Giáo Trình Lý Thuyết Mạch điện: Phần 1

Trang chủ Tìm kiếm Trang chủ Tìm kiếm Giáo trình Lý thuyết mạch điện: Phần 1 pdf 174 2 MB 11 247 4.8 ( 10 lượt) Xem tài liệu Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu Tải về Đang chuẩn bị: 60 Bắt đầu tải xuống Đang xem trước 10 trên tổng 174 trang, để tải xuống xem đầy đủ hãy nhấn vào bên trên Chủ đề liên quan Ebook Lý thuyết mạch điện Mạch điện tuyến tính Mạng 4 cực tuyến tính tương hỗ Mạng 4 cực không tương hỗ Mạng 4 cực đối xứng Sơ đồ tương đương mạng 4 cực không tương hỗ

Nội dung

TS . LÊ MẠNH VIỆT LÝ THUYẾT MẠCH ðIỆN (DÙNG CHO CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT THÔNG TIN VÀ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG) NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ NỘI – 2008 LỜI NÓI ðẦU Giáo trình Lý thuyết – Mạch ñiện tuyến tính ñược viết trên cơ sở nội dung môn học cùng tên ngành Thông tin – Viễn thông của Khoa ðiện – ðiện tử, trường ðại học Giao thông Vận tải ñã ñược Hội ñồng ngành thông qua. Nội dung giáo trình gồm 8 chương và phần phụ lục, bao quát hết các kiến thức cơ bản về phân tích và tổng hợp mạch ñiện tuyến tính, tương hỗ và không tương hỗ. Mặc dù không có phần bài tập, nhưng trong các chương rất nhiều ví dụ minh hoạ về tính toán, phân tích, tổng hợp, ứng dụng lý thuyết. Ngày nay công nghệ ñiện tử, viễn thông, tin học phát triển rất mạnh theo phương pháp số và một trong nền tảng của chúng chính là lý luận về mạch tuyến tính. ðiều này là cơ sở cho việc cải cách môn học lý thuyết mạch ñáp ứng ñược khoa học kỹ thuất hiện ñại. Với một số kinh nghiệm ñào tạo sinh viên các ngành ñiện – ñiện tử của trường cùng chuyên ngành viễn thông, hội ñồng ngành ñã giành nhiều quan tâm nghiên cứu, cải tiến bổ sung cho nội dung môn học này. Trong giáo trình ngoài những nghiên cứu, nhìn nhận riêng của tác giả còn có nhiều phần sử dụng tài liệu, tham khảo là các ấn phẩm chuyên ngành rất tốt và sâu sắc của các ñồng nghiệp trong và ngoài nước Với lần biên soạn và xuất bản ñầu tiên 11/2001 và sau nhiều khoá giảng dạy cho sinh viên viễn thông, thông tin của trường ñại học GTVT, tác giả ñã biên soạn, hiệu chỉnh lại cho hoàn thiện và thích ứng với việc học tập của sinh viên theo hướng tự nghiên cứu cũng như chuẩn bị cho việc học tập theo tín chỉ trong tương lai gần. Tuy vậy, chắc còn nhiều thiếu sót, tác giả mong ñược sự góp ý của mọi ñộc giả. Mọi góp ý xin chuyển về Hội ñồng ngành Vô tuyến ñiện và Thông tin liên lạc – Viễn thông hoặc Bộ môn Kỹ thuật ðiện – Khoa ðiện – ðiện tử, trường ñại học Giao thông Vận tải. Tháng 10 – 2007 Tác giả Lt – M® • 3 Lý thuyÕt m¹ch ®iÖn * Thông tin về tác giả . .Họ và tên : Lê Mạnh Việt . Năm sinh ; 1949 . Cơ quan công tác : Bộ môn Trang bị ñiện.Khoa ðiện -ñiện tử . ðại học Giao thông Vận tải (1971-hiện nay ) . Email : bmtbd@uct.edu.vn 4 • Lt – M® * Phạm vi và ñối tượng sử dụng giáo trình . 1/Giáo trình có thể dùng tham khảo cho các ngành : -Kỹ thuật ñiện . - Kỹ thuật ñiện-ñiện tử . - Kỹ thuật tự ñộng hoá . 2/ Giáo trình có thể dùng cho các trường : -ðại học Bách khoa . -ðại học Quốc gia . -ðại học ðiện lục … . -Các trường Cao ñẳng có các ngành ðiện-ðiện tử . 3/ Yêu cầu kiến thức trước khi học hoặc ñọc tham kháo giáo trình này : - ðại số . - Giải tích . - Toán chuyên ñề Hàm phức . - Vât lý . * Tra cứu theo từ khoá . B. C. Biến ñổi tương ñương mạch ñiện Biểu diễn hàm mạch Biến nhánh, phương trình dòng ñiện nhánh Biến dòng ñiện vòng, phương trình dòng ñiện vòng Biến ñỉnh, hệ phương trình ñiện thế nút Biến áp cây, phương trình vết cắt Các ma trận tôpô mạch Các ñiều kiện ñầu và các luật ñóng mở Các thông số trạng thái và biến trạng thái Các phương trình ñặc trưng mạng 4 cực Các thông số sóng Cân bằng công suất trong mạch ñiều hoà Các thông số tác ñộng và thụ ñộng của mạch ñiện Các hệ phương trình mạng 4 cực không tương hỗ Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 1 . Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 2 . Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 3 . Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 4 . Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 5 . Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 6 . Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 7 . Câu hỏi ôn tập,kiểm tra ñánh giá chương 8 . 26 122 51 55 60 65 38 42 46 107 128 103 9 154 34 105 153 184 221 238 248 294 Lt – M® • 5 Lý thuyÕt m¹ch ®iÖn D ðiều kiện dải thông của mạch lọc và tần số cắt ðồ thị Bode ðịnhlý Têvêmin và Noóc – tông ðồ thị Bode cho các phân tử hàm mạch ðịnhlý Têvêmin và Noóc – tông 187 223 100 224 100 G. Ghép nối các mạng 4 cực Giratơ và NIC 114 166 H. Hai ñịnh luật Kiếchoof K. Khái niệm mạng 4 cực tuyến tính Khái niệm về mạch và phần tử phi tuyến Khái niệm phân tích mạch ñiện không tương hỗ Khuếch ñại thuật toán (KðTT) 106 28 239 175 Kỹ thuật tính toán trong mạch ñiện tử 234 Khái niệm về ñặc tính tần số của nhánh thuần kháng 190 Lọc loại m 205 Lọc không ñối xứng 215 L. M. Mạch sửa biên ñộ 29 217 Mạch lọc loại K Mạng 4 cực ñối xứng Mạng 4 cực có tải Một số mạng 4 cực chức năng 196 119 123 141 Q. Quan hệ tuyến tính 102 P. Phân tích mạng 4 cực ñặc biệt và thông dụng Phân tích mạch ñiện bằng phương trình trạng thái Phân tích mạch ñiện bằng phương pháp toán tử Phương pháp tích phân kinh ñiển phân tích mạch ñiện tuyến tính 139 47 67 82 6 • Lt – M® Phân tích mạch ñiện bằng phương pháp tần số Phương pháp xếp chồng với mạch tuyến tính Phân tích mạng 4 cực tương hỗ theo các hàm truyền ñạt Phụ chương: Một số hệ thức lượng giác hà hypécbôlíc 86 94 144 152 Phân tích mạng 4 cực không tương hỗ Phương pháp ñiện thế nút phân tích mạch không tương hỗ Phân tích mạch ñiện tuyến tính tương hỗ có hỗ cảm Phân tích mạch ñiện không tương hỗ và có hỗ cảm Phụ lục 1: Lập và giải hệ phương trình trạng thái bằng máy tính Phụ lục 2: Bài tập lớn phân tích mạch ñiện tuyến tính 159 239 244 246 298 301 S. Sơ ñồ tương ñương mạng 4 cực không tương hỗ Số phức biểu diễn các biến ñiều hoà và phần tử Sơ ñồ tương ñương của 4 cực tuyến tính thụ ñộng, tương hỗ Sơ ñồ lọc và các trở kháng ñặc tính 157 21 136 186 T. Tính chất ñối ngẫu của mạch ñiện 104 V. Tính chất bài toán tổng hợp Tổng hợp mạng 2 cực với hàm trở kháng Z(p) tổng quát Tổng hợp mạng 2 cực theo phương pháp Foster Tổng hợp mạng 2 cực bằng phương pháp Cauer Tổng hợp mạng 2 cực theo phương pháp Brune Tổng hợp hàm truyền ñạt của mạng 4 cực Tổng hợp mạng 4 cực hình T loại RC và RC Tổng hợp mạng 4 cực dựa trên cơ sở tách dần thành các mạng 4 cực ñơn giản Thực hiện hàm truyền ñạt của mạng 4 cực có pha cực tiểu, tải chuẩn của mạng 4 cực Thực hiện hàm truyền ñạt của mạng 4 cực bằng tách thành các mạng 4 cực có dẫn nạo bổ sung 248 252 257 268 274 278 285 Tổng quát về cách giải hệ phương trình vi phân của mạch Tính chất tương hỗ trong mạch ñiện Tranzito 66 97 170 Véc tơ quay biểu diễn các thông số ñiều hoà X. Xác ñịnh các thông số mạng 4 cực bằng thực nghiệm Xây dựng ñồ thị Bode cho hàm mạch phức tạp 287 289 291 18 151 230 Lt – M® • 7 Lý thuyÕt m¹ch ®iÖn CHƯƠNG I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ðIỆN 1.1. CÁC THÔNG SỐ TÁC ðỘNG VÀ THỤ ðỘNG CỦA MẠCH ðIỆN 1.1.1. Khái niệm về mạch ñiện tín hiệu Mạch ñiện là mô hình hệ thống tạo ra biến ñổi tín hiệu ñiện từ. Các hệ thống ñiện từ – ñiện tử rất phong phú ña dạng về mọi phương diện và có những chức năng khác nhau. Mô hình mạch ñiện ñược xây dựng nhằm phục vụ các yêu cầu phân tích, tính toán và tổng hợp các hệ thống ñó. Mô hình các mạch ñiện mang cả tính chất toán học (dạng tô pô) và vật lý, sao cho từng phân tử của mạch với kết cấu của nó xác ñịnh ñược hệ phương trình vi tích phân hoặc ñại số hay toán tử thể hiện ñặc ñiểm của hệ thống mà nó biểu diễn. Tín hiệu ñiện từ và các quá trình biến ñổi của nó rất phức tạp, ñể biểu diễn ñược trong mô hình mạch phải chứa ñựng ñủ các phần tử ñặc trưng ñược hiện tượng ấy. Nhiệm vụ của môn học lý thuyết mạch là tìm cách biểu diễn các quá trình biến ñổi tín hiệu ñiện từ xảy ra trong hệ thống, ñồng thời xây dựng các phương pháp phân tích và tính toán chúng. Ngoài ra còn có các bài toán từ yêu các của nghiệm tín hiệu cần xác ñịnh các mạch ñiện thực hiện nó, ñó là bài toán tổng hợp. Trong các hệ thống kỹ thuật ñiện tử – viễn thông với các thành tựu mới về vật liệu, công nghệ chế tạo ñã tạo ra rất nhiều phần tử vừa phong phú vừa chính xác. Tuy vậy không ít các quá trình xảy ra trên các phần tử của hệ thống mà mô tả toán học của chúng còn chưa ñầy ñủ hoặc khó khăn. Các phần tử ñó là phi tuyến hoặc thông số. Trong ñiều kiện nhất ñịnh và khuôn khổ của giáo trình này các phần tử phi tuyến sẽ ñược gần ñúng và tuyến tính hoá. Mạch ñiện như ñã ñề cập ở trên là mô hình cụ thể là tập hợp của các phần tử ñặc trưng các quá trình biến ñổi tín hiệu và ghép nối chúng. Trong kỹ thuật nói chung còn có khái niệm sơ ñồ: như sơ ñồ thiết bị, sơ ñồ chức năng, sơ ñồ nguyên lý. Mạch ñiện có thể coi là sơ ñồ mạch ñiện nó khác với các loại sơ ñồ ở tính mô hình của mình (mô hình vật lý – toán) ñã trình bày ở trên. Tín hiệu ñiện từ – ñiện tử thường ñược ño bởi các ñại lượng vật lý sau ñây: dòng ñiện i(t), ñiện áp u(t), sức ñiện ñộng e(t), từ thông ψ(t), ñiện tích q(t). Một loại tín hiệu có thể diễn tả bởi các hàm số toán học khác nhau: tín hiệu liên tục, tín hiệu gián ñoạn và tín hiệu số. Tín hiệu không ñổi hay một chiều là trường hợp riêng của tín hiệu biến thiên. Tổng quát khi phân tích mạch ñiện ta sử dụng tín hiệu biến thiên. Một tín hiệu ñặc biệt – ñiều hoà ñược quan tâm rất nhiều với lý do ñơn giản là: Tập hợp các tín hiệu ñiều hoà theo cách nào ñó ñủ diễn tả bất cứ tín hiệu bất kỳ nào. ðiều này ñược thể hiện trong phép biến ñổi và biểu diễn hàm – chuối Furiê của một hàm thời gian bất kỳ. Trên hình 1.1 là các loại tín hiệu. 8 • Lt – M® Hình 1.1. a) Tín hiệu không ñổi; b) Tín hiệu biến thiên; c) Tín hiệu một chiều (biến thiên); d) Tín hiệu ñiều hoà; e) Tín hiệu gián ñoạn. Một hàm chu kỳ T có thể biểu diễn bởi chuỗi Furiê: +∞ x(t ) = ∑ Ak sin( Kω + ϕ K ) (1.1a) 0 1 T với: ω = 2πf = 2π hoặc: x(t ) = ∑ S K sin Kωt + ∑ C K cos Kωt +∞ +∞ 0 0 (1.1b) trong ñó: AK, SK, CK là các hệ số. Từ công thức (1.1) trên làm cơ sở cho việc khái quát vấn ñề phân tích hệ thống tín hiệu dựa vào tần số. Ý tưởng là ở một tần số phân tích ñược thì với công thức (1.1) nếu hệ thống tuyến tính có thể tìm ñược kết quả phân tích ở mọi tín hiệu dạng bất kỳ. Hơn thế nữa ñó là nền tảng cho việc phân tích hệ thống theo phổ – tần số và một số phương pháp khác (ñơn giản nhất là phương pháp số phức tượng trưng). Trong khi xử lý toán học các tín hiệu, trong các hệ thống ñiện tử viễn thông còn gặp các phép toán vi tích phân. Với khái niệm toán học về toán tử vi phân và tích phân, d 1 là phép toán tử p và phép ∫ dt là phép toán tử , ñối với hai ta có thể thay phép dt p loại biến thời gian t và biến toán tử: x(t) và X(p) f(t) và F(p) …. ñể dễ dàng diễn tả mạch ñiện. Hơn thế nữa ñó cũng là một phần nội dung của phương pháp toán tử phân tích mạch ñiện. Mô hình một quá trình biến ñổi tín hiệu ñiển hình ñược vẽ ở hình 1.2. Lt – M® • 9 Lý thuyÕt m¹ch ®iÖn Hình 1.2. Hệ thống viễn thông ñiển hình. Quá trình biến ñổi tín hiệu ñiện từ ñiển hình của một hệ thống viễn thông gồm nhiều quá trình. Trong mỗi quá trình có thể thực hiện việc biến ñổi tín hiệu qua hai loại tương tự và tín hiệu số. Trong ñời sống và kỹ thuật chúng ta quen thuộc nhiều với tín hiệu tương tự cũng như tín hiệu phổ biến là tương tự, cho nên một quá trình biến ñổi ñể ñạt ñược chất lượng cao và chính xác thường gặp quy trình biến ñổi qua lại như hình 1.3. Hình 1.3. Các hệ thống biến ñổi A/D và D/A. Ngày nay các mạch số biểu diễn các thiết bị số ñang ñược ứng dụng rất rộng rãi và nhiều tính ưu việt của nó. Một trong những ưu ñiểm lớn nhất là tính dễ xử lý, lưu trữ, ñộ phân giải cao, ñiều khiển bằng vi xử lý và máy tính. ðể có tín hiệu số cần có các thiết bị biến ñổi từ tín hiệu tương tự (analog) sang tín hiệu số (digital), và khi cần thiết lại cần các bộ biến ñổi ngược lại: từ tín hiệu số ra tín hiệu tương tự. Trên hình 1.3 ñó là các bộ A/D và D/A. Trở lại mạch ñiện của chúng ta với các phần tử tích cực và thụ ñộng. 1.1.2. Các phần tử tác ñộng (tích cực) của mạch ñiện Bất cứ một thiết bị linh kiện nào tạo ra dòng ñiện i(t) và ñiện áp u(t) ñều ñược coi là phần tử tác ñộng hay tích cực. ðể dễ phân biệt với các phần tử khác cũng có dòng ñiện và ñiện áp trên nó, ở ñây ta ñịnh nghĩa hai nguồn tương ứng là dòng ñiện J(t) và nguồn sức ñiện ñộng e(t). Do tính chất của các hạt ñiện tích so với chiều của ñiện áp nên bao giờ ta cũng xác ñịnh ñược: chiều dòng i(t) cũng là chiều nguồn dòng J(t) còn chiều sức ñiện ñộng e(t) là ngược lại với chiều ñiện áp u(t). 10 • Lt – M® Trên hình 1.4 ký hiệu 2 loại nguồn ñó. Hình 1.4. Các nguồn sức ñiện ñộng a) và dòng ñiện b). Chú ý: Một nguồn sức ñiện ñộng chuẩn (phù hợp với thực tế) luôn luôn có phần tử thụ ñộng (như ñiện trở, ñiện cảm, ñiện dung hoặc hỗn hợp chúng) nối nối tiếp. Tương tự như vậy nguồn dòng ñiện chuẩn phải có các phần tử thụ ñộng nối song song. Trong kỹ thuật nhiều khi chỉ vì gần ñúng mà ta lý tưởng các nguồn sức ñiện ñộng không có phần tử thụ ñộng nguồn (khi nó có giá trị rất nhỏ so với các phần tử mạch ngoài khác). Tương tự như vậy nguồn dòng ñiện lý tưởng cũng không có các phần tử thụ ñộng nguồn nối song song (xem hình 1.4b’ và a’). Chú ý thêm một ñiều không phải cứ lý tưởng hoá là làm cho phép phân tích mạch ñiện ñơn giản hơn và trong nhiều trường hợp nó có thể làm phức tạp các phân tích và lập luận. 1.1.3. Công suất tức thời và trung bình ðể nhận biết một nguồn thực sự hay không cũng như tính chất của một nhánh hay của một phần tử người ta ñưa ra khái niệm về công suất tức thời p(t) và công suất trung bình Ptb. Xét một mạch (2 cực vào A, B) hay một nhánh (có 2 ñầu A và B) như hình 1.5. Ở ñây chiều dòng ñiện và ñiện áp ñược quy ước là cùng chiều (chiều dương): u (t ) = u AB (t ) = ϕ A (t ) − ϕ B (t ) Hình 1.5. Chiều dòng áp cho một nhánh và mạch. i(t) = iAB(t) (dòng ñi từ A ñến B) Với qui ñịnh như vậy, công suất tức thời của nhánh hay mạch ñược tính theo công thức sau với thứ nguyên là Woát. P (t ) = u (t ).i (t ) (1.2) Ta ñịnh nghĩa: Nếu công suất tức thời P(t) tại thời ñiểm ñó dương thì mạch là phần tử thụ ñộng hay tiêu thụ công suất, còn ngược lại P(t) âm thì ñó là phần tử tích cực hay tác ñộng. P(t) > 0 → Phần tử thụ ñộng P(t) < 0 → Phần tử nguồn. Như vậy nếu: P(t) = 0 là gianh giới giữa 2 phần tử trên. Tuy vậy thực tế lại gặp các phần tử tại các thời ñiểm khác nhau có công suất tức thời khác nhau làm cho các Lt – M® • 11 This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Tìm kiếm

Chủ đề

Đơn xin việc Mẫu sơ yếu lý lịch Trắc nghiệm Sinh 12 Đồ án tốt nghiệp Hóa học 11 Đề thi mẫu TOEIC Lý thuyết Dow Giải phẫu sinh lý Thực hành Excel Bài tiểu luận mẫu Atlat Địa lí Việt Nam Tài chính hành vi adblock ​ Bạn đang sử dụng trình chặn quảng cáo?

Nếu không có thu nhập từ quảng cáo, chúng tôi không thể tiếp tục tài trợ cho việc tạo nội dung cho bạn.

Tôi hiểu và đã tắt chặn quảng cáo cho trang web này