GIỚI THIỆU MÔN HỌC LÝ THUYẾT MẠCH SỐ TIẾT: 60 GỒM CHƯƠNG: CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN – 10T CHƯƠNG II MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP – 12T CHƯƠNG III MẠCH ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ – 08T CHƯƠNG VI MẠCH ĐIỆN CÓ THAM SỐ PHÂN BỐ – 08T CHƯƠNG V MẠNG CỰC – 10T CHƯƠNG VI TÍN HIỆU VÀ PHỔ – 08T CHƯƠNG VII MẠCH ĐIỆN PHI TUYẾN – 04T TÀI LIỆU - Tài liệu chính: + Lý thuyết mạch tín hiệu - Đỗ Huy Giác - NXB KHVKH - 2009 + Bài tập lý thuyết mạch - Đỗ Huy Giác - NXB KHVKH - 2009 - Tài liệu tham khảo: + Lý thuyết mạch, - Hồ Thị Vân Hằng - HV Hải quân 2003 + Bài tập Lý thuyết mạch - Phạm Sỹ Hiệp - HV Hải Quân Nha trang… CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Bài 1.1 Khái niệm phần tử mạch điện Bài 1.2 Các định luật mạch điện Bài 1.3 Các phương pháp phân tích mạch điện Bài 1.4 Tính chất phép biến đổi mạch điện Bài 1.5 Bài tập chương CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Bài 1.1 Khái niệm phần tử mạch điện 1.1 Khái niệm mạch điện sơ đồ mạch điện Mạch điện tổ hợp phần tử kỹ thuật điện, điện tử, ghép nối với dây dẫn thông qua điện từ trường, mà phát sinh q trình lượng Mạch điện mơ hình vật lý thực Thí dụ, mạch điện lắp ráp phịng thí nghiệm gồm điện trở, tụ điện, cuộn dây, đèn điện tử, điôt, transistor v.v chúng nối ghép với đoạn dây dẫn, lắp ráp mạch in Sơ đồ mạch điện mạch điện nguyên lý thể cấu trúc mạch lý thuyết, sử dụng ký hiệu nguồn kích thích, phần tử mạch để biểu diễn, nguồn phần tử nối với đường liền nét đặc trưng cho dây dẫn có độ dẫn điện lý tưởng Trong thực tế việc phân tích tổng hợp mạch điện thực mơ hình lý tưởng sơ đồ mạch Tuy nhiên cần nhấn mạnh rằng, kết nhận thực phân tích mạch sơ đồ trình vật lý xảy mạch điện thực, với sai số bé bỏ qua Chính người ta quen gọi sơ đồ mạch điện mạch điện Các đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái lượng mạch điện Dòng điện điện áp Dòng điện Dòng điện i trị số tốc độ biến thiên lượng điện tích q qua tiết diện ngang vật dẫn dq i  dt i A B Chiều dòng điện qui ước chiều U chuyển động điện tích dương điện trường Khi phân tích mạch điện, chưa biết chiều thực dòng điện, ta tạm thời quy định chiều dòng điện dùng ký hiệu mũi tên (→) để chiều dòng điện chọn (hình vẽ) Sau phân tích mạch, dịng điện có giá trị dương chiều dịng điện trùng với chiều dịng điện chọn, cịn dịng điện có giá trị âm chiều dịng điện ngược với chiều dịng điện chọn AB Điện áp: Tại điểm mạch điện có điện Hiệu điện hai điểm gọi điện áp Như điện áp hai điểm A B là: i uAB = φA- φB Trong đó: φA điện điểm a φB điện điểm b A B UAB Chiều điện áp qui ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp Khi phân tích mạch điện, chưa biết chiều thực điện áp, ta tạm thời quy định chiều điện áp dùng ký hiệu mũi tên (→) để chiều điện áp chọn (hình vẽ) Sau tính tốn, điện áp có giá trị dương chiều điện áp trùng với chiều điện áp chọn, cịn điện áp có giá trị âm chiều điện áp ngược với chiều điện áp chọn Sức điện động (SĐĐ) đại lượng đặc trưng cho khả sinh cơng nguồn điện Về trị số có giá trị giá trị điện áp hai cực nguồn mạch hở mạch SĐĐ nguồn ký hiệu chữ e, để rõ phụ thuộc SĐĐ vào thời gian người ta viết thêm vào biến thời gian t: e(t) Dòng điện, điện áp SĐĐ nguồn điện chiều ký hiệu chữ in hoa: I, U, E Điện áp rơi phần tử dòng điện chay qua phần tử gây nên (được ký hiệu chữ u) có chiều trùng với chiều dịng điện sinh (hình vẽ) 1.2 Các phần tử mạch điện 1.2.1 Phần tử điện trở Cho dòng điện i chạy qua điện trở R (hình vẽ) gây điện áp rơi điện trở uR Theo định luật Ơm quan hệ dịng điện i uR= Ri điện áp u là: Người ta dùng khái niệm điện dẫn g: Công suất tiêu thụ điện trở: i R uR g 1 R P u i R.i2 R Như điện trở R đặc trưng cho công suất tiêu tán điện trở Đơn vị điện trở  (Ôm) Đơn vị điện dẫn S (Simen) S = 1/ Điện tiêu thụ điện trở R thời gian t là: t t A pdt Ri dt 0 Khi: i = const , có :A = RI t Đơn vị điện Wh (oát giờ), bội số là: kWh 1.2.2 Phần tử điện cảm Khi có dịng điện i chạy qua cuộn dây có W vịng sinh từ thơng móc vịng với cuộn dây:  = W  W Điện cảm cuộn dây định nghĩa: L  i  i i Đơn vị điện cảm Henry (H) Nếu dịng điện i biến thiên từ thơng biến thiên theo uL định luật cảm ứng điện từ cuộn dây xuất sức điện động tự cảm: e  d  L di L dt dt Điện áp cuộn dây: u  e L di L L dt Công suất cuộn dây: p u i Li di L L dt t I W  p dt  Lidi 1 LI   Năng lượng từ trường tích luỹ cuộn dây: M L 0 Như điện cảm L đặc trưng cho tượng tích luỹ lượng từ trường cuộn dây eL Công suất tức thời dao động điện phần tử điện cảm lớn hơn, nhỏ không Tại thời điểm công suất tức thời dương (p > 0), điện cảm nhận lượng nguồn cung cấp cho mạch tích trữ dạng từ trường, thời điểm cơng suất tức thời âm (p < 0) phần tử điện dung trả lại lượng tích trữ cho mạch Mơ hình vật lý thực phần tử điện cảm cuộn cảm (cuộn dây) mạch điện, nhiên, cuộn cảm ngồi việc tích trữ lượng mạch dạng từ trường, thân cuộn cảm tiêu hao lượng mạch Tiêu hao lượng cuộn cảm bao gồm tiêu hao điện trở cuộn dây, đặc trưng điện trở rL tiêu hao từ thông tản vùng không gian quanh cuộn cảm, đặc trưng điện trở RM Ngồi ra, vịng dây cuộn cảm tạo thành điện dung với giá trị bé, gọi điện dung ký sinh Ở tần số thấp, ảnh hưởng điện dung ký sinh đến q trình lương mạch khơng đáng kể bở qua Nhưng tần số cao, đặc biệt giải sóng siêu cao tần, điện dung ký sinh có ảnh hưởng đáng kể đến trình lương tính chất mạch, nên chúng bỏ qua Bởi vậy, tùy thuộc vào dải tần số công tác yêu cầu độ xác q tình tính tốn mà cuộn cảm có nhiều sơ đồ thay tương đương khác (hình vẽ) RL rL C0 RM 1.2.3 Phần tử điện dung Khi đặt điện áp uc lên tụ điện có điện dung C tụ điện nạp với điện tích q q = C.uc Nếu điện áp uc biến thiên có dịng d (Cuc ) du điện chuyển dịch qua tụ điện: i dq  C c dt dt dt t u  idt Từ suy ra: C C Nếu thời điểm t = mà tụ điện có t idt  u (0) u  điện tích ban đầu điện áp tụ điện là: C C  C duc p  u i  Cu Công suất tụ điện: C C C dt Năng lượng tích luỹ điện trường t U tụ điện là: W p dt  Cu du 1 CU E C C C 0 Vậy điện dung C đặc trưng cho tượng tích luỹ lượng điện trường tụ điện Đơn vị điện dung Fara (F) C i uc Biểu thức công suất pc chứng tỏ công suất tức thời dao động điện điện dung lớn hơn, nhỏ không Về ý nghĩa vật lý, công suất tức thời dương (p > 0) tức thời điểm phần tử điện dung nhận lượng nguồn cung cấp cho mạch tích trữ dạng điện trường, thời điểm công suất tức thời âm (p < 0) phần tử điện dung trả lại lượng tích trữ cho mạch Mơ hình vật lý thực điện dung tụ điện, nhiên, tụ điện việc tích trữ lượng mạch dạng điện trường, thân tụ điện tiêu hao lượng mạch dạng nhiệt lớp điện môi hai má tụ điện Để đặc trưng cho tiêu hao người ta thay tương đương điện trở Rc mắc song song nối tiếp với điện dung Do đó, sơ đồ thay tương đương tụ điện có dạng hình vẽ Cũng cần lưu ý rằng, thực tế tổn hao lương dạng nhiệt tụ điện thường nhỏ so với tổn hao khác mạch Bởi vậy, q trình tính tốn, khơng địi hỏi độ xác cao, ta bỏ qua tổn hao tụ điện Rc C Rc C Hình vẽ Sơ đồ thay tương đương tụ điện 1.2.4 Phần tử nguồn a) Nguồn điện áp Nguồn điện áp đặc trưng cho khả tạo nên trì điện áp hai cực nguồn Nguồn điện áp ký hiệu hình a) biểu diễn sức điện động e(t) hình b) Chiều e(t) từ điểm có điện thấp đến điểm điện cao Chiều điện áp theo qui ước từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp, chiều điện áp đầu cực nguồn ngược với chiều sức điện động Điện áp đầu cực u(t) sức điện động: u(t) = e(t) U(t) a) e U(t) b) Nguồn điện áp lý tưởng nguồn điện ln trì điện áp khơng đổi, khơng phụ thuộc vào dịng điện mạch ngồi (dịng điện chạy qua phụ tải nối hai cực nó) b) Nguồn dòng Nguồn dòng điện j(t) đặc trưng cho khả nguồn điện tạo nên trì dịng điện cung cấp cho mạch ngồi Nguồn dịng điện ký hiệu hình vẽ Nguồn dịng điện lý tưởng nguồn ln trì dịng điện khơng đổi (khép vịng qua hai cực nguồn), khơng phụ thuộc vào điện áp mạch ngồi Thứ ngun nguồn dòng: [A], [mA], [A]… j(t) = i(t) J(t) Các nguồn điện thực tế khác nguồn điện lý tưởng, ngồi việc cung cấp lượng cho mạch, tiêu hao lượng điện trở nguồn Nên thực tế, nguồn áp thường gồm nội trở r0 mắc nối tiếp với sức điện động nguồn, r0 thành phần làm tiêu tán lượng nguồn dạng nhiệt, mức độ tiêu tán phụ thuộc vào tính chất mạch điện ngồi Trong thực tế giá trị tổng dịng điện mạch ngồi nhỏ giá trị nguồn dòng ngắn mạch, nguồn dòng tồn điện dẫn mắc song song với nguồn dòng làm rẽ dòng nguồn dòng R0 Ký hiệu nguồn điện áp thực tế Ký hiệu nguồn dòng thực tế Dễ dàng suy rằng, nguồn điện áp với sức điện động e mắc nối tiếp với điện trở r0 thay tương đương nguồn dịng điện có giá trị mắc song song với điện trở r0 ngược lại, nguồn dòng j mắc song song với điện trở r0 thay tương đương nguồn điện áp có sức điện động e = j.r0 mắc nối tiếp với điện trở R = r0 (xem hình vẽ) Hình vẽ Sơ đồ thay nguồn dòng nguồn áp Bài tập nhà: Chứng minh sơ đồ thay tương đương nguồn dòng nguồn áp