Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí ở cấp trình độ Cao đẳng và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo chuyên ngành. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: linh kiện thụ động; điốt bán dẫn; tranzitor BJT; thyríto - triac;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Mô đun: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ

TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo quyết định số: /QĐ-TrCDN-ĐT ngày tháng năm

Của Hiệu trưởng Trường cao đẳng cơ điện xây dựng Việt Xô)

Ninh Bình 2019

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được

phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh

doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Kỹ thuật điện tử là một trong những mô đun cơ sở của hệ cao đẳng nghề kỹ

thuật máy lạnh và điều hòa không khí Trong hệ thống các thiết bị máy lạnh và điều

hòa không khí với công nghệ ngày càng phát triển thì sự ứng dụng của kỹ thuật

điện tử nói chung và điện tử số nói chung ngày càng được thực hiện một cách triệt

để nhằm tạo ra sự tối ưu trong việc điều khiển chế độ, trạng thái làm việc cũng như

đảm bảo an toàn cho các thiết bị Để đáp ứng yêu cầu trên đòi hỏi học viên theo học

nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí phải có kiến thức, kỹ năng về kỹ

thuật điện tử vì vậy mô đun này sẽ giúp người học đáp ứng được yêu cầu trên

Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của

chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí ở cấp trình độ

Cao đẳng, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo chuyên

ngành Ngoài ra, tài liệu cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắn hạn hoặc cho

các kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật tham khảo Mô đun được triển khai sau các

môn học, mô đun kỹ thuật điện, Vật liệu điện, điện lạnh, an toàn điện lạnh

Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh Tác giả rất mong nhận

được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Ninh Bình, ngày tháng năm 2019

1 Trần Thế Cương- Chủ biê

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: Kỹ thuật điện tử

Mã mô đun: MĐ19

Thời gian mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 22giờ; Thực hành, thí nghiệm, bài tập, thảo luận: 34giờ; Kiểm tra: 4h)

I.Vị trí, tính chất của mô đun:

- Vị trí: Mô đun Điện tử cơ bản học sau các môn học chung và mộn học kỹ thuật điện

- Tính chất: Là mô đun kỹ thuật cơ sở

II Mục tiêu của mô đun:

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm

Hình thành tư duy khoa học phát triển năng lực làm việc theo nhóm

Rèn luyện tính chính xác khoa học và tác phong công nghiệp

III Nội dung mô đun:

1 Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:

Thực hành Thí nghiệm Bài tập Thảo luận

Kiểm tra

1 Bài 1: Linh kiện thụ động

1 Điện trở

1.1 Ký hiệu, phân loại

1.2 Các đọc thông số và kiểm tra

2 Tụ điện

1.1 Ký hiệu, phân loại

1.2 Các đọc thông số và kiểm tra

3 Cuộn cảm

3.1 Ký hiệu, phân loại

3.2 Các đọc thông số và kiểm tra

0.5

3 0.25 0.5 0.25

2

1

0.25 0.25

0.5

3

3 0.25 0.5 0.25

2.1 Điốt – Tranzitor quang

2.2 Điốt – Triac quang

7 Bài 07 : Mạch biến đổi AC/DC

1 Khái quát chung

4.5

3

1

2 1.5

1.5 0.5

1

8 Bài 08 : Mạch biến đổi AC/AC

1 Khái quát chung

1

3 0.5 0.5

2

1 0.5 0.5

1 0.5 0.5

9 Bài 12 : Mạch biến đổi DC/AC

1 Khái quát chung

3

3 0.5 0.5

2

3

1

1 0.5 0.5

1 0.5 0.5

2.0

0.2

1 0.5

4.0

2

1

2

0.5 0.8 0.4 0.4

1

2

2.0

2 Cộng: 60 22 34 4

MỤC LỤC

1 Bài 1: Linh kiện thụ động

1 Điện trở

1.1 Ký hiệu, phân loại

1.2 Các đọc thông số và kiểm tra

2 Tụ điện

1.1 Ký hiệu, phân loại

1.2 Các đọc thông số và kiểm tra

3 Cuộn cảm

3.1 Ký hiệu, phân loại

3.2 Các đọc thông số và kiểm tra

2.1 Điốt – Tranzitor quang

2.2 Điốt – Triac quang

3 Vi mạch

Kiểm tra

87

7 Bài 07 : Mạch biến đổi AC/DC

1 Khái quát chung

8 Bài 08 : Mạch biến đổi AC/AC

1 Khái quát chung

9 Bài 09 : Mạch biến đổi DC/DC

1 Khái quát chung

10 Bài 10 : Mạch biến đổi DC/AC

1 Khái quát chung

BÀI 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG

Mã bài MĐ19.01 Giới thiệu:

Linh kiện thụ động là linh kiện tuy đóng vai trò phụ trợ trong các mạch điện

tử nhưng nó lại được sử dụng nhiều trong các mạch với vai trò, chức năng khác nhau Trong quá trình làm việc do tác động của nhiều yếu tố chúng có thể bị hư hỏng và làm cho các mạch chức năng không hoạt động hoặc hoạt động không theo đúng yêu cầu vì vậy đòi hỏi kỹ thuật viên cần có sự hiểu biết về chúng cũng như các kỹ năng như nhận dạng, kiểm tra linh kiện

Điện trở là linh kiện có chức năng hạn chế dòng điện trong mạch Chúng có

tác dụng như nhau trong cả mạch điện một chiều lẫn xoay chiều và chế độ làm việc của điện trở không bị ảnh hưởng bởi tần số của nguồn xoay chiều

+ Kí hiệu và hình biểu diễn:

Điện trở có thể phân loại dựa vào cấu tạo hay dựa vào mục đích sử dụng mà

nó có nhiều loại khác nhau

a, Tuỳ theo kết cấu của điện trở mà người ta phân loại:

 Điện trở than (carbon resistor)

Người ta trộn bột than và bột đất sét theo một tỉ lệ nhất định để cho ra những trị số khác nhau Sau đó, người ta ép lại và cho vào một ống bằng Bakelite Kim loại ép sát ở hai đầu và hai dây ra được hàn vào kim loại, bọc kim loại bên ngoài để giữ cấu trúc bên trong đồng thời chống cọ xát và ẩm Ngoài cùng người ta sơn các vòng màu để cho biết trị số điện trở Loại điện trở này dễ chế tạo, độ tin cậy khá tốt nên nó rẻ tiền và rất thông dụng Điện trở than có trị số từ vài Ω đến vài chục MΩ Công suất danh định từ 0,125 W đến vài W

 Điện trở màng kim loại (metal film resistor)

Loại điện trở này được chế tạo theo qui trình kết lắng màng Ni – Cr trên thân gốm có xẻ rãnh xoắn, sau đó phủ bởi một lớp sơn Điện trở màng kim loại có trị số điện trở ổn định, khoảng điện trở từ 10 Ω đến 5 MΩ Loại này thường dùng trong các mạch dao động vì nó có độ chính xác và tuổi thọ cao, ít phụ thuộc vào nhiệt độ Tuy nhiên, trong một số ứng dụng không thể xử lí công suất lớn vì nó có công suất danh định từ 0,05 W đến 0,5 W Người ta chế tạo loại điện trở có khoảng công suất danh định lớn từ 7 W đến 1000 W với khoảng điện trở từ 20 Ω đến 2 MΩ Nhóm này còn có tên khác là điện trở công suất

 Điện trở oxit kim loại (metal oxide resistor)

Điện trở này chế tạo theo qui trình kết lắng lớp oxit thiếc trên thanh SiO2 Loại này có độ ổn định nhiệt cao, chống ẩm tốt, công suất danh định từ 0,25 W đến 2 W

 Điện trở dây quấn (wire wound resistor)

Làm bằng hợp kim Ni – Cr quấn trên một lõi cách điện sành, sứ Bên ngoài được phủ bởi lớp nhựa cứng và một lớp sơn cách điện Để giảm tối thiểu hệ số tự cảm L của dây quấn, người ta quấn ½ số vòng theo chiều thuận và ½ số vòng theo chiều nghịch

Điện trở chính xác dùng dây quấn có trị số từ 0,1 Ω đến 1,2 MΩ, công suất danh định thấp từ 0,125 W đến 0,75 W Điện trở dây quấn có công suất danh định cao còn được gọi điện trở công suất Loại này gồm hai dạng:

- Ống có trị số 0,1 Ω đến 180 kΩ, công suất danh định từ 1 W đến 210 W

- Khung có trị số 1 Ω đến 38 kΩ, công suất danh định từ 5 W đến 30 W

* Điện trở ôxýt kim loại:

Điện trở ôxýt kim loại được chế tạo bằng cách kết lắng màng ôxýt thiếc trên thanh thuỷ tinh đặc biệt Loại điện trở này có độ ẩm rất cao, không bị hư hỏng do quá nóng và cũng không bị ảnh hưởng do ẩm ướt Công suất danh định thường là 1/2W với dung sai 2%

b, Phân loại theo tính chất và công dụng:

* Điện trở thường: Là các loại điện trở được sử dụng rộng rài nhất Nó có một

số đặc điểm như sau:

- Công suất nhỏ, khả năng chịu dòng thấp

- Có kích tước nhỏ

- Trị số điện trở nằm trong phạm vi rộng

* Điện trở công suất: Là loại điện trở dây quấn có khả năng cho phếp tiêu thụ công suất lớn Loại điện trở này thường có kích thước lớn trị số điện trở nhỏ và được dùng nhiều trong các mạch nguồn và mạch khuếch đại công suất

* Biến trở (Vairable Resistor: VR) (chiết áp)

Là loại điện trở R có thể thay đổi được giá trị trong một khoảng nào đó Nó thường có 3 chân (đối với biến trở đơn)

Hình 1.3: Kí hiệu, hình dáng thực tế của biến trở:

Về cấu tạo biến trở gồm một điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung góc 270o Có một trục xoay ở giữa nối với một con trượt làm bằng than (cho biến trở dây quấn) hay làm bằng kim loại (biến trở than), con trượt sẽ ép lên mặt điện trở để tạo kiểu nối tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoay trục

Hình 1.2: Hình biểu diễn và hình ảnh thực tế của điện trở thường

Hình 1.4: Cấu tạo bên trong của biến trở xoay

Trong kỹ thuật điện tử biến trở thường được dùng nhiều trong ngành điện tử thuận tiện cho việc điều chỉnh mạch điện và âm lượng

* Điện trở nhiệt (Thermistor - th) (nhiệt trở):

Hình 1.5: Hình biểu diễn và một số loại điện trở nhiệt trong thực tế

Điện trở nhiệt là loại điện trở có trị số thay đổi đáng kể theo nhiệt độ làm việc Căn cú vào sự biến đổi trị số theo nhiệt độ ta có hai loại điện tở nhiệt

+ Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm: là loại nhiệt trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì trị

số điện trở giảm xuống và ngược lại Dùng ổn định nhiệt cho các tầng khuếch đại + Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương: là loại nhiệt trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì trị số nhiệt trở tăng lên Dùng làm cảm biến nhiệt cho các hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ

* Quang trở:

Quang trở có trị số điện trở lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào cường độ chiếu sáng vào

nó Độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở có trị số càng nhỏ và ngược lại

Hình 1.6: Hình biểu diễn và một số quang trở thực tế

2

Quang trở thường được chế tạo từ chất Sulfur - catmium nên trên ký hiệu thường ghi chữ Cds

Khi điện trở khi điện trở quang không có ánh sáng chiếu vào thì trị số của chúng khoảng vài trăm K đến vài M, khi chúng được chiếu sáng khoảng vài trăm  đến vài K

Trong kỹ thuật Quang trở thường được dùng trong các mạch tự động điều khiển bằng ánh sáng, báo động…

* Điện trở cầu chì (Fusistor : F):

Điện trở cầu chì có tác dụng bảo vệ quá tải như các cầu chì của hệ thống điện nhà nhưng nó được dùng trong các mạch điện tử để bảo vệ cho mạch nguồn hay các mạch có dòng tải lớn như các transistor công suất Khi có dòng điện qua lớn hơn trị số cho phép thì điện trở sẽ bị nóng và bị đứt

Điện trở cầu chì có trị số rất nhỏ khoảng vài mΩ

* Điện trở tuỳ áp (Voltage Dependent Resstor: VDR):

Điện trở tùy áp là loại điện trở có trị số thay đổi theo điện áp đặt vào hai cực Điện trở tùy áp có Đặc điểm như sau:

+ Khi điện áp giữa hai cực ở dưới trị số quy định thì VDR có trị số điện trở rất lớn coi như hở mạch

+ Khi điện áp giữa hai cực tăng cao quá mức qui định thì VDR có trị số giảm xuống còn rất thấp coi như ngắn mạch Điện trở tùy áp được biểu diễn như sau:

Điện trở tuỳ áp có hình dáng giống như điện trở nhưng nặng như kim loại

Trong kỹ thuật VDR thường được mắc song song các cuộn dây có hệ số tự cảm lớn để dập tắt các điện áp cảm ứng quá cao Khi cuộn dây bị mất dòng điện độ ngột, tránh làm hư các linh kiện khác trong mạch

l

R  Trong đó:

R: Điện trở của một vật dẫn

: Điện trở suất của vật dẫn chế tạo điện trở

l: Chiều dài của vật dẫn

S: Tiết diện mặt cắt của vật dẫn

* Dung sai (sai số) của điện trở:

Dung sai hay sai số của điện trở biểu thị mức độ chênh lệch giữa trị số thực tế của điện trở so với trị số danh định mà được tính theo %:

%100





dd

dd tt

R

R R

Sai số % gồm các cấp: 1%, 2%, 5%, 10% và 20%

* Công suất danh định:

Công suất danh định là công suất tiêu tán lớn nhất trên điện trở mà không làm điện trở nóng quá PR  2P

Công suất của điện trở được nhà chế tạo qui ước thay đổi theo kích thước lớn hay nhỏ với trị số gần như đúng như sau:

+ Công suất 1W có chiều dài 1,2cm

+ Công suất 2W có chiều dài 1,6cm

+ Công suất 4W có chiều dài 2,4cm

Những điện trở có công suất lớn hơn thường là điện trở dây quấn

1.3 Đọc các tham số của điện trở:

a Cách đọc giá trị điện trở:

* Biểu thị giá trị điện trở bằng số và chữ:

Đọc trực tiếp trên thân điện trở có ghi trị số và đơn vị Ώ

Cách đọc điện trở:

- Chữ E, R ứng với đơn vị 

- Chữ K ứng với đơn vị k

- Chữ M ứng với đơn vị M

- Trị số trước đơn vị sau:

- Đơn vị xen giữa trị số

- Đơn vị đứng trước

* Ví dụ: Đọc các điện trở sau: 15R, 1M5, K22  Điện trở lần lượt có giá trị là

R = 15 ; 1,5M; 0,22 k

* Biểu thị giá trị điện trở theo thập phân:

Vì thân điện trở nhỏ nên khó ghi được nhiều số và đơn vị Vì vậy người ta thống nhất đơn vị là , để tránh ghi nhiều số người ta chỉ ghi một số có 3 chữ số trong đó:

- Hai số đầu là 2 số của trị số điện trở

- Số thứ 3 là số các chữ 0 thêm vào tiếp theo bên phải của hai số trước

* Biểu thị trị số điện trở bằng các vạch mầu:

Thông thường dùng 3 vòng, 4 vòng hay 5 vòng màu để biểu thị giá trị điện trở Khi đọc giá trị của điện trở vạch mầu thì ta phải tuân thủ theo bảng quy ước mã mầu quốc tế như sau:

Bảng quy ước mã màu quốc tế:

,2

%20)1022(

%20)321



Ví dụ: Đỏ vòng 1

Đỏ vòng 2 Vàng vòng 3 Vàng kim vòng 4

Do đó giá trị điện trở của vòng này là:

%5220

%5)1022(4)321

+ Vòng 5 : là vòng sai số (V5)

5 )

4 3 2 1

Vòng 4: Đỏ Vòng 5: Vàng

Do đó giá trị của điện trở này là:

%256

%2)10560(5)4321

R2: xanh dương, xám, nâu, nhũ vàng

R3: nâu, đen, đen, đỏ, đỏ, nhũ vàng

Chú ý:

+ Vòng 1 là vòng gần mép điện trở nhất, tiếp theo là vòng 1,2,3

+ Điện trở 5 vòng màu có độ chính xác cao hơn điện trở 4 vòng màu và điện trở 3 vòng màu

b Cách mắc điện trở:

Thông thường trong thực tế thì người ta không sản xuất điện trở có đầy đủ tất cả trị số từ nhỏ nhất đến lớn nhất nên trong quá trình sử dụng ta mắc điện trở trong mạch Có hai cách mắc điện trở là: mắc nối tiếp, mắc song song

* Mắc nối tiếp:

Xanh lá

Đen Xanh dương

Đỏ Vàng

Hình 1.8: Phương pháp mắc nối tiếp các điện trở

Nếu dùng 3 điện trở ghép nối tiếp nhau như hình 1.8

Theo định luật Ohm ta có:

I R U

I R U

3 3

2 2

1 1

Tổng số điện áp trên 3 điện trở chính là điện áp nguồn nên ta có:

3 2 1

3 2 1 3

2 1

3 2 1

) (

R R R R

I U I R R R I R I R I R U

U U U U

R R

R R

1 2

1 (2) Lưu ý: khi sử dụng điện trở phải biết hai đặc trưng kỹ thuật của điện trở là trị

số điện trở R và công suất tiêu tán PR của điện trở

Nếu các điện trở trong mạch mắc nối tiếp có trị số R khác nhau trì việc tính công suất tiêu tán của điện trở tương đương sẽ phức tạp Do vậy, để đơn giản nên chọn các điện trở có cùng trị số mắc nối tiếp thì ta có:

Giả sử: R1 = R2= R3 = 1 k

W2

1

3 2

R P P P

 Điện trở tương đương: R = 3.R1 = 3 k

Công suất tiêu tán của điện trở tương đương:

W2

3W2

133

1

1   R   

R P P

Kết luận: khi điện trở mắc nối tiếp sẽ làm tăng giá trị số điện trở và tăng công suất tiêu tán

* Mắc song song:

Hình 1.9: Phương pháp mắc điện trở mắc song song

Theo định luật Ohm ta có:

2 2

1 1

R

U I R

U I R U I

Tổng số dòng điện trên 3 điện trở chính là dòng điện I của nguồn cung cấp nên ta có

1 1

3 2 1 3 2 1

1 1 1 1 1 1

1 1

R R R R R

U R R R U I

R

U R

U R

U I I I I

R là điện trở tương đương của 3 điện trở mắc song song

Tương tự như cách mắc nối tiếp, để tính công suất tiêu tán đơn giản nên chọn các điện trở có cùng trị số ghép song song với nhau:

Giả sử: R1 = R2= R3 = 6 k

W 2

1 3 2

6 3

3 1 1 1

1 3 2 1

Công suất tiêu tán của điện trở tương đương là: W

2 3 W 2 1 3 3

R

1 1

1 1 1

(1) Khi mắc điện trở song song sẽ làm tăng công thêm công suất tiêu tán nhưng làm giảm trị số điện trở

* Ngoài hai cách trên ta có thể mắc hỗn hợp tức là điện trở vừa mắc nối tiếp kết hợp với cả mắc song song

Áp dụng các hệ thức (1) và (2) cho mạch điện hình ta có:

Rtđ =

4 3

4 3 2 1

R R

R R R R

Cách đo điện trở cố định (R): Để thang đo của đồng hồ vạn năng ở vị trí đo

, chỉnh không que đo Sau đó cặp 2 đầu que đo vào hai đầu điện trở Giá trị (trị số) điện trở bằng thang đo nhân chỉ số khắc độ trên thang đọc nếu:

+ Trị số đọc được trên đồng hồ đo bằng trị số đọc được ghi trên điện trở thì điện trở tốt

+ Trị số đọc được trên đồng hồ đo lớn hơn trị số đọc được ghi trên điện trở thì điện trở bị tăng trị số (hỏng phải thay điện trở khác đúng trị số và công suất)

+ Kim đồng hồ không lên thì điện trở bị đứt (hỏng phải thay điện trở khác đúng trị số và công suất)

- Chú ý khi đo:

+ Không tham gia nội trở của người vào phép đo

+ Nếu chưa ước lượng được giá trị R thì để thang đo lớn nhất rồi dựa vào trị

số cụ thể trên đồng hồ xoay thang đo sao cho thích hợp

+ Lưu ý đo thang nào phải chỉnh không thang đó

Cách đo điện trở bíên đổi (VR): Bằng cách cặp 2 đầu que đo vào 2 chân của biến trở để đo điện trở cố định, sau đó dời 1 trong 2 que đo vào chân giữa, rồi dùng tay từ từ xoay trục điều khiển theo chiều kim đồng hồ và ngược lại nếu:

+ Kim đồng hồ lên xuống một cách từ từ  VR tốt

+ Trong quá trình vặn có vài vị trí kim đứng lại hay nảy vạch  biến trở bị mòn hay do tiếp xúc không tốt

2.1 Ký hiệu, cấu tạo:

Tụ điện là loại linh kiện thụ động có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường Trong kỹ thuật điện tử tụ điện được sử dụng rất nhiều với các vai trò khác nhau như lọc nguồn một chiều, lọc nhiễu tần số cao, truyền dẫn tín hiệu xoay chiều hoặc là phần chính trong các mạch dao động cộng hưởng LC Trong các mạch điện nói chung và mạch điện tử nói riêng tụ điện được biểu diễn bằng hình vẽ qui ước và ký hiệu như sau:

Hình 1.10: Hình qui ước và ký hiệu của tụ điện

C

 là hằng số điện môi tuỳ thuộc vào chất cách điện

S diện tích bản cực (m2

)

d Bề dày lớp điện môi

Hằng số điện môi của một số chất cách điện thông dụng để làm tụ điện có trị

Đơn vị của điện dung:

+ Đơn vị cơ bản: Fara (F) Fa ra là một trị số điện dung rất lớn nên trong thực tế chỉ dùng ước số của Fara là:

2.3 Phân loại và cấu tạo:

* Cấu tạo:

- Tụ điện gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn

điện đặt song song nhau, ở giữa là một chất cách điện gọi

là điện môi

- Chất cách điện thông thường để làm điện môi

trong tụ điện là giấy, dầu, mica, gốm, không khí…

- Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện

Thí dụ: tụ giấy, tụ dầu, tụ gốm, tụ không khí……

* Phân loại tụ điện:

Khi phân loại tụ điện ta có thể dựa vào nhiều tiêu chí khác nhau như hình dạng của tụ, chất điện môi được sử dụng trong tụ điện hoặc tính chất làm việc của

tụ điện Trong thực tế kỹ thuật khi sử dụng tụ điện ta thường phân loại tụ điện theo tính chất làm việc của tụ, khi đó ta có hai loại tụ điện như sau:

* Tụ điện một chiều (Tụ hoá):

Tụ điện một chiều là loại tụ có sự phân cực, tụ điện có hai cực dương(+) và

âm (-) Khi làm việc điện thế đặt vào cực dương của tụ phải lớn hơn hoặc bằng điện thế đặt vào cực âm, nếu không thỏa mãn điều kiện trên tụ sẽ bị hư hỏng

Tụ một chiều thường Có điện dung lớn từ 1 µF đến 10.000 µF Tụ được chế tạo với bản cực nhôm và cực dương có bề mặt hình thành lớp oxit nhôm và lớp bọt khi có tính cách điện để làm chất điện môi lớp oxit 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

- Ký hiệu và hình dáng thực tế tụ hoá:

Kí hiệu

Hình 1.11: Hình vẽ qui ước và hình dạng thực tế của tụ một chiều

* Tụ Xoay chiều(tụ thường):

Tụ điện xoay chiều là loại tụ không có sự phân cực Tụ điện một chiều có thể làm việc được cả ở macgj xoay chiều lẫn mạch một chiều Trong các mạch điện tử

tụ xoay chiều được sử dụng thường có trị số điện dung nhỏ Tụ xoay chiều có nhiều hình dạng khác nhau như tròn, dẹt vvv điện áp làm việc cao lên đến vài trăm vôn

2.4 Xác định thông số của tụ điện

Khi sử dụng tụ điện trong quá trình lắp ráp hoặc sửa chữa các mạch điện tử

ta cần phải biết được các thông số của tụ để việc sửa lắp ráp, thay thế một cách chính xác Với tụ điện các nhà sản xuất thường sử dụng các phương pháp khác nhau để biểu diễn các thông số của tụ trên vỏ tụ bảo gồm:

* Phương pháp ghi trực tiếp:

Ở hầu hết các loại tụ điện một chiều cũng như tụ điện xoay chiều có kích thức lớn thì 2 thông số cơ bản của tụ là điện dung và điện áp làm việc thường được ghi trực tiếp ngoài vỏ của tụ điện

* Phương pháo sử dụng 3 số và chữ cái>

Phương pháp này thường áp dụng cho các tụ điện xoay chiều có kích thước nhỏ có hình dạng dẹt khi đó trên vỏ tụ người ta sử dụng 3 chữa số và 1 chữ cái để biểu diễn trị số điện dung và sai số chế tạo:

Phương pháp dùng các vạch màu để biểu diễn điện dung của tụ thường được

sử dụng cho các loại tụ có hình dạng tròn giống như các loại điện trở thường ở phương pháp này cách đọc trị số của tụ theo mã màu giống như cách đọc trị số của điện trở theo mã màu

Ví dụ: đỏ - đỏ - nâu - vàng kim  C= 220 pF ± 5%

Hình 1.12: Hình vẽ qui ước và hình dạng thực tế của tụ xoay chiều

2.5 Cách mắc tụ điện:

* Tụ điện mắc nối tiếp:

Hai tụ điện mắc nối tiếp điện dung là C1, C2 có dòng điện nạp I nên điện tích của 2 tụ nạp được sẽ bằng nhau do Q= I.t

Điện tích nạp được vào tụ tính theo công thức sau:

2 2 1 1 2 2 1

C

Q U C

Q U U C U C

Gọi C là tụ điện tương đương của C1, C2 mắc nối tiếp thì ta có:

C

Q U U C

Mà U U1U2 nên

2 1 2

1

1 1 1

C C C C

Q C

Q C

111

Ta thấy, công thức tính điện dung của tụ điện mắc nối tiếp có dạng như công thức tính điện trở mắc song song

Ngoài điện dung, tụ điện còn có 1 thông số kỹ thuật quan trọng là điện áp làm việc (WV) Để tính điện áp làm việc của tụ điện tương đương được thì ta đơn giản chọn các tụ điện mắc nối tiếp có cùng thông số C và WV

Ví dụ: hai tụ điện C1, C2 có cùng trị số là 10 µF, 25 V khi mắc nối tiếp là tụ

C tương đương là:

- Điện dung:

F C

C C

2

10 10

2 10

1 10

1 1 1 1

2 1

- Điện áp làm việc

U = 25V+25V = 50V Kết luận: Khi mắc nối tiếp là tụ điện sẽ cho ra tụ điện tương đương có điện dung nhỏ hơn và điện áp làm việc lớn hơn

* Tụ điện mắc song song:

U C Q

2 2

1 1

Gọi điện dung C là điện dung tương đương của 2 tụ C1, C2 và Q là điện tích nạp vào tụ C thì ta có : Q = U.C

Mà điện tích nạp vào C1, C2 bằng điện tích nạp vào C nên:

2 1

2 1 2

C C C

U C C U C Q

Q Q

C C

C

1 2

- Tụ điện dùng đẻ ngăn dòng điện một chiều và cho dòng xoay chiều đi qua

vì vậy tụ dùng làm nối tầng trong các mạch khuếch đại

- Tụ dẫn điện ở tần số cao nên dùng vào việc thiết kế loa bổng, loa trầm Hình 1.14: Sơ đồ kết nối song song các tụ điện

- Tụ nạp xả điện trong mạch lọc nguồn xoay chiều tạo ra nguồn một chiều (mạch chỉnh lưu) bằng phẳng, giảm bớt mức gợn sóng của dòng điện xoay chiều hình sin

- Tụ dùng để kết hợp với R, L để tạo thành mạch cộng hưởng dùng trong chọn sóng, lọc sóng âm thanh

2.4 Đo, kiểm tra chất lượng:

Dùng đồng hồ vạn năng để thang đo điện trở, dùng 2 que đo kẹp vào 2 chân của tụ và quan sát:

- Nếu kim vọt lên n và trở về   tụ tốt

- Nếu kim vọt lên n nhưng không trở về hoặc trở về cách  một khoảng 

tụ bị hỏng hoặc bị dò

- Nếu kim vọt lên bằng 0   tụ bị nối tắt

- Nếu kim không nhúc nhích  tụ bị khô

* Ký hiệu và đơn vị của cuộn cảm:

- Đơn vị: Henry (H), trong thực tế thường dùng các ước số của Henry là miliHenry (mH) và micro (µH)

* Phân loại:

- Cuộn cảm một lớp: thường dùng ở tần số cao hơn 1,5 Mhz, có thể quấn sát nhau hay quấn cách bước (hình 20) Cuộn cảm một lớp quấn cách bước có hệ số chất lượng và độ ổn định cao (Q = 150 - 400), chủ yếu dùng trong các mạch sóng ngắn và sóng cực ngắn Với các cuộn cảm số điện cảm lớn hơn 15 µH ta có thể quấn một lớp sát nhau cuộn cảm quấn sát nhau cũng có chất lượng cao và dùng nhiều trong những mạch sóng ngắn, sóng trung (với L không quá 200 µH)

Hình1.16: Cuộn cảm một lớp lõi không khí

- Trong các máy thu có băng sóng ngắn, cuộn cảm dao động một lớp thường dùng cốt bằngnhựa hoá học có đường kính 8-20 mm, dây quấn là dây sơn men cchs điện đường kính 0,4-0,8 mm với cuộn cảm ghép dùng dây nhỏ hơn (0,1-0,2 mm)

- Cuộn cảm nhiều lớp: Cuộn cảm có điện cảm trên 100 µH thường quấn nhiều lớp và dùng ở tần số dưới 2,5 Mhz như cuộn cảm ở băng sóng trung, sóng dài

Hình1.17: Cuộn cảm nhiều lớp, nhiều đoạn

- Để giảm điện dung tạp tán, nâng cao hệ số chất lượng ta thường quấn tổ ong và quấn phân đoạn

- Cuộn cảm hình xuyến: lõi là 1 vòng hình nhẫn và dây sẽ được quấn trên đó

- Cuộn cảm có hình mạng nhện: Các vòng dây được quấn trên 1 tán tròn xẻ rãnh

- Cuộn cảm có bọc kim: Để loại trừ can nhiễu do các điện từ trường ởt xung quanh hoặc do các cuộn cảm ở gần ảnh hưởng thì ta phải bọc quanh cuộn cảm 1 vỏ

bằng kim loại (thường là nhôm) để cách ly Do bọc kim nên các thông số của cuộn cảm thay đổi, điện cảm và hệ số chất lượng giảm, điện dugn tạp tán tăng Các thông

số này thay đổi càng nhiều khi vỏ bọc càng gần cuộn dây, vì vậy vỏ bọc phải có đường kính đủ lớn

- Cuộn cảm có lõi từ: thường dùng trong bộ lọc trung tần (biến áp trung tần)

và mạch dao động trong máy thu Thay đổi vị trí tương đối của lõi sắt từ với cuộn dây sẽ điều chỉnh được điện cảm của cuộn dây

- Cuộn cảm âm tần: với lõi sắt bằng vật liệu sắt từ, loại này thường dùng trong bộ lọc nguồn điện

3.2 Các tham số cơ bản:

Những tham số cơ bản của cuộn cảm là: Điện cảm, hệ số chất lượng, điện dung tạp tán, hệ số nhiệt, dòng điện làm việc của cuộn cảm, số vòng dây của cuộn cảm

Cuộn cảm có chất lượng càng cao thì tổn hao năng lượng càng nhỏ Do vậy,

ta gọi trị số nghịch đảo cuả tổn hao là hệ số chất lượng và ký hiệu là Q

r

fl tg

Các cuộn cảm dùng trong các thiết bị vô tuyến điện tử dân dụng cần có hệ số phẩm chất là 40, có nhiều bộ phận cần đến 300 như cuộn cảm trong mạch dao động

c Điện dung tạp tán:

Những vòng dây và các lớp dây tạo nên một điện dung, có thể xem như cómttọ tụ điện mắc song song với cuộn cảm, điện dung này làm giảm chất lượng cuộn cảm Cuộn cảm một lớp có điện dung tạp tán bé nhất (1-3pF), cuộn cảm nhiều

lớp có điện dung tạp tán khoảng (3-5) pF Bằng cách quấn phân đoạn hay quấn tổ ong sẽ làm giảm điện dung này

3.3 Đọc các tham số của cuộn cảm:

* Cách đọc:

Thường được nhà sản xuất ghi rõ giá trị trên thân cuộn cảm

* Cách mắc cuộn cảm:

+ Mắc nối tiếp:

Hình 1.18: Cuộn cảm mắc nối tiếp

Hai cuộn dây L1 và L2 mắc nối tiếp có hệ số tự cảm tương đương là L tính như điện trở nối tiếp:

L = L1 + L2

+ Mắc song song:

Hai cuộn dây L1 và L2 mắc song song tự

cảm tương đương là L tính như điện trở mắc

song song:

2 1

111

L L

L   Hình 1.19: Cuộn cảm mắc song song

3.4 Các linh kiện cùng nhóm và ứng dụng:

- Cuộn cảm lõi sắt thường Xl lớn nó được gọi là cuộn

cảm chúng có thể được dùng trong hai trường hợp sau:

+ Dùng để điều khiển dòng điện trong mạch xoay

chiều (trong mạch điện huỳnh quang, hộp quạt trần)

+ Dùng để trong mạch 1 chiều sau chỉnh lưu phẳng

hơn

- Cuộn cảm có lõi không khí trị số XL nhỏ hơn, nó

được dùng làm cuộn cảm tần số radio, nó hạn chế dòng điện xoay chiều cao tần đi qua, nghĩa là chúng thường được dùng để loại bỏ tín hiệu cao tần ra khỏi mạch khi trong mạch có tín hiệu cao tần và tần số thấp Điện cảm nhỏ tạo điện kháng thấp nhưng lại tạo ra điện kháng cao đối với tần số radio

- Cuộn cảm lõi Ferit kết hợp với tụ điện thường dùng trong mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng cuộn dây có thể có điện cảm thay đổi được bằng cách bố trí cho lõi đặt vào giữa cuộn dây tần số cộng hưởng:

f =

LC



21

- Micro điện động: là loại linh kiện điện tử dùng để đổi chấn động âm thanh

ra dòng điện xoay chiều (còn gọi là tín hiệu xoay chiều) Về cấu tạo, micro gồm một màn rung làm bằng polystirol có gắn một ống dây nhúng đặt nằm trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu

- Loa điện động: là loại linh kiện điện tử dùng để đổi dòng điện xoay chiều ra chấn động âm thanh Về cấu tạo, loa gồm có một nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường đều, một cuộn dây được đặt nằm trong từ trường của nam châm và cuộn dây được gắn dính với màng loa, màng loa có hình dạng hình nón làm bằng loại giấy đặc biệt Cuộn dây có thể rung động trong từ trường của nam châm

3.5 Đo, kiểm tra chất lượng:

Rơ le cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị điện tử, nguyên lý hoạt động của Rơle là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua cuộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tác

về cơ khí như đóng mở tiếp điểm, đóng mở các hành trình của một thiết bị tự động

Câu hỏi và bài tập:

1) Phân loại điện trở và phạm vi ứng dụng;

2) Trình bày cách xác định trị số điện trở thông qua các vạch màu;

3) Điểm khác nhau cơ bản giữa tụ điện xoay chiều và tụ điện 1 chiều;

4) Nêu ý nghĩa của các thông số của tụ điện;

5) Nêu vai trò của cuộn cảm trong các mạch điện tử

để tạo ra các thông tin tín hiệu, biến đổi và xử lí thông tin, là nền tảng cấu tạo nên thiết bị điện tử Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học, công nghệ, nhất là công nghệ bán dẫn, trong các thiết bị điện tử, chúng ta gặp chủ yếu là linh kiện bán dẫn

Mục tiêu:

- Trình bày được đặc điểm cấu tạo và đặc tính làm việc của các loại điốt cũng như phạm vi ứng dụng của chúng;

- Nhận dạng, phân loại được các loại đi ốt;

- Xác định được các cực và kiểm tra được tình trạng kỹ thuật của điốt

1.1 chất bán dẫn tinh khiết(chất bán dẫn thuần)

Người ta đã nghiên cứu và đưa ra kết luận: dòng điện trong các chất dẫn điện

là do các điện tử tự do chạy theo một chiều nhất định mà sinh ra Còn dòng điện trong chất bán dẫn không những do sự di chuyển có hướng của các điện tích âm (điện tử), mà còn là sự di chuyển có hướng của các điện tích dương (lỗ trống) Bán dẫn thuần : là bán dẫn duy nhất không pha thêm chất khác vào

Ví dụ: Xét bán dẫn tinh khiết Si, Si có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng, 4 Mỗi nguyên tử sẽ liên kết với bốn nguyên tử kế cận nó, hình thành mối liên kết gọi là liên kết cộng hóa trị Các điện tử ở lớp ngoài cùng của mỗi nguyên tử đều tham gia vào liên kết tao ra số lượng điện tử vừa đủ ở ngoài cùng của mỗi nguyên tử do sử dụng các điện tử dùng chung cho nên ở nhiệt độ thấp mối liên kết này khá bền

vững sẽ không có thừa điện tử tự do, do đó không có khả năng dẫn điện Gọi là trạng thái trung hoà về điện.(hình 2.1)

Khi nhiệt độ tác động vào chất bán dẫn tăng lên, thì điện tử lớp ngoài cùng được cung cấp nhiều năng lượng hơn và một số điện tử nào đó có đủ năng lượng thắng được sự ràng buộc của hạt nhân thì rời bỏ nguyên tử của nó, trở thành điện tử

tự do, di chuyển trong mạng tinh thể Chỗ của chúng chiếm trước đây trở thành lỗ trống và trở thành ion dương Ion dương có nhu cầu lấy một điện tử bên cạnh để trở

về trạng thái trung hoà về điện

Sẽ có một điện tử của Si bên cạnh nhảy vào lấp chỗ trống Lại tạo nên một lỗ trống khác và sẽ có một điện tử ở cạnh đó nhảy vào lấp chỗ trống.(hình 3-2)

Cứ như vậy, mỗi khi có một điện tử tự do thoát khỏi ràng buộc với hạt nhân của nó, di chuyển trong mạng tinh thể, thì cũng có một lỗ trống chạy trong đó Thực chất, sự di chuyển của lỗ trống là do di chuyển của các điện tử chạy tới lấp lỗ trống

Hình 2.1: Cấu trúc mạng tinh thể của silic

Hình 2.2: Cấu trúc mạng tinh thể của silic khi tăng nhiệt độ

Trong chất bán dẫn tinh khiết bao giờ số điện tử và số lỗ trống di chuyễn cũng bằng nhau Ở nhiệt độ thấp thì chỉ có ít cặp điện tử lỗ trống di chuyển Nhưng nhiệt

độ càng cao thì càng có nhiều cặp điện tử, lỗ trống di chuyễn Sự di chuyển này không có chiều nhất định nên không tạo nên dòng điện

Nếu bây giờ đấu thanh bán dẫn với hai cực dương, âm của một pin, thì giữa hai đầu thanh bán dẫn có một điện trường theo chiều từ A đến B (hình 3.3.) Các điện tử sẽ di chuyển ngược chiều điện trường, các điện tử tới lấp lỗ trống cũng chạy ngược chiều điện trường Dòng điện tử và dòng lỗ trống hợp thành dòng điện trong thanh bán dẫn nhiệt độ càng tăng thì dòng điện càng lớn

1.2 Bán dẫn tạp

Trong kỹ thuật điện tử để tăng khả năng dẫn điện của chất bán dẫn ta cần tạo

ra trong chất bán dẫn nhiều các hạt dẫn điện, điều này được thực hiện bằng cách đưa thêm tạp chất vào chất bán dẫn tinh khiết Tùy theo tạp chất đưa vào mà ta có hai loại bán dẫn tạp với các thành phần các hạt dẫn điện khác nhau bao gồm:

 Bán dẫn tạp loại P

Bán dẫn loại P còn gọi là bán dãn lỗ trống hay bán dẫn dương

Nếu cho một ít nguyên tử Inđi (In) khuếch tán vào trong tinh thể silic tinh khiết thì ta thấy hiện tượng sau: nguyên tử indi có ba điện tử ở lớp ngoài cùng, nên mỗi nguyên tử Indi liên kết với ba điện tử của ba nguyên tử gecmani chung quanh Còn liên kết thứ tư của inđi với một nguyên tử Silic nữa thì lại thiếu mất một điện

tử, chỗ thiếu đó gọi là lỗ trống (Hình 2.3), do có lỗ trống đó nên có sự di chuyển điện tử của nguyên tử Silic bên cạnh tới lấp lỗ trống và lại tạo nên một lỗ trống khác, khiến cho một điện tử khác lại tới lấp Do đó chất bán dẫn loại P có khả năng dẫn điện Lỗ trống coi như một điện tích dương Nguyên tử inđi trước kia trung tính, nay trở thành ion âm, vì có thêm điện tử Hiện tượng dẫn điện như trên gọi là dẫn điện bằng lỗ trống Chất bán dẫn đó là bán dẫn loại P hay còn gọi là bán dẫn dương

Nếu có tạp chất hoá trị ba như inđi (In), bo (B), gali (Ga) vào các chất bán dẫn hoá trị bốn như Ge, Si,C thì có bán dẫn loại P

Trong chất bán dẫn loại P, lỗ trống là những hạt mang điện tích chiếm đa số

Số lượng lỗ trống phụ thuộc vào nồng độ tạp chất, còn số các cặp điên tử - lỗ trống

do phá vỡ liên kết tạo thành thì phụ thuộc vào nhiệt độ

Như vậy ở bán dẫn tạp loại P lỗ trống là hạt dẫn điện đa số còn điện tử tự do

là các hạt dẫn điện thiểu số