Tập bài giảng Lý thuyết mạch: Phần 1 - ThS. Vũ Chiến Thắng

Chia sẻ: Hoathachthao | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:111

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tập bài giảng Lý thuyết mạch: Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Các khái niệm và nguyên lý cơ bản của lý thuyết mạch; các phương pháp cơ bản phân tích mạch điện; hiện tượng quá độ trong các mạch RLC;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tập bài giảng Lý thuyết mạch: Phần 1 - ThS. Vũ Chiến Thắng

KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN MÔN: N T - VI N THÔNG THS. V CHI N TH NG LÝ THUY T M CH P BÀI GI NG (L u hành n i b ) THÁI NGUYÊN 10/2009 1
CL C C L C.....................................................................................................................2 I GI I THI U...........................................................................................................3 CH NG I: CÁC KHÁI NI M VÀ NGUYÊN LÝ C B N C A LÝ THUY T M CH ..4 GI I THI U ...............................................................................................................4 I DUNG .................................................................................................................4 1.1. KHÁI NI M TÍN HI U......................................................................................4 1.2. CÁC THÔNG S TÁC NG VÀ TH NG C A M CH ...........................11 1.3. BI U DI N M CH TRONG MI N T N S .....................................................18 1.4 CÁC Y U T HÌNH H C C A M CH.............................................................22 1.5 TÍNH CH T TUY N TÍNH, B T BI N VÀ NHÂN QU C A M CH N .....23 1.6 KHÁI NI M V TÍNH T NG H C A M CH N ....................................25 1.7 CÔNG SU T TRONG M CH N U HÒA...............................................26 1.8 K THU T TÍNH TOÁN TRONG LÝ THUY T M CH......................................28 CÁC THÍ D MINH H A .......................................................................................30 NG H P N I DUNG CH NG I......................................................................39 CH NG II: CÁC PH NG PHÁP C B N PHÂN TÍCH M CH N .....42 GI I THI U .............................................................................................................42 I DUNG ...............................................................................................................42 2.1 C S C A CÁC PH NG PHÁP PHÂN TÍCH M CH.................................42 2.2 CÁC PH NG PHÁP PHÂN TÍCH M CH C B N........................................46 2.3 PH NG PHÁP NGU N T NG NG....................................................65 2.4 PHÂN TÍCH M CH TUY N TÍNH B NG NGUYÊN LÝ X P CH NG .............72 CH NG III: HI N T NG QUÁ TRONG CÁC M CH RLC ................77 GI I THI U .............................................................................................................77 I DUNG ...............................................................................................................77 3.1 BI N I LAPLACE.........................................................................................77 3.2 CÁC THÔNG S C A M CH N TRONG MI N P ....................................90 3.3 NG D NG BI N I LAPLACE GI I CÁC BÀI TOÁN M CH QUÁ RLC.........................................................................................................................93 NG H P N I DUNG CH NG III...............................................................110 CH NG IV: HÀM TRUY N T VÀ ÁP NG T N S C A M CH...................111 GI I THI U ...........................................................................................................112 I DUNG ...............................................................................................................112 4.1 HÀM TRUY N T C A H TH NG............................................................112 4.2 ÁP NG T N S C A H TH NG.............................................................114 4.3 TH BODE ................................................................................................117 4.4 NG D NG TH BODE KH O SÁT M CH N ............................129 NG H P N I DUNG CH NG IV ...............................................................135 CH NG V: M NG B N C C VÀ NG D NG......................................................136 GI I THI U ...........................................................................................................136 5.1 M NG B N C C TUY N TÍNH, B T BI N, T NG H .............................136 5.2 M NG B N C C TUY N TÍNH KHÔNG T NG H ..................................168 5.3 M NG B N C C CÓ PH N H I ..................................................................179 5.4 M T S NG D NG LÝ THUY T M NG B N C C ...................................180 NG H P N I DUNG CH NG V.................................................................213 2
I GI I THI U Lý thuy t m ch là m t trong s các môn c s c a k thu t n t , vi n thông, t ng hoá, nh m cung c p cho sinh viên kh ng nghiên c u các m ch ng t , ng th i nó là c s lý thuy t phân tích các m ch s . V i ý ngh a là m t môn h c nghiên c u các h th ng t o và bi n i tín hi u, n i dung s lý thuy t m ch (basic circuits theory) ch y u i sâu vào các ph ng pháp bi u di n, phân tích, tính toán và t ng h p các h th ng i n t o và bi n i tín hi u d a trên mô hình các các thông s & các ph n t h p thành i n hình. T p bài gi ng này ch y u c p t i lý thuy t các ph ng pháp bi u di n và phân tích m ch kinh i n, d a trên các lo i ph n t m ch ng t , tuy n tính có thông s t p trung, c th là: - Các ph n t & m ng hai c c: Hai c c th ng, có ho c không có quán tính nh ph n t thu n tr , thu n dung, thu n c m và các m ch c ng ng; hai c c tích c c nh các ngu n n áp & ngu n dòng i n lý t ng. - Các ph n t & m ng b n c c: B n c c ng h th ng ch a RLC ho c bi n áp lý t ng; b n c c tích c c nh các ngu n ph thu c (ngu n có i u khi n), transistor, m ch khu ch i thu t toán... Công c nghiên c u lý thuy t m ch là nh ng công c toán h c nh ph ng trình vi phân, ph ng trình ma tr n, phép bi n i Laplace, bi n i Fourier... Các công c , khái ni m & nh lu t v t lý. M c dù có r t nhi u c g ng nh ng c ng không th tránh kh i nh ng sai sót. Xin chân thành c m n các ý ki n óng góp c a b n c và ng nghi p. Ng i biên so n 3
CH NG I: CÁC KHÁI NI M VÀ NGUYÊN LÝ C B N C A LÝ THUY T M CH GI I THI U Ch ng này c p n các khái ni m, các thông s và các nguyên lý c b n nh t c a lý thuy t m ch truy n th ng. ng th i, a ra cách nhìn t ng quan nh ng v n mà môn h c này quan tâm cùng v i các ph ng pháp và các lo i công c c n thi t ti p c n và gi i quy t các v n ó. I DUNG • Th o lu n quan i m h th ng v các m ch i n x lý tín hi u. • Th o lu n các lo i thông s tác ng và th ng c a m ch i góc ng ng. • Cách chuy n mô hình m ch i n t mi n th i gian sang mi n t n s và ng c l i. • Các thông s c a m ch trong mi n t n s . • ng d ng mi n t n s trong phân tích m ch, so sánh v i vi c phân tích m ch trong mi n th i gian. 1.1. KHÁI NI M TÍN HI U Tín hi u Tín hi u là d ng bi u hi n v t lý c a thông tin. Thí d , m t trong nh ng bi u hi n v t lý c a các tín hi u ti ng nói (speech), âm nh c (music), ho c hình nh (image) có th là i n áp và dòng i n trong các m ch i n. V m t toán h c, tín hi u c bi u di n chính xác ho c g n úng b i hàm c a các bi n c l p. Xét d i góc th i gian, m c dù trong các tài li u là không gi ng nhau, nh ng trong tài li u này chúng ta s th ng nh t v m t nh ngh a cho m t s lo i tín hi u ch y u liên quan n hai khái ni m liên t c và r i r c. Tín hi u liên t c Khái ni m tín hi u liên t c là cách g i thông th ng c a lo i tín hi u liên t c v m t th i gian. Nó còn c g i là tín hi u t ng t . M t tín hi u x(t) c g i là liên t c v m t th i gian khi mi n xác nh c a bi n th i gian t là liên t c. 4
Hình 1.1 mô t m t s d ng tín hi u liên t c v m t th i gian, trong ó: Hình 1.1a mô t m t tín hi u b t k ; tín hi u ti ng nói là m t thí d i n hình v d ng tín hi u này. Hình 1.1b mô t d ng tín hi u i u hòa. Hình 1.1c mô t m t dãy xung ch nh t tu n hoàn. Hình 1.1d mô t tín hi u d ng hàm b c nh y nv, ký hi u là u(t) ho c 1(t): Còn hình 1.1e mô t tín hi u d ng hàm xung n v , còn g i hàm delta. Hàm này có phân b Dirac và ký hi u là (t): C n l u ý r ng, v m t biên , tín hi u liên t c v m t th i gian c a ch c ã nh n các giá tr liên t c. N u biên c a lo i tín hi u này là liên t c t i m i th i i m, thì tín hi u ó m i là tín hi u liên t c th c s . Hình 1.1. M t s d ng tín hi u liên t c theo th i gian. Tín hi u r i r c V m t toán h c, tín hi u r i r c là m t hàm trong ó bi n th i gian ch nh n các giá tr r i r c. Thông th ng, lo i tín hi u r i r c n gi n nh t ch c nh ngh a các giá tr t i các i m th i gian r i r c t =n.Ts, trong ó n nguyên; do ó trong các tài li u, tín hi u r i r c x(nTs) th ng c ký hi u là x(n). Hình 1.2a mô t d ng m t tín hi u r i r c v m t th i gian. 5
Hình 1.2a. Minh h a tín hi u r i Hình 1.2b. Minh h a tín hi u s nh phân Tín hi u s Tín hi u s là lo i tín hi u r i r c ch nh n các giá tr trong m t t p h u h n xác nh. N u t p giá tr c a tín hi u s ch là hai giá tr (0 ho c 1) thì tín hi u ó chính là tín hi u s nh phân. Hình 1.2b là m t thí d minh h a cho t ng h p này. S l ym u L y m u là thu t ng ch quá trình r i r c hóa tín hi u liên t c. Nói cách khác, ây là quá trình chuy n i tín hi u liên t c s(t) thành tín hi u r i r c s(n) ng ng. Ta g i s(n) là phiên b n c m u hóa t tín hi u g c s(t). N u s(n) quan h v i tín hi u g c s(t) theo bi u th c: thì ng i ta g i ây là quá trình l y m u u, trong ó Ts c g i là cl y m u hay chu k l y m u. Có th mô hình hóa quá trình l y m u này thành b l y m u nh hình 1.3. Trong ó, ph n t h t nhân là m t chuy n m ch ho t ng óng/ng t theo chu k Ts. Hình 1.3. Mô hình hóa quá trình l y m u Chuy n i AD/DA Chuy n i AD là quá trình s hóa tín hi u liên t c. Nói cách khác, ây là quá trình chuy n i tín hi u liên t c s(t) thành tín hi u s ng ng. Thông th ng, trong các h th ng i n t , quá trình này bao g m ba công o n: Tr c 6
tiên là công o n r i r c hóa tín hi u v m t th i gian. K ti p là công o n làm tròn các giá tr ã l y m u thành các giá tr m i thu c m t t p h u h n; công o n này còn g i là công o n l ng t hóa. Cu i cùng, tùy thu c vào h th ng s c s d ng mà các giá tr ã c ng t hóa s c mã hóa ng thích v i thi t b x lý và môi tr ng truy n d n. Ng c l i quá trình chuy n i AD là quá trình chuy n i DA. ây là quá trình ph c h i tín hi u liên t c s(t) t tín hi u s ng ng. X lý tín hi u X lý tín hi u là m t khái ni m r ng ch các quá trình bi n i, phân tích, t ng h p tín hi u nh m a ra các thông tin ph c v cho các m c ích khác nhau. Các h th ng khu ch i và ch n l c tín hi u; Các h th ng i u ch và gi i i u ch tín hi u; các h th ng phân tích, nh n d ng và t ng h p thông tin ph c v các l nh v c an ninh-qu c phòng, ch n oán b nh, d báo th i ti t ho c ng t... là nh ng thí d i n hình v x lý tín hi u. M ch i n S t o ra, ti p thu và x lý tín hi u là nh ng quá trình ph c t p x y ra trong các thi t b & h th ng khác nhau. Vi c phân tích tr c ti p các thi t b và h th ng i n th ng g p m t s khó kh n nh t nh. Vì v y, v m t lý thuy t, các h th ng i n th ng c bi u di n thông qua m t mô hình thay th . Hình 1.4. M ch tích phân. Trên quan i m h th ng, m ch i n là mô hình toán h c chính xác ho c g n úng c a m t h th ng i n, nh m th c hi n m t toán t nào ó lên các tác ng u vào, nh m t o ra các áp ng mong mu n u ra. Mô hình ó th ng c c tr ng b i m t h ph ng trình mô t m i quan h gi a các tín 7
hi u xu t hi n bên trong h th ng. Trong mi n th i gian, các h th ng m ch liên t c c c t ng b i m t h ph ng trình vi tích phân, còn các h th ng m ch r ir c c c tr ng b i m t h ph ng trình sai phân. V m t v t lý, m ch i n là m t mô hình ng ng bi u di n s k t n i các thông s và các ph n t c a h th ng theo m t tr t t logic nh t nh nh m t o và bi n i tín hi u. Mô hình ó ph i ph n ánh chính xác nh t & cho phép phân tích c các hi n ng v t lý x y ra, ng th i là c s tính toán & thi t k h th ng. Thí d hình 1.4 là mô hình m t m ch i n liên t c th c hi n toán t tích phân, trong ó m i quan h vào/ra th a mãn ng th c: ura = k uv dt . Hình 1.5 là m t trong nh ng mô hình ng ng c a bi n áp th ng. Trong mô hình t ng ng c a ph n t này có s có m t c a các thông s i n tr R, i n c m L và h c m M. Nh ng thông s ó c tr ng cho nh ng tính ch t v t lý khác nhau cùng t n t i trên ph n t này và s phát huy tác d ng c a chúng ph thu c vào các i u ki n làm vi c khác nhau. Hình 1.5. M t mô hình t ng ng c a bi n áp th ng. C n phân bi t s khác nhau c a hai khái ni m ph nt và thông s . Ph n t (trong tài li u này) là mô hình v t lý c a các v t li u linh ki n c th nh dây d n, t i n, cu n dây, bi n áp, diode, transistor... Thông s là i ng v t lý c tr ng cho tính ch t c a ph n t . M t ph n t có th có nhi u thông s . V m t i n, v m ch ng ng c a các ph n t có ngh a là bi u di n các tính ch t v i n c a ph n t ó thông qua các thông s e, i, r, C, L, M, Z, Y ... n i v i nhau theo m t cách nào ó. Cu i cùng bi u di n cách u n i ti p nhi u thông s ng i ta v các ký hi u c a chúng un n iv i u kia t o thành m t chu i liên ti p, còn trong cách u n i song song thì các c p u ng 8
ng c n i v i nhau. Trong m ch i n các o n li n nét n i các ký hi u thông s c tr ng cho các dây n i có tính ch t d n i n lý ng. C ng nên l u ý, v m t hình th c, m ch i n trong lý thuy t m ch khác v i chi ti t c a m t thi t b . m ch i n (trong lý thuy t m ch) là m t ph ng ti n lý thuy t cho phép bi u di n và phân tích h th ng thông qua các thông s và các ph n t h p thành, còn s chi ti t c a th t b là m t p ng ti n k thu t bi u di n s ghép n i các linh ki n c a thi t b thông qua các ký hi u c a các linh ki n ó. M ch t ng t & m ch r i r c Xét trên ph ng di n x lý tín hi u thì các h th ng m ch là mô hình t o và bi n i tín hi u ch y u thông qua ba con ng, ó là: - X lý tín hi u b ng m ch t ng t (analog circuits). - X lý tín hi u b ng m ch r i r c (discrete circuits). - X lý tín hi u b ng m ch s (digital circuits), g i là x lý s tín hi u. Nh v y, cách th c x lý tín hi u s qui nh tính ch t và k t c u c a các h th ng m ch. Trên hình 1.6 là s phân lo i m ch i n x lý tín hi u liên t c. Hình 1.6. Các h th ng m ch i n x lý tín hi u liên t c M ch có thông s t p trung & m ch có thông s phân b M t h th ng m ch c c u thành t ph n l n các ph n t m ch tuy n tính & không tuy n tính. Trong ó, m ch tuy n tính l i c chia thành m ch có thông s phân b (nh dây d n, ng d n sóng, d ng c phát n ng ng...) và m ch có thông s t p trung. 9
d i t n s th p, khi kích th c c a các ph n t c ng nh kho ng cách v t lý t ph n t này t i các ph n t lân c n là r t nh so v i b c sóng c a tín hi u, các m ch i n c phân tích nh t p h p các thông s t p trung. Lúc này khái ni m dòng d ch trong h ph ng trình Maxwell là không áng k so v i dòng d n (dòng chuy n ng có ng c a các i n tích trong dây d n và các ph n t m ch, quy c ch y trên t i t i m có i n th cao n i m có i n th th p), nh ng bi n thiên c a t tr ng và i n tr ng trong không gian có th b qua c. t n s r t cao, kích th c c a các ph n t c ng nh kho ng cách v t lý t ph n t này t i các ph n t lân c n có th so sánh v i c sóng c a tín hi u truy n lan, các m ch i n c xem nh có thông s phân b . Lúc này n ng ng t tr ng tích tr c liên k t v i i n c m phân b trong c u trúc, n ng l ng i n tr ng tích tr c liên k t v i i n dung phân b , và s t n hao n ng l ng c liên k t v i i n tr phân b trong c u trúc Lúc này khái ni m dòng d ch (nh ng bi n thiên c a t tr ng và i n tr ng phân b trong không gian) tr nên có ý ngh a. Nhi u tr ng h p các vi m ch c coi là có các tham s phân b dù nó làm vi c d i t n th p vì gi i h n kích th c c a nó. Các tr ng thái ho t ng c a m ch Khi m ch tr ng thái làm vi c cân b ng & n nh, ta nói r ng m ch ang Tr ng thái xác l p. Khi trong m ch x y ra t bi n, th ng g p khi óng/ng t m ch ho c ngu n tác ng có d ng xung, trong m ch s x y ra quá trình thi t l p l i s cân b ng m i, lúc này m ch tr ng thái quá . Hình 1.7. M ch n có khóa óng ng t. Các bài toán m ch Có hai l p bài toán v m ch i n: phân tích và t ng h p m ch. Phân tích m ch có th hi u hai góc , v i m t k t c u h th ng s n có thì: 10
- Các quá trình n ng l ng trong m ch, quan h i n áp & dòng i n trên các ph n t x y ra nh th nào? Nguyên lý ho t ng c a m ch ra sao? ây là các v n c a lý thuy t m ch thu n tuý. - ng v i m i tác ng u vào, chúng ta c n ph i xác nh áp ng ra c a h th ng trong mi n th i gian c ng n trong mi n t n s là gì? Quá trình bi n i tín hi u khi i qua m ch ra sao? Ng c l i, t ng h p m ch là chúng ta ph i xác nh k t c u h th ng sao cho ng v i m i tác ng u vào s ng ng v i m t áp ng mong mu n u ra th a mãn các yêu c u v kinh t và k thu t. Chú ý r ng phân tích m ch là bài toán n tr , còn t ng h p m ch là bài toán a tr . 1.2. CÁC THÔNG S TÁC NG VÀ TH NG C A M CH Xét v m t ph n ng c a ph n t khi ch u tác ng kích thích, các thông s th ng c tr ng cho ph n ng th ng c a ph n t i v i tác ng kích thích c a ngu n và th hi n qua m i quan h gi a i n áp và dòng i n ch y trong nó. Ng i ta phân các thông s th ng này thành hai lo i thông s quán tính và thông s không quán tính. Hình 1.9. Kí hi u n tr . a. Thông s không quán tính ( i n tr ): Thông s không quán tính c tr ng cho tính ch t c a ph n t khi i n áp và dòng i n trên nó t l tr c ti p v i nhau. Nó c g i là i n tr (r), th ng có hai ki u kí hi u nh hình 1.9 và th a mãn ng th c: 11
1 r có th nguyên vôn/ampe, o b ng n v ôm ( ). Thông s g= g i là i n d n, có th nguyên 1/ , n v là Simen(S). V m t th i gian, dòng i n và i n áp trên ph n t thu n tr là trùng pha nên n ng l ng nh n c trên ph n t thu n tr là luôn luôn d ng, r c tr ng cho s tiêu tán ng ng d i d ng nhi t. b. Các thông s quán tính: Các thông s quán tính trong m ch g m có i n dung, i n c m và h c m. Hình 1.10. Kí hi u n dung i n dung là thông s c tr ng cho tính ch t c a ph n t khi dòng i n trong nó t l v it c bi n thiên c a i n áp, có th nguyên ampe.giây/vôn, o b ng n v fara (F), kí hi u nh hình 1.10 và c xác nh theo công th c: Trong ó: là i n tích tích lu c trên ph n t th i i m t và n ng ng tích lu trên C: Xét v m t ng ng, thông s C c tr ng cho s tích lu ng ng i n tr ng, thông s này không gây t bi n i n áp trên ph n t và thu c lo i thông s quán tính . Xét v m t th i gian i n áp trên ph n t thu n dung ch m pha so v i dòng i n là /2. - Thông s i n c m (L): 12
i nc m c tr ng cho tính ch t c a ph n t khi i n áp trên nó t l v i t c bi n thiên c a dòng i n, có th nguyên vôn x giây/ampe, o b ng n v hery(H), kí hi u nh hình 1.11 và c xác nh theo công th c: Hình 1.11. Kí hi u n c m. và n ng l ng tích lu trên L: Xét v m t ng ng, thông s L c tr ng cho s tích lu ng ng t tr ng, thông s này không gây t bi n dòng i n trên ph n t và thu c lo i thông s quán tính. Xét v m t th i gian, i n áp trên ph n t thu n c m nhanh pha so v i dòng i n là /2. -Thông s h c m (M): H c m là thông s có cùng b n ch t v t lý v i i n c m, nh ng nó c tr ng cho s nh h ng qua l i c a hai ph n Hình 1.12. Hai cu n dây ghép h c m. t t g n nhau khi có dòng i n ch y trong chúng, n i ho c không n i v i n. Ví d nh trên hình 1.12 ta th y dòng i n i1 ch y trong ph n t i n c m th nh t s gây ra trên ph n t th hai m t i n áp h c m là: 13
Ng c l i, dòng i n i2 ch y trong ph n t i n c m th hai s gây ra trên ph n t th nh t m t i n áp h c m là: Nh v y do tác d ng ng th i c a các thông s i n c m và h c m, trên m i ph n t s có t ng ng m t i n áp t c m và m t i n áp h c m. T ng h p ta có h ph ng trình: Trong ó: M = k L1L2 (k là h s ghép, th ng có giá tr nh h n 1). N u các dòng i n cùng ch y vào ho c cùng ch y ra kh i các u cùng tên thì i n áp h c m l y d u ‘+’, n u ng c l i l y d u ‘-’. Trong các s , các u cùng tên th ng c ký hi u b ng các d u *. c. Thông s cu các ph n t m c n i ti p và song song: Trong tr ng h p có m t s các ph n t cùng lo i m c n i ti p ho c song song v i nhau thì các thông s c tính theo các công th c ghi trong b ng 1.1. Cách m c Thông s n tr Thông s n Thông s n c m dung N i ti p r= ∑r k k L= ∑L k k 1 = ∑C 1 C k k Song song 1 = ∑r 1 1 = ∑L 1 C= ∑C k k r k k L k k B ng 1.1. Thông s c a các ph n t m c n i ti p và song song. 1.2.2 Các thông s tác ng cu m ch i n 14
Thông s tác ng còn g i là thông s t o ngu n, nó c tr ng cho ph n t có kh n ng t nó (ho c khi nó c kích thích b i các tác nhân không i n bên ngoài) có th t o ra và cung c p ng ng i n tác ng t i các c u ki n khác c a m ch, ph n t ó g i là ngu n i n. Thông s tác ng c t ng cho ngu n có th là: +S c i n ng c a ngu n (eng): m t i ng v t lý có giá tr là i n áp h m ch c a ngu n, o b ng n v “vôn” và c ký hi u là V. + Dòng i n ngu n (ing): m t i ng v t lý có giá tr là dòng i n ng n m ch c a ngu n, o b ng n v “ampe” và c ký hi u là A. 1.2.3 Mô hình ngu n i n S xác nh các thông s t o ngu n d n n s phân lo i ngu n tác ng thành hai lo i sau: + Ngu n i n áp, bao g m ngu n áp c l p & ngu n áp ph thu c (t c là ngu n áp có i u khi n). + Ngu n dòng i n, bao g m ngu n dòng c l p & ngu n dòng ph thu c (t c là ngu n dòng có i u khi n). Ngu n i n lý ng là không có t n hao n ng ng. Nh ng trong th c t ph i tính n t n hao, có ngh a là còn ph i tính n s t n t i n i tr trong c a ngu n (Rng). Trong tài li u này, qui c chi u d ng s c i n ng c a ngu n ng cl iv i chi u d ng dòng i n ch y trong ngu n. a. Ngu n cl p • Ngu n áp c l p: ký hi u ngu n áp c l p có hai ki u nh hình 1.13. Hình 1.13. Ngu n áp cl p Hình 1.14. Ngu n áp n i v i t i Bây gi ta xét i n áp mà ngu n này cung c p cho m ch ngoài (hình 1.14): 15
Eng Uab = Rt Ri + Rt Nh v y ta th y r ng trong tr ng h p ngu n áp lý ng, t c n i tr ngu n b ng không, i n áp mà ngu n cung c p cho m ch ngoài s không ph thu c vào t i. • Ngu n dòng c l p: ký hi u ngu n dòng c l p có hai ki u nh hình 1.15. Hình 1.15. Ngu n dòng cl p Hình 1.16. Ngu n dòng n i v i t i Bây gi ta xét dòng i n mà ngu n này cung c p cho m ch ngoài (hình 1.16): I ng Iab = Ri Ri + Rt Nh v y ta th y r ng trong tr ng h p ngu n dòng lý ng, t c n i tr ngu n b ng vô h n, dòng i n mà ngu n cung c p cho m ch ngoài s không ph thu c vào t i. Trong các ng d ng c th , các ngu n tác ng có th c ký hi u m t cách rõ ràng n nh ngu n m t chi u, ngu n xoay chi u, ngu n xung... C ng c n chú ý r ng, tr tr ng h p ngu n lý t ng, ngu n áp có th chuy n i thành ngu n dòng và ng c l i. B n c hoàn toàn có th t minh ch ng i u này. b. Ngu n ph thu c Ngu n ph thu c còn c g i là ngu n có i u khi n và nó c phân thành các lo i sau: Hình 1.17. Ngu n A-A. 16
+ Ngu n áp c i u khi n b ng áp (A-A), bi u di n trong hình 1.17. Trong ó S c i n ng c a ngu n Eng liên h v i i n áp i u khi n U1 theo công th c: Eng = k U1 (k: Là h s t l ). Trong tr ng h p lý t ng thì R1= , R2=0 và khi ó I1=0, U2 = Eng = KU1. + Ngu n áp c i u khi n b ng dòng (A-D), bi u di n trong hình 1.18. Trong ó su t i n ng c a ngu n Eng liên h v i dòng i n i u khi n I1 theo công th c: Hình 1.18. Ngu n A-D. Eng = rI1 (r là h s t l ) Trong tr ng h p lý ng thì R1=0, R2=0, khi ó U1 =0 và U2 =Eng = rI1. + Ngu n dòng c i u khi n b ng áp (D-A), bi u di n trong hình 1.19. Trong ó dòng i n ngu n Ing liên h v i i n áp i u khi n U1 theo công th c: Hình 1.19. Ngu n D-A. Trong tr ng h p lý ng thì R1= , R2= và khi ó I1 = 0 ; | I2 | = Ing = gU1. + Ngu n dòng c i u khi n b ng dòng (D-D), bi u di n trong hình 1.20. Trong ó dòng i n ngu n Ing liên h v i dòng i u khi n I1 theo công th c: 17
Hình 1.20. Ngu n D – D. Ing = I1 ( là h s t l ) Trong tr ng h p lý t ng thì R1=0, R2= và khi ó : U1 = 0, | I2 | = Ing = I1 1.3. BI U DI N M CH TRONG MI N T N S Trong các ph ng pháp phân tích m ch i n, có m t ph ng pháp r t có hi u qu d a trên cách bi u di n ph c, vì v y tr c khi b c vào ph n này sinh viên c n n m ch c các ki n th c toán v s ph c. 1.3.1 Cách bi u di n ph c các tác ng i u hoà Theo lý thuy t chu i và tích phân Fourier, các tín hi u ng u nhiên theo th i gian và h u h n v biên u có th phân tích thành các các thành ph n dao ng i u hoà. B i v y vi c phân tích s ho t ng c a m ch, c bi t là m ch tuy n tính, i tác ng b t k , có th c quy v vi c phân tích ph n ng c a m ch d i các tác ng i u hòa. m t góc khác, xu t phát t công th c c a nhà toán h c Euler: exp(j ) = cos + jsin (1.20) b t k m t dao ng i u hoà x(t) trong mi n th i gian v i biên Xm , t n s góc và pha u là 0 [rad], u có th bi u di n d i d ng ph c trong mi n t n s . trong ó biên ph c c a x(t) c nh ngh a: 18
Thí d , m t ngu n s c i n ng i u hoà có bi u di n ph c thì bi u th c th i gian c a nó s là: Vi c phân tích ngu n tác ng thành các thành ph n i u hoà và bi u di n chúng d i d ng ph c làm cho s tính toán các thông s trong m ch i n tr nên thu n l i d a trên các phép toán v s ph c. c bi t khi các ngu n tác ng là i u hòa có cùng t n s , thì thành ph n exp(j t) tr nên không còn c n thi t ph i vi t trong các bi u th c tính toán n a, lúc này biên ph c hoàn toàn c t ng cho các thành ph n dòng và áp trong m ch. 1.3.2 Tr kháng và d n n p Bây gi hãy nói n nh lu t ôm t ng quát vi t i d ng ph c: trong ó Z chính là m t toán t có nhi m v bi n i dòng i n ph c thành i n áp ph c và g i là tr kháng c a m ch, nv o b ng ôm ( ), còn là m t toán t có nhi m v bi n i i n áp ph c thành dòng i n ph c và g i là d n n p c a m ch, n v o b ng Siemen (S). Chúng c bi u di n d i d ng ph c: trong ó : 19
R là i n tr ,X là i n kháng,G là i n d n và B là i n n p. M t khác: ur U U m exp [ j (ωt + ϕu )] U m Z= r = = exp(ϕu − ϕi ) (1.27) I I m exp [ j (ωt + ϕi )] Im r I I exp [ j (ωt + ϕi ) ] I Y = ur = m = m exp(ϕi − ϕu ) (1.28) U U m exp [ j (ωt + ϕu ) ] U m Nh v y, t các bi u th c trên ta có th rút ra: Sau ây ta xét tr kháng và d n n p c a các ph n t lý ng t ng ng v i các tham s th ng: - i v i ph n t thu n tr : - i v i ph n t thu n dung: - v i ph n t thu n c m: 20