Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 1: Tổng quan về mạch điện

NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ 
1 
2 
Nhập môn Điện tử 
 Chương 1 
Tổng quan về mạch điện 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.1 Điện tích (charge) 
Điện tích: 
Kí hiệu: q 
Đơn vị: Coulomb ( C ) 
 q= z.e, z = ± 1, 2, 3 
 với e = 1,6.10-19 C 
4 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Dòng điện chính là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện 
như điện tử , ion. 
Chiều dòng điện được quy ước là chiều chuyển động của các điện tích 
dương (đi từ dương sang âm - ngược với chiều chuyển động của các 
điện tử ) 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.2 Dòng điện- cường độ dòng điện (current) 
5 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Cường độ dòng điện được định nghĩa là 
tốc độ biến thiên của lượng điện tích dq 
trong khỏang thời gian khảo sát dt . 
Kí hiệu : i 
Đơn vị : Ampere [A] 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.2 Dòng điện- cường độ dòng điện (current) 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.2 Dòng điện- cường độ dòng điện (current) 
So sánh tương tự giữa dòng điện và dòng nước 
7 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.3 Điện áp (điện thế - voltage) 
Điện áp là năng lượng được truyền bởi một đơn 
vị điện tích khi nó di chuyển từ điểm này đến 
điểm kia trong mạch điện. 
Kí hiệu : v 
Đơn vị: Volt (V) 
w: năng lượng điện (điện năng), [J] 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.3 Điện áp (điện thế - voltage) 
Điện áp giống như độ cao của một bể chứa nước . 
9 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Dòng điện một chiều (direct current) là dòng điện có chiều và giá 
trị ( I,U) không đổi theo thời gian . 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.4 Dòng điện một chiều- xoay chiều 
A. Dòng điện một chiều (dc) 
10 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Dòng điện xoay chiều (alternating current ) là dòng điện có chiều và 
giá trị biến đổi theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn 
theo một chu kỳ nhất định 
. 
B. Dòng điện xoay chiều (ac) 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.4 Dòng điện một chiều- xoay chiều 
11 
Nhập môn Điện tử 
Dòng điện xoay chiều thường được đặt trưng bởi: 
Chu kỳ (T): là khoảng thời gian mà điện xoay chiều lặp lại vị trí cũ . 
Tần số (f): là số lần lặp lại trang thái cũ của dòng điện xoay chiều 
trong một đơn vị thời gian. 
Biên độ: là giá trị điện áp đỉnh của dòng điện xoay chiều. 
Chương 3: Dòng điện xoay chiều 
1
f
T
I. Các khái niệm cơ bản 
I.4 Dòng điện một chiều- xoay chiều 
12 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
 Điện năng cung cấp cho phần tử trong một đơn vị thời gian gọi là công 
suất; gọi p(t) là công suất, ta có quan hệ: 
Đơn vị của p: Watt (W) 
• p > 0 : phần tử tiêu thụ công suất. 
• p < 0 : phần tử phát ra công suất . 
p = w / t = v(t). i(t) 
I. Các khái niệm cơ bản 
I.5 Công suất (power) 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II. Mạch điện (circuit) 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.1 Khái niệm mạch điện 
Mạch điện là một mô hình toán học tương đương một mô hình thực. Mạch 
điện được xây dựng dựa trên những yếu tố lý tưởng được kết nối qua một dây 
dẫn lý tưởng. 
Sơ đồ khối mô tả các thành phần mạch điện 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II. 2 Các yếu tố cơ bản của mạch điện 
II.2.1 Dây dẫn 
Dây dẫn dùng trong mạch điện là lý tưởng. Nghĩa là điện áp ở hai 
đầu dây luôn bằng 0 dù có hay không dòng điện đi qua dây. 
Nếu hai điểm trong mạch được nối với nhau bằng một dây dẫn, ta 
nói hai điểm đó được nối ngắn mạch. 
M N 
H K 
16 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Nguồn điện một chiều DC 
II.2.2 Nguồn điện 
a) Nguồn áp (voltage source) 
Nguồn áp độc lập: Một nguồn áp độc lập lý tưởng có khả năng duy trì 
một điện áp không đổi giữa hai cực của nó, không phụ thuộc vào các yếu 
tố khác hay dòng điện trong mạch. 
a) Nguồn áp 
một chiều 
b) Nguồn áp 
xoay chiều 
17 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Nguồn điện một chiều DC 
II.2.2 Nguồn điện 
a) Nguồn áp (voltage source) 
Nguồn áp phụ thuộc: là nguồn tương tự nguồn áp độc lập, chỉ khác ở điện 
áp của nguồn là một hàm phụ thuộc vào các nguồn áp khác hoặc phụ thuộc 
dòng điện trong mạch. 
Có hai loại nguồn áp phụ thuộc: nguồn áp phụ thuộc áp và nguồn áp phụ 
thuộc dòng. 
Nguồn áp phụ thuộc áp Nguồn áp phụ thuộc dòng 
18 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Nguồn điện một chiều DC 
II.2.2 Nguồn điện 
b) Nguồn dòng (current source) 
Nguồn dòng độc lập: Một nguồn dòng độc lập lý tưởng có khả năng tạo 
ra một dòng điện với giá trị xác định đi qua nó. 
a) Nguồn dòng 
một chiều 
b) Nguồn dòng 
xoay chiều 
19 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Nguồn điện một chiều DC 
II.2.2 Nguồn điện 
b) Nguồn dòng (current source) 
Nguồn dòng phụ thuộc: là nguồn mà dòng điện qua nó có giá trị phụ 
thuộc vào một nguồn áp hay một dòng điện khác ở trong mạch. 
Nguồn dòng có hai loại: Nguồn dòng phụ thuộc áp và nguồn dòng phụ 
thuộc dòng 
Nguồn dòng phụ thuộc áp Nguồn dòng phụ thuộc dòng 
20 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.2.3 Điện trở 
  Điện trở (resistor) là linh kiện cản trở dòng điện, 
 Giá trị điện trở ( resistence) kí hiệu là R tỉ lệ với điện áp và dòng 
điện trong mạch 
 Đơn vị R: Ohm () 
 Theo định luật Ohm: 
v(t) = R.i(t) 
21 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Giá trị điện trở phụ thuộc vào vật liệu cản điện, kích thước của điện trở 
và nhiệt độ của môi trường. 
R = ρ.L / S 
Trong một số bài toán mạch, chúng ta định nghĩa đại lượng 
điện dẫn G là giá trị nghịch đảo của điện trở, ta có quan hệ : 
Đơn vị G: Simens (S) 
G=1/R 
II.2.3 Điện trở 
ρ là điện trở suất, ρ =[Ω.m] 
L: chiều dài sợi dây, L=[m] 
S: tiết diện dây dẫn, S= [m2] 
22 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Công suất của điện trở 
Công suất tức thời tiêu thụ trên phần tử R được xác định theo 
các quan hệ như sau : 
Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện 
trở có thể chịu được nếu quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và có 
thể bị cháy. Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả năng chịu 
nhiệt. 
II.2.3 Điện trở 
23 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.2.4 Tụ điện 
a. Khái niệm 
 Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi 
trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc 
nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao 
động .vv 
24 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.2.4 Tụ điện 
b. Cấu tạo của tụ điện 
Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản 
cực đặt song song, ở giữa có một 
lớp cách điện gọi là điện môi. 
Người ta thường dùng giấy, gốm , 
mica, giấy tẩm hoá chất làm chất 
điện môi và tụ điện cũng được 
phân loại theo tên gọi của các chất 
điện môi này như Tụ giấy, Tụ 
gốm, Tụ hoá. 
25 
Nhập môn Điện tử 
Điện dung: Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của 
tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. 
Kí hiệu : C Đơn vị: Faraday (F) 
Chương 3: Dòng điện xoay chiều 
Điện dung có mối quan hệ với dòng điện trong mạch như sau: 
II.2.4 Tụ điện 
c. Điện dung ,dung kháng của tụ điện 
Q
C
U
Dòng xoay chiều 
Dòng một chiều 
26 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.2.4 Tụ điện 
c. Điện dung ,dung kháng của tụ điện 
Dung kháng của tụ tỷ lệ nghịch với tần số f của dòng điện. Tần số càng 
cao thì dung kháng của tụ càng nhỏ và ngược lại. Vậy có thể nói, tụ có 
tác dụng chặn thành phần một chiều và dẫn tín hiệu cao tần. 
 Dung kháng của tụ 
1
2
CZ
fC 
27 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.2.5. Cuộn cảm 
a.Cấu tạo của cuộn cảm 
Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn 
được sơn emay cách điện, lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật 
liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi thép kỹ thuật . 
28 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.2.5. Cuộn cảm 
b. Các đại lượng đặc trưng cho cuộn cảm 
Hệ số tự cảm (L) là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng 
của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua. 
Đơn vị L : Henry (H) 
Cảm kháng(ZL ):Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự 
cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều 
Đơn vị ZL : Ohm (Ω ) 
 f: tần số của dòng điện xoay chiều. 
2 .f .LLZ 
29 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.3 Các khái niệm thường gặp trong mạch điện 
 Khi liên kết các phần tử trong mạch điện sẽ dẫn đến các khái 
niệm sau: Nhánh, Nút, Vòng, Mắt lưới. 
 Nút (node) : là giao điểm của tổi thiểu hai nhánh trong một mạch 
điện. 
 Nhánh(branch): là một đường trên đó chứa một hay nhiều 
phần tử liên kết với nhau theo phương pháp đấu nối tiếp. 
30 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Ví dụ: Xác định các nút, vòng và mắt lưới có trong mạch điện 
phía dưới 
II.3 Các khái niệm thường gặp trong mạch điện 
 Vòng (loop): là tập hợp nhiều nhánh tạo thành hệ thống kín và chỉ 
đi qua mỗi nút duy nhất một lần 
Mắt lưới (mesh): được xem là vòng cơ bản nói một cách khác: mắt 
lưới là một vòng mà bên trong không tìm thấy được vòng nào khác. 
31 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.3 Các khái niệm thường gặp trong mạch điện 
Điện áp không- gốc điện áp (zero 
voltage): Trong mạch điện giá trị 
điện áp ở một điểm bất kỳ trong 
mạch có thể thay đổi tùy thuộc gốc 
điện áp được chọn. Thông thường ta 
chọn điểm làm gốc điện áp (có điện 
áp bằng 0) là điểm được nối sàn 
(circuit ground) (đất, vỏ máy) 
Kí hiệu: 
Điện 
áp so 
với 
mặt 
đất 
Các cách chọn điểm 
làm điện áp không 
32 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
II.3 Các khái niệm thường gặp trong mạch điện 
Nối đất (earthed ground) : nếu điểm 
làm gốc điện áp được nối thẳng với mặt 
đất thì ta nói là điểm này được nối đất 
Kí hiệu: 
33 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
III. Các định luật cơ bản của mạch điện 
III.1.Định luật Kirchhoff 1 (ĐL K1- định luật về dòng): 
Định luật này có thể phát biểu theo một trong hai cách: 
 Tổng giá trị đại số dòng điện tại một nút = 0 
 Tổng giá trị dòng điện vào nút = Tổng giá trị dòng điện ra khỏi nút 
Theo cách phát biểu này, chúng ta có 
thể qui ước : 
 Dòng điện vào nút có giá trị dương. 
 Dòng điện đổ ra khỏi nút có giá trị 
âm. 
Hay: 
34 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
III.1.Định luật Kirchhoff 1 (ĐLK1 – định luật về dòng) 
Chú ý: 
Trong quá trình giải mạch, khi chưa biết rõ hướng dòng điện đi 
trong nhánh, ta có thể chọn tùy ý hướng dịch chuyển cho dòng điện 
trên nhánh. Khi giải được kết quả: 
Nếu giá trị tính được có giá trị dương dòng điện có hướng thực tế 
như đã chọn. 
Nếu giá trị tính được có giá trị âm dòng điện có hướng thực tế 
ngược với hướng đã chọn. 
35 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
III.2 Định luật Kirchhoff 2 (ĐL K2) 
Tổng giá trị điện áp dọc theo một vòng = 0 
Tổng điện áp cung cấp từ nguồn = Tổng điện áp đặt ngang 
qua 2 đầu từng phần tử tiêu thụ 
Cách 1: 
Cách 2: 
36 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
III.2 Định luật Kirchhoff 2 (ĐL K2) 
 Chọn chiều dòng điện chạy trong vòng 
khảo sát (chọn tùy ý). 
 Xác định điện áp xuất hiện giữa hai đầu 
các phần tử . 
 Bắt đầu từ phần tử được chọn làm 
chuẩn) đi theo chiều dòng điện để viết 
phương trình điện áp . Nếu điện áp trên 
các phần tử cùng hướng với điện áp của 
phần tử chuẩn các giá trị này dương, và 
điện áp trên các phần tử ngược với 
hướng điện áp của phần tử chuẩn giá trị 
này âm. 
Với cách phát biểu 1 ta cần chú ý: 
i 
37 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Ví dụ1 : Áp dụng định luật K1 tìm i trong các hình 
III. Các định luật cơ bản của mạch điện 
ĐS: 
38 
Nhập môn Điện tử 
Chương 1: Tổng quan về mạch điện 
Ví dụ 2 : Áp dụng định luật K2 tìm v trong các hình 
III. Các định luật cơ bản của mạch điện 
ĐS: