Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 2 bài giảng Giải tích mạch - Chương 3: Các phương pháp phân tích - Các định lý bao gồm các nội dung: Mạch điện có ghép hỗ cảm, mạch có khuếch đại thuật toán, các định lý mạch. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Chương : Các PP phân tích-Các định lý 3.1 Phương pháp dòng điện nhánh 3.2 Phương pháp điện nút 3.3 Phương pháp dòng mắt lưới 3.4 Mạch điện có ghép hỗ cảm 3.5 Mạch có khuếch đại thuật tốn 3.6 Các định lý mạch 3.7 Mạch pha Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4 Mạch ghép hỗ cảm Hệ phương trình miền thời gian di1 di2 ± L1 ±M u1 (t ) = dt dt di2 di1 ± L2 ±M u2 (t ) = dt dt Hệ phương trình miền phức • • • U1 = ± jω L1 I1 ± jω M I • • • U2 = ± jω L2 I ± jω M I1 Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4.1 Mạch hỗ cảm-PP dòng nhánh Xem phần tử hỗ cảm nhánh với thông số nguồn áp Viết hệ pt dòng nhánh Bổ sung thêm hai pt phần tử hỗ cảm • • • ± jω L1 I1 ± jω M I U1 = • • • ± jω L2 I ± jω M I1 U2 = Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4.2 Mạch không hỗ cảm tương đương jωM jωM i1 jωL1 i3 jωL2 jωL1 i2 = Z1 jω ( L1 − M ) i1 i= Z jω ( L1 + M ) = Z jω ( L2 − M ) Z = jω M jωL2 i3 = Z jω ( L2 + M ) Z = − jω M Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4.3 Mạch có biến áp lý tưởng Điều kiện để cuộn dây ghép hỗ cảm xét mơ hình BALT L2 N n ◦ L1 , L2 VCL tỉ số hữu hạn= = L1 N1 ◦ Hệ số ghép = k M = L1 L2 1:n M L1 (N1) (k) L2 (N2) Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4.3.1 BALT phương tr ình mơ tả I1 I2 1:n U1 I1 U1 U2 • U2 • • • U = nU1 U = nU1 +1 • I2 = I1 n • −1 I2 = I1 n • I2 1:n • Z = n Z1 Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4.3.2 BALT cách phân tích Qui đổi trở kháng Áp dụng cuộn dây cách ly • • U1 = U Qui sơ cấp n ◦ Nguồn áp → chia xuống n lần ◦ Nguồn dòng → nhân lên n lần ◦ Trở kháng → chia xuống n2 lần Qui thứ cấp ◦ Nguồn áp → nhân lên n lần ◦ Nguồn dòng → chia xuống n lần ◦ Trở kháng → nhân lên n2 lần Lưu ý cực tính cuộn dây ! • • I1 = n I Z1 = Z n • • U = nU1 • • I = I1 n Z = n Z1 Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4.3.2 BALT cách phân tích PP nút – dòng mắt lưới Áp dụng có dòng chảy cuộn dây Thay cuộn dây nguồn ◦ Nguồn áp → dùng pp dòng mắt lưới ◦ Nguồn dòng → dùng pp nút Viết hệ pt mạch Bổ sung thêm pt BALT • • U = nU1 • • I = I1 n • • U = nU1 −1 • I2 = I1 n • Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.5 Mạch có khuếch đại thuật toán Khuếch đại thuật toán : OP-AMP (Operational Amplifier) Có cực Inverting input + Power supply Output Noninverting input - Power supply Ground terminal +Vcc Thường cấp nguồn đôi -Vcc Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đặc tuyến làm việc u o = ϕo +Vcc ϕ- ϕ0 Vin ϕ+ u0 -Vcc Ground terminal Esat V= ϕ + − ϕin -E0 Vin E= Vcc − 1, V sat E0 E0 = vài trăm µV -Esat (BH âm) (T.tính) (BH dương) Có thể gần chia đặc tuyến thành miền Tuy nhiên OP-AMP phân cực để làm việc vùng tuyến tính → Phần tử mạch tuyến tính Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 10 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính VD : tìm dòng điện chảy nhánh Ω 1,5 Ω I I I1 Ω a b c I7 Ω d I2 12 V 4Ω I4 I6 5Ω I5 1Ω I8 4Ω 2Ω 2Ω e f I9 Giả sử dòng nhánh cuối biết Tìm giá trị nguồn giả sử → hệ số tỉ lệ K Áp dụng nguyên lý tỉ lệ để suy giá trị thật cần tìm Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 23 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính 2Ω I’1 a I’3 1,5 Ω b I’2 E’ I’5 2Ω I’4 4Ω c I’7 Ω I’6 5Ω I’5 1Ω d I’8 I’9 4Ω 2Ω f ’ Giả sử : I = 1A tính E’ ? 2Ω e I 9' = 1A → I 8' = 1A I 5' = I 6' + I 7' = A I = I + I = 2A U bf =(2 + 1) I 5' + I 6' =20V ' ' ' U ce = 3I + I = 8V ' I ' ' U= 2A ce / = I 4' U= 4A bf / I 3' = I 4' + I 5' = A Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 24 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính I’1 E’ 2Ω a I’3 1,5 Ω b I’5 2Ω 5Ω 4Ω I’7 Ω I’5 1Ω d I’8 I’6 I’4 I’2 c 4Ω 2Ω f Giả sử : I’9 = 1A tính E’ ? I 4' 4= A ; I 3' A 8A U= af / I1' = I 2' + I 3' =16 A e K = Hệ số tỉ lệ E 12 = = 0,1875 ' E 64 Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 2Ω E ' = I1' + I 2' = 64V U af = 1, I 3' + I 4' = 32V I 2' I’9 25 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính I1 12 V 2Ω a I3 1,5 Ω b I2 I4 4Ω 5Ω I5 2Ω c I7 Ω I6 I5 1Ω d I8 I9 4Ω 2Ω 2Ω e f I1' = 16 A ; I 6' = A ; I1 = A ; I = 0, 375 A ; I 2' = A ; I 7' = A ; I = 1, A ; I = 0, 375 A ; ' I 3' = A ; I 8' = 1A ; I i = KI i I = 1, A ; I = 0,1875 A ; I 4' = A ; I 9' = 1A ; I = 0, 75 A ; I = 0,1875 A ; I 5' = A ; E ' = 64V ; I = 0, 75 A ; E = 12V ; Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 26 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính Nguyên lý xếp chồng • Xk = • n n • c F ∑X ∑= ki i =i =i • ki • • X ki = cki Fi : đáp ứng nguồn kích thích Fi gây Chỉ xếp chồng ảnh phức kích thích có tần số Khi nguồn kích thích khác tần số (tổng quát)→ xếp chồng miền thời gian = xk (t ) n m c f (t ) ∑ a ∑= r e (t ) + ∑ bkj j j (t ) ki i ki i =i =i =j Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 27 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính VD : tìm dòng điện chảy nhánh I1E Z1 I1 Z1 I2 • I1 • I2 I2E • • E Z2 J − ( Z1 + Z ) ( Z1 + Z ) • I2J E Z2 J E Z2 I1J Z1 • • • I= I1E + I1J • E Z1 J + ( Z1 + Z ) ( Z1 + Z ) • • • I= I2E + I2J Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com J Z2 28 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính 50 Ω VD : tìm dòng điện i(t) ie1(t) e1(t) 50mH 50 Ω 100 Ω i(t) e(t) 100 Ω 10 µF j(t) 50mH 50 Ω ie2(t)+ij(t) Cho biết j (t ) e2(t) cos(103 t + 450 ) [ A] 100 Ω 10 µF j(t) e(t ) = e1 (t ) + e2 (t ) = 12 + cos(103 t ) [V ] → i (t ) = ie1 (t ) + ie (t ) + i j (t ) [ A] Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 29 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính Kích thích DC e1 (t ) = 12 [V ] Triệt tiêu nguồn AC 50mH 50 Ω i(t) e(t) 100 Ω ◦ Ngắn mạch nguồn áp e2(t) ◦ Hở mạch nguồn dòng j(t) 50 Ω Loại bỏ phần tử kháng ◦ Ngắn mạch cuộn L ◦ Hở mạch tụ Giải mạch điện DC → iDC j(t) 10 µF ie1(t) e1(t) 100 Ω e1 (t ) 12 = ie1 (t ) = = = 0, 08 [ A] 50 + 100 150 Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 30 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính Kích thích AC e2 (t ) = cos(103 t ) [V ] = j (t ) cos(103 t + 450 )[ A] Giữ nguồn tần số ωk triệt tiêu tất nguồn khác ◦ Ngắn mạch nguồn áp e1(t) ◦ Hở mạch nguồn dòng (nếu có) Phức hóa mạch theo tần số ωk Giải mạch phức chuyển miền thời gian j50 Ω 50 Ω I = I +I e2 j I 00 100 Ω 450 -j100 Ω • = I 1, 0009∠42, 57 ≈ 1∠42, 57 iAC (t ) = ie (t ) + i j (t ) = 1cos(103 t − 42, 57 )[ A] Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 31 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.2 Tính chất tuyến tính 50 Ω Xếp chồng miền t ie1(t) e1(t) 50mH 50 Ω i(t) e(t) 100 Ω 100 Ω j(t) 10 µF 50mH 50 Ω ie2(t)+ij(t) = iDC ie= 0, 08 [ A] (t ) e2(t) 100 Ω 10 µF j(t) = iAC (t ) 1cos(103 t − 42, 57 )[ A] → i (t ) =iDC + iAC (t ) =0, 08 + cos(103 t − 42, 57 ) [ A] Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 32 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.3 Định lý Thevenin - Định lý Norton Mạch A tuyến tính Mạch tương đương Thevenin a I U ETH a I U ZTH Mạch B b Mạch B a I b Mạch tương đương Norton JN ZN b Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com U Mạch B 33 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.3 Định lý Thevenin - Định lý Norton CM định lý Thevenin Mạch A tuyến tính a I U Mạch A Mạch B tuyến tính Mạch A tuyến tính U b U b b a I a I Mạch A không nguồn độc lập a I1 U Mạch A tuyến tính U b b Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com a I2 34 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.3 Định lý Thevenin - Định lý Norton CM định lý Thevenin a I Mạch A Mạch A không nguồn độc lập U tuyến tính • • I = I1 + I • ZV = −U Mạch A U U tuyến tính • • −U → I= + I nm ZV • • • Khi hở mạch • • U = − ZV I + U hm • • − U hm + I nm a-b= ZV • ETH = U hm ZTH = ZV Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com Inm b ZV • I1 a I2 b b • a I1 35 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.3 Định lý Thevenin - Định lý Norton Mạch A tuyến tính a I U Mạch tương đương Thevenin Mạch B ZTH a I U ETH Mạch B b b • • ETH = U hm ZTH = ZV • • U hm = ZV I nm Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 36 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.3 Định lý Thevenin - Định lý Norton Mạch A tuyến tính a I U Mạch tương đương Norton Mạch B JN a I ZN b U Mạch B b • • J N = I nm Z N = ZV • • U hm = ZV I nm Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 37 https://fb.com/tailieudientucntt ... Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 10 https://fb.com/tailieudientucntt Công nghệ chế tạo Hiện phần tử chế tạo theo công nghệ tích hợp (IC), đóng vỏ dạng DIP Bài giảng Giải tích. .. Vcc ↔ Vin = Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 15 https://fb.com/tailieudientucntt Mơ hình OP-AMP tuyến tính - i- +Vcc u0 ϕ0 Vin ϕ+ i+ Vcc Vin (Miền tuyến tính) -Vcc -Vcc Ground... (DC) ◦ Mạch phức Bài giảng Giải tích Mạch 2014 CuuDuongThanCong.com 17 https://fb.com/tailieudientucntt 3.6.1 Định lý thay I Mạch U A I Mạch U A Mạch B I Mạch U A Bài giảng Giải tích Mạch 2014