Bài giảng Mạch điện 1 - Chương 1: Khái niệm chung về mạch điện - Trần Thị Thu Thảo

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN 1
MÃ MÔN HỌC : 401001
GV. TRẦN THỊ THU THẢO
02 Jan 2011 1401001_ Mạch điện 1
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 [1] “Mạch điện I”; Phạm Thị Cƣ, Trƣơng Trọng Tuấn Mỹ, 
Lê Minh Cƣờng; Nhà xuất bản Giáo dục
[2] “Bài tập Mạch điện I”; Phạm Thị Cƣ, Trƣơng Trọng 
Tuấn Mỹ, Lê Minh Cƣờng; Nhà xuất bản Giáo dục
[3] “Lý thuyết mạch 1, 2”; Nguyễn Quân; trƣờng đại học 
Bách khoa TPHCM
 [4] “Bài tập Lý thuyết mạch 1, 2”; Nguyễn Quân; trƣờng 
đại học Bách khoa TPHCM
02 Jan 2011 2401001_ Mạch điện 1
ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC 
Thi giữa kì: 20%
Kiểm tra trên lớp: 10%
Thi cuối kì: 70%
02 Jan 2011 3401001_ Mạch điện 1
CHƯƠNG I
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN
02 Jan 2011 4401001_ Mạch điện 1
5CHƢƠNG I:
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN 
1.1 Phạm vi ứng dụng của lý thuyết mạch.
1.2 Mạch điện và các phần tử mạch: R, L, C, nguồn độc lập, 
nguồn phụ thuộc.
1.3 Phân loại mạch điện: có thông số tập trung- có thông số 
rải, tuyến tính- phi tuyến, dừng- không dừng.
1.4 Các định luật cơ bản: Ohm, Kirchhoff 1, Kirchhoff 2.
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1
61. 1 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA 
LÝ THUYẾT MẠCH
02 Jan 2011
 Để khảo sát hiện tƣợng điện tử trong kỹ thuật điện, điện tử, 
vô tuyến điện thƣờng dùng hai loại mô hình: 
Mô hình trƣờng ↔ Lý thuyết trƣờng
Mô hình mạch ↔ Lý thuyết mạch.
 Trong lý thuyết mạch điện, các thông số đƣợc sử dụng là : 
U, I  Việc khảo sát đƣợc dựa trên hai định luật K1, K2. 
401001_ Mạch điện 1
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
Mạch điện được tạo thành từ các phần tử mạch và dây nối.
 Dựa theo chức năng phần tử mạch đƣợc chia thành 2 loại:
 Phần tử nguồn: phần tử phát năng lượng, tín hiệu cho các 
phần tử còn lại.
 Phần tử tải: phần tử nhận năng lượng, tín hiệu từ các phần 
tử còn lại
 Dựa theo cấu trúc chia phần tử mạch thành nhiều loại
 Phần tử 2 cực
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 7
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 8
Ví dụ: Điện trở, cuộn kháng, tụ điện
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ 
MẠCH
 Phần tử 3 cực:
Ví dụ: TRANSISTOR, MOSFET, TRIAC, SCR..
 Phần tử 4 cực:
Ví dụ: MBA 1 pha
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 9
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ 
MẠCH
a. Mạng là một phần của mạch đƣợc tạo thành từ phần tử
nguồn và phần tử tải, liên lạc về năng lƣợng thông qua các
cửa
b. Dòng điện là dòng chuyển động có hƣớng của các điện
tích. 
b.1. Chiều dòng điện: Chiều Quy ƣớc
Giả sử tại một thời điểm t = 0
 i > 0 : Chiều Dòng Thực Tế Cùng với chiều quy ƣớc.
 i < 0 :Chiều Dòng Thực Tế Ngược với chiều quy ƣớc
b.2.Cƣờng độ dòng điện: (dòng điện) là lƣợng điện tích dịch
chuyển qua một bề mặt nào đó trong một đơn vị thời gian. 
I, Ampe (A).
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 10
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ 
MẠCH
c. Điện áp giữa A với B là công cần thiết để làm dịch chuyển
một đơn vị điện tích từ A đến B. U, vôn (V)
d.Các phần tử hai cực: 
d.1.Điện trở: tiêu tán năng lượng điện từ
Phương trình trạng thái hoặc (1)
fR và R là các hàm liên tục
Quan hệ (1) gọi là đặc tuyến V-A phần tử điện trở. 
 Nếu đặc tuyến V-A là đường thẳng có phần tử điện trở
tuyến tính. 
 Quan hệ giữa U và I biểu thị qua định luật Ohm:
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 11
U
AB
=U
A
-U
B
)(ifu R )(ui R 
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
 R là điện trở ()
 G là Điện Dẫn (-1) hoặc (S)
d.2. Điện cảm: Trao đổi năng lượng từ trường. 
 Đặc trưng bởi quan hệ:
=f
L
(i)
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 12
R R
i Gu 
1 1
;G R
R G
R R
u Ri 
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
 Điện áp rơi trên điện cảm:
 Mà
 Điện cảm tuyến tính , L=const 
Cuộn dây là phần tử tải 2 cực có quan hệ giữa điện áp và
dòng điện theo phương trình :
 Điện áp
 Dòng điện
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 13
)(
)(
)( te
dt
td
tu L 

dt
tdi
LtLi
dt
d
tu
)(
))(()( 
dt
tdi
Ltu
)(
)( 
)()(
1
)( 0
0
tidttu
L
ti
t
t
iLt .)( 
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
d.3.Điện dung :Trao đổi năng lượng điện trường
 Đặc trưng bởi quan hệ q = fC(u)
 Nếu đặc tuyến là đường thẳng, có phần tử điện dung tuyến
tính. 
 Dòng điện qua điện dung bằng tốc độ biến thiên của điện
tích:
 Với q(t) = Cu(t)
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 14
dt
tdq
ti
)(
)( 
dt
tdu
Cti
)(
)( 
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
Tụ điện là phần tử tải 2 cực có quan hệ giữa điện áp và
dòng điện tuân theo phương trình toán:
 Dòng điện:
 Điện áp:
e. Công suất
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 15
t
t
tudtti
C
tu
0
)()(
1
)( 0
dt
tdu
Cti
)(
)( 
Công suất tức thời p(t) =u(t).i(t)
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
 Năng lượng cung cấp cho đoạn mạch ( t0  t0 + t )
Với chiều( +) của u và i được chọn như hình vẽ:
 p(t)> 0: Mạch thu năng lượng
 p(t)< 0: Mạch phát năng lượng
e.1 Công suất và năng lượng trên điện trở:
 Với R>0 p>0, điện trở tiêu thụ năng lượng
 Năng lượng tiêu tán trên điện trở trong khoảng thời gian từ
t0 đến t0 + t:
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 16
tt
t
tt
t
dttitudttptttW
0
0
0
0
)()()(),( 00
)(.)(.)().()( 22 tuGtiRtitutpR 
tt
t
tt
t
tt
t
RR dttiRdttRidttpW
0
0
0
0
0
0
0)()()( 22
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
e.2.Công suất tức thời tiêu hao trên điện dung C là:
 Năng lượng tích luỹ trên điện dung tại thời điểm t:
 Khi |u| tăng từ |u1| lên |u2| (>|u1|) thì năng lượng điện
trường tích luỹ vào phần tử C:
 Ngược lại C không có hiện tượng tiêu tán năng lượng mà
chỉ có hiện tượng phóng thích năng lượng điện trường.
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 17
dt
tdu
tCutitutpc
)(
)()().()( 
)(
2
1
)()()( 2 tCuuduCd
d
du
uCdptW
ttt
CC 



 2122
2
1
)( uuCtWC 
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
e.3.Công suất và năng lượng trên điện cảm :
 Năng lượng tích luỹ trên L tại thời điểm t:
 Khi |i| tăng từ |i1| |i2| (>|i1|) thì NL điện trường được
tích luỹ vào phần tử L thêm một lượng:
 Ngược lại toàn bộ NL trong cuộn L phóng ra mạch ngoài.
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 18
dt
tdi
tLititutpL
)(
)()().()( 
)(
2
1
)()()( 2 tLiidiLd
d
di
iLdptW
ttt
LL 



 2122
2
1
)( iiLtWL 
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
f. Nguồn điện áp độc lập
 Là phần tử hai cực mà điện áp của nó không phụ thuộc vào
giá trị dòng điện cung cấp từ nguồn và chính bằng sức điện
động của nguồn: u(t)=e(t)
 Kí hiệu
 Dòng điện của nguồn sẽ phụ thuộc vào tải
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 19
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
g. Nguồn dòng độc lập
 Là phần tử hai cực mà dòng điện của nó không phụ thuộc
vào điện áp trên hai cực nguồn:
i(t)=j(t)
 Kí hiệu: 
 Điện áp trên các cực nguồn phụ thuộc vào tải mắc vào nó
và chính bằng điện áp trên tải này.
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 20
1.2 MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
i. Các nguồn phụ thuộc:
 Giá trị của áp( dòng) phụ thuộc vào dòng/áp ở vị trí khác
của mạch.
 Voltage -Cotrolled Current Source 
(VCCS)-Nguồn dòng phụ thuộc áp :i2 =g.u1
 Current-Controlled Voltage Source
(CCVS)-Nguồn áp phụ thuộc dòng: u2 =r.i1
 Voltage -Cotrolled Voltage Source 
(VCVS)-Nguồn áp phụ thuộc áp: u2 = .u1
 Current-Controlled Current Source
(CCCS)-Nguồn dòng phụ thuộc dòng: i2 =.i1
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 21
1.3 PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN
a. Mạch có thông số tập trung- có thông số rải
 Mạch có thông số tập trung là mạch chứa các phần tử có
thông số tập trung. Dòng và áp trên phần tử có thông số
tập trung không phụ thuộc vào không gian mà chỉ phụ
thuộc vào thời gian.
 Mạch có thông số rải là mạch chứa các phần tử có thông số
rải. Dòng và áp trên phần tử có thông số rải không những
phụ thuộc vào không gian mà còn phụ thuộc vào thời
gian. 
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 22
1.3 PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN
 Một mạch được coi là thông số tập trung hay rải tùy thuộc
vào quan hệ kích thước hình học của mạch với độ dài của
bước sóng của trường điện từ trong mạch
 : Kích thước hình học của mạch
b. Mạch tuyến tính và không tuyến tính.
Mạch tuyến tính thoả mãn nguyên lý xếp chồng và nguyên lý
tỷ lệ.
Nguyên lý xếp chồng:Đáp ứng đối với tác động đồng thời n 
kích thích sẽ bằng tổng n đáp ứng đối với từng kích thích
thành phần: y=y1+y2++yn
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 23
max 0.01l  
maxl
1.3 PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN
Nguyên lý tỷ lệ
 Với kích thích f(t) có đáp ứng y(t) 
 Với kích thích Af(t) có đáp ứng Ay(t)
Trong đó: A là hằng số.
Mạch không thoả mãn nguyên lý xếp chồng và nguyên lý tỷ lệ
gọi là mạch phi tuyến.
c. Mạch dừng và không dừng.
 Nếu đáp ứng của mạch không phụ thuộc vào thời điểm ở 
đó các kích thích được tác động vào mạch thì gọi là dừng
 Mạch chỉ chứa một phần tử có tham số thay đổi theo thời
gian thì là mạch không dừng
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 24
1.4 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
VỀ MẠCH ĐIỆN
02 Jan 2011 401001_ Mạch điện 1 25
Hai định luật Kirchoff
, 1
0
n
k
nut k
I
 
Tại nút A (H1.10):
1 2 3 4
0i i i i 
2. Định luật Kirchoff Áp
 Trong vòng 1234 (ABCD) (H1.11):
1 2 3 4
0u u u u 
1. Định luật Kirchoff dòng
(H1.11)
ong, 1
0
n
k
v k
U
 
(H1.10)