 I=1.55, U=47.24,I3=0.94, U=47.24, I1=2.49, E1=97.14 I=1.60, U=48.82,I3=0.98, U=48.82, I1=2.58, E1=100.35 I=1.65, U=50.40,I3=1.01, U=50.40, I1=2.66, E1=103.56 I=1.70, U=51.98,I3=1.04, U=51.98, I1=2.74, E1=106.78 I=1.75, U=53.57,I3=1.07, U=53.57, I1=2.82, E1=110.00 I=1.80, U=55.17,I3=1.10, U=55.17, I1=2.90, E1=113.23
23
I(A) 0 1 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8
E1 = 90 V; R1 = 20 ; R3 = 50 ; L=0,1H q(u)=10-4u+0,2.10-7.u3 U(V)
30,2 39,5 42,6 45,7 48,8 52,0 0 55,2
+Xét tác dụng của nguồn xoay chiều
Tuyến tính hóa và phức hóa:
24
I(A) 0 1 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8
E1 = 90 V; R1 = 20 ; R3 = 50 ; L=0,1H q(u)=10-4u+0,2.10-7.u3 U(V)
30,2 39,5 48,8 52,0 42,6 45,7 0 55,2
Tuyến tính hóa và phức hóa:
a
25
I(A) 0 1 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8
Bài tập 3
R1 = 55; R2 = 30; Rt = 25; C = 2.10-3F; e1(t)=2sin(200t+450) V; E2 =50V (một chiều);
Cuộn dây phi tuyến có đặc tính: (i) = 0,5i+0,02i3
- Tính công suất phát của các nguồn? - Tìm giá trị hiệu dụng và biểu thức uC?
26
Lý thuyết mạch điện 2
Bài tập 3
R1 = 55; R2 = 30; Rt = 25; C = 2.10-3F; e1(t)=2sin(200t+450) V; E2 =50V (một chiều);
Cuộn dây phi tuyến có đặc tính: (i) = 0,5i+0,02i3
- Tính công suất phát của các nguồn? - Tìm giá trị hiệu dụng và biểu thức uC?
Đ/S: Pe1 = 0,0361W PE2 = 41,284W Uc (DC)= 25,23V
27
Lý thuyết mạch điện 2
Bài tập 4
R1 = 35 ; R2 = 30 ; Rt = 25 ; L=0,25 H; E1 =50 V (một chiều); e2(t)=3sin(200t+600) V;
q(u) = 0,5.10-3u+0,2.10-5u3
- Tính công suất phát của các nguồn? - Tìm giá trị hiệu dụng và biểu thức i1, uC?
28
Lý thuyết mạch điện 2
Bài tập 4
R1 = 35 ; R2 = 30 ; Rt = 25 ; L=0,25 H; E1 =50 V (một chiều); e2(t)=3sin(200t+600) V;
q(u) = 0,5.10-3u+0,2.10-5u3
- Tính công suất phát của các nguồn? - Tìm giá trị hiệu dụng và biểu thức uC?
Đ/S: PE1 = 61,16W Pe2 = 0,137W Uc (DC)= 8,188V
29
Lý thuyết mạch điện 2
Bài tập 5
Đặc tính của điện trở phi tuyến R2:
Tính dòng điện qua R2 và số chỉ của Vôn kế V?
30
Lý thuyết mạch điện 2
Bài tập 6
Cho mạch điện như hình 1.
E0 = 45 V; J1 = 2 A; R0 = 20 ; R2 = 12 ; Rt = 55 ; Đặc tính của R2: U(I) = 30I + 0,2I3
Hình 1
Tính dòng điện qua R2 ?
31
Lý thuyết mạch điện 2
