GIAO TRINH Điện tử cơ bản

2019 TRANG 9 2.1.2 Phân loại điện trở Có hàng ngàn loại điện trở khác nhau và được sản xuất theo nhiều cách, bởi vì đặc điểm cụ thể của chúng phù hợp với một số lĩnh vực ứng dụng, chẳng

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

BASIC ELECTRONICS

L U HÀNH N I B

09.2019

GIÁO TRÌNH

Môn học Điện tử căn bản là một trong những môn học quan trọng bậc nhất của ngành Điện, Điện tử nói chung Môn học này cung cấp kiến thức nền tảng rất cần thiết cho Sinh viên để có thể học tốt các môn học sau Từ đó chúng

ta có thể xem môn Điện tử cơ bản là một môn xương sống của ngành

Để đáp ứng nhu cầu học tập của Sinh viên, Bộ môn Điện tử công nghiệp

đã biên soạn cuốn sách Điện tử cơ bản này để làm tài liệu học tập chính cho sinh viên ngành Điện-Điện tử, Điện tử công nghiệp và làm tài liệu tham khảo rất

có giá trị cho sinh viên các ngành khác

Cuốn sách này được tham khảo các sách trong nước, biên dịch từ các sách nước ngoài mới xuất bản gần nhất và các trang web hỗ trợ học tập uy tín của các trường Đại học tiên tiến trên thế giới Cung cấp các công cụ cần thiết liên quan trực tiếp đến lĩnh vực Điện tử công nghiệp và cập nhật kiến thức mới cho Sinh viên

Cuốn sách gồm 8 chương với được bố trí như sau

Chương 1: Những khái niệm cơ bản

Chương 2: Linh kiện điện tử thụ động

CHương 3: Chất bán dẫn và Diode

Chương 4: Transistor lưỡng cực (BJT)

Chương 5: Transistor hiệu ứng trường (FET)

Chương 6: Mạch khuếch đại thuật toán OPAMP

Chương 7: Linh kiện quang điện tử

HSSV vui lòng gửi phản hồi về email: dunghx@caothang.edu.vn

Nội dung Trang

CHƯƠNG 1 1

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1

1.1 Điện áp: 1

1.2 Dịng điện: 2

1.3 Trở kháng 2

1.4 Nguồn cung cấp (pin) 2

CHƯƠNG 2 8

LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 8

2.1 Điện trở (Resistor) 8

2.1.1 Giới thiệu 8

2.1.2 Phân loại điện trở 9

2.1.3 Giá trị điện trở chuẩn 14

2.1.4 Ghép nối điện trở 19

2.1.5 Một số ứng dụng của điện trở 19

2.2 Tụ điện (Capacitor) 22

2.2.1 Giới thiệu 22

2.2.2 Điện dung của tụ điện 23

2.2.3 Phân loại tụ điện 24

2.3.4 Ứng dụng chung của tụ điện 28

2.4 Cuộn cảm (Inductor) 28

2.4.1 Giới thiệu 28

2.4.2 Ứng dụng của cuộn cảm 29

CHẤT BÁN DẪN VÀ DIODE 34

3.1 Chất bán dẫn 34

3.1.1 Cấu tạo 34

3.1.2 Phân loại: 34

3.2 Mối nối P-N 36

3.2.1 Giới thiệu 36

3.2.2 Phân cực thuận nối P-N: 37

3.3.3 Phân cực nghịch nối P-N: 37

3.3 Diode 38

3.3.1 Giới thiệu 38

3.3.2 Phân loại diode 39

3.3.2.1 Diode chỉnh lưu: 39

3.3.2.2 Diode tín hiệu (signal diode) 40

3.3.2.3 Diode Schottky 40

3.3.2.4 Diode Zener 41

3.3.2.5 Diode phát sáng (LED): 41

3.3.2.6 Diode quang (Photodiode): 42

3.3.2.7 Diode Laser: 43

3.4 Các mạch điện ứng dụng của Diode 44

3.4.1 Mạch chỉnh lưu 1 pha bán kỳ 44

3.4.2 Mạch ổn áp dùng diode zener 44

3.4.3 Led 7 đoạn 46

TRANSISTOR LƯỠNG CỰC (BJT) 49

4.1 Giới thiệu 49

4.2 Các chế độ hoạt động 51

4.3 Các dịng điện trong Transistor 51

4.4 Tính tốn mạch Transistor 53

4.4.1 Mạch phân cực cố định 53

4.4.2 Mạch phân cực với điện trở ở cực phát 54

4.4.3 Mạch phân cực bằng cầu phân áp 56

4.5 Ứng dụng của Transistor với vai trị thiết bị chuyển mạch (Switches) 57

CHƯƠNG 5 63

TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG FET 63

5.1 Giới thiệu 63

5.2 JFET 65

5.2.1 Cấu tạo và ký hiệu 65

5.2 Đặc tính và phân cực JFET 66

5.3 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 71

5.3.1 Giới thiệu 71

5.3.2 MOSFET loại kênh liên tục (Deplention-mode MOSFET) 74

5.3.3 MOSFET kênh gián đoạn (Enhancement – mode MOSFET) 75

5.4 Ứng dụng MOSFET hoạt động như là cơng tắc (MOSFET as a Switch) 78

CHƯƠNG 6 88

MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 88

6.1 Giới thiệu 88

6.3 Mạch khuếch đại khơng đảo 95

6.4 Mạch cộng 97

6.5 Mạch khuếch đại vi sai 98

6.5 Mạch khuếch đại đo lường (Instrumentation Amplifier) 101

6.6 Mạch so sánh 101

CHƯƠNG 7 110

LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ 110

7.1 Quang trở (PhotoResistor) 110

7.1.1 Giới thiệu 110

7.1.2 Nguyên lý hoạt động 110

7.1.3 ứng dụng của quang trở 111

7.2 Diode quang (Photodiode) 112

7.2.1 giới thiệu 112

7.2.2 Nguyên lý hoạt động 112

7.2.3 Các chế độ hoạt động 113

7.3 Transistor quang (phototransistor) 115

7.4 Mối nối quang (OPTO Coupler) 115

7.4.1 Giới thiệu 115

7.4.2 Phân loại 116

7.4.3 Ứng dụng 117

CHƯƠNG 8 119

THYRISTOR 119

8.1 SCR (Silicon Controlled Rectifier) 119

8.1.1 Giới thiệu 119

8.1.3 Các thông số SCR 121

8.1.4 Các mạch ứng dụng SCR 123

8.2 Triac 124

8.2.1 Giới thiệu 124

8.2.2 Đặc tính I-V của Triac 125

8.2.3 Các thông số của triac 126

8.2.4 Ứng dụng Triac 126

8.3 Diac 128

8.3.1 Giới thiệu 128

8.3.2 Ký hiệu và đặc tuyến của Diac 128

8.3.3 Ứng dụng của Diac 129

2019 TRANG 1

CHƯƠNG 1

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Mỗi loại vật chất được tạo từ các nguyên tử và một nguyên tử cĩ ba loại hạt Electron là một loại hạt trong số đĩ và được tích điện âm Điện tích là một khái niệm thuộc về electron và proton Proton mang điện tích dương Điện tích của một electron được gọi là đơn vị điện tích Trong một vật liệu dẫn điện (bạc, đồng, vàng, nhơm, v.v ) cĩ rất nhiều các electron tự do chuyển động ngẫu nhiên Điện áp là một lực ép buộc các electron di chuyển theo một hướng cụ thể Khi điện áp được đặt vào một vật dẫn điện, các điện tử bắt đầu di chuyển theo một hướng cố định và lưu lượng của các electron trong một hướng cụ thể này được gọi là dịng điện Khi các electron di chuyển trong một dây dẫn thì sẽ phát sinh ra lực ma sát Lực ma sát này được gọi là trở kháng Trở kháng chống lại sự di chuyển tự do của các electron Vì vậy, chúng ta cĩ thể nĩi trở kháng làm giảm (cản trở) dịng điện

1.1 Điện áp:

Điện áp là lực ép buộc các electron chạy theo một hướng cụ thể trong một dây dẫn Đơn vị của điện áp là Volt và ký hiệu là V Pin là một nguồn của điện áp Các mức điện áp 3V, 3.3V, 3.7V và 5V là phổ biến nhất được dùng trong các mạch điện tử và các thiết bị

2019 TRANG 2

1.2 Dòng điện:

Dòng điện là dòng dịch chuyển của các electron theo một hướng cụ thể Chính xác hơn, dòng điện là tỉ lệ thay đổi của electron theo một hướng cụ thể Đơn vị dòng điện là Ampe và ký hiệu là I Dòng điện trong các mạch điện tử thường dùng đơn vị là milliampere (1 Ampe = 1000 milliampere) Ví dụ, dòng điện đặc trưng cho một đèn LED là 20mA

Điện áp là nguyên nhân và dòng điện là kết quả

1.3 Trở kháng

Trở kháng là cản trở sự dịch chuyển của dòng điện tích hay electron Đơn

vị SI của điện trở là ohm (Ω)

Có một mối quan hệ quan trọng giữa ba đại lượng - điện áp, dòng điện, điện trở:

Hình 1.1: Mối liên hệ giữa dòng điện, điện áp và trở kháng

Mối quan hệ này được gọi là định luật Ohm Vôn kế, ampe kế và đồng hồ

đo ohm được sử dụng để đo điện áp, dòng điện, điện trở tương ứng

1.4 Nguồn cung cấp (pin)

pin điện là một nguồn điện áp hay chính xác hơn là nguồn năng lượng điện Pin (ắc quy) cung cấp năng lượng điện bằng phản ứng hóa học bên trong Pin là một thiết bị có hai cực Một cực là cực dương (+V) và một là cực âm (-V) hoặc đất (GND) Thông thường pin có hai loại: Pin sơ cấp và Pin thứ cấp

Pin sơ cấp được sử dụng một lần và bỏ đi Pin thứ cấp có thể được sử dụng và sạc lại nhiều lần Pin có nhiều hình dạng và kích cỡ Một số loại pin

2019 TRANG 3

phổ biến sử dụng trong robot và dự án công nghệ cao Hai thông số đặc trưng của Pin là điện áp và dòng điện

- Pin 1,5 V

Pin 1.5V có các loại khác nhau về kích thước Kích thước phổ biến nhất là

AA và AAA Dòng điện có độ lớn từ 500-3000 mAh

- Pin Lithium dạng đồng tiền 3V

Pin có hình dạng mỏng dẹt Pin lithium được cung cấp điện áp danh nghĩa khoảng 3 volt (on-load), với điện áp mở rộng khoảng 3,6 volt Dòng có thể từ 30-500 mAh Sử dụng rộng rãi trong các thiết bị kích thước nhỏ

- Pin Alkaline

Là loại pin không sạc lại (dùng 1 lần) và có thể được sử dụng trong các robot nhỏ

- Pin Nickel-Metal Hydride (NIMH)

Là loại pin có mật độ năng lượng cao, và có thể được sạc một cách nhanh chóng Pin NIMH có giá rẻ nếu so với kích thước và dung lượng của nó Đây là loại pin thường được sử dụng trong các ứng dụng robot

Hình 1.2: Pin nickel

- Pin 3,7 V Li-ion và Li-polymer

Pin Lithium ion và lithium polymer là những pin có thể sạc lại Chúng có dung tích xả cao, mật độ năng lượng cao, công suất cao và kích thước nhỏ Pin Li-polymer được sử dụng rộng rãi trong các robot và dự án RC Công suất cụ thể của pin Li-poly là 100-265 W·h/kg

- Pin Acid Chì (Ắc quy)

Ắc quy axit chì là dạng pin phổ biến của ngành công nghiệp Chúng cực

kỳ rẻ, có thể sạc lại, và dễ dàng có sẵn Pin axít chì được sử dụng trong máy móc, UPS (uninterruptable power supply), robot, và các hệ thống khác, những thiết bị mà cần cung cấp rất nhiều năng lượng, còn kích thước và trọng lượng Pin là không quan trọng Pin axit chì có đặc trưng tế bào (cell) 2V, nghĩa là bạn

có thể có một pin với bội số của 2 volt Các điện áp phổ biến nhất là 2V, 6V, 12V và 24V

Pin có thể được kết nối dạng nối tiếp hoặc song song Khi chúng được mắc nối tiếp với nhau, thì điện áp cung cấp ở hai đầu của dãy pin tăng lên, khi kết nối song song thì dòng điện tăng lên

Lựa chọn Pin

+ Dung lượng pin:

Dung lượng pin là một chỉ số (thường là Ampe/giờ) của điện tích được lưu trữ trong pin, và được xác định bằng khối vật liệu hóa học hoạt động có trong pin Dung lượng pin đại diện cho năng lượng tối đa có thể được xuất ra

từ pin trong điều kiện quy định nhất định Tuy nhiên, khả năng lưu trữ năng lượng thực tế của pin có thể thay đổi đáng kể so với năng lượng đánh giá "danh

Điện áp * Amps * giờ = Wh

Kể từ khi điện áp được ấn định cho từng loại pin tùy thuộc vào chất hóa học phân cực có trong nó (kiềm, lithium, chì axit, v.v ), thì thường chỉ có các thông số về Amps*giờ được in trên bề mặt pin, thể hiện bằng các đơn vị Ah hay mAh (1000mAh = 1Ah) Để có được công suất Wh, nhân dung lượng Ah với điện áp danh định Ví dụ, chúng ta có một pin cho phép giá trị danh nghĩa 3V với công suất 1amp/giờ, do đó nó có công suất 3 Wh Pin sẽ tốt hơn khi dòng điện chạy trong nó càng thấp Để xác định tuổi thọ pin, ta chia công suất cho độ lớn của dòng điện sử dụng thực tế từ pin để có được số giờ tuổi thọ của pin Ví dụ một mạch mà tiêu hao dòng 10 mA được cung cấp bởi một pin 9 volt hình chữ nhật sẽ hoạt động khoảng 50 giờ: 500 mAh/10 mA = 50 giờ

Trong nhiều loại pin, năng lượng đầy đủ được lưu trữ trong pin không thể xuất ra (nói cách khác, pin có thể không được xả hoàn toàn) mà không gây ra thiệt hại pin, và thường không thể bù đắp cho pin Depth of Discharge (DOD) (mức khả năng xả) của một pin xác định phần của năng lượng có thể được xả

ra từ pin Ví dụ, nếu DOD của pin được đưa ra bởi các nhà sản xuất tới 25%, thì nghĩa là chỉ cho phép 25% dung lượng pin có thể được sử dụng bởi tải/1 lần sạc đầy

Tỷ lệ sạc/xả ảnh hưởng đến đánh giá dung lượng pin Nếu pin đã được xả

ra rất nhanh chóng (ví dụ, việc xả dòng cao), thì sau đó số lượng năng lượng

có thể được cung cấp từ pin giảm và dung lượng pin sẽ bị thấp xuống Nói cách khác, nếu pin đã được xả ra với tốc độ rất chậm bằng một dòng điện thấp, thì năng lượng có thể được cung cấp từ pin và dung lượng pin cao hơn Ví dụ, một pin dạng đồng xu có thông số 1 Ah không thể thực sự cung cấp 1 Amp của dòng

2019 TRANG 6

điện cho một giờ, trong thực tế, nó thậm chí không thể cung cấp 0,1 Amp khi

đã tới ngưỡng thấp quá hạn cho phép Nó giống như nói rằng một con người

có khả năng để đi lên đến 30 dặm: tất nhiên chạy 30 dặm là rất nhiều khác biệt

so với đi bộ! Tương tự như vậy, một pin dạng tiền xu 1Ah không gặp vấn đề gì khi cung cấp một 1mA cho 1000 giờ, nhưng nếu bạn cố gắng ép nó cấp cho tải 100mA, nó sẽ chỉ đáp ứng ít hơn rất nhiều so với 10 giờ

Nhiệt độ của pin cũng sẽ ảnh hưởng đến năng lượng có thể được xuất ra

Ở nhiệt độ cao, dung lượng pin thường cao hơn ở nhiệt độ thấp Tuy nhiên, cố

ý nâng cao nhiệt độ pin không phải là một phương pháp hiệu quả để tăng dung lượng pin, vì như thế sẽ làm giảm tuổi thọ pin

sẽ là xả hai giờ, và 0.1C là xả 10 giờ

Phẩm chất của một pin thường được đo bằng một máy phân tích pin Phân tích khả năng của pin được hiển thị theo tỷ lệ phần trăm của các thông số danh nghĩa, thông số 100 phần trăm được hiển thị nếu 1000mA có thể được xuất ra trong một giờ từ một pin được đánh giá có dung lượng 1000mAh Nếu pin chỉ kéo dài trong 30 phút trước khi ngắt, 50 phần trăm được chỉ định Một pin mới đôi khi cung cấp dung lượng hơn 100 phần trăm Trong một trường hợp như vậy, pin được đánh giá kỹ thêm và có thể chịu đựng một thời gian xả dài hơn quy định bởi nhà sản xuất

Mức sạc thường được ký hiệu là C hoặc tỉ lệ-C và biểu thị việc sạc hoặc

xả tỷ lệ tương đương với công suất của pin trong một giờ

Một bộ sạc pin có thể được quy định trong điều khoản của dung lượng pin hoặc tỷ lệ C; một bộ sạc ghi C/10 sẽ trả lại dung lượng pin trong 10 giờ, một bộ

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Trình bày các khái niệm về dòng điện, điện áp, điện trở

2 Đổi các đơn vị sau sang đơn vị SI chuẩn

100KΩ, 10µF, 220mV, 500pF, 20mA, 100mH

3 Trình bày cách chọn nguồn PIN, khi chọn PIN cần chú ý đến những thông

số nào

Điện trở là những thành phần thụ động, nghĩa là nó chỉ tiêu thụ điện năng (và không thể tạo ra điện năng) Điện trở thường được thêm vào các mạch mà chúng bổ sung thành phần hoạt động như op-amps, vi điều khiển, và các mạch tích hợp khác Thông thường điện trở được sử dụng để hạn dòng, phân chia điện áp, và kéo lên các đường vào/ra (pull-up I/O) trong các mạch kỹ thuật số Giá trị của một điện trở được đo bằng ohms (Ω) Các bội số như là: kilo, mega, hay giga Đơn vị phổ biến của điện trở là kilohm (kΩ)

Ví dụ, một điện trở 4 700Ω tương đương với một điện trở 4.7kΩ, và một điện trở 5 600 000Ω có thể được viết như 5 600kΩ hoặc (thường là) 5.6MΩ

Hình 2.1: Ký hiệu điện trở

2019 TRANG 9

2.1.2 Phân loại điện trở

Có hàng ngàn loại điện trở khác nhau và được sản xuất theo nhiều cách, bởi vì đặc điểm cụ thể của chúng phù hợp với một số lĩnh vực ứng dụng, chẳng hạn như tính ổn định cao, điện áp cao, dòng cao v.v , hoặc được sử dụng như điện trở cho mục đích chung, nơi đặc điểm riêng ít được quan tâm hơn

Một số đặc điểm chung liên quan đến điện trở là: hệ số nhiệt độ, hệ số điện

áp, nhiễu, tần số đáp ứng, công suất cũng như điểm mức của điện trở nhiệt, kích thước vật lý và độ tin cậy

Dựa vào tính chất dẫn điện của điện trở, chúng có thể được phân loại như sau:

- Điện trở tuyến tính (Linear resistor): Một điện trở tuyến tính là loại điện

trở có trở kháng không đổi khi gia tăng sự chênh lệch điện áp trên nó Hoặc trở kháng hoặc dòng điện thông qua điện trở không thay đổi khi điện áp (P.D) thay đổi Các đặc tính V-I của điện trở như là một đường thẳng (tuyến tính)

- Điện trở phi tuyến tính (Non-Linear): Là những loại điện trở trong đó

dòng điện đi qua nó là không chính xác tỷ lệ thuận với sự chênh lệch điện áp trên nó Những loại điện trở có đặc tính phi tuyến V-I sẽ không tuân theo định luật ohm

Có một số loại điện trở phi tuyến, nhưng phổ biến nhất được sử dụng bao gồm: điện trở NTC (Negative Temperature Co-efficient) - trở kháng của nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Điện trở PTC (Positive Temperature Co-efficient) - trở kháng của nó tăng lên cùng với sự gia tăng nhiệt độ Điện trở LDR (điện trở phụ thuộc ánh sáng) - trở kháng của nó giảm với sự gia tăng của ánh sáng Điện trở VDR (Voltage dependent Resistors) điện trở phụ thuộc điện áp - trở kháng của nó giảm mạnh khi điện áp vượt quá một giá trị nhất định

Điện trở phi tuyến tính được sử dụng trong các dự án khác nhau LDR được sử dụng như một bộ cảm biến trong robot, hay một dự án nông nghiệp

2019 TRANG 10

Dựa trên giá trị của điện trở, chúng có thể được phân loại như sau:

- Điện trở có giá trị cố định (Fix value resistor)

Điện trở có giá trị cố định là những loại điện trở đã được cố định giá trị trong khi sản xuất và không thể thay đổi trong quá trình sử dụng

Hình 2.2: Điện trở có giá trị cố định

- Biến trở hoặc chiết áp (Variable Resistor or Potentiometer):

Biến trở hoặc chiết áp là những loại điện trở có giá trị có thể thay đổi được trong quá trình sử dụng Những loại điện trở này thường chứa một trục có thể xoay hoặc di chuyển bằng tay hoặc một khe điều khiển bằng vít để thay đổi giá trị của nó ở giữa một khoảng phạm vi cố định Ví dụ: 0 Kilo Ohms đến 100 Kilo Ohms

Chiết áp được sử dụng để điều khiển âm lượng và kiểm soát tốc độ trong các dự án và các thiết bị khác nhau

Hình 2.3: Biến trở

2019 TRANG 11

- Điện trở đóng gói (Package Resistor):

Là loại điện trở có chứa 2 hoặc nhiều điện trở bên trong nó Nó có nhiều chân đầu ra để có thể lựa chọn các mức trở kháng khác nhau, hoặc cũng có thể được sử dụng như là một mảng điện trở cho các mục đích khác nhau

Hình 2.4: Điện trở đóng gói

Phân loại dựa trên thành phần cấu tạo của điện trở:

- Điện trở cấu tạo từ Carbon ( Carbon Composition) :

Là loại điện trở được làm từ các hạt carbon và được ghép ràng giữ với nhau Tỷ trọng của các hạt carbon quyết định giá trị của điện trở Ở cả hai đầu của các thành cacbon này được nối ra bằng thiếc kim loại để làm chân điện trở Sau đó toàn bộ được gói trong một vỏ nhựa để ngăn độ ẩm và phản ứng với không khí

Loại điện trở này thường tạo ra tiếng ồn trong mạch do electron đi qua một hạt carbon, do đó chúng không được sử dụng trong các mạch quan trọng mặc

dù có giá rất rẻ

- Điện trở Carbon Deposition:

Các điện trở được làm bằng cách đặt một lớp mỏng carbon quanh một que bằng sứ được gọi là điện trở Carbon Deposition Chúng được làm bằng cách đun nóng một que bằng sứ bên trong một bình khí methane và cô đọng carbon xung quanh nó bằng cách sử dụng quá trình Cracking Glass Giá trị của điện trở được xác định bởi số lượng carbon lắng xung quanh que gốm

2019 TRANG 12

- Điện trở Metal Film:

Điện trở Metal Film được thực hiện bằng cách làm lắng kim loại khi cho bốc hơi trong chân không trên một thanh lõi gốm Loại điện trở này là rất đáng tin cậy, có khả năng chống chịu và cũng có hệ số nhiệt độ cao Chúng đắt hơn

so với những loại khác nhưng thường được sử dụng trong các hệ thống quan trọng

- Điện trở dây quấn (Wire Wound)

Là điện trở được làm bằng cuộn dây kim loại xung quanh một lõi sứ Dây kim loại là một hợp kim của các kim loại khác nhau dựa trên những đặc điểm

và trở kháng của điện trở cần sử dụng Loại điện trở này có độ ổn định cao và cũng có thể chịu được cường độ cao nhưng thường cồng kềnh hơn so với các loại điện trở khác

- Điện trở kim loại gốm:

Loại điện trở này được thực hiện bằng cách bắn một số kim loại pha trộn với gốm sứ trên một chất nền gốm Tỷ lệ hỗn hợp trong gốm pha trộn và kim loại xác định giá trị của điện trở Loại điện trở này là rất ổn định và cũng có trở kháng chính xác Chúng được sử dụng chủ yếu như Surface Mount, sử dụng trong SMD PCB

Phân Dựa trên chức năng của điện trở:

- Điện trở chính xác ( Precision Resistors)

Điện trở chính xác là điện trở có giá trị dung sai rất thấp, nó rất chính xác (gần với giá trị danh nghĩa của nó)

Tất cả các điện trở đi với một giá trị, được đưa ra như là một tỷ lệ phần trăm Các giá trị dung sai cho chúng ta biết thông số thực gần với giá trị danh nghĩa Ví dụ, một điện trở 500Ω mà có giá trị dung sai 10%, có thể có một trở kháng vào khoảng từ 10% trên 500Ω (550Ω) hoặc 10% dưới 500Ω (450Ω) Nếu cùng một điện trở có dung sai 1%, trở kháng của nó sẽ chỉ khác nhau bởi 1%

Do đó, một điện trở 500Ω sau đó có thể khác nhau giữa 495Ω và 505Ω

2019 TRANG 13

Một điện trở có độ chính xác là một điện trở có sai số thấp dưới 0,005% Điều này có nghĩa là một điện trở có độ chính xác sẽ chỉ sai số 0,005% so với giá trị danh nghĩa của nó

- Điện trở nóng chảy (Fusible Resistor)

Điện trở nóng chảy là một điện trở dây quấn được thiết kế để bị nung hỏng

dễ dàng khi công suất qua điện trở vượt mức cho phép Bằng cách này, một điện trở nóng chảy phục vụ chức năng kép Khi công suất không bị vượt quá,

nó hoạt động như một điện trở hạn dòng Khi công suất vượt quá mức cho phép, nó có chức năng như một cầu chì, nó bị nóng chảy, và làm hở mạch để bảo vệ các thành phần trong mạch điện không bị dòng quá mức chạy qua

- Điện trở xi măng (Cement Resistors):

Là điện trở công suất có khả năng chịu nhiệt và chống cháy Điện trở xi măng được thiết kế để xử lý một lượng lớn công suất qua nó mà không bị hư hại do nhiệt hoặc lửa Nếu bạn đang thiết kế một mạch mà có rất nhiều dòng điện chạy qua một điện trở, nó cần phải có khả năng chịu nhiệt độ cao và sức nóng, điện trở xi măng là một sự lựa chọn rất tốt Công suất sử dụng thông thường khoảng từ 1W đến 20W trở lên Dung sai của các điện trở này là khoảng 5%

- Điện trở nhiệt (Thermistor):

Một thermistor là một điện trở nhạy cảm với nhiệt, giá trị điện trở của nó thay đổi theo những thay đổi trong nhiệt độ hoạt động Do hiệu ứng tự làm nóng của dòng điện trong một điện trở nhiệt, các thiết bị tự thay đổi trở kháng với những thay đổi của dòng điện

Thermistor có 2 loại đặc trưng là Positive temperature coefficient (PTC) hệ

số nhiệt độ dương hoặc là Negative temperature coefficient (NTC) hệ số nhiệt

độ âm Nếu một điện trở nhiệt có hệ số nhiệt độ dương, trở kháng của nó tăng khi tăng nhiệt độ hoạt động Ngược lại, nếu một điện trở nhiệt có hệ số nhiệt độ

âm, trở kháng của nó giảm khi tăng nhiệt độ hoạt động

2019 TRANG 14

Trở kháng thay đổi bao nhiêu khi nhiệt độ làm việc thay đổi phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo của điện trở nhiệt Bạn hãy tra bảng datasheet của điện trở nhiệt để nắm rõ hơn về các thông số kỹ thuật của nó

Thermistor thường được sử dụng trong các mạch điện tử đo nhiệt độ, kiểm soát nhiệt độ, và bù nhiệt độ

- Điện trở quang (Photoresistors)

Quang trở là điện trở có giá trị trở kháng thay đổi theo ánh sáng chiếu vào

bề mặt của nó Trong một môi trường tối, điện trở của một photoresistor là rất cao, có thể một vài MΩ, tùy thuộc vào hiệu suất trở kháng riêng của photoresistor được sử dụng Khi ánh sáng cực mạnh chạm bề mặt, sức đề kháng của photoresistor giảm đáng kể, có thể là thấp như 400Ω

Như vậy, photoresistors là biến trở có giá trị điện trở thay đổi liên quan đến

số lượng ánh sáng chạm bề mặt của nó

- Điện trở gắn kết bề mặt (Surface mount resistors)

Loại điện trở này được sử dụng ngày càng nhiều kể từ khi có sự ra đời của công nghệ gắn kết bề mặt Thông thường điện trở loại này được sản xuất bằng công nghệ màng mỏng

2.1.3 Giá trị điện trở chuẩn

Hiệp hội Công nghiệp Điện tử (EIA), và các cơ quan khác, xác định giá trị tiêu chuẩn cho điện trở, được gọi là giá trị tham chiếu Hệ thống giá trị tham chiếu có nguồn gốc trong những năm đầu của thế kỷ trước tại một thời điểm khi hầu hết các điện trở là than-graphite với sai số không chính xác Lý do rất đơn giản - chọn giá trị cho các thành phần dựa trên sai số mà họ có thể sản xuất được Sử dụng 10% sai số là một ví dụ, giả sử rằng điện trở có giá trị là 100 ohms Điện trở đó có thể có giá trị từ 90 đến 110 ohm Giá trị tham chiếu tiếp theo là 120 ohms với sai số 10% có một giá trị khác nhau giữa 110 và 130 ohms Theo logic này, các giá trị ưu tiên cho 10% điện trở dung sai giữa 100 và 1000 ohms sẽ là 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330 và v.v (làm tròn một cách thích hợp)

2019 TRANG 15

Các mã màu của điện trở

Các loại điện trở khác nhau có thể được sử dụng trong cả hai mạch điện

và điện tử để kiểm soát dòng điện hoặc để tạo ra một điện áp bằng nhiều cách khác nhau Nhưng để làm được điều này Điện trở có các giá trị khác nhau từ các phần phân đoạn của một Ohm (Ω) cho đến hàng triệu Ohms

Các giá trị điện trở, sai số, và công suất thường được in lên vỏ của điện trở bằng số hoặc chữ khi nó có kích thước đủ lớn để đọc, in, chẳng hạn như điện trở suất lớn Nhưng khi điện trở là nhỏ như loại carbon 1/4W hoặc film, các thông số kỹ thuật phải được thể hiện theo một số cách khác do các bản in quá nhỏ để đọc

Vì vậy, để khắc phục điều này, điện trở nhỏ sử dụng các băng sơn màu để chỉ cả hai thông số của nó: giá trị trở kháng và dung sai, với kích thước vật lý của điện trở chỉ giá trị công suất của nó Chúng được sơn những dải màu theo một hệ thống nhận dạng thường được biết đến là Mã màu điện trở (Resistors Colour Code) Một Đề án quốc tế về hệ thống mã màu điện trở được chấp nhận

và đã được phát triển trong nhiều năm trước đây như là một cách đơn giản và nhanh chóng xác định một giá trị điện trở mà không liên quan gì đến kích thước hoặc tình trạng của nó Nó bao gồm một tập hợp các vòng màu riêng để đại diện cho mỗi chữ số của các giá trị điện trở Mã vạch màu điện trở luôn đọc từ vạch đầu tiên từ bên trái sang bên phải, với vạch chỉ dung sai ở về phía bên phải Bằng cách kết hợp màu sắc của mã vạch đầu tiên với số liên quan của nó trong cột chữ số của bảng màu bên dưới chữ số đầu tiên là xác định được chữ

số đầu tiên của giá trị điện trở Tiếp theo, bằng cách kết hợp màu sắc của vạch thứ hai với số liên quan của nó trong cột chữ số của biểu đồ màu sắc ta nhận được số thứ hai của giá trị điện trở Sau đó, các mã màu điện trở được đọc từ trái sang phải như minh họa trong hình

đó được tráng một lớp dày trở kháng oxit kim loại Các giá trị trở kháng của điện trở được kiểm soát bằng cách tăng độ dày mong muốn, chiều dài hoặc độ kết

tụ màng được sử dụng và điện trở có độ chính xác cao, sai số thấp, có thể đến 0,1% Chúng cũng có rìa hoặc mũ kim loại ở hai đầu cho phép chúng được hàn trực tiếp lên bo mạch in Điện trở Surface Mount được in với 3 hoặc 4 ký tự mã

2019 TRANG 18

số, chúng được đọc như sử dụng trên các điện trở loại trục thông dụng để biểu thị giá trị điện trở Điện trở SMD tiêu chuẩn được đánh dấu bằng một mã ba chữ số, trong đó hai chữ số đầu tiên đại diện cho hai số đầu tiên của giá trị điện trở, số thứ ba là hệ số, hoặc là x1, x10, x100 v.v Ví dụ:

"470", "560" với số không nghĩa là cho 100, tương đương với 1 Ví dụ: "390" =

39 × 1Ω = 39Ω's hoặc 39RΩ, "470" = 47 × giá trị 1Ω = 47Ω's hoặc 47RΩ Trở kháng có giá trị dưới 10 có một chữ "R" để biểu thị vị trí của điểm thập phân, ví

dụ 4R7 = 4.7Ω Điện trở dán có đánh dấu "000" hoặc "0000" là điện trở Ohm (0Ω) hay nói cách khác liên kết ngắn (dính), các thành phần này có trở kháng bằng không

zero-2019 TRANG 19

2.1.4 Ghép nối điện trở

Điện trở được ghép nối với nhau thường ghép nối tiếp hoặc song song Khi đó chúng sẽ tạo ra một tổng trở, tổng trở này có thể được tính toán khi sử dụng một trong hai công thức tính

Điện trở mắc nối tiếp

Khi kết nối một dãy các điện trở nối tiếp, giá trị tổng trở sẽ tăng lên Ví dụ, nếu bạn cần có một điện trở 12.33kΩ, bạn tìm một số điện trở có các giá trị phổ biến hơn như 12kΩ và 330Ω, và mắc nối tiếp chúng với nhau

Hình 2.7: Điện trở mắc nối tiến

R= R1+ R2+ +R(N-1)+RN Điện trở song song

Tổng trở của N điện trở song song là nghịch đảo của tổng của tất cả các điện trở

Hình 2.8: Các điện trở mắc song song

2019 TRANG 20

điện trở nối tiếp với một đèn LED, dòng dịch chuyển qua hai thành phần có thể được giới hạn trong một giá trị an toàn Lưu ý các mạch đưa ra dưới đây Điện trở R được kết nối nối tiếp với đèn LED

Hình 2.9: Điện trở hạn dòng cho LED

Để tính toán giá trị của điện trở hạn dòng, hai điều quan trọng cần được xem xét, đó là điện áp phân cực thuận cho LED (VF), và dòng điện thuận tối đa (IF) quan LED VF thay đổi vào khoảng từ 1.7V và 3.4V tùy thuộc vào màu sắc của đèn LED Dòng điện thuận qua led tối đa thường là khoảng 20mA cho đèn LED thông thường Một khi bạn đã nhận được các giá trị của VF và IF, giá trị của điện trở hạn dòng có thể được tính theo công thức:

R = (Vs - VF) / IF

Trong đó, Vs là điện áp nguồn Đối với trường hợp của chúng ta sử dụng nguồn 5V và điện áp nuôi LED là 1,8 V Giá trị của dòng điện qua điện trở là 10mA:

R = (5-1,8) / 10 = 320 ohm

- Bộ chia điện áp

Bộ chia điện áp là một mạch điện trở mà biến một điện áp lớn thành một điện áp nhỏ hơn Chỉ sử dụng hai điện trở nối tiếp, điện áp đầu ra một phần của điện áp đầu vào và phụ thuộc vào tỷ lệ của hai điện trở

Trong mạch ở dưới, hai điện trở R1 và R2 được mắc nối tiếp và một nguồn điện áp (Vin) được kết nối giữa chúng Các điện áp từ Vout với GND có thể được tính như sau:

Vout = Vin x R2 / (R1 + R2)

ra giữa hai thành phần được kết nối với một bộ biến đổi tương tự-số ADC (analog-to-digital converter) trên một vi điều khiển (MCU) để đọc các giá trị của cảm biến

- Điện trở kéo lên (Pull-up Resistors)

Một điện trở kéo lên được sử dụng khi bạn cần phải tạo độ chênh lệch điện

áp tại chân đầu vào của một vi điều khiển hoặc IC số tới một trạng thái có thể phân biệt được Một đầu của điện trở được kết nối với chân input của MCU, và đầu kia được kết nối với +Vcc (thường là 5V hoặc 3.3V)

Nếu không có một điện trở kéo lên, đầu vào trên MCU có thể được xem như là chân nổi (floating) Không có đảm bảo rằng một “chân nổi-floating pin”

là mức cao (5V) hay mức thấp (0V)

Điện trở kéo lên thường được sử dụng khi giao tiếp với một nút ấn hoặc công tắc đầu vào Các điện trở kéo lên sẽ tạo độ chênh lệch điện áp (mức cao) ở chân đầu vào khi công tắc được mở Và nó sẽ bảo vệ (không làm gián đoạn trạng thái của chân input) mạch trong khoảng thời gian ngắn trước khi công tắc đóng

2019 TRANG 22

Hình 2.11: Điện trở kéo lên giao tiếp IC số Trong mạch trên, khi công tắc được mở, chân đầu vào của MCU được kết nối thông qua điện trở đến +Vcc 5V Khi công tắc đóng, chân đầu vào

được kết nối trực tiếp với GND

Giá trị độ lớn của một điện trở kéo lên thường không quá quan trọng Nhưng nó phải đủ lớn nhưng cũng không được tiêu tốn quá nhiều năng lượng của nguồn Thông thường giá trị tốt nhất của nó là khoảng 10kΩ

2.2 Tụ điện (Capacitor)

2.2.1 Giới thiệu

Tụ điện có đặc điểm và chức năng gần giống như pin, nhưng có một chức năng khác Một pin sử dụng hóa chất để lưu trữ năng lượng điện lớn và xuất ra (nuôi) chậm qua một mạch; đôi khi (trong trường hợp của một chiếc đồng hồ thạch anh) nó có thể mất vài năm Còn một tụ điện thường giải phóng năng lượng của nó rất nhanh chóng, thường trong vài giây hoặc ít hơn Ví dụ, Máy ảnh tạo ra một chớp ánh sáng trong một phần nhỏ của một giây Một tụ điện gắn vào đèn flash làm phóng điện trong vài giây sử dụng năng lượng từ pin của máy ảnh (Cần có thời gian để sạc điện cho tụ và đó là lý do tại sao bạn thường phải chờ một chút.) Sau khi tụ điện được sạc đầy, nó có thể phóng tất cả những năng lượng ngay lập tức thông qua các bóng đèn flash xenon

2019 TRANG 23

Có nhiều loại tụ điện khác nhau có sẵn, từ tụ điện rất nhỏ được sử dụng trong các mạch cộng hưởng đến các tụ điều khiển hệ số công suất lớn hơn, nhưng chúng đều làm chung một chức năng, đó là tích điện Về cấu tạo cơ bản, một Tụ bao gồm hai hoặc nhiều tấm dẫn (kim loại) song song không được kết nối hoặc chạm vào nhau, được cách ly về điện bằng không khí hoặc bằng một

số hình thức của một loại vật liệu cách nhiệt tốt như sáp giấy, mica, gốm sứ, nhựa hoặc một số hình thức của một gel lỏng được sử dụng trong các tụ điện Các lớp cách điện giữa một tấm tụ thường được gọi là điện môi

Hình 2.12: Ký hiệu các loại tụ điện (Capacitor symbol)

2.2.2 Điện dung của tụ điện

Lượng năng lượng điện mà một tụ điện có thể lưu trữ được gọi là điện dung của nó Điện dung lớn, tụ điện có thể lưu trữ nhiều điện tích hơn

Điện dung của tụ điện phẳng được tính theo công thức sau

C = ξ.S/(4.k.d.π)

Trong đó

o C: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara (F)

o ξ: Là hằng số điện môi của lớp cách điện

o d: là chiều dày của lớp cách điện

o S: là diện tích bản cực của tụ điện

o k = 9.109

o Dung kháng của tụ điện: Zc = 1/ωC = 1/2πfC

Có ba cách để làm tăng điện dung của một tụ điện Một là tăng kích thước của các bản cực Hai là để di chuyển các bản cực gần nhau hơn Cách thứ ba

là làm cho điện môi như một chất cách điện tốt nhất có thể

2019 TRANG 24

Tụ điện sử dụng điện môi làm từ tất cả các loại vật liệu Trong radio bán dẫn, việc điều chỉnh được thực hiện bởi một tụ biến dung với điện môi là không khí giữa các tấm bản cực của nó Trong hầu hết các mạch điện tử, các tụ điện được niêm đóng kín các thành phần với chất điện môi làm bằng gốm sứ như mica và thủy tinh, giấy tẩm dầu, hoặc nhựa

Giá trị của một tụ điện được đo bằng đơn vị gọi là farads (F), được đặt tên theo nhà vật lý học người Anh Michael Faraday (1791-1867) Một Fara là một đơn vị rất lớn của điện dung, trong thực tế, hầu hết các tụ chúng ta tìm hiểu chỉ

là các phần phân đoạn của một Fara-thường là microfarads (phần triệu của một đơn vị điện dung, viết μF), nanofarads (phần ngàn triệu của một farad, ký hiệu nF), và picofarads (phần triệu triệu của một đơn vị điện dung, viết tắt là pF) Các siêu tụ tích điện có điện dung lớn hơn rất nhiều, đôi khi lên tới hàng ngàn farads

o 1pF = 10-12 F

o 1nF = 10-9 F

o 1µF = 10-6 F

o 1mF = 10-3 F

2.2.3 Phân loại tụ điện

Có rất nhiều loại tụ điện khác nhau và tùy theo đặc điểm khác nhau của chúng, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng

Một số loại tụ điện có thể tích điện tới các mức điện áp cao, và do đó, chúng

có thể được sử dụng trong các ứng dụng điện áp cao Một số tụ điện có thể sạc tích điện với dung lượng lớn, chẳng hạn như tụ điện phân nhôm Một số tụ điện

có tỉ lệ rò rỉ rất thấp và cũng có loại có tỷ lệ rò rỉ rất cao Tùy theo đặc tính của từng loại mà chúng sẽ được đưa vào ứng dụng trong các mạch cụ thể

Phân loại dựa vào thiết kế

- Tụ điện phân cực (Electrolytic Capacitors)

Đối với hầu hết các ứng dụng, chúng ta đều sử dụng loại tụ điện phân cực

Tụ điện loại này được sử dụng khi yêu cầu giá trị điện dung rất lớn, thường trên 1μF Thay vì sử dụng một lớp màng kim loại rất mỏng để làm một trong các điện

2019 TRANG 25

cực, một dung dịch điện phân dạng bán lỏng ở dạng thạch hoặc bột nhão được

sử dụng làm điện cực thứ hai (thường là cực âm)

Hình 2.13: Tụ điện phân cực Chất điện môi là một lớp rất mỏng của ôxít làm tăng quá trình điện hóa, với

độ dày của màng là nhỏ hơn mười micro mét Lớp cách điện này là quá mỏng nên nó có thể làm cho tụ điện có một giá trị điện dung lớn cho một kích thước vật lý nhỏ như khoảng cách giữa các bản cực, d là rất nhỏ

Phần lớn các kiểu tụ điện loại điện phân là được phân cực, do đó điện áp một chiều DC khi cung cấp tới các chân tụ có sự phân cực chính xác, tức là nguồn dương nối chân dương của tụ, cực âm nối đến chân âm tụ, nếu phân cực không chính xác sẽ phá vỡ các lớp oxit cách điện và có thể dẫn đến hỏng

tụ vĩnh viễn Tất cả các tụ điện điện phân được phân cực đã được đánh dấu rõ ràng với một dấu hiệu âm cực để chỉ cực âm và cực này phải được chú ý

Tụ điện loại điện phân thường được sử dụng trong các mạch điện cung cấp nguồn DC do chúng có kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn có thể giúp giảm điện áp gợn sóng (lọc nguồn) hoặc cho các ứng dụng ghép tầng và tách tầng Một bất lợi chính của loại tụ điện này thông số điện áp tương đối thấp và

do sự phân cực của tụ điện, nó không được sử dụng trong nguồn xoay chiều

AC Tụ điện phân thường có hai loại cơ bản: tụ nhôm điện phân và tụ Tantali điện phân

Một tụ điện thường được dán nhãn với các thông số sau:

o Giá trị điện dung

2019 TRANG 26

o Điện áp tối đa

o Nhiệt độ tối đa

o Phân cực

Đối với một tụ điện phân cực, điện dung được đo bằng micro Farad Dựa trên yêu cầu thích hợp các tụ điện sẽ được chọn Với điện dung cao hơn, kích thước của tụ điện cũng tăng lên

- Tụ điện Polyester (tụ kẹo)

Tụ điện polyester là tụ gồm các tấm bản kim loại với lớp polyester giữa chúng, hoặc một màng kim loại được kết tủa trên các chất cách điện

Giá trị của tụ Polyester trong phạm vi từ 1nF đến 15μF, và với điện áp làm việc từ 50V đến 1500V Phạm vi dung sai 5%, 10%, và 20% Chúng có hệ số nhiệt độ cao và điện trở cách ly cao, vì vậy chúng được lựa chọn để ghép tầng trong ứng dụng bộ nhớ AND/OR So với các loại khác, tụ điện polyester có điện dung cao cho mỗi đơn vị thể tích Điều này có nghĩa một tụ có kích thước nhỏ cũng có thể có điện dung lớn

Các tính năng này, cùng với giá cả tương đối thấp của chúng làm cho tụ điện polyester sử dụng rộng rãi, phổ biến và có giá rẻ

Hình 2.14: Tụ điện Polyester

- Tụ điện loại Tantalum:

Tụ Tantalum là tụ điện được làm bằng tantalum pentoxit Tụ Tantalum, giống như nhôm, là tụ điện phân cực Ưu điểm chính (đặc biệt là trên tụ nhôm)

là nhỏ hơn, nhẹ hơn và ổn định hơn Chúng có tỷ lệ rò rỉ thấp hơn và ít độ tự cảm giữa 2 chân Tuy nhiên, điểm bất lợi là chúng có điện dung lưu trữ tối đa

2019 TRANG 27

thấp hơn và điện áp làm việc tối đa thấp hơn so với các loại khác Chúng cũng

dễ bị hỏng từ gai dòng điện cao Tụ điện tantalum được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống tín hiệu tương tự, nơi mà ít bị (High current-spike) nhiễu

Hình 2.15: Tụ điện Tantalum

- Tụ gốm (Ceramic Capacitors)

Tụ gốm hay tụ Disc như tên gọi của chúng, được thực hiện bằng cách phủ hai mặt của một miếng sứ nhỏ hoặc đĩa gốm một lớp bạc và sau đó được xếp chồng lên nhau để làm ra một tụ điện Một đĩa gốm đơn khoảng 3-6mm được

sử dụng cho giá trị điện dung rất thấp Các tụ gốm có một hằng số điện môi cao (High-K) và có thể đạt được điện dung tương đối cao trong một kích thước vật

lý nhỏ

Hình 2.16: Tụ gốm Điện dung của chúng có những biến đổi phi tuyến lớn chống lại nhiệt độ

và kết quả là được sử dụng làm tụ tách tầng hoặc tụ by-pass, chúng là tụ không phân cực Tụ gốm có giá trị khác nhau, từ một vài picofarads đếnmột hoặc hai microfarads, (μF) nhưng thông số điện áp của chúng nói chung là khá thấp Các loại tụ gốm thường có một mã 3 chữ số in trên vỏ để xác định giá trị điện dung của chúng theo đơn vị pico-farads Nói chung hai chữ số đầu tiên chỉ

ra giá trị tụ điện và các chữ số thứ ba cho biết số lượng các số không được thêm vào Ví dụ, một tụ điện gốm với các thông số 103 sẽ chỉ 10 và 3 số không

ở pico-farads tương đương với 10.000 pF hoặc 10nF Với các chữ số 104 sẽ

2019 TRANG 28

chỉ 10 và 4 số không ở pico-farads tương đương với 100.000 pF hoặc 100nF

và tương tự nếu trên với 154 chỉ 15 và 4 số không ở pico-farads tương đương với 150.000 pF hoặc 150nF hoặc 0.15uF Mã chữ đôi khi được dùng để chỉ ra giá trị dung sai của tụ như: J = 5%, K = 10% hoặc M = 20% v.v

2.3.4 Ứng dụng chung của tụ điện

 Dùng lọc các giá trị không bằng phẳng, đặc biệt là trong các ứng dụng cung cấp nguồn mà cần chuyển đổi tín hiệu từ AC/DC

 Lưu trữ năng lượng

 Tách và ghép tầng tín hiệu do tụ ghép tầng chặn dòng DC và cho phép dòng AC vượt qua trong mạch

 Điều chỉnh (Tuning), như trong hệ thống vô tuyến bằng cách kết nối chúng với mạch dao động LC và điều chỉnh đến tần số mong muốn

 Định thời, do thời gian sạc và xả cố định của tụ điện

 Để hiệu chỉnh hệ số công suất điện và nhiều ứng dụng khác

2.4 Cuộn cảm (Inductor)

2.4.1 Giới thiệu

Cuộn cảm là một thành phần điện tử thụ động lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường Như chúng ta biết điện trở chống lại sự dịch chuyển của dòng điện, còn cuộn cảm chống lại sự thay đổi của dòng điện chạy qua nó Vì vậy, đối với dòng điện một chiều, cuộn cảm không có gì khác hơn là làm một dây dẫn Nói cách khác, cuộn cảm kháng, chống lại những thay đổi của dòng điện (ngăn dòng điện xoay chiều) nhưng sẽ dễ dàng cho qua dòng điện một chiều

có trạng thái ổn định

Dòng điện, khi chạy qua một cuộn dây sinh ra một từ thông tỷ lệ thuận với

nó Nhưng không giống như một tụ điện là chống lại một sự thay đổi của điện

áp trên bản cực, một cuộn cảm chống lại tốc độ thay đổi của dòng dịch chuyển qua nó do trong từ trường của nó tích tụ năng lượng tự do

2019 TRANG 29

Trong hình thức cơ bản nhất, một cuộn cảm không có gì hơn là một cuộn dây quấn quanh một lõi trung tâm Đối với hầu hết các cuộn dây, dòng điện khi chạy qua cuộn dây tạo ra một từ thông xung quanh nó, có tỷ lệ thuận với dòng điện dịch chuyển

Hình 2.17 Ký hiệu và hình ảnh cuộn cảm Cuộn cảm, cũng gọi là choke Cuộn cảm được hình thành với dây quấn chặt xung quanh một lõi rắn trung tâm tạo một vòng lặp liên tục để tập trung từ thông Một cuộn dây điện cũng có thể được coi như là một cuộn cảm Cuộn cảm thường được phân loại theo các loại lõi bên trong chúng đang quấn quanh,

ví dụ, lõi rỗng (không khí), lõi sắt đặc hoặc lõi ferrite mềm, với các loại lõi khác nhau được phân biệt bằng cách thêm đường song song liên tục hoặc chấm đứt đoạn bên cạnh cuộn dây

Đơn vị tiêu chuẩn của điện cảm là Henry, viết tắt là H Đây là một đơn vị lớn, các đơn vị phổ biến hơn là microhenry, viết tắt μH (1 μH = 10-6H) và millihenry, viết tắt mH (1mH = 10-3 H) Đơn vị nanohenry (nH) cũng được sử dụng (1 nH = 10-9H)

2.4.2 Ứng dụng của cuộn cảm

- Bộ lọc

Cuộn cảm được sử dụng rộng rãi với các tụ điện và điện trở để tạo ra các

bộ lọc cho các mạch tương tự và trong xử lý tín hiệu Một cuộn cảm có chức năng như một bộ lọc thông thấp, do trở kháng của một cuộn cảm sẽ tăng lên khi tần số của một tín hiệu tăng lên Khi được kết hợp với một tụ điện, thì trở kháng giảm khi tần số của một tín hiệu tăng, sẽ thành một bộ lọc thông dải chỉ cho phép một dải tần số nhất định có thể vượt qua Bằng cách kết hợp tụ điện, cuộn cảm và điện trở có thể tạo ra những bộ lọc tiên tiến với rất nhiều ứng dụng

có ảnh hưởng lớn về thiết kế sử dụng chúng

- Máy biến áp

Tổ hợp phần điện cảm trong quỹ đạo từ trường sẽ tạo ra một máy biến áp Các biến áp là một thành phần cơ bản của lưới điện quốc gia và được trang bị trong nhiều nguồn cung cấp điện cũng như để tăng hoặc giảm điện áp đến một mức độ mong muốn Kể từ khi từ trường được tạo ra bởi một sự thay đổi của dòng điện, thay đổi làm dao động của dòng điện nhanh hơn (tăng tần số) sẽ làm máy biến áp hoạt động hiệu quả hơn Tuy nhiên, khi tần số của đầu vào tăng, trở kháng của cuộn dây bắt đầu hạn chế hiệu quả của máy biến áp

2019 TRANG 31

- Động cơ điện (Electric Motor)

Thông thường cuộn cảm luôn đặt ở một vị trí cố định và không được phép

di chuyển để bố trí thẳng hàng với bất kỳ các linh phụ kiện có thể tạo ra từ trường ở xung quanh Động cơ cảm ứng lực momen từ trường tác động, biến năng lượng điện thành năng lượng cơ học Động cơ cảm ứng được thiết kế sao cho từ trường quay được tạo ra đồng bộ với một nguồn điện xoay chiều đầu vào Kể từ khi tốc độ quay được điều khiển bởi các tần số đầu vào, động cơ cảm ứng thường được sử dụng trong các mức tốc độ cố định từ nguồn trang bị trực tiếp có tần số 50/60 hz Ưu điểm lớn nhất của động cơ cảm ứng so với các thiết kế khác là không cần có tiếp xúc điện giữa trục quay rotor và phần còn lại của động cơ làm cho động cơ cảm ứng rất mạnh mẽ và đáng tin cậy

Hình 2.20: Rotor của động cơ điện

- Lưu trữ năng lượng

Giống như tụ điện, cuộn cảm có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng Điểm khác với tụ điện là cuộn cảm có giới hạn về thời gian lưu trữ năng lượng,

vì khi ngắt nguồn thì nguồn năng lượng dưới dạng từ trường sẽ bị mất đi một cách nhanh chóng Việc sử cuộn cảm cho chức năng lưu trữ năng lượng chủ yếu được dùng trong bộ chuyển đổi nguồn cung cấp, như việc cung cấp nguồn điện trong máy tính Trong các cách cung cấp nguồn đơn giản hơn, không cách

ly chuyển đổi nguồn cung cấp, một cuộn cảm duy nhất được sử dụng như là thành phần biến áp và lưu trữ năng lượng Trong các mạch loại này, tỷ lệ số vòng giữa cuộn dây sơ cấp (được cung cấp nguồn) và cuộn thứ cấp (không được cung cấp nguồn) xác định tỷ lệ điện áp đầu vào và đầu ra

2019 TRANG 32

Cuộn cảm cũng được sử dụng để truyền điện không dây (bộ sạc không dây) và rơle điện cơ

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1 Trình bày các đặc điểm, phân loại và ứng dụng của điện trở, tụ điện và

2019 TRANG 33

Cho nhận xét kết quả

5 Có mấy loại tụ? Dựa vào yếu tố nào để phân loại tụ điện?

6 Đơn vị và các ước số của tụ điện

7 Đọc giá trị của các tụ sau: 681, 474, 102, 223

8 Hãy cho biết đặc tính của tụ trong mạch điện một chiều và xoay chiều

9 So sánh cuộn dây lõi sắt từ và lõi ferrit

10 Các đơn vị của cuộn dây

11 Đặc tính của cuộn dây

12 Tại sao lõi của cuộn dây lõi sắt từ lại do nhiều miếng ghép lại?

13 So sánh cuộn dây và biến thế?

B A

R1=1,5K

R2=15K

R3=150K

B A

R1=330 R2=330 R3=330