Chapter 2 lý thuyết mạch 1 Bài 2 các phần tử mạch

Các phần tử mạch
Circuit Elements
(chương 2)


Mục tiêu






Hiểu trạng thái của các phần tử mạch lý tưởng cơ bản:
nguồn dòng và nguồn áp độc lập/phụ thuộc, điện trở.
Dùng định luật Ohm, định luật Kirchhoff cho dòng (KCL)
và định luật Kirchhoff cho áp (KVL) để phân tích mạch.
Biết cách tính công suất cho mỗi phần tử trong mạch đơn
giản, xác định công suất có cân bằng trong toàn mạch


Các nguồn điện
Là thiết bị có khả năng chuyển đổi từ năng lượng không
điện (nonelectric) sang năng lượng điện và ngược lại.



Ví dụ:




ắc quy không sạc: năng lượng hóa học – năng lượng điện



ắc quy (pin) sạc: năng lượng điện – năng lượng hóa học









Bình phát điện, máy phát (dynamo): năng lượng cơ học – năng
lượng điện
Motor: năng lượng điện – năng lượng cơ học

Những nguồn này có thể phát (deliver) hay hấp thụ (absorb)
năng lượng điện
Những nguồn này có thể duy trì điện áp hay dòng điện


Phân loại nguồn điện lý tưởng
Nguồn dòng lý tưởng

Nguồn áp lý tưởng

- Là một thành phần của mạch

- Là thành phần mạch

- Duy trì dòng điện đã cho

- Duy trì điện áp đã cho
(prescribed voltage) giữa các cực
của nó bất chấp dòng chạy qua

(prescribed current) chạy qua các

cực của nó bất chấp điện áp giữa
các cực

Phần tử tích cực
(active element)


Phân loại nguồn điện lý tưởng
Nguồn độc lập

Nguồn phụ thuộc

- Thiết lập điện áp hay dòng điện
mà giá trị của nó không phụ
thuộc vào giá trị của một điện áp
hay dòng điện nào khác trong
mạch.

- Thiết lập điện áp hay dòng điện
mà giá trị của nó phụ thuộc vào

giá trị của một điện áp hay dòng
điện nào khác trong mạch

- Chúng ta có thể chỉ rõ giá trị
dòng điện/ điện áp chỉ dựa vào
giá trị của nguồn dòng/nguồn áp

- Chúng ta không thể chỉ rõ giá
trị của điện áp/dòng điện trừ khi
chúng ta biết giá trị của áp/dòng
mà nó phụ thuộc.


Ký hiệu mạch cho nguồn phụ thuộc
lý tưởng

+

+

vs  v x -

vs  i x -

VoltageCurrentcontrolled
controlled
voltage source voltage source
(VCVS)
(CCVS)

i s  v x

Voltagecontrolled
current source
(VCCS)

i s  i x

Currentcontrolled
current source
(CCCS)


Điện trở (định luật Ohm)






Trở kháng (Resistance): khả năng vật liệu cản trở dòng
điện (dòng điện tích).
Điện trở (Resistor): Thành phần của mạch sử dụng để mô
hình trạng thái cản trở dòng điện

Ký hiệu mạch:



Định luật Ohm





Dòng điện i và điện áp v tỉ lệ với một hằng số - điện trở R,
Ohm [Ω].
 v = i R, R = v/i (Georg Simon Ohm, nhà vật lý người
Đức thế kỷ 19)
Nghịch đảo của điện trở, ký hiệu G, đơn vị Siemens [S] (hay
[mho])
 G = 1/R = i/v (chú ý: G là độ dốc trong đồ thị i-v)


Xây dựng mô hình mạch




Mô hình hóa: xây dựng một mạch điện từ một hệ thống
điện thực tế
Phân tích: giải một hệ thống cho trước dựa vào công cụ
toán học, dự đoán trạng thái của mạch, so sánh với hệ thống
mong muốn,…  cải thiện hệ thống đã có



Thiết kế: tạo ra một hệ thống mới đạt chỉ tiêu thiết kế.



Hoạt động & Bảo dưỡng


Ví dụ mô hình của đèn

case

lamp

batteries

vS +

Rl

-

R1

Rc

sliding switch


Xây dựng mô hình mạch dựa trên
đo đạc
i

v

device

40

v

4

-10
5

20
-5
10

-20
-40

v(V)

i(A)

-40
-20
0

-10
-5
0

20
40

5
10


Định luật Kirchhoff


Định luật Ohm: không đủ để có đáp án hoàn chỉnh



Kirchhoff’s laws (Gustav Kirchhoff, 1848):



Xem sự ràng buộc quan hệ giữa các áp và dòng.



Những ràng buộc trong toán học: Định luật
Kirchhoff về dòng điện, định luật Kirchhoff về
điện áp.

Gustav Robert Kirchhoff
Nhà vật lý người Đức (1824-1887)

Nút (Node) & Vòng kín (closed path)





vS

Vẽ lại mạch đèn pin
Nút: Một điểm tại đó hai hay nhiều thành phần mạch cắt nhau.
Cần sử dụng định luật Kirchhoff về dòng điện.
Vòng (Closed path): Một vòng đi dọc theo các thành phần đang
được kết nối, bắt đầu và kết thúc tại cùng một điểm. Cần sử
dụng định luật Kirchhoff về điện áp.
d
+
-

iS
i1

a R1 b

il
ic
c

Rl



Có bao nhiêu biến chưa biết ?



Các phương trình của định luật
Ohm?



Các phương trình khác?


Định luật Kirchhoff về dòng điện


Một node thường là một điểm – nó không chứa điện tích. Do
vậy, điện tích vào một nút phải thỏa:
Tổng đại số của tất cả các dòng tại nút bất kì trong một
ij  0
mạch = 0



node


vS

Quy ước dấu: Đi ra một nút (+) – Đi vào một nút (-)

d

+
-

iS
i1

a R1 b

il
ic

c

Rl

Nút a:

i s – i1 = 0

Nút b:

i 1 + ic = 0

Nút c:

-ic – il = 0

Nút d:

i l – is = 0


Định luật Kirchhoff về điện áp
Tổng đại số của tất cả các điện áp trong vòng kín của một
mạch = 0.


v

Quy ước dấu đại số:


Dương cho điện áp giảm – Âm cho điện áp tăng



Có thể gán dấu ngược lại

iS

il

i1

a R

ic

b

Vòng 1:

2

1
vS

0

loop

d
+
-

k

c

Rl

vl – vc + v1 – vs = 0

Vòng 2:
=0