Chương 1: Giới thiệu về Kỹ thuật điện và điện tử
Electrical Engineering: Principles and Applications, Fifth Edition
Allan R. Hambley
1.1 Tổng quan
1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp
1.3 Công suất và năng lượng
1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện
1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff
1.6 Ví dụ áp dụng
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
1.1 Tổng quan
Cung cấp các kiến thức cơ bản về:
Hệ thống điện, mạch điện,
Các phương pháp phân tích mạch điện dc và ac,
Phương pháp khảo sát các chế độ và đáp ứng của mạch điện
Kỹ năng:
Sử dụng công cụ phần mềm Matlab
Thực hành về hệ thống điện, điện tử cơ bản.
Có thể phân tương đối thành một số các lĩnh vực con:
- Hệ thống điện tử;
- Xử lý tín hiệu;
- Hệ thống điện, điện tử công suất;
- Hệ thống điện tử và thiết bi y tế;
- Hệ thống máy tính;
- Quang tử;
- Hệ thống truyền thông;
- Trường điện từ ,...
- Hệ thống điều khiển và tự động hóa;
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Source: internet
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Một số ứng dụng điện, điện tử sử dụng trong phương tiện
giao thông (xe ô tô, xe tải)
Hỗ trợ lái xe an toàn:
Các tiện ích, liên lạc,
giải trí:
Kiểm soát hoạt động,
sử dụng nhiên liệu hiệu
quả
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Phanh chống trượt: Antiskid brakes (ABS)
Túi khí
Cảnh báo va chạm, tránh va chạm
Xác định vật thể trong vùng mù (blind-zone)
Quan sát đêm
Hiển thị thông tin Head-up display (HUD)
Tự động thông báo tai nạn
…
Định vị
Điều khiển ghế ngồi, gương, radio
Khóa của tự động, nâng/hạ kính
…
Cảm biến, kiểm soát nhiên liệu
Hệ thống đánh lửa tự động
Kiểm soát áp suất lốp
Tùy biến hoạt động, kế hoạch bảo dưỡng
…
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Safety Features
Source: internet
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Communication and entertainments
Source: internet
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Convenience
Source: internet
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Fuel injection
Source: internet
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Electrical cars
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
1.1 Tổng quan
1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp
1.3 Công suất và năng lượng
1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện
1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff
1.6 Ví dụ
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Mạch điện đơn giản điều khiển các đèn pha ô tô
Công tắc
Nguồn ắc quy
Dây dẫn
Đèn pha
Sơ đồ tương đương
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Mạch điện
Mô hình toán học để đơn giản hóa các thiết bị điện
Ví dụ một mạch điện bao gồm các phần tử: nguồn điện áp, điện trở, tụ điện, cuộn cảm,
nối thành mạch kín bằng dây dẫn
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Dòng điện
•Dòng điện: dòng dịch chuyển có hướng của các hạt điện tích
•Chiều dòng điện: chiều dịch chuyển của các điện tích dương
(ngược chiều dịch chuyển của các điện tích âm)
•Đơn vị đo: Ampere (A); Coulomb/giây (C/s)
e = -1.602 E-19 C
e
Dòng điện qua dây dẫn
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Cường độ dòng điện theo
chiều ab tại thời điểm t
Điện tích chạy qua phần
tử điện từ t0 đến t
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
14
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
4
400
2
200
1 ms = 10E-3 s
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
16
Dòng một chiều và dòng xoay chiều
•Dòng một chiều: dc - direct curent
•Dòng xoay chiều: ac - alternating current
i(A)
i(A)
t(s)
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
t(s)
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
17
Điện áp
•Đơn vị: Vol (V); Joules/Coulomb (J/C)
•Điện áp một chiều, điện áp xoay chiều
vab > 0, iab > 0
vab < 0, iab < 0
iab = - iba
vab = -vba
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
1.1 Tổng quan
1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp
1.3 Công suất và năng lượng
1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện
1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff
1.6 Ví dụ
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Công suất
Đơn vị: Watt (W); V.A; J/s…
i : độ lớn của của dòng điện tích
v: năng lượng truyền một đơn vị
điện tích qua hai điểm đang xét
Năng lượng truyền qua
một phần tử mạch điện
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
21
Năng lượng
Đơn vị: Ws (kWh)
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
22
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Tính công suất & năng lượng tiêu thụ
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
26
1.1 Tổng quan
1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp
1.3 Công suất và năng lượng
1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện
1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff
1.6 Ví dụ
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
27
Dây dẫn
•Biển diễn trên sơ đồ mạch
•Dây dẫn lý tưởng
•Ngắn mạch (short circuit)
•Hở mạch (open circuit)
Thực tế:
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Vật liệu
Đơn vị (Ω.m)
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure 1.39 A circuit consisting of a voltage source
and a resistance.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Nguồn thế
+
~
-
Nguồn điện áp dc
Nguồn điện áp ac
Nguồn thế độc lập
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Chập mạch
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Nguồn thế phụ thuộc (nguồn thế điều khiển)
Nguồn thế điều khiển bằng điện áp
Nguồn thế điều khiển bằng dòng điện
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Nguồn dòng
Nguồn dòng độc lập
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Nguồn dòng phụ thuộc (nguồn dòng điều khiển)
Nguồn dòng điều khiển bằng điện áp
Nguồn dòng điều khiển bằng dòng điện
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
34
Các phần tử trở kháng
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
1.1 Tổng quan
1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp
1.3 Công suất và năng lượng
1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện
1.5 Các định luật trong mạch điện
1.6 Ví dụ
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
36
Định luật Ohm
Đặc trưng dòng điện - điện áp
của điện trở (đặc trưng i-v)
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure 1.37 We construct resistors by attaching terminals to a piece of conductive
material.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure 1.38 Resistors often take the form of a long cylinder (or bar) in which
current enters one end and flows along the length.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Điện trở suất của một số vật liệu tại 300K
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
40
Tiền tố sử dụng biểu diễn các đại lượng lớn/nhỏ
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
𝑑𝑅/𝑅
𝐺=
𝑑𝑙/𝑙
Kim loại G ~ 2
Bán dẫn: ~200
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
42
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Định luật Kirchhoff theo dòng điện
Kirchhoff`s current law (KCL)
Nút điện áp (node): một điểm trong mạch mà có nhiều phần
tử mạch điện kết nối tại đó.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
43
44
“Tổng của các dòng điện đi vào một nút điện áp bằng tổng các
dòng điện đi ra khỏi nút mạch đó ".
Hoặc,
"Tổng các dòng điện đi vào một nút điện áp bằng không", khi đó:
các dòng điện đi vào nút mạch có giá trị dương
các dòng điện đi ra khỏi nút mạch có giá trị âm.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
45
Hoặc
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
46
Ví dụ:
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
47
Mạch nối tiếp
Nút 1: ia = ib
Nut 2: ib = ic
Các phần tử A, B và C mắc nối tiếp
Trong mạch các phần tử điện mắc nối tiếp thì dòng điện chạy
qua mỗi phần tử như nhau.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
48
???
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Định luật Kirchhoff theo điện áp
Kirchhoff`s voltage law (KVL)
Vòng mạch (loop) trong mạch điện là một quỹ đạo đóng bắt
đầu từ một nút, đi qua các phần tử mạch điện liên tiếp nhau,
rồi trở về nút ban đầu.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
49
50
“Tổng của các điện thế trên các phần tử của mạch điện
trong một vòng mạch bằng không”.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
vb = va + vc.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
52
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
53
Sử dụng KVL xác định các điện áp vd và ve
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
.
Mạch song song
54
Hai phần tử mạch điện gọi là song song với nhau, nếu hai đầu
tương ứng của chúng nối với nhau theo từng cặp.
trong mạch các phần tử điện mắc song song thì điện áp trên
hai đầu mỗi phần tử giống nhau
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
55
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
56
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
57
Định lý Tellegen
Tổng công suất tiêu thụ bởi tất cả các nhánh trong mạch bằng
không, hay là:
Tổng công suất phát ra bởi các nguồn trong mạch bằng tổng
công suất tiêu thụ trong mạch.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Arbitrary References: The boxes represent unspecified circuit elements.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Arbitrary References
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
60
1.1 Tổng quan
1.2 Mạch điện, dòng điện và điện áp
1.3 Công suất và năng lượng
1.4 Giới thiệu về các phần tử mạch điện
1.5 Các định luật trong mạch điện: ĐL Ohm, các ĐL Kirchhoff
1.6 Ví dụ
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Tìm vc, ve
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure 1.41 Circuit for Example 1.7.
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Phân tích mạch điện, tìm các giá trị i1, i2, v2.
Tính công suất của mỗi phần tử
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.10
v = -10V and iba = 3 A
vba?
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.25
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.27
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.28
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.32
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.36
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.37
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.38
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.41
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.42
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.44
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.45
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.61
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.61 (continued)
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.63
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.64
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.65
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.66
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.67
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.68
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.69
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.70
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.71
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.72
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.73
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.74
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.77
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.78
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.79
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure P1.80
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Table 1.1 (continued)
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure T1.2
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure T1.3
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure T1.4
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống
Figure T1.5
Trường Đại học Công nghệ
Đại học Quốc gia Hà Nội
Bộ môn Vi cơ điện tử và vi hệ thống