Sách kỹ thuật điện/Mạch điện điện tử

Từ testwiki
Bước tới điều hướng Bước tới tìm kiếm

Mạch điện điện tử là một vòng khép kín của nhiều linh kiện điện tử mắc nối với nhau

Định luật mạch điện

Định luật Kirchhoff

Định luật Kirchhoff được dùng để mô tả mối quan hệ của cường độ dòng điệnđiện áp trong mạch điện. Các định luật này được Gustav Kirchhoff xây dựng vào năm 1845 bao gồm 2 định luật sau

Định luật Kirchhoff về cường độ dòng điện


Tổng giá trị đại số của dòng điện tại một nút trong một mạch điện là bằng không . Tại bất kỳ nút (ngã rẽ) nào trong một mạch điện, thì tổng cường độ dòng điện chạy đến nút phải bằng tổng cường độ dòng điện từ nút chạy đi
k=1nIk=0 . Với n là tổng số các nhánh với dòng điện chạy vào nút hay từ nút ra.
k=1nI~k=0

Định luật Kirchhoff về điện thế


Tổng giá trị điện áp dọc theo một vòng bằng không
k=1nVk=0. Với n là tổng số các điện áp được đo.
k=1nV~k=0

Thí dụ

Theo định luật 1, ta có:

i1i2i3=0

Định luật 2 áp dụng cho vòng s1:

R2i2+ϵ1R1i1=0

Định luật 2 áp dụng cho vòng s2:

R3i3ϵ2ϵ1+R2i2=0

Đến đây ta có hệ phương trình tuyến tính cho 3 ẩn số i1,i2,i3:

{i1i2i3=0R2i2+ϵ1R1i1=0R3i3ϵ2ϵ1+R2i2=0

Giả sử:

R1=100, R2=200, R3=300 (ohm); ϵ1=3, ϵ2=4 (volt)

kết quả:

{i1=11100 hay 0.90¯ mAi2=4275 hay 14.54¯ mAi3=3220 hay 13.63¯ mA

i3 mang dấu âm vì hướng của i3 ngược với hướng giả định trong hình.

Định luật hoán chuyển mạch điện

Định luật Norton

Mọi mạch điện đều có thể biểu diển bằng mạch điện tương đương của mạch điện song song của dòng điện nguồn và điên dần tổng sau

Định luật Thevenin

Mọi mạch điện đều có thể biểu diển bằng mạch điện nối tiếp của một điện thế và điện kháng như sau

Lối mắc mạch điện

Mạch điện điện tử là một vòng khép kín của nhiều linh kiện điện tử mắc nối với nhau theo 4 lối mắc mạch điện cơ bản sau mạch điện mắc nối tiếp, mạch điện mắc song song, mạch điện mắc 2 cổng và mạch điện tích hợp

Mạch điện nối tiếp

Có các linh kiện điện mắc nối kề nhau trong một vòng tròn khép kín

I=I1=I2=...=In
V=IR1+IR2+...+IRn=I(R1+R2+...+Rn)
Rt=VI=(R1+R2+...+Rn)

Mạch điện song song

Có các linh kiện điện mắc nối thẳng đứng đối diện nhau trong một vòng tròn khép kín

V=V1=V2=...=Vn
I=I1+I2+...+In=VR1+VR2+...+VRn
G=IV=1Rt=1R1+1R2+...+1Rn

Mạch điện 2 cổng

Có các linh kiện điện tử mắc nối với nhau tạo ra 2 cổng nhập và xuất

Vo=IR2=ViR1+R2R2
VoVi=R2R1+R2

Mạch điện tích hợp

Chân của Op Amp 1 Chỉnh Không
2 Chân Nhập Trừ
3 Chân Nhập Cộng
4 Chân Điện Nguồn -V
5 Không Dùng
6 Chân Xuất
7 Chân Điện Nguồn +V
8 Không Dùng

Con chíp IC 741 có khả năng khuếch đại hiệu hai điện thế nhập

Khuếch đại hiệu hai điện thế Vo=A(V2V1)
Khuếch đại điện âm Vo=AV1.V2=0
Khuếch đại điện dương Vo=AV2.V1=0
So sánh điện thế Vo=0.V2=V1
Vo=V+.V2>V1
Vo=V.V2<V1

Các mạch điện cơ bản

Mạch điện điện trở nối tiếp

Mạch điện của nhiều điện trở mắc nối kề nhau

Khi mắc nối tiếp nhiều điện trở lại với nhau, tổng của các điện trở sẻ tăng và bằng với tổng điện kháng của các Điện trở

Req=R1+R2+R3+...+Rn

Khi mắc n điện trở cùng giá trị nối tiếp với nhau, Điện Kháng sẻ tăng gấp n

Req=R1+R2+...+Rn=R+R+...+R=nR

Mạch điện điện trở song song

Khi mắc song song nhiều điện trở lại với nhau, tổng của các điện trở sẻ giảm và bằng

1Req=1R1+1R2+...+1Rn


Khi mắc n điện trở cùng giá trị song song với nhau, Điện Kháng sẻ giảm gấp n

1Req=1R1+1R2+...+1Rn=1R+1R+...+1R=1nR

Mạch điện điện trở 2 cổng

Mạch Chia Điện
i=VR2+R1
Vo=iR2=RiviR2+R1
VoVi=R2R2+R1
VoVi=R2R2+R1
Mạch T
V=V2R1R1+R3=V1R1R2+R1
V2V1=R1+R3R1R1R2+R3
V2V1=R1+R3R2+R3
Mạch π
i1=i2+i3
viR1=vivoR2+voR3
vivo=(R3R1)(R2R1R2R3)
vovi=(R3R1)(R2R1R2R3)
Mạch Nối Tiếp Song Song
REQ=(R1R2)+R3
REQ=R1R2R1+R2+R3


Hoán Chuyển
Δ - Y Hoán Chuyển
R1=RaRbRa+Rb+Rc
R2=RbRcRa+Rb+Rc
R3=RcRaRa+Rb+Rc
Y - Δ Hoán Chuyển
Ra=R1R2+R2R3+R3R1R2
Rb=R1R2+R2R3+R3R1R3
Rc=R1R2+R2R3+R3R1R1

Mạch điện RL là mạch điện điện tử có 2 linh kiện tử Điện trở R và Tụ điện L cùng với các lối mắc để tạo ra một bộ phận điện tử có khả năng thực thi một việc

Mạch điện RL nối tiếp

VL+VR=0


Ldidt+iR=0
didt+iRL=0
ddti+1Ti=0
si+1Ti=0
s=1T=α
i=Aest=Aeα
T=LR

Mạch điện bộ lọc tần số thấp LR

vovi=RR+jωL=11+jωLR=11+jωT
T=LR
ωo=1T=RL
vo(ω=0)=vi
vo(ω=ωo)=vi2
vo(ω=00)=0

Mạch điện bộ lọc tần số cao RL

vovi=jωLR+jωL=jωLR1+jωLR=jωT1+jωT
T=LR
ωo=1T=RL=2πf


vo(ω=0)=0
vo(ω=ωo)=vi2
vo(ω=0)=vi

Mạch điện RC là mạch điện điện tử có 2 linh kiện tử Điện trở R và Tụ điện C cùng với các lối mắc để tạo ra một bộ phận điện tử có khả năng thực thi một việc

Mạch điện RC nối tiếp

Ở trạng thái cân bằng, tổng mạch điện của tụ điện và điện trở bằng không

Cdv(t)dt+v(t)R=0
dv(t)dt=1Tv(t)R
dv(t)v(t)=1Tdt
dv(t)v(t)=1Tdt
Lnv(t)=1Tt+c
v(t)=e1T+c
v(t)=Ae1T
T=RC

Bộ lọc tần số thấp RC

vovi=jωCR+jωC=11+jωT
T=RC
ωo=1T
vo(ω=0)=vi
vo(ω=ωo)=12vi
vo(ω=0)=0

Bộ lọc tần số cao CR

vovi=RR+jωC=jωT1+jωT
T=RC
ωo=1T
vo(ω=0)=0
vo(ω=ωo)=12vi
vo(ω=0)=vi

Mạch điện LC là mạch điện điện tử có 2 linh kiện tử Cuộn từ L và Tụ điện C cùng với các lối mắc để tạo ra một bộ phận điện tử có khả năng thực thi một việc

Mạch điện LC nối tiếp

Ở trạng thái cân bằng
VL+VC=0
Ld2idt2+1Cidt=0
d2idt2+1LCi=0
s2=1Ti
s=1T=±j1T=±jω
i=Aest=Ae±jωt=Asinωt
ω=1T
T=LC


Ở trạng thái đồng bộ
ZL=ZC
ωo=±j1T
T=LC
VL=VC
v(θ)=Asin(ωot+2π)Asin(ωot2π)

Mạch điện RLC nôi tiếp với R≠0

Ỏ trạng thái cân bằng
VL+VC+VR=0
Ldidt+1Cidt+iR=0
d2dt2i+RLddti+1LCi=0
s2i+RLsi+1LCi=0
s2+2αs+β=0
s α,β f(t)=Aest
α α=β i=Aeαt=A(α)
α±λ α>β i=Ae(α±λ)t=A(α)eλt+A(α)eλt
α±jω α>β i=Ae(α±λ)t=A(α)sinωt
A(α)=Aeαt
ω=βα
λ=αβ
β=1LC
α=R2L
Ở trạng thái đồng bộ
Zt=ZL+ZC+ZR=R
ZC+ZL=0
ωL=1ωC
ωo=1LC=±j1LC=±j1T
T=LC
i(ω=0)=0
i(ω=ωo)=vR
i(ω=00)=0

Mạch điện LC nối tiếp với R=0

Với R=0 mạch điện RLC nối tiếp trở thành mạch điện LC nối tiếp

Ở trạng thái cân bằng
VL+VC=0
Ldidt+1Cidt=0
d2dt2i+1LCi=0
s2i+1Ti=0
s2=1T
s=1T=±j1T=±jω
i=Aest=Ae±jωt=Asinωt
ω=1T
T=LC
  • Ở trạng thái đồng bộ
ZC=ZL .
ωo=±j1T
T=LC
VC=VL
v(θ)=Asin(ωot+2π)Asin(ωot2π)

Mạch điện RC nối tiếp với L=0

Với L=0 mạch điện RLC nối tiếp trở thành mạch điện RC nối tiếp

vC+vR=0
Cdvdt+vR=0
dvdt+1RCv=0
sv+1Tv=0
s=1T=α
T=RC
v=Aest=Aeαt

Mạch điện RL nối tiếp với C=0

Với C=0 mạch điện RLC nối tiếp trở thành mạch điện RL nối tiếp


vL+vR=0
Ldidt+iR=0
didt+RLi=0
si+1Ti=0
s=1T=α
T=LR
i=Aest=Aeαt

Mạch điện của cuộn từ L với C, R=0

Với R=0 mạch điện RLC nối tiếp trở thành mạch điện của cuộn từ L

Ở trạng thái cân bằng
2E=βE
2B=βB
E=Asinωt
B=Asinωt
ω=β=1T=1μϵ=C
T=μϵ
Ở trạng thái đồng bộ
2E=βoE
2B=βoB
E=Asinωot
B=Asinωot
ω=βo=1To=1μoϵo=C
To=μoϵo

Bộ biến đổi chiều điện

Lối mắc 1 điot

Lối mắc 2 điot


Lối mắc 4 điot


Bộ biến điện AC sang điện DC

Bộ khuếch đại điện âm

Bộ phận điện tử cho điện thế khuếch đại âm của điện thế nhập

vo=Avi

Các lối mắc của khuếch đại điện âm

Bộ khuếch đại điện âm Lối mắc Công thức
Bộ khuếch đại điện âm trăng si tơ Với R1=0 . Mạch điện trên có khả năng tạo một khuếch đại điện âm ở cổng xuất
vovi=1(R3R4)
vovi=n . Với R3=(n+1)R4

Mạch điện điện tử có điện thế xuất là một điện thế âm bằng điện thế nhập nhân với hằng số khuếch đại

Bộ khuếch đại điện âm Op Amp 741 Inverting amplifier
Vout=Vin(RfR1)
Bộ khuếch đại điện âm biến điện Vs=Vp(NsNp)

Bộ khuếch đại điện dương

Bộ phận điện tử cho điện thế khuếch đại dương của điện thế nhập

vo=+Avi

Các lối mắc của khuếch đại điện dương

Bộ khuếch đại điện dương Lối mắc Công thức
Bộ khuếch đại điện dương trăng si tơ


vovi=(R2R2+R1)(R3R4)
Với R1=0
vovi=R3R4
vovi=n . Với R3=nR4

Bộ khuếch đại điện dương Op Amp 741 Non-inverting amplifier
Vout=Vin(1+R2R1)
Bộ khuếch đại điện dương biến điện
Vs=Vp(NsNp)

Công tắc điện tử

Khả năng dẩn hay không dẩn điện của Trăng si tơ cho phép Trăng si tơ hoạt động như công tắc đóng mở mạch điện cho dòng điện khác không hay cho dòng điện bằng không

Tỉ lệ điện thế xuất trên điện thế nhập

vovi=1(R2R2+R1)(R3R4)

Với R3=R4 .

vovi=1(R2R2+R1)
vovi=1 . Với R2=0 . Công tắc đóng mạch
vovi=0 . Với R1=0 . Công tắc hở mạch


Tỉ lệ điện thế xuất trên điện thế nhập

vovi=(R2R2+R1)(R3R4)

Với R3=R4 .

vovi=1(R2R2+R1)
vovi=0 . Với R2=0 . Công tắc hở mạch
vovi=1 . Với R1=0 . Công tắc đóng mạch

Khuếch đại sóng điện

Lối mắc Hình Chức năng
Lối mắc cùng thâu khuếch đại của nửa sóng dương
Lối mắc cùng phát khuếch đại của nửa sóng âm
Lối mắc cùng nền

Mạch điện IC

Mạch điện IC 555

Sóng vuông một trạng thái
Schematic of a 555 in monostable mode
Schematic of a 555 in monostable mode

The relationships of the trigger signal, the voltage on C and the pulse width in monostable mode

Thời gian của sóng đơn , Thời gian để nạp điện bằng 2/3 điện cung cấp

t=RCln(3)1.1RC

Với

t,R, đo bằng đơn vị seconds, ohms và farads
Sóng vuông hai trạng thái ổn
Standard 555 Astable Circuit
Standard 555 Astable Circuit


Sóng vuông hai trạng thái ổn có tần số sóng tùy thuộc vài giá trị của R1, R2 and C:

f=1ln(2)C(R1+2R2)

Thời gian cao

th=ln(2)(R1+R2)C

Thời gian thấp

tl=ln(2)R2C

Năng xuất của R1 phải cao hơn giá trị của Vcc2R1

Mạch Điện VoVi Chức năng
Inverting amplifier Vout=Vin(RfR1) Khuếch Đại Điện Âm

Non-inverting amplifier

Vout=Vin(1+R2R1)

Khuếch Đại Điện Dương

Voltage follower

Vout=Vin 

Dẩn Điện

Summing amplifier

Vout=Rf(V1R1+V2R2++VnRn)

Khuếch Đại Tổng

Integrating amplifier

Vout=0tVinRCdt+Vinitial

Khuếch Đại Tích Phân

Differentiating amplifier

Vout=RC(dVindt)

Khuếch Đại Đạo Hàm

Schmitt trigger

Hysteresis from R1R2Vsat to R1R2Vsat

Schmitt trigger

Inductance gyrator

L = RLRC

Từ Dung

Negative impedance converter

Rin=R3R1R2

Điện Trở Âm

Logarithmic configuration

vout=Vγln(vinISR)

Khuếch Đại Logarit

Exponential configuration

vout=RISevinVγ

Khuếch Đại Lủy Thừa