Bài giảng
NGUYÊN LÝ ĐIỆN TỬ 1
Người biên soạn: Nguyễn Văn Thắng
2
Chương I
CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN TRONG MẠCH TUYẾN TÍNH
1.1. Các đại lượng cơ bản
1.1.1. Điện áp, dòng điện và công suất
Điện áp và dòng điện là hai đại lương cơ bản của một mạch điện, chúng cho
biết trạng thái về điện ở những điểm, những bộ phận khác nhau vào những thời
điểm khác nhau cuả mạch điện và như vậy chúng còn được gọi là các thông số cơ
bản của một mạch điện.
Điện áp: Khái niệm điện áp được rút ra từ khái niệm điện thế trong vật lý. Là
hiệu số điện thế giữa hai điểm khác nhau. Thường chọn một điểm nào đó của mạch
để làm điểm gốc có điện thế bằng không (điểm đất). Khi đó điện thế của mọi điểm
khác trong mạch có giá trị âm hay dương được mang so sánh với điểm gốc và
được hiểu là điện áp tại điểm đó. Một cách tổng quát điện áp giữa hai điểm A và B
được kí hiệu là UAB được xác định bởi UAB =VA -VB
với VA, VB là điện thế của điểm A, B so với điểm gốc.
Dòng điện: Khái niệm dòng điện là biểu hiện trạng thái chuyển động của các
hạt mang điện trong vật chất do tác động của trường hay do tồn tại một gradien
nồng độ theo hạt trong không gian. Dòng điện trong mạch có chiều chạy từ nơi có
điện thế cao đến nơi có điện thế thấp và như vậy có chiều ngược chiều với chiều
của điện tử.
Công suất: là công mà dòng điện sản ra trên đoạn mạch trong một đơn vị thời
gian. Do đó công suất P được sinh ra bởi dòng điện I khi chảy giữa 2 điểm của
đoạn mạch có điện áp đặt vào U sẽ là:
Trong thực tế còn tính đến công suất trung bình trong một khoảng thời gian T
đã cho. Giá trị này gọi là công suất hiệu dụng và bằng:
T
eff dttP
T
P
0
)(
1
(1.2)
1.1.2. Các phần tử tuyến tính - Mạch tuyến tính
Các phần tử tuyến tính là R, L, C
1. Định nghĩa điện trở: Tỉ số giữa điện áp ở hai đầu và dòng điện chạy qua
một phần tử là một hằng số và hằng số đó gọi là điện trở của phần tử.
3
R=
I
U
(1.3)
2. Định nghĩa tự cảm: tỉ số điện áp giữa hai đầu phần tử chia cho đạo hàm của
dòng điện theo thời gian qua phần tử ấy thì đại lượng ấy cuàng là một hằng số
và hằng số đó gọi là tự cảm.
L=
dt
di
U
(1.4)
3. Điện dung: Nghịch đảo tỉ số giữa điện áp giữa hai đầu phần tử và tích phân
của dòng điện là một hằng số và hằng số đó gọi là điện dung
idt
U
C
1
(1.5)
4. Mạch tuyến tính là mạch chỉ gồm các phần tử tuyến tính. Một mạch tuyến
tính có các tính chất sau:
- Đặc tuyến Vôn – Ampe (thể hiện quan hệ U(i) là một đường thẳng
- Tuân theo nguyên lý chồng chất. Tác động tổng cộng bằng tổng các tác
động riêng rẽ lên nó
- Không phát sinh thành phần tần số lạ khi làm việc với tín hiệu xoay
chiều (không gây méo phi tuyến)
1.2. Các đặc trưng của mạch RC và mạch RLC
1.2.1. Mạch tích phân
Mạch tích phân là mạch RC nối tiếp lối ra trên tụ điện và có điện áp lối ra tỉ lệ với tích
phân điện áp lối vào
ur =
dtu
RC v
1
(1.6)
ta có uv = uR +uC
uv
R
ur
C
i
Hình 1.1 Mạch tích phân
4
uC =
điều kiện đồi với mạch tích phân là
UC << UR (hay RC>>1)
Khi đó ta có UV UR
i=
R
U
R
UV
R
ur =uC=
=
dtu
RC v
1
1.2.2. Mạch vi phân
Mạch vi phân là mạch
đối với mạch vi phân ta có điều kiện
UR << UC ( hay RC<<1)
chứng minh tương tự như mạch tích phân ta cũng có biểu thức sau:
Ur =RC
dt
duv
Uv
Ur
R
C
Hình 1.2 Tín hiệu lối vào a)
và lối ra b) tương ứng của mạch tích phân
a
b
Hình 1.3. Mạch vi phân
5
1.2.3. Đặc trưng dừng của mạch RC
a) Định nghĩa
Một mạch tuyến tính nói chung là có hai lối vào và
hai lối ra.
Điện áp vào là hình sin thì sau một thời gian ở lối ra xuất hiện một điện áp điều hoà có
tần số cùng với điện áp lối vào. Nghĩa là trong mạch xuất hiện một trạng thái dừng
Một điện áp điều hoà được biểu diễn dưới dạng phức
u(t)=
tj
eU
U
là biên độ phức
U
=Uej
ta có u1(t) =
tj
eU
1
1
U
=U1ej1
u2(t)=
tj
eU
2
2
U
=U2ej2
1
2
U
U
A
gọi là đặc trưng dừng của mạc00h
thay các biểu thức ở tử và mẫu ta được
j
j
j
Ae
eU
eU
A 2
2
1
2
A=
1
2
U
U
cũng là hàm của tần số gọi là đặc trưng tần số của mạch
= 2 - 1 cũng là hàm của tần số gọi là đặc trưng pha (nó là độ lệch pha giữa tín hiệu
lối ra so với tín hiệu lối vào)
đặc trưng dừng trước hết trong mạch phải có trạng thái dừng.
Đặc trưng dừng là đặc trưng của hai tần số và pha.
b) Lối ra trên tụ điện
Ta có
tj
eIR
tjtj eUeI
Cj
1
1
IR
1
1UI
Cj
Cj
I
U
2
u1
u2
u1
R
u2
C
i
Hình 1.4. Mạch RC lối ra trên tụ điện