Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề Sửa chữa lắp ráp máy tính Cao đẳng)

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô BÀI 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Mục tiêu: - Trình bày được đặc điểm cấu trúc, tính chất làm việc và phạm vi ứng dụng của các linh kiện thụ động, - Nhận dạng, p

TRƯỜNG CÁO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỰ ĐỘNG HÓA

GIÁO TRÌNH

NGHỀ: SỬA CHỮA LẮP RÁP MÁY TÍNH

TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG

Tam Điệp 2018

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

LỜI GIỚI THIỆU

Tài liệu Kỹ thuật điện tử được thực hiện bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng Cơ Điện Xây Dựng Việt Xô thực hiện

Trên cơ sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng Cơ Điện Xây Dựng

Việt Xô, cùng với các trường trọng điểm trên toàn quốc, các giáo viên có nhiều kinh nghiệm thực hiện biên soạn giáo trình Điện tử cơ bản phục vụ cho công tác dạy nghề

Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của chương trình đào tạo nghề Sửa chữa, lắp ráp máy tính ở cấp trình độ Cao đẳng, trung cấp, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo

Ninh Bình, ngày 24 tháng 08 năm 2018

Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: ts Trần Thế Cương

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: Kỹ thuật điện tử

Mã mô đun: MĐ14

Thời gian mô đun: 90 giờ; (Lý thuyết: 35,5giờ; Thực hành, thí nghiệm, bài tập,

thảo luận: 48,5giờ; Kiểm tra: 6giờ)

I.Vị chí, 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:

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

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

1.1 Ký hiệu, phân loại

1.2 Các đọc thông số và kiểm tra

5

3

1 0.5

1

1 0.5

0.5

5

3

0.5 1.5

2.1 Điốt – Tranzitor quang

2.2 Điốt – Triac quang

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

3 Vi mạch

2

7 Bài 7: Mạch nguồn 1 chiều

1 Khái quát chung

8 Bài 8: Mạch khuếch đại tín hiệu

1 Khái quát chung

1.1 Khái niệm

1.2 Các yêu cầu cơ bản

1.3 Phân loại

2 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ

2.1 Mạch khuếch đại E chung

2.2 Mạch khuếch đại C chung

2.3 Mạch khuếch đại B chung

2.4 Các phương pháp ghép tầng

3 Mạch khuếch đại công suất

3.1 Mạch khuếch đại công suất

1 0.5 0.25 0.25

6.0

2.5 1.0 1.0 0.5

2 1.5 0.75

0.75

9 Bài 9: Khuếch đại thuật toán

1 Khái quát chung

4.5

4.5 1.5 1.5 0.5 0.5 0.5

2

2

Cộng: 90 35.5 48.5 6

Mục lục

Bài 1: Linh kiện thụ động……… 8

Bài 2: Điốt……….31

Bài 3: Tranzitor BJT……….44

Bài 4: Thyristo, triac……….59

Bài 5: Tranzitor trường ……….71

Bài 6: Một số linh kiện đặc biệt……….84

Bài 7: Mạch nguồn một chiều ………88

Bài 8: Mạch khuếch đại tín hiệu: ……….102

Bài 9: Mạch khuếch đại thuật toán………125

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

BÀI 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Mục tiêu:

- Trình bày được đặc điểm cấu trúc, tính chất làm việc và phạm vi ứng dụng của các linh kiện thụ động,

- Nhận dạng, phân loại và xác định được các thông số của các linh kiện thụ động;

- Kiểm tra được tình trạng kỹ thuật của các linh kiện thụ động

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.(hình 2-2)

D©y dÉn

Líp phñ ªp«xi Líp ®iÖn trë Lâi gèm

N¾p kim lo¹i

Hình 2-2: Mặt cắt của điện trở màng cacbon

 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:

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

- 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)

+ Định nghĩa: 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)

+ Kí hiệu, hình dáng thực tế của biến trở:

- Cấu tạo: 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

- Công dụng: 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):

- Định nghĩa: là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ

- Phân loại: có hai loại nhiệt trở

+ 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

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

- Cấu tạo: Quang trở thường được chế tạo từ chất Sulfur - catmium nên trên

 Điện trở cầu chì (Fusistor : F):

- Định nghĩa: điện trở cầu chì có tác dụng bảo vrrj quá tải như các cầu chì của hệ thống điẹn 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 Ohm

- Ký hiệu và hình dáng:

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

- Định nghĩa: là loại điện trở có trị số thay đổi theo điện áp đặt vào hai cực

1.2 Các tham số cơ bản:

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:

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

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

* 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(     4   

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

+ 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

Dùng 3 điện trở ghép nối tiếp nhau như hình 1

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

1  R  R 

P

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

Công suất tiêu tán của điện trở tương đương:

W2

3W2

133

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

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

3

6 3

3 1 1 1

1 3 2 1Công suất tiêu tán của điện trở tương đương là: W

2 3 W 2 1 3 3

 R

R P P

Kết luận: điện trở của các điện trở mắc song song bằng thương của các điện trở mắc riêng rẽ

R 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









1.4 Đo, kiểm tra chất lượng:

- Phương pháp đo:

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

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

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

 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

- Điện dung C (đơn vị là F, µF, nF, pF): ghi trên thân tụ

- Điệp áp làm việc (đơn vị là V): ghi trên thân tụ

- Sai số: ±5%, ±10%, ±20%

Trên thân tụ người ta đã ghi rõ trị số điện dung của tụ và điện áp làm việc của tụ Nếu điện áp đặt vào tụ lớn hơn điện áp ghi trên thân tụ thì tụ sẽ bị đánh

thủng Do đó khi ta chọn tụ, phải chọn điện áp làm việc của tụ điện lớn hơn điện áp đặt lên tụ điện Uctheo công thức Uc  2.ULV

Ngoài ra khi sử dụng nguồn điện nào thì phải mắc tụ ấy cho phù hợp

* Phân loại:

Tụ điện được chia làm hai loại chính là:

- Tụ điện có phân cực tính dương và âm (tụ hóa)

- Tụ điện không phân cực tính (tụ thường)

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

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

- Ký hiệu và hình dáng thực tế tụ hoá:

Kí hiệu

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

J: Sai số

* Tụ điện mắc nối tiếp:

Hai tụ điện mắc nối tiếp điện dung là C1, C2có 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

Q      

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

C

Q U U C

Q   

Mà U U1U2 nên

2 1 2

1

1 1 1

C C C C

Q C

Q C

Vậy khi mắc nối tiếp các tụ điện có điện dung C1, C2 ,…, Cn ta có điện dung tương đương là:

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

1 1 1

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

* 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

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

Lưu ý: trong trường hợp mắc song song điện áp làm việc của tụ điện không thay đổi nên chon các tụ điện mắc song song có điện áp làm việc bằng nhau

* Mắc hỗn hợp:

Là kết hợp của hai cách mắc nối tiếp và mắc song song để đạt được giá trị tụ điện theo yêu cầu đề ra

* Ứng dụng của tụ điện:

- 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

- 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

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

* 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)

Hình: 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

Hình: 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

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

Cuộn cảm khi mắc vào mạch điện xaoy chiều, do có tổn hao trong cuộn dây, trong lõi… nên tiêu thụ một phần năng lượng Cũng như tụ điện, mức tổn hao được biểu thị bằng giá trị của tang góc tổn hao

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:

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

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:

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

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

BÀI 2 : ĐIỐT BÁN DẪN

Trong mạch điện tử nếu chỉ thuần các linh kiện thụ động thì không thể hoạt động được, do các thông tin không được tạo ra hoặc không được biến đổi và không được xử lý (điều chế, khuếch đại, chuyển đổi sang các dạng tín hiệu khác ) Linh kiện tích cực trong mạch giữ vai trò quan trọng không thể thiếu được, là điều kiện

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

Mục tiêu:

- 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 3-1)

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

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

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

B

->

->

0 dßng lç trèng

0 ->

dßng ®iÖn tö

-> -> 0

0 0 ->

->

0 ->

-> -> 0

0 0 ->

->

0 _

->

->

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, 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

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

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

Nếu đấu hai cực của bộ pin vào hai đầu một thanh bán dẫn loại P thì dưới tác động của điện trường E, các lỗ trống (đa số) và các cặp điện tử - lỗ trống đang di chuyễn lung tung theo mọi hướng sễ phải di chuyển theo hướng quy định Nhờ đó trong mạch có dòng điện Dòng điện do lỗ trống sinh ra lớn hơn nhiều so với dòng điện do cặp điện tử - lỗ trống Vì thế trong bán dẫn loại P các lỗ trống là điện tích

đa số

1.3 Bán dẫn tạp loại N

Bán dẫn loại N còn gọi là bán dẫn điện tử hay bán dẫn âm

Nếu cho một ít tạp chất antimoan (Sb) khuếch tán vào tinh thể Si tinh khiết ta thấy hiện tượng sau: nguyên tử Sb có năm điện tử ở lớp ngoài cùng, nên chỉ có 4 điện tử của antimoan (Sb) tham gia liên kết với bốn nguyên tử Si xung quang, còn điện tử thứ năm thì thừa ra Nó không bị ràng buộc với một nguyên tử Si nào, nên

dễ dàng trở thành điện tử tự do di chuyển trong tinh thể chất bán dẫn Do đó, khả năng dẫn điện của loại bán dẫn này tăng lên rất nhiều so với chất bán dẫn thuần Nồng độ tạp chất antimoan (Sb) càng cao thì số điện tử thừa càng nhiều và chất bán dẫn càng dẫn điện tốt Hiện tượng dẫn điện như trên gọi là dẫn điện bằng điện

tử Chất bán dẫn đó gọi là chất bán dẫn N

Hình 3-4 Mạng tinh thể của chất bán dẫn loại N Nếu cho tạp chất hoá trị 5 như phốt pho (P), asen (As), antimoan (Sb) vào các chất hoá trị 4 như gecmani (Ge), silic (Si), cacbon (C) ta có bán dẫn N Trong chất

bán dẫn loại N thì các điện tử thừa là các hạt điện tích âm chiếm đa số Số lượng điện tử thừa phụ thuộc nồng độ tạp chất Còn số các cặp điện tử - lỗ trống do phá

vỡ liên kết tạo thành thì phụ thuộc vào nhiệt độ

Nếu đấu hai cực của bộ pin vào hai đầu một thanh bán dẫn loại N, thì dưới tác động của điện trường E các điện tử chạy ngược chiều điện trường còn các lỗ trống chạy cùng chiều điện trường Nhờ đó trong mạch có dòng điện

Dòng điện do các điện tử thừa sinh ra lớn hơn nhiều so với dòng điện do các cặp điên tử - lỗ trống tạo nên Vì thế các điện tử thừa này gọi là điện tích đa số

2 Điôt tiếp mặt:

2.1 Cấu tạo – Kí hiệu :

ε

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

Điốt tiếp mặt gồm 1 tiếp giáp P - N Bên P đƣa ra 1 cực đƣợc gọi là Anoot Bên N đƣa ra 1 cực đƣợc gọi là ( Nhƣ hình vẽ)

Cấu tạo và kí hiệu của Diot

Điốt tiếp mặt có nhiều cỡ to nhỏ, hình thức khác nhau Do diện tiếp xúc lớn,

nên dòng điện cho phép đi qua có thể lớn hàng trăm miliampe đến hàng chục ampe, điện áp ngƣợc có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn vôn Nhƣng điện dung giữa các cực lớn tới hàng chục picôfara trở lên, nên chỉ dùng đƣợc ở tần số thấp để nắn điện

ra sự phóng điện đánh thủng tiếp giáp gây ra hƣ hỏng cho điốt Điện áp giới hạn đó đƣợc gọi là điện áp đánh thủng của điốt (Uđt)

Khi phân cực điện trường của nguồn đặt vào tiếp giáp ngược chiều với điện trường tiếp giáp vì vậy có tác dụng triệt tiêu điện trường ngăn cản làm nó giảm xuống vì vậy các hạt dẫn đa số ở hai phía sẽ tiếp tục di chuyển sang nhau:

- Lỗ trống di chuyển từ A sang K

- Điện tử tự do di chuyển từ K sang A

Sự di chuyển của các hạt dẫn đa số hình thành nên dòng điện chạy từ A sang

K và được gọi là dòng điện thuận (Ith) Trị số dòng điện thuậ phụ thược vào nguồn cung cấp và điện trở của phụ tải

Như vậy đặc tính làm việc cơ bản của điốt là tính dẫn điện một chiều, chiều dẫn dòng điện của điốt là chiều chạy từ Anoots sang katoots Ở chế độ phân cực ngược điốt không dẫn dòng nhưng nếu điện áp ngược tăng tới một giá trị giới han (Uđt) thì dòng điện ngược của điốt tăng giá trị rất lớn ta gọi trường hợp này là điốt

bị đánh thủng đây là trạng thái hư hỏng của điốt không được phép xảy ra Đặc

tuyến volt - Ampe của điốt được thể hiện như sau:

2.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của điốt:

Đối với các điốt thông thường khi lựa chọn điốt cho một ứng dụng nào đó để các điốt làm việc theo đúng yêu cầu và không bị hư hỏng ta phải lựa chọn điốt phù hợp Cơ sở lựa chọn điốt là dựa vào các thông số kỹ thuật cơ bản của chúng Mỗi

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

loại điốt thông số kỹ thuật do nhà sản suất quy định theo từng mã hiệu của điốt Các thông số kỹ thuật cơ bản của điốt bao gồm:

- Dòng điện định mức ( IđmD) : Là dòng điện thuận lớn nhất cho phép chảy qua điốt lâu dài mà không làm hư hỏng điốt

- Điện áp đánh thủng (Uđt) : Là trị số điện áp ngược nhỏ nhất làm cho điốt bị đánh thủng tiếp giáp;

- Tần số giới hạn: Là tần số lớn nhất của nguồn xoáy chiều đặt vào điốt mà điốt không mất đi tính dẫn điện một chiều

2.4 Phân loại điốt:

2.4.1 Điốt chỉnh lưu:

Là loại điốt có đặc tính duy nhất là tính dẫn điện một chiều Trong kỹ thuật điốt chỉnh lưu được sử dụng đề chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Trong sơ đồ mạch điện điốt chỉnh lưu được quy ước và vẽ hình như sau:

2.4.2 Điôt tách sóng:

Hình dạng nhỏ thuộc loại tiếp điểm, hoạt động tần số cao Cũng làm nhiệm vụ như diode chỉnh lưu nhưng chủ yếu là với tín hiệu nhỏ và ở tần số cao Diode này chịu dòng từ vài mA đến vài chục mA Thường là loại Ge

-Ứng dụng: Thường dùng để tách sóng tín hiệu trong các thiết bị thu vô tuyến,

thiết bị có chức năng biến đổi thông tin

2.4.3 Điôt zene (Điốt ổn áp):

- Cấu tạo : Diode zener có cấu tạo giống diode thường nhưng chất bán dẫn được pha tạp chất với tỉ lệ cao hơn và có tiết diện lớn hơn diode thường, thường

số Vz thì dòng qua điôt tăng mà điện áp không tăng

- Ứng dụng: Lợi dụng tính chất của Điôt zêne mà người ta có thể giữ điện áp

tại một điểm nào đó không đổi gọi là ghim áp hoặc ổn áp (hình 3-24)

Vd D R

Vo Vi

Nếu điện áp ngõ vào là tín hiệu có biện độ cao hơn điện áp Vz thì ngõ ra tín hiệu bị xén mất phần đỉnh chỉ còn lại khoảng biên độ bằng Vz

Nếu điện áp ngõ vào là điện áp DC cao hơn Vz thì ngõ ra điện áp DC chỉ bằng Vz

Nếu điện áp ngõ vào cao hơn rất nhiều Vz Dòng qua điôt zêne tăng cao đến một giá trị nào đó vượt qua giá trị cho phép thì điôt bị đánh thủng Làm cho điện áp ngõ ra bị triệt tiêu Tính chất này được dùng trong các bộ nguồn để bảo vệ chống quá áp ở nguồn đảm bảo an toàn cho mạch điện khi nguồn tăng cao

R trong mạch giữ vai trò là điện trở hạn dòng hay giảm áp

Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô

2.4.4 Điôt quang (Photodiode):

- Cấu tạo: Điôt quang có cấu tạo gần giống như điôt tách sóng nhưng vỏ bọc

cách điện thường được làm bằng lớp nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để dễ dàng nhận ánh sáng từ bên ngoài chiếu vào mối nối PN

- Tính chất:

Khi bị che tối: điện trở nghịch vô cùng lớn, điện trở thuận lớn

Khi bị chiếu sáng: Điện trở nghịch giảm thấp khoảng vài chục K Điện trở thuận rất nhỏ khoảng vài trăm Ohm

- Ứng dụng: Điôt quang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển tự

động ở mọi nghành có ứng dụng kĩ thuật điện tử Như máy đếm tiền, máy đếm sản phẩm, Cửa mở tự động, Tự động báo cháy v.v

2.4.5 Điốt Phat quang: LED (Light Emitting Diode)

- Cấu tạo: Lợi dụng tính chất bức xạ quang của một số chất bán dẫn khi có

dòng điện đi qua có màu sắc khác nhau Lợi dụng tính chất này mà người ta chế tạo các Led có màu sắc khác nhau

Tính chất:: Led có điện áp phân cực thuận cao hơn điôt nắn điện nhưng điện áp

phân cực ngược cực đại thường không cao khoảng 1,4 - 2,8V Dòng điện khoảng

5mA - 20mA

- Ứng dụng: Thường được dùng trong các mạch báo hiệu, chỉ thị trạng thái

của mạch Như báo nguồn, chỉ báo âm lượng

2.4.5 Điôt biến dung (Varicap):

- Cấu tạo: Điốt biến dung là loại điôt có điện dung thay đổi theo điện áp phân

cực Ở trạng thái không dẫn điện, vùng tiếp giáp của điốt trở thành điện môi cách điện Điện dung Cd của điôt phụ thuộc chủ yếu vào hằng số điện môi, diện tích tiếp xúc, chiều dày của điện môi Theo công thức: