Trang 2
Mục lục Chương 1: Khái niệm cơ bản về mạch điện.......................................... 8 1. 1. Đại lượng cơ bản trong mạch điện ............................................ 8 1.1.1. Đại lượng điện và hệ đợn vị SI ............................................... 8 1.1.2. Lực, công và sông suất ........................................................... 9 1.1.3. Điện tích và dòng điện.......................................................... 10 1.1.4. Điện thế................................................................................ 11 1.1.5. Năng lượng và công suất điện............................................... 12 1.1.6. Hằng số và hàm số................................................................ 12 1.2. Phần tử cơ bản của mạch điện.................................................. 12 1.2.1. Phần tử thụ động và tích cực................................................. 12 1.2.2. Quy ước về dấu..................................................................... 13 1.2.3. Quan hệ dòng điện và điện áp ............................................... 14 1.2.4. Điện trở R............................................................................. 15 1.2.5.Cuộn cảm L ........................................................................... 16 1.2.6. Tụ điện C.............................................................................. 17 1.2.7. Sơ đồ mạch điện ................................................................... 18 1.2.8. Điện trở phi tuyến................................................................. 18 CHƯƠNG 2: Phương pháp phân tích mạch điện............................... 21 2.1. Định luật mạch điện .................................................................. 21 2.1.1. Định luật Kirchhoff về điện áp.............................................. 21 2.1.2. Định luật Kirchhoff về dòng điện ......................................... 21 2.1.3. Mạch điện các phần tử mắc nối tiếp...................................... 22 2.1.4. Mạch điện các phần tử mắc song song.................................. 23 2.1.5. Điện trở phân (chia) điện áp và phân dòng điện.................... 24 2.2. Phân tích mạch điện .................................................................. 25 2.2.1. Phương pháp dòng nhánh ..................................................... 25 2.2.2. Phương pháp dòng mắt lưới.................................................. 26 2.2.3. Phương pháp ma trận và định thức........................................ 27 2.2.4. Phương pháp điện thế nút ..................................................... 29 2.3. Phân rã mạch điện..................................................................... 30
Trang 3
2.3.1. Điện trở vào và điện trở ra .................................................... 30 2.3.2. Điện trở chuyển đổi .............................................................. 31 2.3.3. Qui tắc phân rã mạch điện ................................................... 32 2.3.4. Qui tắc xếp chồng................................................................. 34 2.4. Định lý mạch điện...................................................................... 35 2.4.1. Định lý Thevenin và Norton ................................................. 35 2.4.2. Định lý truyền công suất cực đại........................................... 37 Chương 3: Mạch khuếch đại và khuếch đại thuật toán ..................... 39 3.1. Mạch khuếch đại ....................................................................... 39 3.1.1. Khuếch đại tín hiệu............................................................... 39 3.1.2. Sơ đồ khuếch đại hồi tiếp...................................................... 40 3.2. Khuếch đại thuật toán............................................................... 42 3.2.1. Khái niệm khuếch đại thuật toán........................................... 42 3.2.2. Mạch điện có khuếch đại thuật toán lý tưởng........................ 45 3.2.3. Mạch khuếch đại đảo............................................................ 46 3.2.4. Mạch khuếch đại không đảo ................................................. 47 3.2.5. Mạch khuếch đại cộng tín hiệu ............................................. 49 3.2.6. Mạch điện áp theo................................................................. 50 3.2.7. Mạch chứa nhiều bộ khuếch đại OA ..................................... 51 3.3. Mạch khuếch đại vi phân – tích phân ...................................... 52 3.3.1. Vi phân và khuếch đại vi phân.............................................. 52 3.3.2. Tích phân và mạch tích phân ................................................ 54 3.4. Mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán .................................... 57 3.4.1. Mạch tính tương tự............................................................... 57 3.4.2. Mạch lọc tần số thấp............................................................. 59 3.4.3. Bộ so sánh ............................................................................ 59 Chương 4: Dạng sóng và tín hiệu ........................................................ 61 4.1. Hàm chu kỳ................................................................................ 61 4.1.1. Khái niệm hàm chu kỳ.......................................................... 61 4.1.2. Hàm sin ................................................................................ 62 4.1.3. Dịch thời gian và dịch góc pha: ............................................ 63
Trang 4
4.1.4. Hàm chu kỳ hỗn hợp............................................................. 65 4.1.5. Giá trị trung bình và giá trị hiệu dụng................................... 65 4.2. Hàm không chu kỳ..................................................................... 68 4.2.1. Hàm bước đơn vị (hàm step)................................................. 68 4.2.2. Hàm xung đơn vị (hàm dirac) ............................................... 70 4.2.3. Hàm mũ................................................................................ 72 4.2.4. Hàm sin tắt dần..................................................................... 75 4.2.5. Tín hiệu ngẫu nhiên .............................................................. 76 Chương 5: Quá độ trong mạch điện.................................................... 78 5.1. Quá độ trong mạch điện cấp một.............................................. 78 5.1.1. Quá độ trong mạch RC ......................................................... 78 5.1.2. Quá độ trong mạch RL.......................................................... 81 5.1.3. Hàm mũ cơ số tự nhiên......................................................... 83 5.1.4. Mạch bậc một phức tạp RL và RC ........................................ 85 5.1.5. Trạng thái ổn định một chiều trong mạch RL và RC............. 88 5.1.6. Quá độ khi chuyển mạch....................................................... 90 5.2. Đáp ứng của mạch bậc một....................................................... 91 5.2.1. Đáp ứng với tác động của hàm bước..................................... 91 5.2.2. Đáp ứng mạch RC và RL với tác động hàm xung đơn vị...... 93 5.2.3. Đáp ứng của mạch RC và RL với kích thích hàm mũ ........... 96 5.2.4. Đáp ứng của mạch RC và RL với kích thích hàm sin............ 97 5.2.5. Mạch bậc một chủ động........................................................ 98 5.3. Mạch điện bậc cao ................................................................... 100 5.3.1. Mạch RLC nối tiếp không nguồn........................................ 100 5.3.2. Mạch RLC song song không nguồn.................................... 104 5.3.3. Mạch điện có hai vòng mắt lưới.......................................... 107 5.4. Quá độ của mạch điện trong miền tần số............................... 108 5.4.1. Tần số phức ........................................................................ 108 5.4.2. Trở kháng tổng quát của mạch RLC trong miền tần số s..... 109 5.4.3. Hàm biến đổi mạch điện ..................................................... 111 5.4.4. Đáp ứng cưỡng bức ............................................................ 113
Trang 5
5.4.5. Đáp ứng tự nhiên ................................................................ 115 5.4.6. Biến đổi tỉ lệ biên độ và tần số............................................ 116 Chương 6: Mạch điện xoay chiều ...................................................... 120 6.1. Phân tích mạch xoay chiều ở trạng thái ổn định (điều hòa).. 120 6.1.1. Đáp ứng của các phần tử..................................................... 120 6.1.2. Véc tơ biểu diễn đại lượng sin ............................................ 123 6.1.3. Trở kháng và dẫn nạp ......................................................... 125 6.1.4. Phương pháp dòng mắt lưới................................................ 128 6.1.5. Phương pháp điện thế nút ................................................... 131 6.1.6. Các định lý mạch trong miền tần số.................................... 132 6.2. Nguồn điện xoay chiều một pha .............................................. 133 6.2.1. Nguồn xoay chiều trong miền thời gian .............................. 133 6.2.2. Công suất của đại lượng sin trong trạng thái ổn định .......... 136 6.2.3. Công suất trung bình hoặc công suất tác dụng .................... 137 6.2.4. Công suất phản kháng......................................................... 138 6.2.5. Công suất phức, công suất biểu kiến và tam giác công suất 141 6.2.6. Công suất của các mạch song song ..................................... 144 6.2.7. Nâng hệ số công suất pf...................................................... 145 6.2.8. Truyền công suất cực đại .................................................... 146 6.2.9. Xếp chồng nguồn xoay chiều sin ........................................ 147 6.3. Nguồn xoay chiều nhiều pha ................................................... 148 6.3.1. Hệ thống nguồn xoay chiều hai pha .................................... 149 6.3.2. Hệ thống nguồn xoay chiều ba pha ..................................... 150 6.3.3. Tải ba pha đối xứng ............................................................ 153 6.3.4. Tải ba pha không đối xứng ................................................. 157 6.3.5. Công suất nguồn ba pha – đo công suất .............................. 160 Chương 7: Đáp ứng tần số, lọc và cộng hưởng ................................. 163 7.1. Đáp ứng tần số......................................................................... 163 7.1.1. Khái niệm đáp ứng tần số ................................................... 163 7.1.2. Mạch thông cao tần và thông thấp tần................................. 164 7.1.3. Tần số tới hạn, tần số nửa công suất và dải tần ................... 168
Trang 6
7.1.4. Tổng quát hóa mạch hai cửa hai phần tử............................. 169 7.1.5. Đáp ứng tần số và hàm biến đổi mạch điện......................... 170 7.1.6. Đáp ứng tần số xác định theo giản đồ cực–zero .................. 171 7.2. Mạch lọc................................................................................... 172 7.2.1. Mạch lọc lý tưởng và mạch lọc thực tế ............................... 172 7.2.2. Mạch lọc thụ động và chủ động .......................................... 174 7.2.3. Bộ lọc thông dải tần và cộng hưởng.................................... 175 7.2.4. Tần số tự nhiên và hệ số tắt dần .......................................... 177 7.3. Cộng hưởng.............................................................................. 177 7.3.1. Mạch RLC nối tiếp, cộng hưởng nối tiếp ............................ 177 7.3.2. Mạch RLC song song, cộng hưởng song song .................... 180 7.3.3. Mạch cộng hưởng LC song song thực tế............................. 181 7.3.4. Biến đổi tương đương nối tiếp – song song......................... 182 7.3.5. Giản đồ Locus .................................................................... 183 7.3.6. Thang tần số đáp ứng của mạch lọcError! Bookmark not defined. Chương VIII: Mạng hai cửa.............................................................. 187 8.1. Khái niệm và thông số mạng hai cửa...................................... 187 8.1.1. Bộ số Z ............................................................................... 187 8.1.2. Mạch T tương đương của mạch hai cửa tương hỗ............... 188 8.1.3. Bộ số Y............................................................................... 189 8.1.4. Mạch π tương đương của mạch hai cửa tương hỗ................ 191 8.1.5. Qui đổi giữa bộ số Z và bộ số Y ......................................... 192 8.1.6. Các bộ số lai và bộ số truyền tải ......................................... 193 8.2. Kết nối các mạch hai cửa ........................................................ 195 8.2.1. Kết nối nối tiếp ................................................................... 195 8.2.2. Kết nối song song ............................................................... 196 8.2.3. Kết nối xâu chuỗi................................................................ 197 8.2.4. Lựa chọn bộ số phù hợp...................................................... 197 Chương 9: Hỗ cảm ............................................................................. 199 9.1. Khái niệm hỗ cảm.................................................................... 199
Trang 7
9.1.1. Hiện tượng hỗ cảm ............................................................. 199 9.1.2. Hệ số cặp hỗ cảm................................................................ 201 9.1.3. Phân tích cặp hỗ cảm .......................................................... 202 9.2. Máy biến áp ............................................................................. 206 9.2.1. Máy biến áp tuyến tính ....................................................... 206 9.2.2. Máy biến áp lý tưởng.......................................................... 209 9.2.3. Máy biến áp tự ngẫu ........................................................... 210
Trang 8
Chương 1: Khái niệm cơ bản về mạch điện 1. 1. Đại lượng cơ bản trong mạch điện 1.1.1. Đại lượng điện và hệ đợn vị SI Hệ đơn vị quốc tế (SI) được sử dụng trong cả cuốn sách này. Bốn đại lượng cơ bản và đơn vị của chúng được trình bày trong bảng 1-1. Các đại lượng liên quan và đơn vị của chúng không được trình bày ở bảng trên là nhiệt độ ở thang kelvin (K), lượng vật chất trong phân tử (mol) và mật độ ánh sáng ở đơn vị candela (cd). Bảng 1-1. Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Viết tắt (hệ SI) Chiều dài L, l mét m Khối lượng M, m kilogam kg Thời gian T, t giây s Dòng điện I, i ampe A Tất cả các đại lượng khác đều có nguồn gốc từ 7 đại lượng cơ bản nói trên. Các đại lượng và ký hiệu thường dùng trong phân tích mạch điện được trình bày trong bảng 1-2. Bảng 1-2 Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Viết tắt (hệ SI) Điện tích Q, q coulomb C Điện thế V, v vôn V Điện trở R Ohm Ω Điện dẫn G siemen S Điện cảm L henry H Điện dung C fara F Tần số f hertz Hz Lực F newton N Công, năng lượng W, w joule J Công suất P, p watt W Từ thông Φ Weber Wb Từ cảm (mật độ từ B tesla T thông)
Trang 9
Hai đại lượng bổ xung là góc phẳng (còn gọi là góc pha trong phân tích mạch) và góc khối. Đơn vị trong hệ Si tương ứng của chúng là radian (rad) và steradian (sr). Đơn vị “độ” được sử dụng nhiều để biểu diễn góc pha trong các đại lượng sin, ví dụ: sin(.t 30o ), trong đó: ωt có đơn vị radian, còn ωt + 30o gọi là đơn vị hỗn hợp. Bội số và ước số của đơn vị hệ SI được trình bày trong bảng 1-3. Bảng 1-3. Tên gọi Hệ số nhân Viết tắt Pico 10-12 p Nano 10-9 n Micro 10-6 μ Milli 10-3 m Centi 10-2 c Deci 10-1 d Kilo 103 k Mega 106 M Giga 109 G Tera 1012 T Ví dụ: mV là ký hiệu viết tắt của millivolt bằng 10-3 V, và MW là của đơn vị megawatt bằng 106 W. 1.1.2. Lực, công và sông suất Đại lượng có nguồn gốc từ phương trình toán học với quan hệ: “lực bằng khối lượng nhân với gia tốc”, như vậy, theo định nghĩa newton (N) lực tác động tạo ra gia tốc 1 m/s2 cho vật có khối lượng 1 kg. Như vậy N kg.m/s2 Công là kết quả của lực tác dụng trong quãng đường. Joule là công của lực 1 N trong quãng đường 1 m (1 J = 1 N.m). Công và năng lượng có cùng đơn vị. Công suất đại lượng đo công hoàn thành trong thời gian hoặc năng lượng truyền từ vật này sang vật khác. Đơn vị công suất là watt (1 W = 1 J/s). Ví dụ 1–1: Chuyển động thẳng của vật 10-kg có gia tốc 2 m/s2. (a) Tìm lực tác động F. (b) Nếu như vật bắt đầu chuyển động từ thời điểm t = 0, x = 0, hãy xác định vị trí, động năng và công suất khi t = 4s. (a) F m.a 10(kg).2(m/s2) 20(kg.m/s2) 20(N) (b) Tại thời điểm t = 4s.
Trang 10
1 2 1 2 2 x a.t 2(m/ s )(4s) 16(m) 2 2 KE F.x 20(N).16(m) 3200(N.m) 3,2(kJ) KE 3200(J) p 800(J /s) 0,8(kW) t 4s 1.1.3. Điện tích và dòng điện Đơn vị của dòng điện, Ampe (A), được định nghĩa là dòng điện không đổi trong hai dây dẫn có chiều dài vô hạn và tiết diện không đáng kể, đặt trong chân không ít nhất 1m, tạo nên một lực 2.10-7 (N) cho một mét chiều dài. Một định nghĩa khác được sử dụng nhiều hơn: dòng điện là kết quả của sự di chuyển điện tích và dòng điện 1 ampe tương đương với 1 coulomb (C) điện tích di chuyển qua mặt cắt của vật dẫn trong 1 giây. Như vậy, qua hàm biến thời gian i(A) dq/dt(C/s), đơn vị coulomb (C) có thể được định nghĩa bằng ampe- giây. Điện tích tự do trong vật dẫn có thể dương hoặc âm. Điện tích dương chuyển động sang trái (hình 1-1a) làm nên dòng điện i cũng có hướng sang trái. Nếu như lượng điện tích 1 (C) đi qua tiết diện S trong khoảng thời gian 1s, dòng điện có giá trị 1 (A). Điện tích âm di chuyển sang phải (hình 1-1b) cũng tạo nên dòng điện sang phía trái. Hình 1-1 Một trong những vấn đề quan trọng nhất khi phân tích mạch ở chỗ dòng điện trong các vật dẫn kim loại là dòng di chuyển của các điện tử lớp ngoài trong cấu trúc nguyên tử. Ví dụ đối với đồng, điện tử lớp ngoài có liên kêt lỏng lẻo với hạt nhân và có thể di chuyển tự do từ nguyên tử này đến nguyên tử khác trong cấu trúc mạng tinh thể. Ở nhiệt độ thường, số lương điện tử tự do đó là hằng số, có chuyển động ngẫu nhiên. Số lượng điện tử tự do (có thể tạo nên dòng điện đặc trưng bởi đại lượng điện dẫn) của kim loại đồng có thể xách định vào khoảng 8,5 1028 trong 1 m3. Điện tích của điện tử e 1,602.1019 (C), như vậy dòng điện 1 (A) tương đương với số lượng 6,24 1018 điện tử đi qua tiết diện của vật dẫn trong 1s.
Hiển thị 10 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!