Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản - Trường ĐH Quốc gia TP.HCM
I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song
I.1 Mạch nối tiếp
Hai phần tử kề nhau được gọi là đấu nối tiếp nếu chúng có chung một
nút và không còn dòng nào khác đi vào nút.
A. Nguồn áp mắc nối tiếp
Khi mắc nối tiếp các nguồn
áp khác nhau ta có thể thay
bằng một nguồn áp có điện áp
bằng tổng giá trị điện áp của
các nguồn này.
B. Nguồn dòng mắc nối tiếp
Các nguồn dòng chỉ có thể được mắc nối tiếp nếu như đây là những
nguồn dòng lý tưởng có cùng giá trị cường độ dòng điện qua nguồn,
chiều dòng điện đi qua nguồn là cùng chiều với nhau
Nguồn dòng mắc nối tiếp
khác cường độ dòng sẽ
gây cháy mạch
C. Điện trở mắc nối tiếp
Khi mắc nối tiếp các điện trở
khác nhau ta có thể thay bằng
một điện trở tương đương có
điện trở bằng tổng giá trị điện
trở của các điện trở này.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản - Trường ĐH Quốc gia TP.HCM
![Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản - Trường ĐH Quốc gia TP.HCM Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản - Trường ĐH Quốc gia TP.HCM](https://s1.giaotrinh.net/axd2p7kygnhv4l3y/thumb/2024/01/08/bai-giang-nhap-mon-dien-tu-chuong-2-phuong-phap-giai-mach-di_zkMMFRPxnr.jpg)
Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 1 Chương 2 Phương pháp giải mạch điện cơ bản Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 2 I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song I.1 Mạch nối tiếp Hai phần tử kề nhau được gọi là đấu nối tiếp nếu chúng có chung một nút và không còn dòng nào khác đi vào nút. Khi mắc nối tiếp các nguồn áp khác nhau ta có thể thay bằng một nguồn áp có điện áp bằng tổng giá trị điện áp của các nguồn này. A. Nguồn áp mắc nối tiếp Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 3 I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song I.1 Mạch nối tiếp B. Nguồn dòng mắc nối tiếp Các nguồn dòng chỉ có thể được mắc nối tiếp nếu như đây là những nguồn dòng lý tưởng có cùng giá trị cường độ dòng điện qua nguồn, chiều dòng điện đi qua nguồn là cùng chiều với nhau Nguồn dòng mắc nối tiếp khác cường độ dòng sẽ gây cháy mạch Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 4 I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song I.1 Mạch nối tiếp C. Điện trở mắc nối tiếp Khi mắc nối tiếp các điện trở khác nhau ta có thể thay bằng một điện trở tương đương có điện trở bằng tổng giá trị điện trở của các điện trở này. Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 5 I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song I.2 Mạch song song Hai phần tử ghép song song nếu chúng tạo thành một vòng không chứa phần tử nào khác. A. Nguồn dòng mắc song song Khi mắc song song các nguồn dòng khác nhau ta có thể thay bằng một nguồn dòng có cường độ dòng điện bằng bằng tổng giá trị cường độ dòng điện của các nguồn này. Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 6 I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song I.2 Mạch song song Khi các nguồn áp mắc song song, ta chỉ có thể mắc nguồn áp song song với nhau nếu như các nguồn này là nguồn áp lý tưởng có cùng giá trị điện áp, cùng chiều phân cực. Nguồn áp mắc song song khác điện áp sẽ bị cháy mạch. B. Nguồn áp mắc song song Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 7 I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song I.2 Mạch song song C. Điện trở mắc song song Khi mắc song song các điện trở khác nhau ta có thể thay bằng một điện trở tương đương có điện trở tính như sau: Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 8 I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song Tóm lại trong mạch điện trở mắc nối tiếp và song song Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 9 Ví dụ: Xác định điện áp và dòng điện qua các điện trở trong mạch a) b) I. Mạch điện trở mắc nối tiếp và song song Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 10 II. Mạch chia áp (cầu phân áp) và mạch chia dòng (cầu phân dòng) II.1 Mạch chia áp (cầu phân áp) Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 11 II.2 Mạch chia dòng (cầu phân dòng) Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 12 Nếu thay thế giá trị nghịch đảo của điện trở bằng điện dẫn, ta có công thức Tổng quát Hay II.2 Mạch chia dòng (cầu phân dòng) Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 13 Ví dụ : Tìm điện áp vx và i3 trong mạch điện ĐS: vx=25V , i3=0.417A Ví dụ : Tìm dòng i1 trong mạch điện ĐS: i1=10A Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 14 II.3 Ứng dụng cầu phân áp II.3.1 Đo điện áp, đo cường độ dòng điện Đo điện áp Vôn kế đo điện áp giữa hai điểm. Vôn kế có điện áp rất lớn do đó không ảnh hưởng đến điện trở toàn mạch. Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 15 II.3 Ứng dụng cầu phân áp II.3.1 Đo điện áp, đo cường độ dòng điện Giá trị vôn kế đo là bao nhiêu?? Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 16 II.3 Ứng dụng cầu phân áp II.3.1 Đo điện áp, đo cường độ dòng điện Đo cường độ dòng điện Ampere kế dùng để đo dòng qua dây dẫn Ampere kế có điện trở rất nhỏ do đó không ảnh hưởng tới mạch. Mạch phải được làm hở để kết nối Ampere kế Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 17 II.3 Ứng dụng cầu phân áp II.3.1 Đo điện áp, đo cường độ dòng điện Làm cách nào để kết nối Ampere kế vào đo? Giá trị của Ampere kế là bao nhiêu? Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 18 II.3 Ứng dụng cầu phân dòng- cầu phân áp Một trong những ứng dụng của cầu phân áp là chế tạo bộ chuyển đổi (transducer). Bộ chuyển đổi là một thiết bị để tạo ra điện áp có giá trị tỉ lệ với một đại lượng vật lý nào đó như khoảng cách, áp suất hay nhiệt độ... Bộ chuyển đổi điện áp dùng trong bánh lái tàu (máy bay) II.3.2 Bộ chuyển đổi Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 19 III.Phương pháp nguồn tương đương III.1 Mạch tương đương Thévenin Mạch chứa nguồn và điện trở có thể được thay thế bởi một mạch tương đương Thé venin bao gồm một nguồn áp mắc nối tiếp với một điện trở. Các thông số đặc trưng của mạch: vTh , RTh , in Mạch chứa nguồn và điện trở Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản III.Phương pháp nguồn tương đương III.1 Mạch tương đương Thévenin vTh RTh Trong mạch tương đương Thévenin: • vTh: điện áp hở mạch giữa hai điểm A và B • 𝑅 Th: là điện trở tương đương đo tại cổng AB ( các nguồn áp thay bằng ngắn mạch, nguồn dòng thay bằng mạch hở) hở mạch Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 21 III.Phương pháp nguồn tương đương III.1 Mạch tương đương Thévenin VD: Xác định các giá trị của nguồn tương đương Thévenin của mạch sau : Đs: voc = 5V, in =0,15A , RTh =33,3 Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 22 III.Phương pháp nguồn tương đương III.2 Mạch tương đương Norton Nếu ta thay mạch tương đương Thévenin bằng một mạch gồm nguồn dòng mắc song song với một điện trở ta được mạch tương đương Norton Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 23 Trong mạch tương đương Norton: voc: điện áp hở mạch iN: là dòng điện ngắn mạch chạy từ A đến B RN : điện trở tương đương đo tại cổng AB III.Phương pháp nguồn tương đương III.2 Mạch tương đương Norton RN Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 24 III.Phương pháp nguồn tương đương III.2 Mạch tương đương Norton VD: Xác định các giá trị của nguồn tương đương Norton của mạch sau : Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 25 III.Phương pháp nguồn tương đương III.3 Phương pháp chuyển đổi nguồn Một nguồn áp có thể chuyển đổi thành nguồn dòng và ngược lại theo qui phép biến đổi Thévenin – Norton: Th n Th V I R Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 26 IV.1 Phương pháp dòng điện vòng Cơ sở: Dựa vào hai định luật Kirchhoff để lập hệ phương trình trạng thái của mạch, trên cơ sở hệ phương trình này ta dựa trên mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên các nhánh để đưa các phương trình này về dạng hệ phương trình của các ẩn số mới (các dòng điện trong các vòng). Bước 1: Thành lập các vòng cho mạch. Số vòng phải thành lập là [ 𝑁𝑛ℎ − 𝑁𝑛 + 1]. Bước 2: Thành lập hệ có[ 𝑁𝑛ℎ − 𝑁𝑛 + 1] phương trình theo định luật K2, trong đó ẩn số là dòng điện trong các vòng giả định. Bước 3: Giải hệ phương trình để tìm các dòng điện vòng giả định. Bước 4: Chuyển kết quả trung gian về các dòng điện nhánh. Phương pháp này thường sử dụng để tìm dòng điện trong các nhánh của mạch điện, với các bước sau: IV. Các phương pháp giải mạch cơ bản Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 27 Ví dụ 1 Tìm dòng điện trong các nhánh của mạch điện hình bên Dạng 1: Tìm dòng điện trong các nhánh của mạch điện – Sử dụng phương pháp dòng điện vòng Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 28 Bước 1: Thành lập các vòng cho mạch điện Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 29 Bước 2: Thành lập các phương trình cho các vòng mạch điện Xét vòng 1: Áp dụng định luật K2 cho vòng 1 ta viết được phương trình K2 như sau: 1 1 2 3 1 1 2 2 3 3 1 1 1 1 4 2 1 2 3 1 1 2 3 1 3 2 2 4 1 0 . . . R ( ) ( )R ( ) nh nh nh E U U U I R I R I R E I I I R I I E R R R I R I R I E Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 30 Bước 2: Thành lập các phương trình cho các vòng mạch điện Từ đó rút ra qui luật thành lập pt cho vòng 1: 1 2 3 31 2 3 2 4 1( ) 0I I IR ER IR R R Dòng điện vòng đang xét Tổng trở vòng đang xét Dòng điện vòng lân cận Trở kháng giữa vòng lân cận và vòng đang xét (lấy dấu dương nếu vòng lân cận cùng chiều vòng đang xét, dấu âm nếu vòng lân cận ngược chiều vòng đang xét) Tổng đại số các suất điện động vòng đang xét (lấy dấu dương nếu chiều dòng của nguồn cùng chiều dòng đang xét, dấu âm nếu chiều dòng của nguồn ngược chiều vòng đang xét) Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 31 Bước 2: Thành lập các phương trình cho các vòng mạch điện Sử dụng qui tắc thành lập trên ta có hệ phương trình cho các vòng của mạch điện như sau: ( 1 2 3 1 3 2 3 2 4 1 3 1 3 4 5 2 5 3 4 4 5 1 5 2 5 6 7 3 6 4 5 7 2 1 4 2 6 3 2 4 6 8 4 8 V1: (R +R +R )I -R I +0I -R I = E V2: -R I +(R +R +R )I -R I -R I = -E V3: 0I -R I +(R +R +R )I -R I = E -E V4: -R I -R I -R I +(R +R +R +R )I = E Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 32 Bước 3: Giải hệ phương trình để tìm dòng điện vòng trong các vòng giả định Bước 4: Chuyển kết quả trung gian về dòng điện trong các nhánh 5 n1 1 n2 1 4 n3 1 2 n4 2 4 n 2 3 n6 3 4 n7 3 n8 4 I = - I I =I I I = I -I I =I I I = I -I I =I I I = I I =I Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 33 R I V Ma trận trở kháng vòng Ma trận dòng Ma trận nguồn( nguồn thế độc lập) Trong đó [R] là ma trận vuông có đặc điểm: - Nằm trên đường chéo chính là các trở kháng vòng -Hai bên đường chéo là các trở kháng chung đối xứng nhau qua đường chéo chính. Chú ý: Hệ phương trình dòng điện vòng có thể viết dưới dạng ma trận Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 34 Ví dụ 2: Tìm dòng điện trong các vòng Ví dụ 3: Tìm dòng điện trong các vòng I 31 2 2 , 4 , 5I A I A I A Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 35 IV.2 Phương pháp điện áp nút Cơ sở: Dựa vào hai định luật Kirchhoff để lập hệ phương trình trạng thái của mạch, trên cơ sở hệ phương trình này ta dựa trên mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên các nhánh để đưa các phương trình này về dạng hệ phương trình của các ẩn số mới (các điện áp tại các nút) Bước 1: Đặt tên cho các nút của mạch, chọn một nút làm gốc. Bước 2: Thành lập phương trình điện áp nút cho mạch. Sử dụng K1 ta viết hệ phương trình cho[ 𝑁𝑛 -1] nút trừ nút gốc. Bước 3: Giải phương trình để tìm ra điện áp cho các nút. Phương pháp này dùng để tìm điện áp tại các nút của mạch điện với các bước sau: Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 36 Ví dụ 2 Tìm điện áp tại các nút của mạch điện hình bên Dạng 2: Tìm điện áp tại các nút của mạch điện (sử dụng phương pháp điện áp nút) Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 37 Bước 1: Đặt tên các nút, chọn điện thế nút 0 A B C Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 38 Bước 2: Thành lập các phương trình cho các nút của mạch điện Áp dụng định luật K1 cho nút A,B,C ta viết được phương trình như sau: A B C Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 39 Bước 2: Thành lập các phương trình cho các nút của mạch điện Nếu sử dụng đại lượng điện dẫn G phương trình có thể viết lại A B C 1 3 1 1 2 2 2 1 2 2 3 2 3 4 3 5 3 2 4 3 1 1 1 2 1 2 2 1 3 1 2 1 2 3 4 2 4 3 1 1 4 2 1 4 5 ( ) ( )G ( ) . ( )G 0 ( ) ( )G : (G ) v ( ) 0 ( ) a b b v v G v v i v v G v G v v v G v v G v v i Hay G G v G v i G v G G G v G v G v G v G G G i Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 40 Bước 2: Thành lập các phương trình cho các nút của mạch điện Từ đó rút ra qui luật thành lập pt: Điện áp nút đang xét Tổng điện dẫn nối vào nút đang xét. Điện áp các nút lân cận Các điện dẫn chung giữa các nút lân cận với nút đang xét . Tất cả đều lấy dấu âm Tổng đại số các 𝐼𝑛𝑔 nối với nút đang xét. Lấy dấu “+” nếu chiều của 𝐼𝑛𝑔 đi vào nút đang xét, ngược lại lấy dấu “-” A B C 1 2 2 1 11 2 3( ) vG v v iG G G Bước 3: Giải hệ phương trình tìm ra các giá trị điện áp nút cần tìm. Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 41 G U I Ma trận điện dẫn nút Ma trận điện áp Ma trận nguồn( nguồn dòng độc lập) Trong đó [G] là ma trận vuông có đặc điểm: - Nằm trên đường chéo chính là các điện dẫn nút. -Hai bên đường chéo là các dẫn nạp chung đối xứng nhau qua đường chéo chính. Chú ý: Hệ phương trình điện áp nút có thể viết dưới dạng ma trận Nhập môn Điện tử Chương 2: Phương pháp giải mạch điện cơ bản 42 Ví dụ : Tìm điện thế tại các nút 1 2V = 8.77V V = 7.62V
File đính kèm:
bai_giang_nhap_mon_dien_tu_chuong_2_phuong_phap_giai_mach_di.pdf