CÁC BƯỚC ĐỂ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỊNH LÝ THEVENIN (THEVENIN'S THEOREM)

Định lý Thevenin

Một kỹ sư người pháp, M.L Thevenin, Đã thực hiện một bước nhảy trong việc phân tích mạch điện tuyến tính năm 1893. Định lý Thevenin bản thân nó không phải là một công cụ phân tích, nhưng nó là cơ sở cho một phương pháp rất hữu ích trong việc đơn giản hóa các mạch điện có kết nối  phức tạp bởi vì chúng ta có thể giải quyết các mạch tuyến tính phức tạp và đặc biệt các mạch điện tử một cách dễ dàng và nhanh chóng.

  

Định lý Thevenin có thể được phát biểu như sau: 

• Bất kỳ một mạng điện tuyến tính  với nguồn áp và nguồn dòng và chỉ có trở kháng có thể được thay thế tại điểm A-B bằng 1 nguồn áp tương đương V_TH nối tiếp với 1 trở kháng tương đương R_TH.
• Điện áp tương đương V_TH là điện áp thu được tại nút A-B của mạng với phần tử cuối A-B hở mạch.
• Trở kháng tương đương R_TH là trở kháng của mạch giữa nút A và B  nếu tất cả nguồn áp lý tưởng trong mạch được thay thế bằng một ngắn mạch và tất cả nguồn dòng lý tưởng được thay thế bằng một hở mạch.

Các bước đơn giản để phân tích mạch điện thông qua định lý Thevenin

1. Hở mạch điện trở tải.
2. Tính toán / đo điện áp hở mạch . Đây là điện áp Thevenin (V_TH).
3. Hở mạch nguồn dòng và ngắn mạch nguồn áp.
4. Tính toán / đo điện trở tương đương hở mạch. Đây chính là điện trở Thevenin (R_TH).
5. Bây giờ, vẽ lại mạch với điện áp hở mạch (V_TH) ở bước 2 như là 1 nguồn điện áp và điện trở  hở mạch (R_TH) ở bước 4 như là tổng trở và kết nối với điện trở tải  mà chúng ta đã gỡ bỏ ở bước 1. Đây chính là mạch điện tương đương Thevenin  của mạch tuyến tính hay mạch điện phức tạp được đơn giản hóa và phân tích bởi định lý Thevenin mà bạn đã thực hiện.
6. Và ngay bây giờ tìm dòng điện chạy qua điện trở tải (Load resistor) bằng cách dùng định luật ôm I_T = V_TH/ (R_TH + R_L).
   
7. 
   

Ví dụ :

Tìm  V_TH, R_TH và dòng điện chạy qua tải và điện áp đặt lên điện tở tải trong hình 1 bằng cách sử dụng định lý thevenin 

Hình 1

Bước 1.

Hở mạch điện trở tải 5kΩ (hình  2).

hình 2

bước 2.

Tính toán điện áp tại điểm hở mạch . Đây chính là điện áp thevenin (V_TH). hình (3).

Chúng ta đã gỡ bỏ điện trở tải như hình (1), vì vậy mạch điện trở thành 1 mạch hở như hình 2. Bây giờ chúng ta tính toán điện áp thevenin (V_TH) .  Ta thấy V_TH = V_AB= V R4kΩ = (I x 4kΩ)  . Áp dụng định luật  kirchhoff cho mạch ta tính được dòng điện I chạy qua điện trở 12kΩ và  4kΩ ( dòng điện không rẽ nhánh qua điện trở 8kΩ vì mạch điện hở). ta có   I= 48/(12000+4000) = 3mA . Khi đó ta tính được  V_TH = V_AB= V R(4kΩ) = (0,003 x 4kΩ) = 12V
Vì vậy 12V (3mA  x 4kΩ) là sụt áp trên điện trở 4kΩ. Chúng ta cũng đã biết là không có dòng điện chạy qua điện trở 8kΩ vì nó bị hở mạch, nhưng điện trở 8kΩ là song song với điện trở 4kΩ. Vì vậy 1 điện áp (vd 12V) sẽ xuất hiện trên điện trở 8kΩ, do đó điện áp tại 2 điểm AB là 12V.  Do đó:

V_TH = 12V 

hình 3

Bước 3

Hở mạch nguồn dòng và ngắn mạch nguồn áp. Hình (4)

hình 4

Bước 4

Tính toán / đo điên trở hở mạch . Đây chính là điện trở (R_TH)

Chúng ta đã giảm nguồn 48V DC về 0 là thay thế nó tương đương với 1 đoạn ngắn mạch như ở bước 3. Như hiển thị ở hình 3. chúng ta có thể thấy điện trở 8kΩ mắc nối tiếp với kết nối song song của 2 điện trở 4kΩ và điện trở 12k Ω  tức là 

8kΩ + (4k Ω || 12kΩ) ….. (|| = song song với )

do đó ta có:

R_TH = 8kΩ +  [(4kΩ x 12kΩ) / (4kΩ + 12kΩ)]

R_TH = 8kΩ + 3kΩ

R_TH = 11kΩ

Hình 5

Bước 5.

Mắc nối tiếp R_TH với điện áp nguồn V_TH và kết nối lại điện trở tải như hiển thị ở hình 6. Đây chính là mạch điện thevenin với trở tải. nó được gọi là mạch điện tương đương thevenin

Hình 6

Bước 6.

Bây giờ áp dụng định luật ôm để  tính toán dòng điện qua tải và điện áp đặt lên tải như hiển thị ở hình (6)

I_L = V_TH/ (R_TH + R_L)

= 12V / (11kΩ + 5kΩ) → = 12/16kΩ

I_L= 0.75mA

And

V_L = I_Lx R_L

V_L = 0.75mA x 5kΩ

V_L= 3.75V

  

bây giờ hãy so sánh mạch điện đơn giản này với mạch điện ban đầu ở hình 1. có thể thấy nó dễ hơn nhiều trong việc tính toán, đo dòng điện tải với các tải khác nhau bằng định lý thevenin.

.

• Tweet
• Share
• Share
• Share
• Share