Giáo trình Điện tử cơ bản - Nghề sửa chữa thiết bị điện công nghiệp

Nội dung text: Giáo trình Điện tử cơ bản - Nghề sửa chữa thiết bị điện công nghiệp

1. BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ Dự án Giáo dục Kỹ thuật và Dạy nghề (VTEP) Logo GIÁO TRÌNH Môn học: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mã số: CIE 0109 00 NGHỀ SỬA CHỮA THIẾT BỊ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Trình độ: Lành nghề 5 Hà Nội - 2007
2. (Mặt sau trang bìa) Tuyên bố bản quyền: Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình Cho nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo . Mọi mục đích khác có ý đồ lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Tổng Cục Dạy nghề sẽ làm mọi cách để bảo vệ bản quyền của mình. Tổng Cục Dạy Nghề cám ơn và hoan nghênh các thông tin giúp cho việc tu sửa và hoàn thiện tốt hơn tàI liệu này. Địa chỉ liên hệ: Dự án giáo dục kỹ thuật và nghề nghiệp Tiểu Ban Phát triển Chương trình Học liệu Mã tàI liệu: Mã quốc tế ISBN: 2
3. LỜI TỰA (Vài nét giới thiệu xuất xứ của chương trình và tài liệu) Tài liệu này là một trong các kết quả của Dự án GDKT-DN (Tóm tắt nội dung của Dự án) (Vài nét giới thiệu quá trình hình thành tài liệu và các thành phần tham gia) (Lời cảm ơn các cơ quan liên quan, các đơn vị và cá nhân đã tham gia) (Giới thiệu tài liệu và thực trạng) Tài liệu này được thiết kế theo từng mô đun/ môn học thuộc hệ thống mô đun/môn học của một chương trình, để đào tạo hoàn chỉnh Nghề Sửa chữa thiết bị điện công nghiệp ở cấp trình độlành nghề và được dùng làm Giáo trình cho học viên trong các khoá đào tạo, cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắn hạn hoặc cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng nhân lực tham khảo. Đây là tài liệu thử nghiệm sẽ được hoàn chỉnh để trở thành giáo trình chính thức trong hệ thống dạy nghề. Hà nội, ngày tháng . năm Giám đốc Dự án quốc gia 3
4. MỤC LỤC TT NỘI DUNG TRANG 1 Lời tựa 3 2 MỤC 4 LỤC 3 GIỚI THIỆU VỀ MÔN 5 HỌC 4 Sơ đồ quan hệ theo trình tự học 6 nghề 5 CÁC HÌNH THỨC HOẠT ĐỘNG HỌC TẬP CHÍNH TRONG 8 MÔN HỌC 6 BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ 9 BẢN 7 Bài 2: Lịnh kiện thụ 21 động 8 BÀI 3: LINH KIỆN BÁN 38 DẪN 9 BÀI 4: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZÍTOR 71 10 Bài 5: Mạch ứng dụng dùng 99 BJT 11 TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI 121 TẬP 12 TÀI LIỆU THAM 129 KHẢO 4
5. GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN/MÔN HỌC Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun/môn học: Với sự phát triển và hoàn thiện không ngừng của thiết bị điện trên mọi lĩnh vực đời sống xã hội, mạch điện tử trở thành một thành phần không thể thiếu được trong các thiết bị điện, công dụng chính của nó là để điều khiển khống chế các thiết bị điện, thay thế một số khí cụ điện có độ nhạy cao. Nhằm mục đích: gọn hóa các thiết bị điện, giảm tiêu hao năng lượng trên thiết bị, tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ của thiết bị Do đó, nhận dạng được các linh kiện, mạch điện tử, kiểm tra, thay thế, được các linh kiện, mạch điện hư hỏng là một yêu cầu quan trọng không thể thiếu được, nhất là trong lĩnh vực điện tử công nghiệp, khi mà các dây chuyền công nghiệp được hình thành và phát triển mạnh trên phạm vi cả nước. Mục tiêu thực hiện của môn học: Sau khi hoàn tất môn học này, học viên có năng lực: . Phân biệt được hình dạng, ký hiệu, cấu tạo, nguyên lí làm việc của các linh kiện điện tử thông dụng theo các tiêu chuẩn đã được học. . Ứng dụng các linh kiện điện tử, mạch điện tử cơ bản và thực tế theo yêu cầu kỹ thuật. . Sử dụng máy đo VOM để phân loại, đo kiểm tra xác định chất lượng linh kiện và mạch điện tử cơ bản trong công nghiệp theo các đặc tính linh kiện và mạch điện tử Nội dung chính của môn học: Môn học này có năm bài, học trong 90 giờ, trong đó 40 giờ lý thuyết và 50 giờ thực hành. Các bài học như sau: Bài 1: Các kháI niệm cơ bản Bài 2: Linh kiện thụ động Bài 3: Linh kiện bán dẫn 5
6. Bài 4: Các mạch khuyếch đại dùng tranzito Bài 5: Các mạch ứng dụng dùng tranzito 6
7. 2.4. SƠ ĐỒ MỐI LIÊN HỆ GIỮA CÁC MÔ-ĐUN VÀ MÔN HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH MÁY ĐIỆN -17 CUNG CẤP ĐIỆN 1 - 19 VẼ KT CƠ KHÍ- 10 Q -DÂY MÁY ĐIỆN -18 TRANG BỊ ĐỆN 2 - 26 KỸ THUẬT NGUỘI - 12 TRANG BỊ ĐIỆN 1 - 21 PLC CƠ BẢN -27 KỸ THUẬT ĐIỆN - 08 ĐẦU RA KỸ THUẬT SỐ - 25 VẬT LIỆU ĐIỆN -13 THỰC TẬP SẢN SUẤT K-THUẬT CẢM BIẾN - 24 KHÍ CỤ ĐIỆN - 14 CHÍNH TRỊ - 01 ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG - 23 ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1 - 16 KT LẮP ĐẶT ĐIỆN - 20 PHÁP LUẬT - 02 VẼ ĐIỆN - 11 THỂ CHẤT - 03 T-H TRANG BỊ ĐIỆN 1 - 22 ĐIỆN TỬ CƠ BẢN - 09 Q. PHÒNG - 04 THIẾT BỊ ĐIỆN GD - 15 TIN HỌC - 05 ANH VĂN - 06 MỘT MÔ-ĐUN BỔ TRỢ ATLĐ - 07 7
8. Ghi chú: Môn học Điện tử cơ bản cung cấp những kiến thức cơ sở để học viên có thể phân tích hoạt động, lắp ráp và sửa chữa của các mạch điện tửổtng thiết bị điện, Khí cụ điện. Môn học này có tầm quan trọng không thể thiếu được trong phần đào tạo tay nghề cho công nhân hoạt động trong lĩnh vực điện. Khi học viên học tập và thực hành môn học này, nếu phần nào không đạt yêu cầu, cần phải được học lại và kiểm tra kiến thức và thực hành về phần chưa đạt đó. Khi chuyển trường, chuyển ngành, học viên nếu đã học ở một cơ sở đào tạo khác rồi thì phải xuất trình giấy chứng nhận; Trong một số trường hợp có thể vẫn phải qua sát hạch lại. 8
9. CÁC HOẠT ĐỘNG HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔN HỌC Hoạt động học trên lớp có thảo luận. Hoạt động tự học, tự sưu tầm các tài liệu liên quan và làm các bài tập về môn học Điện tử cơ bản. Hoạt động thực hành tại xưởng về các mạch điện tử cơ bản đã học, lắp ráp và phát hiện những sai lỗi của các mạch điện tử cơ bản. YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔN HỌC  Nội dung kiểm tra viết: Trình bày cấu tạo, nguyên lí hoạt động, ứng dụng các linh kiện điện tử cơ bản. Trình bày ứng dụng của các mạch điện tử cơ bản. Phân tích các mạch điện tử cơ bản.  Nội dung kiểm tra thực hành: Kiểm tra kỹ năng thực hành lắp ráp, sửa chữa, thay thế các linh kiện được đánh giá theo các tiêu chuẩn: - Độ chính xác của các dạng tín hiệu ở ngõ ra, sau khi lắp ráp, sửa chữa. - Tính thẩm mỹ của mạch lắp ráp, sửa chữa .  Các vật liệu khi thực hành: Các linh kiện điện tử thụ động và bán dẫn các loại theo yêu cầu mạch điện thực tế 9
10. BÀI 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN MÃ BÀI: CIE 01 09 01 GIỚI THIỆU: Nền tảng cơ sở của hệ thống điện nói chung và điện kỹ thuật nói riêng xoay quanh vấn đề dẫn điện, cách điện của vật chất gọi là vật liệu điện. Do đó hiểu được bản chất của vật liệu điện, vấn đề dẫn điện và cách điện của vật liệu, linh kiện là một nội dung không thể thiếu được trong kiến thức của người thợ điện, điện tử. Đó chính là nội dung của bài học này. MỤC TIÊU THỰC HIỆN: Học xong bài học này, học viên có năng lực: Đánh giá / xác định tính dẫn điện trên mạch điện, linh kiện phù hợp theo yêu cầu kỹ thuật. Phát biểu tính chất, điều kiện làm việc của dòng điện trên các linh kiện điện tử khác nhau theo nội dung đã học. Tinh toán điện trở, dòng điện, điện áp trên các mạch điện một chiều theo điều kiện cho trước. NỘI DUNG: Vật dẫn điện và cách điện Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường HOẠT ĐỘNG I: HỌC LÍ THUYẾT TRÊN LỚP 1.1.Vật dẫn điện và cách điện: 1.1.1 Vật dẫn điện và cách điện: Trong kỹ thuật người ta chia vật liệu thành hai loại chính: Vật cho phép dòng điện đi qua gọi là vật dẫn điện 10
11. Vật không cho phép dòng điện đi qua gọi là vật cách điện Tuy nhiên khái niệm này chỉ mang tính tương đối. Chúng phụ thuộc vào cấu tạo vật chất, các điều kiện bên ngoài tác động lên vật chất Về cấu tạo: vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử. Nguyên tử được cấu tạo gồm hai phần chính là hạt nhân mang điện tích dương (+) và các electron mang điện tích âm e gọi là lớp vỏ của ngưyên tử. Vật chất được cấu tạo từ mối liên kết giữa các nguyên tử với nhau tạo thành tính bền vững của vật chất. Hình1.1 Hình 1.1: Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử của vật chất Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngoài cùng có 8 e , với trạng thái đó nguyên tử mang tính bền vững và được gọi là trung hoà về điện. Các chất loại này không có tính dẫn điện, gọi là chất cách điện Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngoài cùng không đủ 8 e , với trạng thái này chúng dễ cho và nhận điện tử, các chất này gọi là chất dẫn điện Về nhiệt độ môi trường: Trong điều kiện nhiệt độ bình thường (< 250C) các nguyên tử liên kết bền vững. Khi tăng nhiệt độ, động năng trung bình của các nguyên tử gia tăng làm các liên kết yếu dần, một số e thoát khỏi liên kết trở thành e tự do, lúc này nếu có điện trường ngoài tác động vào, vật chất có khả năng dẫn điện. Về điện trường ngoài: Trên bề mặt vật chất, khi đặt một điện trường hai bên chúng sẽ xuất hiện một lực điện trường E. Các e sẽ chịu tác động của lực điện trường này, nếu lực điện trường đủ lớn, các e sẽ chuyển động ngược chiều điện trường, tạo thành dòng điện. Độ lớn của lực điện trường phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai điểm đặt và độ dày của vật dẫn. Tóm lại: Sự dẫn điện hay cách điện của vật chất phụ thuộc nhiều vào 4 yếu tố: Cấu tạo nguyên tử của vật chất Nhiệt độ của môi trường làm việc Hiệu điện thế giữa hai điểm đặt lên vật chất 11
12. Độ dày của vật chất a. Vật dẫn điện: Trong thực tế, người ta coi vật liệu dẫn điện là vật chất ở trạng thái bình thường có khả năng dẫn điện. Nói cách khác, là chất ở trạng tháI bình thường có sẵn các điện tích tự do để tạo thành dòng điện Các đặc tính của vật liệu dẫn điện là: - Điện trở suất - Hệ số nhiệt - Nhiệt độ nóng chảy - Tỷ trọng Các thông số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu dẫn điện thông thường được giới thiệu trong Bảng 1.1: 12
13. BẢNG 1.1: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN Điện trở Hệ số Nhiệt Tỷ tt Tên vật liệu suẩt nhiệt độ trọng Hợp kim Phạm vi ứng dụng Ghi chú nóng mm2/m chảy t0C 1 Đồng đỏ hay 0,0175 0,004 1080 8,9 Chủ yếu dùng làm dây dẫn đồng kỹ thuật 2 Thau (0,03 - 0,002 900 3,5 đồng với - Các lá tiếp xúc 0,06) kẽm - Các đầu nối dây 3 Nhôm 0,028 0,0049 660 2,7 - Làm dây dẫn điện - Bị ôxyt hoá nhanh, tạo - Làm lá nhôm trong tụ thành lớp bảo vệ, nên khó xoay hàn, khó ăn mòn - Làm cánh toả nhiệt - Bị hơi nước mặn ăn - Dùng làm tụ điện (tụ hoá) mòn 4 Bạc 960 10,5 - Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần 13
14. 5 Nic ken 0,07 0,006 1450 8,8 - Mạ vỏ ngoài dây dẫn để Có giá thành rẻ hơn bạc sử dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần 6 Thiếc 0,115 0,0012 230 7,3 Hợp chất - Hàn dây dẫn. Chất hàn dùng để hàn dùng để làm - Hợp kim thiếc và chì có trong khi lắp ráp linh kiện chất hàn nhiệt độ nóng chảy thấp điện tử gồm: hơn nhiệt độ nóng chảy - Thiếc 60% của từng kim loại thiếc và - Chì 40% chì 7 Chì 0,21 0,004 330 11,4 - Cầu chì bảo vệ quá dòng Dùng làm chát hàn (xem - Dùng trong ac qui chì phần trên) - Vỏ bọc cáp chôn 8 Sắt 0,098 0,0062 1520 7,8 - Dây săt mạ kem làm dây - Dây sắt mạ kẽm giá dẫn với tải nhẹ thành hạ hơn dây đồng - Dây lưỡng kim gồm lõi - Dây lưỡng kim dẫn điện sắt vỏ bọc đồng làm dây gần như dây đồng do có dẫn chịu lực cơ học lớn hiệu ứng mặt ngoài 9 Maganin 0,5 0,00005 1200 8,4 Hợp chất Dây điện trở gồm: - 80% đồng 14
15. - 12% mangan - 2% nic ken 10 Contantan 0,5 0,000005 1270 8,9 Hợp chất Dây điện trở nung nóng gồm: - 60% đồng - # 40% nic ken - # 1% Mangan 11 Niken - 1,1 0,00015 1400 8,2 Hîp chÊt - Dïng lµm d©y ®èt nãng Cr«m (nhiÖt gåm: (d©y má hµn, d©y bÕp ®é lµm - 67% ®iÖn, d©y bµn lµ) viÖc: Nicken 900) - 16% s¨t - 15% cr«m - 1,5% mangan 15
16. C¸c ®Æc tÝnh cña vËt liÖu c¸ch ®iÖn gåm: - §é bÒn vÒ ®iÖn. - NhiÖt ®é chÞu ®ùng. - H»ng sè ®iÖn m«i. - Gãc tæn hao. - TØ träng. C¸c th«ng sè vµ ph¹m vi øng dông ®­îc tr×nh bµy ë B¶ng 1.2: 1.2 §iÖn trë c¸ch ®iÖn cña linh kiÖn vµ m¹ch ®iÖn tö: - §iÖn trë c¸ch ®iÖn cña m¹ch ®iÖn lµ ®iÖn trë khi cã ®iÖn ¸p lín nhÊt cho phÐp ®Æt vµo gi÷a mµ linh kiÖn kh«ng bÞ ®¸nh thñng (phãng ®iÖn). C¸c linh kiÖn cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ghi trªn th©n linh kiÖn kÌm theo c¸c ®¹i l­îng ®Æc tr­ng. VÝ dô: Tô ®iÖn ®­îc ghi trªn th©n nh­ sau: 47/25vV, cã nghÜa lµ Gi¸ trÞ lµ 47 vµ ®iÖn ¸p lín nhÊt cã thÓ chÞu ®ùng ®­îc kh«ng qu¸ 25v. C¸c linh kiÖn kh«ng ghi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p trªn th©n th­êng cã t¸c dông cho dßng ®iÖn mét chiÒu (DC) vµ xoay chiÒu (AC) ®i qua nªn ®iÖn ¸p ®¸nh thñng cã t­¬ng quan víi dßng ®iÖn nªn th­êng ®­îc ghi b»ng c«ng suÊt. VÝ dô: §iÖn trë ®­îc ghi trªn th©n nh­ sau: 100/ 2W Cã nghÜa lµ Gi¸ trÞ lµ 100 vµ c«ng suÊt chÞu ®ùng trªn ®iÖn trë lµ 2W, chÝnh lµ tû sè gi÷a ®iÖn ¸p ®Æt lªn hai ®Çu ®iÖn trë vµ dßng ®iÖn ®i qua nã (U/I). U cµng lín th× I cµng nhá vµ ng­îc l¹i. C¸c linh kiÖn b¸n dÉn do c¸c th«ng sè kü thuËt rÊt nhiÒu vµ kÝch th­íc l¹i nhá nªn c¸c th«ng sè kü thuËt ®­îc ghi trong b¶ng tra mµ kh«ng ghi trªn th©n nªn muèn x¸c ®Þnh ®iÖn trë c¸ch ®iÖn cÇn ph¶i tra b¶ng. §iÖn trë c¸ch ®iÖn cña m¹ch ®iÖn lµ ®iÖn ¸p lín nhÊt cho phÐp gi÷a hai m¹ch dÉn ®Æt gÇn nhau mµ kh«ng s¶y ra hiÖn t­îng phãng ®iÖn, hay dÉn ®iÖn. Trong thùc tÕ khi thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn cã ®iÖn ¸p cµng cao th× kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c m¹ch ®iÖn cµng lín. Trong söa ch÷a th­êng kh«ng quan t©m ®Õn yÕu tè nµy tuy nhiªn khi m¹ch ®iÖn bÞ Èm ­ít, bÞ bôi Èm th× cÇn quan t©m ®Õn yÕu tè nµy ®Ó tr¸nh t×nh tr¹ng m¹ch bÞ dÉn ®iÖn do yÕu tè m«i tr­êng. 16
17. 1.2. C¸c h¹t mang ®iÖn vµ dßng ®iÖn trong c¸c m«i tr­êng: 1.2.1. Kh¸i niÖm h¹t mang ®iÖn: H¹t mang ®iÖn lµ phÇn tö c¬ b¶n cña vËt chÊt cã mang ®iÖn, nãi c¸ch kh¸c ®ã lµ c¸c h¹t c¬ së cña vËt chÊt mµ cã t¸c dông víi c¸c lùc ®iÖn tr­êng, tõ tr­êng. Trong kü thuËt tuú vµo m«i tr­êng mµ tån t¹i c¸c lo¹i h¹t mang ®iÖn kh¸c nhau, Chóng bao gåm c¸c lo¹i h¹t mang ®iÖn chÝnh sau: - e (electron) Lµ c¸c ®iÖn tÝch n»m ë líp vá cña nguyªn tö cÊu t¹o nªn vËt chÊt, khi n»m ë líp vá ngoµi cïng lùc liªn kÕt gi÷a vá vµ h¹t nh©n yÕu dÔ bøt ra khái nguyªn tö ®Ó t¹o thµnh c¸c h¹t mang ®iÖn ë tr¹ng th¸i tù do dÔ dµng di chuyÓn trong m«i tr­êng. - ion+ Lµ c¸c nguyªn tö cÊu t¹o nªn vËt chÊt khi mÊt ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng chóng cã xu h­íng lÊy thªm ®iÖn tö ®Ó trë vÒ tr¹ng th¸i trung hoµ vÒ ®iÖn nªn dÔ dµng chÞu t¸c dông cña lùc ®iÖn, nÕu ë tr¹ng th¸i tù do th× dÔ dµng di chuyÓn trong m«i tr­êng. - ion Lµ c¸c nguyªn tö cÊu t¹o nªn vËt chÊt khi thõa ®iÖn tö ë líp ngoµi cïng chóng cã xu h­íng cho bít ®iÖn tö ®Ó trë vÒ tr¹ng th¸i trung hoµ vÒ ®iÖn nªn dÔ bÞ t¸c dông cña c¸c lùc ®iÖn, nÕu ë tr¹ng th¸i tù do th× chóng dÔ dµng chuyÓn ®éng trong m«i tr­êng. 17
18. BẢNG 1.2: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Độ bền về t0C Hằng số Góc tổn TT Tên vật liệu điện chịu điện môi hao Tỷ Đặc điểm Phạm vi ứng dụng (kV/mm) đựng trọng 1 Mi ca 50-100 600 6-8 0,0004 2,8 Tách được thành - Dùng trong tụ điện từng mảnh rất - Dùng làm vật cách điện trong thiết mỏng bị nung nóng (VD:bàn là) 2 Sứ 20-28 1500- 6-7 0,03 2,5 - Giá đỡ cách điện cho đường dây 1700 dẫn - Dùng trong tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây 3 Thuỷ tinh 20-30 500- 4-10 0,0005- 2,2-4 1700 0,001 4 Gốm không không 1700- 0,02-0,03 4 - Kích thước nhỏ - Dùng trong tụ điện chịu được chịu 4500 nhưng điện dung điện áp được lớn cao nhiệt độ lớn 5 Bakêlit 10-40 4-4,6 0,05-0,12 1,2 18
19. 6 Êbônit 20-30 50-60 2,7-3 0,01- 1,2-1,4 0,015 7 Pretspan 9-12 100 3-4 0,15 1,6 Dùng làm cốt biến áp 8 Giấy làm tụ 20 100 3,5 0,01 1-1,2 Dùng trong tụ điện điện 9 Cao su 20 55 3 0,15 1,6 - Làm vỏ bọc dây dẫn - Làm tấm cách điện Lụa cách 8-60 105 3,8-4,5 0,04-0,08 1,5 Dùng trong biến áp điện Sáp 20-25 65 2,5 0,0002 0,95 Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm Paraphin 20-30 49-55 1,9-2,2 Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm Nhựa thông 10-15 60-70 3,5 0,01 1,1 - Dùng làm sạch mối hàn - Hỗn hợp paraphin và nhựa thông dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm Êpoxi 18-20 1460 3,7-3,9 0,013 1,1-1,2 Hàn gắn các bộ kiện điện-điện tử Các loại Dùng làm chất cách điện plastic (polyetylen, 19
20. polyclovinin) 20
21. 1.2.2 Dòng điện trong các môi trường: Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường ngoài. a. Dòng điện trong kim loại: Do kim loại ở thể rắn cấu trúc mạng tinh thể bền vững nên các nguyên tử kim loại liên kết bền vững, chỉ có các e - ở trạng thái tự do. Khi có điện trừơng ngoài tác động các e- sẽ chuyển động dưới tác tác dụng của lực điện trường để tạo thành dòng điện. Vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các e - dưới tác dụng của điện trường ngoài. Trong kĩ thuật điện người ta qui ước chiều của dòng điện là chiều chuyển động của các hạt mang điện dương nên dòng điện trong kim loại thực tế ngược với chiều của dòng điện qui ước. b. Dòng điện trong chất điện phân: Chất điện phân là chất ở dạng dung dịch có khả năng dẫn điện được gọi là chất điện phân. Trong thực tế chất điện phân thường là các dung dịch muối, axit, bazơ. Khi ở dạng dung dịch (hoà tan vào nước) chúng dễ dàng tách ra thành các ion trái dấu. Vi dụ: Phân tử NaCl khi hoà tan trong nước chúng tách ra thành Na+ và Cl- riêng rẽ. Quá trình này gọi là sự phân li của phân tử hoà tan trong dung dịch. Khi không có điện trường ngoài các ion chuyển động hỗn loạn trong dung dịch gọi là chuyển động nhiệt tự do. Khi có điện trường một chiều ngoài bằng cách cho hai điện cực vào trong bình điện phân các ion chịu tác dụng của lực điện chuyển động có hướng tạo thành dòng điện hình thành nên dòng điện trong chất điện phân. Sơ đồ mô tả hoạt động được trình bày ở hình 1.2 21
22. Hình 1.2: Dòng điện trong chất điện phân Các ion+ chuyển động cùng chiều điện trường để về cực âm, các ion - chuyển động ngược chiều điện trưòng về cực dương và bám vào bản cực. Lợi dụng tính chất này của chất điện phân mà trong thực tế người ta dùng để mạ kim loại, đúc kim loại. Vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương và âm dưới tác dụng của điện trường ngoài. c. Dòng điện trong chất khí: Chất khí là hỗn hợp nhiều loại nguyên tử hay phân tử khí kết hợp tồn tại trong môi trường. Ở trạng thái bình thường các nguyên tử, phân tử trung hoà về điện. Vì vậy chất khí là điện môi. Để chất khí trở thành các hạt mang điện người ta dùng nguồn năng lượng từ bên ngoài tác động lên chất khí như đốt nóng hoặc bức xạ bằng tia tử ngoại hoặc tia Rơn ghen Một số nguyên tử hoặc phân tử khí mất điện tử ở lớp ngoài trở thành điện tử tự do và các nguyên tử hoặc phân tử mất điện tử trở thành các ion + , đồng thời các điện tử tự do có thể liên kết với các nguyên tử hoặc phân tử trung hoà để trở thành các ion - . Như vậy lúc này trong môi trường khí sẽ tồn tại các thành phần nguyên tử hoặc phân tử khí trung hoà về điện, ion+ , ion- . Lúc này chất khí được gọi đẵ bị ion hoá. Khi không có điện trường ngoài các hạt mang điện chuyển động tự do hỗn loạn gọi là chuyển động nhiệt không xuất hiện dòng điện. Khi có điện trường ngoài đủ lớn các ion và điện tử tự do chịu tác dụng của điện trường ngoài tạo thành dòng điện gọi là sự phóng điện trong chất khí. Vậy: Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương, âm và các điện tử tự do, dưới tác dụng của điện trường ngoài. Các ion dương chuyển động cùng chiều điện trường, các ion âm và điện tử tự do chuyển động ngược chiều điện trưòng ngoài. Sơ đồ mô tả thí nghiệm được trình bày ở hình 1.3: 22
23. Hình 1.3: Sơ đồ mô tả thí nghiệm dòng điện trong chất khí. Ở áp suất thấp chất khí dễ bị ion hoá để tạo thành dòng điện gọi là dòng điện trong khí kém. Trong kĩ thuật ứng dụng tính chất dẫn điện trong khí kém mà người ta chế tạo nên đèn neon và một só loại đèn khác, đặc biệt trong kĩ thuật điện tử người ta chế tạo ra các đèn chống đại cao áp ở các nơi có điện áp cao gọi là (spac). d. Dòng điện trong chân không: Chân không là môi trường hoàn toàn không có nguyên tử khí hoặc phân tử khí có nghĩa áp suất không khí trong môi trường = 0 at (at : atmôt phe là đơn vị đo lường của áp suất). Trong thực tế không thể tạo ra được môi trường chân không lí tưởng. Môi trường chân không thực tế có áp suất khoảng 0,001 at, lúc này số lượng nguyên tử, phân tử khí trong môi trường còn rất ít có thể chuyển động tự do trong môi trường mà không sảy ra sự va chạm lẫn nhau. Để tạo ra được môI trường này trong thực tế người ta hút chân không của một bình kín nào đó, bên trong đặt sẵn hai bản cực gọi là Anod và katot. Khi đặt một điện áp bất kì vào hai cực thì không có dòng điện đI qua vì môi trường chân không là môi trường cách điện lí tưởng. Khi sưởi nóng catôt bằng một nguồn điện bên ngoài thì trên bề mặt catôt xuất hiện các e- bức xạ từ catôt. Khi đặt một điện áp một chiều (DC) tương đối lớn khoảng vài trăm votl vào hai cực của bình chân không. Với điện áp âm đặt vào Anod và điện áp Dương đặt vào catôt thì không xuất hiện dòng điện. Khi đổi chiều đặt điện áp; Dương đặt vào Anod và Âm đặt vào catôt thì xuất hiện dòn điện đI qua môi trường chân không trong bình. Ta nói đã có dòng điện trong môi 23
24. trường chân không đó là các e- bức xạ từ catôt di chuyển ngược chiều điện trường về Anod. Vậy: Dòng điện trong môI trường chân không là dòng chuyển dời có hường của các e- dưới tác dụng của điện trường ngoài. Trong kĩ thuật, dòng điện trong chân không được ứng dụng để chế tạo ra các đèn điện tử chân không, hiện nay với sự xuất hiện cả linh kiện bán dẫn đèn điện tử chân không trở nên lạc hậu do cồng kềnh dễ vỡ khi rung sóc va đập, tổn hao công suất lớn, điện áp làm việc cao. Tuy nhiên trong một số mạch điện có công suất cực lớn, tổng trở làm việc cao,hay cần được phát sáng trong qua trình làm việc thì vẫ phải dùng đèn điện tử chân không. Như đèn hinh, đèn công suất. e. Dòng điện trong chất bán dẫn: Chất bán dẫn là chất nằm giữa chất cách điện và chất dẫn điện, cấu trúc nguyên tử có bốn điện tử ở lớp ngoài cùng nên dễ liên kết với nhau tạo thành cấu trúc bền vững. Đồng thời cũng dễ phá vỡ dưới tác dụng nhiệt để tạo thành các hạt mang điện. Khi bị phá vỡ các mối liên kết, chúng trở thành các hạt mang điện dương do thiếu điện tử ở lớp ngoài cùng gọi là lỗ trống. Các điện tử ở lớp vỏ dễ dàng bứt khỏi nguyên tử để trở thành các điện tử tự do. Khi đặt điện trường ngoài lên chất bán dẫn các e - chuyển động ngược chiều điện trường, Các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường để tạo thành dòng điện trong chất bán dẫn. Vậy: dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hường của các e - và các lỗ trống dưới tác dụng của điện trường ngoài. Chất bán dẫn được trình bày ở trên được gọi là chất bán dẫn thuần không được ứng dụng trong kĩ thuật vì phải có các điều kiện kèm theo như nhiệt độ điện áp khi chế tạo linh kiện. Trong thực tế để chế tạo linh kiện bán dẫn người ta dùng chất bán dẫn pha thêm các chất khác gọi là tạp chất để tạo thành chất bán dẫn loại P và loại N Chất bán dẫn loại P là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu trong chất bán dẫn là các lỗ trống nhờ chúng được pha thêm vào các chất có 3 e - ở lớp ngoài cùng nên chúng thiếu điện tử trong mối liên kết hoá trị tạo thành lỗ trống trong cấu trúc tinh thể. Chất bán dẫn loại N là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu là các e - nhờ được pha thêm các tạp chất có 5 e- ở lớp ngoài cùng nên chúng thừa điện tử trong mối liên kết hoá trị trong cấu trúc tinh thể để tạo thành chất bán dẫn loại N có dòng điện đi qua là các e- . Linh kiện bán dẫn trong kĩ thuật được cấu tạo từ các mối liên kết P, N. Từ các mối nối P, N này mà người ta có thể chế tạo được rất nhiều loại linh kiện khác nhau. Tuyệt đại 24
25. đa số các mạch điện tử hiện nay đều được cấu tạo từ linh kiện bán dẫn, các linh kiện được chế tạo có chức năng độc lập như Diót, tran zitor được gọi là các linh kiện đơn hay linh kiện rời rạc, các linh kiện bán dẫn được chế tạo kết hợp với nhau và với các linh kiện khác để thực hiện hoàn chỉnh một chức năng nào đó và được đóng kín thành một khối được gọi là mạch tổ hợp (IC: Integrated Circuits). Các IC được sử dụng trong các mạch tín hiệu biến đổi liên tục gọi là IC tương tự, các IC sử dụng trong các mạch điện tử số được gọi là IC số. Trong kĩ thuật hiện nay ngoài cách phân chia IC tương tự và IC số người ta còn phân chia IC theo hai nhóm chính là IC hàn xuyên lỗ và IC hàn bề mặt SMD: Surface Mount Device, Chúng khác nhau về kích thước và nhiệt độ chịu đựng trên linh kiện. Xu hướng phát triển của kỹ thuật điện tử là không ngừng chế tạo ra các linh kiện mới, mạch điện mới trong đó chủ yếu là công nghệ chế tạo linh kiện mà nền tảng là công nghệ bán dẫn. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: Câu hỏi trắc nghiệm: Hãy lựa chọn phương án đúng để trả lời các câu hỏi dưới đây bằng cách tô đen vào ô vuông thích hợp: TT Nội dung câu hỏi a b c d 1.1 Thế nào là vật dẫn điện? a. Vật có khả năng cho dòng điện đi qua. □ □ □ □ b. Vật có các hạt mang điện tự do. c. Vật có cấu trúc mạng tinh thể d. Cả a,b. 1.2 Thế nào là vật cách điện? a. Vật không có hạt mang điện tử do. □ □ □ □ b. Vật không cho dòng điện đi qua. c. Vật ở trạng thái trung hoà về điện. d. Cả ba yếu tố trên 1.3 1. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật 25
26. chất? □ □ □ □ a. Cấu tạo c. Điện trường ngoài b. Nhiệt độ d. Cả ba yếu tố trên 1.4 2. Dựa vào tính chất cấu tạo cho biết chất nào có khả năng dẫn điện tốt nhất? □ □ □ □ a. Nhôm c. Bạc Vàng b. Đồng d. Sắt 1.5 3. Dựa vào tính chất cấu tạo cho biết chất nào có khả năng cách điện tốt nhất? □ □ □ □ a. Không khí. c. Gốm. b. Thuỷ tinh. d. Mi ca 1.6 4. Các hạt nào là hạt mang điện? a. ion+ I c. on □ □ □ □ b. e d. Cả ba hạt nêu trên 1.7 5. Dòng điện trong chất điện phân là dòng của loại hạt măng điện nào? □ □ □ □ a. e c. ion- ion+ d. Gồm b và c. 1.8 Dòng điện trong chất khí là dòng của các hạt mang điện nào? □ □ □ □ a. e c. ion - b. ion+ d. Cả a,b,c. 1.9 Dòng điện trong kim loại là dòng của hạt mang điện nào? a. e- c. ion- □ □ □ □ b. ion+ d. Gồm a,b,c 1.10 Trong chất bán dẫn dòng điện di chuyển là dòng của hạt mang điện nào? □ □ □ □ a. e c. on b. ion+ d. lỗ trống 26
27. HOẠT ĐỘNG II: TỰ NGHIÊN CỨU TÀI LIỆU Học viên tham khảo các tài liệu dưới đây : Nguyễn Tấn Phước Linh kiện điện tử, NXB Tổng hợp TP. HCM, 2003 Nguyễn Minh Giáp Sách tra cứu linh kiện điện tử SMD. NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội, 2003 Nguyễn Kim Giao, Kĩ thuật điện tử 1. NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 Lê Xuân Thế Giáo trinh linh kiện điện tử, Dự án GDKT và DN (VTEP), Hà Nội, 2007 VẬT LÍ LỚP 11, NXB Gi¸o dôc, Hµ Néi. Đỗ xuân Thụ Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005. Nội dung cần nghiên cứu: - Các vật liệu điện: Cách điện, Dẫn điện, Bán dẫn - Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính dẫn điện của vật liệu. - Dòng điện trong các môi trường và ứng dụng trong kĩ thuật điện, điện tử. HOẠT ĐỘNG III: HỌC TẠI XƯỞNG TRƯỜNG 1.Nội dung: - Phân biệt chất dẫn điện cách điện, dẫn điện. - Nghiên cứu các đặc tính của vật liệu trong các điều kiện khác nhau. a. Hình thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm nhỏ từ 2 - 4 học sinh dưới sự hướng dẫn tạp trung của giáo viên. b. Dụng cụ: c. Máy đo VOM. d. Bộ nguồn biến đổi có các mức điện áp khác nhau từ 0-1000v e. Bộ dụng cụ cầm tay nghề điện tử. f. Các vật liệu dẫn điện và cách điện khác nhau. a. Qui trình thực hiện: 27
28. A. Phân biệt chất cách điện và dẫn điện: Phát các vật liệu khác nhau hiện có trong xưởng cho học sinh. g. Cho biết chất nào dẫn điện, chất nào cách điện bằng cảm nhận khách quan, trình bày lí do. h. Dùng máy đo VOM để xác định chât cách điện, dẫn điện trong điều kiện bình thường. B. Nghiên cứu đặc tính dẫn điện và cách điện trong các điều kiện khác nhau: Trình bày cách mắc mạch đo dòng (như hình vẽ), mắc vật liệu cần nghiên cứu nối tiếp trên mạch. Đặt lên mạch các điện áp khác nhau nếu xuất hiện dòng điện qua mạch có nghĩa vật dẫn điện, Nếu không xuất hiện dòng điện có nghĩa vật không dẫn điện. +V Nguån cung cÊp cã c¸c gi¸ trÞ thay ®æi kh¸c nhau §iÖn trë h¹n dßng m¸y ®o VOM ë chÕ ®é ®o dßng VËt liÖu cÇn nghiªn cøu 28
29. BÀI 2 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG MÃ BÀI: CIE 01 09 02 Giới thiệu: Các mạch điện tử được tạo nên từ sự kết nối các linh kiện điện tử với nhau bao gồm hai loại linh kiện chính là linh kiện thụ động và linh kiện tích cực trong đó phần lớn là các linh kiện thụ động. Do đó muốn phân tích nguyên lí hoạt động, thiết kế mạch, kiểm tra trong sửa chữa cần phải hiểu rõ cấu tạo, nguyên lí hoạt động của các linh kiện điện tử, trong đó trước hết là các linh kiện điện tử thụ động. Mục tiêu thực hiện: Học xong bài học này, học viên có năng lực: Phân biệt điện trở, tụ điện, cuộn cảm với các linh kiện khác theo các đặc tính của linh kiện. Đọc đúng trị số điện trở, tụ điện, cuộn cảm theo qui ước quốc tế. Đo kiểm tra chất lượng điện trở, tụ điện, cuộn cảm theo giá trị của linh kiện. Thay thế / thay tương đương điện trở, tụ điện, cuộn cảm theo yêu cầu kĩ thuật của mạch điện. Nội dung: Điện trở Tụ điện. Cuộn cảm. HOẠT ĐỘNG I: HỌC LÍ THUYẾT TRÊN LỚP CÓ THẢO LUẬN 2.1. ĐIỆN TRỞ Điện trở là một trong những linh kiện điện tử dùng trong các mạch điện tử để đạt các giá trị dòng điện và điện áp theo yêu cầu của mạch. Chúng có tác dụng như nhau trong cả 29
30. mạch điện một chiều lẫn xoay chiều và chế độ làm việc của điện trở không bị ảnh hưởng bởi tần số của nguồn xoay chiều. 2.1.1. Cấu tạo các loại điện trở Tuỳ theo kết cấu của điện trở mà người ta phân loại: - Điện trở hợp chất cacbon: Điện trở có cấu tạo bằng bột cacbon tán trộn với chất cách điện và keo kết dính rồi ép lại, nối thành từng thỏi hai đầu có dây dẫn ra để hàn. Loại điện trở này rẻ tiền, dễ làm nhưng có nhược điểm là không ổn định, độ chính xác thấp, mức độ tạp âm cao. Một đầu trên thân điện trở có những vạch màu hoặc có chấm màu. Đó là những quy định màu dùng để biểu thị trị số điện trở và cấp chính xác. Các loại điện trở hợp chất bột than này có trị số từ 10 đến hàng chục mêgôm, công suất từ 1/4 W tới vài W. - Điện trở màng cacbon: Các điện trở có cấu tạo màng cacbon được giới thiệu trên Hình 2.1. Các điện trở màng cacbon đã thay thế hầu hết các điện trở hợp chất cacbon trong các mạch điện tử. Đáng lẽ lấp đầy các hợp chất cacbon, điện trở màng cacbon gồm một lớp chuẩn xác màng cacbon bao quanh một ống phủ gốm mỏng. Độ dày của lớp màng bao này tạo nên trị số điện trở, màng càng dày, trị số điện trở càng nhỏ và ngược lại. Các dây dẫn kim loại được kết nối với các nắp ở cả hai đầu điện trở. Toàn bộ điện trở được bao bằng một lớp keo êpôxi, hoặc bằng một lớp gốm. Các điện trở màng cacbon có độ chính xác cao hơn các điện trở hợp chất cacbon, vì lớp màng được láng một lớp cacbon chính xác trong quá trình sản xuất. Loại điện trở này được dùng phổ biến trong các máy tăng âm, thu thanh, trị số từ 1 tới vài chục mêgôm, công suất tiêu tán từ 1/8 W tới hàng chục W; có tính ổn định cao, tạp âm nhỏ, nhưng có nhược điểm là dễ vỡ. D©y dÉn Líp phñ ªp«xi N¾p kim lo¹i Líp ®iÖn trë Lâi gèm Hình 2.1: Mặt cắt của điện trở màng cacbon 30
31. - Điện trở dây quấn: Điện trở này gồm một ống hình trụ bằng gốm cách điện, trên đó quấn dây kim loại có điện trở suất cao, hệ số nhiệt nhỏ như constantan mangani. Dây điện trở có thể tráng men, hoặc không tráng men và có thể quấn các vòng sát nhau hoặc quấn theo những rãnh trên thân ống. Ngoài cùng có thể phun một lớp men bóng và ở hai đầu có dây ra để hàn. Cũng có thể trên lớp men phủ ngoài có chừa ra một khoảng để có thể chuyển dịch một con chạy trên thân điện trở điều chỉnh trị số. Do điện trở dây quấn gồm nhiều vòng dây nên có một trị số điện cảm. Để giảm thiểu điện cảm này, người ta thường quấn các vòng dây trên một lá cách điện dẹt hoặc quấn hai dây chập một đầu để cho hai vòng dây liền sát nhau có dòng điên chạy ngược chiều nhau. Loại điện trở dây quấn có ưu điểm là bền, chính xác, chịu nhiệt cao do đó có công suất tiêu tán lớn và có mức tạp âm nhỏ. Tuy nhiên, điện trở loại này có giá thành cao. - Điện trở màng kim loại: Điện trở màng kim loại được chế tạo theo cách kết lắng màng niken-crôm trên thân gốm chất lượng cao, có xẻ rảnh hình xoắn ốc, hai đầu được lắp dây nối và thân được phủ một lớp sơn. Điện trở màng kim loại ổn định hơn điện trở than nhưng giá thành đắt gấp khoảng 4 lần. Công suất danh định khoảng 1/10W trở lên. Phần nhiều người ta dùng loại điện trở màng kim loại với công suất danh định 1/2W trở lên, dung sai 1% và điện áp cực đại 200 V. - Điện trở ôxýt kim loại: Điện trở ôxýt kim loại được chế tạo bằng cách kết lắng màng ôxýt thiếc trên thanh thuỷ tinh đặc biệt. Loại điện trở này có độ ẩm rất cao, không bị hư hỏng do quá nóng và cũng không bị ảnh hưởng do ẩm ướt. Công suất danh định thường là 1/2W với dung sai 2%. R R Hình 2.2. Kí hiệu điện trở trên sơ đồ mạch Ngoài cách phân loại như trên, trong thiết kế, tuỳ theo cách kí hiệu, kích thước của điện trở, người ta còn phân loại theo cấp chính xác như: điện trở thường, điện trở chính xác; hoặc theo công suất: công suất nhỏ, công suất lớn. 2.1.2. Cách mắc điện trở : 31
32. Trong mạch điện tuỳ theo nhu cầu thiết kế mà người ta sử dụng điện trở có giá trị khác nhau, tuy nhiên trong sản xuất người ta không thể chế tạo mọi giá trị của điện trở được mà chỉ sản xuất một số điện trở tiêu biểu đặc trưng theo các số như sau: BẢNG 2.1: CÁC GIÁ TRỊ THÔNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT (theo các đơn vị ôm, fara ) 1 2, 3, 4, 5, 6, 8, 2 3 7 6 8 2 1 2, 3, ,2 7 9 1 ,5 1 ,8 Nên trong sử dụng nhà thiết kế phải sử dụng một trong hai phương án sau: Một là phải tính toán mạch điện sao cho phù hợp với các điện trở có sẵn trên thị trường. Hai là tính toán mắc các điện trở sao cho phù hợp với mạch điện. Điện trở mắc nối tiếp: Cách này dùng để tăng trị số của điện trở trên mạch điện (Hình 2.5). R1 R2 Rn H×nh 2.5:M¹ch ®iÖn trë m¾c nèi tiÕp Theo công thức: Rtđ = R1 + R2 + + Rn (2.1) Rtd: Điện trở tương đương của mạch điện Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. Với R1 = 2,2K, R2 = 4,7K. Tính điện trở tương đương của mạch điện R1 R2 Giải: Từ công thức (2.1) ta có Rtđ = 2,2 + 4,7 = 6,9K 32
33. Trong thực tế, người ta chỉ mắc nối tiếp từ 02 đến 03 điện trở để tránh rườm rà cho mạch điện. Điện trở mắc song song: Cách này dùng để giảm trị số điện trở trên mạch điện. Trong thực tế tính toán cần ghi nhớ là điện trở tương đương của mạch điện luôn nhỏ hơn hoặc bằng điện trở nhỏ nhất trên mạch điện, điều này rất thường sảy ra sai sót khi thay thế tương đương trong khi thực hiện sửa chữa. Ngoài ra, để dễ dàng trong tính toán, thông thường người ta dùng điện trở cùng trị số để mắc song song, khác với mắc nối tiếp, mạch mắc điện trở song song có thể mắc nhiều điện trở song song để đạt trị số theo yêu cầu, đồng thời đạt được dòng chịu tải lớn theo ý mốn và tăng vùng diện tích toả nhiệt trên mạch điện khi công suất tỏa nhiệt cao(Hình 2.6). R1 R2 Rn H×nh2.6:M¹ch ®iÖn trë m¾c song song 1 1 1 1 Theo công thức: + + + Rtd R1 R2 Rn Rtd: Điện thở tương đương của mạch điện Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. Với R 1 = 5,6K, R2 = 4,7K. Tính điện trở tương đương của mạch điện. R1 R2 Giải: Từ công thức ta có R1.R2 5,6.4,7 Rtd = = = 2,55K R1 R2 5,6 4,7 2.1.3. Các thông số kỹ thuật cơ bản của điện trở: - Công suất điện trở là tích số giữa dòng điện đi qua điện trở và điện áp đặt lên hai đầu điện trở. Trong thực tế, công suất được qui định bằng kích thước điện trở với các điện trở màng dạng tròn, ghi trên thân điện trở với các loại điện trở lớn dùng dây quấn vỏ bằng sứ, tra trong bảng với các loại điện trở hàn bề mặt (SMD). 33
34. - Sai số của điện trở là khoảng trị số thay đổi cho phép lớn nhất trên điện trở. Sai số nàm trong phạm vi từ 1% đến 20% tuỳ theo nhà sản xuất và được ghi bằng vòng màu, kí tự, hoặc bảng tra. - Trị số điện trở là giá trị của điện trở được ghi trên thân bằng cách ghi trực tiếp, ghi bằng vòng màu, bằng kí tự. 2.1.4. Biến trở: Biến trở dùng để thay đổi giá trị của điện trở, qua đó thay đổi được sự cản trở điện trên mạch điện. Hình 2.3 minh hoạ biến trở. §iÖn ¸p vµo §iÖn ¸p ra VR ChØnh thay ®æi Hình 2.3: Cấu trúc của biến trở Kí hiệu của biến trở: oKí hiệu của biến trở trên sơ đồ nguyên lý được minh hoạ trên Hình 2.4. Kí hiệu biến trở thông thường 2 2 2 3 1 3 1 1 3 , , VR VR VR Lo¹i tinh chØnh thay ®æi réng 1 1 3 3 VR1 2 VR2 2 Lo¹i hai biÕn trë chØnh ®ång bé (®ång trôc) 34
35. . . . . . . . . 1 3 . . . . . . . 2 . Lo¹i biÕn trë cã c«ng t¾c Hình 2.4: Kí hiệu các loại biến trở Phân loại: oBiến trở than: Mặt biến trở được phủ lớp bột than, con chạy và chân của biến trở là kim loại để dễ hàn. Loại biên trở này dùng trong các mạch có công suất nhỏ dòng qua biến trở từ vài mA đến vài chục mA để phân cực cho các mạch điện là chủ yếu. oBiến trở dây quấn: Mặt biến trở được quấn dây điện trở, con chạy và chân của biến trở là kim loại. Loại biến trở này dùng để giảm áp hoặc hạn dòng trong các mạch điện có công suất lớn dòng qua mạch từ vài chục đến vài trăm mA. Trong kỹ thuật điện đôi khi dòng rất lớn có thể đến vài A thường gặp trong các mạch kích từ các động cơ điện. Khi sử dụng hay thiết kế mạch dùng loại điện trở này cần chú ý đến khả năng toả nhiệt của điện trở sao cho phù hợp. Ngoài cách chia thông thường trên trong kỹ thuật người ta còn căn cứ vào tính chất của biến trở mà có thể chia thành biến trở tuyến tính, biến trở logarit. Hay dựa vào công suất mà phân loại thành biến trở giảm áp hay biến trở phân cực. Trong thực tế cần chú ý đến các cách chia khác nhau để tránh lúng túng trong thực tế khi gọi tên trên thị trường. 2.2 Tụ điện: Tụ điện có nhiều loại và nhiều cỡ khác nhau. Phạm vi trị số điện dung có từ 1,8pF đến trên 10.000μF. Về cấu tạo, tụ điện được chia thành hai loại chính: - Loại không phân cực. - Loại phân cực. Đối với dòng điện một chiều, tụ điện là linh kiện có tác dụng ngăn dòng điện đi qua, mặc dù có thể có một dòng nạp khi mới kết nối tụ điện với nguồn một chiều và sau đó lại ngưng ngay khi tụ điện vừa mới được nạp đầy. Với trường hợp dòng điện xoay chiều, dòng điện này tác động lên tụ điện với hai nửa chu kỳ ngược nhau làm cho tụ điện có tác dụng dẫn dòng điện đi qua, như thể không có chất điện môi. 2.2.1. Cấu tạo và kí hiệu quy ước của một số tụ điện thường dùng - Tụ điện giấy: gồm có 2 lá kim loại đặt xen giữa là bản giấy dùng làm chất cách điện và cuộn tròn lại. Ở hai đầu lá kim loại đã cuộn tròn có dây dẫn nối ra để hàn. Tụ này 35
36. có thể có vỏ bọc bằng kim loại hay ống thuỷ tinh và hai đầu được bịt kín bằng chất keo plastic. Tụ giấy có ưu điểm là kích thước nhỏ, điện dung lớn. Nhược điểm của tụ là rò điện lớn, dễ bị chập. - Tụ điện mica: gồm những lá kim loại đặt xen kẽ nhau và dùng mica làm chất điện môi, ngăn cách các lá kim loại. Các lá kim loại lẻ nối với nhau và nối vào một đầu ra, các lá kim loại chẵn nối với nhau và nối vào một đầu ra. Tụ mica được bao bằng vỏ plastic. Tụ mica có tính năng tốt hơn tụ giấy nhưng giá thành đắt hơn. - Tụ điện gốm: tụ điện gốm dùng gốm làm điện môi. Tụ gốm có kích thước nhỏ nhưng trị số điện dung lớn. - Tụ điện dầu: tụ dùng dầu làm điện môi, có trị số lớn và chịu được điện áp cao. - Tụ hoá: tụ dùng một dung dịch hoá học là axit boric làm điện môi. Chất điện môi này được đặt giữa 2 lá bằng nhôm làm hai cực của tụ. Khi có một điện áp một chiều đặt giữa 2 lá thì tạo ra một lớp oxyt nhôm mỏng làm chất điện môi, thường lớp này rất mỏng, nên điện dung của tụ khá lớn. Tụ hoá thường có dạng hình ống, vỏ nhôm ngoài là cực âm, lõi giữa là cực dương, giữa 2 cực là dung dịch hoá học. Tụ được bọc kín đế tránh cho dung dịch hoá học khỏi bị bay hơi nhanh, vì dung dịch bị khô sẽ làm cho trị số của tụ giảm đi. Tụ hoá có ưu điểm là trị số điện dung lớn và có giá thành hạ, nhưng lại có nhược điểm là dễ bị rò điện. Khi dùng tụ hoá cần kết nối đúng cực tính của tụ với nguồn cung cấp điện. Không dùng được tụ hoá cho mạch chỉ có điện áp xoay chiều tức là có cực tính biến đổi. PhiÕn tô PhiÕn tô VËt liÖu ®iÖn m«i £p«xi PhiÕn tô Nh×n tõ trªn xuèng D©y dÉn Nh×n phÝa bªn Hình 2.7: Mặt cắt của tụ điện kiểu bản cực 36
37. Hinh 2.8: Cấu tạo của tụ gốm, tụ màng kim loại và tụ Tantalum - Tụ biến đổi: gồm các lá nhôm hoặc đồng xếp xen kẽ với nhau, một số lá thay đổi vị trí được. Tấm tĩnh (má cố định) không gắn với trục xoay. Tấm động gắn với trục xoay và tuỳ theo góc xoay mà phần diện tích đối ứng giữa hai lá nhiều hay ít. Phần diện tích đối ứng lớn thì điện dung của tụ lớn, ngược lại, phần diện tích đối ứng nhỏ thì trị số điện dung của tụ nhỏ. Không khí giữa hai lá nhôm được dùng làm chất điện môi. Tụ loại biến đổi còn được gọi là tụ không khí hay tụ xoay. Tụ biến đổi thường gồm nhiều lá động nối song song với nhau, đặt xen kẽ giữa những lá tĩnh cũng nối song song với nhau. Những lá tĩnh được cách điện với thân tụ, còn lá động được gắn vào trục xoay và tiếp xúc với thân tụ. Khi trục tụ được xoay thì trị số điện dung của tụ cũng được thay đổi theo. Người ta bố trí hình dáng những lá của tụ để đạt được sự thay đổi điện dung của tụ theo yêu cầu. Khi vặn tụ xoay để cho lá động hoàn toàn nằm trong khe các lá tĩnh, nhằm có được diện tích đối ứng là lớn nhất, thì tụ có điện dung lớn nhất. Khi vặn tụ xoay sao cho lá động hoàn toàn nằm ngoài khe các lá tĩnh, nhằm có diện tích đối ứng xấp xỉ bằng không, thì lúc đó, tụ điện có điện dung nhỏ nhất, gọi là điện dung sót. Tụ xoay thường dùng trong máy thu thanh hoặc máy tạo dao động để đạt được tần số cộng hưởng. - Tụ tinh chỉnh hay là tụ bán chuẩn: thường dùng để chỉnh điện dung của tụ điện, nhằm đạt được tần số cộng hưởng của mạch. Những tụ này thường có trị số nhỏ và phạm vi biến đổi hẹp. Người ta chỉ tác động tới tụ tinh chỉnh khi lấy chuẩn, sau đó thì cố định vị trí của tụ. 37
38. - Tụ điện điện phân: có những đặc tính khác với tụ không phân cực. Tụ có cấu tạo ban đầu gồm có hai điện cực được phân cách bằng một màng mỏng của chất điện phân, ở giai đoạn cuối cùng, người ta dùng một điện áp đặt lên các điện cực có tác dụng tạo ra một màng oxyt kim loại rất mỏng không dẫn điện. Dung lượng của tụ tăng lên khi lớp điên môi càng mỏng, như vậy có thể chế tạo tụ điện có điện dung lớn với kích thước nhỏ. Do tụ điện điện phân được chế tạo có cực tính, tương ứng với cực tính ban đầu khi hình thành lớp điện môi, cực tính này được đánh dấu trên thân của tụ. Nếu nối ngược cực tính có thể làm phá huỷ lớp điện môi, do đó, tụ sẽ bị hỏng. Một hạn chế khác của tụ điện điện phân là lượng điện phân còn lại sau lúc hình thành ban đầu sẽ có tác dụng dẫn điện và làm cho tụ bị rò điện. Chất liệu chính dùng cho tụ điện điện phân là nhôm và chất điện môi là bột dung dịch điện phân. Tụ điện điện phân có dạng hình ống đặt trong vỏ nhôm. Những tụ điện phân loại mới có khả năng đạt được trị số điện dung lớn với kích thước nhỏ. Phạm vi trị số điện dung từ 0,1 F đến 47F với cỡ rất nhỏ và từ 1 F đến 4700 F, thậm chí lớn hơn. Điện áp một chiều làm việc của tụ điện điện phân thường thấp từ 10V đến 250V hoặc 500V, mọi tụ điện điện phân đều có dung sai lớn và ít khi chọn trị số tới hạn. - Tụ điện pôlistiren: tụ được chế tạo từ lá kim loại xen với lớp điện môi là màng mỏng pôlistiren, thường pôlistiren bao bọc tạo thành lớp cách điện. Loại tụ điện này có tổn thất thấp ở tần số cao (điện cảm thấp và điện trở nối tiếp thấp), độ ổn định và độ tin cậy cao. Phạm vi giá trị từ 10pF đến 100000pF với dung sai khoảng ±1%. Trường hợp tụ có dạng ống với chiều dài xấp xỉ 10mm x 3,5 mm đường kính, thường cho trị số điện dung lớn hơn. Loại tụ điện này được dùng cho các mạch điều chỉnh, mạch lọc, mạch tần số FM và các mạch điều khiển khác có yêu cầu độ chính xác, độ tin cậy và độ ổn định cao và tổn thất thấp. - Tụ polycacbonat: loại tụ này được chế tạo dưới dạng tấm hình chữ nhật để có thể cắm vào bảng mạch in. Chúng có trị số điện dung lớn tới 1 F với kích thước rất nhỏ, tổn hao thấp và điện cảm nhỏ. Tụ điện polycacbonat thường được thiết kế đặc biệt và dùng cho mạch in với kích thước xấp xỉ 7,5 mm x 2,5 mm khoảng cách chân là 7,5 mm. Kí hiệu của các loại tụ điện trên sơ đồ nguyên lý được giới thiệu trên Hình 2.17. + 38
39. Hình 2.9: Giới thiệu ký hiệu các dạng tụ điện thông dụng Tô nh«m Tô myla (d¹ng trôc) (d¹ng trßn) Tô nh«m (d¹ng trßn) Tô gèm ®¬n khèi (d¹ng trôc) Tô gèm Tô Tantal (d¹ng trßn) ®¬n khèi (DIP) Tô hµn Tô ®Üa bÒ mÆt gãm Hình 2.10 : Các dạng tụ điện thông dụng 2.2.2.Cách mắc tụ điện: Trong thực tế cách mắc tụ điện thường ít khi được sử dụng, do công dụng của chúng trên mạch điện thông thường dùng để lọc hoặc liên lạc tín hiệu nên sai số cho phép lớn. Do đó người ta có thể lấy gần đúng mà không ảnh hưởng gì đến mạch điện. Trong các trường hợp đòi hỏi độ chính xác cao như các mạch dao động, các mạch điều chỉnh người ta mới sử dụng cách mắc theo yêu cầu cho chính xác. Mạch mắc nối tiếp: (Hình:2.11) C1 C2 Cn H×nh 2.11: M¹ch tô ®iÖn m¾c nèi tiÕp 1 1 1 1 Công thức tính: = + + + Ctd C1 C2 Cn Ctd: Điện dung tương đương của mạch điện Cũng giống như điện trở giá trị của tụ điện được sản xuất theo bảng 2.1. Trong mạch mắc song song điện dung tương đương của mạch điện luôn nhỏ hơn hoặc bằng điện dung nhỏ nhất mắc trên mạch Ví dụ: Cho tụ hai tụ điện mắc nối tiếp với C1= 1mF, C2= 2,2mF tính điện trở tương đương của mạch điện. C1 C2 1 2,2 Giải: Từ công thức tính ta có: Ctd = = = 0,6875mF C1 C2 1 2,2 Mạch mắc song song: (Hình 2.12) 39
40. C1 C2 Cn H×nh 2.12: M¹ch tô ®iÖn m¾c song song Công thức tính: Ctd = C1+ C2 + + Cn Ctd: Điện dung tương đương của mạch điện. Ví dụ: Tính điện dung tương đương của hai tụ điện mắc nối tiếp, Với C1= 3,3mf; C2=4,7mF. Giải: Từ công thức ta có: Ctd = C1+ C2 = 3,3 + 4,7 = 8mF 2.2.3. Các thông số kỹ thuật cơ bản của tụ điện - Độ chính xác: Tuỳ theo cấp chính xác mà trị số tụ điện có cấp sai số như trình bày trong Bảng 2.2: BẢNG 2.2: CÁC CẤP SAI SỐ CỦA TỤ ĐIỆN CẤP SAI SAI SỐ CHO SỐ PHÉP Cấp .001 0,1% Cấp .002 0,2% Cấp .005 0,5% Cấp .01 1% Cấp 0 2% Cấp I 5% Cấp II 10% Cấp III 20% CÊp IV - 20% ®Õn + 30% CÊp V - 20% ®Õn + 50% CÊp VIII - 40% ®Õn + 100% 40
41. - §iÖn ¸p lµm viÖc lµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn tô trong thêi gian lµm viÖc dµi mµ tô kh«ng bÞ ®¸nh thñng (Kho¶ng 10 000 giê). Trªn thùc tÕ gi¸ trÞ ghi trªn th©n lµ ®iÖn ¸p lµm viÖc, tuy nhiªn víi c¸c tô hiÖn nay trªn thÞ tr­êng do ViÖt Nam vµ Trung Quèc s¶n xuÊt th­êng ghi lµ ®iÖn ¸p ®¸nh thñng nªn trong thay thÕ cÇn chó ý ®Õn khi thay thÕ tô míi trong s÷a ch÷a cÇn chän lín h¬n ®Ó ®¶m b¶o an toµn. - §iÖn ¸p ®¸nh thñng lµ ®iÖn ¸p mµ qu¸ ®iÖn ¸p ®ã th× chÊt ®iÖn m«i cña tô bÞ ®¸nh thñng. - TrÞ sè danh ®Þnh cña tô ®iÖn tÝnh b»ng Fara hoÆc c¸c ­íc sè cña Fara lµ 1μF (10-6 Fara), nF (10-9 Fara) và pF(10-12 Fara) được ghi trên tụ điện bằng mã quy ước. 2.3. Cuộn cảm: Cuộn cảm gồm những vòng dây cuốn trên một lõi cách điện. Có khi quấn cuộn cảm bằng dây cứng và ít vòng, lúc đó cuộn cảm không cần lõi. Tùy theo tần số sử dụng mà cuộn cảm gồm nhiều vòng dây hay ít, có lõi hay không có lõi. Cuộn cảm có tác dụng ngăn cản dòng điện xoay chiều trên mạch điện, đối với dòng điện một chiều cuộn cảm đóng vai trò như một dây dẫn điện. 2.3.1. Cấu tạo của cuộn cảm: Theo cấu tạo, cuộn cảm gồm có các loại: Cuộn cảm không có lõi là cuộn cảm được quấn trên một ống cách điện, có ít số vòng dây thích ứng với tần số cao. Cuộn cảm được quấn trên lõi bằng sứ, cũng dùng cho tần số cao, loại này dùng sứ là chất điện môi tốt, tiêu hao ít nên có hệ số phẩm chất cao. Cuộn cảm được quấn nhiều vòng, nhiều lớp, dùng cho tần số thấp hơn. Để tăng trị số điện cảm người ta thường quấn nhiều vòng dây trên lõi có độ từ thẩm lớn. 2.3.2. Kí hiệu của cuộn cảm Trong mạch điện cuộn cảm được ký hiệu như Hình 2.20 L1 Hình 2.13: Các ký hiệu của cuộn cảm 41
42. Ngoài cách kí hiệu như trên cuộn cảm có thể được kí tự như T hay L Hình 2.14: Hình dạng các loại cuộn cảm Trong kỹ thuật cuộn cảm được quấn theo yêu cầu kĩ thuật đặt hàng hay tự quấn theo tính toán nên cuộn cảm không được mắc nối tiếp hay song song như điện trở hoặc tụ điện vì phải tính đến chiều mắc các cuộn cảm với nhau đồng thời gây cồng kềnh về mặt cấu trúc mạch điện. Trừ các mạch lọc có tần số cao hoặc siêu cao trong các thiết bị thu phát vô tuyến. 2.4. CÁCH ĐỌC TRỊ SỐ LINH KIỆN THỤ ĐỘNG: Các linh kiện thụ động có kích thước lớn thường dễ phân biệt, dễ ghi trị số nhưng với các linh kiện có kích thước nhỏ thì hình dạng đôi khi gần giống nhau, chỉ khác nhau về màu sắc nên trong thực tế đôi khi dễ bị nhầm lẫn. Sau đây là cách ghi trị số của các linh kiện thụ động. 2.4.1. Ghi trực tiếp: Là ghi trực tiếp các thông số kĩ thuật trên thân linh kiện. Thông thường chỉ thực hiện được với các linh kiện có kích thước lớn.Đối với linh kiện loại này chỉ việc đọc trị số bình thường. Ví dụ: Điện trở: Hình 2.15 42
43. Tụ điện: Hình 2.16 470uF - 25v 85 0 C Cuộn cảm: Hình 2.17 Cuoän daây loõi khoâng khí Cuoän daây loõi Ferit truï Cuoän daây loõi theùp khung chöõ nhaät Cuoän daây loõi Ferit voøng xuyeán 2.4.2.Ghi bằng vòng màu: Cách này thông dụng để ghi trên thân các linh kiện có kích thước nhỏ. Cách ghi thông dụng nhất là dùng 04 vòng màu như hình vẽ. Hình 2.18 Vòng chỉ số Vòng chỉ sai số Vòng chỉ số lượng số 0 Hình 2.18: Cách ký hiệu điện trở bằng các vòng có màu khác nhau BẢNG 2.3: BẢNG QUI ƯỚC MÀU LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Qui ước màu Đổi thành số Số lượng số 0 Sai số Đen 0 Không có 20% 43
44. Nâu 1 0 Một số 0 1% Đỏ 2 00 Hai số 0 2% Cam 3 000 Ba số 0 3% Vàng 4 0.000 Bốn số 0 4% Lục (xanh lá) 5 00.000 Năm số 0 5% Lam (xanh dương) 6 000.000 Sáu số 0 6% Tím 7 0.000.000 Bảy số 0 7% Xám 8 00.000.000 Tám số 0 8% Trắng 9 000.000.000 Chín số 0 9% Vàng kim 0, 0,1 5% Bạc kim 0,0 0,01 10% Ví dụ: Đọc điện trở có vòng màu như sau - Nâu; đỏ; đen; vàng kim = 1;2; không có số 0, sai số 5%. Đọc là:12;5% - Cam; cam; đỏ; bạch kim = 3; 3; hai số 0; sai số 10%. Đọc là: 3300;10% Đọc tụ điện có vòng màu như sau: - Vàng; Tím; Nâu; vàng kim = 4; 7; một số 0; sai số 5%. Đọc là: 470pf - Đỏ; Đỏ; Đỏ; vàng kim = 2;2; hai số0; sai số 5% Đọc là: 2200pf. Đọc cuộn dây có vòng màu như sau: - Nâu; Lục; cam; vàng kim = 1; 5; ba số 0; sai số 5%. Đọc là: 15000H. - Lam; Xám; Đỏ; Vàng kim = 6; 8; Hai số0; sai số 5%. Đọc là: 6800H. Chú ý: Với cá loại linh kiện 04 vòng màu chỉ có ba loại sai số 5% vàng kim; 10% bạc kim; 20% đen hoặc không có vòng màu. Các linh kiện có 5 hoặc 6 vòng màu là loại linh kiện chính sác mới sử dụng loại sai số khác, được sử dụng chủ yếu trong các mạch có độ chính sác cao như thiết bị đo lường. Hình 2.19 Vòng chỉ sai số Vòng chỉ số Vòng chỉ số lượng số 0 Linh kiện kí hiệu bằng 05 vòng màu Vòng chỉ đầu 44 Vòng chỉ sai số Vòng chỉ số Vòng chỉ số lượng số 0
45. Linh kiện kí hiệu bằng 06 vòng màu Hình 2.19: Các linh kiện ghi nhiều vòng màu 2.4.3. Ghi bằng kí tự: Loại linh kiện được ghi giá trị bằng kí tự thường có kích thước rất nhỏ được dùng chủ yếu trong công nghệ hàn bề mặt SMD: Surface Mount Device. Ngoài nhiệm vụ ghi trị số linh kiện đôi khi do nhu cầu kí tự còn có thể dùng để ghi mã số linh kiện do đó muốn tra cứu thông số kĩ thuật của linh kiện người ta cần phải tra bảng tuy nhiên việc dùng bảng tra trong thực tế chỉ tiến hành với các linh kiện bán dẫn hoặc các linh kiện thụ động ở dạng tích hợp(nhiều lịnh kiện đặt chung với nhau). Gần giống như loại linh kiện ghi bằng màu linh kiện ghi bằng kí tự được ghi bằng số hoặc chữ. Ví dụ ở hình 2.20 1 2 3 chỉ số Số lượng số 0 Hình 2.20: Cách kí hiệu bằng kí tự thông thường. - Nếu là điện trở thì đọc như sau: 12000 - Nếu là tụ điện thi đọc như sau: 12000pf - Nếu là cuộn cảm thì đọc như sau: 12000H Trên thực tế tụ điện và cuộn dây thường có trị số nhỏ. Với tụ thường dưới 1000pf, Với cuộn dây thường vài chục H. Với các giá trị nhỏ hơn10 người ta thường chèn thêm chữ R trong kí hiệu. Ví dụ Hình 2.21 1 R 2 45
46. R47 Điện trở được đọc là: 1,2 và 0,47 Hình 2.21: Cách kí hiệu linh kiện giá trị nhỏ hơn 10 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Câu hỏi nhiều lựa chọn: Hãy lựa chọn phương án đúng để trả lời các câu hỏi dưới đây bằng cách tô đen vào ô vuông thích hợp: TT Nội dung câu hỏi a b c d 2.1 Điện trở có tính chất gì? a.Dẫn điện DC □ □ □ □ b. Dẫn điện AC c.Dẫn điện DC và AC. d. Không cho dòng điện đi qua. 2.2 Trong mạch điện, điện trở làm nhiệm vụ gì? a. Giảm áp. □ □ □ □ b.Hạn dòng. c. Phân cực. d. Cả ba yêú tố trên. 2.3 Căn cứ vào đâu để phân loại điện trở? a.Cấu tạo. □ □ □ □ b. tính chất. c.Công dụng. d. Cấp chính sác. 2.4 Điện trở mắc nối tíêp có tính chất gì? a.Tăng giá trị □ □ □ □ b. Giảm giá trị c.Giá trị không thay đổi. d. Cả ba đều sai 2.5 Điện trở mắc song song có tính chất gì? a.Tăng giá trị □ □ □ □ b. Giảm giá trị 46
47. c.Tăng công suất d. Cả ba đều đúng 2.6 Thông thường người ta mắc điện trở song song để làm gì? □ □ □ □ a.Tăng công suất chịu tải b. Giảm giá trị điện trở trên mạch c.Tăng diện tích toả nhiệt trên mạch d. Cả ba điều trên 2.7 Điện trở có thông số kĩ thuật cơ bản nào? a.Trị số □ □ □ □ b. Sai số c.Công suất d. Cả ba điều trên 2.8 Biến trở trong mạch điện dùng để làm gì? a.Thay đổi giá trị của điện trở. □ □ □ □ b. Thay đổi điện áp phân cực c.Thay đổi dòng phân cực d. Cả ba đều sai 2.9 Trong kĩ thuật biến trở than dùng để làm gì? a.Hạn chế dòng điện qua mạch □ □ □ □ b. Giảm điện áp cung cấp cho mạch c.Phân cực cho mạch điện d. Cả ba điều trên. 2.10 Trong kĩ thuật biến trở dây quấn dùn để làm gì? a.Hạn chế dòng qua mạch điện. □ □ □ □ b. Giảm điện áp cung cấp cho mạch điện c.Phân cực cho mạch điện d. Gồm a,b 2.11 Tụ điện có tính chất gì? a.Ngăn dòng một chiều □ □ □ □ b. Ngăn dòng xoay chiều c.Cả a,b đúng d. Cả a,b sai 2.12 Trong kĩ thuật tụ điện được chia làm mấy loại? 47
48. a.Phân cực □ □ □ □ b. Không phân cực c.Thường d. Gồm a, b. 2.13 Tụ mắc nối tiếp có tính chất gì? a.Tăng trị số □ □ □ □ b. Giảm trị số c.Không thay đổi d. Tất cả đều sai 2.14 Tụ mắc song song có tính chất gì? a.Tăng trị số □ □ □ □ b. Giảm trị số c.Không thay đổi d. Tất cả đều sai. 2.15 Trong thực tế thông thường người ta mắc tụ theo cách nào? □ □ □ □ a.Mắc nối tiếp b. Mắc song song c.Mắc hỗn hợp d. Tất cả các cách trên 2.16 Tụ điện có những thông số cơ bản nào? a.Trị số □ □ □ □ b. Điện áp làm việc c.Cấp chính xác d. Tất cả các yếu tố trên. 2.17 Cuộn cảm có tính chất gì? a.Ngăn dòng DC □ □ □ □ b. Ngăn dòng AC c.Cả a, b đúng d. Cả a, b sai 2.18 Hệ số từ cảm của cuộn cảm phụ thuộc vào yếu tố nào? a.Số vòng dây. □ □ □ □ b. Phẩm chất lõi c.Kĩ thuật quấn. 48
49. d. Cả ba điều trên. 2.19 Có mấy hình thức ghi trị số linh kện thụ động? a.Ghi trực tiếp. □ □ □ □ b. Ghi bằng vòng màu. c.Ghi bằng kí tự. d. Cả ba cách trên. 2.20 Cách ghi trị số linh kiện thụ động dựa vào đâu? a.Giá trị của linh kiện. □ □ □ □ b. Kích thước của linh kiện. c.Hình dáng của linh kiện d. Cấu tạo của linh kiện. HOẠT ĐỘNG II: TỰ NGHIÊN CỨU TÀI LIỆU: Tài liệu: Nguyễn Tấn Phước Linh kiện điện tử, NXB Tổng hợp TP. HCM, 2003 Nguyễn Minh Giáp SÁCH TRA CỨU LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SMD. NXB Khoa häc vµ KÜ thuËt, Hµ Néi, 2003 NguyÔn Kim Giao, KÜ thuËt ®iÖn tö 1. NXB Gi¸o dôc, Hµ Néi, 2003 Lª Xu©n ThÕ Giáo trinh linh kiện điện tử, Dự án GDKT và DN (VTEP), Hà Nội, 2007 Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử, Đỗ xuân Thụ Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005. Nội dung cần nghiên cứu: - Cấu tạo, tính chất, kí hiệu, ứng dụng các linh kiện điện tử . 49
50. HOẠT ĐỘNG III: THỰC HÀNH TẠI XƯỞNG TRƯỜNG 1. Nội dung: - Phân biệt các linh kiện thụ động rời và trong mạch điện. - Đo kiểm tra đánh giá chất lượng linh kiện. 2. Hình thức tổ chức: Tổ chức theo nhóm nhỏ mỗi nhóm từ 2 -4 học sinh. Giáo viện hướng dẫn ban đầu học sinh thực hiện các nội dung dưới sự theo dõi, chỉ dẫn của giáo viên. 3. Dụng cụ: - Các linh kiện thụ động rời - Các mạch điện tử thực tế - Máy đo VOM số hoặc kim. - Máy đo tụ . - Máy đo cuộn cảm. 4. Qui trình thực hiện: - Phát linh kiện và mạch điện cho học sinh quan sát để tự khẳng định vai trò của linh kiện thụ động trong mạch điện. - Hướng dẫn học sịnh các đặc điểm để phân biệt các loại linh kiện với nhau. - Hướng dẫn học sinh đọc trị số các loại linh kiện. - Hướng dẫn học sinh đo kiểm tra trị số của linh kiện. - Hướng dẫn học sinh đánh giá chất lượng linh kiện Kết luận các trạng thái hư hỏng của linh kiện. BÀI 3 50
51. LINH KIỆN BÁN DẪN MÃ BÀI: CIE 01 09 03 GIỚI THIỆU Trong mạch điện tử nếu chỉ thuần các linh kiện thụ động thì không thể hoạt động được, do các thông tin không được tạo ra hoặc không được biến đổi và không được xử lý (điều chế, khuếch đại, chuyển đổi sang các dạng tín hiệu khác ). Linh kiện tích cực trong mạch giữ vai trò quan trọng không thể thiếu được, là điều kiện để tạo ra các thông tin tín hiệu, biến đổi và xử lí thông tin, là nền tảng cấu tạo nên thiết bị điện tử. Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học, công nghệ, nhất là công nghệ bán dẫn, trong các thiết bị điện tử, chúng ta gặp chủ yếu là linh kiện bán dẫn. MỤC TIÊU THỰC HIỆN Học xong bài học này, học viên có năng lực: - Phân biệt các linh kiện bán dẫn có công suất nhỏ theo các đặc tính của linh kiện. - Phân biệt được các loại linh kiện bằng máy đo VOM theo đặc tính của linh kiện. - Xác định đặc tính kĩ thuật của linh kiện theo nội dung bài học bằng cách sử dụng bảng tra cứu. - Kiểm tra đánh giá chất lượng linh kiện bằng VOM trên cơ sở đặc tính của linh kiện. NỘI DUNG - Khái niệm chất bán dẫn - Tiếp giáp PN - điôt tiếp mặt. - Phân loai và ứng dụng điôt. - Tranzito BJT. - Tranzito trường. - Diac, SCR, Triac 51
52. HOẠT ĐỘNG I: NGHE THUYẾT TRÌNH TRÊN LỚP CÓ THẢO LUẬN 3.1. KHÁI NIỆM 3.1.1. Khái niệm: đã từ lâu, tuỳ theo tính chất của vật chất, người ta thường chia vật chất làm hai loại là chất dẫn điện và chất cách điện. Từ đầu thế ký trước người ta đã chú ý đến chất bán dẫn điện (gọi tắt là chất bán dẫn). Định nghĩa: chất bán dẫn là chất có đặc tính dẫn điện trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Sự phân chia trên chỉ có tính chất tương đối, vì điện trở suất của chất bán dẫn còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, nếu chỉ dựa vào điện trở suất để định nghĩa thì chưa thể biểu thị đầy đủ các tính chất của các chất bán dẫn. Các tính chất của chất bán dẫn: Điện trở của chất bán dẫn giảm khi nhiệt độ tăng, điện trở tăng khi nhiệt độ giảm. Một cách lý tưởng ở không độ tuyệt đối (- 273 0C) thì các chất bán dẫn đều trở thành cách điện. Điện trở của chất bán dẫn thay đổi rất nhiều theo độ tinh khiết. Các chất bán dẫn hoàn toàn tinh khiết có thể coi như cách điện khi ở nhiệt độ thấp. Nhưng nếu chỉ có một chút tạp chất thì độ dẫn điện tăng lên rất nhiều, thậm chí có thể dẫn điện tốt như các chất dẫn điện. Điện trở của chất bán dẫn thay đổi dưới tác dụng của ánh sáng. Cường độ ánh sáng càng lớn thì điện trở của chất bán dẫn thay đổi càng lớn . Khi cho kim loại tiếp xúc với bán dẫn hay ghép hai loại bán dẫn N và P với nhau thì nó chỉ dẫn điện tốt theo một chiều. Ngoài ra, các chất bán dẫn có nhiều đặc tính khác nữa. 3.1.2. Sự dẫn điện trong chất bán dẫn tinh khiết. Người ta đã nghiên cứu và đưa ra kết luận: dòng điện trong các chất dẫn điện là do các điện tử tự do chạy theo một chiều nhất định mà sinh ra. Còn dòng điện trong chất bán dẫn không những do sự di chuyển có hướng của các điện tích âm (điện tử), mà còn là sự di chuyển có hướng của các điện tích dương (lỗ trống). Ví dụ: Một nguyên tử gécmani có bốn điện tử ngoài cùng. Nó liên kết với bốn nguyên tử chung quanh. Tạo thành 08 điện tử ở lớp ngoài cùng. Mối liên kết này khá bền vững. Cho nên ở nhiệt độ rất sẽ không có thừa điện tử tự do, do đó không có khả năng dẫn điện. Gọi là trạng thái trung hoà về điện. 52
53. Khi nhiệt độ tác động vào chất bán dẫn tăng lên, thì điện tử lớp ngoài cùng được cung cấp nhiều năng lượng nhất. Một số điện tử nào đó có đủ năng lượng thắng được sự ràng buộc của hạt nhân thì rời bỏ nguyên tử của nó, trở thành điện tử tự do, di chuyển trong mạng tinh thể. Chỗ của chúng chiếm trước đây trở thành lỗ trống và trở thành ion dương. Ion dương có nhu cầu lấy một điện tử bên cạnh để trở về trạng thái trung hoà về điện. Người ta coi ion dương đó có một lỗ trống, khiến cho một điện tử bên cạnh dễ nhảy vào lấp đi. Chỗ của điện tử này lại bỏ trống, nghĩa là lại tạo nên một lỗ trống khác và lại có một điện tử ở cạnh đó nhảy vào lấp chỗ trống. Cứ như vậy, mỗi khi có một điện tử tự do thoát khỏi ràng buộc với hạt nhân của nó, chạy lung tung trong mạng tinh thể, thì cũng có một lỗ chạy trong đó. Thực chất, sự di chuyển của lỗ trống là do di chuyển của các điện tử chạy tới lấp lỗ trống. Trong chất bán dẫn tinh khiết bao giờ số điện tử và số lỗ trống di chuyễn cũng bằng nhau. Ở nhiệt độ thấp thì chỉ có ít cặp điện tử lỗ trống di chuyển. Nhưng nhiệt độ càng cao thì càng có nhiều cặp điện tử, lỗ trống di chuyễn. Sự di chuyển này không có chiều nhất định nên không tạo nên dòng điện. Nếu bây giờ đấu thanh bán dẫn với hai cực dương, âm của một pin, thì giữa hai đầu thanh bán dẫn có một điện trường theo chiều từ A đến B (hình 3.12.). Các điện tử sẽ di chuyển ngược chiều điện trường, các điện tử tới lấp lỗ trống cũng chạy ngược chiều điện trường. Dòng điện tử và dòng lỗ trống hợp thành dòng điện trong thanh bán dẫn. nhiệt độ càng tăng thì dòng điện càng lớn. E > - - - 0 > - - - 0 > - - - 0 > - - - 0 > - - - 0 > - - - 0 0 dßng ®iÖn tö - - B A o - - - > - 0 > 0 > 0 > 0 > 0 > > > - - - 0 > - - - > - - - 0 > - - - 0 > - - - 0 - 0 - - - - - dßng lç trèng - - - - - 0 > 0 > 0 > 0 > 0 > - - - - - - - - - - - - - - - > > + _ E Hình 3.1: Chiều chuyễn động của các điện tử và lỗ trống 3.1.3 Sự dẫn điện trong chất bán dẫn tạp: Bán dẫn N: Bán dẫn loại N còn gọi là bán dẫn điện tử hay bán dẫn âm. Nếu cho một ít tạp chất asen (As) vào tinh thể gecmani (Ge) tinh khiết ta thấy hiện tượng sau: nguyên tử asen có 53
54. năm điện tử ở lớp ngoài cùng, nên chỉ có 4 điện tử của asen kết hợp với bốn điện tử liên kết giữa asen và bốn nguyên tử gecmani, còn điện tử thứ năm thì thừa ra. Nó không bị ràng buộc với một nguyên tử gecmani nào, nên trở thành điện tử tự do chạy lung tung trong tinh thể chất bán dẫn. Do đó, khả năng dẫn điện của loại bán dẫn này tăng lên rất nhiều so với chất bán dẫn thuần. Nồng độ tạp chất asen càng cao thì số điện tử thừa càng nhiều và chất bán dẫn càng dẫn điện tốt. Hiện tượng dẫn điện như trên gọi là dẫn điện bằng điện tử. Chất bán dẫn đó gọi là chất bán dẫn N, Nếu cho tạp chất hoá trị 5 như phốt pho (P), asen (As), antimoan (Sb) vào các chất hoá trị 4 như gecmani (Ge), silic (Si), cacbon (C) ta có bán dẫn N. Trong chất bán dẫn loại N thì các điện tử thừa là các hạt điện tích âm chiếm đa số. Số lượng điện tử thừa phụ thuộc nồng độ tạp chất. Còn số các cặp điện tử - lỗ trống do phá vỡ liên kết tạo thành thì phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu đấu hai cực của bộ pin vào hai đầu một thanh bán dẫn loại N, thì dưới tác động của điện trường E, các điện tử thừa và các cặp điện tử - lỗ trống đang di chuyễn lộn xộn sẽ phải di chuyển theo hướng nhất định: điện tử chạy ngược chiều điện trường còn các lỗ trống chạy cùng chiều điện trường. Nhờ đó trong mạch có dòng điện. Dòng điện do các điện tử thừa sinh ra lớn hơn nhiều so với dòng điện do các cặp điên tử - lỗ trống tạo nên . Vì thế các điện tử thừa này gọi là điện tích đa số. Bán dẫn P: Bán dẫn loại P còn gọi là bán dãn lỗ trống hay bán dẫn dương. Nếu cho một ít nguyên tử Inđi (In) vào trong tinh thể gecmani tinh khiết thì ta thấy hiện tượng sau: nguyên tử indi có ba điện tử ở lớp ngoài cùng, nên ba điện tử đó chỉ liên kết với ba điện tử của ba nguyên tử gecmani chung quanh. Còn liên kết thứ tư của inđi với một nguyên tử gecmani nữa thì lại thiếu mất một điện tử, chỗ thiếu đó gọi là lỗ trống, do có lỗ trống đó nên có sự di chuyển điện tử của nguyên tử gécmani bên cạnh tới lấp lỗ trống và lại tạo nên một lỗ trống khác, khiến cho một điện tử khác lại tới lấp. Do đó chất bán dẫn loại P có khả năng dẫn điện. Lỗ trống coi như một điện tích dương. Nguyên tử inđi trước kia trung tính, nay trở thành ion âm, vì có thêm điện tử. Hiện tượng dẫn điện như trên gọi là dẫn điện bằng lỗ trống. Chất bán dẫn đó là bán dẫn loại P hay còn gọi là bán dẫn dương. Nếu có tạp chất hoá trị ba như inđi (In), bo (B), gali (Ga) vào các chất bán dẫn hoá trị bốn như Ge, Si, C thì có bán dẫn loại P. 54
55. Trong chất bán dẫn loại P, lỗ trống là những hạt mang điện tích chiếm đa số. Số lượng lỗ trống phụ thuộc vào nồng độ tạp chất, còn số các cặp điên tử - lỗ trống do phá vỡ liên kết tạo thành thì phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu đấu hai cực của bộ pin vào hai đầu một thanh bán dẫn loại P thì dưới tác động của điện trường E, các lỗ trống (đa số) và các cặp điện tử - lỗ trống đang di chuyễn lung tung theo mọi hướng sễ phải di chuyển theo hướng quy định. Nhờ đó trong mạch có dòng điện. Dòng điện do lỗ trống sinh ra lớn hơn nhiều so với dòng điện do cặp điện tử - lỗ trống. Vì thế trong bán dẫn loại P các lỗ trống là điện tích đa số. 3.1.4. Ưu nhược điểm của linh kiện bán dẫn: . Ưu điểm: - Linh kiện bán dẫn không có sợi nung, nên không cần nguồn sợi nung, vừa không tốn điện vừa tránh được nhiễu tạp do sợi nung gây ra. - Linh kiện bán dẫn có thể tích nhỏ gọn, dễ lắp ráp. - Linh kiện bán dẫn có tuổi thọ tương đối dài. . Nhược điểm: - Linh kiện bán dẫn có điện áp ngược nhỏ hơn so với đèn điện tử chân không, - Linh kiện bán dẫn có dòng điện ngược (Dòng rỉ), - Linh kiện bán dẫn có điện trở ngược không lớn, lại không đồng đều, - Các thông số kĩ thuật của linh kiện bán dẫn thay đổi theo nhiệt độ. 3.2 TIẾP GIÁP PN - ĐIÔT TIẾP MẶT 3.2.1.Tiếp giáp PN: Cấu tạo: (Hình 3.2) Bán Bán dẫnN dẫnP Hình:3.2: Cấu tạo mối nối PN Khi ghép hai loại bán dẫn P và N với nhau thì điện tử thừa của N chạy sang P và các lỗ trống của bán dẫn P chạy sang N. Chúng gặp nhau ở vùng tiếp giáp, tái hợp với nhau và trở nên trung hoà về điện. 55
56. Ở vùng tiếp giáp về phía bán dẫn P, do mất lỗ trống nên chỉ còn lại những ion âm. Vì vậy, ở vùng đó có điện tích âm. Ở vùng tiếp giáp về phía bán dẫn N, do mất điện tử thừa, nên chỉ còn lại những ion dương. Vì vậỵ ở vùng đó có điện tích dương, do đó, hình thành điện dung ở mặt tiếp giáp. Đến đây, sự khuếch tán qua lại giữa P và N dừng lại. Vùng tiếp giáp đã trở thành một bức rào ngăn không cho lỗ trống từ P chạy qua N và điện tử N chạy qua P. Riêng các hạt mang điện tích thiểu số là các điện tử trong bán dẫn P và các lỗ trống trong bán dẫn N là có thể vượt qua tiếp giáp, vì chúng không bị ảnh hưởng của bức xạ hàng rào ngăn, mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ. Trong bán dẫn P, các điện tích đa số là các lỗ trống, còn trong bán dẫn N là các điện tử thừa. Nguyên lí hoạt động: + Phân cực thuận được trình bày trên Hình 3.3 Hình 3.3: Phân cực thuận cho mối nối PN Do tác dụng của điện trường E, các điện tử thừa trong N chạy ngược chiều điện trường vượt qua tiếp giáp sang P, để tái hợp với các lỗ trống trong P chạy về phía tiếp giáp. Điện tử tự do từ âm nguồn sẽ chạy về bán dẫn N để thay thế, tạo nên dòng thuận có chiều ngược lại. Dòng thuận tăng theo điện áp phân cực. Ngoài ra, phải kể đến sự tham gia vào dòng thuận của các điện tử trong cặp điện tử - lỗ trống. Khi nhiệt độ tăng lên thì thành phần này tăng, làm cho dòng thuận tăng lên. + Phân cực ngược được trình bày trên Hình 3.4 56
57. Hình 3.4: Phân cực ngược cho mối nối PN Do tác động của điện trường E các điện tử thừa trong N và các lỗ trống trong P đều di chuyển về hai đầu mà không vượt qua được tiếp giáp, nên không tạo nên được dòng điện. Chỉ còn một số điện tích thiểu số là những lỗ trống trong vùng bán dẫn N và các điện tử trong vùng bán dẫn P (của cặp điện tử - lỗ trống) mới có khả năng vượt qua tiếp giáp. Chúng tái hợp với nhau. Do đó có một dòng điện tử rất nhỏ từ cực âm nguồn chạy tới để thay thế các điện tử trong P chạy về phía N và tạo nên dòng điện ngược rất nhỏ theo chiều ngược lại. Gọi là dòng ngược vì nó chạy từ bán dẫn âm (N) sang bán dẫn dương (P). Dòng ngược này phụ thuộc vào nhiệt độ và hầu như không phụ thuộc điện áp phân cực. Đến khi điện áp phân cực ngược tăng quá lớn thì tiếp giáp bị đánh thủng và dòng ngược tăng vọt lên. 3.2.2 Điôt tiếp mặt: Điốt tiếp mặt gồm hai bán dẫn loại P và loại N tiếp giáp nhau. Đầu bán dẫn P là cực dương, đầu bán dẫn N là cực âm. Điốt tiếp mặt có nhiều cỡ to nhỏ, hình thức khác nhau. Do diện tiếp xúc lớn, nên dòng điện cho phép đi qua có thể lớn hàng trăm miliampe đến hàng chục ampe, điện áp ngược có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn vôn. Nhưng điện dung giữa các cực lớn tới hàng chục picôfara trở lên, nên chỉ dùng được ở tần số thấp để nắn điện. . Ký hiệu của điôt tiếp mặt : DIODE . Nguyên lý làm việc của điôt tiếp mặt Khi ghép hai loại bán dẫn P và N với nhau thì điện tử thừa của N chạy sang P và các lỗ trống của bán dẫn P chạy sang N. Chúng gặp nhau ở vùng tiếp giáp, tái hợp với nhau và trở nên trung hoà về điện. Ở vùng tiếp giáp về phía bán dẫn P, do mất lỗ trống nên chỉ còn lại những ion âm. Vì vậy, ở vùng đó có điện tích âm. Ở vùng tiếp giáp về phía bán dẫn N, do mất điện tử 57
58. thừa, nên chỉ còn lại những ion dương. Vì vậỵ ở vùng đó có điện tích dương, do đó, hình thành điện dung ở mặt tiếp giáp. Đến đây, sự khuếch tán qua lại giữa P và N dừng lại. Vùng tiếp giáp đã trở thành một bức rào ngăn không cho lỗ trống từ P chạy qua N và điện tử N chạy qua P. Riêng các hạt mang điện tích thiểu số là các điện tử trong bán dẫn P và các lỗ trống trong bán dẫn N là có thể vượt qua tiếp giáp, vì chúng không bị ảnh hưởng của bức xạ hàng rào ngăn, mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ. Trong bán dẫn P, các điện tích đa số là các lỗ trống, còn trong bán dẫn N là các điện tử thừa. Bây giờ ta xét sự vân chuyển động của các phần tử mang điện khi phân cực cho điôt. + Phân cực thuận được trình bày trên Hình 3.5 Hình 3.5: Phân cực thuận cho điốt tiếp mặt Do tác dụng của điện trường E, các điện tử thừa trong N chạy ngược chiều điện trường vượt qua tiếp giáp sang P, để tái hợp với các lỗ trống trong P chạy về phía tiếp giáp. Điện tử tự do từ âm nguồn sẽ chạy về bán dẫn N để thay thế, tạo nên dòng thuận có chiều ngược lại. Dòng thuận tăng theo điện áp phân cực. Ngoài ra, phải kể đến sự tham gia vào dòng thuận của các điện tử trong cặp điện tử - lỗ trống. Khi nhiệt độ tăng lên thì thành phần này tăng, làm cho dòng thuận tăng lên. + Phân cực ngược được trình bày trên Hình 3.6 58
59. Hình 3.6: Phân cực ngược cho điốt tiếp mặt Do tác động của điện trường E các điện tử thừa trong N và các lỗ trống trong P đều di chuyển về hai đầu mà không vượt qua được tiếp giáp, nên không tạo nên được dòng điện. Chỉ còn một số điện tích thiểu số là những lỗ trống trong vùng bán dẫn N và các điện tử trong vùng bán dẫn P (của cặp điện tử - lỗ trống) mới có khả năng vượt qua tiếp giáp. Chúng tái hợp với nhau. Do đó có một dòng điện tử rất nhỏ từ cực âm nguồn chạy tới để thay thế các điện tử trong P chạy về phía N và tạo nên dòng điện ngược rất nhỏ theo chiều ngược lại. Gọi là dòng ngược vì nó chạy từ bán dẫn âm (N) sang bán dẫn dương (P). Dòng ngược này phụ thuộc vào nhiệt độ và hầu như không phụ thuộc điện áp phân cực. Đến khi điện áp phân cực ngược tăng quá lớn thì tiếp giáp bị đánh thủng và dòng ngược tăng vọt lên. 3.3. PHÂN LOẠI VÀ CÁC ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA ĐIÔT 3.3.1. Điốt nắn điện: Do đặc tính làm việc ở dòng lớn, áp cao nên điôt nắn điện được dùng là điốt tiếp mặt như đã trình bày ở phần trên. Các mạch nắn diện cơ bản: - Mạch nắn điện bán kỳ: (Hình 3.7) T D DIODE + Vac In C Vdc Out Hình 3.7: Mạch nắn điện một bán kỳ Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch như sau: T: Biến áp dùng để tăng hoặc giảm áp (Thông thường là giảm áp) D: Điốt nắn điện. C: Tụ lọc xoay chiều. Nguyên lí hoạt động của mạch như sau: Điện áp xoay chiều ngõ vào Vac in qua biến áp được tăng hoặc giảm áp. Được đưa đến Điôt nắn điện. Ở bán kì dương điôt dẫn điện nạp điện cho tụ C. Ở bán kì âm Điốt bị phân cực ngựơc nên không dẫn điện. Nên ở ngõ ra của mạch nắn Vdc out ta được điện áp một chiều. - Mạch nắn điện toàn kỳ dùng hai điốt: (Hình 3.8) 59
60. D1 T DIODE C Vdc Out Vac In + DIODE D2 Hình 3.8: Mạch nắn điện toàn kì dùng hai điốt Nhiệm vụ các linh kiện như sau: T: Biến áp dùng để biến đổi điện áp xoay chiều ngõ vào D1; D2: Nắn dòng điện xoay chiều AC thành dòng một chiều DC C: Tụ lọc xoay chiều sau nắn. Nguyên lí hoạt động như sau: Điện áp xoay chiều ngõ vào qua biến áp biến đổi thích ứng với mạch điện. Khi đầu trên của biến áp ở bán kì dương điốt D 1 dẫn điện thì ở đầu dưới của biến áp ở bán kì âm nên điốt D2 không dẫn điện. Dòng điện nắn qua D 1 nạp điện cho tụ lọc C. Khi đầu trên của biến áp là bán kì âm điốt D1 không dẫn điện thì đầu dưới của biến áp là bán kì dương nên điôt D2 dẫn điện nạp điện cho tụ C. Như vậy dòng điện ngõ ra có liện tục ở cả hai bán kì của dòng điện xoay chiều nên được gọi là mạch nắn điện hai bán kì. Đặc điểm của mạch là phải dùng biến áp mà cuộn sơ cấp có điểm giữa nên không thuận tiện cho mạch nếu không dùng biến áp, hoặc biến áp không có điểm giữa. Để khắc phục nhược điểm này, thông thường trong thực tế người ta dùng mạch nắn điện toàn kì dùng sơ đồ cầu. - Mạch nắn điện toàn kì dùng sơ đồ cầu: (Hình 3.9) DIODE DIODE T D1 D2 Vdc Out + Vac In C D4 D3 DIODE DIODE Hình 3.9: Mạch nắn điện toàn kì dùng sơ đồ cầu Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch: T: Biến áp đổi điện. D1;D2;D3;D4: Điôt nắn điện. 60
61. C: Tụ lọc xoay chiều sau nắn. Nguyên lí hoạt động như sau: Dòng xoay chiều ngõ vào qua biến áp T, ngõ ra trên cuộn sơ cấp được đưa đến bộ nắn cầu. Khi đầu trên của biến áp là bán kì dương thì ở đầu dưới của biến áp là bán kì âm. Lúc này D1; D3 dẫn điện nạp điện cho tụ C. Khi đầu trên của biến áp là bán kì âm thì đầu dưới của biến áp là bán kì dương. Lúc này D 2; D4 dẫn điện dẫn điện nạp cho tụ C cùng chiều nạp ban đầu hình thành điện áp một chiều ở ngõ ra. Mạch nắn điện tăng đôi: (Hình 3.10) Mạch này dùng để tạo ra điện áp một chiều có giá trị cao gấp hai lần điện áp xoay chiều ngõ vào. Mạch nắn điện tăng đôi một bán kì: (Hình 3.10 a) + C1 D2 C2 Vi AC + Vo AC D1 Hình 3.10 a: Mạch nắn điện tăng đôi một bán kì. Trong đó nhiệm vụ các linh kiện như sau: D1; D2: Nắn điện bồi áp C1; C2: Tụ bồi áp. Hoạt động của mạch như sau: ở bán kỳ dương tụ C 1 dẫn điện qua điôt D 2 nạp điện cho tụ C2. ở bán kì âm D1 dẫn điện nạp điện cho tụ C 1. Đến bán kì kế tiếp Pha dương của điện áp xoay chiều nạp chồng lên tụ C 1 được dẫn qua điôt D 2 nạp điện cho tụ C 2 Lúc này điện áp DC ngõ ra là hai lần điện áp đình của điện áp xoay chiều. Mạch điện này có nhược điểm là dòng điện nhỏ, hiệu suất không cao, nên ít được sử dụng trong thực tế. Mạch nắn điện tăng đôi hai bán kì: (Hình 3.10 b) DIODE D1 + Vac in C1 Vdc out + C2 DIODE D2 61
62. Hình 3.10 b: Mạch nắn điện tăng đôi hai bán kì. Trong đó nhiệm vụ các linh kiện trong mạch như sau: D1; D2: Nắn điện bồi áp C1; C2: Tụ bồi áp. Hoạt động của mạch như sau: ở đầu trên của ngõ vào là bán kì dương điôt D 1 dẫn điện nạp cho tụ C 1 về nguồn. Khi đầu trên đổi chiều là bán kì âm điốt D 2 dẫn điện nạp điện cho tụ C2 về nguồn. Do hai tụ C1; C2 mắc nối tiếp nên điện áp DC ngõ ra là tổng điện áp nạp trên hai tụ C1; C2 nên điện áp được tăng đôi. 3.3.2. Điôt tách sóng: Còn được gọi là điôt tiếp điểm. - Cấu tạo: hình 3.11 Ka tèt Anèt N Klo¹i Hình 3.11: Cấu tạo của điôt tách sóng Gồm mũi nhọn kim loại là cực dương, tì lên mặt một miếng bán dẫn loại N là cực âm. - Kí hiệu: giống như điôt tiếp mặt DIODE Hình 3.12: Ký hiệu của điôt tách sóng -Tính chất:: Tương tự như điôt tiếp mặt nhưng Điốt tiếp điểm có thể tích nhỏ, công suất nhỏ, điện dung giữa hai cực nhỏ, nên dùng ở tần số cao. Vùng tiếp xúc của điôt tiếp điểm nhỏ, nên dòng điện cho phép qua điôt thương không quá 10  15mA và điện áp ngược không quá vài chục volt -Ứng dụng: Thường dùng để tách sóng tín hiệu trong các thiết bị thu vô tuyến, thiết bị có chức năng biến đổi thông tin 3.3.3. Điôt zêne: 62
63. - Cấu tạo: Điôt zêne có cấu tạo giống như các loại điôt khác nhưng các chất bán dẫn được pha tỉ lệ tạp chất cao hơn để có dòng điện rỉ lớn. Thông thường hiện nay trong kĩ thuật người ta xản suất chủ yếu là điôt Silic. - Kí hiệu: Dz Hình 3.13: Ký hiệu của điôt zêne - Tính chất:: Trạng thái phân cực thuận điôt zêne có đặc tính giống như điôt nắn điện thông thường. Trạng thái phân cực ngược do pha tạp chất vơi tỉ lệ cao nên dòng rỉ lớn và điện áp ngược thấp, điện áp đó gọi là điện áp zêne Vz. Khi phân cực ngược đến trị số Vz thì dòng qua điôt tăng mà điện áp không tăng. - Ứng dụng: Lợi dụng tính chất của Điôt zêne mà người ta có thể giữ điện áp tại một điểm nào đó không đổi gọi là ghim áp hoặc ổn áp (Hình 3.12). R D Vi Vo Vd Hình 3.14: Mạch điện sử dụng điôt zêne Vi: Là điện áp ngõ vào Vo Là điện áp ngõ ra. . Nếu điện áp ngõ vào là tín hiệu có biện độ cao hơn điện áp V z thì ngõ ra tín hiệu bị xén mất phần đỉnh chỉ còn lại khoảng biên độ bằng Vz 63
64. . Nếu điện áp ngõ vào là điện áp DC cao hơn Vz thì ngõ ra điện áp DC chỉ bằng Vz. . Nếu điện áp ngõ vào cao hơn rất nhiều V z. Dòng qua điôt zêne tăng cao đến một giá trị nào đó vượt qua giá trị cho phép thì điôt bị đánh thủng. Làm cho điện áp ngõ ra bị triệt tiêu. Tính chất này được dùng trong các bộ nguồn để bảo vệ chống quá áp ở nguồn đảm bảo an toàn cho mạch điện khi nguồn tăng cao. R trong mạch giữ vai trò là điện trở hạn dòng hay giảm áp. 3.3.4. Điôt quang (Photodiode): - Cấu tạo: Điôt quang có cấu tạo gần giống như điôt tách sóng nhưng vỏ bọc cách điện thường được làm bằng lớp nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để dễ dàng nhận ánh sáng từ bên ngoài chiếu vào mối nối PN. -Kí hiệu: Hình 3.15: Ký hiệu của điôt quang - Tính chất: Khi bị che tối: điện trở nghịch vô cùng lớn, điện trở thuận lớn. Khi bị chiếu sáng: Điện trở nghịch giảm thấp khoảng vài chục K. Điện trở thuận rất nhỏ khoảng vài trăm Ohm. - Ứng dụng: Điôt quang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển tự động ở mọi nghành có ứng dụng kĩ thuật điện tử. Như máy đếm tiền, máy đếm sản phẩm, Cửa mở tự động, Tự động báo cháy v.v. 3.3.5. Điốt phát quang: LED (Light Emitting Diode) - Cấu tạo: Lợi dụng tính chất bức xạ quang của một số chất bán dẫn khi có dòng điện đi qua có màu sắc khác nhau. Lợi dụng tính chất này mà người ta chế tạo các Led có màu sắc khác nhau. - Kí hiệu: 64
65. Hình 3.16: Ký hiệu của LED - Tính chất:: Led có điện áp phân cực thuận cao hơn điôt nắn điện nhưng điện áp phân cực ngược cực đại thường không cao khoảng 1,4 - 2,8V. Dòng điện khoảng 5mA - 20mA. - Ứng dụng: Thường được dùng trong các mạch báo hiệu, chỉ thị trạng thái của mạch. Như báo nguồn, chỉ báo âm lượng 3.3.5. Điôt biến dung (Varicap): - Cấu tạo: Điốt biến dung là loại điôt có điện dung thay đổi theo điện áp phân cực. Ở trạng thái không dẫn điện, vùng tiếp giáp của điốt trở thành điện môi cách điện. Điện dung Cd của điôt phụ thuộc chủ yếu vào hằng số điện môi, diện tích tiếp xúc, chiều dày của điện môi. Theo công thức: S Cd =  d Cd: Điện dung của điốt : Hằng số điện môi S: Diện tích mối nối. d: Độ dầy chất điện môi. -Kí hiệu: Hình 3.17: Ký hiệu của điôt biến dung -Tính chất: Khi được phân cực thuận thì lỗ trống và electron ở hai lớp bán dẫn bị đẩy lại gần nhau làm thu hẹp bề dày cách điện d nên điện dung Cd tăng lên. Khi điốt được phân cực ngược thì lỗ trống và electron bị kéo xa ra làm tăng bề dày cách điện nên điện dung Cd bị giảm xuống. - Ứng dụng: Điôt biến dung được sử dụng như như một tụ điện biến đổi bằng cách thay đổi điện áp phân cực để thay đổi tần số cộng hưởng của mạch dao động, cộng hưởng 65
66. nên được dùng trong các mạch dao động, cộng hưởng có tần số biến đổi theo yêu cầu như bộ rà đài trong Radio, máy thu hình, máy liên lạc vô tuyến, điện thoại di động 3.4. TRANZITO BJT: 3.4.1. Cấu tạo: Tranzito lưỡng cực là linh kiện có 3 chân, tranzito được sử dụng điều khiển chuyển mạch hoặc điều khiển khuếch đại. Các tranzito có loại có cấu trúc pnp, có loại có cấu trúc npn (xem Bảng tổng quan). Tranzito lưỡng cực loại npn dùng một dòng nhỏ đi vào cực badơ B (cấp dòng) và một điện áp dương (có quan hệ với cực emitơ E) để điều khiển dòng lớn hơn chảy từ cực colectơ C đến cực emitơ E. Ngược lại, tranzito loại pnp dùng một dòng nhỏ đi ra khỏi cực badơ B (rút dòng) và một điện áp âm (có quan hệ với cực emitơ E) để điều khiển dòng lớn hơn chảy từ cực emitơ đến cực colectơ. Tranzito lưỡng cực là linh kiện rất tiện dụng. Khả năng điều khiển dòng điện của tranzito lưỡng cực bằng cách đặt tín hiệu điều khiển đã làm cho loại tranzito này trở thành linh kiện được phổ dụng trong các mạch chuyển mạch điều khiển bằng điện, mạch điều chỉnh dòng, mạch khuếch đại, mạch dao động và các mạch nhớ. Dưới đây là hình ảnh đơn giản về cách làm việc của tranzito lưỡng cực loại npn (đối với loại tranzito lưỡng cực pnp, mọi thành tố, các phân cực và dòng đều đảo ngược lại). Một tranzito lưỡng cực npn được chế tạo bằng cách ghép miếng rất mỏng chất bán dẫn loại p giữa hai miếng bán dẫn loại n. Khi không có dòng đặt vào cực badơ B của tranzito, các electron bị ngăn không chảy đến cực colectơ vì tiếp giáp p. (Nhớ lại là đối với các electron, để chảy qua tiếp giáp pn cần một định thiên để cấp cho các electron một năng lượng đủ lớn để các electron "thoát" ra khỏi lực hấp dẫn của nguyên tử và chảy đến phía bán dẫn n). Chú ý rằng nếu điện áp âm được đặt vào cực badơ B, lúc đó tiếp giáp pn giữa cực badơ và cực emitơ có thiên áp ngược. Do đó vùng nghèo được tạo nên và ngăn cản dòng chảy qua). Nếu một điện áp dương (ít nhất bằng 0,6V) được đặt vào cực badơ B của tranzito npn, phần tiếp giáp pn giữa cực badơ B và cực emitơ E có định thiên thuận. Khi được định thiên thuận các electron thoát ra khỏi lực hấp dẫn của nguyên tử và được thu hút về cực dương badơ. Một số electron qua cực badơ thoát ra ngoài, nhưng điều này không mong muốn. 66
67. TỔNG QUAN VỀ TRANZITO LOẠI KÝ HIỆU KIỂU HOẠT ĐỘNG TRANZI TO c Thường tranzito không dẫn nhưng với một dòng nhỏ đi vào và b NPN điện áp dương nhỏ tại cực B làm cho cực E dẫn (cho phép một e lượng dòng lớn chảy từ cực C đến cực E). Tranzito hoạt động LƯỠNG với điều kiện VC > VE. Sử dụng trong các ứng dụng chuyển CỰC mạch và khuếch đại. c Thường tranzito không dẫn, nhưng với một dòng nhỏ đi ra và b PNP điện áp âm nhỏ tại cực B làm cho cực E dẫn (cho phép một e lượng dòng lớn chảy từ cực E đến cực C). Tranzito hoạt động với VE > VC. Sử dụng làm chuyển mạch và khuếch đại. Thường tranzito dẫn, nhưng với một điện áp âm nhỏ tại cực D G NJFET cổng G làm cho cực nguồn S ngưng dẫn (không cho dòng từ S cực nguồn S chảy đến cực máng D). Tranzito hoạt động với điều kiện VD > VS. Không đòi hỏi có dòng cực cổng G. Sử JFET dụng làm chuyển mạch và khuếch đại. D Thường tranzito dẫn, nhưng với một điện áp dương nhỏ tại cực G PJFET cổng G làm cho cực nguồn ngưng dẫn (không cho dòng từ cực S nguồn S chảy đến cực máng D). Tranzito hoạt động với điều kiện VS > VD. Không đòi hỏi có dòng cực cổng G. Sử dụng làm chuyển mạch và khuếch đại. Thường tranzito MOSFET loại nghèo dẫn, nhưng với điện áp D 2N3796 âm nhỏ đặt vào cổng G làm cho cổng nguồn S ngưng dẫn (làm G S ngưng dòng lớn chảy qua cực máng D - cực nguồn S). Tranzito MOSFET hoạt động với điều kiện V D > VS. Không đòi hỏi có dòng cực LOẠI cổng G. Sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch và khuếch NGHÈO đại. 67
68. Thường tranzito MOSFET loại nghèo dẫn, nhưng với điện áp D PMOS dương nhỏ đặt vào cực cổng G làm cho cổng nguồn S ngưng G S dẫn (làm ngưng dòng lớn chảy qua cực nguồn S - cực máng D). Tranzito hoạt động với điều kiện V S > VD. Không đòi hỏi có dòng cực cổng. Sử dụng làm chuyển mạch và khuếch đại. Thường tranzito MOSFET loại giầu ngưng dẫn, nhưng với D 2N3796 điện áp dương nhỏ đặt vào cực cổng G làm cho cổng nguồn S G S dẫn (cho phép dòng lớn chảy qua cực máng D - cực nguồn S). Tranzito hoạt động với điều kiện V D > VS. Không đòi hỏi có MOSFET dòng cực cổng G. Sử dụng làm chuyển mạch và khuếch đại. LOẠI Thường tranzito MOSFET loại giầu ngưng dẫn, nhưng với D GIẦU IRF9510 điện áp âm nhỏ đặt vào cực cổng G làm cho cổng nguồn S dẫn G S (cho phép dòng lớn chảy qua cực nguồn S - cực máng D). Tranzito hoạt động với điều kiện V S > VD. Không đòi hỏi có dòng cực cổng G. Sử dụng làm chuyển mạch và khuếch đại. Thường có dòng rất nhỏ chảy từ cực badơ B đến cực badơ B , B2 2 1 E UJT UJT nhưng một điện áp dương đặt vào cực emitơ E làm cho cực B1 badơ B1 hoặc badơ B2 tăng dòng chảy. Tranzito hoạt động với điều kiện VB2 > VB1. Không đòi hỏi có dòng cực cổng G. Chỉ hoạt động như một chuyển mạch. Vì badơ loại p rất mỏng, nên các electron ào ạt rời khỏi emitơ và chảy đến colectơ. Khi tăng điện áp đặt vào badơ làm tăng hiệu ứng các electron rời khỏi emitơ và do đó làm tăng luồng electron chảy từ emitơ đến colectơ. Cần nhớ rằng dòng theo qui ước di chuyển ngược với luồng electron. Như vậy, với thuật ngữ dòng qui ước một điện áp dương và dòng đi vào được đặt vào cực badơ gây ra dòng "dương" chảy từ colectơ đến emitơ. Tranzito ngưng dẫn V+ Vùng nghèo 68
69. Hình 3.18: Mô tả trạng thái ngưng dẫn của tranzito Tranzito dẫn Dòng chảy V+ qui ước Vùng nghèo IB qui ước Hình 3.19: Mô tả trạng thái dẫn của tranzito Hình dưới đây là đường cong đặc tuyến của tranzito lưỡng cực. Đường đặc tuyến này mô tả mối tương quan của dòng cực badơ IB và điện áp emitơ-colectơ VEC có dòng dẫn IE và IC. + Hình 3.20: Đặc tuyến vôn - ampe của tranzito lưỡng cực Các thuật ngữ mô tả hoạt động của tranzito là vùng bão hoà, vùng cắt, vùng tích cực, vùng nghèo và điểm chờ Q (chưa có tín hiệu vào). Vùng bão hoà là vùng hoạt động tại đó có dòng colectơ cực đại chảy và tranzito hoạt động giống như chuyển mạch kín mạch từ colectơ đến emitơ. Vùng cắt là vùng hoạt động gần với trục hoành của đồ thị đặc tính colectơ, tại đó tranzito hoạt động giống như một chuyển mạch hở mạch - chỉ một dòng rò 69
70. rất nhỏ chảy trong kiểu hoạt động này. Vùng tích cực mô tả tranzito hoạt động bên phải vùng bão hoà và bên trên vùng cắt, tại đó mối quan hệ gần như đường thẳng tồn tại giữa các dòng các cực (IB, IC, IE). Định thiên thích hợp với các điện áp DC và dòng DC của tranzito thiết lập điểm yêu cầu của kiểu hoạt động tích cực, điểm này được gọi là điểm chờ hoặc điểm Q. 3.4.2. Các tính chất cơ bản: 3.4.2.1. Các qui tắc quan trọng: Qui tắc 1: Đối với tranzito npn, điện áp tại colectơ VC phải lớn hơn điện áp tại emitơ VE ít nhất là vài phần mười của một vôn, nếu không thì dòng sẽ không chảy qua tiếp giáp colectơ-emitơ. Đối với tranzito pnp, điện áp emitơ phải lớn hơn điện áp colectơ một lượng tương tự. Qui tắc 2: Đối với tranzito npn, có sụt áp từ badơ đến emitơ là 0,6 V. Đối với tranzito pnp, có điện áp 0,6 -V tăng từ badơ đến emitơ. Về ý nghĩa hoạt động, điều đó có nghĩa là điện áp badơ VB của tranzito npn ít nhất phải lớn hơn điện áp VE là 0,6 V; nếu không thì tranzito sẽ không cho một dòng qua emitơ-colectơ. Đối với tranzito pnp, VB ít nhất phải nhỏ hơn điện áp VE là 0,6 V, nếu không thì tranzito sẽ không cho một dòng chảy từ colectơ đến emitơ. 3.4.2.2. Công thức: Công thức cơ bản mô tả quan hệ của tranzito lưỡng cực (ít nhất là trong vùng tích cực) là: IC = hFE IB = òIB Trong đó, IB là dòng badơ, IC là dòng colectơ, và hFE (cũng còn gọi là ò) là độ lợi dòng. Mỗi tranzito có một trị hFE riêng. Độ lợi hFE của tranzito thường là trị không đổi, khoảng từ 10 đến 500, nhưng có thể thay đổi chút ít theo nhiệt độ và thay đổi theo điện áp colectơ-emitơ. (Độ lợi hFE của tranzito được cho trong tài liệu tra cứu). Giải thích công thức trên của tranzito một cách đơn giản là nếu có độ lợi hFE của tranzito là 100 và một dòng đi vào badơ (tranzito npn) hoặc dòng đi ra khỏi badơ (tranzito pnp) là 1 mA, lúc đó có dòng colectơ là 100 mA. Có giới hạn cho dòng chảy qua tranzito các cực của tranzito và giới hạn mức điện áp đặt vào các cực của tranzito. 3.4.2.3. Các loại tranzito Tín hiệu nhỏ Loại tranzito này thường được dùng để khuếch đại 70
71. tín hiệu nhỏ nhưng cũng có thể sử dụng làm chuyển mạch. Trị số độ lợi hFE từ 10 đến 500 với dòng IC danh định cực đại vào khoảng từ 80 đến 600 mA. Tranzito này có cả hai loại npn và pnp. Tần số hoạt động cực đại là vào khoảng từ 1 đến 300 MHz. Chuyển mạch nhỏ Các tranzito này chủ yếu dùng làm chuyển mạch nhưng cũng có thể dùng làm khuếch đại. Trị số độ lợi hFE từ 10 đến 200 với dòng IC danh định cực đại vào khoảng từ 10 đến 100 mA. Tranzito này có cả hai loại npn và pnp, tần số hoạt động cực đại là vào khoảng từ 1 đến 300 MHz. Tốc độ chuyển mạch cực đại vào khoảng từ 10 đến 2000 MHz. Tần số cao (RF) Các tranzito này được dùng cho tín hiệu nhỏ và cũng dùng cho các ứng dụng chuyển mạch với tần số cao và tốc độ chuyển mạch lớn. Vùng cực badơ rất mỏng và kích thước của tranzito rất nhỏ. Các tranzito này có thể dùng trong các bộ khuếch đại HF, VHF, UHF, CATV và MATV và trong các máy tạo sóng. Các tranzito này có cả hai loại pnp và npn và có tần số danh định cực đại vào khoảng 2000MHz và IC cực đại từ 10 đến 600 mA. Công suất Các tranzito này được dùng trong các bộ khuếch đại công suất lớn và các bộ cung cấp công suất. Colectơ được kết nối với phiến kim loại để toả nhiệt. Công suất danh định vào khoảng từ 10 đến 300 W với tần số danh định vào khoảng từ 1 đến 100 MHz. Trị số dòng IC cực đại từ 1 đến 100 A. Các tranzito này có cả hai loại pnp và npn và loại Darlington (npn và pnp). Cặp Darlington Đây là hai tranzito trong một vỏ. Các tranzito này có độ ổn định cao, tải mức dòng lớn. Độ lợi hFE của tranzito này lớn hơn độ lợi của một tranzito. 71
72. Tranzito này có cả hai loại D-npn và D-pnp. Tranzito quang Tranzito này hoạt động như một tranzito lưỡng cực nhạy sáng (cực badơ được lộ sáng). Khi có ánh sáng tiếp xúc với vùng cực badơ làm xuất hiện dòng badơ. Phụ thuộc vào loại tranzito quang, ánh sáng có thể tác động như là tác nhân định thiên (tranzito hai chân). Dãy tranzito Loại bao gói này có nhiều tranzito kết hợp trong một vỏ bọc tích hợp. Ví dụ, một dãy tranzito ở đây được chế tạo gồm 3 tranzito npn và 2 tranzito pnp. 3.5: TRANZITO HIỆU ỨNG TRƯỜNG: 3.5.1. Khái quát về tranzito hiệu ứng trường Tranzito hiệu ứng trường (JFET) là linh kiện có 3 cực, được dùng làm các chuyển mạch điều khiển bằng điện, điều khiển khuếch đại và điện trở điều khiển điện áp. Không giống như các tranzito lưỡng cực, JFET đặc biệt được điều khiển bằng điện áp, chúng không đòi hỏi có dòng định thiên. Một đặc điểm khác của JFET là bình thường JFET dẫn khi không có chênh lệch điện áp giữa cực cổng G và cực nguồn S. Tuy vậy, nếu có sự chênh lệch điện áp giữa các cực này, JFET sẽ cản trở mạnh dòng chảy (dòng nhỏ chảy qua các cực máng cực nguồn). Với lý do này, các JFET thường được gọi là linh kiện nghèo, không giống như các tranzito lưỡng cực là các linh kiện giàu (tranzito lưỡng cực trở thành điện trở nhỏ khi dòng / áp đặt vào các cực badơ). JFET có cấu dạng kênh n hoặc kênh p. Với một tranzito JFET kênh n, một điện áp âm đặt vào cực cổng G (liên quan với cực nguồn S) làm giảm dòng chảy từ cực máng D đến cực nguồn S (tranzito này hoạt động với điều kiện VC > VS). Với một tranzito kênh p, một điện áp dương đặt vào cực cổng G làm giảm dòng chảy từ cực nguồn S đến cực 72
73. máng D (tranzito hoạt động với điều kiện VS > VC). (xem ký hiệu trong bảng tổng quan về tranzito). JFET dẫn Cản trở lớn Dòng qui ước Vùng nghèo Hình 3.21: Các trạng thái JFET dẫn và JFET ngưng dẫn Một đặc điểm quan trọng của JFET là sử dụng trở kháng đặc biệt lớn ở ngõ vào (vào khoảng 1010 Ω). Trở kháng ngõ vào lớn có nghĩa là JFET cho một dòng nhỏ (nhỏ hơn pico Ampe) hoặc không cho dòng qua và do đó ít ảnh hưởng hoặc không ảnh hưởng đến các linh kiện bên ngoài hoặc không ảnh hưởng đến các mạch kết nối với cổng của tranzito, không lấy dòng từ mạch điều khiển và không có dòng không mong muốn đi vào mạch điều khiển. Khả năng của mạch JFET điều khiển dòng chảy trong khi duy trì một trở kháng ngõ vào đặc biệt lớn làm cho linh kiện rất tiện lợi trong việc sử dụng làm các mạch chuyển mạch analog hai hướng, các tầng vào của các mạch khuếch đại, nguồn dòng hai cực đơn giản, các mạch khuếch đại, mạch dao động, chuyển mạch logic điện tử điều khiển độ lợi, mạch trộn âm Một JFET kênh n được làm bằng chất bán dẫn silicon loại n có chứa hai bướu silicon loại p đặt ở hai bên. Cực cổng G được kết nối với các bướu loại p, trong khi cực máng và cực nguồn được kết nối với hai cực của kênh loại n (xem hình vẽ). Khi không có điện áp đặt vào cực cổng G của JFET kênh n, dòng chảy tự do qua trung tâm kênh n, các điện tử không gặp khó khăn khi chảy qua kênh n, đã có một ít hạt mang điện tích âm tại vị trí này để giúp cho việc dẫn điện. Tuy nhiên, nếu cổng được xác lập đến điện áp âm (liên quan đến cực nguồn), vùng ở giữa các bướu bán dẫn loại p và trung tâm kênh n sẽ tạo nên hai tiếp giáp thiên áp ngược (một tiếp giáp liên quan đến 73
74. bướu trên và một tiếp giáp liên quan đến bướu dưới). Điều kiện thiên áp ngược tạo nên vùng nghèo được mở rộng. Điện áp cổng càng âm thì vùng nghèo càng rộng và khi đó các electron khó có thể đi qua kênh. Đối với JFET kênh p, ta đảo ngược các tình huống trên, có nghĩa là thay thế điện áp âm ở cổng bằng một điện áp dương, thay thế kênh n bằng bán dẫn kênh p, thay thế các bướu bán dẫn loại p bằng các bướu bán dẫn loại n và thay thế các hạt mang điện âm bằng các hạt (lỗ) mang điện dương. vùng Vùng Đánh điện trở bão hoà xuyên Hình 4.38: Đặc tuyến vôn - ampe của JFET kênh n JFET kênh p Đồ thị ID - VDS của JFET kênh p Hình 3.22: Đặc tuyến vôn - ampe của JFET kênh p 74
75. Đồ thị JFET kênh n ở Hình 4.38 trên đây mô tả cách làm việc của JFET kênh n. Đặc biệt, đồ thị mô tả điện áp cổng - nguồn VGS và điện áp máng - nguồn VDS ảnh hưởng đến dòng máng ID như thế nào. Đồ thị đối với JFET kênh p ở Hình 4.39 tương tự với đồ thị kênh n, với các trị số ngược lại, VGS là điện áp dương và VDS là điện áp âm. 3.5 2. Các dạng bao gói của JFET JFET được phân loại như sau: loại tín hiệu nhỏ và chuyển mạch, loại tần số cao và loại JFET kép. Các JFET tín hiệu nhỏ và chuyển mạch thường được sử dụng để ghép nguồn trở kháng cao với mạch khuếch đại hoặc thiết bị khác như máy hiện sóng. Các linh kiện này cũng được sử dụng như là chuyển mạch được điều khiển bằng điện áp. Các JFET tần số cao chủ yếu được sử dụng để khuếch đại các tín hiệu tần số cao (tần số vô tuyến) hoặc được sử dụng làm chuyển mạch tần số cao. Các JFET kép có chứa hai JFET thích ứng trong cùng một vỏ. JFET kép có thể được sử dụng để lắp ráp mạch lặp nguồn. Tín hiệu nhỏ Tần số cao Bao gói JFET kép và chuyển mạch Hình 3.23: Các dạng bao gói JFET Giống như tranzito lưỡng cực, các JFET cũng bị phá hỏng do quá dòng hoặc quá áp. Cần phải đảm bảo không quá dòng cực đại hoặc quá áp đánh xuyên. 3.6: DIAC, SCR, TRIAC: 3.6.1: THYRISTO 3.6.1.1. Tổng quan về thyristo 75
76. Bảng dưới đây cho ta một cách nhìn khái quát về các loại SCR chính. Khi gặp cụm từ "linh kiện dẫn" có nghĩa là một đường dẫn được tạo nên giữa hai cực (ví dụ, từ anôt A đến catôt C, từ MT1 đến MT2), cụm từ "thông thường ngưng dẫn" có ý nói với điều kiện không có điện áp đặt vào cổng (cổng bị hở mạch) tranzito không dẫn điện. Loại Ký hiệu Kiểu hoạt động Thường SCR ngừng dẫn, nhưng khi có một dòng nhỏ đi SCR vào cực cổng G, SCR dẫn. Ngay khi dòng cổng không còn, C SCR A SCR vẫn duy trì dẫn. Để SCR ngưng dẫn, phải ngắt dòng G chảy từ anôt đến catôt hoặc cực anôt phải được đặt một điện áp âm hơn catôt. Dòng chảy theo một hướng từ anôt A đến catôt C. Tương tự như SCR, nhưng chuyển mạch điều khiển bằng silicon SCS có thể ngưng dẫn bằng cách đặt xung điện áp SCS dương vào chân thứ tư được gọi là cổng-anôt. Linh kiện Cæng-an«t này cũng có thể kích hoạt dẫn, khi điện áp âm được đặt vào cực cổng-anôt. Dòng chảy theo một hướng, từ anôt A đến catôt C. Tương tự như SCR, nhưng TRIAC có thể cho dòng chảy G theo hai hướng, có nghĩa là nó có thể cho cả dòng AC và MT2 TRIAC MT1 dòng DC qua. TRIAC chỉ cho dòng theo một hướng khi TRIAC cực cổng đang nhận dòng và nó ngưng dẫn khi ngắt bỏ dòng cổng. Dòng chảy theo hai hướng, qua MT1 và MT2 Linh kiện chỉ có hai cực. Khi đặt giữa hai điểm trong một mạch, nó hoạt động như một chuyển mạch nhạy cảm với ĐIÔT điện áp. Chênh lệch điện áp qua hai cực thấp hơn điện áp 4 LớP đánh xuyên, điôt 4 lớp duy trì trạng thái ngưng dẫn. Tuy vậy, khi điện áp chênh lệch vượt quá điện áp đánh xuyên, điôt 4 lớp chuyển sang trạng thái dẫn. Điôt dẫn theo một hướng từ anôt đến catôt DIAC Tương ntự như các điôt 4 lớp nhưng có thể dẫn cả hai hướng. Linh kiện được thiết kế để cho cả dòng AC và dòng DC chảy qua. 76
77. 3.6.1.2. SCR SCR là linh kiện bán dẫn có 3 cực, hoạt động như chuyển mạch được điều khiển bằng điện. Khi một điện áp khởi động dương hoặc dòng khởi động được đặt vào cực cổng G của SCR, kênh dẫn tạo nên giữa anôt A và catôt C. Dòng chỉ chảy theo một hướng nhất định qua SCR, từ anôt đến catôt (giống như điôt). Ngoài đặc điểm SCR làm việc như một chuyển mạch được điều khiển bằng điện, một đặc điểm của SCR là nó vẫn làm việc với trạng thái dẫn ngay cả sau khi loại bỏ dòng cực cổng. Sau khi SCR được khởi động chuyển sang trạng thái dẫn, nếu loại bỏ dòng cực cổng cũng không làm ảnh hưởng đến trạng thái dẫn của SCR. Muốn làm cho SCR ngưng dẫn chỉ có cách là ngắt bỏ dòng anôt - catôt hoặc đảo phân cực của anôt - catôt. SCR được dùng trong các mạch chuyển mạch, điều khiển pha, điều khiển rơle, mạch đảo, mạch xén. Cách hoạt động của SCR được mô tả như sau: về cơ bản SCR giống như các tranzito lưỡng cực pnp và npn ghép lại với nhau. Mạch tương đương của tranzito lưỡng cực mô tả cách làm việc của SCR được giới thiệu trong Hình 4.60. "An«t" PNP An«t Mạch "Cæng" Cæng SCR tương đương Cat«t NPN "Cat«t" Hình 3.24: Mạch tương đương của SCR - SCR ngưng dẫn: Khi sử dụng mạch tương đương, nếu cổng không được xác lập đến điện áp dương đủ lớn để làm cho tranzito npn dẫn, thì tranzito cũng không có khả năng "rút" dòng từ cực badơ. Điều đó có nghĩa là không có tranzito nào dẫn và vì vậy không có dòng chảy từ anôt đến catôt. - SCR dẫn: Nếu điện áp dương được đặt vào cực cổng, cực badơ của tranzito npn được định thiên thích đáng làm cho nó dẫn. Một khi dẫn cực badơ của tranzito npn có thể 77
78. "rút" dòng qua cực colectơ của tranzito npn, đây là điều kiện cần thiết để tranzito pnp dẫn. Vì cả hai tranzito đều dẫn, có dòng chảy từ anôt đến catôt. Chú ý rằng SCR duy trì trạng thái dẫn ngay cả sau khi dòng cực cổng bị ngắt. Theo mạch tương đương dùng tranzito lưỡng cực, điều đó dẫn đến từ thực tế là cả hai tranzito đều ở trạng thái dẫn khi dòng cổng bị loại bỏ. Vì dòng đã chảy qua cực badơ của tranzito nên không có lý do gì để cho cả hai tranzito ngưng dẫn. 3.6.1.3. Các loại SCR Một số SCR được thiết kế dùng để điều khiển pha, trong khi một số SCR khác được thiết kế dùng để chuyển mạch tốc độ cao. Đăc tính quan trọng nhất của các SCR là lượng dòng có thể xử lý. Loại SCR dòng nhỏ có khả năng xử lý dòng / áp cực đại không lớn hơn 1A / 100V. Loại SCR dòng trung bình có thể xử lý dòng / áp cực đại không lớn hơn 10A / 100V. Khả năng SCR xử lý cực đại đối với dòng lớn có thể lên tới vài nghìn ampe với điện áp vài nghìn vôn. SCR dòng nhỏ được bao gói bằng plastic hoặc bằng kim loại, trong khi các loại SCR dòng trung bình và dòng lớn có gắn thêm phần toả nhiệt. Dòng nhỏ Dòng trung bình Dòng lớn Hình 3.25: Các loại SCR 3.6.1.4. Các thông số kỹ thuật VT Điện áp trạng thái dẫn: điện áp anôt - catôt để SCR dẫn IGT Dòng khởi động cực cổng: dòng cổng cực tiểu cần thiết để chuyển SCR sang trạng thái dẫn 78
79. VGT Điện áp khởi động cực cổng: điện áp cổng cực tiểu cần có để kích hoạt dòng khởi động cực cổng IH Dòng duy trì: dòng cực tiểu chảy qua anôt - catôt đòi hỏi để duy trì trạng thái dẫn của SCR PGM Công suất tiêu tán đỉnh của cực cổng: công suất cực đại có thể bị tiêu tán giữa cực cổng và vùng catôt. VDRM Điện áp đỉnh lặp trạng thái ngưng dẫn: Trị tức thời cực đại của điện áp ở trạng thái ngưng dẫn xảy ra đối với một SCR, bao gồm các điện áp tạm thời lặp nhưng không kể các điện áp tạm thời không lặp. IDRM Dòng đỉnh lặp trạng thái ngưng dẫn: Trị tức thời cực đại của dòng trạng thái ngưng dẫn suy ra từ các ứng dụng của điện áp ngưng dẫn đỉnh lặp VRMM Điện áp đảo đỉnh lặp: Trị tức thời cực đại của điện áp đảo xảy ra đối với SCR, bao gồm các điện áp tạm thời lặp nhưng không kể các điện áp tạm thời không lặp IRMM Dòng đảo đỉnh lặp: Trị tức thời cực đại của dòng đảo rút ra từ ứng dụng của điện áp đảo đỉnh lặp. 3.6.1.5. Bảng các thông số kỹ thuật của SCR VDRM IDRM IRMM IGT VGT IH (MIN) (MAX) (MAX) VT (TYP/MAX) (TYP/MAX) (TYP/MAX) PGM MNFR (V) (mA) (mA) (V) (mA) (V) (mA) (W) # 2N6410 100 2.0 2.0 1.7 5.0/30 0.7/1,5 6.0/40 5 3.6.1.6. Ứng dụng của SCR . Chuyển mạch khoá Mạch sử dụng SCR để cấu trúc thành mạch khoá đơn giản. S 1 là chuyển mạch tức thời, loại chuyển mạch nút nhấn thường mở, trong khi S 2 là chuyển mạch tức thời, loại chuyển mạch nút nhấn thường đóng. Khi S 1 được nhấn vào và nhả ra, một xung nhỏ của dòng đi vào cực cổng của SCR, như vậy SCR chuyển sang trạng thái dẫn. Sau đó dòng 79