Bài giảng lý thuyết mạch điện tử

Th.S Phan Tuấn Anh
BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
C1: CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT TỔNG QUÁT VỀ
MẠCH ĐIỆN
C2: MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN RL VÀ RC
C3: MẠCH ĐIỆN BẬC HAI
C4: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC
C5: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN TRONG CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ
BẰNG PHÉP BIẾN ĐỔI LAPLACE
C6: MẠNG BỐN CỰC
C7: DIODE BÁN DẪN
C8: TRANSITOR


Th.S Phan Tuấn Anh
BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 1

CÁC KHÁI NIỆM VÀ
ĐỊNH LUẬT TỔNG
QUÁT VỀ MẠCH ĐIỆN


NỘI DUNG:
***

I – ĐỐI TƯỢNG CỦA MÔN HỌC
II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
III – MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ CỦA
MẠCH ĐIỆN

IV – ĐỊNH LUẬT OHM
IV – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF
VI – ĐỊNH LÍ MILLMAN
VII – ĐỊNH LÍ THEVENIN - NORTON
VIII – ĐỊNH LÍ KENNELY


I – ĐỐI TƯỢNG CỦA MÔN HỌC
Lý thuyết mạch điện tử là một trong những môn học
cơ sở của chuyên ngành điện tử - Viễn thơng – Tự
động hóa.
Lý thuyết mạch nghiên cứu sự biến đổi tín hiệu của
các mạch điện. Phần tử của mạch điện

IN

Mạch điện

OUT


II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
1 – Tín hiệu – Dạng sóng của tín hiệu:
Tín hiệu là sự biến đổi một hay nhiều thơng số
của một q trình vật lý nào đó.
Trong phạm vi hẹp của mạch điện, tín hiệu là sự
biến đổi của hiệu thế hoặc dòng điện theo thời
gian.
Do đó người ta dùng các hàm theo thời gian để
mơ tả tín hiệu và đường biểu diễn các hàm này

theo thời gian được gọi là dạng sóng của tín
hiệu.


II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
1 – Tín hiệu – Dạng sóng của tín hiệu:
Tín hiệu cho vào một mạch được gọi là tín hiệu
vào hay kích thích.
Tín hiệu nhận được ở ngã ra của mạch được gọi
là tín hiệu ra hay đáp ứng.

Tín hiệu vào
(kích thích)

Mạch điện

Tín hiệu ra
(đáp ứng)


II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
2 – Hàm mũ (Exponential function):

v(t) = Ke

σt

K, σ là các hằng số thực
σ <0

Hình 1.1 là dạng
sóng của hàm mũ
với K > 0, ứng với
các giá trị khác
nhau của σ

V(t)

K

0

Hình 1.1

σ >0

σ =0

t


II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
3 – Hàm nấc đơn vị (Unit Step function):

1, t ≥ a
u(t − a) = 
0, t < a

a là hằng số dương
u(t)

1
0

1 u(t+a)
-a

0

t

1 u(t+a) – u(t – b)

u(t – b)

1
0

b

t

t

-a

0

b

t

Hình 1.2: Hàm nấc đơn vị

Chú ý: Hàm Ku(t – a) có giá trị bằng K khi t ≥ a


II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
4 – Hàm dốc (Ramp function):

t, t ≥ a
r(t − a) = 
0, t < a

a là hằng số dương

r(t)

r(t – a)
450

450
0

0

t

t

Chú ý:

r(t) =

∫

−∞

a

Hình 1.3: Hàm dốc
đơn vị (độ dốc =1)

t

t

∫

u(x)dx = u(x)dx + u(0)
0

Hàm Kr(t – a) có dạng sóng là đường thẳng có độ
dốc K và gặp trục Ot tại a.


II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
5 – Hàm xung (Impulse function):
Hàm xung δ(t) được hình thành như sau:
1

 r(t), t ∈ [0, δ]
f (t) =  δ
1
, t>δ
Suy ra hàm:
Xét hàm:

1
df (t)  , t ∈ [0, δ]
g(t) =
= δ
dt
0, t > δ
1/δ3
1/δ2
1/δ1
0 δ3 δ2 δ1

t

1
0

δ

t

1/δ
0

δ

t

Với δ Càng nhỏ xung càng cao,
nhưng diện tích giới hạn giữa đồ thị
g(t) với trục hồnh ln bằng 1 đơn
vị


II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
5 – Hàm xung (Impulse function):

∞, t = a
δ(t − a) = 
0, t ≠ a
δ(t)

Hình 1.4: Hàm xung
đơn vị

δ(t – a)

0

t

0

+∞

Chú ý:

a là hằng số dương
δ(t): còn gọi là
hàm Delta Dirac

∫

−∞

δ(t)dt = 1

a

t

du(t)
δ(t) =
dt

Hàm nấc, dốc, xung được gọi là các hàm bất thường.


II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
6 – Hàm sin:
v
A
0

v(t) = Asin(ωt)
T

t

-A
v

0

Biên độ: A

2π
T=
Chu kì:
ω
1 ω
Tần số: f = =
T 2π

v

t

0

v(t) = A.e- σt.sin(ωt)
v(t) = Asin(ω1t).sin(ω1t)

t

II – DẠNG SĨNG CỦA TÍN HIỆU
7 – Hàm tuần hồn khơng sin:
Tín hiệu răng cưa
v

0

Tín hiệu chuỗi xung
v

t

0

t

Tín hiệu hình chữ nhật
v

v

0

t

0

t

III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
1 – Mạch điện:
Đ

R

X
LED
K

Mạch điện là tổ
hợp các phần tử
ghép với nhau.

E, r

Sơ đồ mạch điện
là mơ hình của
mạch điện


III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
1 – Mạch điện:

Tín hiệu vào
(kích thích)

Mạch điện

Tín hiệu ra
(đáp ứng)

Có hai loại bài toán về mạch điện:
Phân giải mạch điện: cho mạch và tín hiệu vào,
tìm tín hiệu ra.
Thiết kế mạch điện: cho tín hiệu vào và tín hiệu
ra, xây dựng mạch.


III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
Phần tử thụ động: nhận NL của mạch, tiêu tán NL
dưới dạng nhiêt hoặc tích trữ năng lượng dưới
dạng điện trường hoặc từ trường.
VD: Điện trở, tụ điện, cuộn cảm
Phần tử tác động: cung cấp NL cho mạch.
VD: pin, accu, transitor, OPAMP


III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.1 – Điện trở R:

R

+

R

-

+

• Quan hệ giữa điện áp và dịng điện:
v(t) = R.i(t) hay i(t) = G.v(t)
Với G = 1/R: điện dẫn (Ω-1) (Mho)
• Nhiệt lượng tiêu tán:
t

W(t) =

∫

−∞

t

v(t).i(t)dt =

∫

−∞

R.[i(t)]2 dt

-


III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ

2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.2 – Cuộn cảm:

L
+

-

• Quan hệ giữa điện áp và dịng điện:
di(t)
v(t) = L
dt

1
Hay i(t) =
L

t

∫

−∞

t

1
v(t)dt =
v(t)dt + i(t 0 )
L

∫
t0

• Nhiệt lượng tích trữ:
t

W(t) =

∫

−∞

t

v(t).i(t)dt =

∫

−∞

1 2
L.i(t)di = Li (t)
2


III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.3 – Tụ điện:

C

+

-

• Quan hệ giữa điện áp và dịng điện:
dv(t)
i(t) = C
dt

1
Hay v(t) =
C

t

∫

−∞

t

1
i(t)dt =
i(t)dt + v(t 0 )
C

∫
t0

• Nhiệt lượng tích trữ:

t

W(t) =

∫

−∞

t

v(t).i(t)dt =

∫

−∞

1 2
C.v(t)dv = Cv (t)
2


III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.4 – Nguồn độc lập: giá trị của nó khơng phụ
thuộc vào mạch ngồi.
• Nguồn hiệu thế độc lập: v(t) = v =
V(t)
const
i(t)

+ -

• Nguồn dịng điện độc lập: i(t) = i = const
i(t)

-

+
v(t)


III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.5 – Nguồn phụ thuộc: giá trị của nó phụ thuộc vào
hiệu thế hay dịng điện ở một nhánh nào đó.
VCVS = Voltage-Controlled Voltage Source
(1)
v1

(2)

(1)
+
_

v2 = kv1

v1

i2 = kv1

(2)

CCVS = Current-Controlled Voltage Source


III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
2 – Các phần tử cơ bản của mạch điện:
2.5 – Nguồn phụ thuộc: giá trị của nó phụ thuộc vào
hiệu thế hay dịng điện ở một nhánh nào đó.
VCCS =Voltage-Controlled Current Source
(1)
i1

(2)

(1)
+
_

v2 = ki1

i1

i2 = ki1

(2)

CCCS = Current-Controlled Current Source

IV – ĐỊNH LUẬT OHM
Nội dung:
Xác lập quan hệ giữa v(t) và i(t) qua một đoạn mạch
Thuần trở:

Thuần cảm:

Thuần dung:

L

C

R
+

-

+

-

+

-

v(t)
i(t) =

R

di(t)
v(t) = L
dt

dv(t)
i(t) = C
dt

R: điện trở (Ω)

L: điện cảm (H)

C: điện dung (F)


IV – ĐỊNH LUẬT OHM
Ví dụ 1:
Điện trở R = 20Ω được mắc
vào hiệu điện thế v(t) như
đồ thị hình vẽ. Xác định:
a) Giá trị của dòng điện tại các
thời điểm t1 = 0,25s, t2 =
0,5s và t3 = 1s.
b) Biểu thức công suất tiêu
hao trên điện trở. Vẽ đường
cong cơng suất đó.
c) Nhiệt lượng tỏa ra trên điện
trở trong khoảng thời gian

từ 0 đến 1s?

v(V)
1

0

1

2

t(s)