VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG - iop.vast.ac.vnnvthanh/cours/votuyendien/CH2 Cac thanh... · VÔ TUYẾN ĐIỆN ... Điện trở hồi tiếp 5. Tụ điện 6. Mạch RC 7.

VÔ TUYẾN ĐIỆN

ĐẠI CƯƠNG

TS. Ngô Văn Thanh

Viện Vật Lý

Hà Nội - 2016

Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 2

Tài liệu tham khảo

[1] David B. Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999).

[2] Dennis L. Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011).

[3] Jon B. Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009).

[4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT

[5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT

[6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT

Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/votuyendien/

Email : [email protected]


CHƯƠNG 2. CÁC THÀNH PHẦN

1. Điện trở

2. Bộ nguồn

3. Bộ chia

4. Điện trở hồi tiếp

5. Tụ điện

6. Mạch RC

7. Đi ốt

8. Cuộn cảm

9. Mạch điện RL


1. Điện trở

Resistor Định luật Ohm

• Đơn vị đo : ohm () = Volt/ampere (V/A)

• Mạch nối tiếp (định luật Kirchhoff)

Độ dẫn điện

Đơn vị đo : siemens (S)

• Mạch song song

Công suất tiêu thụ

Tín hiệu hình sine, công suất trung bình :


1. Điện trở

Bảng màu trị số của điện trở

• Dung sai : màu nhũ vàng = 5%; màu nhũ bạc = 10%

• Vạch 1 và 2 là 2 số đầu, vạch 3 là hệ số nhân

• Ví dụ :

đỏ - tím - nâu – nhũ vàng = 27 × 10 = 270 () 10%

Cam – trắng – vàng – nhũ bạc = ???

Màu Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Xanh

dương

Xanh

lam

Tím Xám Trắng

Trị số 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Hệ số 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109


2. Bộ nguồn

Source Cung cấp công suất cho mạch điện : pin, ắc quy, điện lưới…

Độ suy hao điện áp phụ thuộc vào điện trở nội Rs

Mạch tương đương Thevenin

Mạch nối tiếp gồm

• nguồn điện áp lý tưởng V0

• điện trở nội Rs

Mạch hở :

• không có thành phần ngoài

Mạch tương đương Norton

Mạch song song gồm

• nguồn dòng điện lý tưởng Is

• vật dẫn Gs

Thuộc loại đoản mạch

(còn gọi là mạch chập)

Biểu thức liên hệ :

AC DC

Gs V

+

-

Is

I

Rs

V0

V

+

-

I


2. Bộ nguồn

Xét mạch điện Thevenin nối với nguồn điện áp lý tưởng

Định luật Kirchhoff

Mạch điện này thường gặp trong các bộ sạc pin

V : là điện áp của pin

V0 : là điện áp cung cấp từ bộ sạc

Ví dụ : V =12 (volt)

• Điện áp sạc khi pin đói : V0 =13.8 V

• Điện áp sạc khi pin đầy (mạch hở) : V0 =12.8 V

Rs

V0

V

I


3. Bộ chia

Dividers

Xét mạch điện có nguồn Thevenin

Điện áp ra

Theo định luật Kirchhoff cho điện áp vào

Suy ra phương trình

Mạch điện này được gọi là bộ chia áp

Xét mạch chia dòng

Dòng điện tải

Theo định luật Kirchhoff

Suy ra hệ thức

Rs

V0

Rl

I

Gs

V

+

-

Is

I

Gl

Rs

V0

Rl

I

+

-V



Look-Back Resistance

Mục đích: tìm mạch tương đương cho nguồn điện

Xác định các thành phần của mạch tương đương Thevenin

• Điện áp mạch hở V0, dòng đoản mạch Is và điện trở nội Rs.

Độ dốc của đồ thị điện áp – dòng điện là không thay đổi

Điện trở hồi tiếp: là điện trở nội khi tắt nguồn.



Xét mạch chia điện áp tương đương với mạch Thevenin

Điện trở hồi tiếp

Dòng đoản mạch

Suy ra điện trở hồi tiếp

R1

R2

I

+

-V0

IsV

R1

R1

V

R2

I

+

-V0

R1

V

R2

I

+

-V0


5. Tụ điện

Capacitors Định luật Gauss của điện trường

Đơn vị đo : Farads (F)

Q : điện tích phụ thuộc vào thời gian

Mạch song song

Mạch nối tiếp

V C

+

-

I

VC1

+

-

I1

C2

I2

C3

I3

C1 C2 C3

V1 V2 V3I + - + - + -


5. Tụ điện

Mạch chia áp điện dung

Điện áp đầu ra

Điện áp đầu vào

Chia vế theo vế hai phương trình, ta có

Điện dung C1 càng lớn thì điện áp ra càng lớn.

Vi

I

+

-V

C1

C2


5. Tụ điện

Năng lượng tích trữ trong tụ điện

Xét tụ điện không có điện tích

Tại thời điểm t = 0, bắt đầu nạp điện cho tụ

Công suất tiêu thụ của tụ điện là

Năng lượng tích trữ

Từ biểu thức

Thay vào biểu thức năng lượng, ta thu được

Đổi biến lấy tích phân


6. Mạch RC

Xét mạch điện Điện trở nối với tụ điện đã được nạp đầy

Dòng điện

• Dấu trừ diễn tả dòng điện đi ra khỏi tụ

Viết lại biểu thức trên dưới dạng phương trình vi phân

• Đại lượng RC có thứ nguyên thời gian, ta gọi là hằng số thời gian và ký hiệu

• Nghiệm của phương trình vi phân có dạng

• Vi là điện áp ban đầu

• Thời điểm để điện áp giảm đi một nửa

• Nếu đo được t2 thì ta dễ dàng tính được .

C R

I

V

-

+


6. Mạch RC

Mạch RC Mạch RC nối với nguồn điện V0

Áp dụng định luật Kirchhoft

• VC và VR : điện áp 2 đầu tụ điện và điện trở

Dòng điện trong mạch

Điện áp V0 là không đổi, lấy đạo hàm 2 vế :

Thay vào phương trình cho dòng điện, suy ra

Nghiệm của phương trình vi phân

R

C

I

V0 VRVC

++

-

-


7. Đi ốt

Diode Cho phép dòng điện dễ dàng chạy theo một chiều xác định

Dòng điện qua diode biến thiên không tuyến tính

Khi điện áp , diode cho dòng điện chạy qua

Khi điện áp lớn hơn điện áp ngưỡng : dòng điện tăng nhanh.

V < 0 : không có dòng điện chạy qua

V < điện áp đánh thủng : dòng điện lại tăng vọt lên.

làm cho diode bị hỏng.

Diode giống như thiết bị tự chuyển mạch

Khi V và I dương : mạch được mở

Ngược lại : mạch bị đóng

Ký hiệu

Thường bắt đầu bằng chữ “1N”.

• Ví dụ : 1N4148

Bắt đầu bằng chữ “2N” : Transistor

hay còn gọi là bóng bán dẫn.

I + -

Anode Cathode

Điện áp

đánh thủng

Điện áp

ngưỡng

Vùng dẫn Vùng cấm


7. Đi ốt

Diode

Mạch nắn

Chuyển nguồn điện xoay chiều thành một chiều.

Mạch đơn giản sử dụng 1 diode

Mạch nắn cầu sử dụng 4 diode

AC Tải

AC

Tải


7. Đi ốt

Diode

Diode Schottki

Có điện áp thuận thấp (0.2 V)

Làm giảm công suất tiêu thụ khi có dòng lớn

Sử dụng để bảo vệ mạch điện khi bị ngược nguồn

Diode Zener

Sử dụng để điều hòa điện (ổn áp)

Làm việc ở vùng ngưỡng điện áp đánh thủng

Bảo vệ các linh kiện bán dẫn như transistor…

Máy

thu

phát


8. Cuộn cảm

Inductor Ký hiệu : L

Đơn vị đo : H (henries)

Điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của dòng điện

Độ tự cảm (định luật Faraday)

Mạch nối tiếp

Mạch song song

VI + -L

V1

I + -L1

V2

I + -L2

V3

I + -L3

VI1 + -L1

I2 L2

I3 L3


8. Cuộn cảm


Công suất tiêu thụ

Khi dòng điện lớn, cuộn cảm bị nóng lên.


Từ công thức

Ta viết lại năng lượng

Đổi biến tích phân, ta có

• Năng lượng tích trữ trong cuộn cảm tỷ lệ với bình phương dòng điện

• Có thể giải phóng năng lượng lớn trong thời gian ngắn



Các mạch điện RL

Xét mạch kín RL

L : giải phóng năng lượng

R : tỏa nhiệt

Dòng điện giảm nhanh theo thời gian

Điện thế V

suy ra phương trình vi phân bậc nhất

Đặt là hằng số thời gian

Nghiệm của phương trình vi phân:

VI

+-

L

R



Xét mạch có nguồn dòng điện không đổi

Dòng toàn phần:

Điện thế

Is : không đổi, ta có

suy ra

• Dòng điện ban đầu qua cuộn cảm :

• Dòng điện ban đầu qua điện trở :

• Dòng điện qua cuộn cảm tăng theo hàm e mũ

• Dòng điện qua điện trở giảm theo hàm e mũ

• Cả 2 dòng điện đều biến thiên với cùng một

hằng số thời gian (L/R)

VIL

+-

L

R

Is

IR

VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG - iop.vast.ac.vnnvthanh/cours/votuyendien/CH2 Cac thanh... · VÔ TUYẾN ĐIỆN ... Điện trở hồi tiếp 5. Tụ điện 6. Mạch RC 7.

Documents