Giáo trình Kỹ thuật điện tử cơ bản (Nghề Vận hành máy thi công mặt đường - Trình độ Cao đẳng) - CĐ GTVT Trung ương I

Giáo trình Kỹ thuật điện tử cơ bản (Nghề Vận hành máy thi công mặt đường - Trình độ Cao đẳng) gồm có 3 chương như sau: Chương I: Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử; chương ii: các mạch điện tử cơ bản; chương iii: các mạch điện tử trong máy thi công nền. Mời các bạn cùng tham khảo.

_BQ GIAO THONG VAN TAI

ĐỘ CAO ĐĂNG

NGHE: VAN HANH MAy he CONG MAT ĐƯỜNG

Ban hanh theo Quyết nlp Q ae ngay

BO GIAO THONG VAN TAI

TRUONG CAO DANG GIAO THONG VAN TAI TRUNG UONG I

GIAO TRINH

Mô đun: Kỹ thuật điện tử cơ bản

NGHE: VAN HANH MAY THI CONG

MAT DUONG

TRINH DO CAO DANG

Hà Nội -2017

MỞ ĐẦU

Môn học: Kỹ thuật điện tử cơ bản là một trong những môn học bắt buộc

trong chương trình dao tạo nghề Vận hành máy thi công nên, trình độ: Cao

đẳng nghề;

Đây là một môn học cơ sở chuyên nghành rất quan trọng trong chương trình dao tạo, môn học này giúp cho người học nắm được cơ sở chuyên nghành, nâng cao được kỹ năng nghề nghiệp;

Môn này có thể tiến hành học trước các môn học, mô đun

chuyên môn;

Chúng tôi gồm các Thạc sỹ, Cử nhân, giáo viên có tay nghề cao nghề Xây dựng cầu đường, có nhiều kinh nghiệm trong giảng dạy, đã sưu tầm, bằng kinh nghiệm, bằng kiến thức chuyên môn, cố gắng biên soạn ra giáo trình nội bộ cho môn học này, nhằm giúp người học nhanh chóng tiếp

thu được môn học;

Trong quá trình biên soạn chúng tôi đã có nhiều cố gắng, song không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, chúng tôi rất mong được sự góp

ý, bỗ sung dé chúng tôi hoàn thiện hơn nữa

Chúng tôi chân thành cảm ơn

MUC LUC

TT Nội dung Trang |

Chương I: Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện 4 điện tử

1.1 Sử dụng dụng cụ cầm tay và đồng hồ VOM 4 1.1.1 | Công dụng và phương pháp sử dụng các dung cy cam tay 4

nghê điện tử và đông hô VOM

1.1.2 | Công dụng và phương pháp sử dụng máy đo VOM 5 1.1.3 | Sử dụng dụng cụ cam tay nghé dién tir va dong ho VOM 10

1.2.1 | Công dụng và đặc điểm kỹ thuật của các vật liệu, linh kiện | 19

điện — điện tử thường dùng trong hệ thống mạch điện máy

thi công nền

1.2.2 | Linh kiện điện tử cơ bản 39 1.3 | Điốtbán dẫn 48 1.4 | Transistor 54

Chương II: Các mạch điện tử cơ bản 61

CHUONG I - KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

1.1 Sử dụng dụng cụ cầm tay và đồng hồ VOM

1.1.1 Công dụng và phương pháp sứ dụng các dụng cụ cầm tay nghề điện tir va

đồng hồ VOM

1.1.1.1.Công dụng và phương pháp sử dụng mỏ hàn thiếc

Để có được I mạch điện không chỉ yêu cầu về mạch chạy tốt,chạy ổn định mà còn

đẹp về thẩm mỹ cả mặt trên (Top) và mặt dưới ( Bottom) nữa, Hàn mà quá tay nóng đầu hàn cũng có thê làm cho điện trở tăng, hay làm chết linh kiện,có khi làm cho mối hàn bị đen hàn không nóng dễ bung mối hàn đến lúc không biết chỗ nào mà khắc phục Chính vì vậy chip chia sẻ cho các bạn cách sử dụng mỏ hàn sao cho hợp lý.â a.Chọn mỏ hàn:

Nên có 2 mỏ hàn, một mỏ hàn xung (mỏ hàn đoản mạch — dùng dé hàn các linh kiện thường, LK to) và một mỏ hàn nung (mỏ hàn nung nhiệt bằng dây maiso - dùng để hàn tranz trường, ic số, ic chân quá nhỏ ) Về mỏ hàn ¡ xung Dùng mỏ hàn nào cũng

được, tuy nhiên nếu có điều kiện thì nên chọn mỏ hàn tốt (không bị nóng thân mỏ hàn,

nhiệt độ ôn định và không có từ dư nhiều) Khi mua nên bấm thử nếu độ nóng vừa phải

(bấm 1 giây rồi thả ra xong dùng tay kiểm tra đầu mỏ hàn thấy nhiệt độ ấm ấm cảm nhận rõ là được) không nên nóng quá hay nguội quá

b.Đầu mồ hàn và tráng thiếc:

Đầu mỏ hàn không nên cứng nhắc cùng một cỡ cho tất cả các loại Nên lựa chọn

đầu mỏ hàn phù hợp với mỏ hàn của mình Nếu thấy mỏ hàn đang dùng đầu 1 ly độ dài

dây khoảng 6cm mà hàn thấy thiếu nhiệt quá thì nên hạ chiều dai xuống còn 4cm nếu vẫn không được thì thay bằng dây loại 0,8 ly Sau khi cắt xong dây đầu mỏ hàn thì cạo sạch toàn bộ dây (bỏ hết emay cách điện và oxy hóa) không nên bắt ốc vào mỏ

hàn luôn, dùng đồ dùng nào đó cạo sạch đầu tiếp xúc chỗ cọc dây đồng bắtdây (2 cọc

đồng từ mỏ hàn ra) sau đó mới bắt vào mỏ hàn Tráng thiếc cho lần đầu tiên dùng: Sau khi bắt ốc xong bấm mỏ hàn và nhúng ngay vào cục nhựa thông Sau khi nhựa thông

đã chảy ra và bám vào phần đầu của dây mỏ hàn thì thôi bấm và lấy mỏ hàn ra Tìm

một tắm PCB cũ có những nốt hàn to có sẵn thiếc (ví dụ như nốt hàn chân nguồn mass hoặc nốt hàn tỏa nhiệt chang hạn) rồi bắm mỏ hàn vào những nốt hàn này để tráng

thiếc sao cho thiếc bám đều phần đầu dây mỏ hàn Đặc biệt không nên bắm 5-10 phút

mà không tráng thứ gì vì như thế đầu mỏ hàn sẽ bị nhiệt độ cao làm oxy hóa sẽ không

ăn thiếc được nữa

1.1.1.2 Công dụng và phương pháp sử dụng dụng cụ hút thiếc

a Cách hút thiếc để rút linh kiện: có 2 cách

+ Dùng Súng (pít ton) hút thiếc Sau khi mua súng hút về nên chế lại một ít cho súng

hiệu quả hơn và có thêm cái vú cao áp bằng cao su, cắt bỏ cái vú đi chỉ lấy cái ống cao

su dai khoảng 2Cm ở chân vú Cái ống đó dé bọc ngoài cái đầu súng

Cách hút: Có thể dùng nhựa thông hoặc không cần để nung nóng chảy môi hàn cũ Sau khi mối hàn đã nóng chảy, đưa đầu súng vào sát tam giác quỷ và bấm nút 1-2-3 mối hàn sạch bong, Lúc này cao su ở đầu súng mới phát huy tác dụng: Không bị chảy khi tiếp xúc với đầu mỏ hàn và hạn chế không khi bị hút vào trong súng làm cho thiếc

bị hút sạch hơn

+ Dùng bó dây đồng nhỏ để hút: Cách này có từ thời xa xưa kiếm một bó dây nhiều lõi nào đó lõi càng nhỏ càn tốt (nhưng đừng nhỏ quá dễ đứt tại PCB ) Thắm nhựa thông kín dây hút thiếc rùi để nó ngay trên mối hàn định hút rùi bắm mỏ hàn Thiếc

nóng chảy ra sẽ bị dây hút khá nhiêu Sau đó nhắc dây hút thiếc ra rồi vây mạnh cho thiếc trong dây bị bắn ra ngoài, sau đó lại nhúng nhựa thông lại hút tiếp cho đến khi sao

sạch thì thôi

!Chủ ý: cách dùng dây hút này nên thận trọng vì dây đồng có thể bị đứt và gây đoản

mạch

1.1.2 Công dụng và phương pháp sử dụng máy đo VOM ( Đồng hồ điện tử)

a Công dụng: Đồng hồ vạn năng (VOM)là thiết bị đo không thể thiếu được với bất

kỳ một kỹ thuật viên điện tử nào, đông hồ vạn năng có 4 chức năng chính là Đo điện trở, đo điện áp DC, đo điện áp AC và đo dòng điện

Đồng hồ vạn năng hay vạn năng kế là một dụng cụ đo lường điện có nhiều chức

năng Các chức năng cơ bản là ampe kê, vôn kê, và ôm kê, ngoài ra có một sô đồng hồ

còn có thê đo tân sô dòng điện, điện dung tụ điện, kiêm tra bóng bán dân (transitor

Ưu điểm: đo nhanh, kiểm tra được nhiều loại linh kiện, thấy được sự phóng nạp của tụ điện , tuy nhiên đồng hô này có hạn chê về độ chính xác và có trở kháng thấp

khoảng 20K/Vol do vây khi đo vào các mạch cho dòng thâp chúng bị sụt áp

Có các loại đồng hồ vạn năng:

1 Đồng hồ vạn năng điện tử

2 Đồng hồ vạn năng hiển thị kim

* Đồng hồ vạn năng điện tử

Đồng hồ vạn năng điện tử, còn gọi là vạn năng kế điện tứ là một đồng hồ vạn năng

sử dụng các linh kiện điện tử chủ động, và do đó cần có nguồn điện như pin Đây là loại thông dụng nhất hiện nay cho những người làm công tác kiểm tra điện và điện tử Kết quả của phép đo thường được hiển thị trên một màn tinh thể lỏng nên đồng hộ còn được gọi là đồng hồ vạn năng điện tử hiện số

Một vạn năng kế điện tử

Việc lựa chọn các đơn vị đo, thang đo hay vi chỉnh thường được tiến hành bằng các nut bam, hay một công tắc xoay, cd nhiều nắc, và việc cắm dây nối kim đo vào đúng các lỗ Nhiều vạn năng kế hiện đại có thể tự động chọn thang đo

Van nang kế điện tử còn có thể có thêm các chức năng sau:

1 Kiểm tra nỗi mạch: máy kêu "bíp" khi điện trở giữa 2 đầu đo (gần) bang 0

2 Hiển thị số thay cho kim chỉ trên thước

3 Thêm các bộ khuếch đại điện để đo hiệu điện thế hay cường độ dòng điện nhỏ khi điện trở lớn

4 Ðo độ tự cảm của cuộn cảm và điện dung của tụ điện, có ích khi kiểm

tra và lắp đặt mạch điện

5 Kiểm tra diode va transistor, c6 ich cho sửa chữa mạch điện

6 Hỗ trợ cho đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt

7 Do tần số trung bình, khuếch đại âm thanh, để điều chỉnh mạch điện

của radio Nó cho phép nghe tín hiệu thay cho nhìn thấy tín hiệu (như trong đao động kế)

§ Dao động kế cho tần số thấp, có ở các vạn năng kế có giao tiếp với máy tính

9 Bộ kiểm tra điện thoại

10 Bộ kiểm tra mạch điện ô-tô

11 Lưu giữ số liệu đo đạc (ví dụ của hiệu điện thế)

Đồng hồ vạn năng hiển thị kim

Khi đo điện áp xoay chiều ta chuyển thang đo về các thang AC, để thang AC cao hơn điện áp cần đo một nắc, Ví dụ nếu đo điện áp AC220V ta

để thang AC 250V, nếu ta đề thang thấp hơn điện áp cần đo thì đồng hồ báo kịch kim, nếu để thanh quá cao thì kim báo thiếu chính xác

* Nếu để thang đo áp DC mà đo vào nguồn AC thì kim đồng hồ không báo ,

nhưng đồng hồ không ảnh hưởng

Ảnh có bản quyền - Vinh

Đề thang DC đo áp AC đồng hồ không lên kim

tuy nhiên đông hô không hỏng

1.1.3 Sử dụng dụng cụ cẦm tay nghề điện tử và dong ho VOM

1.1.3.1 Hàn nôi linh kiện điện - điện tử băng mỏ hàn thiéca

a.Cách hàn các linh kiện (LK) thường:

Nên vệ sinh PCB và chân LK (PCB và LK cũ) trước khi hàn, có thể vệ sinh bằng

axeton, dao doc giấy XIn hướng dẫn hàn với PCB và LK đã được làm sạch hoặc 1a

PCB, LK mới

+ Cắt chân LK sao cho cắm chặt LK vào PCB mà chân LK trồi ra Imm là đẹp nhất

+ Bấm mỏ hàn vào cục nhựa thông cho nhựa thông chảy ngập đầu mỏ hàn > nhả mỏ hàn >nhắc mỏ hàn đến chỗ chân LK > Bắm mỏ hàn cho nhựa thông ở đầu mỏ hàn chảy

ra trùm kín chân LK và lỗ PCB > Đưa dây thiếc vào tam giác quỷ: lỗ PCB - Chân LK - Đầu mỏ hàn để thiếc chạm đầu mỏ hàn và chảy ra (cho ít thiếc thôi nhé nhiều nhìn ghê lắm) thường thì sau khi chạm tam giác quỷ sẽ chảy ra và trắng đều lỗ pcb và chân LK, nếu thấy mối hàn vẫn chưa đẹp thì có thê di chuyển đầu mỏ hàn cho đều hoặc thêm

thiếc hoặc cho thêm nhựa thông để mối hàn đẹp

b.Cách hàn chân IC hoặc dãy nhiều chân:

Hàn con IC có 2 hàng chân x20 = 40 chân

+ Dùng mỏ hàn bôi nhựa thông (như bênCách hàn các linh kiện (LK) thường: Nên

vé sinh PCB va chan LK (PCB va LK cit) trước khi hàn, có thé vé sinh bang axeton, dao doc giấy xin hướng dẫn hàn với PCB và LK đã được làm sạch hoặc là PCB, LK mới

+ Cắt chân LK sao cho cắm chặt LK vào PCB mà chân LK trồi ra Imm là đẹp nhất

+ Bấm mỏ hàn vào cục nhựa thông cho nhựa thông chảy ngập đầu mỏ hàn > nhả mỏ hàn >nhắc mỏ hàn đến chỗ chân LK > Bấm mỏ hàn cho nhựa thông ở đầu mỏ hàn chảy

ra trùm kín chân LK và lỗ PCB > Đưa dây thiếc vào tam giác quỷ: lỗ PCB - Chân LK -

Đầu mỏ hàn để thiếc chạm đầu mỏ hàn và chảy ra (cho ít thiếc thôi nhé nhiều nhìn ghê

lắm) thường thì sau khi chạm tam giác quỷ sẽ chảy ra và tráng đều lỗ pcb và chân LK, nếu thấy mối hàn vẫn chưa đẹp thì có thể di chuyên đầu mỏ hàn cho đều hoặc thêm

thiếc hoặc cho thêm nhựa thông để mối hàn đẹp

c Cách hàn chân IC hoặc dãy nhiều chân:

Hàn con IC có 2 hàng chân x20 = 40 chân

+ Dùng mỏ hàn bôi nhựa thông (như bên trên hướng dẫn) tới tất cả các chân của IC + Dùng một lượng thiếc khá to (bằng nửa đầu đũa) cho chân đầu tiên của dãy Bắm

mỏ hàn cho thiếc nóng chảy và cứ thế di đến chân tiếp theo cho đến chân cuối (chi di

một chiều) Chân nào còn chạm nhau thì cứ di lại (hoặc thêm nhựa thông) tiếp tục đến

cuối là được Trong quá trình di nếu thiếu thiếc thì châm thêm đến chân cuối nếu thừa

thiéc thi vay đầu mỏ hàn để loại bỏ bớt thiếc tới tất cả các chan cia IC

+ Dùng một lượng thiếc khá to (bằng nửa đầu đũa) cho chân đầu tiên của dãy Bam

mỏ hàn cho thiếc nóng chảy và cứ thế di đến chân tiếp theo cho đến chân cuối (chi di một chiều)

10

Chân nào còn chạm nhau thì cứ di lại (hoặc thêm nhựa thông) tiếp tục đến cuối

là được Trong quá trình di nêu thiêu thiệc thì châm thêm đên chân cuôi nêu thừa thiệc

thì vậy đâu mỏ hàn đê loại bỏ bớt thiệc

1.1.3.2.Sử dụng VOM đo điện áp, dòng điện, điện trở

*Hướng dẫn đo điện áp một chiều DC bằng đồng hồ vạn năng

Khi đo điện áp một chiều DC, ta nhớ chuyển thang đo về thang DC, khi

đo ta đặt que đỏ vào cực đương (+) nguồn, que đen vào cực âm (-) nguồn, để thang đo cao hơn điện áp cần đo một nắc Ví dụ nếu đo áp DC 110V ta để thang DC 250V, trường hợp để thang đo thấp hơn điện áp cần đo => kim báo kịch kim, trường hợp để thang quá cao => kim báo thiếu chính xác

Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp một chiều DC

* Trường hợp để sai thang đo :

Nếu ta để sai thang đo, đo áp một chiều nhưng ta để đồng hồ thang xoay chiều thì đồng hồ vạn năng sẽ báo sai, thông thường giá trị báo sai cao gap 2 lần giá trị thực của điện áp DC, tuy nhiên đông hồ cũng không bị hỏng

11

báo sai

Ảnh có bản quyền - Vinh

Để sai thang đo khi đo điện áp một chiều => báo sai giá trị

* Trường hợp để nhầm thang đo

Chú ý : Tuyệt đối không để nhằm đồng hồ vạn năng vào thang đo dòng

điện hoặc thang đo điện trở khi ta đo điện áp một chiêu (DC) , nêu nhằm

đồng hồ sẽ bị hỏng ngay !!

Một vạn năng kế tương tự

Loại này ra đời trước và dần bị thay thể bởi vạn năng kế điện tử Bộ

phận chính của nó là một Gavanô kế Nó thường chỉ thực hiện đo các đại lượng điện học cơ bản là cường độ dòng điện, hiệu điện thế và điện trở Hiền thị kết quả đo được thực hiện bằng kim chỉ trên một thước hình cung

Loại này có thể không cần nguồn điện nuôi khi hoạt động trong chế độ

đo cường độ dòng điệnvà hiệu điện thé

vào nguồn

DC

Ảnh có bản quyền - Vinh

Trường hợp đề nhằm thang đo điện trở khi đo điện

áp DC => đồng hồ sẽ bị hỏng các điện trở bên trong!

*Hướng dẫn đo điện trở và trở kháng

Với thang đo điện trở của đồng hồ vạn năng ta có thể đo được rất

nhiều thứ

„ Đo kiểm tra giá trị của điện trở

„ Đo kiểm tra sự thông mạch của một đoạn dây dẫn

„ Đo kiểm tra sự thông mạch của một đoạn mạch in

+ Do kiém tra các cuộn dây biến áp có thông mạch không

+ Do kiém tra sự phóng nạp của tụ điện

„Đo kiểm tra xem tụ có bị dò, bị chập không

„Đo kiểm tra trở kháng của một mạch điện

+ Do kiém tra đi ốt và bóng bán dẫn

14

* Để sử dụng được các thang đo này đồng hồ phải được lắp 2 Pin tiểu

1,5V bên trong, để xử dụng các thang đo 1Kohm hoặc 10Kohm ta phải

lắp Pin 9V

- Đo điện trở :

Đo kiểm tra điện trở bằng đồng hồ vạn năng

Để đo tri số điện trở ta thực hiện theo các bước sau :

„‹ Bước I : Dé thang đồng hồ về các thang đo trở, nếu điện trở nhỏ thì để

thang xI ohm hoặc x10 ohm, nếu điện trở lớn thì để thang xIKohm

hoặc 10Kohm => sau đó chập hai que đo và chỉnh triết áo để kim

đồng hồ báo vị trí 0 ohm

«_ Bước 2: Chuẩn bị đo

«_ Bước 3 : Dat que do vào hai đầu điện trở, đọc trị số trên thang đo, Giá

trị đo được= Chỉ số thang đo X Thang đo

Ví dụ : nếu dé thang x 100 ohm và chỉ số báo là 27 thì giá trị là = 100

- Dùng thang điện trở để đo kiểm tra tụ điện

+ Ta cé thé dùng thang điện trở để kiêm tra độ phóng nạp và hư hỏng

của tụ điện , khi đo tụ điện , nếu là tụ gốm ta dùng thang đo xIK ohm hoặc 10K ohm, nêu là tụ hoá ta dùng thang x 1 ohm hoặc x 10 ohm

Ảnh cỏ bàn quyền - Vinh

Dùng thang x IK ohm để kiểm tra tụ gố

Phép đo tụ gốm trên cho ta biét :

Tụ C1 còn tốt => kim phóng nạp khi ta đo `

Tụ C2 bị dò => lên kim nhưng không trở vỆ vị trí cũ ‹

Tụ C3 bị chập => kim đông hồ lên = 0 ohm và không trở về

Dùng thang x 10 ohm để kiểm tra tụ hoá

chủ yêu là bị khô ( giảm điện dung) khi do tụ hoá đê biệt chính xác mức độ hỏng của tụ ta cần đo so sánh với một tụ mới có cùng điện dung

Ở trên là phép đo so sánh hai tụ hoá cùng điện dung, trong đó tụ CI là tụ mới còn C2 là tụ cũ, ta thấy tụ C2 có độ phóng nạp yếu hơn tụ C1 => chứng

tỏ tụ C2 bị khô ( giảm điện dung )

Chú ý khi đo tụ phóng nạp, ta phái đảo chiều que do vài lần để xem độ

phóng nạp

17

* Hướng dẫn đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng

Cách 1 : Dùng thang do dòng

Dé do dong dién bang dong ho van nang, ta đo đồng hồ nối tiếp với tải tiêu thụ và chú ý là chỉ đo được dòng điện nhỏ hơn giá trị của thang đo cho phép,

ta thực hiện theo các bước sau

Buoc 1 : Đặt đồng hồ vạn năng vào thang đo dong cao nhất

Bước 2: Đặt que đồng hồ nối tiếp với tải, que đỏ về chiều dương, que đen về chiêu âm

- Néu kim lên thấp quá thì giảm thang đo

«_ Nếu kim lên kịch kim thì tăng thang đo, nếu thang đo đã dé thang cao

nhất thì đồng hồ vạn năng không đo được đòng điện này

„_ Chỉ số kim báo sẽ cho ta biết giá trị dòng điện

Cách 2 : Dùng thang đo áp DC

Ta có thể đo đòng điện qua tải bằng cách đo sụt áp trên điện trở hạn dòng

mắc nối với tải, điện á áp đo được chia cho giá trị trở hạn dòng sẽ cho biết giá

trị dòng điện, phương pháp này có thể đo được các dòng điện lớn hơn khả năng cho phép của đồng hồ vàđổng hồ vạn năng cũg an toàn hơn

Cách đọc trị số dòng điện và điện áp khi đo như thế nào ?

Đọc giá trị điện áp AC và DC

„ _ Khi đo điện áp DC thì ta đọc giá trị trên vạch chỉ số DCV.A

_ Nếu ta để thang đo 250V thì ta đọc trên vạch có giá trị cao nhất là

250, tương tự để thang 10V thì đọc trên vạch có giá trị cao nhất là 10

trường hop dé thang 1000V nhưng không có vạch nào ghi cho giá trị

1000 thì đọc trên vạch giá trị Max = 10, giá trị đo được nhân với 100

lân

18

« Khido điện áp AC thì đọc giá trị cũng tương tự đọc trên vạch „ AC.10V, néu do ở thang có giá trị khác thì ta tính theo tỷ lệ Ví dụ nêu

đê thang 250V thì môi chỉ sô của vạch 10 sô tương đương với 25V

- Khi do dong điện thì đọc giá trị tương tự đọc giá trị khi đo điện áp 1.2 Vật liệu linh kiện thụ động

1.2.1.Công dụng và đặc điểm kỹ thuật của các loại vật liệu, linh kiện điện- điện tử thường dùng trong hệ thống mạch điện máy thi công nền

1.2.1.1 Vật liệu đẫn điện

a Định nghĩa

Là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đây, thậm chí có thể chồng lên

vùng đây Vật dan điện có số lượng điện tử tự đo rất lớn, ở nhiệt độ bình

thường, các điện tử hóa trị trong vùng đây có thể chuyển sang vùng tự do rất

dễ dàng dưới tác dụng của lực điện trường, các điện tử tự do này tham gia

vào dòng điện dẫn Chính vì vậy vật dẫn có tính dẫn điện tốt

b Đặc tính của vật dẫn điện

Khi nghiên cứu đặc tính dẫn điện của vật liệu cần quan tâm đến các tính chất cơ bản sau:

* Điện dẫn suất và điện trở suất

Điện dẫn suất hay điện trở suất của vật liệu tính theo biểu thức sau:

y= | Ome

p

Trị số nghịch đảo của điện dẫn suất Y gọi là điện trớ suất

Nếu vật dẫn có tiết điện không đổi S và độ đài L thì

S

p=R T

Đơn vị của điện trở suất 1a: Qmm?

* Hệ số nhiệt của điện trở suất

19

Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ trong khoảng nhiệt

độ hẹp, quan hệ giữa điện trở suất và nhiệt độ gần như đường thẳng, giá trị điện trở suất ở cuối đoạn nhiệt độ At có thé tinh theo công thức sau

Đi Điện trở suất đo & nhiét d6 t°

Đz Điện trở suất đo ở nhiệt độ ban đầu tụ

œ p Hệ số nhiệt của điện trở suất

Hệ số nhiệt của điện trở suất nói lên sự thay đổi điện trở suất của vật

liệu khi nhiệt độ thay đôi

* Nhiệt dẫn suất

Nhiệt dẫn suất của kim loại dẫn điện có quan hệ với điện dẫn suất kim

loại, các kim loaik khác nhau ở nhiệt độ bình thường với điện đẫn suất tính

bằng S/m còn nhiệt dẫn suát tính bằng w/độ.m

* Hiệu điện thế tiếp xúc và sức điện động

Khi cho hai kim loại khác nhau tiếp xúc thì giữa chúng phát sinh hiệu

điện thế, nguyên nhân sinh ra hiệu điện thế tiếp xúc là công thoát điện tử của

kim loại khác nhau đồng thời do số điện tử tự do khác nhau mà áp lực khi

điện tử ở kim loại khác nhau có thê không giống nhau

* Hệ số nhiệt độ dãn nở dài của vật dẫn kim loại

Hệ số dãn nở nhiệt theo chiều đài cia vat din kim loại là trị số của hệ

số đãn nở dài theo nhiệt độ và nhiệt độ nóng chảy Khi hệ số cao sẽ đễ nóng

chảy, ở nhiệt độ thấp của kim loại khó nóng chảy

* Tinh cơ học của vật liệu

Tính chất cơ học hay còn gọi là cơ tính là khả năng chống lại tác dụng

của lực bên ngoài tác dụng lên kim loại

Cơ tính của kim loại bao gồm tính đàn hồi, tính dai, độ cứng chịu được

va chạm và độ chịu mài mòn

c Một số vật dẫn điện thông dụng

* Đồng ( Cu)

Đồng là vật liệu quan trọng nhất trong tất cả các vật liệu dẫn điện được

dùng trong kỹ thuật điện vì nó có điện dẫn suất, nhiệt dẫn suất lớn ( sau

bạc), nó có sức bền cơ khí lớn, chống lại sự ăn mòn khí quyền và có tính đàn hồi cao

Vì vậy đồng trở thành vật liệu quan trọng nhất để sản xuất dây điện và

nó là kim loại hiếm, chỉ chiếm 0,01% trong lòng đất

Đồng là kim loại màu đỏ nhạt, nó có điện dẫn suất, nhiệt dẫn suất cao,

có sức bền cơ khí tương đối lớn, dé dat, dé vudt din, dé gia công khi nóng

Và nguội, có sức bền lớn khi va đập và ăn mòn, có sức đề kháng cao với thời tiết xấu và có khả năng tạo thành hợp kim tốt đồng thời có khả năng hàn gắn

thiết bị điện, trang thiết bị vô tuyến viễn thông

._ Hợp kim đồng thanh

Đồng thanh là hợp kim của đồng có thêm một số kim loại khác để tăng

cường độ cứng, tăng sức bền và dễ nóng chảy theo các vật liệu thêm vào

- Đồng thanh - thiếc: là hợp kim của đồng và thiếc, đôi khi thêm vào một

số kim loại khác để làm thay đối các tính chất cơ, hóa học, chúng tạo lên sức

bền chống ăn mòn

- Đồng thanh — thiếc — kẽm: ( Thiếc 3 — 9%; kẽm 4 — 11%)

- Đồng thanh- thiếc hoặc đồng thanh —chì-thiếc( chì 4-17%)

- Đồng thanh không thiếc( AL, Mn,Ni) trong đó đồng chiếm 78%

Đồng thanh được sử dụng trong chế tạo máy và các khí cụ điện, dé gia công các chỉ tiết, nối đây dẫn, giữ dây, vòng đầu day, hệ thống nối đất, đề

chế tạo cổ góp điện, giá đỡ chỗi than, các tiếp điểm ô cắm

- Hop kim déng thau:

Là hợp kim đồng — kẽm, trong đó kẽm không vượt quá 46%

Ứng dụng: Để gia công các chỉ tiết dẫn dòng điện như các đầu cọc, bảng phân phôi, phích căm, đui đèn

- Nhém( AL)

Sau vật liệu đồng, nhôm là vật liệu quan trọng thứ 2 được sử dụng trong

kỹ thuật điện vì nó có điện dân suât cao( chỉ thua bạc và đông), trọng lượng riêng giảm, tính chât vật lý và hóa học cho ta khả năng dùng nó làm dây dân điện Nhưng nhôm có nhược điêm là sức bên cơ khí tương đôi bé và khó khăn trong việc thực hiện tiêp xúc điện Nhôm là vật liệu có rât nhiêu trong

trái đât ( Chiêm khoảng 7,5%)

Nhôm dùng trong công nghiệp phụ thuộc vào mục đích của nó, theo các tiêu chuân nước ngoài thì nhôm sử dụng làm dây dẫn điện phải gồm:

+ Nhôm tỉnh khiết tối thiểu 99,5%

+ Sắt — silic : 0,45%

+ Đồng- kem: 0,05%

Nhôm được dùng để chế tạo điện cực tụ điện phải có độ tỉnh khiết cao

mà tạp chât tôi đa không quá 0,05%

Nhôm có các đặc tính chung sau: Nhôm là kim loại có màu trắng bạc, nhẹ, dê dát mỏng, vuôt dãn, có thê gia công dê dàng khi nóng và nguội, dê kéo sợi, nhôm rât bên vững không chịu ăn mòn của môi trường không khí, nước ngọt

Nhôm là kim loại rất mềm, ít kháng khí va chạm và xây xát khi kéo và cat

Nhôm dễ phá hủy trong môi trường muối HCL, Hạ SO¿

Nhôm khó hàn nồi

Trọng lượng riêng ở 200°C: 2,7kg/dm”

Nhiệt độ nóng chảy: 6570°C

Nhôm có công dụng sau:

- Do tính chất cơ, điện và nhôm có sức đề kháng cao với thời tiết xấu

và nhôm có trong thiên nhiên nhiều nên nhôm được dùng phổ biến trong kỹ thuật điện, dê chê tạo

+ Dây dẫn điện ở đường dây truyền tải

+ Dây cáp điên

+ Các thanh góp và các chỉ tiết trong thiết bị điện

+ Dây dẫn dùng dé quan

+ Làm tụ điện

+ Các ro to của động cơ điện

+ Các chỉ tiết: đầu nối, giắc cắm

- Dây dẫn nhôm được dùng phổ biến ở các đường dây trên không

- Để tăng cường sức bền cơ khí của dây dẫn người ta chế tạo những

dây dân thép nhôm tông hợp có phân lõi là thép một sợi hay nhiêu sợi và quân một lớp hay nhiêu lớp nhôm bên ngoài dây thép

* Hợp kim của nhôm

Nhôm có nhiều hợp kim dùng đề đúc và đề kéo dây dẫn điện Các hợp

kim chính của nhôm dùng đề đúc Al-Cu-Ni; Al-Cu; Al-Cu-Zn

Các hợp kim dùng để làm dây dẫn trên cơ sở nhôm là chính và dùng

dây thép nhôm chê tạo sao cho có cơ tính tôt

* Chì ( Pb)

Chì được tinh luyện theo phương pháp nóng chảy hay điện phân để

loại bỏ tạp chât và cuôi cùng thu được chì với mức độ tinh khiêt 99,5% -

Chì là kim loại có màu tro sáng ngà xanh đa trời, là kim loại rất mềm

dẻo ở nhiệt độ thâp, chì có tính dân điện rât tôt

Nó có sức bền đối với thời tiết xấu, không bị tác động bởi HCL,

H;SO¿ và xút

Nó dễ hòa tan trong axit Nari, axit axeetic pha loãng

Sự bay hơi của chì rất độc hại

Chì là kim loại đễ dat mỏng, dễ kéo thành lá mỏng

Trọng lượng riêng ở 200°C : 11,34kg/dm”

Nhiệt độ nóng chay: 327°C

* Ứng dụng

Chì được sử dụng làm lớp bảo vệ ở cáp điện nhằm chống ẩm ướt

Chì được dùng để chế tạo các tắm bản cực ắc quy điện ( Trong trường

hợp này phải dùng chì tinh khiết 99%)

Chì dùng làm dây chảy để bảo vệ dây dẫn điện

1.2.1.2 Vật liệu cách điện

a Khái niệm chung về vật liệu cách điện

* Tầm quan trọng của vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với kỹ thuật điện Chúng được dùng để tạo ra cách điện bao quanh những bộ phận

dẫn điện trong các thiết bị điện và tách rời các bộ phận có điện thế

khác nhau Nó chỉ cho dòng điện đi theo những con đường mà sơ đồ quy định Vật liệu cách điện còn được dùng làm điện môi công tác trong các tụ điện

Nếu không có vật liệu cách điện thì sẽ không thể chế tạo được bất

kỳ 1 loại thiết bị nào

Tuỳ thuộc vào các tr-ờng hợp sử dụng vật liệu điện phải đáp ứng đ-ợc nhiều yêu cầu khác nhau Ngoài những tính chất về điện thì

những tính chất cơ, nhiệt, lý hoá khác cũng nh- : khả năng gia công vật

liệu để chế tạo thành những sản phẩm cần thiết cũng giữ vai trò to lớn

Vì vậy trong những điều kiện khác nhau phải chọn những vật liệu khác nhau

Chất cách điện là các chất dẫn điện kém, có điện trở suất rất lớn (khoảng 10° - 10°0m) Các vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong công

nghiệp và trong đời sống, nhằm mục đích ngăn chặn sự tiếp xúc của dòng điện với người hoặc với các dòng điện khác

Nhiều chất cách điện là các chất điện môi, tuy nhiên cũng có những môi trường cách điện không phải là chât điện môi (như chân không)

Yếu tố quan trọng để đánh giá một vật liệu cách điện là cường độ điện trường đánh thủng Khi cường độ điện trường đặt lên vật liệu vượt quá giá trị cho phép thì sẽ xuât hiện sự phóng điện (quá điện áp), phá hủy vật liệu và vật liệu mat di đặc tính cách điện vôn có Cường độ điện trường đánh thủng cũng là yêu tô quan trọng nhât đê lựa chọn cách điện cho các ứng dụng

24

Cac nghiộn ctru để chế tạo cỏc loại vật liệu cỏch điện cú khả năng chịu

được điện trường ngày cao được chỳ ý, đề cho phộp giảm kớch thước của cỏc thiết bị điện

b Phân lo!i:

- Ph@n theo tring th,i:

Vật liệu cỏch điện đ- ợc phõn loại theo cỏc dạng: Khớ, lỏng, rắn Ngoài

ra cũn cú vật liệu hoỏ rắn Tr-ớc khi đ-a vụo s%n xuất chất c,ch điện chúng lụ chất lỏng, sau khi chế t!o xong chúng lị chất r3⁄n (s—n vụ e,c chEt hen hip)

* Phân theo bĐn chEt ho, hic:

Vật liệu cỏch điện vụ cơ và hữu cơ

ChEt h+u c7: Nh+ng hip chEt chga c,c bon,H,03, No

Chất vô cơ: Có thể có Si, Al, c,c kim lo'i

+ Cỏch điện hữu cơ cú tớnh cơ học đỏng quý là tớnh dẻo, đàn hồi

tuy nhiờn chỳng cú độ bền nhiệt thấp

C,ch điện h+u cơ đ-ic ong dộng rộng ri vx ca thO to đ-ic thunh d'ng sii, mung mang vy c,c sĐn phEm ca hxnh d'ng kh,c

nhau

+ Cỏch điện vụ cơ th- ờng giũn, khụng cú tớnh dẻo và đàn hồi Chế

tạo phức tạp nh- ng cú độ bền nhiệt cao

Tuy công nghệ chế t'o phức tp nh-ng chúng đ-fc đỉng trong nh+ng chất c,ch điện phi lum việc ẽ nhiệt độ cao

+ Ngoài ra cũn cú những vật liệu cú tớnh trung gian giữa vụ cơ và

hữu cơ: đú là những vật liệu hữu cơ nh- ng trong phõn tử của chỳng cú chứa cả những nguyờn tố đặc tr- ng cho vật liệu v6 co: Si, Al, P

* Phân theo kh n ng chPu nhiệt:

Vật liệu đ-ợc phõn thành cỏc cấp Y, A, E, B, F, H, C Việc phõn cấp theo nhiệt độ làm việc lớn nhất cho phộp cú ý nghĩa thực tiễn quan

trọng

c Tớnh chất chung của vật liệu cỏch điện

* Tính hút ẩm của vEt liOu c,ch điOn:

Khi lựa chón vẼt liệu c,ch điện với I1 mục đích cụ thể cCn ph4i chú ý tới tính chất điện của nó trong nh+ng điều kiện bxnh th- ờng

vụ c4{ độ n đbnh của c,c tính chất ấy khi có t,c động của độ ẩm,

nhiệt độ vụ c,c tỉa phóng x'! Tuzi tha cfia c,ch điOn trong điOu kiOn

nhiệt đii phụ thuộc vụo kh*[ nng của c,c vEt liu đ- ic bfo vO vO ho,

hac chộng su t'o thunh nEm mộc, can tring

25

* Đ6 Em cha kheng khY:

- Khụng khớ luụn chứa 1 1- ong hoi n- 6c nhat dinh

- Độ ẩm tuyệt đối của khụng khớ: é-ợc đỏnh giỏ bằng khối l-ợng (m)

của hơi n- ớc chứa trong 1 đơn vị thể tớch khụng khớ (m))

Độ Em tuyOt đối cCn thiết để gây b-o hoạ không khí tng mỡnh theo nhiệt độ tức Iu ,p suEt của hơi n- 6c tng In

ang vii mci nhiOt độ x,c đPnh, khang khí không thể chứa 1 I- ong

n- 6c lin hon vx na si r7i xueng d- di d'ng s- sng

Điều kiện bỡnh th- ờng của khụng khớ đ- ợc lấy bằng độ ẩm (60

- Tỏc động của độ ẩm làm giảm tớnh chất điện của điện mụi

Đ⁄Œc biệt š nhiệt độ (30 + 40°C) vu khi Oi, ca trP sộ cao = 98 +

100% lum cho điOu kiOn vEn hunh cfia c,c m,y điOn vu thiOt bb

điOn trộ n‘n ning nO

Độ ẩm cao của khụng khớ làm ảnh h- ởng đến điện trở bờ mặt của điện

mụi

SO bĐo vO chộng t,c động chia độ ẩm cho điện mội r⁄n cực tính ng-ời ta phủ lần chúng 1 lo1i dCu không dính n-ớc Khf| nĩng dYnh n-6c ho4ic chEt lang kh,c cia điOn môi đ-ic đ@4c tr-ng bội góc bi dYnh n- 6c đ cha gidt n-dc đa@ In bO mAt ph'ing cha vEt

liệu

* Đ6 Em cha vEt liệu:

C,c vEt liOu c,ch điOn vii mac độ nhiOu hay Yt đOu hot Em toc lu có

kh n'ng hot vuo trong nó hơi ẩm tỗ mi tr- ờng xung quanh vụ thấm ẩm tức lu có kh*| n ng cho h—ỉ n- 6c xuy‘n qua

Mẫu vật liệu cỏch điện để trong điều kiện độ ẩm và nhiệt độ nhất định của mụi tr- ng xung quanh sau 1 thời gian dài khụng hạn định sẽ đạt đến

1 trạng thỏi cõn bằng độ ẩm nào đú

NOu mEu vEt liệu t- ơng đối khô thx na si hot Em chia mai tr- ong

vụ độ ẩm fng dCn cho đến khi cân bụng độ Em chia mỏi tr- ong NOu mEu vEt liOu

ca độ Em lin hon độ Em Weằ thx độ Em chia mEu sf giĐm xuộng cho đOn

Ở nhiệt độ khá thấp nó là những chất vô định hình có dạng nh- : thuỷ tinh khá giòn Khi đốt nóng thì nhựa mềm ra, thành dẻo và hoá lỏng Phần

lớn các loại nhựa dùng trong kỹ thuật cách điện không tan trong n- ớc và ít hút ẩm nh-ng lại tan trong các dung môi hữu cơ thích hợp về bản chất điện

Thông th- ờng nhựa có tính kết dính và khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn nhựa sẽ gắn chặt vào vật rắn tiếp xúc với nó Nhựa là thành phần quan trọng của nhiều loại sơn, chất dẻo, xơ tổng hợp Theo

nguồn gốc nhựa có thể phân thành 3 loại: Nhựa tự nhiên, nhựa nhân tạo,

Nhựa tổng hợp có vai trò quan trọng trong kỹ thuật cách điện Theo

bản chất ng- ời ta lại chia nhựa tổng hợp ra thành nhựa trùng hợp và nhựa

- Nhua cuc tYnh:

+ R- ou Polyvinyl: La chat tring hop cla r- gu vinyl: H,C = CH - OH

Bn th©n r- ou vinyl kh«ng ®- ic lum chÊt c,ch ®iÖn vx tÝnh l- ống cùc thÓ hiÖn qu, m'nh, hou tan trong n- 6c

Nó đ- ợc dùng làm sản phẩm xuất phát để tổng hợp nhựa

Polyvinylaxêtat dùng để sản xuất sơn Emay Cách điện của dây emay bằng

loại sơn ấy có độ bền cơ cao có thể đem sử dụng trực tiếp làm dây quấn cho máy điện và dụng cụ điện rất có lợi về kích th- ớc, trọng ]- ợng và giá thành

sản phẩm

+ Nhựa Polimetyl]metacrilat (thuỷ tinh hữu cơ):

Không màu, trong suốt D- ới tác dụng hồ quang nó thải ra I I- ợng khí lớn (CO, H;, hơi H;O, CO;) nên có khả năng dập hồ quang Thuỷ tinh hữu

cơ dùng làm vật liệu kết cấu, cầu chì cao áp, buồng dập hồ quang

+ Nhựa Flo hữu cơ:

h _D-a thêm nguyên t6 Flo cé tinh Hat dong hod hoc khá mạnh vào thành phan

1 số điện môi làm cho chúng có những tính chất rất quý.

- Nhua thi‘n nhi‘n:

Lu nh+ng chEt do một sộ động vEt (c,nh kiOn) hoAc nh=ng loti cây

có nhựa (nhựa thông) tiết ra Ng- ời ta khai th,c chúng d'ng s1⁄2n ca

trong tự nhỉ vụ chỉ cCn tẩy s'ch, nỀu ch$y

+ Nhựa thụng (Colofan):

Là loại nhựa giũn mầu vàng hoặc nõu, dựng nhựa thụng hoà tan trong

dầu mỏ vào việc sản xuất cỏc hợp chất để tẩm và ngõm cỏp

+ Nhựa Cụpan:

Là loại nhựa khú núng chảy Nú búng, cứng, khú hoà tan Nhựa này 1

phần khai thỏc trong khoỏng sản do cỏc loại cõy cú nhựa đó sinh tr- ởng tr- ớc đõy tỏch ra 1 phần thu đ- ợc từ nhựa của cỏc loại cõy đang mọc hiện nay

,„ Nhựa này dựng làm chất phụ gia cho sơn dầu nhằm tăng độ cứng

của màng

* Son:

Son: Son va hgp chat cach diộn d- gc xộp vao loai cach diộn ran La

dung dịch keo của nhựa, của dầu khụ, bi tum cỏc chất ấy gọi là nền sơn

hoà tan trong dung mụi dễ bay hơi Khi sơn đ- ợc sấy khụ thỡ dung mụi bay

hơi cũn lại nền sơn thỡ chuyển sang trạng thỏi rắn và tạo thành màng sơn

* Hip chEt c,ch điOn:

Gồm 2 nhúm chớnh là: hợp chất tẩm và hợp chất làm đõy, dựng để tẩm

và làm đõy cỏc lỗ trống giữa cỏc chỉ tiết khỏc nhau trong thiết bị điện, giữa

cỏc mối nối nhằm bảo vệ chất cỏch điện chống ẩm và chống tỏc dụng của

cỏc chất cú hoạt tớnh hoỏ học, tăng c- ờng điện ỏp phúng điện, hoàn thiện

điều kiện toả nhiệt cú thể làm tăng cụng suất của cỏc thiết bị

X™ 1a vat liệu mà toàn bộ hoặc chủ yếu được cấu tạo bằng cỏc phần tử nhỏ và đài Độ bền cơ và độ dẻo khỏ cao, sản xuất thuận tiện, rẻ tiền Độ

bền điện và độ dẫn điện không cao, độ hút ẩm cao

* Go, giÊy vụ c„c t«ng:

+ G¢:

Là vật liệu sẵn có, dễ gia công, có đặc tính cơ t- ơng đối tốt

Nếu dùng gỗ làm cách điện thì phải tẩm cẩn thận Th- ờng dùng để chế

tạo chỉ tiết giá đỡ, cán cầu dao, nêm rãnh của máy điện

+ GiÊỀy vụ e,c táng:

Là những vật liệu hình tấm hoặc quấn lại thành cuộn chế tạo từ xơ

ngắn Thành phần chủ yếu là xenlulô Độ bền của giấy phụ thuộc vào độ

ẩm

+ C,c tang c,ch ®iOn: 2 loại

Loại để ngoài không khí: Cứng và đàn hồi (dùng lót rãnh máy điện, lõi cuộn dây, vòng đệm )

Loại dùng trong dầu: Có cấu trúc xốp và mềm hơn dùng chủ yếu trong dâu MBA Có tính tẩm dầu tốt và khi đó nó có độ bên điện cao

* VEt liOu dOt:

D- gc ché tao tit cdc loại xơ dài để làm vải, băng cách điện Nó có độ

bền cơ cao hơn giấy tẩm nh- ng đắt tiên và có độ bền điện nhỏ hơn

Vải và băng th- ờng dùng bảo vệ phần cách điện chủ yếu của máy điện và thiết bị điện chống tác dụng cơ từ phía ngoài Nó còn dùng để sản

xuất vải sơn cách điện (đó là vải đ- ợc tẩm sơn vừa có độ bền cơ vừa có độ

bền điện cao) dùng làm cách điện trong máy điện và thiết bị điện, trong các

sản phẩm cáp

* King dior

Trong suốt và mang mong < 0,02mm, lam bang polyme hữu cơ, đ- ợc

sản xuất thành từng cuộn Nó có độ bền cơ và điện cao dùng làm cách

điện cho máy điện, dây cáp, dây quấn

* ChEt dio:

+ ChEt dio:

Dùng rộng rãi trong kỹ thuật Nó có đặc điểm là d- ới tác dụng của sức

ép từ bên ngoài nó sẽ có hình dáng nhất định của khuôn ép

Dùng nhiều chất dẻo làm vật liệu cách điện cũng nh- làm vật liệu kết cấu Nhiều chất dẻo có độ bền cơ cao, đặc tính cách điện tốt và khá nhẹ

* VEt liOu cao su:

Cao su có đặc tính đàn hồi cao, tính ít thấm ẩm và ít thấm khí

+ Cao su tu nhi‘n:

Lay tit nhya (mu) cla cay cao su Rhi lam đông tụ mủ cao su và thải hết

tạp chất thì tách riêng đ- ợc cao su ra

Không dùng cao su nguyên chất vào việc sản xuất chất cách điện vì nó không chịu đ- ợc nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp cũng nh- tác dụng của dung

môi Để khắc phục nh- gc điểm đó ng- ời ta tiến hành l- u hoá cao su tức là

nung nóng lên sau khi cho thêm l- u huỳnh vào

+ Cao su teeng hip:

- Chế tạo từ dầu mỏ, r- ợu cồn và khí thiên nhiên

+ Cao su Bufa®ien: Sản xuất cao su dẻo và êbônit

* §iÖn mai lang tang hip:

- X«v£n:

Là chất lỏng không mầu và trong suốt, nặng hơn dầu mỏ Độ nhớt cao hơn đầu biến áp nhiều

- ChEt láng Silic h*u c¬:

Có ð nhỏ, độ hút ẩm nhỏ, độ bên nhiệt cao Có thể dùng tẩm tụ

điện nh- ng đắt tiền và độ bền cơ thấp

- ChEt lang Flo h=uc7:

Có tổn hao điện môi rất nhỏ, độ hút ẩm nhỏ không đáng kể và độ bền nhiệt cao Độ nhớt nhỏ, t- ơng đối dễ bay hơi, khả năng đảm bảo thoát nhiệt ra khỏi dây quấn và lõi từ của chất lỏng Flo hữu cơ mạnh hơn nhiều so với dầu mỏ

Ưu điểm: Không cháy đ- ợc, có độ bền chịu hồ quang cao nh- ng đắt tiền

Là chất không định hình, là hỗn hợp phức tạp của các hyđrôcácbon (cả

1 ít S và O;) Có mầu đen hoặc nâu sẫm, ở nhiệt độ khá thấp thì giòn và

sinh ra vết nứt có dạng vân đặc biệt

Không hoà tan trong r- ợu và n- ớc, không bền đối với dầu, có tính nhiệt dẻo Theo nguồn gốc chia làm 2 loại: Nhựa đ- ờng nhân tạo (gốc đầu

mỏ) và nhựa đ- ờng thiên nhiên (khoáng sản)

Nhựa đ- ờng chịu nhiệt càng cao thì có tính cách điện càng tốt, khi

nhiệt độ tăng lên thì tính cách điện giảm dần

* §iÖn mai s,p:

Là những chất rắn mầu trắng hoặo vàng t- ơi dễ nóng chảy, có cấu tạo

tinh thể, độ bền cơ thấp và ít hút ẩm Chúng đ- ợc dùng vào việc ngâm va tẩm Không

31

1.2.1.3 Vật liệu từ

a Khỏi niệm chung về vật liệu dẫn từ

Nguyờn nhõn chủ yếu gõy nờn từ tớnh của vật liệu là do cỏc

điện tớch luụn luụn chuyển động ngầm theo những quỹ đạo kớn tạo nờn những dũng điện vũng Đú là sự quay của cỏc điện tử xung

quanh trục của mỡnh gọi là cỏc Spin điện tử và sự quay của cỏc điện

tử trong nguyờn tử (theo quỹ đạo)

Nh- vay tinh dac tr-ng cho trạng thỏi sắt từ của cỏc chất là nú cú

độ nhiễm từ tự phỏt ngay cả khi khụng cú từ tr- ờng ngoài Mặc dự cú

những vựng từ hoỏ tự phỏt nh- ng mụmen từ của cỏc đụmen lại cú h- ớng khỏc nhau nờn từ thụng ở khụng gian bờn ngoài bằng khụng

Vật liệu dẫn từ là vật liệu khi đặt trong từ trường nú bị từ húa

cho phộp từ thụng chạy qua vật liệu

=B.S.coso = u.H.cos@

u— Hệ số từ thẩm

H- Cường độ từ trường

S- Tiết diện của vật liệu

đ- Gúc tạo bởi vecto B với phương vuụng gúc S

b Một số vật liệu dẫn từ

* VEt liOu t6 mOm: (C6 Hy nhỏ)

Cú độ từ thẩm cao, lực khỏng từ và tổn hao từ trễ nhỏ, đ- ợc

dựng làm lừi MBA, nam chõm điện, trong cỏc dụng cụ đo diện và

trong cỏc tr- ờng hợp cần cú cảm ứng từ lớn nhất với l- ợng tiờu phớ năng l- ợng nhỏ

- 93⁄t (thộp cỏc bon thấp): Vỡ điện trở suất t- ơng đối thấp nờn phần lớn chỉ dựng cho cỏc lừi từ Th- ờng dựng làm mạch từ cú từ

thụng khụng đổi

Trong s3⁄4t kủ thuất tỉnh khiết th- ong ca 1 l-ơng nhỏ C, S

lum xEu tYnh chEt t6 cha nd Vx điOn trộ t- >ng đội thEp n'‘n nó

Thộp là sản phẩm được nhận từ gang, thộp được sản xuất theo con đường sử dụng điờn, điện dung, lũ hỗ quang, lũ điện cảm ứng

Thộp cụng nghiệp là hợp kim luụn chứa: Cỏc bon và cú những

nguyờn tụ húa học ảnh hưởng đờn đặc tớnh kỹ thuật như; Si,Mn,

S,P,Cr,Cu, Al

Thộp chứa tỷ lệ 0,5 — 1,7% cỏc bon, nhiệt độ núng chảy 1535,

trọng lượng riờng: 7,86kg/dm?

Ứng dụng:

Vật liệu dẫn từ thường dựng là vật liệu sắt từ như thộp lỏ kỹ

thuật điện, thộp lỏ thường, thộp đỳc, thộp rốn, gang ớt được dựng vỡ

dẫn từ khụng tốt lắm

ở đoạn mạch cú từ thụng biến đổi tần số 50Hz thường dựng thộp

lỏ kỹ thuật dày 0,35- 0,5 mm cú pha thờm 2 — 5 % Niken bdộ tang

điện trở và giảm dũng điện xoỏy

Ở tần số cao hơn dựng thộp lỏ kỹ thuật dày 0,1 — 0,2 mm

Thộp tắm là hợp kim Fe — Si dựng làm lừi sắt mỏy biến ỏp, mỏy

điện với mục đớch giảm tổn thất điện ỏp trong lừi thộp

* VỆt liệu từ cứng: (cú Hạ lớn)

Theo thành phần, trạng thỏi, ph- ơng phỏp chế tạo vật liệu từ

cứng đ- ợc chia thành cỏc loại sau:

+ ThDp hp kim ho :

Chế tạo nam chõm vĩnh cửu Chỳng đ- ợc hợp kim hoỏ với cỏc

chất phụ nh- : Vonfram, Crụm, Cụban

+ Hip kim t6 cong đúc:

La hop kim cua 3 nguyờn tố AI - Ni - Fe (Aluni) Vỡ cú độ giũn

và cứng chỉ cú thể gia cụng bằng ph- ơng phỏp mài nờn khú chế tạo cỏc chi tiết cú kớch th- ớc

Loại đ- ợc biết đến nhiều nhất là Ferit bari: BaO 6Fe,O,

Th- ờng dựng để sản xuất nam chõm bari Chỳng cú tớnh ổn định

cao với tỏc dụng của từ tr- ờng ngoài, chịu đ- ợc lắc, va đập, điện trở

33

suất lớn Có thể dùng ở tần số cao Nh- ng độ bền cơ thấp, độ giòn

lớn, tính chất từ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

* VEt liOu t6 ca c«ng déng ®AEc biOt:

* Ferit:

Là vật liệu ôxit phức tạp, nó khác với các chất sắt từ là trị số từ

cảm nhỏ hơn, quan hệ giữa nhiệt độ và từ cảm phức tạp hơn và có điện trở suất cao hơn hoặc rất cao Nó không phải là kim loại Ferit

là gốm từ có thể xếp vào loại bán dẫn điện tử (vì có điện dẫn điện tử

không đáng kể) Năng ]- ợng tổn hao ở vùng tần số cao t- ơng đối

nhỏ làm cho Ferit đ- ợc dùng rộng rãi ở tân số cao Các Ferit lànhững

vật liệu cứng và giòn, không cho phép gia công bằng cắt gọt, chỉ có

thể mài hoặc đánh bóng

+ Ferit từ mềm: có trị số tổn hao lớn và tăng nhanh khi tần số tăng Có hằng số điện môi t- ơng đối lớn phụ thuộc vào tần số và thành phần của Ferit, khi tần số tăng £ giảm

+ Ferit từ cao tần: Ngoài Ferit từ mềm ở tân số cao có thể dùng

thép lá kỹ thuật điện hoặc Fecmalôi cán nguội và điện môi từ (Điện

môi từ chế tạo bằng cách nén bột sắt từ có chất kết dính cách điện) +Ferit có vòng từ trễ hình chữ nhật: Ð- ợc đặc biệt chú ý trong kỹ thuật máy tính để làm bộ nhớ, trong các thiết bị chuyển mạch

1.2.1.4 Vật liệu bán dẫn

a.Khái niệm tính chất điện của bán dẫn

Chất bán dẫn là một vật liệu có điện trở cao hơn so với chất

dẫn điện tốt như đồng hay sắt, nhưng thấp hơn so với chất cách điện như thuỷ tính hay cao su

(hình1.)

34

Một chất bán dẫn có các tính & p(Q

chat sau:

- Khi nhiệt độ tăng điện trở suất p của nó”)

thay đổi Điện trở suất bán dẫn tinh khiết

giảm mạnh khi nhiệt độ tăng Do đó ở

nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện rất kém

(giống như điện môi), còn ở nhiệt độ cao

bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống như kim

loại)

- Điên trở suất p của chất bán dẫn có giá trị 105

trung gian giữa kim loại và điện môi 109

- Bán dẫn có những tính chất khác biệt so

- Khi hoà trộn nó với một chất nhất định 10-10

tính dân điện của nó tăng

1020

1015

1010

- Điện trở của nó thay đổi mạnh khi có Hình 1.1: Điện

- Chất bán dẫn điển hình và được dùng liệu

phổ biến nhất là silic (Si) Ngoài ra, còn có

các chất bán dẫn

đơn chất khác như Ge, Se, các bán dẫn hợp chất như GeAs, CdTe, ZnS, nhiều ô xít, sunfua, sêlenua, telunua, .và một số chất polime

35

Trong các cảm biến của, máy xây dựng, ôtô cũng như các linh kiện khác, người ta ứng dụng sự phụ thuộc của điện trở bán dẫn vào nhiệt độ để làm điện trở bán dẫn Đó là các dụng cụ, các cảm biến

gồm một mẫu bán dẫn nối với hai dây dẫn Nhiệt điện trở dùng để đo

nhiệt độ, để điều chỉnh và khống chế nhiệt độ

Cặp êlectron - lỗ trống còn phát sinh khi ta chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào bán dẫn Do đó điện trở suất của bán dẫn giám khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào Đó là hiện tượng quang dẫn

Hiện tượng này được ứng dụng làm quang điện trở bán dẫn Điện trở

của nó giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào tăng

b Sự dẫn điện của bán dẫn có

tạp chất

Nếu bán dẫn S¡ có pha tạp chất, tức là các nguyên tir Si, còn có

các nguyên tử khác, thì tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất nhiều Chỉ cần một lượng rất nhỏ tạp chất (với tỷ lệ vài phần triệu), độ dẫn

điện của bán dẫn có thể tăng hàng vạn, hàng triệu lần Khi đó cùng với

sự dẫn điện riêng, còn có sự dẫn điện do tạp chất

c.Chất bán dẫn loại P

Nếu ta thêm vào tỉnh thể Silicium một chất

có hoá trị 3 (vòng ngoài cùng có 3 điện tử) như “⁄ U

Indium (hình 14), thì nguyên tử In dễ nối với /Ô œ@ `

điện tử Si theo liên ket cong hoa tri, còn liện kêt thứ ° “

tư bị bỏ trống nên rễ kết hợp với điện tử ở xung Seater -

quanh và tạo ra lỗ trống (hole) mang điện dương |

(hình 1.5) chính lỗ trống tự do này làm cho độ dẫn Hình 1.4 |

Tạp chất In pha vào bán dẫn Sỉ đã tạo nên lỗ

trống làm cho số lỗ trống số êlectron dẫn, tức là mật

độ lỗ trống lớn hơn mật độ êlectron lỗ trống là hạt

tải điện cơ bản (hay đa số), êlectron là hạt tải điện

không cơ bản (hay thiêu số) Đó là bán dẫn lỗ trống

hay bán dẫn loại P

Nếu ta pha hai loại tạp chất, chẳng hạn P và

In, vào bán dẫn Si, thì bán dẫn này có thể là loại P Hình 1.5

hay n tuỳ theo tỷ lệ giữa hai loại tạp chất

36

Các chất thường sử dụng làm tạp chất như: Indium (In), bo (B), phốt pho (P), arsenic (As), gallium (Ga),

Như vậy bằng cách chộn loại tạp chất và nồng độ tạp chất pha

vào bán dẫn, ta có thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mong muốn Đây chính

là một tính chất rất đặc biệt của bán dẫn, khiến cho nó có nhiều ứng

dụng

d Chất bán dẫn loại N

Giả sử trong mạng tỉnh thể Si có lẫn một nguyên tử phốt pho

(P).Nguyên tử phốt pho có năm électron ở lớp ngoài (hình 1.óa)

Trong đó bốn êlectron tham ra liên kết cộng hoá trị với nguyên tử Si ở

xung quanh Êlectron còn lại liên kết yếu với nguyên tử P, nên ngay ở

nhiệt độ thấp, nó đã có thể rễ dàng bứt khỏi nguyên tử P và trở thành

êlectron tư do (hình 1.6b) Nguyên tử P trở thành một ion dương, nằm tại nút

Như vậy tạp chất P đã tạo nên thêm các ® 1

êlectron dẫn, mà không làm tăng thêm số lỗ ¬ a

trống Do đó bán dẫn Si pha P có số êlectron

nhiều hơn số lỗ trống, tức là mật độ êlectron lớn

hơn mật độ lỗ trồng Ta gọi êlectron là hạt tải

điện cơ bản hay đa số, lỗ trống là hạt tải điện

không cơ bản hay thiểu số Bán dẫn như vậy

được gọi là bán dẫn êlectron hay bán dẫn loại N

e.Lớp chuyển tiếp P-N

* Sự hình thành lớp chuyển tiếp P-N

Lớp chuyên tiếp P-N được hình thành khi |

ta cho hai mẫu bán dẫn khác loại, loại p và loại

n, tiếp xúc với nhau (hình 1.7)

Khi có tiếp xúc, lỗ trống và êlectron khuếch tán

từ mẫu p sang mẫu n và ngược lại Tuy nhiên do

ở bán dẫn p, lỗ trống là hạt tải điện đa số, nên

dòng khuếch tán từ bán dẫn p sang n chủ yếu là

dòng lỗ trống Lỗ trống từ p sang n tái hợp với

électron ty do Do dé 6 phía bán dẫn n gần mặt =

phân cách hai mẫu bán dẫn không còn hạt tải Et

điện tự do nữa Ở đó chỉ có các ion tạp chất Hình 1.7: Lớp chuyến tiếp mang điện dương Tương tự từ phía n sang phía

p dòng khuếch tán chủ yếu là êlectron Phía p, gần mặt phân cách hai mẫu, có các

ion tap chat mang điện âm

Kết quả của sự khuếch tán là ở mặt phân cách giữa hai mẫu bán dẫn, bên

phía n có một lớp điện tích dương, bên phía bán dẫn p có một lớp điện tích âm

38