Các thành phần thụ động trong mạch AC

Các thành phần thụ động trong mạch AC

Linh kiện thụ động là những thiết bị mạch chỉ có thể làm giảm công suất điện đặt vào chúng chứ không thể tăng

Mạch điện và điện tử bao gồm việc kết nối nhiều linh kiện khác nhau với nhau tạo thành một mạch điện hoàn chỉnh và khép kín. Ba thành phần thụ động chính được sử dụng trong bất kỳ mạch nào là: Điện trở , Tụ điện và Cuộn cảm . Cả ba thành phần thụ động này đều có một điểm chung là chúng hạn chế dòng điện chạy qua mạch nhưng theo những cách rất khác nhau.

Dòng điện có thể chạy qua mạch theo một trong hai cách. Nếu nó chỉ chạy theo một hướng ổn định thì nó được phân loại là dòng điện một chiều, (DC). Nếu dòng điện xoay chiều theo cả hai chiều qua lại thì nó được phân loại là dòng điện xoay chiều, (AC). Mặc dù chúng có trở kháng trong mạch, các thành phần thụ động trong mạch xoay chiều hoạt động rất khác so với trở kháng trong mạch điện một chiều.

Các thành phần thụ động tiêu thụ năng lượng điện và do đó không thể tăng hoặc khuếch đại công suất của bất kỳ tín hiệu điện nào được áp dụng cho chúng, đơn giản vì chúng thụ động và như vậy sẽ luôn có độ lợi nhỏ hơn một. Các thành phần thụ động được sử dụng trong mạch điện và điện tử có thể được kết nối theo vô số cách như hình dưới đây, với hoạt động của các mạch này phụ thuộc vào sự tương tác giữa các đặc tính điện khác nhau của chúng.

Các thành phần thụ động trong mạch AC

 

Trong đó: R là dung kháng, C là điện dung và L là độ tự cảm.

Các điện trở dù được sử dụng trong mạch DC hay AC sẽ luôn có cùng giá trị điện trở bất kể tần số nguồn cung cấp là bao nhiêu. Điều này là do điện trở được xếp vào loại thuần có các đặc tính ký sinh như điện dung vô hạn C = ∞ và độ tự cảm L = 0 bằng không . Ngoài ra đối với mạch điện trở, điện áp và dòng điện luôn cùng pha nên công suất tiêu thụ tại bất kỳ thời điểm nào có thể được tìm thấy bằng cách nhân điện áp với cường độ dòng điện tại thời điểm đó.

Mặt khác, tụ điện và cuộn cảm có một loại điện trở xoay chiều khác được gọi là điện kháng , ( X L và X C ). Phản kháng cũng cản trở dòng điện chạy qua, nhưng lượng điện kháng không phải là một đại lượng cố định đối với một cuộn cảm hoặc tụ điện giống như cách mà một điện trở có giá trị điện trở cố định. Giá trị điện kháng của cuộn cảm hoặc tụ điện phụ thuộc vào tần số của dòng điện cung cấp cũng như giá trị DC của chính linh kiện.

Sau đây là danh sách các thành phần thụ động thường được sử dụng trong mạch điện xoay chiều cùng với các phương trình tương ứng của chúng có thể được sử dụng để tìm giá trị hoặc dòng điện của chúng. Lưu ý rằng về mặt lý thuyết tụ điện hoặc cuộn cảm hoàn hảo (thuần khiết) không có bất kỳ điện trở nào. Tuy nhiên trong thế giới thực chúng sẽ luôn có một số giá trị điện trở dù nhỏ đến đâu.

Mạch điện trở thuần

Điện trở  - Điện trở điều chỉnh, cản trở hoặc thiết lập dòng điện chạy qua một đường dẫn cụ thể hoặc áp đặt sự giảm điện áp trong mạch điện do kết quả của dòng điện này. Điện trở có một dạng trở kháng được gọi đơn giản là điện trở , ( R ) với giá trị điện trở của điện trở được đo bằng Ohms, Ω . Điện trở có thể có giá trị cố định hoặc giá trị thay đổi (chiết áp).

 

Mạch điện dung hoàn toàn

Tụ điện - Tụ điện là một thành phần có khả năng hoặc “khả năng” lưu trữ năng lượng dưới dạng điện tích giống như một cục pin nhỏ. Giá trị điện dung của một tụ điện được đo bằng Farads, F . Tại điện một chiều, tụ điện có trở kháng vô hạn (mạch hở), ( X C ) trong khi ở tần số rất cao, tụ điện có trở kháng bằng không (ngắn mạch).

 

Mạch thuần cảm ứng

Cuộn cảm - Cuộn cảm là một cuộn dây tạo ra từ trường bên trong chính nó hoặc bên trong lõi trung tâm do kết quả trực tiếp của dòng điện đi qua cuộn dây. Giá trị điện cảm của một cuộn cảm được đo bằng henr, H . Ở DC, cuộn cảm có trở kháng bằng không (ngắn mạch), trong khi ở tần số cao, cuộn cảm có trở kháng vô hạn (hở mạch), ( X L ).

Mạch AC dòng

Các thành phần thụ động trong mạch điện xoay chiều có thể được kết nối với nhau thành các tổ hợp nối tiếp để tạo thành mạch RC, RL và LC như hình bên.

Dòng RC mạch

 

Dòng RL mạch

 

Dòng mạch LC

 

Mạch AC song song

Các thành phần thụ động trong mạch điện xoay chiều cũng có thể được kết nối với nhau theo dạng kết hợp song song để tạo thành mạch RC, RL và LC như hình vẽ.

Mạch RC song song

 

Mạch RL song song

 

Mạch LC song song

 

Mạch RLC thụ động

Cả ba thành phần thụ động trong mạch AC cũng có thể được kết nối với nhau trong cả hai loạt RLC và song song RLC kết hợp như hình dưới đây.

Dòng RLC mạch

 

Mạch RLC song song

 

Chúng ta đã thấy ở trên rằng các thành phần thụ động trong mạch xoay chiều hoạt động rất khác so với khi được kết nối trong mạch một chiều do ảnh hưởng của tần số, (  ƒ  ). Trong đoạn mạch thuần điện trở, dòng điện cùng pha với điện áp. Trong mạch thuần cảm, cường độ dòng điện trong tụ điện bằng 90 o và trong đoạn mạch thuần cảm thì dòng điện trễ pha 90 o .

Sự đối lập với dòng điện chạy qua thành phần thụ động trong mạch xoay chiều được gọi là: cảm kháng , R đối với điện trở, cảm kháng điện dung , X C đối với tụ điện và điện kháng cảm ứng , X L đối với cuộn cảm. Sự kết hợp của điện trở và điện kháng được gọi là Trở kháng .

Trong một mạch loạt, tổng phasor của điện áp trên các thành phần mạch bằng việc cung cấp điện áp, V S . Trong một mạch song song, tổng phasor của các dòng chảy trong từng ngành và do đó qua từng thành phần mạch bằng việc cung cấp hiện tại, tôi S .

Đối với cả hai song song và hàng loạt kết nối mạch RLC, khi nguồn cung hiện nay là “trong pha” với điện áp cung cấp các mạch cộng hưởng xảy ra như X L  = X C . Mạch cộng hưởng nối tiếp được gọi là mạch chấp nhận . Mạch Cộng hưởng Song song được gọi là Mạch Rejecter .