Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆN

Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆNChương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆN

CHƯƠNG 1

ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆN

1

1.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN

 Mạch điện là một hệ thống gồm các thiết bị điện, điện

tử ghép lại Trong đó xẩy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo bởi các đại lượng dòng điện, điện áp.

 Mạch điện bao gồm các bộ phận chính sau:

Nguồn điện: là các thiết bị dùng để biến đổi các

dạng năng lượng khác sang điện năng.

Phụ tải: là các thiết bị biến điện năng thành các

dạng năng lượng khác.

Dây dẫn: là dây kim loại, thường làm bằng Cu, Al

dùng để truyền tải điện từ nguồn đến phụ tải.

1.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN

 Kết cấu hình học của mạch điện.

Nhánh là một đoạn gồm những phần tử ghép nối tiếp với nhau, trong đó có cùng một dòng điện chạy qua.

Nút là giao điểm gặp nhau của ba nhánh trở lên.

Vòng là một lối đi khép kín qua các nhánh.

Ví dụ 1.1:

Hình 1.1: Mạch điện có ba nhánh, hai nút A, B và ba vòng.

3

1.2 CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

 Công suất tức thời

p = u.i (W)

Trong đó p là công suất tức thời

Tại thời điểm t nào đó p > 0 tiêu thụ năng lượng p < 0 phát ra năng lượng

 Công tác dụng

Còn gọi là công suất trung bình hay công suất tiêu thụ

Công suất tiêu thụ trên điện trở P = R.I2

1.2 CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

 Năng lượng tích lũy trong cuộn dây

1.3 CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỆN

 Điện trở (Resistor)

7

1.3 CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỆN

 Điện trở (Resistor)

năng thành nhiệt năng.

BÀI TẬP NHÓM

 Điện trở (Resistor)

 Trị số điện trở và dung sai

 Hệ số nhiệt của điện trở

 Tạp âm của điện trở

 Cách đọc và ghi tham số trên thân điện trở

 Biến trở

 Điện trở đặc biệt

1.3 CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỆN

 Điện cảm (Inductor)

hai đầu cuộn dây, di/dt chỉ là sự biến thiên của dòng điện theo thời gian.

 Lưu ý: trong mạch điện một chiều, điện áp giữa hai đầu cuộn

dây bằng 0 Khi đó, cuộn dây được xem như bị nối tắt

1.3 CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỆN

 Điện dung (Capacitor)

1.3 CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỆN

 Điện dung (Capacitor)

Đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng điện trường.

Ký hiệu: C; Đơn vị: Farad (F)

Trong đó: i là dòng điện đi qua cuộn dây, uC là điện áp đặt giữa hai đầu tụ điện.

Lưu ý: trong mạch điện một chiều, dòng điện qua hai

đầu tụ điện bằng 0 Khi đó, tụ điện được xem như bị hở

1.3 CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỆN

 Nguồn áp độc lập

Ý nghĩa của từ “độc lập” là giá trị của nguồn không phụ thuộc bất kỳ vào phần tử nào trong mạch và được cho trước giá trị.

Nguồn áp một chiều

- Ký hiệu:

- E là giá trị của nguồn Chiều của điện áp từ + sang – - Chiều của sức điện động ngược lại (ngược chiều với

điện áp của nguồn), từ - sang +

14

1.3 CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỆN

 Nguồn dòng độc lập

- Ký hiệu:

- J là giá trị của nguồn dòng, đơn vị (A) - ↑ : chỉ chiều của dòng điện

Hình nào mô tả nguồn áp độc lập ?

Hình nào mô tả nguồn áp phụ thuộc?

1.4 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN

 Định luật Kirchhoff 1 (Định luật nút)

Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng 0 Với dòng điện đi vào nút mang dấu dương, dòng đi ra nút mang dấu âm.

Phương trình định luật Kirchhoff 1:

 Định luật Kirchhoff 2 (Định luật áp)

Đi theo vòng kín với chiều tùy ý chọn thì tổng đại số các điện áp trên các phần tử bằng 0 Với chiều của i, u, cùng chiều đi của vòng thì mang dấu dương, ngược lại mang dấu âm

Phương trình định luật Kirchhoff 2:

±i 0

± u 0



 Bằng không.

 Bằng không nếu có các

dòng điện chạy trong mạch.

 Biến thiên phụ thuộc vào điện áp nguồn.

 Luôn luôn khác không.

Trong một mạch vòng khép kín, tổng đại số các sụt áp trên các nhánh:

1.4 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN

 Ví dụ 1.3: Cho mạch điện như hình, Tìm các dòng

điện I1, I2, I3

-4.I2 + 6.I3 = 8.I1 (3)

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

 Biến đổi tương đương điện trở R mắc nối tiếp

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

 Mạch chia dòng điện (định lý chia dòng)

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

 Mạch chia áp (cầu phân thế)

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình sao sang tam giác: Y

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình tam giác sang hình sao:

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

 Biến đổi tương đương nguồn sức điện động nối tiếp

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

 Biến đổi tương đương nguồn sức điện động nối tiếp

Biểu thức nào sau đây dùng cho các dẫn nạp

Biểu thức nào sau đây dùng cho các trở

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

 Ví dụ 1.4: Cho mạch điện như Tìm I1 và U

43

1.5 BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH

ĐỊNH LÝ THEVENIN

+ Giả sử có một mạch điện được chia làm hai phần tại hai cực A và B như hình vẽ

+Định lý Thevenin được phát biểu như sau:

Một mạch tuyến tính phức tạp có thể được thay thế bằng một mạch đơn giản chỉ gồm một nguồn áp Uth và một điện trở Rth mắc nối tiếp Trong đó Uth là điện áp hai đầu mạch khi để hở và Rth là điện trở nhìn từ hai đầu mạch khi triệt tiêu các nguồn độc lập bên trong.

45

ĐỊNH LÝ THEVENIN

+ Uth: nguồn áp tương đương Thevenin là điện áp đo giữa hai đầu AB sau khi tách bỏ nhánh R cần khảo sát (tính dòng hoặc áp) ra khỏi mạch.

+ Rth: điện trở tương đương Thevenin Điện trở Rth

được xác định theo một trong hai trường hợp dưới đây:

Trường hợp 1: Mạch cần thay thế không chứa nguồn

phụ thuộc Lúc này Rth là điện trở nhìn từ hai đầu AB sau khi nối tắt nguồn áp, hở mạch nguồn dòng

ĐỊNH LÝ THEVENIN

Trường hợp 2: Mạch cần thay thế chứa nguồn phụ thuộc

Lúc này Rth được xác định theo biểu thức:

ĐỊNH LÝ NORTON

 Giả sử có một mạch điện được chia làm hai phần tại hai cực A và B như hình vẽ Nội dung của định lý Norton được phát biểu như sau:

 Một mạch tuyến tính phức tạp có thể được thay thế bằng một mạch đơn giản chỉ gồm một nguồn dòng IN và một điện trở RN mắc song song Trong đó IN là dòng điện ở hai đầu mạch khi nối tắt và RN là điện trở nhìn từ hai đầu mạch khi triệt tiêu các nguồn độc lập

- Tính Rth sau khi đã nối tắt nguồn áp:

- Mạch tương đương Thevenin:

1.6.1 PHƯƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN NHÁNH

Các bước theo phương pháp dòng điện nhánh:

Ẩn số bài toán là dòng điện nhánh

1.6.1 PHƯƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN NHÁNH

 Bước 1: Tùy ý vẽ chiều dòng điện trong các nhánh, chọn chiều đi của

 Bước 2: Xác định số nút, số nhánh và số vòng độc lập (mắc lưới ), nếu

gọi n là số nút, m là số nhánh số phương trình cần phải viết là:

1.6.1 PHƯƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN NHÁNH

Các bước theo phương pháp dòng điện nhánh:

 Bước 2: Viết các phương trình Kirhhoff 1, 2 độc lập:

1.6.2 PHƯƠNG PHÁP DÒNG MẮT LƯỚI

 Bước 1: Chọn chiều các dòng điện vòng Ia,Ib

 Bước 2: Viết hệ phương trình k2 cho(m-n+1)vòng.

(Tổng đại số điện áp rơi trên các nhánh của vòng do các dòng điện vòng gây ra bằng tổng đại số các sức điện động có trong vòng, trong đó các sđđ, các dòng điện vòng có chiều trùng với chiều đi của vòng sẽ mang dấu dương ngược lại mang dấu âm).

1.6.2 PHƯƠNG PHÁP DÒNG MẮT LƯỚI

 Bước 3: Giải hệ phương trình tìm Ia, Ib.

 Bước 4: Tính dòng điện nhánh như sau:

Dòng điện trên một nhánh bằng tổng đại số các dòng điện vòng đi qua nhánh ấy, trong đó dòng điện vòng nào có chiều trùng với chiều dòng điện nhánh sẽ mang dấu dương ngược lại mang dấu âm.

1.6.2 PHƯƠNG PHÁP DÒNG MẮT LƯỚI

 Ví dụ 1.3.3: Cho mạch điện như hình, Tính U1

61

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

Cho mạch điện, tìm dòng điện trong các nhánh

Ẩn số bài toán là điện thế các nút UA, UB

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

Theo định luật Kirchhoff 1 tại A ta có: I1 + I2 – I3 = 0

Chọn một nút bất kỳ trong mạch và gọi đó là nút gốc, thường chọn nút có nhiều nhánh tới làm nút gốc và điện thế tại nút gốc bằng 0.

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

 Định luật Ohm cho đoạn mạch chứa nguồn:

 Dòng điện trong nhánh bằng tổng đại số điện áp của nhánh và các sức điện động trong nhánh Với quy ước U, E cùng chiều I mang dấu dương, ngược lại mang dấu

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

Thay các giá trị I1; I2; I3 vào phương trình K1: I1 + I2 – I3 = 0

Từ đây tìm được UA, thay UA vào ta tìm được các giá trị I1; I2; I3

 Với pp này, ta chỉ cần giải 1 phương trình tìm UA

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

Cho mạch điện, tìm dòng điện trong các nhánh

Ẩn số bài toán là điện thế các nút UA, UB, U0

Chọn một nút bất kỳ trong mạch và gọi đó là nút gốc, thường chọn nút có nhiều nhánh tới làm nút gốc và điện thế tại nút gốc bằng

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

Giải hpt (3) và (4) tìm được UA, UB Sau đó, ta thay vào các biểu thức sau để tìm các giá trị I1; I2; I3

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

Cách viết các pt (3) và (4):

 Để viết được trực tiếp hệ phương trình, ta làm theo các bước sau nhưng cần chú ý trong mạch điện chỉ có nguồn dòng, nếu có nguồn áp ta phải đổi sang nguồn dòng.

 Điện thế tại một nút nhân với tổng điện dẫn của các phần tử nối lại nút đó trừ đi điện thế của nút kia nhân với tổng dẫn nối giữa hai nút, bằng tổng các nguồn dòng nối tới nút đó (nguồn dòng mang dấu + nếu đi vào nút và mang dấu - nếu đi ra khỏi nút).

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

 Bước 1: Chọn nút gốc và điện thế tại các nút.

 Bước 2: Viết phương trình điện thế tại các nút.

nối lại nút đó trừ đi điện thế của nút kia nhân với tổng dẫn nối giữa hai nút, bằng tổng các nguồn dòng nối tới nút đó (nguồn dòng mang dấu + nếu đi vào nút và mang dấu - nếu đi ra khỏi nút).

 Bước 3: Giải phương trình tìm điện thế nút.

 Bước 4: Tìm dòng các nhánh theo định luật Ohm.

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

 Ví dụ 1.3.5: Cho mạch điện như hình 3.11 Tìm i

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

 Ví dụ 1.3.6: Cho mạch điện như hình Tính U.

 Chú ý: Khi có nguồn lý tưởng: chọn gốc ở cực âm

nguồn lý tưởng

81

1.6.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT

 Ví dụ 1.3.6:

 Giải:

Do nguồn 3V là nguồn lý tưởng nên ta chọn nút gốc ở cực âm của nguồn Vì vậy Ua = 3V Vì thế không viết được

1.6.4 ĐỊNH LÝ THEVENIN – NORTON

 Định lý Thevenin

Uth: nguồn áp tương đương Thevenin là điện áp đo giữa hai đầu ab sau khi tách bỏ nhánh Z cần tính dòng áp ra

1.3.4 ĐỊNH LÝ THEVENIN – NORTON

 Định lý Norton

 IN: nguồn dòng tương đương Norton

 ZN: điện trở tương đương Norton

1.6.4 ĐỊNH LÝ THEVENIN – NORTON

 Định lý Norton

 Ví dụ 1.3.8: Cho mạch điện như hình Tính IR dùng định lý Norton.

1.6.5 PHƯƠNG PHÁP XẾP CHỒNG

động, các nguồn khác xem như bằng không (nguồn áp bằng không ngắn mạch, nguồn dòng bằng không hở mạch)

qua nhánh do tác động riêng rẽ của từng nguồn

1.6.5 PHƯƠNG PHÁP XẾP CHỒNG

 Ví dụ 1.3.9: Cho mạch điện như hình Biết R=2(Ω),

L=2/π (H) Tìm dòng điện trong các nhánh với

1.6.5 PHƯƠNG PHÁP XẾP CHỒNG

 Ví dụ 1.3.9:

 Giải:

 Áp dụng phương pháp xếp chồng, Trong mỗi mạch chỉ có một sức điện động tác dụng riêng rẽ và sau đó xếp chồng (cộng đại số) các kết quả của mỗi sơ đồ.

 Mạch hoàn toàn giống với TH Khi cho e1(t) tác động, nên ta có:

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài tập 1.17: Cho mạch điện như hình Tìm i

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài tập 1.18: Cho mạch điện như hình Tìm U1, U2, U3

105

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài tập 1.19: Cho mạch điện như hình Tìm I1

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài tập 1.20: Cho mạch điện như hình Tìm I

107

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài tập 1.21: Cho mạch điện như hình Tìm dòng

điện trong các nhánh, biết:

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài tập 1.24: Cho mạch điện như hình Eng = 20V; Ing= 2A; R1= 20Ω; Rt= 10Ω Dòng điện trên tải Rt được xác

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.1: Cho mạch điện như Tìm I, I1 và U

113

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.1: Cho mạch điện như Tìm I, I1 và U

 Giải:

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.2: Cho mạch điện Tìm I và R

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.3: Cho mạch điện Tính công suất tiêu thụ trên

điện R = 12 Ω

121

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.4: Cho mạch điện Tìm các dòng điện I1, I2, I3

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.4:

 Giải:

 Biến đổi nguồn dòng 5A mắc song song với điện trở 2Ω thành nguồn sức điện động 10V mắc nối tiếp với điện trở 2Ω.

 Ta có mạch tương đương như hình vẽ sau đây:

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.5: Cho mạch điện Tìm dòng điện I ?

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.5:

 Giải:

 Dùng phép biến đổi tương đương thay 12V điện trở mắc tam giác abc, thành mạch nối hình sao với điểm

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.6: Cho mạch điện, tìm i và Uab?

131

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

 Bài 1.7: Cho mạch điện, tính U0