Bài giảng Kỹ thuật điện tử Bài giảng Kỹ thuật điện tử CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Mạch điện và các đại lượng cơ bản 1.1 Mạch điện Mạch điện: một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại trong đó xảy ra quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện đo bởi các đại lượng dòng điện, điện áp. Mạch điện được cấu trúc từ các thành phần riêng rẽ đủ nhỏ, thực hiện các chức năng xác định được gọi là các phần tử mạch điện. Hai loại phần tử chính của mạch điện là nguồn và phụ tải. - Nguồn: các phần tử dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho mạch. VD: máy phát điện, acquy … - Phụ tải: các thiết bị nhận năng lượng hay tín hiệu điện. VD: động cơ điện, bóng điện, bếp điện, bàn là … Ngoài 2 thành phần chính như trên, mạch điện còn có nhiều loại phần tử khác nhau như: phần tử dùng để nối nguồn với phụ tải (VD: dây nối, dây tải điện…); phần tử làm thay đổi áp và dòng trong các phần khác của mạch (VD: máy biến áp, máy biến dòng …); phần tử làm giảm hoặc tăng cường các thành phần nào đó của tín hiệu (VD: các bộ lọc, bộ khuếch đại…). Trên mỗi phần tử thường có một đầu nối ra gọi là các cực để nối nó với các phần tử khác. Dòng điện đi vào hoặc đi ra phần tử từ các cực. Phần tử có thể có 2 cực (điện trở, cuộn cảm, tụ điện …), 3 cực (transistor, biến trở …) hay nhiều cực (máy biến áp, khuếch đại thuật toán …). Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 1 Bài giảng Kỹ thuật điện tử 1. Các đại lượng cơ bản A i B + u AB - * Điện áp Điện áp giữa 2 điểm A và B là công cần thiết để làm dịch chuyển một đơn vị điện tích (1 Coulomb) từ A đến B. Đơn vị: V (Volt) UAB = VA – VB UAB = - UBA UAB : điện áp giữa A và B. VA; VB: điện thế tại điểm A, B. * Dòng điện Dòng điện là dòng các điện tích chuyển dịch có hướng. Cường độ dòng điện (còn gọi là dòng điện) là lượng điện tích dịch chuyển qua một bề mặt nào đó (VD: tiết diện ngang của dây dẫn …). Để tiện lợi, người ta chọn tuỳ ý một chiều và kí hiệu bằng mũi tên và gọi là chiều dương của dòng điện. Nếu tại một thời điểm t nào đó, chiều dòng điện trùng với chiều dương thì dòng điện mang dấu dương (i > 0); còn nếu chiều dòng điện ngược chiều dương thì dòng điện mang dấu âm (i < 0). Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 2 Bài giảng Kỹ thuật điện tử 2. Các phần tử hai cực 2.1 Các phần tử hai cực thụ động 2.1 Điện trở Là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện từ . Ký hiệu: R – Đơn vị: Ohm (Ω) 1 G= : điện dẫn – Đơn vị: Ω-1 hay Siemen (S) R Ghép nhiều điện trở: - Nối tiếp: R = R1 + R2 + . R R1 R2 Quan hệ giữa dòng và áp của điện trở tuân theo định luật Ohm.U(t) U(t): Điện áp giữa 2 đầu điện trở (V) U(t): Điện áp giữa 2 đầu điện trở (V) I(t): Dòng điện giữa 2 đầu điện trở (A) I(t): Dòng điện giữa 2 đầu điện trở (A) R : Điện trở (Ω) G: Điện dẫn (Ω-1 /S) Khi R = 0 (G = ∞): mô hình ngắn mạch. Khi R = ∞ (G= 0): mô hình hở mạch. Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 3 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Công suất tiêu thụ trên điện trở : P = UI = RI2 (W) * Các thông số cần quan tâm của điện trở : - Trị danh định: giá trị xác định của điện trở. - Dung sai : sai số của giá trị thực so với trị danh định. - Công suất tiêu tán : công suất tiêu thụ trên điện trở. - Điện áp làm việc tối đa. Hình dạng thực tế của điện trở: * Công thức tính điện trở: Theo vật liệu chế tạo Nếu là điện trở của cuộn dây: Trị số điện trở của cuộn dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu, tỷ lệ thuận với chiều dài và tỷ lệ nghịch với tiết diện dây. R= ρ l ρ : điện trở xuất Ωm 2 / m S l : chiều dài dây dẫn [m] S : tiết diện dây [m2] Thí dụ: Tìm điện trở của 1 dây dẫn dài 6.5m, đường kính dây 0. Dựa vào công thức ta tìm được R = 9.88Ω Theo lý thuyết mạch: Định luật Ohm: Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 4 Bài giảng Kỹ thuật điện tử U R= ( Ω) I Khi có dòng điện chạy qua 1 vật dẫn điện thì ở hai đầu dây sẽ phát sinh 1 điện áp U tỷ lệ với dòng điện I. Theo năng lượng: Khi có dòng điện qua R trong 1 thời gian t thì R bị nóng lên, ta nói R đã tiêu thụ 1 năng lượng: W = U.s Ta thấy rằng t càng lớn thì điện năng tiêu thụ càng lớn. * Cách đọc vòng màu: Ngoài cách đo, giá trị của điện trở còn có thể xác định qua các vòng màu trên thân điện trở. Số vòng màu trên điện trở tuỳ thuộc loại vào độ chính xác của điện trở (3 vòng màu, 4 vòng màu hay 5 vòng màu). Voø ng maø u Maø u1 2 3 Dung sai Giá trị tương ứng của các màu được liệt kê trong bảng sau: Màu Trị số Dung sai Đen 0 ±20% Nâu 1 ±1% Đỏ 2 ±2% Cam 3 Vàng 4 Lục (Xanh lá) 5 Lam (Xanh dương) 6 Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 5 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Tím 7 Xám 8 Trắng 9 Vàng kim ±5% Bạc ±10% Ghi chú: - Vòng màu thứ 3 (đối với điện trở có 3 hay 4 vòng màu) và vòng màu thứ 4 (đối với điện trở có 5 vòng màu) chỉ hệ số mũ. - Nếu màu vàng kim hoặc màu bạc ở vòng thứ 3 (đối với điện trở 4 vòng màu) hoặc ở vòng thứ 4 (đối với điện trở 5 vòng màu) thì trị số tương ứng là: Vàng kim: -1 Bạc: -2 Ví dụ: Đỏ - Xám – Nâu: 28.101 => Giá trị của điện trở: 28 Ω Nâu – Đen – Đỏ - Bạc: 10.102 ±10% => Giá trị điện trở: 1KΩ , sai số 10%. Đỏ - Cam – Tím – Đen – Nâu: 237.100 ±1% => Giá trị điện trở: 273Ω , sai số 1%. * Ứng dụng của điện trở trong thực tế: bàn ủi, bếp điện, đèn sợi đốt … 2.2 Phần tử cuộn cảm * Cấu tạo. Cuộn cảm gồm nhiều vòng dây quấn sát nhau, ngay cả chồng lên nhau nhưng không chạm nhau do dây đồng có tráng men cách điện. Cuộn dây lõi không khí Cuộn dây lõi Ferit Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 6 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Tùy theo lõi cuộn cảm là không khí, sắt bụi hay sắt lá mà cuộn cảm được ký hiệu như sau: L1 là cuộn dây lõi không khí, L2 là cuộn dây lõi ferit, L3 là cuộn dây có lõi chỉnh, L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật * Các tham số cơ bản của cuộn cảm: Khi sử dụng cuộn cảm người ta quan tâm đến các số chính sau: − Hệ số tự cảm L: là khả năng tích trữ năng lượng từ trường của cuộn dây, đơn vị là Henry (H). dI V=L dt XL Hệ số phẩm chất: Q= phụ thuộc vào f XS ộ Tổn hao cuộn cảm. ả Dòng điện định mức Imax. Tần số định mức. − Cảm kháng 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 . − Ghép cuộn cảm . Ghép nối tiếp: Ltd = L1 + L2 + . Công thức này chỉ sử dụng cho các cuộn dây không quan hệ về từ, không có hỗ cảm. Nếu các cuộn dây có từ trường tương tác lẫn nhau thì: Từ trường tăng cường (quấn cùng chiều): Ltd = L1 + L2 + . + 2 M Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 7 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Từ trường đối nhau (quấn ngược chiều) Ltd = L1 + L2 + . Ghép song song: Khi mắc song song cách biệt về từ thì công thức tính như sau: 1 1 1 1 = + + . + Ltd L1 L2 Ln − Năng lượng nạp vào cuộn dây: Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra năng lượng tích trữ dưới dạng từ trường: 1 2 W= L. L : Hệ số tự cảm (H). I : Cường độ dòng điện (A). * Đặc tính cuộn cảm với dòng AC Điện áp trên phần tử điện cảm bằng tốc độ biến thiên theo từ thông: dψ (t ) u (t ) = = −e L (t ) dt Trong đó eL(t) là sức điện động cảm ứng do từ thông biến đổi theo thời gian gây nên. Mặt khác: ψ (t ) = Li (t ) Trong đó: L là hệ số tự cảm của cuộn dây dψ (t ) d ( Li (t )) di (t ) Như vậy: u (t ) = = =L dt dt dt t 1 L t∫0 => i (t ) = u (t )dt + i (t 0 ) ψ (t 0 ) Trong đó i (t 0 ) = là giá trị dòng điện qua phần tử điện cảm tại thời điểm ban đầu L t0. *Hình dạng thực tế của cuộn cảm: Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 8 Bài giảng Kỹ thuật điện tử *Ứng dụng thực tế của cuộn cảm: Relay điện từ, biến áp, anten, nam châm từ … 2.3 Phần tử tụ điện * Cấu tạo của tụ điện: Về cơ bản tụ điện gồm hai bản cực kim loại đối diện nhau và phân cách ở giữa chất cách điện mà còn được gọi là chất điện môi (dielectric). Chất điện môi có thể là không khí, chất khí, giấy (tẩm), màng hữu cơ, mica, thủy tinh hoặc gốm, mỗi loại có hằng số điện môi khác nhau, khoảng nhiệt độ và độ dày khác nhau. i C Kí hiệu: C – Đơn vị Farah (F). Điện tích giữa hai bản tụ được xác + u - định: q(t) = Cu(t) *Khái niệm chung ệ Trị số điện dung C: khả năng chứa điện của tụ điện được gọi là điện dung (C). Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM Trang 9 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Đơn vị của C: Fara (F), F lớn nên trong thực tế thường dùng đơn vị nhỏ hơn µF, nF, pF 1F = 10 6 µF = 10 9 nF = 1012 pF - Theo quan điểm vật liệu: Điện dung C (Capacitor hay Condenser) của tụ điện tùy thuộc vào cấu tạo và được tính bởi công thức: S C=ε d Với: C: điện dung {F} S: diện tích của bản cực {m2}.
Chương I: Các Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
Chuyên khảo phân tích Chương i các khái niệm cơ bản, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn
Trường đại học
Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCMChuyên ngành
Kỹ thuật điện tửNgười đăng
Ẩn danhThể loại
bài giảngPhí lưu trữ
35 PointMục lục chi tiết
THÔNG TIN CHI TIẾT
Trường học: Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Đề tài: Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện Trong Kỹ Thuật Điện Tử
Loại tài liệu: bài giảng
Địa điểm: TPHCM
Trích đoạn nội dung tài liệu
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ