Giải bài tập Lý thuyết mạch bằng Python

Lý thuyết mạch là môn học cơ bản của ngành điện. Nội dung quan trọng và chủ yếu của môn học này là làm bài tập.

Lời giải của một bài tập lý thuyết mạch gồm hai phần có tầm quan trọng như nhau: lập công thức/(hệ) phương trình, và tính công thức/giải (hệ) phương trình.

Có hai cách chính để tính toán/giải (hệ) phương trình: dùng máy tính cầm tay, và dùng phần mềm tính toán. Cho đến thời điểm quyển sách này được viết xong thì việc dùng máy tính cầm tay cho một số phép tính, ví dụ giải hệ phương trình tuyến tính có hệ số phức hoặc có toán tử, rất mất thời gian và dễ nhầm lẫn. So với máy tính cầm tay thì phần mềm tính toán có nhiều ưu điểm: mạnh hơn, linh hoạt hơn, biểu diễn kết quả tốt hơn.

Quyển sách này trình bày cách dùng ngôn ngữ lập trình Python để giải một số dạng bài tập lý thuyết mạch. Ngôn ngữ này được lựa chọn vì nó đơn giản, có nhiều thư viện hỗ trợ, không chiếm nhiều tài nguyên của máy tính, và đặc biệt là miễn phí. Các mã nguồn trong quyển sách này được viết để chạy trong hệ điều hành Windows 10 Pro 64 bit.

“Giải bài tập Lý thuyết mạch bằng Python” không phải là sách giáo khoa về lý thuyết mạch hay ngôn ngữ lập trình Python. Nội dung chính của nó là giải một số dạng bài tập trong lý thuyết mạch bằng ngôn ngữ Python. Vì thế bạn đọc cần có các kiến thức cơ bản về lý thuyết mạch và kỹ thuật lập trình (bằng Python) khi đọc quyển

sách này.

Biến đổi tương đương là một trong những phương pháp rất phổ biến và mạnh, được dùng để giảm khối lượng tính toán bằng cách đơn giản hóa mạch điện. Nhưng nếu đã dùng phần mềm để giải mạch thì khối lượng tính toán không còn là một vấn đề lớn. Vì thế bạn đọc sẽ không tìm thấy phương pháp này ở đây.

Cuốn sách bao gồm ba chương:

Chương 1 đề cập đến một trong những bài toán quan trọng nhất của lý thuyết mạch: giải hệ phương trình tuyến tính (thực và phức). Nó liên quan đến mạch một chiều và xoay chiều xác lập, mạng hai cửa, mạch ba pha, mạch có khuếch đại thuật toán, và đường dây dài xác lập.

Chương 2 giải quyết các vấn đề chính của bài toán quá độ, bao gồm lập phương trình đặc trưng, biến đổi Laplace thuận, giải hệ phương trình có toán tử, biến đổi Laplace ngược, vẽ đồ thị.

Chương 3 trình bày việc giải hai bài toán tương đối khó nhưng lại phổ biến trong mạch phi tuyến. Đó là phương pháp dò và phương pháp sai phân.

Các mạch điện trong hệ thống này không phải là mô hình hoặc sơ đồ điện của bất kỳ hệ thống hoặc thiết bị thật nào. Chúng chỉ được dùng để minh họa cho các phương pháp giải mạch điện. Chúng tôi không chịu bất kỳ trách nhiệm nào về tác dụng, hoạt động, hay hậu quả của mạch điện được lắp ráp theo các mạch điện trong quyển sách này.

Các mã nguồn trong quyển sách này được cất ở địa chỉ https://sites.google.com/site/ncpdhbkhn/s%C3%A1ch?authuser=0

Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã cố gắng hết sức, nhưng vẫn khó tránh được những thiếu sót không mong muốn. Nếu phát hiện thiếu sót hoặc có những ý kiến đóng góp, xin bạn đọc gửi thông tin về pnguyencong@yahoo.com hoặc ninh.nguyentuan@gmail.com

MỤC LỤC

Lời nói đầu 3

Chương 1. MẠCH XÁC LẬP 7

1.1. Mạch một chiều 7

1.2. Mạch xoay chiều 17

1.3. Mạng hai cửa 34

1.4. Mạch ba pha 41

1.5. Mạch có khuếch đại thuật toán 46

Chương 2. MẠCH QUÁ ĐỘ 58

2.1. Lập và giải phương trình đặc trưng 58

2.2. Biến đổi Laplace thuận 78

2.3. Giải mạch toán tử và hệ phương trình toán tử 80

2.4. Biến đổi Laplace ngược 101

2.5. Vẽ đồ thị 112

2.6. Tổng hợp 115

Chương 3. MẠCH PHI TUYẾN 130

3.1. Phương pháp dò 130

3.2. Phương pháp sai phân 150

TÀI LIỆU THAM KHẢO 191