Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính)

Tín hiệu và truyền tin Gần đây ,thông tin di đông đã trở thành một ứng dụng trong lĩnh vực thông tin vô tuyến .Phát triển của thông tin di động được bắt đầu bằng phát minh thí nghiệm về

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH VĨNH LONG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VĨNH LONG

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành theo Quyết định số 171 /QĐ – CĐNVL ngày 14 tháng 8 năm 2017 của

Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Vĩnh Long)

(Lưu hành nội bộ)

NĂM 2017

NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

NĂM 2017

Giáo trình này ngoài việc vận dụng vào nghề kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy tính, nó còn là nguồn tài liệu tham khảo cho những học viên muốn tìm hiểu về lĩnh vực điện tử

Mặc dù đã cố gắng, trong quá trình biên soạn nhưng vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và của các học viên để giáo trình ngày càng hoàn thiện tốt hơn

Xin chân thành cám ơn!

Tác giả

MỤC LỤC

BÀI 1 TỔNG QUAN 1

1 Các đại lượng cơ bản 1

1.1 Khái niệm tín hiệu 1

1.2 Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian t 1

1.3 Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian τ 1

1.4 Dải động của tín hiệu 1

1.5 Thành phần một chiều và xoay chiều của tín hiệu 2

1.6 Các thành phần chẵn và lẻ của tín hiệu 2

1.7 Thành phần thực và ảo của tín hiệu hay biểu diễn phức của một tín hiệu hay biểu diễn phức của một tín hiệu 2

2 Tín hiệu và truyền tin 3

2.1 Thông tin di động mặt đất: 3

2.2 Thông tin di động hàng hải: 4

2.3 Thông tin di động hàng không: 5

2.4 Thông tin vệ tinh 6

Bài 2 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 8

1 Điện trở 8

1.1 Cấu tạo và kí hiệu qui ước 8

1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản 8

1.3 Quy luật màu, mã kí tự biểu diễn trị số điện trở 9

1.4 Cách đọc trị số điện trở màu 10

2 Tụ điện 11

2.1 Cấu tạo 11

2.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản 11

3 Cuộn dây 15

3.1 Cấu tạo 15

3.2 Các đại lượng đặt trưng cho cuộn dây 15

3.3 Cách đọc trị số điện cảm theo màu 16

4 Biến áp 17

4.1 Cấu tạo 17

4.2 Nguyên lý hoạt động của biến áp 18

4.3 Công suất của biến áp 18

Câu hỏi ôn tập 19

Bài 3 LINH KIỆN TÍCH CỰC 20

1.1 Chất bán dẫn N 21

1.2 Chất bán dẫn P 21

2 Diode 22

2.1 Cấu tạo của Diode, nguyên lý, đặc tuyến của diode 22

2.2 Ứng dụng diode 25

3 Transistor lưỡng cực BJT 26

3.1 Cấu tạo, nguyên lý, phân cực của BJT 26

3.2 Ứng dụng cơ bản của BJT 30

4 Transistor MOSFET 30

4.1 Cấu tạo, nguyên lý, đặc tuyến của JFET 30

4.2 Ứng dụng 32

5 Transistor trường MOSFET 33

5.1 Cấu tạo, nguyên lý, đặc tuyến của MOSFET 33

5.2 Ứng dụng 35

Câu hỏi ôn tập 36

3 Cho biết chất bán dẫn P là gì?Bài 4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 36

1 Mạch khuếch đại E chung(CE: Common Emitter) 37

1.1 Sơ đồ mạch điện 37

1.2 Tính toán phân cực 37

1.3 Tính công suất khuếch đại và độ lợi 38

2 Mạch khuếch C chung (CC: Common Collector) 39

2.1 Sơ đồ mạch 39

2.2 Tính toán phân cực (học sinh xem lại mục 1.2) 40

2.3 Tính công suất khuếch đại và độ lợi 40

3 Mạch khuếch đại cực B chung(CB: Common Base) 41

3.1 Sơ đồ mạch 41

3.2 Tính toán phân cực(xem lại mục 1.2) 41

3.3 Tính công suất khuếch đại và độ lợi 41

Câu hỏi ôn tập 42

Bài 5 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 43

1 Mạch khuếch đại đẩy kéo 43

1.1 Những vấn đề chung về tầng khuếch đại công suất đẩy kéo 43

1.2 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo hoạt động ở chế độ B 44

1.3 Phân tích mạch điện 45

2 Mạch khuếch đại OCL 46

2.1 Sơ đồ mạch điện: 47

2.2 Tính toán công suất 47

2.3 Mạch ứng dụng 49

3 Mạch khuếch đại OTL 50

3.1 Sơ đồ mạch điện 51

3.2 Tính toán công suất 51

3.3 Mạch ứng dụng thực tế 52

Câu hỏi ôn tập 53

BÀI 6 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 54

1 Vi mạch thuật toán 54

1.1 Khái niệm chung 54

1.2 Mạch khuếch đại đảo 54

1.3 Mạch khuếch đại không đảo 55

1.4 Mạch cộng 56

1.5 Mạch trừ 58

Câu hỏi ôn tập 59

Bài 7 THYRISTOR 60

1 SCR (Thyristor – Silicon Controlled Rectifier) 60

1.1 Cấu tạo – Ký hiệu 60

1.2 Nguyên lý hoạt động 61

1.3 Đặc tuyến Volt-Ampere của SCR 62

1.4 Các thông số của SCR 62

1.5 Ứng dụng 63

2 DIAC (Diode AC Semiconductor Switch) 66

2.1 Cấu tạo – ký hiệu 66

2.2 Nguyên lý hoạt động 66

2.3 Ứng dụng 67

3 TRIAC (Triod AC Semiconductor Switch) 67

3.1 Cấu tạo – ký hiệu 67

3.2 Nguyên lý hoạt động 68

3.3 Đặc tính 69

3.4 Các cách kích Triac 69

3.5 Ứng dụng 70

Câu hỏi ôn tập 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

BÀI 1 TỔNG QUAN

A MỤC TIÊU:

- Trình bày được các đại lượng;

- Nhận biết được tín hiệu, dạng tín hiệu;

- Tính cẩn thận, tỉ mỉ trong công việc

B NỘI DUNG:

1 Các đại lượng cơ bản

1.1 Khái niệm tín hiệu

Từ tín hiệu có nguồn gốc từ tiếng Latin: signum dùng để chỉ một vật thể, một dấu hiệu, một phần tử của ngôn ngữ hay một biểu tượng đã được thừa nhận để thể hiện một tin tức

Khái niệm tín hiệu: là sự biểu hiện vật lý của tin tức mà nó mang từ nguồn tin đến nơi nhận tin

Phương cách biểu diễn tín hiệu: tín hiệu điện: dòng điện hay điện áp

1.2 Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian t

Tính tiền định :tín hiệu được mô tả bằng hàm cụ thể

Tính tuần hoàn :có sự lặp lại sau một khoảng thời gian nhất định

Tính nhân quả : không có tín hiệu xuất hiện trước thời điểm t=0;

1.3 Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian τ

Độ dài của tín hiệu là khoảng thời gian tồn tại của nó (từ lúc bắt đầu xuất hiện đến lúc mất đi) Độ dài mang ý nghĩa là khoảng thời gian mắc bận với tín hiệu của một mạch hay hệ thống điện tử Nếu tín hiệu s(t) xuất hiện lúc t o có độ dài là τ thì giá trị trung bình của s(t), ký hiệu là s(t) được xác định bởi:

1.4 Dải động của tín hiệu

Là tỉ số của tín giữa các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của công suất tức thời của tín hiệu.Nếu tính theo đơn vị logarit(dexiben ),dãi động được định nghĩa là :

Thông số này đặc trưng cho khoảng cường độ hay khoảng độ lớn của tín hiệu tác động lên mạch hoặc hệ thống điện tử

1.5 Thành phần một chiều và xoay chiều của tín hiệu

Một tín hiệu s(t) luôn có thể phân tích thành hai thành phần một chiều và xoay chiều sao cho:

với s ~ là thành phần biến thiên theo thời gian của s(t) và có giá trị trung bình theo thời gian bằng 0 và s = là thành phần cố định theo thời gian (thành phần 1 chiều)

theo công thức trị trung bình của tín hiệu thì ta có

Một tín hiệu s(t) bất kì có thể biểu diễn tổng quát dưới dạng một số phức :

Trong đó là phần thực và là thành phần ảo của

Theo định nghĩa ,lượng liên hiệp phức của

Khi đó các thành phần thực và ảo của

2 Tín hiệu và truyền tin

Gần đây ,thông tin di đông đã trở thành một ứng dụng trong lĩnh vực thông tin

vô tuyến Phát triển của thông tin di động được bắt đầu bằng phát minh thí nghiệm về sóng điện từ của Hertz và điện báo vô tuyến của Marconi và vào thời kỳ đầu của phát minh thông tin vô tuyến ,nó được sử dụng trong dịch vụ vận tải an toàn đường biển để điều khiển các con tàu Về sau nó gồm có thông tin vô tuyến di động mặt đất, thông tin

vô tuyến di động hàng hải, thông tin vô tuyến di động hàng không

Thông tin vô tuyến di động đóng một vai trò quan trọng trong các dịch vụ viễn thông Các dịch vụ thông tin vô tuyến đang được phát triển một cách nhanh chóng và có thể phân chia chúng thành các dịch vụ viễn thông công cộng cho thông tin dùng riêng

2.1 Thông tin di động mặt đất:

Hình 0.1Thông tin di động mặt đất

Thông tin di động mặt đất thường được phân nhóm thành hệ thống công cộng

và dùng riêng Hệ thống công cộng có nghĩa là hệ thống thông tin có thể truy nhập tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN), có điện thoại xe cộ,điện thoại không dây,chuông bủ túi trong hệ thống dùng riêng cả hai loại hệ thống Hệ thống thứ nhất

là hệ thống dịch vụ công cộng chẳng hạn như cảnh sát cứu hoả ,cấp cứu ,điện lực và giao thông.Hệ thống thứ hai dùng cho các cá nhân hay công ty.ở đây,ngoài dịch vụ kinh doanh sử dụng sóng vô tuyến dành riêng còn hệ thống MCA hệ thống kinh tế truy nhập đa kênh ,sử dụng các kênh vô tuyến trong thông tin vô tuyến nội bộ các công ty hay và cá nhân chẳng hạn như máy bộ đàm và vô tuyến nghiệp dư.Ngoài những dịch

vụ kể trên còn có các dịch vụ thông tin di động mặt đất mới khác xuất hiện như chuông bỏ túi có màn hiện hình ,đầu cuối xa các đặc tính của thông tin di động được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Các đặc tính của các dịch vụ thông tin di động mặt đất

2.2 Thông tin di động hàng hải:

Hình: Thông tin di động hàng hải

Thông tin di động hàng hải được phân chia thành hệ thống thông tin tàu thuyền giữa trạm gốc ở cảng và tàu đi dọc theo bờ biển và hệ thống thông tin vệ tinh hàng hải đến các tàu ngoài khơi xa.Thông tin điện thoại tàu thuyền được phát triển từ điện báo vô tuyến sử dụng bằng sóng ngắn trung bình ,còn hệ thống điện thoại tàu bè thực sự sử dụng băng tần VHF là hệ thống điện thoại của Great lakes ở Mỹ năm 1952.ở châu âu kênh thông tin hai hướng mở rộng được phát triển theo các kiểu của Mỹ Các nước ở vùng biển bắc bắt đầu khai thác hệ thống này năm 1956,nhưng hệ thống này thuộc kiểu khai thác công nhân với băng tần 150Mhz

Sau đó ITU - R đã khuyến nghị kiểu truy nhập tự động và bây giờ hệ thống 450Mhz NMT được khai thác ở phía bắc và kiểu tự động băng tần 250Mhz được sử dụng ở nhật

Trong thời kỳ đầu của thông tin vệ tinh hàng hải ,hệ thống MARISATA được khai thác như một nội bộ công ty và theo đó INMARSAT được thiết lập và khai thác vào năm 1979 và rất nhiều dịch vụ như điện thoại ,telex,dữ liệu và cứu hộ hàng hải được cung cấp

Hệ thống giải pháp tổng thể GMDSS (hệ thống cứu hộ và an toàn hàng hải đang được phát triển và sẽ được sử dụng)

2.3 Thông tin di động hàng không:

Hình: Thông tin di động hàng không

Trong thông tin di động hàng không có dịch vụ điện thoại vô tuyến sân bay để kiểm soát bay và hệ thống điện thoại công cộng hàng không cho hành khách

Dịch vụ có điện thoại công cộng hàng không kiểu thông tin trực tiếp giữa đài mặt đất

và máy bay - được sử dụng một phần ở Mỹ ,Nhật và một sồ nước khác.Các kiểu chủ yếu của nó là ARINC và airfone là nhưng kiểu được phát triển ở Mỹ.Băng tần là 800 -

900 Mhz dùng chung với băng tần của thông tin di động mặt đất Ðiều chế ở đây là

SSB.Về truy nhập cuộc gọi ,loại thứ nhất là chuyển vùng thông tin ,loại sau là kiểu vùng thông tin phụ thuộc

2.4 Thông tin vệ tinh

Hình: Mô hình cung cấp dịch vụ Internet qua vệ tinh cho những khu vực nhỏ

Hình: Các thành phần chính cho cơ sở hạ tầng mạng di động qua vệ tinh

Hình trên trình bày nguyên lý của thông tin vệ tinh, trong đó một vệ tinh có các chức năng thu, phát và khuếch đại sóng vô tuyến được phóng vào không gian trở thành một trạm thông tin ngoài trái đất Có nhiệm vụ thu sóng từ trái đất, khuếch đại chúng rồi phát chúng trở về một trạm khác trên mặt đất Đường truyền từ mặt đất lên gọi là đường lên, đường truyền từ vệ tinh xuống mặt đất gọi là đường xuống Để tránh can nhiễu giữa đường lên và đường xuống phải sử dụng các băng tần và sóng phân cực

khác nhau Có hai loại vệ tinh: vệ tinh quỹ đạo và vệ tinh địa tĩnh Vệ tinh địa tĩnh có

ưu điểm là vị trí của nó không thay đổi so với mặt đất, nó được phóng vào quỹ đạo ở

độ cao 36000km so với đường xích đạo, thời gian để vệ tinh quay quanh một vòng trái đất là 24h

Vệ tinh thông tin: bao gồm các thiết bị để phục vụ cho mục đích thông tin (thiết bị chức năng) và các thiết bị chung dùng cho việc trợ giúp các thiết bị chức năng Thiết

bị chức năng bao gồm anten để thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất và thiết bị chuyển tiếp thông tin để biến đổi và khuếch đại sóng vô tuyến thu rồi phát xuống mặt đất Các trạm mặt đất: bao gồm các phương tiện thông tin trên mặt đất sử dụng cho thông tin vệ tinh Các phương tiện thông tin vệ tinh được chia thành anten, hệ thống máy phát và máy thu, hệ thống điều khiển thông tin

Câu hỏi ôn tập

Bài 2 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG

A MỤC TIÊU

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Xác định được giá trị của các điện trở, tụ điện, cuộn dây

- Tính toán được biến áp

- Rèn luyện được tính ham học

Công thức định luật Ohm:

V: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đơn vị đo là Volt (V)

I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đơn vị đo là Ampe(A)

R: là điện trở của vật dẫn điện, đơn vị đo là Ohm (Ω)

1.1 Cấu tạo và kí hiệu qui ước

1.1.1 Cấu tạo

Điện trở thường làm bằng hỗn bột hợp than hoặc kim loại được pha trộn với hỗn hợp các chất khác, rồi đem ép lại, tùy theo tỷ pha trộn điện trở có trị số lớn hay nhỏ, bên ngoài được bọc bởi lớp sơn cách điện Hai đầu có dây ra Là linh kiện không phân cực, người ta đọc trị số điện trở thông qua bản qui ước về mắc của điện trở

1.1.2 Ký hiệu

hoặc

Hình 1.2

1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản

- Điện trở danh định: Trên điện trở không ghi giá trị thực của điện trở mà chỉ ghi giá trị gần đúng, làm tròn, đó là điện trở danh định

Đơn vị điện trở : Đơn vị điện trở là Ohm (Ω)

Hình 1.1

Bội số của Ohm là:

1KΩ = 1000 Ω = 103 1MΩ = 1000 KΩ = 1.000.000 Ω =106

- Sai số: Điện trở danh định không hoàn toàn đúng mà có sai số Sai số tính theo phần trăm (%)

- Công suất định mức: Công suất định mức là công suất tổn hao lớn nhất mà điện trở chịu được một thời gian dài làm việc mà không ảnh hưởng đến trị số của điện trở

1.3 Quy luật màu, mã kí tự biểu diễn trị số điện trở

- Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch màu theo một quy ước

- Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trực tiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công suất, điện trở sứ

Vòng số 3 (Bội số)

Vòng số 4 (Sai số)

1.4 Cách đọc trị số điện trở màu

- Hình dạng điện trở 4 vòng màu:

- Ý nghĩa các vòng màu

Vòng số 1: số thứ nhất Vòng số 2: Số thứ hai Vòng số 3: Bội số Vòng số 4: Sai số Trị số = (vòng số 1)(vòng số 2)(vòng số 3)(vòng số 4)

Hình 1.4

Hình 1.5c

Hình 1.6

2.1 Cấu tạo

Tụ điện gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa

có một lớp cách điện gọi là điện môi Chất cách điện thông dụng để làm điện môi là: giấy, dầu, mica, gốm, không khí,

Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện

2.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản

S: diện tích bản cực (m2) D: bề dầy lớp điện môi (m)

- Điện dung C có đơn vị là Fara Fara là 1 là trị số điện dung rất lớn nên trong thực tế chỉ dùng các ước số của Fara là:

microfara - 1F = 10-6F

Hình 1.7

Hình 1.8

nanofara – 1nF = 10-9F Picofara - 1F = 10-12F

2.2.2 Điện tích tụ nạp

- Nếu nối nguồn DC vào tụ với thời gian đủ dài sẽ nạp đầy Điện tích nạp được tính theo công thức:

Q = C.V Với Q: điện tích (Coulomb – C)

C: điện dung (Fara – F) V: điện thế nạp trên tụ (Volt – V)

2.2.3 Năng lượng tụ nạp và xả

Sau khi tụ nạp đầy ( công tắc K ở vị trí 2) thì bóng đèn sáng lên và sau một thời gian thì bóng đèn tắc Hiện tượng này gọi là tụ xả điện Dòng điện do tụ xả qua bóng đèn trong thời gian đèn sáng chính là năng lượng được nạp trong tụ điện

2

2

1

W = CV với W : điện năng ( Joule - J)

C: điện dung ( Fara -F ) V: điện áp trên tụ (Volt - V)

2.2.5 Thông kỹ thuật của tụ điện

Khi sử dụng tụ điện phải biết hai thông số chính của tụ điện là:

- Điện dung C

- Điện áp làm việc WV

Hình 1.9

Phải chọn điện áp làm việc của tụ điện WV lớn hơn điện áp trên thân tụ điện Vc theo công thức:

W V >=2Vc

2.2.6 Phân loại tụ điện

Tụ điện được chia làm hai loại chính là :

- Tụ điện có phân cực tính dương và âm

- Tụ điện không phân cực tính được chia làm nhiều dạng

a Tụ Oxid hoá ( thường gọi là tụ hoá )

Tụ hoá có điện dung lớn tứ 1F  10.000F là loại có phân cực tính âm và dương Tụ được chế tạo với bản cực nhôm và cực dương có bề mặt hình thành lớp oxid nhôm và lớp bọt khí có tính cách điện để làm chất điện môi Lớp oxid nhôm rất mỏng nên điện dung của tụ lớn Khi sử dụng phải lắp đúng cực tính dương và âm, điện

áp làm việc thường nhỏ hơn 500V

c Tụ giấy

Là loại tụ không có cực tính gồm có hai bản cực là các băng kim loại dài, ở giữa có lớp cách điện là giấy tẩm dầu và cuộn lại thành ống Điện áp đánh thủng đến vài trăm volt

d Tụ mica

Là loại tụ không có cực tính, điện dung từ vài F đến vài trăm nF, điện thế làm việc rất cao đến trên 1000V Tụ mica đắt tiền hơn tụ gốm vì ít sai số, đáp tuyến cao tấn số tốt, độ bền cao Trên tụ mica được sơn các chấm màu để chỉ trị số điện dung

và cách đọc giống như đọc điện trở

Cách đo tụ điện:

- Tụ có trị số lớn hơn 10uF để thang đo 10 ohm

- Tụ 1uf – 10uF thang đoa 100 ohm

- Tụ 0,1 – 1uF thang đo 1K

Lõi của cuộn dây là một ống rỗng (lõi không khí), sắt bụi, lõi điều chỉnh được hay sắt lá Tuỳ loại lõi, cuộn dây có các ký hiệu khác nhau

Ký hiệu cuộn cảm:

3.2 Các đại lượng đặt trưng cho cuộn dây

- Hệ số từ cảm: là đại lượng đặt trưng cho sức điện động cảm ứng khi có dòng điện biến thiên đi qua và ký hiệu là L – đơn vị Henri (H) và được tính theo công thức:

7 2

10 4

l: chiều dài lõi (m)

S: tiết diện lõi (m2)

n: số vòng dây

µr: hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi

- Cảm kháng: là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở của cuộn dây khi có dòng điện

ZL = 2f.L Với ZL: cảm kháng ()

L: hệ số tự cảm (H) f: tần số (Hz)

- Điện trở thuần: là điện trở trong lòng cuộn dây tiêu thụ điện năng để sinh nhiệt, điện trở này có thể đo bằng đồng hồ

- Năng lượng từ trường: Cuộn dây có thể tích luỹ năng lượng từ trường

3.3 Cách đọc trị số điện cảm theo màu

Tương tự như đối với điện trở, trên thế giới có 1 số loại cuộn cảm có cấu trúc tương tự như điện trở Quy định màu và cách đọc màu đều tương tự như điện trở

Tuy nhiên, do các giá trị của điện trở thường khá linh động đối với yêu cầu thiết

kế mạch nên các cuộn cảm thường được tính toán và tính theo số vòng dây nhất định (với mỗi loại dây, loại lõi khác nhau giá trị cuộn cảm sẽ khác nhau)

Cuộn cảm có thể làm bằng cách quấn các vòng dây dẫn điện: tùy công suất và

độ tự cảm để chọn thiết diện của dây dẫn và số vòng

Hình 1.13: Cấu tạo máy biến áp

Ký hiệu máy biến áp:

4.2 Nguyên lý hoạt động của biến áp

Hình 1.14

Khi cho dòng điện xoay chiều điện áp V1 vào cuộn dây sơ cấp, dòng điện I1 sẽ tạo ra từ trường biến thiên chạy trong mạch từ và sang cuộn thứ cấp, cuộn dây thứ cấp nhận được từ trường biến thiên sẽ làm từ thông qua cuộn dây thay đổi, cuộn thứ cấp cảm ứng cho ra dòng điện xoay chiều có điện áp là V2

Ở sơ cấp ta có :

t N e V

Ở cuộn thứ cấp :

V2 = e2 = - N2 Trong đó : N1 : là số vòng dây của cuộn sơ cấp

N2 : số vòng dây của cuộn thứ cấp

4.3 Công suất của biến áp

Công suất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì cho công suất càng lớn

4.4 Các tỉ lệ của biến áp

n1, n2: là số vòng dây quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp

V1, I1: là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp

V2, I2: là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp

- Tỉ lệ về điện thế: điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỉ lệ thuận với số vòng dây quấn

2

1 2

1

n

n

V V =

- Tỉ lệ về dòng điện: dòng điện ở trên đầu hai cuộn dây tỉ lệ nghịch với điện

áp, nếu ta lấy ra điện áp cao thì cho dòng càng nhỏ

1 2 2

1

N

N

I I =

- Tỉ lệ về công suất: Một biến thế lý tưởng được coi như không có tiêu hao

trên hai cuộn dây sơ cấp, thứ cấp và mạch từ nên công suất ở sơ cấp và thứ cấp bằng nhau

V1 I1 = V2 I2

- Tỉ lệ về điện trở: Khi ở thứ cấp có dòng điện tiêu thụ I2 thì ở sơ cấp có dòng điện từ nguồn cung cấp vào là I1 Như vậy coi như có tải là R1 ở sơ cấp Ta có tỉ lệ:

2 2 1 2

R

Câu hỏi ôn tập

1 Trình bày bảng qui luật vòng màu của điện trở

2 Trình bày cách đo tụ điện

3 Viết công thức về các tỉ lệ của biến áp

Bài 3 LINH KIỆN TÍCH CỰC

A MỤC TIÊU BÀI HỌC

- Hiểu được nguyên lý hoạt động các linh kiện tích cực

- Xác định được chân các linh kiện tích cực

- Xác định được linh kiện còn tốt hay hỏng

- Rèn luyện tính cẩn thận tỉ mỉ, siêng năng

B NỘI DUNG BÀI HỌC

1 Chất bán dẫn

- Khái niệm

Là các chất mà cấu tạo nguyên tử ở tầng ngoài cùng có bốn điện tử, chất bán dẫn có điện trở lớn hơn chất dẫn điện nhưng nhỏ hơn chất cách điện

Các chất bán dẫn điện thông dụng là : Silicium, Germanium

Từ các chất bán dẫn ban đầu (tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor

- Đặc tính của chất bán dẫn

+ Điện trở suất

m mm

m mm

Ge

Si

/ 10

9 , 8

/ 10

2 12

2 14

m mm



=

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ

Điện trở của chất bán dấn thay đổi rất lớn theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì điện trở chất bán dẫn giảm

+ Ảnh hưởng của ánh sáng

Điện trở của chất bán dẫn đặt trong vỏ kín không có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn thì điện trở giảm xuống, độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở giảm càng lớn + Ảnh hưởng của độ tinh khiết

Một khối tinh khiết có điện trở rất lớn nhưng nếu pha thêm vào một tỉ lệ rất thấp thì các chất thích hợp thì điện trở của chất bán dẫn giảm xuống rõ rệt Tỉ lệ pha càng cao thì điện trở càng giảm nhỏ

+ Sự dẫn điện trong chất bán dẫn tinh khiết

Xét cấu tạo nguyên tử của chất Silicium và chất Germanium Chất Si có 14 điện

tử bao quanh hạt nhân và các điện tử này xếp thành 3 lớp Chất Ge có 32 Electron bao quanh hạt nhân và các điện tử này xếp trên 4 lớp

Hình 2.1

Hai chất Si và Ge có đặc điểm chung là số Electron trên lớp ngoài cùng bằng nhau là 4 Electron ( hoá trị 4)

Khi xét sự liên kết giữa các nguyên tử người ta

chỉ xét lớp ngoài cùng Trong khối bán dẫn tinh khiết,

các nguyên tử gần nhau sẽ liên kết cùng nhau theo kiểu

cộng hoá trị Bốn điện tử của mỗi nguyên tử sẽ nối với

bốn điện tử của nguyên tử xung quanh tạo thành 4 mối

nối làm cho các điện tử được liên kết chặt chẽ với nhau

Sự liên kết này làm cho các điện tử khó tách rời khỏi

nguyên tử để trở thành điện tử tự do Như vậy, chất bán

dẫn tinh khiết có điện trở rất lớn

1.1 Chất bán dẫn N

Khi pha một lượng nhỏ chất có hó trị 5 như Phospho(P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hóa trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử thừa và trở thành điện tử tự do  Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử (mang điện âm) và được gọi là chất bán dẫn N (Negative: âm)

bị thiếu một điện tử  trở thành lỗ trống (mang diện dương) và được gọi là chất bán dẫn P(Positive: dương)

Trong vùng bán dẫn loại P có nhiều lổ trống, trong vùng bán dẫn N có nhiều Electron thừa Khi hai vùng này tiếp xúc với nhau sẽ có một số Electron vùng N qua mối nối và tái hợp với lổ trống của vùng P Khi hai chất bán dẫn đang trung hoà về điện mà vùng bán dẫn N bị mất electron (qua mặt nối sang vùng P) thì vùng bán dẫn N gần mối nối trở thành điện tích dương (ion dương), vùng bán dẫn P nhận thêm electron (từ vùng N sang) thì vùng bán dẫn P gần mối nối trở thành có điện tích âm (ion âm) Hiện tượng này tiếp diễn tới khi điện tích âm của vùng P đủ lớn đẩy electron không cho electron từ vùng N sang P

Sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối như trên gọi là hàng rào điện thế

+ Ký hiệu – hình dạng

+ Nguyên lý hoạt động của Diode

- Phân cực ngược Diode

Dùng một nguồn điện nối vào cực âm của nguồn vào chân P của diode và cực dương của nguồn vào chân N của diode Lúc đó, điện tích âm của nguồn sẽ hút lổ trống của vùng P và điện tích dương của nguồn sẽ hút electron của vùng N làm cho lổ trống và electron hai bên mối nối càng xa nhau hơn nên hiện tương tái hợp giữa electron và lổ trống càng khó khăn Tuy nhiên trường hợp này vẫn có dòng điện rất nhỏ đi qua diode từ vùng N sang vùng P gọi là dòng điện rỉ trị số khoảng A

Hiện tượng này được giải thích là do trong chất bán dẫn P cũng có một số ít electron và trong chất bán dẫn N cũng có một số ít lổ trống gọi là hạt tải thiểu số, những hạt tải thiểu số này sẽ sinh ra hiện tượng tái hợp và tạo ra dòng điện rỉ Dòng điện rỉ gọi là dòng điện bảo hoà nghịch IS Do dòng điện rỉ có trị số rất nhỏ nên trong

ta coi như diode không dẫn điện khi phân cực ngược

- Phân cực thuận Diode

Dùng một nguồn điện DC nối cực dương của nguồn vào chân P và cực âm của nguồn vào chân N của diode

Lúc đó điện tích dương của nguồn sẽ đẩy lổ trống trong vùng P và điện tích âm của nguồn sẽ đẩy electron trong vùng N làm cho electron và lổ trống lại gần mối nối hơn và khi lực tĩnh điện đủ lớn thì electron từ N sẽ sang mối nối qua P và tái hợp với

lổ trống Khi vùng N mất electron trở thành mang điện tích dương thì vùng N sẽ kéo điện tích âm từ cực âm của nguồn lên thế chổ, khi vùng P nhận electron trở thành mang điện tích âm thì cực dương của nguồn sẽ kéo điện tích âm từ vùng P về

Như vậy: ta đã có một dòng điện tử chạy liên tục từ cực âm của nguồn qua diode từ N sang P về cực dương của nguồn, nói cách khác có dòng điện qua diode theo chiều từ P sang N

+ Đặc tuyến của diode:

và được tính theo công thức:

) 1 mV

Phân cực thuận: VD> 0 => e

VD

26mv >> 1 => ID = IS e

Dấu trừ (-) chỉ chiều dòng điện qua diode khi phân cực nghịch ngược với chiều dòng điện qua diode khi phân cực thuận

Không phâncực: VD = 0 => e

VD

26mv = 1 => ID = 0

V2 và cho ra điện áp trên tải VL dạng bán kỳ dương gần bằng V2 Khi cuộn thứ cấp cho

ra bán kỳ âm thì diode D được phân cực ngược nên không có dẫn điện Không có dòng điện chạy qua diode nên IL = 0 và VL = 0

Như vậy dòng điện qua tải IL và điện áp ra trên tải VL chỉ còn lại có bán kỳ dương, do đó mạch điện được gọi là mạch nắn điện một bán kỳ

+ Mạch nắn điện chu kỳ hay toàn kỳ

Hình 2.9

Biến thế có cuộn thứ cấp ba điểm, điểm giữa chia cuộn thứ cấp ra hai phần dều nhau Khi điểm giữa nối xuống điểm chung 0V (mass) thì điện áp của hai điểm A và

B là hai điện áp đảo pha nhau

Khi A có bán kỳ dương, Diode DA được phân cực thuận nên dẫn điện và cho ra trên tải dòng điện IL tăng theo bán kỳ dương Lúc đó, B có bán kỳ âm, Diode DD được phân cực ngược nên ngưng dẫn

Khi A có bán kỳ âm, Diode DA được phân cực ngược nên ngưng dẫn Lúc đó B

có bán kỳ dương của diode DB được phân cực thuận nên dẫn điện và cho ra trên dòng tải dòng điện IL tăng theo bán kỳ dương

Như vậy, hai điện áp A và B là hai điện áp đảo pha nhau nên hai diode DA và

DB sẽ luân phiên dẫn điện cho ra trên tải những bán kỳ dương liên tục

+ Mạch nắn điện toàn kỳ dùng cầu diode

Hình 2.10

+ Xác định hư hỏng diode

Sử dụng đồng hồ VOM, giai đo x1

- Đo hai lần thuận – nghịch:

- Một lần kim lên, một lần kim không lên: Diode tốt

- Kim đều lên chỉ số 0: Diode nối tắt

- Kim đều không nhảy lên: Diode bị đứt

- Kim lên gần bằng nhau (hoặc cách nhau rất ít): Diode bị rĩ

- Cực thu C (Collector)

- Cực nền B (Base)

Ba vùng bán dẫn được nối ra 3 chân gọi các cực E, C, B Cực phát E và cực thu C tuy cùng chất bán dẫn nhưng do kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không thể hoán đổi nhau được

Để phân biệt với các loại transistor khác, loại PNP và NPN còn được gọi là transistor lưỡng nối viết tắc là BJT (Bipolar Junction Transistor)

tử từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn P của cực nền B nên

Transistor công suất lớn ( Con sò) Transistor công suất nhỏ Transistor công suất lớn

không có hiện tượng tái hợp giữa điện tử và lỗ trống và do đó không có dòng điện qua transistor

Cực B nối vào điện áp dương của nguồn nên sẽ hút một số điện tử trong vùng bán dẫn P xuống tạo thành dòng điện IB Cực C nối vào điện áp dương cao hơn nên hút hầu hết điện tử trong vùng bán dẫn P sang vùng bán dẫn N của cực C tạo thành dòng điện IC Cực E nối vào nguồn điện áp âm nên khi bán dẫn N bị mất điện tử sẽ bị hút điện tử từ nguồn âm lên hết thế chỗ tạo thành dòng điện IE

Chiều mũi tên trong transistor chỉ chiều dòng điện tử di chuyển, dòng điện qui ước chạy ngược dòng điện tử nên dòng điện IB và IC đi từ ngoài vào transistor, dòng IE

đi từ trong transistor ra

Số lượng điện tử bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên dòng điện

IB và IC đều chạy sang cực E

Tacó: IE = IB + IC

- Trạng thái phân cực thuận cho hai mối nối:

Về cấu tạo trnsistor NPN được xem hai diode ghép ngược Transistor dẫn điện khi được cung cấp điện áp Lúc đó, diode BE được phân cực thuận các diode BC được phân cực ngược

- Xét transistor loại PNP

- Thí nghiệm 3:

Đối với transistor PNP thì điện áp nối vào các chân ngược lại với transistor NPN Hạt tải di chuyển trong transistor PNP là các điện tử xuất phát từ cực E trong khi đối với transistor PNP thì hạt tải di chuyển là lỗ trống xuất phát từ cực E

Transistor PNP có cực E nối vào cực dương, cực C nối vào cực âm của nguồn

DC, cực B để hở

Trường hợp này lỗ trống trong vùng bán dẫn P của cực E và cực C, do tác dụng của lực tĩnh điện, sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E về cực C Do cực B để hở nên lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn N của cực B nên không có hiện tượng tái hợp giữa lỗ trống và điện tử và không có dòng điện qua transistor

- Thí nghiệm 4 :

Nối cực B vào một điện áp âm sao cho VB<VE và VB>VC

Trong trường hợp này hai vùng bán dẫn P và N của cực E và cực B giống như diode (gọi là diode BE) Được phân cực thuận nên dẫn điện, lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp với điện tử

Khi vùng bán dẫn N của cực B có thêm lỗ trống nên có điện tích dương Cực

B nối vào điện áp âm của nguồn nên sẽ hút một số lỗ trống vào vùng bán dẫn N xuống tạo thành dòng điện IB Cực C nối vào điện áp âm cao hơn nên hút hầu hết lỗ trống trong vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P của cực C tạo thành dòng điện IC Cực E nối vào nguồn điện áp dương nên khi vùng bán dẫn P bị mất lỗ trống sẽ hút lỗ trống từ nguồn dương lên thế chổ tạo thành dòng điện IE

Hai mũi tên trong transitor chỉ chiều lỗ trống di chuyển, dòng lỗ trống chạy ngược chiều dòng điện tử nên dòng lỗ trống có chiều cùng chiều với dòng qui ước, dòng điện IB và Ic từ trong transitor đi ra, dòng điện IE đi từ ngoài vào transistor

Số lượng lỗ trống bị hút từ cực E chạy đều qua cực B và cực C nên dòng điện

IB và IC đều từ cực E chạy qua

Tacó : IE = IB + IC

- Trạng thái phân cực thuận cho hai mối nối:

Về cấu tạo transistor PNP được xem như hai diode ghép ngược Diode BE được phân cực thuận và diode BC được phân cực ngược

3.2 Ứng dụng cơ bản của BJT

- Mạch khuếch đại tín hiệu

- Mạch dao động đa hài…

4 Transistor MOSFET

Transistor trường được viết tắc là FET (Field Effect Transistor) là loại transistor có tổng trở vào rất lớn, khác với loại transistor lưỡng nối BJT loại loại NPN và PNP có tổng trở vào tương đối nhỏ

FET có hai loại JFET và MOSFET, trong đó MOSFET chia làm hai loại là MOSFET liên tục và MOSFET gián đoạn

4.1 Cấu tạo, nguyên lý, đặc tuyến của JFET

Hình: Cấu tạo JFET

JFET kênh N có cấu tạo gồm có thanh bán dẫn loại N, hai đầu nối với hai dây

ra gọi là cực tháo D và cực nguồn S Hai bên thanh bán dẫn loại N là hai vùng bán dẫn loại P tạo thành mối nối PN như diode, hai vùng nối dính nhau gọi là cực cửa G

JFET kênh P có cấu tạo tương tự nhưng chất bán dẫn ngược lại với JFET kênh

N

Xét nguyên lý hoạt động của JFET kênh N:

Để cho hai vùng P-N phân cực ngược, phải

cung cấp nguồn Vcc có cực dương vào chân cực

nguồn S, cực âm vào chân cực cửa G để cho các hạt

dẫn điện tử chuyển động từ cực nguồn về cực máng

thì nguồn điện VD có chiều dương vào cực máng

chiều âm vào cực nguồn

+ Đặc tuyến và các thông số cơ bản Xét

mạch sơ đồ JFET kênh N như sau, cực D nối vào

cực dương nguồn Vcc cực S nối vào cực âm

nguồn Vcc

- Khi cực G để hở (VGS = 0V)

Lúc này dòng điện sẽ qua kênh theo

chiều từ cực dương của nguồn vào cực D và ra ở

cực S để trở về nguồn âm của Vcc Lúc đó kênh có tác

dụng như một điện trở

Khi tăng nguồn Vcc để tăng điện thế VDS từ 0V lên

thì dòng điện ID tăng lên nhanh nhưng sau đó đến một

điện thế giới hạn thì dòng điện ID không tăng được nữa

gọi là dòng điện bão hòa IDSS Điện thế DDS có IDSS gọi là

điện thế nghẽn VPO.

Hình 6.3

Hình 6.9

Hình 6.10

- Khi cực G có điện âm (VGS <0V)

Khi cực có điện thế âm nối vào chất

bán dẫn P, trong kênh N có dòng điện qua

nên có điện thế dương ở giữa chất bán dẫn N

sẽ làm mối nối PN bị phân cực ngược làm

điện tử trong chất bán dẫn của kênh N bị

đẩy và thu hẹp tiết diện kênh nên điện trở

kênh dẫn điện tăng lên, dòng ID giảm xuống

Khi tăng điện thế âm ở cực G thì mức

phân cực nghịch càng lớn làm dòng ID càng

giảm nhỏ và đến một trị số giới hạn thì dòng điện ID gần như không còn Điện thế này

ở cực G gọi là điện thế nghẽn –VPO

JFET kênh P có mạch thí nghiệm như

hình 6.12 với nguồn Vcc cung cấp cho cho VDS,

điện thế cung cấp cho cực G bây giờ là điện thế

dương (VG > VS)

JFET kênh P cũng có đặc tuyến ngõ ra

và đặc tuyến truyền dẫn giống như JFET kênh

N nhưng có các dòng điện và điện thế ngược

+ Tầng khuếch đại vi sai dùng FET

Để tăng trở kháng vào (tới hàng chụ

M) người ta sử dụng transistor trường như

hình sau Về nguyên lý hoạt động của mạch

khuếch đại vi sai không có gì khác với mạch

dùng transistor lưỡng cực, chỉ có trở kháng vào

của mạch dùng FET thì lớn hơn nhiều (có thể

tới hàng trăm lần cao hơn so với dùng BJT)

+ Mạch phát sóng RC dùng FET

Ở tầng số khuếch đại có hệ số khuếch

đị K= gm.RL, trong đó gm là độ dẫn của FET và

Hình 6.4 Hình 6.11

Hình 6.12