Bài giảng: Lý thuyết mạch điện tử pdf

Th.S Phan Tuấn Anh
BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
C1: CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT TỔNG QUÁT VỀ
MẠCH ĐIỆN
C7: DIODE BÁN DẪN
C8: TRANSITOR
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
C2: MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN RL VÀ RC
C3: MẠCH ĐIỆN BẬC HAI

BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
Th.S Phan Tuấn Anh
CÁC KHÁI NIỆM VÀ
ĐỊNH LUẬT TỔNG
QUÁT VỀ MẠCH ĐIỆN
CHƯƠNG 1

NỘI DUNG:
***
II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
III – MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ CỦA
MẠCH ĐIỆN
I – ĐỐI TƯỢNG CỦA MÔN HỌC
IV – ĐỊNH LUẬT OHM
VI – ĐỊNH LÍ MILLMAN
IV – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF
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 thông – Tự động
hóa.
Lý thuyết mạch nghiên cứu sự biến đổi tín hiệu của các
mạch điện.
IN
OUT
Mạch điện
Phần tử của mạch điện

II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
1 – Tín hiệu – Dạng sóng của tín hiệu:
Tín hiệu là sự biến đổi một hay nhiều thông số
của một quá 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
mô tả tín hiệu và đường biểu diễn các hàm này
theo thời gian được gọi là dạng sóng của tín
hiệu.

II – DẠNG SÓNG 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 SÓNG CỦA TÍN HIỆU
2 – Hàm mũ (Exponential function):
K, σ là các hằng số thực
t
v(t) Ke
σ
=
t0
V(t)
Hình 1.1
σ > 0
σ < 0
σ = 0
K
Hình 1.1 là dạng
sóng của hàm mũ
với K > 0, ứng với
các giá trị khác
nhau của σ

II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
3 – Hàm nấc đơn vị (Unit Step function):
a là hằng số dương

1, t a
u(t a)
0, t a
≥

− =

<

t
0
Hình 1.2: Hàm nấc đơn vị
u(t)
t
0
t0
u(t+a)
-a
u(t – b)
b
t
0
u(t+a) – u(t – b)
b
-a
Chú ý: Hàm Ku(t – a) có giá trị bằng K khi t ≥ a
1
1
1
1

II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
4 – Hàm dốc (Ramp function):
Chú ý:
t t
0
r(t) u(x)dx u(x)dx u(0)
−∞
= = +
∫ ∫
Hình 1.3: Hàm dốc
đơn vị (độ dốc =1)
t0 t
0
a là hằng số dương
t, t a
r(t a)
0, t a
≥

− =

<

Hàm Kr(t – a) có dạng sóng là đường thẳng có độ dốc
K và gặp trục Ot tại a.
45
0
r(t)
45

0
r(t – a)
a

II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
5 – Hàm xung (Impulse function):
Với δ Càng nhỏ xung càng cao, nhưng
diện tích giới hạn giữa đồ thị g(t) với
trục hoành luôn bằng 1 đơn vị
t0
t
0
Hàm xung δ(t) được hình thành như sau:
Xét hàm:
1
r(t), t [0, ]
f (t)
1 , t

∈ δ

=
δ


> δ

δ
1
Suy ra hàm:

1
, t [0, ]
df (t)
g(t)
dt
0, t

∈ δ

= =
δ


> δ

δ
1/δ
t
0
δ
1
1/δ
1
1/δ
2
δ
2
1/δ
3
δ

3

II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
5 – Hàm xung (Impulse function):
Chú ý:
Hình 1.4: Hàm xung
đơn vị
t0 t
0
a là hằng số dương
, t a
(t a)
0, t a
∞ =

δ − =

≠

δ(t): còn gọi là
hàm Delta Dirac
δ(t) δ(t – a)
a
(t)dt 1
+∞
−∞
δ =
∫
du(t)
(t)

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

II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
6 – Hàm sin:
t
0
v
A
-A
T
v(t) = Asin(ωt)
Chu kì:
Biên độ: A
Tần số:
2
T
π
=
ω
1
f
T 2
ω
= =
π
t
0
v

t
0
v
v(t) = A.e
- σt
.sin(ωt)
v(t) = Asin(ω
1
t).sin(ω
1
t)

II – DẠNG SÓNG CỦA TÍN HIỆU
7 – Hàm tuần hoàn không sin:
t
0
v
Tín hiệu răng cưa
t
0
v
t
0
v
Tín hiệu hình chữ nhật
Tín hiệu chuỗi xung
t
0
v

III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
1 – Mạch điện:
Mạch điện là tổ
hợp các phần tử
ghép với nhau.
Sơ đồ mạch điện
là mô hình của
mạch điện
X
E, rK
R
Đ
LED

III – MẠCH ĐIỆN & CÁC PHẦN TỬ CỦA MĐ
1 – 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.
Tín hiệu vào
(kích thích)
Mạch điện
Tín hiệu ra
(đáp ứng)
Có hai loại bài toán về mạch điện:

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:
•
Quan hệ giữa điện áp và dòng điện:
v(t) = R.i(t) hay i(t) = G.v(t)
Với G = 1/R: điện dẫn (Ω
-1
) (Mho)
+ -
R
+ -
R
•
Nhiệt lượng tiêu tán:
t t
2
W(t) v(t).i(t)dt R.[i(t)] dt
−∞ −∞
= =
∫ ∫

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

2.2 – Cuộn cảm:
•
Quan hệ giữa điện áp và dòng điện:
•
Nhiệt lượng tích trữ:
t t
2
1
W(t) v(t).i(t)dt L.i(t)di Li (t)
2
−∞ −∞
= = =
∫ ∫
+ -
L
0
t t
0
t
di(t) 1 1
v(t) L i(t) v(t)dt v(t)dtH i(t )
dt L L
ay
−∞
= = = +
∫ ∫

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

•
Quan hệ giữa điện áp và dòng điện:
•
Nhiệt lượng tích trữ:
t t
2
1
W(t) v(t).i(t)dt C.v(t)dv Cv (t)
2
−∞ −∞
= = =
∫ ∫
0
t t
0
t
dv(t) 1 1
i(t) C v(t) i(t)dt i(t)dtH v(t )
dt C C
ay
−∞
= = = +
∫ ∫
+ -
C

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 không phụ
thuộc vào mạch ngoài.

•
Nguồn hiệu thế độc lập: v(t) = v = const
•
Nguồn dòng điện độc lập: i(t) = i = const
V(t)
+ -
i(t)
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 dòng điện ở một nhánh nào đó.
v
1
(1)
(2)
+
_
v
2
= kv
1
v
1
(1)
(2)

VCVS = Voltage-Controlled Voltage Source
CCVS = Current-Controlled Voltage Source
i
2
= kv
1

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 dòng điện ở một nhánh nào đó.
i
1
(1)
(2)
+
_
v
2
= ki
1
i
1
(1)
(2)
VCCS =Voltage-Controlled Current Source
CCCS = Current-Controlled Current Source
i
2
= ki

1


IV – ĐỊNH LUẬT OHM
Xác lập quan hệ giữa v(t) và i(t) qua một đoạn mạch
+ -
R
+ -
C
+ -
L
Thuần trở: Thuần cảm:
Thuần dung:
di(t)
v(t) L
dt
=
dv(t)
i(t) C
dt
=
v(t)
i(t)
R
=
R: điện trở (Ω)
L: điện cảm (H)
C: điện dung (F)
Nội dung:

IV – ĐỊNH LUẬT OHM
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 t
1
= 0,25s, t
2
= 0,5s
và t
3
= 1s.
b) Biểu thức công suất tiêu hao
trên điện trở. Vẽ đường cong
công suất đó.
c) Nhiệt lượng tỏa ra trên điện
trở trong khoảng thời gian từ
0 đến 1s?
Ví dụ 1:
0 1
1
2
t(s)
v(V)