Sách kỹ sư/Điện tử

Điện loại

Có 2 loại điện thông dụng bao gồm Điện DC và Điện AC . Điện DC thông thường được tìm thấy ở Pin, Ắc quy, Pin mặt trời có Điện thế khoảng 1.5 V đến 12 V được tạo ra từ nhiều nguồn phát điện như Điện giải , Điện cực , Quang tuyến nhiệt điện và Biến điện AC ra điện DC . Điện AC được tạo ra từ máy phát điện AC có Điện thế 120V - 60 Hz

Điện DC

Được tìm thấy ở Pin, Ắc quy, Pin mặt trời có Điện thế khoảng 1.5 V đến 12 V được tạo ra từ nhiều nguồn phát điện như .

Tính chất

Điện DC có điện thế không đổi theo thời gian

Ký hiệu
Công thức toán sau	$v(t)=V$

Công thức toán

Dòng điện	$I={\frac {Q}{t}}$
Điện lượng	$Q=It$
Điện thế	$V={\frac {W}{Q}}$
Năng lực	$W=QV$
Năng lượng	$P={\frac {W}{t}}={\frac {QV}{t}}=IV$

Điện AC

Điện AC được tạo ra từ máy phát điện AC có Điện thế 120V - 60 Hz

Tính chất

Điện AC hay Điện hai chiều có điện thế thay đổi theo thời gian của một sóng sin đều

Ký hiệu
Công thức toán	$v(t)=V\sin \omega t$

Công thức toán

Dòng điện	$i(t)={\frac {d}{dt}}Q(t)$
Điện lượng	$Q(t)=\int i(t)dt$
Điện thế	$v(t)={\frac {d}{dt}}{\frac {W(t)}{Q(t)}}$
Năng lực	$W(t)=\int v(t)[Q(t)dt]dt=\int v(t)i(t)dt$
Năng lượng	$U(t)={\frac {d}{dt}}W(t)={\frac {d}{dt}}\int v(t)i(t)dt$

Vật dẩn điện và điện

Điện DC

Điện trở kháng

$R={\frac {V}{I}}$

Điện thế

$V=IR$

Dòng điện

$I={\frac {V}{R}}$

Điện năng

$P=IV=I^{2}R={\frac {V^{2}}{R}}$

Điện AC

Điện ứng

$X={\frac {v(t)}{i(t}}$

Điện kháng

$Z=R+X$

Công cụ điện

Điện trở

Điện DC

Điện trở kháng của điện trở được tính theo Định luật Ohm

$R={\frac {V}{I}}$

$G={\frac {I}{V}}={\frac {1}{R}}$

Điện thế của điện trở được tính theo Định luật Volt

$V=IR$

Dòng điện của điện trở được tính theo Định luật Ampere

$I={\frac {V}{R}}$

Điện AC

$i(t)={\frac {v(t)}{X}}$

$v(t)=i(t)X$

$p(t)=v(t)i(t)$

$X_{R}={\frac {v(t)}{i(t)}}=0$

$Z_{R}=R+X_{R}=R\angle 0=R=r$

Cuộn từ

DC

Từ cảm của cuộn từ

$B=LI$

Dòng điện trong cuộn từ

$I={\frac {B}{L}}$

Từ dung của cuộn từ

$L={\frac {B}{I}}$

AC

$v(t)=L{\frac {d}{dt}}i(t)$

$i(t)={\frac {1}{L}}\int i(v)dt$

$p(t)=\int Bdi=\int Lidi={\frac {1}{2}}Li^{2}$

$X_{L}={\frac {v(t)}{i(t)}}=\omega L\angle 90=j\omega L=sL$

$Z_{L}=R+X_{L}=R\angle 0+\omega L\angle 90=R+j\omega L=R+sL$

Tụ điện

DC

Điện lượng của Tụ điện

$Q=CV$

Điện thế của Tụ điện

$V={\frac {Q}{C}}$

Điện dung của Tụ điện

$C={\frac {Q}{V}}$

AC

$i(t)=C{\frac {d}{dt}}v(t)$

$v(t)={\frac {1}{C}}\int i(t)dt$

$p(t)=\int Qdv=\int Cvdt={\frac {1}{2}}Cv^{2}$

$X_{R}={\frac {v(t)}{i(t)}}={\frac {1}{\omega C}}\angle -90={\frac {1}{j\omega C}}={\frac {1}{sC}}$

$Z_{R}=R+X_{C}=R\angle 0+{\frac {1}{\omega C}}\angle -90=R+{\frac {1}{j\omega C}}=R+{\frac {1}{sC}}$

Mạch điện

Mạch điện điện tử là một vòng khép kín của nhiều linh kiện điện tử mắc nối với nhau theo một lối mắc nhứt định để tạo thành các Bộ phận điện tử có khả năng thực thi một việc

Định luật mạch điện

Định luật Kirchhoff được dùng để mô tả mối quan hệ của cường độ dòng điện và điện 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
$\sum _{k=1}^{n}{I}_{k}=0$ . Với n là tổng số các nhánh với dòng điện chạy vào nút hay từ nút ra.
$\sum _{k=1}^{n}{\tilde {I}}_{k}=0$

Định luật Kirchhoff về điện thế

Tổng giá trị điện áp dọc theo một vòng bằng không
$\sum _{k=1}^{n}V_{k}=0$. Với n là tổng số các điện áp được đo.
$\sum _{k=1}^{n}{\tilde {V}}_{k}=0$

Thí dụ

Theo định luật 1, ta có:

$i_{1}-i_{2}-i_{3}=0\,$

Định luật 2 áp dụng cho vòng s₁:

$-R_{2}i_{2}+\epsilon _{1}-R_{1}i_{1}=0$

Định luật 2 áp dụng cho vòng s₂:

$-R_{3}i_{3}-\epsilon _{2}-\epsilon _{1}+R_{2}i_{2}=0$

Đến đây ta có hệ phương trình tuyến tính cho 3 ẩn số $i_{1},i_{2},i_{3}$:

${\begin{cases}i_{1}-i_{2}-i_{3}&=0\\-R_{2}i_{2}+\epsilon _{1}-R_{1}i_{1}&=0\\-R_{3}i_{3}-\epsilon _{2}-\epsilon _{1}+R_{2}i_{2}&=0\\\end{cases}}$

Giả sử:

$R_{1}=100,\ R_{2}=200,\ R_{3}=300{\text{ (ohm)}};\ \epsilon _{1}=3,\ \epsilon _{2}=4{\text{ (volt)}}$

kết quả:

${\begin{cases}i_{1}={\frac {1}{1100}}{\text{ hay }}0.{\bar {90}}{\text{ mA}}\\i_{2}={\frac {4}{275}}{\text{ hay }}14.{\bar {54}}{\text{ mA}}\\i_{3}=-{\frac {3}{220}}{\text{ hay }}-13.{\bar {63}}{\text{ mA}}\\\end{cases}}$

$i_{3}$ mang dấu âm vì hướng của $i_{3}$ ngược với hướng giả định trong hình.

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

Có 4 lối mắc mạch điện cơ bản sau nối tiếp, song song, 2 cổng và tích hợp

Mạch điện nối tiếp

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

$V=IR_{1}+IR_{2}+...+IR_{n}=I(R_{1}+R_{2}+...+R_{n})$

$R_{t}={\frac {V}{I}}=(R_{1}+R_{2}+...+R_{n})$

$I={\frac {V}{R_{t}}}={\frac {V}{R_{1}+R_{2}+...+R_{n}}}$

Mạch điện song song

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

$I=I_{1}+I_{2}+...+I_{n}={\frac {V}{R_{1}}}+{\frac {V}{R_{2}}}+...+{\frac {V}{R_{n}}}=V({\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}})$

${\frac {I}{V}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}={\frac {1}{R_{t}}}=G_{t}$

$V={\frac {I}{G_{t}}}$

Mạch điện 2 cổng

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

$V_{o}=IR_{2}={\frac {V_{i}}{R_{1}+R_{2}}}R_{2}$

${\frac {V_{o}}{V_{i}}}={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}$

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	$V_{o}=A(V_{2}-V_{1})$
Khuếch đại điện âm	$V_{o}=-AV_{1}.V_{2}=0$
Khuếch đại điện dương	$V_{o}=AV_{2}.V_{1}=0$
So sánh điện thế	$V_{o}=0.V_{2}=V_{1}$ $V_{o}=V_{+}.V_{2}>V_{1}$ $V_{o}=V_{-}.V_{2}<V_{1}$

Bộ phận điện tử

Bộ dao động sóng điện

Mạch điện RLC nối tiếp . Mạch điện điện tử của 3 linh kiện điện tử R, L và C mắc nối tiếp với nhau

Với R≠0 . Mạch điện RLC nối tiếp

Ỏ trạng thái cân bằng

$V_{L}+V_{C}+V_{R}=0$

$L{\frac {d^{2}i}{dt^{2}}}+{\frac {1}{C}}\int idt+iR=0$

${\frac {d^{2}i}{dt^{2}}}+{\frac {R}{L}}{\frac {di}{dt}}+{\frac {1}{LC}}i=0$

$s^{2}i+{\frac {R}{L}}si+{\frac {1}{LC}}i=0$

$s^{2}+2\alpha s+\beta =0$

$\alpha$	$\beta$	$\lambda$	$\omega$
${\frac {R}{2L}}$	${\frac {1}{LC}}$	${\sqrt {\alpha -\beta }}$	${\sqrt {\beta -\alpha }}$

$s$	$\alpha ,\beta$	$f(t)=Ae^{st}$
$\alpha$	$\alpha =\beta$	$i=Ae^{-\alpha t}=A(\alpha )$
$\alpha \pm \lambda$	$\alpha >\beta$	$i=Ae^{(-\alpha \pm \lambda )t}=A(\alpha )e^{\lambda t}+A(\alpha )e^{-\lambda t}$
$\alpha \pm j\omega$	$\alpha >\beta$	$i=Ae^{(-\alpha \pm \lambda )t}=A(\alpha )sin\omega t$

$A(\alpha )=Ae^{-\alpha t}$

Ở trạng thái đồng bộ

$Z_{t}=Z_{L}+Z_{C}+Z_{R}=R$

$Z_{C}+Z_{L}=0$

$\omega L=-{\frac {1}{\omega C}}$

$\omega _{o}={\sqrt {-{\frac {1}{LC}}}}=\pm j{\sqrt {\frac {1}{LC}}}=\pm j{\sqrt {\frac {1}{T}}}$

$T=LC$

$i(\omega =0)=0$

$i(\omega =\omega _{o})={\frac {v}{R}}$

$i(\omega =00)=0$

Với R=0 . Mạch điện LC nối tiếp

• Ở trạng thái cân bằng

$V_{L}+V_{C}=0$

$L{\frac {d^{2}i}{dt^{2}}}+{\frac {1}{C}}\int idt=0$

${\frac {d^{2}i}{dt^{2}}}+{\frac {1}{LC}}i=0$

${\frac {d^{2}i}{dt^{2}}}=-{\frac {1}{T}}i$

$i=Ae^{{\sqrt {-{\frac {1}{T}}}}t}=Ae^{\pm j\omega t}=A\sin \omega t$

$\omega ={\sqrt {\frac {1}{T}}}$

$T=LC$

• Ở trạng thái đồng bộ

$Z_{C}=-Z_{L}$ . $V_{C}=-V_{L}$

$v(\theta )=A\sin(\omega _{o}t+2\pi )-A\sin(\omega _{o}t-2\pi )$

$\omega _{o}=\pm j{\sqrt {\frac {1}{T}}}$

$T=LC$

Với L=0 . Mạch điện RC nối tiếp

Ở trạng thái cân bằng

$v_{C}+v_{R}=0$

$C{\frac {dv}{dt}}+{\frac {v}{R}}=0$

${\frac {dv}{dt}}=-{\frac {1}{T}}$

${\frac {dv}{v}}=-{\frac {1}{T}}dt$

$\int {\frac {dv}{v}}=-{\frac {1}{T}}\int dt$

$Lnv=-{\frac {1}{T}}t+c$

$v=e^{-{\frac {1}{T}}t+c}=Ae^{-{\frac {1}{T}}t}$

$T=RC$

Với C=0 . Mạch điện RL nối tiếp

Ở trạng thái cân bằng

$v_{L}+v_{R}=0$

$L{\frac {di}{dt}}+iR=0$

${\frac {di}{dt}}=-{\frac {1}{T}}$

${\frac {di}{i}}=-{\frac {1}{T}}dt$

$\int {\frac {di}{v}}=-{\frac {1}{T}}\int dt$

$Lni=-{\frac {1}{T}}t+c$

$i=e^{-{\frac {1}{T}}t+c}=Ae^{-{\frac {1}{T}}t}$

$T={\frac {L}{R}}$

Với C, R=0 . Mạch điện Cuộn từ

• Ở trạng thái cân bằng

$\nabla ^{2}E=-\omega E$

$\nabla ^{2}B=-\omega B$

$E=A\sin \omega t$

$B=A\sin \omega t$

$\omega ={\sqrt {\frac {1}{T}}}$

$T=\mu \epsilon$

• Ở trạng thái đồng bộ

$\nabla ^{2}E=-\omega _{o}E$

$\nabla ^{2}B=-\omega _{o}B$

$E=A\sin \omega _{o}t$

$B=A\sin \omega _{o}t$

$\omega _{o}={\sqrt {\frac {1}{T_{o}}}}$

$T_{o}=\mu _{o}\epsilon _{o}$

Bộ lọc điện

Mạch điện của các linh kiện điện tử mắc nối với nhau cho một điện ổn ở một dải tần số thời gian . Bộ lọc là một bộ phận điện tử tạo từ nhiều linh kiện điện tử mắc nối với nhau cho điện ổn ở một dải tần số

Bộ lọc tần số thấp

Bộ lọc điện tử	Lối mắc	Tính chất
Bộ lọc tần số thấp		${\frac {v_{o}}{v_{2}}}={\frac {\frac {1}{j\omega C}}{R+{\frac {1}{j\omega C}}}}={\frac {1}{1+j\omega T}}$ $T=RC$ $\omega _{o}={\frac {1}{T}}={\frac {1}{RC}}$ $v_{o}(\omega =0)=v_{i}$ $v_{o}(\omega =\omega _{o})={\frac {v_{i}}{2}}$ $v_{o}(\omega =00)=0$
		${\frac {v_{o}}{v_{2}}}={\frac {R}{R=j\omega L}}={\frac {1}{1+j\omega T}}$ $T={\frac {L}{R}}$ $\omega _{o}={\frac {1}{T}}={\frac {R}{L}}$ $v_{o}(\omega =0)=v_{i}$ $v_{o}(\omega =\omega _{o})={\frac {v_{i}}{2}}$ $v_{o}(\omega =00)=0$

Bộ lọc tần số cao

Bộ lọc điện tử	Lối mắc	Tính chất
Bộ lọc tần số cao		${\frac {v_{o}}{v_{2}}}={\frac {j\omega T}{1+j\omega T}}$ $T=RC$ $\omega _{o}={\frac {1}{T}}={\frac {1}{RC}}$ $v_{o}(\omega =0)=0$ $v_{o}(\omega =\omega _{o})={\frac {v_{i}}{2}}$ $v_{o}(\omega =00)=v_{i}$
		${\frac {v_{o}}{v_{2}}}={\frac {j\omega T}{1+j\omega T}}$ $T={\frac {L}{R}}$ $\omega _{o}={\frac {1}{T}}={\frac {R}{L}}$ $v_{o}(\omega =0)=0$ $v_{o}(\omega =\omega _{o})={\frac {v_{i}}{2}}$ $v_{o}(\omega =00)=v_{i}$

Bộ lọc băng tần

Bộ lọc điện tử	Lối mắc	Tính chất
Bộ lọc băng tần		${\frac {v_{o}}{v_{i}}}=({\frac {1}{1+j\omega T_{L}}})({\frac {j\omega T_{H}}{1+j\omega _{H}}})$ $T_{L}={\frac {L}{R}}$ $T_{H}=RC$ $\omega _{L}-\omega _{H}={\frac {R}{L}}-{\frac {1}{RC}}$
		${\frac {v_{o}}{v_{i}}}=({\frac {1}{1+j\omega T_{L}}})({\frac {j\omega T_{H}}{1+j\omega _{H}}})$ $T_{L}=RC$ $T_{H}={\frac {L}{R}}$ $\omega _{L}-\omega _{H}={\frac {1}{RC}}-{\frac {R}{L}}$

Bộ lọc băng tần chọn lựa

Bộ lọc điện tử	Lối mắc	Tính chất
Bộ lọc băng tần chọn lựa	LC-R	${\frac {v_{o}}{v_{i}}}={\frac {R}{R+j\omega L+{\frac {1}{j\omega C}}}}$ $\omega =\omega _{1}-\omega _{2}$ $v_{o}(\omega =0)=0$ $v_{o}(\omega =\omega _{o})=v_{i}$ $v_{o}(\omega =00)=0$
	R-LC	${\frac {v_{o}}{v_{i}}}={\frac {j\omega C+{\frac {1}{j\omega L}}}{R+j\omega C+{\frac {1}{j\omega L}}}}$ $\omega =\omega _{1}-\omega _{2}$ $v_{o}(\omega =0)=0$ $v_{o}(\omega =\omega _{o})=v_{i}$ $v_{o}(\omega =00)=0$

Mạch điện bộ lọc băng tần chọn lược

Bộ lọc điện tử	Lối mắc	Tính chất
Bộ lọc băng tần chọn lược	LC-R	${\frac {v_{o}}{v_{i}}}={\frac {R}{R+j\omega L+{\frac {1}{j\omega C}}}}$ $\omega =\omega _{1}-\omega _{2}$ $v_{o}(\omega =0)=v_{i}$ $v_{o}(\omega =\omega _{o})=0$ $v_{o}(\omega =00)=v_{i}$
	R-LC	${\frac {v_{o}}{v_{i}}}={\frac {j\omega C+{\frac {1}{j\omega L}}}{R+j\omega C+{\frac {1}{j\omega L}}}}$ $\omega =\omega _{1}-\omega _{2}$ $v_{o}(\omega =0)=v_{i}$ $v_{o}(\omega =\omega _{o})=0$ $v_{o}(\omega =00)=v_{i}$

Bộ ổn điện

Bộ ổn điện là một bộ phận điện tử cung cấp một điện thế ổn không đổi

Lối mắc Diot

Lối mắc mạch điện 2 cổng của một Điện trở và một Diot zener . Lối mắc này cho một điện thế ổn định ở cổng xuất bằng với điện thế $v_{Z}$

Lối mắc Trăng si tơ

Lối mắc Op Amp

Bộ khuếch đại điện

Bộ khuếch đại điện âm

$v_{o}=-Av_{i}$

Bộ khuếch đại điện dương

$v_{o}=Av_{i}$

Lối mắc Trăng si tơ

Bộ khuếch đại điện âm

$v_{o}=[1-{\frac {R_{2}}{R_{2}+R_{1}}}{\frac {R_{4}}{R_{3}}}]v_{i}$

$v_{o}=-nv_{i}$ . Với $R_{1}=0,R_{4}=(n+1)R_{3}$

Bộ khuếch đại điện dương

$v_{o}=[{\frac {R_{2}}{R_{2}+R_{1}}}{\frac {R_{4}}{R_{3}}}]v_{i}$

$v_{o}=nv_{i}$. Với $R_{1}=0,R_{4}=nR_{3}$

Lối mắc Op amp

Bộ khuếch đại điện âm

$v_{o}=-{\frac {R_{2}}{R_{1}}}v_{i}$

$v_{o}=-nv_{i}$ . Với $R_{2}=nR_{1}$

Bộ khuếch đại điện dương

$v_{o}=[1+{\frac {R_{2}}{R_{1}}}]v_{i}$

$v_{o}=nv_{i}$. Với $R_{2}=nR_{1}$ sao cho ${\frac {R_{2}}{R_{1}}}>>1$

Máy điện điện tử

Máy phát âm Ra dô

Lối mắc cơ bản

Micro ------ Loa

Lối mắc khác

Micro ------ Khuếch đại ------ Loa