Phân tích mạch điện 2: mạch xoay chiều: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 16 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mới Quay lại môn học

Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.

1Công thức và phương pháp

Số phức

Dạng đại số: z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Mô-đun và argument: |z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Dạng cực và dạng mũ: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ
Phép chia: z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Tích và thương: r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
De Moivre: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
Căn bậc n: z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
Phương trình bậc hai với p² < 4q: z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Phương pháp

Hãy quyết định dạng nào phù hợp với phép toán: dạng đại số a + jb để cộng và trừ, dạng cực r∠θ để nhân, chia, lũy thừa và căn.
Hãy nhân khai triển với j² = −1; chia bằng cách nhân tử và mẫu với số phức liên hợp của mẫu.
Hãy đổi bằng r = √(a² + b²) và θ từ hình phác của điểm (kiểm tra góc phần tư), và đổi ngược lại bằng a = r cos θ, b = r sin θ.
Với lũy thừa hãy dùng De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; với zⁿ = R∠φ hãy liệt kê cả n nghiệm R^1/n∠((φ + 360°k)/n).

Tổng trở xoay chiều và phasor

Tổng trở: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
Tần số góc: ω = 2πf
Độ lớn và góc: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Định luật Ohm dạng phasor: V = I·Z

Phương pháp

Đổi tần số: ω = 2πf.
Tìm từng điện kháng: X_L = ωL và X_C = 1/(ωC).
Cộng các tổng trở như điện trở, với Z = R + jX.
Tìm độ lớn |Z| = √(R² + X²) và góc φ = atan(X/R), rồi dùng định luật Ohm với phasor.

Công suất xoay chiều và hệ số công suất

Công suất tác dụng: P = V·I·cos φ
Công suất phản kháng: Q = V·I·sin φ
Công suất biểu kiến: S = V·I = √(P² + Q²)
Hệ số công suất: pf = cos φ = P/S
Tụ điện bù: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

Cộng hưởng LC, hệ số Q và băng thông

Tần số riêng: ω₀ = 1/√(LC), f₀ = 1/(2π√(LC))
Năng lượng: W = ½CV₀² = ½Cv² + ½Li²
Dòng đỉnh: I_max = V₀√(C/L)
Hệ số phẩm chất: Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
RLC nối tiếp: Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
RLC song song: Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Băng thông: BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, f₀ = √(f₁f₂)
Các tần số công suất một nửa: f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
Mạch cộng hưởng song song với điện trở cuộn dây r: R_D = L/(C·r) = Q²·r
Sự suy giảm biên độ: e^−Rt/(2L)

Phương pháp

Trước hết tìm tần số cộng hưởng: ω₀ = 1/√(LC) và f₀ = ω₀/(2π).
Quyết định mạch là nối tiếp hay song song: nối tiếp Q = (1/R)√(L/C), song song Q = R√(C/L).
Dùng BW = f₀/Q cho băng thông, hoặc các công thức tắt R/(2πL) (nối tiếp) và 1/(2πRC) (song song).
Với các câu hỏi về năng lượng, dùng việc tổng năng lượng ½CV₀² không đổi trong mạch LC lý tưởng và dao động giữa C và L sau mỗi phần tư chu kỳ.

Công suất ba pha

Nối sao (Y): V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
Nối tam giác (Δ): V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
Tổng công suất tác dụng: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
Công suất biểu kiến và phản kháng: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
Tụ điện bù: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
Điện áp trên mỗi tụ điện: Δ: V_L Y: V_L/√3
Công suất vào của động cơ: P_in = P_out/η

Quá độ RC và RL

Hằng số thời gian: τ = RC | τ = L/R
Đáp ứng: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
Tụ điện ở chế độ một chiều: hở mạch; v_C không thể nhảy vọt
Cuộn cảm ở chế độ một chiều: ngắn mạch; i_L không thể nhảy vọt
Đã ổn định: t ≈ 5τ

Phương pháp

Tìm giá trị ban đầu ngay sau khi đóng cắt: điện áp tụ điện và dòng điện cuộn cảm không thể nhảy vọt.
Tìm giá trị cuối rất lâu sau khi đóng cắt: tụ điện hoạt động như hở mạch, cuộn cảm như ngắn mạch.
Tìm hằng số thời gian: τ = RC hoặc τ = L/R, dùng điện trở mà tụ điện hoặc cuộn cảm nhìn thấy.
Dùng x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

Thévenin và Norton

Điện áp Thévenin: V_th = V_{open circuit}
Điện trở Thévenin: R_th: tắt mọi nguồn, nhìn từ a–b
Dòng Norton: I_N = V_th/R_th
Dòng điện qua tải: I_L = V_th/(R_th + R_L)
Truyền công suất cực đại: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

Phương pháp

Bỏ tải ra và đánh dấu hai cực a và b.
Tìm điện áp hở mạch giữa a và b: đây là V_th.
Tắt mọi nguồn độc lập và tìm điện trở nhìn từ a–b: đây là R_th.
Đặt lại tải vào mạch tương đương: V_th nối tiếp với R_th.
Với mạch tương đương Norton, hãy chuyển đổi: I_N = V_th/R_th, với R_N = R_th mắc song song.

2Bài tập

1.Số phứcTrung bình

Hãy tìm argument θ của z = −8 + j5 theo độ, là giá trị chính nằm giữa −180° và 180°.

z = −8 + j5

θ = °

2.Số phứcKhó

Hãy tìm phần thực của (−3 + j2)⁴.

z = −3 + j2n = 4

Re(z⁴) =

3.Tổng trở xoay chiều và phasorTrung bình

Một mạch RLC nối tiếp được nối với nguồn 230 V (hiệu dụng), 200 Hz. Tìm góc pha φ của tổng trở, theo độ (dương khi dòng điện trễ pha so với điện áp).

V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 20 ΩL = 250 mHC = 2,2 µF

φ = °

4.Tổng trở xoay chiều và phasorKhó

Một mạch RLC nối tiếp được nối với nguồn 230 V (hiệu dụng), 500 Hz. Tìm tần số cộng hưởng f₀ của mạch.

V = 230 V (rms)f = 500 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 2,2 µF

f₀ = Hz

5.Công suất xoay chiều và hệ số công suấtTrung bình

Một tải cảm kháng lấy 16,5 A và 3036 W từ nguồn một pha 230 V (hiệu dụng). Mô hình hóa nó như một điện trở R nối tiếp với một điện kháng X. Tìm X.

V = 230 VI = 16,5 AP = 3036 W

X = Ω

6.Công suất xoay chiều và hệ số công suấtKhó

Một tải một pha lấy 16 kW với hệ số công suất 0,8 trễ pha từ nguồn 400 V, 50 Hz. Một tụ điện 150 µF được mắc song song với tải. Tìm hệ số công suất mới cos φ mà nguồn nhìn thấy.

P = 16 kWpf₁ = 0,8V = 400 Vf = 50 HzC = 150 µF

cos φ =

7.Cộng hưởng LC, hệ số Q và băng thôngTrung bình

Một tụ điện 2,2 nF được nạp đến 12 V dao động với một cuộn cảm lý tưởng 100 µH. Tìm năng lượng W_L tích trữ trong cuộn cảm tại thời điểm điện áp tụ điện là 2,4 V, theo nJ.

C = 2,2 nFV₀ = 12 Vv_C = 2,4 V

W_L = nJ

8.Cộng hưởng LC, hệ số Q và băng thôngKhó

Một tụ điện 4,7 nF đã nạp phóng điện qua một cuộn dây 2,2 mH có tổng điện trở nối tiếp 10 Ω, nên dao động tắt dần chậm. Biên độ của nó suy giảm theo e^−Rt/(2L). Có bao nhiêu chu kỳ dao động n trôi qua trước khi biên độ giảm một nửa? (Tổn hao nhỏ, nên tần số là f₀.)

L = 2,2 mHC = 4,7 nFR = 10 Ω

n =

9.Công suất ba phaTrung bình

Một tải nối sao (Y) cân bằng có tổng trở 16 + j12 Ω mỗi pha được nối với nguồn ba pha cân bằng có điện áp dây 400 V. Tìm tổng công suất tác dụng P mà tải hấp thụ, theo kW.

V_L = 400 VZ = 16 + j12 Ω mỗi pha

P = kW

10.Công suất ba phaKhó

Một tải ba pha cân bằng lấy 250 kW với hệ số công suất 0,7 trễ từ nguồn 480 V (điện áp dây), 50 Hz. Một bộ tụ điện ba pha mắc song song với tải phải nâng hệ số công suất tổng lên 0,95 trễ. Công suất tác dụng giữ nguyên. Tìm tổng công suất phản kháng Q_C mà bộ tụ điện phải cung cấp, theo kvar.

P = 250 kWpf₁ = 0,7pf₂ = 0,95V_L = 480 Vf = 50 Hz

Q_C = kvar

11.Quá độ RC và RLTrung bình

Nguồn Vₛ nạp tụ điện qua R₁, và R₂ được mắc song song với C. Tụ điện chưa tích điện khi khóa đóng tại t = 0. Tìm hằng số thời gian τ của mạch sau khi công tắc đóng.

V_s = 9 VR₁ = 6,8 kΩR₂ = 1 kΩC = 220 µF

τ = ms

12.Quá độ RC và RLKhó

Công tắc đã đóng trong một thời gian dài, nên mạch ở trạng thái xác lập. Tại t = 0 công tắc mở. Tìm điện áp tụ điện v_C tại t = 500 ms.

V_s = 30 VR₁ = 1 kΩR₂ = 2,2 kΩC = 220 µFt = 500 ms

v_C = V

13.Thévenin và NortonTrung bình

Tìm điện áp Thévenin V_th nhìn từ cặp cực a–b.

V₁ = 15 VR₁ = 12 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 10 Ω

V_th = V

14.Thévenin và NortonKhó

Tìm dòng Norton I_N: dòng điện chạy từ a đến b nếu nối tắt hai cực.

V₁ = 6 VI_s = 4 AR₁ = 6 ΩR₂ = 8 ΩR₃ = 8 Ω

I_N = A

15.Biểu đồ Bode và độ dự trữTrung bình

Trong bộ lọc thông dải RLC nối tiếp trong hình, đầu ra lấy trên R = 1 Ω, với L = 2 mH và C = 2,2 µF. Tìm tần số trung tâm (cộng hưởng) f₀ theo Hz.

R = 1 ΩL = 2 mHC = 2,2 µF

f₀ = Hz

16.Biểu đồ Bode và độ dự trữKhó

Một vòng hồi tiếp đơn vị có hàm truyền vòng hở L(s) = 230/(s(s + 5)). Tìm tần số cắt biên ω_c, tại đó |L(jω)| = 1.

L(s) = 230/(s(s + 5))

ω_c = rad/s

3Dung dịch

1.Số phức

Đáp số: θ = 148 °

Dạng cực: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ, với r = |z| và θ = arg z. Trở về dạng đại số: a = r cos θ, b = r sin θ. Argument cần xét góc phần tư: θ = atan(b/a) chỉ khi a > 0; với a < 0 hãy cộng hoặc trừ 180°. Ở dạng cực phép nhân rất dễ: nhân các mô-đun và cộng các argument; với phép chia, chia các mô-đun và trừ các argument.

Góc phần tư

a = −8, b = 5 → II

Góc tham chiếu

α = atan(5/8) = 32,01°

Argument

θ = 180° − α = 148°

Đáp số

θ = 148°

Ở dạng cực z = 9,434∠148°.

2.Số phức

Đáp số: Re(z⁴) = −119

De Moivre và căn: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Phương trình zⁿ = R∠φ có đúng n nghiệm, tất cả có mô-đun R^1/n, tại các argument (φ + 360°·k)/n với k = 0, 1, …, n − 1: chúng nằm cách đều nhau trên một đường tròn, cách nhau 360°/n. Một phương trình bậc hai z² + pz + q = 0 với p² < 4q có các nghiệm phức z = −p/2 ± j√(q − p²/4); một đa thức hệ số thực luôn có các nghiệm phức thành từng cặp liên hợp a ± jb.

Lũy thừa từng bước

z² = (−3 + j2)(−3 + j2) = 5 − j12

z³ = (5 − j12)(−3 + j2) = 9 + j46

z⁴ = (9 + j46)(−3 + j2) = −119 − j120

Kiểm tra bằng De Moivre

z = 3,606∠146,3° → z⁴ = 169∠−134,8°

Re(z⁴) = −119

Đáp số

Re(z⁴) = −119

3.Tổng trở xoay chiều và phasor

Đáp số: φ = −67,19 °

Mạch xoay chiều với phasor: điện trở, cuộn cảm và tụ điện có tổng trở lần lượt là R, jωL và 1/(jωC), với ω = 2πf. Khi nối tiếp, các tổng trở cộng như điện trở, nhưng là số phức. Dòng điện và điện áp hiệu dụng tuân theo định luật Ohm với |Z|.

Điện kháng

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s

X_L = ωL = 1257·0,25 = 314,2 Ω

X_C = 1/(ωC) = 1/(1257·2,2·10⁻⁶) = 361,7 Ω

Tổng trở

Khi nối tiếp, các tổng trở cộng như số phức: Z = R + j(X_L − X_C).

|Z| = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(20² + (−47,56)²) = 51,59 Ω

Góc pha

φ = arctan((X_L − X_C)/R) = arctan(−47,56/20) = −67,19°

Đáp số

φ = −67,19°

4.Tổng trở xoay chiều và phasor

Đáp số: f₀ = 277,1 Hz

Cộng hưởng

Khi cộng hưởng, cảm kháng và dung kháng triệt tiêu nhau: ωL = 1/(ωC). Tần số nguồn không ảnh hưởng.

f₀ = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,15·2,2·10⁻⁶)) = 277,1 Hz

Đáp số

f₀ = 277,1 Hz

5.Công suất xoay chiều và hệ số công suất

Đáp số: X = 8,364 Ω

Công suất xoay chiều: công suất biểu kiến S = V·I (VA) tách thành công suất tác dụng P = S·cos φ (W), thực hiện công có ích, và công suất phản kháng Q = S·sin φ (var), dao động qua lại giữa nguồn và tải. Hệ số công suất là cos φ. Một tụ điện mắc song song cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, nên dòng điện trên đường dây giảm với cùng công suất tác dụng.

Điện trở từ công suất thực

R = P/I² = 3036/16,5² = 11,15 Ω

Điện kháng từ trở kháng

|Z| = V/I = 230/16,5 = 13,94 Ω

X = √(|Z|² − R²) = √(13,94² − 11,15²) = 8,364 Ω

Đáp số

X = 8,364 Ω

6.Công suất xoay chiều và hệ số công suất

Đáp số: cos φ = 0,9633

Công suất phản kháng trước và sau

Công suất tác dụng P không đổi; chỉ công suất phản kháng lấy từ nguồn thay đổi.

Q₁ = 16·tan(arccos 0,8) = 12 kvar

Q_C = V²·2πf·C = 400²·2π·50·150·10⁻⁶ = 7540 var = 7,54 kvar

Q₂ = 12 − 7,54 = 4,46 kvar

Công suất biểu kiến mới

S₂ = √(16² + 4,46²) = 16,61 kVA

Hệ số công suất mới

cos φ = P/S₂ = 16/16,61 = 0,9633

Đáp số

cos φ = 0,9633

7.Cộng hưởng LC, hệ số Q và băng thông

Đáp số: W_L = 152,1 nJ

Cộng hưởng LC: một tụ điện đã nạp nối với một cuộn cảm tạo ra dòng điện nạp nó theo chiều ngược lại: năng lượng dao động giữa điện trường của C (½Cv²) và từ trường của L (½Li²) ở tần số riêng f₀ = 1/(2π√(LC)). Không có điện trở thì tổng năng lượng ½CV₀² không đổi, nên dòng điện đỉnh là I_max = V₀√(C/L). Một chu kỳ là T = 1/f₀; năng lượng chuyển từ C sang L trong một phần tư chu kỳ.

Tổng năng lượng

½·2,2 × 10⁻⁹·12² = 1,584 × 10⁻⁷ J

Năng lượng còn lại trong tụ điện

½·2,2 × 10⁻⁹·2,4² = 6,336 × 10⁻⁹ J

Năng lượng trong cuộn cảm

W_L = 1,521 × 10⁻⁷ J = 152,1 nJ

Đáp số

W_L = 152,1 nJ

8.Cộng hưởng LC, hệ số Q và băng thông

Đáp số: n = 15,1

Hệ số phẩm chất và băng thông: trong mạch cộng hưởng, Q = 2π·(năng lượng tích trữ)/(năng lượng mất mỗi chu kỳ). Với RLC nối tiếp, Q = ω₀L/R = (1/R)√(L/C); với RLC song song, Q = R/(ω₀L) = R√(C/L). Băng thông giữa các tần số công suất một nửa f₁ và f₂ (nơi công suất bằng một nửa và dòng điện hoặc điện áp bằng 1/√2 giá trị đỉnh) là BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, bằng R/(2πL) với mạch nối tiếp và 1/(2πRC) với mạch song song. Tần số cộng hưởng là trung bình nhân f₀ = √(f₁f₂), và f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Tổn hao cũng làm dao động tắt dần: trong RLC nối tiếp, biên độ giảm theo e^−Rt/(2L).

Thời gian bán rã của biên độ

t = 2·0,0022·ln 2/10 = 0,000305 s

Số chu kỳ

n = t·f₀ = 0,000305·49495 = 15,1

Đáp số

n = 15,1

Cách tắt: n = Q·ln 2/π với Q = 68,42.

9.Công suất ba pha

Đáp số: P = 6,4 kW

Điện áp pha

V_ph = 400/√3 = 230,9 V

Dòng điện pha

|Z| = √(16² + 12²) = 20 Ω

I_ph = 230,9/20 = 11,55 A

Tổng công suất tác dụng

Chỉ phần điện trở của mỗi tổng trở hấp thụ công suất tác dụng.

P = 3·I_ph²·R = 3·11,55²·16 = 6,4 kW

Đáp số

P = 6,4 kW

Kiểm tra: cos φ = R/|Z| = 0,8, và √3·V_L·I_L·cos φ cho cùng công suất.

10.Công suất ba pha

Đáp số: Q_C = 172,9 kvar

Hệ ba pha cân bằng: trong nối sao (Y), điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha, V_L = √3·V_ph, và dòng điện dây bằng dòng điện pha. Trong nối tam giác (Δ), điện áp dây bằng điện áp pha và dòng điện dây bằng √3 lần dòng điện pha, I_L = √3·I_ph. Tổng công suất bằng ba lần công suất của một pha: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. Bù hệ số công suất: tụ điện cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). Mỗi tụ trong ba tụ cung cấp Q_C/3 = V²·ω·C, trong đó V là điện áp trên tụ đó: V_L trong bộ nối tam giác (Δ), V_L/√3 trong bộ nối sao (Y).

Công suất phản kháng trước và sau

Công suất tác dụng không đổi, nên mỗi hệ số công suất xác định công suất phản kháng: Q = P·tan φ.

Q₁ = 250·tan(acos 0,7) = 250·1,02 = 255,1 kvar

Q₂ = 250·tan(acos 0,95) = 250·0,3287 = 82,17 kvar

Công suất phản kháng từ các tụ điện

Q_C = Q₁ − Q₂ = 172,9 kvar

Đáp số

Q_C = 172,9 kvar

11.Quá độ RC và RL

Đáp số: τ = 191,8 ms

Quá độ bậc nhất: trong mạch có một tụ điện hoặc một cuộn cảm, mọi điện áp và dòng điện biến thiên theo hàm mũ từ giá trị ban đầu đến giá trị cuối: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ, với τ = RC hoặc τ = L/R. Sau khoảng 5τ mạch đã ổn định.

Mạch tương đương Thévenin nhìn từ tụ điện

Ngắn mạch nguồn để tìm R_th; hở mạch tụ điện để tìm điện áp mà nó sẽ ổn định ở đó.

R_th = R₁ ∥ R₂ = 6,8·1/(6,8 + 1) = 0,8718 kΩ

v_C(∞) = 9·1/(6,8 + 1) = 1,154 V

Hằng số thời gian

τ = R_th·C = 0,8718·220 = 191,8 ms

Đáp số

τ = 191,8 ms

12.Quá độ RC và RL

Đáp số: v_C = 7,341 V

Điện áp ban đầu của tụ điện

Ở trạng thái xác lập, tụ điện là mạch hở, nên R₁ và R₂ tạo thành bộ chia áp. Điện áp tụ điện không thể nhảy khi công tắc mở.

v_C(0) = 30·2,2/(1 + 2,2) = 20,63 V

Hằng số thời gian sau khi công tắc mở

τ = R₂·C = 2,2·220 = 484 ms

Sự phóng điện

v_C(t) = 20,63·e^−500/484 = 7,341 V

Đáp số

v_C = 7,341 V

13.Thévenin và Norton

Đáp số: V_th = 6,818 V

Định lý Thévenin: mọi mạng tuyến tính hai cực đều hoạt động như một nguồn điện áp V_th duy nhất nối tiếp với điện trở R_th. Định lý Norton cho cùng mạng đó dưới dạng nguồn dòng I_N = V_th/R_th song song với R_th.

Tìm R_th khi tắt mọi nguồn

Thay nguồn điện áp bằng ngắn mạch và nguồn dòng bằng hở mạch, rồi nhìn vào mạch từ a–b.

R₁ ∥ R₂ = 12·10/(12+10) = 5,455 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 5,455 + 10 = 15,45 Ω

Tìm V_th, điện áp hở mạch

Khi a–b hở, không có dòng điện qua R₃, nên không có sụt áp trên nó và V_b = V_A. R₁ và R₂ tạo thành một cầu chia áp.

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 15·10/(12+10) = 6,818 V

14.Thévenin và Norton

Đáp số: I_N = 4,3 A

Tìm R_th khi tắt mọi nguồn

Thay nguồn điện áp bằng ngắn mạch và nguồn dòng bằng hở mạch, rồi nhìn vào mạch từ a–b.

R₁ ∥ R₂ = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3,429 + 8 = 11,43 Ω

Tìm V_th, điện áp hở mạch

Khi a–b hở, đường duy nhất cho Iₛ là qua R₃ vào nút A. Tìm V_A bằng xếp chồng V₁ và Iₛ, rồi cộng thêm độ sụt áp trên R₃.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 3,429 + 4·3,429 = 17,14 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 17,14 + 4·8 = 49,14 V

Mạch tương đương Norton

Nguồn Norton là cùng mạch đó nhìn như một nguồn dòng song song với R_th. Dòng của nó là dòng ngắn mạch tại a–b.

I_N = V_th/R_th = 49,14/11,43 = 4,3 A

15.Biểu đồ Bode và độ dự trữ

Đáp số: f₀ = 2399 Hz

Đáp ứng tần số: thay s = jω vào hàm truyền. Độ lớn theo decibel là 20·log₁₀|H(jω)| và pha là tổng các góc của các nhân tử ở tử trừ đi các góc của các nhân tử ở mẫu. Một bộ lọc RC hoặc RL bậc nhất có tần số góc (−3 dB) tại ω_c = 1/(RC) hoặc R/L, và f_c = ω_c/(2π); bộ lọc thông thấp cho |H| = 1/√(1 + (ω/ω_c)²) và φ = −atan(ω/ω_c). Trong biểu đồ Bode tiệm cận (đường thẳng), mỗi cực bẻ độ lớn xuống 20 dB/decade tại tần số góc của nó, mỗi điểm không bẻ nó lên 20 dB/decade, và một bộ tích phân 1/s cho −20 dB/decade ở mọi tần số. Tần số cắt biên ω_c: |L(jω)| = 1 (0 dB); độ dự trữ pha PM = 180° + ∠L(jω_c). Tần số cắt pha ω₁₈₀: ∠L(jω) = −180°; độ dự trữ biên GM = −20·log₁₀|L(jω₁₈₀)| dB. Vòng kín ổn định khi cả hai độ dự trữ đều dương.

Tần số cộng hưởng

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,002·2,2 × 10⁻⁶) = 15076 rad/s

f₀ = ω₀/(2π) = 2399 Hz

Đáp số

f₀ = 2399 Hz

16.Biểu đồ Bode và độ dự trữ

Đáp số: ω_c = 14,76 rad/s

Tần số cắt biên

ω⁴ + 25ω² − 52900 = 0

ω² = (−25 + √(625 + 4·52900))/2 = 217,8

ω_c = 14,76 rad/s

Đáp số

ω_c = 14,76 rad/s

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-2

Phân tích mạch điện 2: mạch xoay chiều: gói ôn nước rút

1Công thức và phương pháp

Số phức

Phương pháp

Tổng trở xoay chiều và phasor

Phương pháp

Công suất xoay chiều và hệ số công suất

Cộng hưởng LC, hệ số Q và băng thông

Phương pháp

Công suất ba pha

Quá độ RC và RL

Phương pháp

Thévenin và Norton

Phương pháp

2Bài tập

3Dung dịch

Góc phần tư

Góc tham chiếu

Argument

Đáp số

Lũy thừa từng bước

Kiểm tra bằng De Moivre

Đáp số

Điện kháng

Tổng trở

Góc pha

Đáp số

Cộng hưởng

Đáp số

Điện trở từ công suất thực

Điện kháng từ trở kháng

Đáp số

Công suất phản kháng trước và sau

Công suất biểu kiến mới

Hệ số công suất mới

Đáp số

Tổng năng lượng

Năng lượng còn lại trong tụ điện

Năng lượng trong cuộn cảm

Đáp số

Thời gian bán rã của biên độ

Số chu kỳ

Đáp số

Điện áp pha

Dòng điện pha

Tổng công suất tác dụng

Đáp số

Công suất phản kháng trước và sau

Công suất phản kháng từ các tụ điện

Đáp số

Mạch tương đương Thévenin nhìn từ tụ điện

Hằng số thời gian

Đáp số

Điện áp ban đầu của tụ điện

Hằng số thời gian sau khi công tắc mở

Sự phóng điện

Đáp số

Tìm Rth khi tắt mọi nguồn

Tìm Vth, điện áp hở mạch

Tìm Rth khi tắt mọi nguồn

Tìm Vth, điện áp hở mạch

Mạch tương đương Norton

Tần số cộng hưởng

Đáp số

Tần số cắt biên

Đáp số

Tìm R_th khi tắt mọi nguồn

Tìm V_th, điện áp hở mạch

Tìm R_th khi tắt mọi nguồn

Tìm V_th, điện áp hở mạch