intTypePromotion=1
ADSENSE

Giáo trình: Thiết kế mạch điện tử_ ThS. Phan Như Quân

Chia sẻ: Pt Pt | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

639
lượt xem
147
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

mạch điện gồm có: nguồn, tải và dây dẫn điện. Nhánh (branch): một đoạn mạch gồm những phần tử ghép nối tiếp nhau. Nút (node): điểm giao nhau của 3 nhánh trở lên. Vòng (ring): một lối đi khép kín qua các nhánh. Nguồn (power, supply, source): các thiết bị điện để biến đổi các năng lượng khác sang điện năng. Tải (load): các thiết bị điện dùng để biến đổi điện năng ra các dạng năng lượng khác...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình: Thiết kế mạch điện tử_ ThS. Phan Như Quân

  1. ---------------  --------------- Giáo trình Thiết kế mạch điện tử ThS. Phan Như Quân
  2. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan C hương 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1. Mạch Điện (circuit): m ạch điện gồm có: nguồn, tải và dây dẫn điện 1.1.2. Nhánh (branch): một đoạn mạch gồm những phần tử ghép nối tiếp nhau. 1.1.3. Nút (node): đ iểm giao nhau của 3 nhánh trở lên 1.1.4. Vòng (ring): một lối đi khép kín qua các nhánh Ví dụ 1 : 1.1.5. Nguồn (power, supply, source): các thiết bị điện để biến đổi các năng lượng khác sang điện năng 1.1.6. Tải (load): các thiết bị điện dùng để biến đổi điện năng ra các dạng năng lượng khác 1.1.7. Dây dẫn (conductor): là dây kim lo ại dùng đ ể truyền tải từ nguồn đến tải 1.1.8. Điện thế (voltage): UA, UB, VA, VB, A, B,… 1.1.9. Hiệu điện thế : UAB=UA-UB=VA-VB=A- B 1.1.10. Dòng điện (current): d òng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện (electron, lỗ trống) Biểu diễn hàm điều hòa của dòng đ iện nh ư sau : i  t   I 0 sin  t     A  Trong đó : là biên độ, giá trị cực đại của d òng điện (A) - I0 : I0 là giá trị hiệu dụng (A) - I : 2 2  rad / s  : Tần số góc -   2 f  T tần số (số chu kỳ T trong 1 giây) - ( Hetz , Hz ) : f (sec ond , s ) : Chu k ỳ tín hiệu (thời gian lặp lại) - T - (radiant , rad ) : góc pha .t   (radiant , rad ) : pha ban đầu -  Trang 1
  3. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan Khi đầu bài cho giá trị điện áp, dòng điện ta phải hiểu đó là giá trị hiệu Lưu ý dụng. Khi nào đầu bài cho giá trị biên độ th ì phải đầu bài sẽ n êu giá trị biên độ. 1.1.11. Chiều dòng điện : Tùy ý chọn. Khi giải ra thấy giá trị âm thì kết luận dòng điện có chiều ngược với chiều đã chọn Vídụ 2 : R1 R3 I1 I2 R2 R4 E Giả sử giai ra đ ược : I 2  5 A , ta kết luận I 2 có chiều ngược với chiều đ ã chọn 1.2 MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN 1 .2.1. Điện trở (Resistor: R (ohm, )) : Đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng biến điện năng thành nhiệt năng. u  Ri 1 .2.2. Điện cảm (Inductive L (Henry, H)): Đặc trưng cho hiện tượng tích/phóng n ăng lư ợng từ trường. di uL  L dt LI 2 Năng lượng từ trường: WL  2 1 .2.3. Điện dung (Capacitor C (Fara, F)) : Đặc trưng cho hiện tượng tích/phóng n ăng lư ợng điện trường. duC iC  t   C dt 1 uC  t   iC  t  dt Hay C CU 2 Năng lượng điện trường : WC  2 Trang 2
  4. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan 1 .2.4. Nguồn độc lập. 1.2.4.1. Nguồn áp, nguồn sức điện động độc lập : u(t), e(t) Qui định chiều Đối với nguồn áp U : từ d ương sang âm Qui định chiều Đối với nguồn sức điện động E: từ âm sang d ương 1.2.4.2. Nguồn dòng độc lập : Dòng điện của nó không phụ thuộc vào điện áp trên 2 cực nguồn. 1.3. PH ẦN TỬ 4 CỰC 1 .3.1. Nguồn phụ thuộc 1.3.1.1. Nguồn dòng phụ thuộc dòng : i2 o o i1 i2 =  i1  i1 o o 1.3.1.2. Nguồn dòng phụ thuộc áp : 1.3.1.3. Nguồn áp phụ thuộc áp : 1.3.1.4. Nguồn áp phụ thuộc dòng : 1.4. ĐỊNH LUẬT OHM 1 .4.1. Định luật ohm UA UB Nếu UA>UB dòng điện I chảy từ A sang B: I 0 R Trang 3
  5. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan UB UA Nếu UA
  6. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan K2 : U10  U 30  4,5 10 I1 + 30 I2 = 4,5 (2) Tương tự : 60 I3 – 30 I2 = 0 (3) Ví dụ 4 : Viết phương trình K1, K2 cho bởi mạch sau : K1A : I6 - I1 - I2 = 0 K1B : I1 - I4 – I3 = 0 K1C : I2 + I3 + I5 = 0 K2 : R1I1 – E1 + R3I3 - R2I2 = 0 R4I4 –E5 + R5I5 – R3I3 = 0 R2I2 –R5I5 + E5 – E6 +R6I6 = 0 Ho ặc cách khác : R1I1 + R3I3 - R2I2 = E1 R4I4 + R5I5 – R3I3 = E5 R2I2 –R5I5 + R6I6 = E6 – E5 Ví dụ 5 : K1 : I4 + I3 – I1 – I2 = 0 K2 : -3I1 + 6I2 = 0 -12I3 – 6 I2 = -24 Trang 5
  7. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan 1.6. PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG Chú ý : Khi mạch điện chỉ có 1 nguồn thì dùng phương pháp biến đổi tương đương 1.6.1. Phân dòng 1.6.2. Phân áp 1.6.3. Biến đổi nguồn áp sang nguồn dòng 1.6.4. Biến đổi nguồn dòng sang nguồn áp 1.6.5. Biến đổi Y→ và →Y:   : Trang 6
  8. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan Ví dụ 6 : Tính I, I1, I2 = ? R1  30 / /60  20 Ví dụ 7 : Tính dòng các nhánh, U ? Trang 7
  9. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan R1  6 / /12  4 R2  R1nt 8  12 R3  16nt 8  24 R4  R2 / / R3  8 R5  R4 nt 24  32 R6  R5 nt 32  16 Rtd  R6 nt 4  20 U I  3A Rtd 32 I3  I  1.5 A 32  R5 R3 I2  I3  1A R3  R2 6 1 I1  I 2 A 6  12 3 I 4  I3  I 2  0.5 A U  I 4  16  8V Ví dụ 8 : Tính dòng các nhánh ? Tính U ? R1  (2nt1) / /6  2 R2  R1nt 2  4 R3  R2 / /12  3 Rtd  R3nt 2  5 U I  4A Rtd R2 I2  I  1A R2  12 Trang 8
  10. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan I 3  I1  I 2  3 A 6 I4  I3  2A 63 U  I 4 1  2V Ví dụ 9 :Tính dòng điện I trong mạch : R1 R4 b 2 6 a R3 6 R2 R5 R6 6 c 2 2 I _ + U=6V Biến đổi abc   R13 R4 2 2 R12 2 R23 R5 R6 2 2 2 I _ + U=6V 6 R12  R13  R23   2 3  2  2  2  2 R  2 22 2 22 Rtđ = 2 + 2 + 2 = 6  6 I =  1A 6 Ví dụ 1 0: Tính I1, I2, I3 R3 I3 12 I1 I2 + 5A R1 R2 U=6V 3 6 _ Trang 9
  11. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan R3 I3 12 Ia + 5A R1//R2 U=6V 3//6=2 _ R3 I3 2 12 + + 10V U=6V _ _ 24  10 I3   1A 2  12 Ia  1  5  6 A 6 6 I1   4A 63 63 I2   2A 63 Ví dụ 1 1 : Tính u1, u2, u3 = ? Trang 10
  12. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan Ví dụ 1 2 : 1.7. CÔNG SUẤT 1.7.1. Công suất tiêu thụ (có ích) P (power) (Watt, W) - Đối với điện 1 chiều: U2 P  U .I  R.I 2  (W ) R P  P  P2  ...  R1.I12  R2 .I 2  ... 2 1 - Đối với điện xoay chiều:     P  U .I .cos  , trong đó    U , I +Nếu mạch chỉ có R (thuần trở):  0 Suy ra P  U .I +Nếu mạch chỉ có L (thuần cảm): Cho i(t)=I0sin t (A)  di   Li '  LI 0 cos t  LI 0 sin   t   uL  L di 2  Trang 11
  13. Simpo PDF hương 1. Khái niệm cơ bản C Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Như Quân Biên soạn: ThS. Phan Góc lệch pha giữa i(t) và u(t) là 900. Và u(t) nhanh pha hơn i(i) Suy ra P=0 +Nếu mạch chỉ có C (thuần dung): Cho u(t)=U0sint (A)  du   Cu '  CU 0 cos t  CU 0 sin  t   iC  C di 2  Góc lệch pha giữa i(t) và u(t) là -900. Và u(t) chậm pha hơn i(i) Suy ra P=0 +Nếu mạch có R, L, C (giả sử UL > UC) P  U .I .cos  Trong đó: U L UC Z  ZC  arctg L   arctg UR R U R cos   R  U Z 1.7.2. Công suất phản kháng (vô ích) Q (VAR) Q  U .I .sin   X .I 2 (VAR) trong đó X có thể là XL=L, có thể là XC =1/C 1.7.3. Công suất biểu kiến (dự kiến, toàn phần) S (VA) S  U  I  P2  Q 2 (VA) P cos   S Q sin   S Trang 12
  14. Simpo PDF hương 2. Mạch xác lập điều hòa Version - http://www.simpopdf.comhan Như Quân Biên soạn: ThS. P C Merge and Split Unregistered C hương 2. MẠCH XÁC LẬP ĐIỀU HÒA 2.1. QUÁ TRÌNH ĐIỀU HO À Biểu diễn hàm điều hòa của dòng đ iện nh ư sau : i  t   I 0 sin  t     A  Trong đó : là biên độ, giá trị cực đại của d òng điện (A) - I0 : I0 là giá trị hiệu dụng (A) - I : 2 2  rad / s  : Tần số góc -   2 f  T - f (Hertz, Hz): tần số (số chu kỳ T trong 1 giây) - T (s) : Chu k ỳ tín hiệu (thời gian lặp lại) - t+ (rad) : góc pha -  (rad) : pha ban đầu Ví dụ: cho 2 h àm điều hoà cùng tần số góc ω: i  t   I 0 sin  t  i   A  u  t   U 0 sin t  u  V    i  u : được gọi là góc lệch pha giữa i(t) và u(t). Nếu >0 : i(t) nhanh sớm pha h ơn u(t) Nếu 
  15. Simpo PDF hương 2. Mạch xác lập điều hòa Version - http://www.simpopdf.comhan Như Quân Biên soạn: ThS. P C Merge and Split Unregistered 2.2.2. Biểu diễn số phức 2.2.2.1. hàm đại số c = a + jb 2.2.2.2. hàm mũ c  c e j 2.2.2.3. hàm lượng giác (áp dụng định lý Euler) c  c  cos   j sin   2.2.2.4. dạng góc c  c  Một số biễu diễn cơ bản hàm điều hòa về dạng phức . i  t   I m cos t     I  I m  1. . i  t   I m sin t     I  I m  2.  1 cos 2  t     i  t   I m cos 2 t     I m    2 2  3. 1 Im .  I   2 22  1 cos 2 t     i  t   I m sin 2  t     I m    2 2  4. 1 Im .  I   2 22 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY TÍNH FX-570MS VỚI SỐ PHỨC Chuyển sang chế độ số phức: ON – MODE – 2 Bước 1: Nh ập số liệu Bước 2 : Ví dụ1: Chuyển 3+4j sang dạng góc: 3 + 4 ENG shift + = (dừng lại quan sát kết quả modul 5) shift = (dừng lại quan sát kết quả góc 53.13) Kết quả 553.13 Ví dụ 2 : chuyển 2-2j sang dạng góc : 2 – 2 ENG shift + = (dừng lại quan sát kết quả modul 2.828) shift = (dừng lại quan sát kết quả góc -45) Kết quả 2.828-45 Ví dụ 3: Chuyển ngược lại ví dụ 1 5 shift (-) 53.13 = (dừng lại quan sát kết quả số thực 3) shift = (dừng lại quan sát kết quả số ảo 3.99) Trang 14
  16. Simpo PDF hương 2. Mạch xác lập điều hòa Version - http://www.simpopdf.comhan Như Quân Biên soạn: ThS. P C Merge and Split Unregistered Kết quả 3+3.99i Ví dụ 4 : Chuyển ngược lại ví dụ 1 2.828 shift (-) - 45 = (dừng lại quan sát kết quả số thực 1.99) shift = (dừng lại quan sát kết quả số ảo -1.99) Kết quả 1.99-1.99i (≈2-2i) Biểu diễn số phức sau sang 3 dạng còn lại: c = 1+j Ví dụ 5 : Giải c  12  12  2 1   arctg  450 1 c  2  e j 45 Suy ra: c  2  cos 45  j sin 45  c  245 Biểu diễn số phức sau sang 3 dạng còn lại: c = 1-j Ví dụ 6 : Giải 2 c  12   1  2  1  450   arctg 1 c  2  e j 45 Suy ra: c  2  cos  45   j sin  45     c  2  45 Biểu diễn số phức sau sang 3 dạng còn lại: c = 1 Ví dụ 7 : Giải Ta có: c = 1 + 0j c  12  0 2  1 0  00   arctg 1 c  1 e j 0  1 Suy ra: c  1  cos 0  j sin 0  c  10  1 Biểu diễn số phức sau sang 3 dạng còn lại: c = j Ví dụ 8 : Giải Ta có: c = j = 0+1j c  02  12  1 1  900   arctg 0 c  1  e j 90 Suy ra: c  1  cos 90  j sin 90  c  190 Biểu diễn số phức sau sang 3 dạng còn lại: c = -j Ví dụ 9 : Trang 15
  17. Simpo PDF hương 2. Mạch xác lập điều hòa Version - http://www.simpopdf.comhan Như Quân Biên soạn: ThS. P C Merge and Split Unregistered Giải Ta có: c = -j = 0-1j 2 c  02   1  1 1  900   arctg 0 c  1 e j 90 Suy ra: c  1 cos  90   j sin  90     c  1  90 Ví dụ 1 0: i = 5 sin( 2t + 300 ) (A) j 30o .  530 0  I = 5e . I = 5 (cos 30 o + jsin30o ) = 4,33 + 2,5j Đổi ngược lại : c = 4,33 2  2,5 2  5 2,5 = 30o  = arctg 4,33 o  i = 5 sin (2t + 30 ) Ví dụ 11 : u = 10 2 cos (2t – 60o ) . o)   U hd  10cos(60 o )  j sin( 60  5  8,66 j     2.2.3. Các phép toán số phức Ví dụ 12 : Cho c1=2 -3j c2=3+2j tìm c = c1+c2 c = c1-c2 c = c1×c2 c = c1/c2 giải: c = (2 -3j) + (3+2j) = 5-j c = (2 -3j) - (3+2j) = -1-5j c = (2 -3j) (3+2j) = 6+4j-9j+6 = 12 -5j 2  3 j  2  3 j   3  2 j  13 j c   j 3  2 j  3  2 j  3  2 j  13 Lưu ý: nhân, chia số phức với dạng góc: a a     b b  a    b   a  b   Trang 16
  18. Simpo PDF hương 2. Mạch xác lập điều hòa Version - http://www.simpopdf.comhan Như Quân Biên soạn: ThS. P C Merge and Split Unregistered Ví dụ 13 : 5  10 j 11,18  63 o  2,2  116 o  553o 3 4 j (2+6j).18 21o  6,371o .1821o  113,471o  21o  113,450 o (10  5 j ).2030 o 11,1863 o .2030 o 223,693 o 223,693 o o  765 o  7e j 65    o o 10  5 j  17,3  10 j 27,3  15 j 10  5 j  2030 31,1528 2.3 QUAN HỆ U,I TRÊN R-L-C TRỞ KHÁNG VÀ DẪN NẠP : 1. Q uan Hệ U, I Trên R : i = Io sinwt i  0 uR = R..i = R .Io sinwt Uo = R . Io  uR = Uo sinwt u  0 Trong mạch thuần trở thì dòng và áp cùng pha Biểu diễn bằng số phức : o I  I o e jo  I o o o U R  U o  RI o  R I 2 R.I o P  R.I 2  2 2. Q uan Hệ U, I Trên L : i = Io sinwt i  0 di  L.I o coswt   L.I o sin( wt  90 o ) uL = L dt đặt : ULO = LwIo XL = Lw  UL = ULO sin(wt + 900 ), u  0  Trong mạch thuần cảm thì áp nhanh pha hơn dòng 1 gó c 2 biểu diễn bằng số phức : o o o RL = 0 U L  jLw I  jX L . I Trong mạch thuần cảm không có hiện tượng tiêu tán năng lượng m à chỉ có hiện tượng tích phóng năng lư ợng từ trường. Đặc trưng bởi công suất phản kháng Trang 17
  19. Simpo PDF hương 2. Mạch xác lập điều hòa Version - http://www.simpopdf.comhan Như Quân Biên soạn: ThS. P C Merge and Split Unregistered I o2 X L QL = XL.I2 = (VAR) 2 i C1 3. Q uan Hệ U, I Trên C : Uc i = Io sinwt i  0 1 Io 1 o uc   idt  c w sin( wt  90 ) c I 1 u co  o   Xc cw cw U c  U co sin( wt  90 o )  o  90 o Trong mạch thuần dung thì áp ch ậm pha h ơn dòng 1 góc 900 Biểu diễn bằng số phức : o I  Io o  jI o I o o  j 90 o U c  U co e    jX c I  cw jcw Qc   X c .I 2 4 . Trở Khá ng : o o Trở kháng Z là tỉ số giữa U và I o U Z= o I i = Io sinwt i  0 u = u R + uL + uc o o o o U  U R U L U c 0 o o o o U  R I  jX L I  jX c I  I R  j  X L  X c  đặt X = XL - Xc o o U  I R  jX  o U  R  jX  Z o I vậy Z = R + jX =  Z  R 2  X 2 : trở kháng X    u   i  arctg R ký hiệu : Trang 18
  20. Simpo PDF hương 2. Mạch xác lập điều hòa Version - http://www.simpopdf.comhan Như Quân Biên soạn: ThS. P C Merge and Split Unregistered 2.5 GIẢI MẠCH XOAY CHIỀU BẰNG SỐ PHỨC : Bước 1:chuyển sang sơ đồ phức:  I i(t) R R  u(t) U  jL iL(t) IL L  uL(t) UL 1  jC iC(t) IC C  uC(t) UC + + U U - -  U  U 0 (V ) u(t)=U0 sin(t+)(V) Bước 2: Giải mạch bình th ường với số phức Bước 3: Chuyển số phức về miền thời gian VD4 : Giải : Trang 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2