Giáo trình Vô tuyến điện đại cương - Chương 3: Phaso - Ngô Văn Thanh

Nội dung text: Giáo trình Vô tuyến điện đại cương - Chương 3: Phaso - Ngô Văn Thanh

1. VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG TS. Ngô Văn Thanh Viện Vật Lý Hà Nội - 2016
2. 2 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Tài liệu tham khảo [1] David B. Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999). [2] Dennis L. Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011). [3] Jon B. Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009). [4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT [5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT [6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT Website : Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn
3. 3 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 CHƯƠNG 3. PHASO 1. Số phức 2. Hàm e mũ 3. Phaso 4. Trở kháng 5. Bộ lọc RC 6. Mạch cộng hưởng nối tiếp 7. Mạch cộng hưởng song song 8. Công suất Phaso
4. 4 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 1. Số phức  Số phức . Ký hiệu số phức trong toán học : . Ký hiệu số phức trong kỹ thuật điện : . Số phức: . Liên hợp phức : Ảo . Phần thực : . Phần ảo :  Biểu diễn số phức qua biên độ và pha . Biên độ : . Pha : . Phần thực và phần ảo: Thực . Biểu diễn rút gọn: . Modun và pha của số phức z :
5. 5 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 1. Số phức  Các biểu thức liên hệ  Xét hai số phức z và t . Tích của hai số phức : • Ví dụ: xét tích (-1) và z . Thương của hai số phức : . Bình phương của số phức : . Khai căn của số phức : • Mặt khác, xét tích (1) và • Căn thức của số phức có 2 nghiệm
6. 6 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 2. Hàm e mũ  Hàm exponent  Các tính chất  Xét số ảo :  Biểu diễn theo hàm lượng giác :  Các hệ thức Euler Quỹ tích của hàm e mũ
7. 7 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 3. Phaso  Phasors  Biểu thức liên hệ trong các mạch R, L, C :  Biểu diễn điện thế : . A : đỉnh biên độ (Volts) .  : góc pha (radian) .  : tần số góc (radian/second) : • f : tần số tính theo chu kỳ/giây hoặc hertz  Biểu diễn dòng điện : . B : đỉnh biên độ (ampere) .  : góc pha của dòng điện (radian) • : dòng điện sớm pha hơn điện áp • : dòng điện muôn pha hơn điện áp
8. 8 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 3. Phaso  Xét mạch có tụ điện C . Ta nói : Dòng điện qua tụ điện sớm pha hơn điện áp một lượng là /2 hoặc 90o . Áp dụng hệ thức Euler, ta có: . Viết lại biểu thức cho điện áp : . Viết lại biểu thức cho dòng điện :
9. 9 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 3. Phaso  Xét trường hợp Điện áp và dòng không đổi . Biên độ và pha : . V và I được gọi là phasors • Là một đại lượng phức không phụ thuộc vào thời gian . Sử dụng các biểu thức biên độ và pha, ta có . Lấy đạo hàm theo thời gian tương đương với việc nhân thêm 1 lượng • Mạch tụ điện • Mạch cuộn cảm • Mạch điện trở
10. 10 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 4. Trở kháng  Impedence  Xét trường hợp điện áp và dòng không đổi (Phasors) . Trở kháng Z : là tỷ số giữa điện áp và dòng điện . Đơn vị đo : ohm . Biểu diễn trở kháng dưới dạng số phức : • R : điện trở thuần; X : độ điện kháng . Mạch cuộn cảm : . Mạch tụ điện : . Trị tuyệt đối của điện kháng : . Mạch nối tiếp : . Mạch song song :  Độ dẫn nạp Y : . Nghịch đảo của trở kháng : . Đơn vị đo siemen (S) . G : độ dẫn; B : độ điện nạp
11. 11 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 5. Bộ lọc RC  RC Filters  Bộ lọc âm tần (chặn tần số cao) I R + V C V . Điện áp ngoài trên tụ điện : i - . Hằng số thời gian : . Ở miền tần số thấp : . Tần số ngưỡng (cut-off) : . Ở miền tần số cao : • Ứng dụng nhiều trong bộ lọc chặn tần số cao và giữ lại tần số âm thanh.
12. 12 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 5. Bộ lọc RC V I + -  Bộ lọc cao tần (chặn tần số thấp) R . Điện áp trên điện trở : C Vi . Ở miền tần số thấp : . Ứng dụng trong bộ lọc tiếng ồn do nguồn điện gây ra.
13. 13 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 6. Mạch cộng hưởng nối tiếp  Series Resonance C  Mạch RLC – bộ lọc băng tần L + . Điện áp trên điện trở : V Vi R - . Điện kháng : . Miền tần số thấp : đóng góp của tụ điện => Điện kháng lớn và có giá trị âm . Miền tần số cao : Đóng góp của cuộn cảm => Điện kháng lớn và có giá trị dương . Tần số cộng hưởng : khi điện kháng bằng 0 . Tại tần số cộng hưởng :
14. 14 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 6. Mạch cộng hưởng nối tiếp  Khi điện kháng và điện trở bằng nhau : . Tại tần số cao: . Tại tần số thấp : . Sử dụng hệ thức tần số cộng hưởng , ta có : . Hệ số âm sắc : tỷ số giữa điện kháng và điện trở . Viết lại các hệ thức trên :
15. 15 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 6. Mạch cộng hưởng nối tiếp  Xét hệ thức : . Ta có : . Thay vào biểu thức cho Q : . suy ra : . Dải tần số ứng với một nửa công suất :  Xét mạch ở vùng nghỉ : . Ở tần số cách xa tần số cộng hưởng : . Tính gần đúng : . Điện áp mạch ngoài : . : hằng số của cuộn cảm (ở miền tần số thấp) . Xét miền tần số thấp : . : hằng số của tụ điện (thời gian)
16. 16 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 7. Mạch cộng hưởng song song  Parallel Resonance +  Biểu diễn qua độ dẫn nạp I L C G V - . Độ điện nạp  B = 0 tại tần số cộng hưởng . Điện áp cực đại . Tần số tại ½ điện áp : . Đặt : . Viết lại :
17. 17 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 8. Công suất Phaso  Phasor Power . Công suất tức thời : . Công suất trung bình : • Ip : dòng cực đại. . Công suất biểu diễn qua các phasor . Thay trở kháng . ta có : . Công suất trung bình :
18. 18 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 8. Công suất Phaso . Công suất phản ứng là phần ảo của P . Vc : điện áp trên tụ điện . Viết lại biểu thức trên dưới dạng năng lượng : • Năng lượng cực đại tích trữ trong cuộn cảm : • Năng lượng cực đại tích trữ trong tụ điện : . Biểu thức tổng quát cho hệ số âm sắc . Khi năng lượng tích trữ trong tụ điện là bằng 0, năng lượng tích trữ trong cuộn cảm đạt cực đại và bằng năng lượng toàn phần của mạch điện