Intro Circuit Analysis

1. Introduction to Electronics

2. Circuit analysis – Review (các công cụ phân tích mạch điện tử)

Electric/electronic circuit

Circuit elements: Active elements & Passive

KIRCHOFF’S CURRENT LAW (1st law)

KIRCHOFF’S LOOP VOLTAGE LAW (2nd law)

Superposition Theorem (nguyên lý xếp chồng)

Thevenin’s and Norton’s equivalent

3. Input/Output Impedances

TS. Lê Quốc Huy, Khoa Điện, ĐHBK-ĐHĐNJanuary 16 1

2

3

1947Shockley, Bardeen, BrattainBell Telephone Laboratories

1958Kilby

Texas Instruments(1961: the first commercial IC

Fairchild Corporation) 4

Mạch điện tử: gia công, xử lý tín hiệu theo những thuật toán khác nhau

• lọc (filters)

• khuếch đại (amplifiers): BJT, OP-AMP

• điều chế (modulators)

• tính toán (adding, substraction, multiplication, intergration…)

• tách sóng, chỉnh lưu, nhớ, truyền xa…

Tín hiệu (signal): số đo (điện áp, dòng điện) của một quá trình

• sự thay đổi theo thời gian của tín hiệu mang thông tin

Tín hiệu tương tự (analog)

liên tục (thời gian + biên độ)

Tín hiệu số (digital)

rời rạc (thời gian + biên độ)

5

• Tín hiệu tương tự (analog): liên tục (thời gian + biên độ)

• Tín hiệu số (digital): rời rạc (thời gian + biên độ)

Quantization(lượng tử hóa)

f(t)ANALOG

Con

tinuo

us-v

alue

(A)

Continuous-time(t)

Discrete-time(t)

DISCRETE (gián đoạn)

Discrete-time(t)

Discrete-value(A)

DIGITAL

6

Electric/electronic circuit: an interconnection of the elements

Circuit elements: 2 types:

1) Active elements (phần tử tích cực): capable of generating energy• generators, batteries, operational amplifiers

2) Passive elements (phần tử thụ động): not capable of generating energy• resistors, capacitors, inductors, diodes, transistors

(vòng kín - loop)

(nhánh)

(nút)

(phần tử mạch)

7

Circuit elements: 2 types: active and passive

8

Active elements (phần tử tích cực)

• Ideal independent source (nguồn độc lập): provides a specified voltage or current that is completely independent of other circuit elements

• Ideal dependent (or controlled) source (nguồn phụ thuộc): the source voltage or current is controlled by another voltage or current.

Voltage source(nguồn áp)

Current source(nguồn dòng)

9

Passive circuit elements (phần tử thụ động): R, L, C, diodes, transistors…

10

Passive circuit elements (phần tử thụ động): R

Brown 1%

Green

Blue

Violet

0,5%

0,25%

0,1%

11

Passive circuit elements (phần tử thụ động): C

Tụ gốm và tụplastic: nF, pF

Tụ hóa: µF

* Đọc thêm: Tụ điện https://www.youtube.com/watch?v=u-JN7ei9fLE 12

Passive circuit elements (phần tử thụ động): C

13

Series (nối tiếp) Parallel (song song)

Rtotal=R1+R2+⋯+Rn

Ltotal=L1+L2+⋯+Ln

14

Cubic resistive network

* Home Work: tính điện trở của mạch, nhìn từ A-B (gợi ý đáp án: 5/6R)

https://www.youtube.com/watch?v=XclRtunsNsg&list=PLhFjtzzUovr-b9XgHDH3OMVMucTZY7ge515

http://www.rapidtables.com/electric/Ground_Symbols.htm16

* HW:

http://hocnghetructuyen.vn/picture/thi/Default.asp?causo1=%203984

17

closedsurface

The sum of all currents entering a node is zero (tổng dòng điện đi vào và đi ra mộtnút bằng 0).

6540: iiiIBNode

43210: iiiiIANode

Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887), German physicistLaws found in 1845

1. Current into node (vào): +2. Current leaving node (ra):

18

In a closed loop, the sum of all voltage drops is zero(tổng điện áp rơi trong một vòng kín bằng 0)

1. Current travels from higher potential to lower

2. Positive current flows from + to – inside a voltage source

021

2

11

1

Ri

V

Ri

V

Thus in the loop,

due to (2)

due to (1)

due to (2)

due to (1)

21

211 RR

VVi

+

+

19

Superposition Theorem: for linear circuits with independent sources:(nguyên lý xếp chồng: cho mạch tuyến tính – chỉ có R và nguồn độc lập)

“ the response of a system to a number of simultaneous sources is the sum of the responses to each source applied separately“

* Linear circuit: independent/dependent sources + resistors: described by linear equations

* To evaluate the separate currents to be combined:

• replace all other voltage sources by short circuits (ngắn mạch nguồn áp)

• replace all other current sources by open circuits (hở mạch nguồn dòng)

I = I’ + I’’

20

Superposition Theorem:

• Example: calculate i12 Ω

=+

21

Superposition Theorem:

* HW1: calculate i, v

22

Superposition Theorem:

Iload = 6.623 mA

* HW2: calculate the load resistor's voltage drop and current

* HW3: calculate the voltage drop and current for each resistor

23

Superposition Theorem:

* HW4: calculate the voltage drop and current for each resistor

24

“black box”

Any linear circuit of resistors and sources (voltage, current)|||

single voltage/current source and resistor

Norton’s equivalent(mạng Norton)

Thevenin’s equivalent(mạng Thevenin)

VTh = VocRN = RTh

IN = VTh/RN

25

Thevenin’s equivalent : find RTh

* Method 1: deactivate all independent sources:(loại trừ các nguồn bên trong mạch)

1) Inspection

2) connecting a test sourceRTh = Vs/Is

26

Thevenin’s equivalent : find RTh

* Method 2: sources are not deactivated (giữ nguyên các nguồn bên trong mạch)

1. Find Voc (open-circuit)

2. Find Isc (short-circuit)RTh = Voc/Isc

27

1) ETh = open circuit voltage between A and B VAB = V1R3/(R1+R3)

2) RTh is the resistance “seen” between A and Bwith all sources shorted RTh = R2 nt (R1 || R3) = R2+(R1R3)/(R1+R3)

RTh

VTh

RNiN

1) iN = VAB /RN

= [V1R3/(R1+R3)]/ RN

2) RN = RTh

28

29

Compare results obtained by Norton’s equivalent and by Superposition ?

* Answer: i = 1 A

30

Input/Output Impedances (trở kháng vào/ra): input impedance is load seen by driver

output impedance is source impedance

ZIN

CircuitInput Output

ZOUT

iOUTiIN

Impedance between input terminals(ZIN - input impedance)

Impedance between output terminals(ZOUT - output impedance)

31

Impedance matching (phối hợp trở kháng:

Vmeasured

Imeasured

32

Impedance matching (phối hợp trở kháng:

* How to have:

• Vout max on load ?

• Pout max on load ?

• Iout max on load ?

• Rin >> Rs Rout << RL

• Rin = Rs Rout = RL

• Rin << Rs Rout >> RL

33

Impedance matching:

* Hint: find Thevenin’s equivalent of the circuit seen from A and B.

34

Impedance matching (phối hợp trở kháng): maximum power transfer

Maximum power transfer occurs when source & load impedances are equal

* HW2: when PL = Pmax

35