Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
Chơng1. Các khái niệm và định
luật cơ bản về mạch điện
1. Điện tích.
Ngời ta làm một ví dụ: Lấy một thnah thuỷ tinh cọ xát vào da hay lông thú
sẽ xuất hiện đặc tính là hút các vật nhẹ nh giấy vụn, lông chim... Hiện tợng đó gọi
là sự nhiễm điện. Ngoài thuỷ tinh còn có lu huỳnh, nhựa cây, hổ phách...
Thực nghiệm đã chứng minh rằng nhng vật bị nhiễm điện đều tồn tại các
điện tích, mà các chất đó lại đợc cấu tạo từ những nguyên tử nhỏ bé.
Vậy điện tích là những hạt nhỏ bé của vật chất có mang điện mà không thể
phân chia các điện tích thành các điện tích nhỏ hơn đợc nữa.
Điện tích có hai loại:
+ Điên tích dơng KH(+)
+ Điện tích âm KH(-)
Tính chất của điện tích:
+ Hai điện tích cùng loại( cùng dấu) thì đẩy nhau.
+ Hai điện tích khác loại(khác dấu) thì hút nhau.
Điện tử có trong tất cả các chất mà các chất đợc cấu tạo do các nguyên tử,
mỗi nguyên tử lại đựơc cấu tạo gồm có hạt nhân mạch điện tích dơng và điện tử
quay xung quanh hạt nhân mang điện tích âm. Bình thờng các nguyên tử trung hoà
về điện tức là tổng số điện tích của các hạt điện tử bằng điện tích hạt nhân nhng
ngợc dấu.
Nguyên tử có thể nhận thêm điện tử khi nó mang điện tích âm để trở
thành iôn âm, ngợch lại nguyên tử cũng có thể mất bớt đi điện tử khi nó mang
điện tích dơng để trở thành iôn dơng.
Hiện tợng nguyên tử mất đi hay nhận thêm điện tử gọi là quá trình ion
hoá.
2. Mạch điện và các định luật đặc trơng.
2.1. Mạch điện.
Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện, nối với nhau bằng dây dẫn, tạo
thành những vào kín mà trong đó dòng điện dòng điện có thể chạy qua. Mạch điện

b) Nút.
Nút là chỗ gặp nhau của ba nhánh trở lên. Nh hình 1 ta có hai nút kí hiệu là
a, b.
c) Vòng hay mạch vòng.
Vòng là đờng đi khép kín qua các nhánh. Hình 1 tạo thành ba vòng kí
hiệu I, II, III.
2.1.2. Các đại lợng đặc trng quá trình năng lợng.
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
2
Hình 1
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
Để đặc trng cho quá trình biến đổi năng lợng( quá trình năng lợng) trong
một nhán hay trong một phần tử của mạch điện ta dùng hai đại lợng: Dòng điện i
và điện áp u. Công suất của nhánh hay của phần tử là: p = u.i.
a) Dòng điện.
Dòng điện là dòng chuyển rời có hớng của các hạt điện tích. Cờng độ dòng
điện i (gọi tắt là dòng điện) về trị số bằng tốc độ biến thiên của lợng điện tích q
qua tiét diện ngang của một vật dẫn.
i=dq/dt
Trong đó q là điện tích qua tiết diện ngang của vật dẫn trong thời gian t
đơn vị của dòng điện theo hệ thống đơn vị SI là Ampe kh A
Chiều dòng điẹn theo đinh nghĩa là chiếu chuển động của các hạt điện
tích dơng trong từ trờng( hay ngợc vời chiều chuyển động của các hạt điện tích
âm). Để thuận tiện cho viêch tính táon ngời ta quy ớc chiều dòng điện trên một
nhánh là một mũi tên là chiều dơng nh hình 2a.
Hình 2
Nếu tại một thời điểm t nào đó, chiều dơng của dòng điện trùng với chiều
dơng đa chọ thì i màn dấu dơng i> 0 nh hình 2b.
Ngợc lại nếu chiều dơng của dòng điện ngợc với chiều dơng đa chọn thì
dòng điện mang dấu âm nh hinh 2c.

<V
B
.
c) Công suất.
Trong một phần tử, một nhánh hay một mạch điện có thế nhận năng lợng
hoắc phát năng lựơng. Khi chon chiều điện áp, dòng điện trùng nhau và sau khi
tính toán công suất p của nhánh ta có thể kết luận nh sau về quá trình năng lợng
của nhánh tại một thời điểm nào đó:
Có p(t)= u(t).i(t)
Nếu p(t) > 0: u, i cùng chiều thì nhánh nhận năng lợng.
p(t) < 0: u, i ngợc chiều thì nhánh phát năng lợng.
d) Điện năng.
Nếu điện áp u và dòng điện i trên cùng một phần tử phụ thuộc vào thời
gian t, điện năng tiêu thụ bởi phần tử từ thời gian t
o
đến thời gian t là:

Đơn vị của điện năng là j( joule), wh( watt.giờ), ngoài ra còn có kwh đây
chính là đơn vị dùng để tính tiền điện.
2.1.3. Các thông số và mô hình mạch
Mạch điện gồn nhiều phần tử nối với nhau, khi làm việc nhiều hiện tợng
điện từ sẩy ra trong các phần tử. Trong quá trình tính toán ngời ta thay thế mạch
điện bằng mô hình mạch. Mô hình mạch gồm nhiều phần tử lý tởng đặc trng cho
quá trình điện từ trong mạch và đợc ghép nối với nhau tuỳ theo kết cấu của mạch.
Dới đây ta xét các phần tử lý tởng của mô hình mạch gọi là các thông số của mô
hình mạch.
2.1.3.1. Các thông số (phần tử) của mạch điện.
a) Nguồn điện áp u(t).
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
4

5
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
Trong đó G =
R
1
gọi là điện dẫn.
Công suất tiêu thụ trên R là:
p
R
= u
R
.i= R.i
2
Nh vậy điện trở R đặc trng cho quá trình tiêu tán điện trên điện trở.
Trong hiien đơn vị SI, điện trở có đơn vị là (Ohm), điện dẫn có đơn vị là
S(simen)
Điện năng tiêu thụ trên R trong khỏng thời gian t là:

với i= const ta có:

d) Điện cảm L.
Cho qua cuộn dây có N vòng một dòng điện i thì sẽ sinh ra từ thông móc
vòng với cuộn dây là:Điện cảm L của cuộn dây đợc định nghĩa là:

Đơn vị của điện cảm là H (Henry).
Xét sơ đồ mạch sau:


Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
7
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng

12
là từ thông móc vòng với cuộn dây 1 do dòng điện i
2
tạo nên.
Tơng tự, từ thông móc vòng với cuộn dây 2:
(2)
trong đó:
22
là từ thông móc vòng với cuộn dây 2 do chính dòng i
2
tạo nên.

21
là từ thông móc vòng với cuộn dây 2 do dòng điện i
1
tạo nên.
Trờng hợp trong môi trờng là tuyến tính, ta có:
(3)
Với L
1
, L
2
tơng ứng là hệ số tự cảm của cuộn dây 1 và 2
M
1
= M

và tự cảm
11
cùng chiều. Cực
cùng tính phụ thuộc chiều quấn dây và vị trí các cuộn dây.
Từ định luật Lentz, với quy ớc đánh dấu các cực tính cùng tính nh trê, có
thể suy ra quy tắc sau đây để xác định dấu + hoặc dấu- trớc biểu thức M.di/dt của
điện áp hỗn cảm. Nếu dòng điện có chiều dơng đi vào đầu có dấu chấm trong một
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
8
(4)
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
cuộn dây và điện áp có cực tính dơng ở đầu vào có dấu chấm trong một cuộnk day
kia thì điện áo hỗn cảm là M.di/dt, trờng hợp ngợc lại thì -M.di/dt.
Nh trên hình 4b ta có:
Với hình 4c:
Với hình 4d:
f) Điện dung C.
Ta đặt một điện áp u
C
lên tụ điện thì qua tụ sẽ có dòng dịch chuyển i và ở
hai bản cực tụ điện tích luỹ điện tích q.
Điện dung C của tụ là:
đơn vị của điện dung là: F( Fara)

Dòng điện i qua tụ là:
Điện áp rơi trên tụ có điện dung C là:
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
9
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
Nếu tại thời điểm t=0s, u

Đ
, cuộn dây C
d
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
10
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
đợc thay thế bằng R
Cd
và L
cd
. Trờng hợp máy phát điện MF là máy phát điện một
chiều thì mạch điện hình 5a đợnc thay thế bởi hình 5c.
Mô hình mạch điện đợc sử dủngất thuận lợi trong công việc nghiên cứu và
tính toán mạch điện và thiết bị điện.
Ví dụ: Một máy phát điện một chiều khi không tải điện áp trên đầu cực
U
o
= 220V. Khi có tải có dòng điện I= 10A, điện áp trên đầu cực U=210V. Lập sơ
đồ thay thế cho máy phát điện. Tính công suất nguồn phát ra, công suất tải tiêu thụ
và công suất tổn hao trong máy phát?
Bài giải:
Sơ đồ thay thế cho máy phát trên hình VD1.
Hình VD1
Hình gồn sđđ E nối tiếp với điện trở R
o
là nội trở của máy phát. Ta có ph-
ơng trình định luật Ôm cho nhánh có nguồn:

Khi không tải có I=0A, E=U
o

- Mạch điện một chiều là mạch điện có dòng điện một chiều. Dòng điện
một chiều là dòng điện có trị số và chiều không đổi theo thời gian nh hình 6a.
- Mạch điện xoay chiều là mạch điện có dòng điện xoay chiều. Dòng điện
xoay chiều là dòng điện có chiều thay đổi theo thời gian.
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
11
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
Dòng điện xoay chiều đợc sử dụng nhiều nhất là dòng điện hình sin, biến
đổi hình sin theo thời gian nh hình 6b.
a b
Hình 6: Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều
b) Phân theo tính chất của các phần tử.
- Mạch điện tuyến tính là mạch điện mà các thông số R, L, M, C đều tyến
tính nghĩa là R, L, M, C đều là hằng số, không phụ thuộc vào dòng điện i hoặc
điện áp u trên chúng.
- Mạch điện phi tuyến là mạch điện có các thông số R, L, M, C phi tuyến
nghĩa là R, L, M, C thay đổi theo dòng điện i hoặc điện áp u trên chúng.
2.1.4.2. Chế độ làm việc của mạch điện.
a) Chế độ xác lập của mạch điện.
Chế độ xác lập của mạch điện là quá trình xảy ra lâu dài trong mạch, dới
tác động của nguồn, dòng điện và điện áp trên các phần tử đạt trạng thái ổn định.
ở chế độ xác lập, dòng điện và điện áp trên các phần tử biến thiên theo quy luật
biến thiên của nguồn.
b) Chế độ quá độ của mạch điện.
Chế độ quá độ của mạch điện là quá trình xảy nảy sinh trong mạch điện,
khi nó chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác. Chế độ quá độ này
sảy ra khi đóng cắt hoặc thay đổi các thông số của mạch có chứa L, C. thời gian
quá độ
t


1
- i
2
- i
3
= 0
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
13
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
3.2. Định luật Kirchhoff 2 hay K2.
Định luật này còn gọi là địn luật Kirchhoff về điện áp, đợc phát biểu nh
sau.
Tổng đại số các điện áp trên các phần tử dọc theo tất cảc các nhánh
trong một vòng kín với chiều tuỳ ý bằng không.
0
=

v
K
u
Nếu chiều mạch vòng đi từ cực + sang cực - của điện áp thì đieenj áp đó
mang dấu dơng(+), còn ngợc lại mang dấu âm( -).
Ví dụ: Ta xét sơ đồ sau.
Hãy áp dụng định luật Kirchhoff 2 viết các phơng trình điện áp trong các
vòng I và vòng II ở hình trên?
Bài làm
Theo định luật Kirchhoff 2 phơng trình điện áp ở vòng I là:
u
1
-u

1
- e
3
Nh vậy ta có thể viết lại phong trình trênh nh sau:
Trong đó u
pt _
là điện áp rơi trên các phần tử không phải là sđđ.
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
14
Trờng trung cấp nghề cao bằng Khoa Điện- Điện tử Xây dựng
Định luật Kirchhoff 2 đợc phát biểu lại nh sau:
Đi theo một vòng kín với chiều tuỳ ý, tổng đại số các sụt áp trên các
phần tử bằng tổng đại số các sđđ.
Trong đó, nếu chiều vòng đi từ cực tính dơng(+) sang cực tính âm ( -) của
điện áp thì điện áp đó mang dấu dơng(+), còn ngợc lại mang dấu âm(-) và nếu
chiều vòng đi từ cực tính âm(-) sang cực tính dơng(+) của sđđ thì mang dấu d-
ơng(+), còng ngợc lại mang dấu âm(-).
Ta có thể viết điện áp trên các phần tử thông qua các biến của nhánh là:

Trong đó, chiều mạch vòng cùng chiều dơng dòng điện mang dấu dơng,
cong ngợc lại mang dấu âm.
Ví dụ: Cho sơ đồ mạch một vòng kín sau.
Hãy viết phơng trình điện áp theo định luật Kirchhoff 2?
Bài làm
áp dụng định luật Kirchhoff 2 ta có:

Định luật Kirchhoff 2 nói lên trính chất thế của mạch điện. Trong một
mạch điện xuất phát tì một điểm theo một vòng kín cà trở lại vị trí xuất phát thì l-
ợng tăng thế bằng 0.
Hai định luận Kirchhoff nói nên mối quan hệ dòng điện và điện áp trong

các nút và các phong trình về điệnáp cho các mạch vòng?
b. Từ các phơng trình ở câu a, hãy tìm ra hệ thức độc lập?( một phơng trình
nào đó trong hệ suy ra từ các phơng trình khác của hệ)
Bài số 5.
Một hộ tiêu thụ( gia đình) sử dụng điện lới, nối dây dẫn bằng dây dẫn có
bọc cách điện và tiết diện mỗi dây là 3 mm
2
. Khoảng cách từ hộ tiêu thụ đến lới
điện có điện áp 220V là 600m. Hộ tiêu thụ có phụ tải là hai bóng điện tròn, mỗi
bóng có công suất là 100W- 220V. Bỏ qua điện cảm đờng dây L
d
=0 và cho rằng
điện trở suất của dây dẫn là 1/ 50(
mmm /.
2

). Vẽ mô hình mạch điện và tính dòng
điện chạy trên dây dẫn điện khi điện áp lới điện( đầu nguồn) là 220V.
Đáp số: I= 0,88A.
Bài số 6.
Một máy phát điện một chiều khi không tải điện áp trên đầu cực U
o
=
230V. Khi tải có dòng điênh I= 20A, điwnj áp trên đầu cực U= 220V. Lập sơ đồ
thay thế cho máy phát điện. tính công suất nguồn phát ra, công suất tải tiêu thụ và
công suất tổn hao trong máy phát.
Đáp số: 4600W; 4400W; 200W
Bài số 7.
Giáo trình môn Kĩ thuật điện tử
17