Chuong1_LTM1_Gioithieu_2021 DAI HOC BACH KHOA.pdf

Chuong1_LTM1_Gioithieu_2021 DAI HOC BACH KHOA.pdf

1. 1https://sites.google.com/site/thaott3i/
Lýthuyếtmạchđiện1
Giảngviên: TS. TrầnThịThảo
ViệnĐiện, ĐH Báchkhoa HàNội
[email protected]
https://see.hust.edu.vn/ttthao
https://sites.google.com/site/thaott3i/

2. 2https://sites.google.com/site/thaott3i/
About me
https://sites.google.com/site/thaott3i/

3. 3https://sites.google.com/site/thaott3i/
Nội dung
❑Mạchđiệntuyếntính
Tàiliệuthamkhảo:
1. Nguyễn Bình Thành, Nguyễn Trần Quân, Phạm KhắcChương, “Cơ sở kỹ thuậtđiện”
2. C. K. Alexander, M.N. O. Sadiku, “Fundamentals of Electric Circuits”
➢Kháiniệm
➢Mạchmộtchiều
➢Mạchxoaychiềuhìnhsin
➢Cácphươngphápgiảimạchđiệnhìnhsin
➢Tínhchấtmạchtuyếntính
➢Mạngmộtcửa
➢Mạnghaicửa
➢Khuếchđạithuậttoán
➢Mạchchu kỳ
➢Mạchđiệnbapha

4. 4https://sites.google.com/site/thaott3i/
Nội dung
❑Mạchđiệntuyếntính
➢Kháiniệm
➢Mạchmộtchiều
➢Mạchxoaychiềuhìnhsin
➢Cácphươngphápgiảimạchđiệnhìnhsin
➢Tínhchấtmạchtuyếntính
➢Mạngmộtcửa
➢Mạnghaicửa
➢Khuếchđạithuậttoán
➢Mạchchu kỳ
➢Mạchđiệnbapha

5. 5https://sites.google.com/site/thaott3i/
➢Cáckháiniệmcơbản
▪Dòngđiện
▪Điệnáp
▪Côngsuấtvànănglượng
➢Cácphầntửcơbảncủamạchđiện
➢Mạchđiện
➢ĐịnhluậtKirchhoff
▪ĐịnhluậtKirchhoff vềdòngđiện
▪ĐịnhluậtKirchhoff vềđiệnáp
▪HệphươngtrìnhKirchhoff độclập

6. 6https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Biếnthiêncủađiệntíchtheothờigian
Đơnvị dòng điện : ampere (A), 1A=1C/s
Điệntíchcơbản:
e= 1,60218×10
-19
C
Dòngđiện (1)
AĐo dòng điện :
•Dòngđiệnxoaychiều(AC):
Biếnthiên(hìnhsin) theothờigian, i(t)
•Dòngđiệnmộtchiều(DC):
Khôngđổitheothờigian, I
i(t)
t
t
I

7. 7https://sites.google.com/site/thaott3i/
D.C. (Direct Current)
A.C.(Alternating Current)
Dòngđiện (2)
Một chiều
Xoay chiều

8. 8https://sites.google.com/site/thaott3i/
•Nănglượngcầnthiếtđểchuyểndờimộtđơn
vịđiệntíchtheomộthướng(vídụtừa đếnb):/
abudwdq=
w: nănglượng(Joule)
q: điệntích(Colomb).
▪Điệnáp(hiệuđiệnthế):
Đơnvị: volt (V)
•Điệnápxoaychiều(AC): u(t)
•Điệnápmộtchiều(DC): U
Điệnáp
V

9. 9https://sites.google.com/site/thaott3i/
•Sựthayđổinănglượngtheothờigian: dw/dt
▪Côngsuất:
Đơnvị: watt (W)dwdw
p
dtdt
dwdq
ui
dq
dq
d
dt
q
==

==


Nếudòngđiệnvàđiệnápkhôngđổi(DC): PUI=
Côngsuấtvànănglượng (1)
Khi công suất là dương, phần tử hấp thụ năng lượng.
Khi công suất là âm, phần tử cấp năng lượng.=0p
•Địnhluậtbảotoàncôngsuất trong mạch:
Tạimọithờiđiểm, tổng côngsuấttiêuthụ= tổng côngsuấtphát
u
u

10. 10https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Côngsuất trung bình:00
tt
tt
wpdtuidt==
▪Nănglượng:
Đặctrưngchokhảnăngthựchiệncông:
Đơn vị: Joule (J)
Thườngdùngwatt-giờ(Wh), 1 Wh = 3600J
p
t
Côngsuấtvànănglượng (2)

11. 11https://sites.google.com/site/thaott3i/
Phầntửtíchcực Phầntửthụđộng
–Nguồnáp
độc lập
phụ thuộc
–Nguồndòng
độc lập
phụthuộc
–Điệntrở
–Điệncảm
–Điệndung
Cácphầntửcơbản(1)

12. 12https://sites.google.com/site/thaott3i/
❑Nguồn điện
Cácphầntửcơbản (2)
Solar Cell
Car Battery

13. 13https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Nguồnápđộclập(nguồnsứcđiệnđộng): e(t)
a b
•Lànguồnlýtưởng, luôncókhảnănggâyra trênhai
đầucủanómộtđiệnáptheoquyluậtđãcho, không
phụthuộcvàodòngqua nó.
•Điệntrởtrongbằngkhông
•Cóthểmộtchiềuhoặcxoaychiều
e(t)=b-a
u(t) =e(t)
Cácphầntửcơbản (3)
Vídụ:
E
1=24V ;e
2(t)=100sin314t Vu(t)
e(t)
điệnthế/thế
(potential)
❖Kháiniệmtriệttiêunguồnáp
e=0: ngắnmạchnguồnápe(t)

14. 14https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Nguồndòngđộclập: j(t)
a b
•Lànguồnlýtưởng, luôncókhảnăngbơmra
dòngđiệntheoquyluậtđãcho
•Điệntrởtrongvôcùnglớn
•Cóthểmộtchiềuhoặc xoaychiều
❖Kháiniệmtriệttiêunguồndòng
j=0:hởmạchnguồndòng
Cácphầntửcơbản (4)
Vídụ:
J
1=2A ;j
2(t)=0,2cos314t Au(t)
j(t) j(t)

15. 15https://sites.google.com/site/thaott3i/
b) Nguồnphụthuộc
▪Nguồnápphụthuộc:
▪Nguồndòngphụthuộc:
•Nguồnápphụthuộcáp: e(u)
•Nguồnápphụthuộcdòng: e(i)
•Nguồndòngphụthuộcáp: j(u)
•Nguồndòngphụthuộcdòng: j(i)
a b
Cácphầntửcơbản (5)e
a bj

16. 16https://sites.google.com/site/thaott3i/
Phầntửtíchcực Phầntửthụđộng
–Nguồnáp
độc lập
phụ thuộc
–Nguồndòng
độc lập
phụthuộc
–Điệntrở
–Điệncảm
–Điệndung
Cácphầntửcơbản(1)

17. 17https://sites.google.com/site/thaott3i/
❑Điệntrở, điệndẫn
▪Đặctrưngchosựtiêutáncủavùngxét
Biếnđặctrưng: u, i
Phươngtrìnhmôtả (luật Ohm) : u=Ri
hoặc: i=gu
R[] (Ohm),
Điệndẫn: g[S] (Siemens)
Cácphầntửcơbản (6)
Điệntrở(resistor) trongmạchđiệntử:i(t)
u(t)
R
Source: www.digikey.com
339 2,2k
100 
1k

18. 18https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Đặctrưngchotínhchấttíchnănglượng điện trường
củavùngxét
Biếnđặctrưng: u, i
Phươngtrìnhmôtả: Q=Q(u)=Cu
C[F] (Farad)
??????
??????=
????????????
??????�1
t
uidt
C
−
= du
iC
dt
=
Cácphầntửcơbản (7)
❑Điệndung
Tụđiện(capacitor) trongmạchđiệntử:i(t)
u(t)
C

19. 19https://sites.google.com/site/thaott3i/
❑Điệncảm
▪Đặctrưngchohiệntượngtíchlũynănglượngtừtrườngcủa
vùngxét
Biếnđặctrưng: u, i, 
Phươngtrìnhmôtả: = (i)=Li
�
??????=
????????????
??????�
Đơnvị: H [Henry]di
uL
dt
=
Cácphầntửcơbản(8)
Cuộndây/cuộncảm(inductor):i(t)
u(t)
L

20. 20https://sites.google.com/site/thaott3i/
❑Phầntửkhuếchđạithuậttoán(OPAMP)
•Operational Amplifier: •Môhìnhtươngđươngđương:
uvào=
+-
-
OPAMP lýtưởng:

+= 
-
i
+
(t)= i
-
(t)=0
Cácphầntửcơbản(9)

21. 21https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Nối tiếp ▪Song song
Mạchnốitiếp-song song

22. 22https://sites.google.com/site/thaott3i/
pica (p): 10
-12
nano (n): 10
-9
micro (): 10
-6
milli (m): 10
-3
tera (T): 10
12
giga (G) : 10
9
mega (M): 10
6
kilo (k): 10
3
Các đại lượng và đơn vị cơ bản

23. 23https://sites.google.com/site/thaott3i/
Một số khác biệt về ký hiệu
Kýhiệu ViệtNam Anh-Mỹ
Nguồnáp
Nguồndòng
Nguồnáp phụ thuộc
Nguồndòng phụ
thuộc
Điệntrở
Điệnáp U, u V, v

24. 24https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Mạchđiệnđơngiản
Mạchđiện
Pin
Đèn
Công
tắc
Dây
dẫn

25. 25https://sites.google.com/site/thaott3i/
Mạchđiện
▪Bo mạch điện tử

26. 26https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Môhìnhcủathiếtbịđiện(hay hệthốngđiện), trongđócác
phầntửcơbảnđượcnốivớinhaumộtcáchthíchhợpđểmô
tảviệctruyềnđạtnănglượngvàtínhiệucủathiếtbịđiệnđó.
Vídụmạchđiện:
Kháiniệmmạchđiện(1)1
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i

27. 27https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Phầntử(elements) : tíchcực(e, j), thụđộng(R, L, C)
Nhánh1: e
1, R
1
▪Nhánh(branch): Tậphợpcácphầntửghéplạivớinhau, trong
đócócùngmộtdòngđiệnchạyqua
Nhánh2: L
2
Nhánh4: j
4
Nhánh3: C
3
Nhánh5: R
5
Khái niệm mạch điện (2)1
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i
N: sốnhánhđộclập(khôngkểnhánhnguồndòng)
N=4

28. 28https://sites.google.com/site/thaott3i/
c
▪Nút/đỉnh(node): Nơigặpnhaucủa3 nhánhtrởlên(tínhcảnguồndòng)
a b
Khái niệm mạch điện (3)
Siêunút:Các nút được nối trực tiếp với nhau bởi nguồn áp(khiđó
sốnút/đỉnhđộclậpgiảmđi)1
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i 1
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i
D: sốnút/đỉnh
d: sốnút/đỉnhđộclập
D=3; d=3, N=4
D=3; d=2, N=3
TừđâythốngnhấtkýhiệuNvàd
làsốnhánhvàsốnútđộclập

29. 29https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Vòng(loop): Đườngkhépkínqua cácphầntử(khôngkểnguồndòng)
Sốvòngđộclập:1lNd=−+
N: sốnhánhđộclập(khôngkểnhánhnguồndòng)
d: sốnút/đỉnhđộclập
Khái niệm mạch điện (4)
a
c
b
I
II1
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i

30. 30https://sites.google.com/site/thaott3i/
❑Tổngđạisốcácdòngđiệntạimộtnút(hoặcmặtkín)bằngkhông
-Dòng điện đi vào nút (mặtkín)mang dấu âm
-Dòng điện đi ra nút(mặtkín)mangdấudương
•Cáchphátbiểukhác: tổngcácdòngđiệnvàomộtnút/mặtkínbằng
tổngcácdòngđiệnrakhỏinút/mặtkínđó.1
0
M
n
n
i
=
=
Định luật Kirchhoffvềdòng điện (Kirchhoff1-KCL)
Mặtkín
i
6
i
7
i
8
i
9
i
10
Lưuý: dòngđiệntínhcảnguồndòng(độclập, phụthuộc) 12345 0iiiii−+−−+= 678910 0iiiii−−++=

31. 31https://sites.google.com/site/thaott3i/4
J 1
e 1
R 2
R 2
L 2
C 2
i 5
L 5
e 5
i 1
i 5
R 3
R 3
i a b c
▪Vídụ1: 123
0iii−++= 345
0iji−−+= 1245
0iiji−+−=
Núta:
Nútc:
Nútb:
Mộttrongbaphươngtrìnhtrênđềucóthểđượcsuy
ra từcácphépbiếnđổituyếntính(cộng, trừ, thế) của
haiphươngtrìnhcònlại.
•ChọnmộtmặtkínSbao lấyR
3
vàhainúta-b1245
0iiji−+−+=
MặtkínS:
Đểý ta cũngthấyphươngtrìnhK
1chomặtS chínhlà
tổngcủaphươngtrìnhchonúta vàb
Định luật Kirchhoffvềdòng điện (Kirchhoff1-KCL)4
J 1
e 1
R 2
R 2
L 2
C 2
i 5
L 5
e 5
i 1
i 5
R 3
R 3
i a b c
S
ChỉcầnxâydựngsốphươngtrìnhK độclập

32. 32https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Vídụ1b:
Định luật Kirchhoffvềdòng điện (Kirchhoff1-KCL)

33. 33https://sites.google.com/site/thaott3i/I8
R1
E2
R8
R5
R3
I1
I3
I5
E7
I6
J4
R6
a
f
b c d
▪Vídụ1c (chocácnguồnmộtchiều) : viếtphươngtrìnhK1 vớicácẩnlà
cácdòngđiệnchotrênhìnhvẽ
Định luật Kirchhoffvềdòng điện (Kirchhoff1-KCL)
Lưuý vớisiêunút: viếtK1 chomặtcắt
ViếtK1 chocácdòngđiệnqua E
2vàE
7
đượckhông?

34. 34https://sites.google.com/site/thaott3i/
❑Tổng đạisốđiện áp rơi trong một vòng kín (loop)bằngtổng
đạisốcác nguồn áp có trong vòng kínđó
-Điệnáp(nguồnáp) cùngchiềuvớichiềuvòngkínmangdấudương
-Điệnáp(nguồnáp) ngượcchiềuvớichiềuvòngkínmangdấuâm
•Quyước: ()()
kk
loop loop
utet=
R
1I+ R
2I=E
1-E
2
u
R1+u
R2=E
1-E
2
I=(E
1-E
2)/(R
1+ R
2)
Định luật Kirchhoffvềđiệnáp(Kirchhoff2-KVL)

35. 35https://sites.google.com/site/thaott3i/
•Vídụ2
Định luật Kirchhoffvềđiệnáp(Kirchhoff2-KVL)2
11222 2 1
2
1di
RiRiLidte
dtC
+++=  52
222 2 33555 5
2
1 didi
RiLidtRiRiLe
dtC dt
−−−+++=  5
1133555 15
di
RiRiRiLee
dt
+++=+
•VòngV1:
•VòngV2:
•VòngV3:
V3 Đểý ta thấyphươngtrìnhchoV3cóthểđượcsuyra
từphương trìnhV1vàV2
ChỉcầnxâydựngsốphươngtrìnhK2 độclập

36. 36https://sites.google.com/site/thaott3i/
▪Vídụ2b:
Định luật Kirchhoffvềđiệnáp(Kirchhoff2-KVL)

37. 37https://sites.google.com/site/thaott3i/I8
R1
E2
R8
R5
R3
I1
I3
I5
E7
I6
J4
R6
a
f
b c d
Định luật Kirchhoffvềđiệnáp(Kirchhoff2-KVL)
▪Vídụ2c (chocácnguồnmộtchiều): :
Vớisiêunút: sốphươngtrìnhK2 cókhác
so vớinútthường?

38. 38https://sites.google.com/site/thaott3i/
-GiảsửmạchđiệncóNnhánhvàdnútđộclập
❑Sốphươngtrìnhđộclậptrongmạch
SốphươngtrìnhKirchhoff 1: K1=d-1
SốphươngtrìnhKirchhoff 2: K2=N-d+1
❑HệphươngtrìnhKirchhoff
-Sốphươngtrìnhđộclập: N
(sốnhánhkhôngchứanguồndòng)
-Lưuý: ChọncácvòngđểlậpcácphươngtrìnhK2 khôngchứa
nhánhnguồndòng.
Hệ phương trình Kirchhoff độc lập

39. 39https://sites.google.com/site/thaott3i/
a
c
b
Sốnhánhđộclập: N=4
Sốnút: d=3
K1=d-1=2
K2=N-d+1=2
▪HệphươngtrìnhK1: viếtchonúta vàb
(coic là“đất”):123
354
0
0
iii
iij
−++=

−+−=

▪HệphươngtrìnhK2: viếtchovòngIvàII:
I
II
Hệ phương trình Kirchhoff độc lập1 21
2 3 5 0
RL
L C R
uue
uuu
+=

−++=

❑Vídụ31
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i

40. 40https://sites.google.com/site/thaott3i/123
354
2
112 1
2
2 3 55
3
0
1
0
t
iii
iij
di
RiLe
dt
di
L idtRi
dtC
−
−++=

−+=


+=


−++=


▪Hệtươngđương:
a
c
b
I
II
Hệ phương trình Kirchhoff độc lập123
354
1 21
2 3 5
0
0
0
RL
L C R
iii
iij
uue
uuu
−++=

−+−=

+=

−++=
 1
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i

41. 41https://sites.google.com/site/thaott3i/
a
c
b
Cósiêunút: sốnhánhđộclập
N=3 (khôngcầnthiếtxétẩnlà
dòngqua siêunút)
Sốnút: d=2
K1=d-1=1
K2=N-d+1=2
▪HệphươngtrìnhK1: viếtchonútb (coic là“đất”):354 0iij−+−=
▪HệphươngtrìnhK2: viếtchovòngIvàII
I
II
Hệ phương trình Kirchhoff độc lập21
2 3 5 0
L
L C R
ue
uuu
=

−++=

❑Vídụ41
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i
-Nếucoib làđấtthìK1 viếtthếnào?

42. 42https://sites.google.com/site/thaott3i/354
2
21
2
2 3 55
3
1
0
t
iij
di
Le
dt
di
L idtRi
dtC
−


−+=


=


−++=


▪Hệtươngđương:
Hệ phương trình Kirchhoff độc lập354
21
2 3 5
0
0
L
L C R
iij
ue
uuu
−+−=

=

−++=

a
c
b
I
II1
e 2
L 1
R 3
C 4
j 5
R 1
i 2
i 3
i 4
i 5
i
Lưuý: vẫncóthểtínhđượci
1
thôngqua K1 tạia:123iii=+

43. 43https://sites.google.com/site/thaott3i/
BàitậpLậphệphươngtrìnhKirchhoffcủamạch: R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

44. 44https://sites.google.com/site/thaott3i/
LậphệphươngtrìnhKirchhoffcủamạch: R1
R3
R4
i1
a
b
c
R6
i4
j5
j2=0,2u4
i3
i6
e6=10i3
e1
U
4

45. 45https://sites.google.com/site/thaott3i/
LậphệphươngtrìnhKirchhoffcủacácmạch: R1
R3
R4
i1
a
b
c
R6
i4
j5
j2=10i4
i3
i6
e6=10i3
e1 R1
R3
R4
i1
a
b
c
R6
i4
j5
j2=10i4
i3
i6
e6=10i3
e1

46. 46https://sites.google.com/site/thaott3i/
LậphệphươngtrìnhKirchhoffcủamạch:

47. 47https://sites.google.com/site/thaott3i/I8
R1
E2
R8
R5
R3
I1
I3
I5
E7
I6
J4
R6
a
f
b c d
(chocácnguồnmộtchiều):
LậphệphươngtrìnhKirchhoffcủamạch, ẩnlàcácdòngđiệntrênhìnhvẽ:

48. 48https://sites.google.com/site/thaott3i/
Hướngdẫnbàitập

49. 49https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

50. 50https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

51. 51https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

52. 52https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

53. 53https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

54. 54https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
i5
R5

55. 55https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

56. 56https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

57. 57https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
C
L1
e1
i1
R2
R3 R4
i2
i3
i4
ic

58. 58https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
R3
R4
i1
a
b
c
R6
i4
j5
j2=0,2u4
i3
i6
e6=10i3
e1
U
4

59. 59https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
R3
R4
i1
a
b
c
R6
i4
j5
j2=0,2u4
i3
i6
e6=10i3
e1
U
4

60. 60https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
R3
R4
i1
a
b
c
R6
i4
j5
j2=10i4
i3
i6
e6=10i3
e1

61. 61https://sites.google.com/site/thaott3i/R1
R3
R4
i1
a
b
c
R6
i4
j5
j2=10i4
i3
i6
e6=10i3
e1