điện kỹ thuật điện tử cơ bản

SỞ LAO ĐỘNG TB&XH TỈNH HƯNG YÊN
TRƯỜNG TRUNG CẤP CÔNG NGHỆ VÀ KINH TẾ VIỆT - HÀN

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/MƠ-ĐUN: ĐIỆN KỸ THUẬT ĐT
NGÀNH/NGHỀ: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
HÌNH THỨC ĐÀO TẠO: CHÍNH QUY
(Ban hành kèm theo Quyết định số: / QĐ –TCVH ngày …… tháng…….năm ..... của Hiệu
trưởng trường Trung cấp Công nghệ và Kinh tế Việt Hàn.)



Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện
1. Mạch điện và kết cấu hình học của mạch điện.
1.1. Mạch điện.
Mạch điện: là một hệ thống gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại. Trong
đó xảy ra các q trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo
bởi các đại lượng dòng điện, điện áp.
1.2. Nguồn điện.
Nguồn điện: dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho
mạch. Nguồn được biến đổi từ các dạng năng lượng khác sang điện năng, ví dụ
máy phát điện (biến đổi cơ năng thành điện năng), ắc quy (biến đổi hóa năng
sang điện năng).

1.3. Phụ tải điện
Phụ tải: là thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện. Phụ tải biến đổi
năng lượng điện sang các dạng năng lượng khác, ví dụ như động cơ điện (biến
đổi điện năng thành cơ năng), đèn điện (biến đổi điện năng sang quang năng),
bàn là, bếp điện (biến đổi điện năng sang nhiệt năng) v.v.

1.4. Dây dẫn điện
Dây dẫn: làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ.
1


2. Kế cấu hình học của mạch điện.
2.1. Nhánh
Nhánh: gồm nhiều phần tử ghép nối tiếp trong đó có cùng một dòng điện.
2.2. Nút
Nút: là điểm nối của ba nhánh trở lên.
2.3. Vòng
Vòng: là tập hợp nhiều nhánh tạo thành vịng kín, nó có tính chất là nếu bỏ
đi một nhánh thì khơng tạo thành vịng kín nữa.
Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ. Hãy cho biết mạch điện trên có
bao nhiêu nhánh, bao nhiêu nút và bao nhiêu vòng?

Giải
Mạch điện trên gồm:
- 3 nhánh:
Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1
Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2
Nhánh 3: gồm phần tử R3.
- 2 nút: A và B
- 3 vòng:
2


Vòng 1: qua các nhánh (1, 3, 1)
Vòng 2: qua các nhánh (2, 3, 2)
Vòng 3: qua các nhánh (1, 2, 1)

Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình . Hãy cho biết mạch điện trên có bao
nhiêu nhánh, bao nhiêu nút và bao nhiêu vòng?

- 6 nhánh:
Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1
Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2
Nhánh 3: gồm phần tử R3
Nhánh 4: gồm phần tử R4
Nhánh 5: gồm phần tử R5
Nhánh 6: gồm phần tử R6
- 4 nút (4 đỉnh): A, B, C, D
- 7 vòng: Vòng 1: qua các nhánh (1, 6, 4, 1)
Vòng 2: qua các nhánh (2, 5, 6, 2)
Vòng 3: qua các nhánh (1, 2, 3)
Vòng 4: qua các nhánh (1, 2, 4, 5)
Vòng 5: qua các nhánh (4, 5, 3)
Vòng 6: qua các nhánh (1, 6, 5, 3, 1)
Vòng 7: qua các nhánh (2, 6, 4, 3, 2)
Mạch điện có 2 phần tử chính đó là nguồn điện và phụ tải.
- Nguồn điện: là các thiết bị điện dùng để biến đổi các dạng năng lượng
khác sang điện năng, ví dụ như pin, ắc qui (năng lượng hóa học), máy phát điện
(năng lượng cơ học)…
3


- Phụ tải: là thiết bị điện biến điện năng thành các dạng năng lượng
khác. Trên sơ đồ chúng thường được biểu thị bằng một điện trở R.
- Dây dẫn: là dây kim loại dùng để nối từ nguồn đến phụ tải.
3. Các đại lương đặc trưng quá trình năng lượng trong mạch điện.
3.1. Dòng điện

Dòng điện là dòng chuyển dời hướng của các điện tích. Cường độ dịng
điện ( gọi tắt là dịng điện) là lượng điện tích chuyển qua một bề mặt nào đó( tiết
diện ngang của dây dẫn, nếu là dòng điện chảy trong dây dẫn ) trong một đơn vị
thời gian.
- Dòng điện ký hiệu là: I ( Ampe)
- Quy ước chiều dòng điện từ cực dương sang cực âm của nguồn (i>0),
ngược lại (i<0).

3.2. Điện áp
Điện áp giữa hai điểm A và B là công cần thiết để làm dịch chuyển một đơn
vị điện tích (1 culong) từ A đến B.
 Điện áp ký hiệu là: U (vơn)
Ví dụ:

UAB: điện áp giữa A và B
UBA: điện áp giữa B và A

ta có :

UAB = -UBA

3.3. Công suất
Xét mạch điện chịu tác động ở 2 đầu một điện áp u, qua nó sẽ có dịng điện i.
Công suất
tức thời được đưa vào mạch điện (được hấp thụ bởi mạch điện) là:
p(t) = u.i
4


- Đơn vị công suất là watt (w)

- p(t) là một đại lượng đại số nên có thể âm hoặc dương tại thời điểm t nào
đó Nếu p > 0 thì tại thời điểm t đó phần tử thực sự hấp thụ năng lượng với cơng
suất là p, cịn nếu p < 0 thì tại thời điểm t đó phần tử thực sự phát ra năng lượng
(tức năng lượng được đưa từ phần tử mạch ra ngồi) với cơng suất là | p |.
4. Các thông số của phần tử mạch
4.1. Phần tử nguồn
Phần tử nguồn: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng nguồn. phần tử nguồn gồm phần
tử nguồn áp và phần tử nguồn dòng.
j

i
i

e

4.2. Nguồn điện áp
Nguồn điện áp, đóng vai trị là tạo nên và duy trì điện áp tại hai cực của
nguồn. Điện áp là khái niệm được dùng để chỉ sự khác biệt về điện tích giữa hai
điểm xác định. Nếu hai điểm có sự chênh lệch về điện tích càng lớn thì chúng
hút nhau càng mạnh.
4.3. Nguồn dòng điện
Nguồn dòng điện hay còn được gọi là nguồn điện có nhiệm vụ cung cấp và
duy trì một dịng điện cho mạch ngồi của nguồn điện.
5. Phần tử điện trở.
Phần tử điện trở: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện
từ, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực của phần tử điện trở là: u = R.i.

5.1. Phần tử điện cảm.
Phần tử điện cảm: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng

trường từ, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực phần tử điện cảm: u=

5

L.

di
dt


5.2. Phần tử điện dung.
Phần tử điện dung: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng

trường điện, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực tụ điện: i=

C.

du
dt

thông số cơ

bản của mạch điện, đặc trưng cho q trình tích phóng năng lượng trường điện.

6. Phân loại và các chế độ làm việc của mạch điện
Chế độ làm việc của mạch điện còn được gọi là sơ đồ thay thế mạch điện,
trong đó kết cấu hình học và quá trình năng lượng giống như ở mạch điện thực,
song các phần tử của mạch điện thực đã được mơ hình hóa bằng các thơng số R,
L , C , e , j.
7. Phân loại mạch điện

7.1. Theo loại dòng điện
- Mạch điện một chiều: Dòngđiện một chiều là dịng điện có chiều
khơng đổi theo thời gian. Mạch điện có dịng điện một chiều chạy qua gọi là
mạch điện một chiều. Dịng điện có trị số và chiều khơng thay đổi theo thời gian
gọi là dịng điện khơng đổi.

6


- Mạch điện xoay chiều: Dòng điện xoay chiều là dịng điện có
chiều biến đổi theo thời gian. Dịng điện xoay chiều được sử dụng nhiều nhất là
dịng điện hình sin.

7


7.2. Theo các thông số R, L, C
- Mạch điện tuyến tính: Tất cả các phần tử của mạch điện là phần tử tuyến
tính, nghĩa là các thơng số R, L, C là hằng số, khơng phụ thuộc vào dịng điện i
và điện áp u trên chúng.
- Mạch điện phi tính: Mạch điện có chứa phần tử phi tuyến gọi là mạch
điện phi tuyến. Thông số R, L, C của phần tử phi tuyến thay đổi phụ
thuộc vào dòng điện

i và điện áp u trên chúng8 Các chế độ làm việc của

mạch điện
8.1. Chế độ xác lập
Chế độ xác lập là q trình, trong đó dưới tác động của các
nguồn, dòng điện và điện áp trên các nhánh đạt trạng thái ổn định. Ở chế độ xác

lập, dòng điện, điện áp trên các nhánh biến thiên theo một quy luật giống
với quy luật biến thiên của nguồn điện
8.2. Chế độ quá độ
Chế độ quá độ là quá trình chuyển tiếp từ chế độ xác lập này sang chế độ
xác lập khác. Ở chế độ quá độ, dòng điện và điện áp biến thiên theo các quy luật
khác với quy luật biến thiên ở chế độ xác lập.
9. Các phép biến đổi tương đương.
9.1. Điện trở ghép nối tiếp, song song.
Trong trường hợp mạch điện có n điện trở mắc nối tiếp, có thể biến đổi tương
đương thành mạch điện như sau:

Biến đổi tương đương các điện trở mắc nối tiếp
Áp dụng định luật ohm ta có :
U1 = I.R1
8


U2 = I.R2
………….
Un = I.Rn
Mà U = U1 + U2 + … + Un = I(R1 + R2 + …+ Rn) = I.Rtđ
n

Trong đó Rtđ = R1 + R2 + ….+Rn =∑ Ri
i=1

Như vậy, đối với một mạch điện có các điện trở mắc nối tiếp, ta có:
- Dịng điện chạy qua các điện trở là như nhau.
- Điện áp của toàn mạch bằng tổng điện áp trên các điện trở.
- Điện trở tương đương của mạch bằng tổng các điện trở thành phần.

Mạch điện trở mắc song song

Biến đổi tương dương các điện trở mắc song song

Như vậy trong mạch điện có các điện trở mắc song song thì:
- Điện áp rơi trên các thành phần là như nhau - Dòng điện qua mạch bằng tổng
các dòng điện qua các thành phần - Nghịch đảo của điện trở tương đương
bằng tổng nghịch đảo của các điện trở thành phần.
* Hai điện trở mắc song song
9


9.2. Biến đổi tam giác - sao và sao – tam giác.
Biến đổi tương đương điện trở mắc hình sao sang tam giác: sao (Y) – tam
giác(∆)

Sơ đồ biến đổi sao (Y) – tam giác(∆)

Biến đổi tương đương điện trở mắc hình tam giác sang sao : tam giác(∆) sao (Y)

10


Sơ đồ biến đổi sao (Y) – tam giác(∆)

11


Chương 2 : Mạch điện một chiều
1. Các định luật cơ bản trong mạch một chiều.

1.1. Định luật Ohm.
Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỷ lệ thuận với hiệu điện thế ở hai
đầu đoạn mạch tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch.

1.2. Định luật Kirchooff.
a. Định luật Kirchooff 1: nói lên mối quan hệ giữa các dòng điện tại một nút.
 Tổng đại số các dòng điện tại một nút thì bằng khơng.
n

∑

¿±i K =0 ¿

K =1

 Với mạch hình bên:
hoặc

i1 - i2 - i3 = 0
- i1 + i2 + i3= 0

Trong đó nếu ta quy ước các dòng điện đi tới nút mang dấu dương thì các
dịng điện rời khỏi nút mang dấu âm và ngược lại.

12


b.Định luật Kirchooff 2: chỉ rõ các mối liên hệ giữa điện áp trong một vịng kín.
Đi theo một vịng kín với chiều tùy ý, tổng đại số điện áp rơi trên các nhánh
bằng không.

n

∑

¿±U K =0 ¿

K =1

Định luật Kirchooff 2 phát biểu lại như sau:
Đi theo một vòng kín với chiều tùy ý, tổng đại số các điện áp rơi trên các
nhánh bằng tổng đại số các sđđ có trong vịng, trong đó các sđđ và dịng điện
nào có chiều trùng với chiều đi của vịng sẽ mang dấu dương ngược lại mang
dấu âm.
vòng 1: I1.R1+I3.R3=e1 (1)
vòng 2: I2.R2+I3.R3=e2 (2)

2 Các phương pháp giải mạch một chiều.
2.1 Phương pháp biến đổi điện trở. (phương pháp này chủ yếu sử dụng định luật
omh)

 Các điện trở mắc nối tiếp: trong đoạn mạch mắc nối tiếp dòng điện qua
các phần tử là như nhau. (I1=I2=I3=…=In)

I=

U
U
=
R 1+R 2+R 3+.. .+Rn Rtđ

Trong đó: Rtđ=R1+R2+R3+…+Rn
13


Ví dụ : R1= 1 (Ω), R), R2= 3 (Ω), R), R3= 4 (Ω), R), UAB= 10 (V).
Tính RAB, IAB
 Các điện trở mắc song song: trong đoạn mạch mắc song song điện áp ở
hai đầu mỗi mạch nhánh bằng nhau và bằng điện áp hai đầu đoạn mạch.

U1=U2=U3=…=Un
I=

U
Rtđ

1
1
1
1
1
= + + +.. .+
Rtđ R 1 R 2 R 3
Rn

Ví dụ : R1= 1 (Ω), R), R2= 3 (Ω), R), R3= 4 (Ω), R), UAB= 10 (V).
Tính RAB, IAB

2.2. Phương pháp dịng điện nhánh.
Ẩn số bài tốn là dịng điện nhánh.

Bước 1: Tùy ý vẽ chiều dòng điện trong các nhánh, chọn chiều đi của vòng.
Bước 2: Xác định số nút, số nhánh và số vòng dộc lập (mắc lưới ), nếu gọi n là
số nút, m là số nhánh số phương trình cần phải viết là:
 Viết (n-1) phương trình k1. Khơng cần viết cho nút thứ n vì có thể suy ra
từ (n-1) phương trình đã viết.
 Viết m-(n-1) = (m+1-n) phương trình k2. Vậy ta phải chọn (m = 1-n) mắc
lưới.
 Tại nút A:

I1+I2-I3=0

(1)

 Vòng I :

I1.R1+I3.R3=E1

(2)
14


 Vòng II :

I2.R2+I3.R3= E2 (3)

Bước 3: Giải hệ phương trình (1), (2) và (3) tìm I1,I2, I3.
Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ.
Cho E1= 8(v), E2= 5(v), R1=1(Ω), R), R2=3(Ω), R),
R3=5(Ω), R).Tính dịng điện trên các nhánh.

Giải
Chọn chiều dịng điện và chiều đi của vịng như hình vẽ.
Áp dụng định luật K1 tại nút A ta có: I1+I2-I3= 0 (1)
Áp dụng định luật K2 cho vòng 1 và vịng 2 ta có:
Vịng 1: I1.R1+I3.R3=E1 (2)
Vịng 2: I2.R2+I3.R3= E2 (3)
Giải hệ phương trình (1), (2), (3)
I1+I2-I3= 0

Từ phương trình (1)

⇒

(1)

I1.R1+I3.R3=E1

(2)

I2.R2+I3.R3= E2

(3)

I1+I2-I3= 0
I1+5I3 = 8

⇔

3I2+5I3 = 5

(1)
(2)
(3)

I1= -I2+I3 (4)

Thế phương trình (4) vào phương trình (2)

⇒

(-I2+I3)+5I3= 8

⇒

3I2+5I3 = 5

(3)

-I2+6I3= 8

(5)
Giải hệ phương trình (3) và (5)
3I2+5I3 = 5

(3)

3 x -I2+6I3 = 8 (5)

-3I2+18I3 = 24 (6)

Nhân 2 vế phương trình (5) với 3. Lấy pt (3) + pt (6)
29
⇒ 23I3= 29 ⇒ I3= 23 (A).

15


29
Thế I3 vào pt (3) ⇒ 3I2+ 5. 23 =5 ⇒ I2=

5−5 .
3

29
23

=−

10
23 (A).

29
29 184−145 39
8−5. =
=
23 23
23 (A).
Thế I3 vào pt (2) ⇒ I1+5. 23 = 8 ⇒ I1=

Thử lại:

39 10 29
− − =0
Thế các giá trị I1, I2, I3 vào phương trình (1) ⇒ I1+I2-I3 = 23 23 23

Chú ý: Nếu giải ra dịng điện nào đó có giá trị âm ta kết luận chiều dịng điện đó
đi trong mạch ngược với chiều ta chọn. Vậy chiều I2 đi trong mạch ngược với
chiều đã chọn.
Ví dụ 2 : Cho mạch điện một chiều như hình vẽ.

E1= 5 (v), E2= 4 (v), E3= 7 (v), R1= 2 (Ω), R), R2= 3 (Ω), R), R3= 4 (Ω), R).
Tính I1, I2, I3 bằng phương pháp dòng điện nhánh.
Giải
Chọn chiều dòng điện và chiều đi của vịng như hình vẽ.
Áp dụng định luật K1 tại nút A ta có: I1-I2-I3= 0 (1)
Áp dụng định luật K2 cho vòng 1 và vòng 2 ta có:
Vịng 1: I1.R1+I3.R3=E1-E3 (2)
Vịng 2: I2.R2-I3.R3= -E2 +E3 (3)
Giải hệ phương trình (1), (2), (3)
I1-I2-I3= 0

(1)

I1.R1+I3.R3=E1-E3

(2)

I2.R2-I3.R3= -E2+ E3 (3)
Từ phương trình (1)

⇒

I1= I2+I3 (4).
16

I1-I2-I3 = 0
⇔

2I1+4I3 = -2
3I2-4I3 = 3

(1)
(2)
(3)


Thế phương trình (4) vào pt (2)

2(I2+I3)+4I3= -2

⇒

⇒

2I2+6I3= -2 (5)

Giải hệ phương trình (3) và (5) ta có:
3I2-4I3 = 3 (3)
2I2+6I3= -2 (5)
Áp dụng phương pháp giải hệ phương trình bậc nhất hai ẩn số để giải hệ pt (3)
và (5) như sau:

3 -4
2 6

∆=

3 -4

∆x = -2 6
3 3

∆y = 2 -2
Δ x 10
=
Δ 26

I2 =

= 3.6 – (-4).2 = 18+8 = 26
= 3.6 – (-4).(-2) = 18-8 = 10
= 3.(-2) – 3.2 = -12
Δ y −12
=
(A), I3= Δ 26

(A)

−12
−12
Thế I3= 26 (A) vào phương trình (2) ⇒ 2I1 + 4. 26

−2+

48
26

2

=−

= -2

⇒

I1=

2
26 (A)

Thử lại:
−2 10 12
− + =0
Thế các giá trị I1, I2, I3 vào phương trình (1) ⇒ I1-I2-I3 = 26 26 26

Vậy chiều I1, I3 đi trong mạch ngược với chiều đã chọn.
2.3. Phương pháp dòng điện vịng.
Phương pháp:Ẩn số của hệ phương trình là dịng điện vòng
Gọi m là số nhánh n là số nút số vòng độc lập cần phải chọn là m-n+1.Mỗi vòng
sẽ có một dịng điện vịng chạy khép kín trong vịng ấy
 Dịng điện chạy khép kín trong vịng a gọi là dịng Ia.
 Dịng điện chạy khép kín trong vịng b gọi là dòng Ib.

 Các dòng điện Ia, Ib là ẩn số của hệ phương trình.
17


Bước 1: chọn chiều các dòng điện vòng Ia,Ib.
Bước 2: viết hệ phương trình k2 cho(m-n+1)vịng.
(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 vịng, trong đó các sđđ, các dịng
điện vịng có chiều trùng với chiều đi của vịng sẽ mang dấu dương ngược lại
mang dấu âm).
 Vòng a:

Ia.R1+Ia.R3+Ib.R3=E1 (1)

 Vòng b:

Ib.R3+Ib.R2+Ia.R3=E2 (2)

Bước 3: Giải hệ phương trình tìm Ia, Ib.
Bước 4: Tính dịng điện nhánh như sau:
 Dịng điện trên một nhánh bằng tổng đại số các dòng điện vòng đi qua
nhánh ấy, trong đó dịng điện vịng nào có chiều trùng với chiều dòng
điện nhánh sẽ mang dấu dương ngược lại mang dấu âm.
 I1=Ia, I2=Ib, I3=Ia+Ib
Ví dụ 1 : Cho E1= 8(V), E2= 6(V), R1 = 2(Ω), R), R2 = 3(Ω), R ), R3 = 4(Ω), R).
Tính dịng điện qua các nhánh bằng phương pháp dòng điện vòng của mạch điện
trên.
Giải
Chọn chiều đi của dòng điện vòng như hình vẽ
Vịng a: Ia.R1+Ia.R3+Ib.R3= E1 (1)

Vịng b: Ib.R2+Ib.R3+Ia.R3= E2 (2)
Giải hệ phương trình (3), (4)

∆=

6 4
4 7

2.Ia+ 4.Ia+ 4.Ib= 8 (1) ⇒

6Ia+ 4Ib= 8 (3)

3.Ib+ 4.Ib+ 4.Ia= 6 (2)

4Ia+ 7Ib= 6 (4)

= 6.7 – 4.4 = 42 - 16 = 26
18