Phân tích mạch điện ppsx

Electric Circuits 1
Using PSpice
Dr. Ngo Van Sy
University of Dannang

Mb: 0913412123

Nội dung

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
(5 tiết)

PHÂN TÍCH MẠCH (20 tiết)

CÁC MẠCH RLC ĐƠN GIẢN DƯỚI TÁC
ĐỘNG DC VÀ AC (10 tiết)

MẠCH TUYẾN TÍNH BẤT BIẾN (5 tiết)

PHÂN TÍCH MẠCH BẰNG MÁY TÍNH
(5 tiết)

Tài liệu tham khảo

Lý thuyết mạch tập 1

Hồ Anh Túy và Phương Xuân Nhàn

Đại học Bách Khoa Hà nội

Phương pháp dạy và học

Phần lý thuyết

Học trên giảng đường

Giới thiệu các kiến thức căn bản

Tự đọc tài liệu và làm bài tập ở nhà

Phần bài tập

Sử dụng PSpice

Làm các bài tập mô phỏng

Chương 1
KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

Tín hiệu, mạch và hệ thống xử lý tín hiệu

Các thông số cơ bản 2 cực của mạch điện

Ghép nối các phần tử 2 cực

Sơ đồ tương đương

Các toán tử trở kháng và dẫn nạp thực

Biểu diễn phức


Các toán tử trở kháng và dẫn nạp phức

Tín hiệu, mạch và hệ thống xử lý tín
hiệu

Tín hiệu: là biểu diễn vật lý của thông tin

Tín hiệu analog (tương tự)

Biểu diễn bằng một hàm liên tục và đơn trị x(t)

Số trạng thái của hàm là vô hạn (Xmin - Xmax)

Tín hiệu digital (số)

Biểu diễn bằng một hàm rời rạc x(n)

Nhận giá trị trong một tập hữu hạn (x1, x2, …, xi,
…, xM )


Hệ thống analog và digital

ASP : Analog Signal Processing

DSP : Digital Signal Processing

ADC : Analog Digital Convert


DAC : Digital Analog Convert
ASP
ADC
DSP
DAC
Tín hiệu
analog
Tín hiệu
analog
Tín hiệu
digital
Tín hiệu
digital


Mô hình mạch điện:

Mạch điện là mô hình của hệ thống ASP

Mô hình mạch điện phải phản ảnh trung thực các hiện
tượng vật lý về điện xảy ra bên trong hệ thống

Trên cơ sở của mô hình phải cho phép phân tích, tính
toán, thiết kế hệ thống

Nội dung của mô hình được thể hiện qua:

Các thông số cơ bản của mạch điện

Cách ghép nối phức hợp của các thông số


Các định luật về điện làm cơ sở phân tích mạch

Các thông số cơ bản 2 cực của mạch điện

Điện trở R : Là thông số đặc trưng
cho các phần tử hai cực mà điện áp
trên hai đầu tỷ lệ với dòng điện đi qua
nó.

u(t) = R.i(t)

Thứ nguyên Điện áp/Dòng điện

Ký hiệu trong sơ đồ

Đơn vị đo:

Ohm Ω

Kilo Ohm kΩ

Mega Ohm MΩ
R1
1k
21

Dẫn nạp G

Là thông số đặc trưng cho các phần tử hai

cực mà dòng điện đi qua nó tỷ lệ với điện
áp trên hai đầu.

i(t) = G.u(t) (G=1/R)

Thứ nguyên Dòng điện / Điện áp

Ký hiệu trong sơ đồ

Đơn vị đo:

Siemens S

Điện cảm

Điện cảm L: là thông số đặc
trưng cho các phần tử 2 cực
mà điện áp trên hai đầu tỷ lệ
với tốc độ biến thiên của dòng
điện đi qua nó.

Biểu thức quan hệ dòng và áp:

Thứ nguyên:

Đơn vị đo:

Henry: H

Mili Henry: mH


Micro Henry: uH, µH
Ampe
SecVolt
dttu
L
ti
dt
tdi
Ltu
.
).(
1
)(
)(
)(
∫
=
=
L1
10 uH
1 2

Điện dung

Điện dung C : là thông số đặc trưng
cho các phần tử 2 cực mà dòng điện
đi qua nó tỷ lệ với tốc độ biến thiên
của điện áp đặt trên hai đầu.


Biểu thức quan hệ dòng và áp:

Thứ nguyên:

Đơn vị đo:

Fara: F

Mili Fara: mF = 10
-3
F

Micro Fara: uF, µF = 10
-6
F

Nano Fara: nF = 10
-9
F

Pico Fara: pF = 10
-12
F
Volt
SecAmpe
dtti
C
tu
dt
tdu

Cti
.
).(
1
)(
)(
)(
∫
=
=
C1
1n
1 2

Hỗ cảm

Hỗ cảm M

Đặc trưng cho sự tác động qua lại giữa các thông số điện cảm
trong mạch điện

Hỗ cảm là thuận chiều nếu sự biến thiên dòng điện trên nhánh này
làm tăng cường điện áp trên nhánh kia. Trên sơ đồ chiều dòng
điện trên hai nhánh cùng đi vào hoặc cùng đi ra khỏi đầu được
đánh dấu

Hỗ cảm là ngược chiều nếu sự biến thiên dòng điện trên nhánh này
làm giảm điện áp trên nhánh kia. Trên sơ đồ chiều dòng điện trên
hai nhánh này đi vào đầu được đánh dấu thì chiều dòng điện trên
nhánh kia đi ra khỏi đầu được đánh dấu


Có thứ nguyên và đơn vị đo giống như thông số điện cảm


Nguồn sức điện động lý tưởng:

Đặc trưng cho các phần tử hai cực có khả năng cung cấp năng
lượng hay tạo tín hiệu kích thích cho phần mạch khác làm việc

Giá trị của nguồn chính là điện áp hở mạch trên hai đầu của phần
tử

Thứ nguyên: Điện áp

Đơn vị đo:

Volt V

Mili Volt mV = 10
-3
V

Micro Volt nV, µV = 10
-6
V

Kilo Volt kV = 10
3
V


Mega Volt MV = = 10
6
V
V1
1Va c
T RAN =
0 Vdc
V2


Nguồn dòng điện lý tưởng:

Đặc trưng cho các phần tử hai cực có khả năng cung
cấp năng lượng hay tạo tín hiệu kích thích cho phần
mạch khác làm việc

Giá trị của nguồn chính là dòng điện ngắn mạch trên
hai đầu của phần tử

Thứ nguyên: Dòng điện

Đơn vị đo:

Ampe A

Mili Ampe mA = 10
-3
A

Micro Ampe uA, µA = 10

-6
A

Kilo Ampe KA = 10
3
A
I1
1Aa c
T RAN =
0 Adc
I2
I1 =
I2 =
T D1 =
T C1 =
T D2 =
T C2 =

GHÉP NỐI GIỮA CÁC PHẦN TỬ

MẮC NỐI TIẾP

Dòng điện là chung

Điện áp trên hệ thống nối tiếp bằng tổng
điện áp trên mỗi phần tử

Các R nối tiếp

Các L nối tiếp


Các C nối tiếp
∑
∑
∑
∑
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
N
k
knt
N
k
knt
N
k
knt
N
k
k
k
CC

LL
RR
tutu
Nk
titi
1
1
1
1
11
)()(
, 2,1
)()(
i(t)= i
k
(t)
u
1
(t) u
2
(t) u
k
(t) u
N
(t)
u(t)


MẮC SONG SONG


Điện áp là chung

Dòng điện đi qua hệ
thống song song bằng
tổng dòng điện đi qua
mỗi phần tử

Các R song song

Các L song song

Các C song song
i(t)
i
1
(t)
i
2
(t)
i
k
(t)
i
N
(t)
u(t)=u
k
(t)
∑
∑

∑∑
∑
=
=
==
=
=
=
==
=
=
=
N
k
kss
N
k
kss
N
k
kss
N
k
kss
N
k
k
k
CC
LL

RR
GG
titi
Nk
tutu
1
1
11
1
11
11
)()(
, 2,1
)()(

Sơ đồ tương đương

Nguồn áp thực tế

Có điện trở nội nối tiếp

Nguồn áp lý tưởng là
nguồn có nội trở bằng
không

Nguồn thực tế có nội trở
càng bé càng tốt
Ri
21
V1

1Va c
T RAN =
0 Vdc


Nguồn dòng thực tế

Có điện trở nội mắc song song

Nguồn dòng lý tưởng có điện trở
nội bằng vô cùng (hở mạch)

Nguồn dòng có điện trở nội càng
lớn càng tốt
I1
1Aa c
T RAN =
0 Adc
Ri
2
1


Chuyển đổi tương đương
I1(t)
Ri
21
Ri
2
1

V1(t)
ii
i
ii
i
RR
R
tV
tI
RR
tIRtV
=
=
=
=
)(
)(
)()(
1
1
11


Linh kiện điện trở

Tần số thấp

Tần số trung bình

Tần số cao

L ks
1 2
C ks
1 2
R
21
L ks
1 2
R
21
R
21


Cuộn cảm
L
1 2
R ks
21
L
1 2
C ks
1 2
R ks
21


Tụ điện

Tụ gốm: Điện dung cở pF, điện áp

đánh thủng cở kV AC (dùng gốm cách
điện)

Tụ giấy : Điện dung cở 1nF đến
100nF, điện áp đánh thủng 200V-500V
AC (dùng giấy cách điện hoặc màng
mỏng)

Tụ dầu : Điện dung cở 100nF 10uF,
điện áp đánh thủng 500V-1kV AC
(dùng giấy cách điện ngâm dầu cách
điện)

Tụ hóa : Có điện dung cở 1uF đến
10.000 uF. Có phân cực (+/-) do dùng
hóa chất làm điện môi để tăng điện
dung, điện áp đánh thủng cở 6V DC
đến 100V DC
C
1 2
C
1 2
R ks
21

Các toán tử trở kháng và dẫn nạp thực
Thông số Toán tử trở kháng Toán tử dẫn nạp
Điện trở
.R .G
Điện cảm

Điện dung
RLC nối tiếp
RLC song song
dt
d
L
∫
dt
C
1
∫
++
dt
Cdt
d
LR
1
∫
++
dt
Ldt
d
CG
1
dt
d
C
∫
dt
L

1

Biểu diễn phức
tjEtE
eEEte
eEE
eEE
eeEeEE
tEte
emem
tj
m
tj
m
j
m
m
tjj
m
tj
m
em
e
e
ee
)]sin()cos(Re[
].Re[]Re[)(
.
.

)cos()(
00
)(
.

.
)(
.
0
0
0
00
ϕωϕω
ϕω
ϕω
ω
ϕ
ωϕϕω
−+−
===
=
=
==
−=
−
−
−−
Nguồn sức điện động điều
hòa thực
Biểu diễn phức cho nguồn

sức điện động
Biên độ phức của nguồn
sức điện động
Quan hệ giữa nguồn thực
và nguồn phức