Giáo trình Điện tử cơ bản

* Công dụng: Tích tụ năng lượng điện thường được dùng kết hợp với các điện trở trong các mạch định thời bởi khả năng tích tụ năng lượng điện trong một khoảng thời gian nhất định.. Đồng

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

(Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐN… ngày…….tháng….năm

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng)

(Lưu hành nội bộ)

TÁC GIẢ : NGUYỄN THỊ THẮM

Đà Nẵng, năm 2010

3

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình được biên soạn theo nhiều nguồn tài liệu tổng hợp thành, trong đó có các phàn lý thuyết được tổng hợp từ các giáo trình về Điện tử cơ bản, phần thực hành được biên soạn theo tài liệu hướng dẫn kèm theo máy thực tế tại cơ sở

Đà Nẵng, ngày… tháng… năm…… Tham gia biên soạn

Chủ biên: Nguyễn Thị Thắm

05

Thời gian 60 giờ (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo

luận, bài tập: 42 giờ; Kiểm tra: 3 giờ; Tự học: 45 giờ)

quyết Sinh viên phải có kiến thức về kỹ thuật điện

Đối tượng Sinh viên học các nghề Cơ điện tử, KT Lắp đặt điện và điều

khiển trong công nghiệp; trình độ: Cao đẳng

Về thái độ:

+ Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau

Yêu cầu Các bài đọc bắt buộc, trao dồi kỹ năng học nhóm, làm tiểu

luận, đồ án mô đun; các qui định về thời hạn, chất lượng các bài tập, bài kiểm tra, kỹ thuật tìm kiếm thông tin (thư viện và trên internet)…

5

DANH MỤC VÀ PHÂN BỔ THỜI LƯỢNG CHO CÁC CHƯƠNG/BÀI TÊN CÁC CHƯƠNG TRONG MÔN

HỌC LT TH BT KT TỔNG THỜI GIAN (GIỜ)

2 Bài 2: Khái niệm về chát bán dẫn , điốt bán dẫn 3 9 12

4 Bài 4: Transistor lưỡng cực (PNP, NPN) 3 8 1 12

5 Bài 5: Các kiểu mạch định thiên cho transistor lưỡng cực 3 12 1 16

7

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU……… 3

THÔNG TIN CHUNG……… 4

DANH MỤC VÀ PHÂN BỐ THWOIF LƯỢNG CHO CÁC BÀI……….5

Bài 1: Vật liệu linh kiện thụ động……….8

1 Chức năng nhiệm vụ của các loại vật liệu………… ……… …………8

2 Linh kiện thụ động ……….… 9

3 Xác định chất lượng linh kiện bằng VOM……… … 10

Bài 2: Khái niệm về chất bán dẫn Điốt bán dẫn 12

1.Khái niệm, định nghĩa, tính chất của chất bán dẫn……… ……… 12

2.Sự dẫn điện trong chất bán dẫn P,N……….13

3.Cấu tạo, kí hiệu quy ước và nguyên lý hoạt động của đi ốt …… 14

4.Cách xác định cực tính và chất lượng điốt……… 15

Bài 3: Các Điốt đặc biệt .17

1 Điốt ổn áp ……….…… 17

2 Điốt biến dung……….19

3 Điốt phát quang ……… 17

4 Điốt thu quang………19

Bài 4: Transistor lưỡng cực (PNP, NPN) 21

1.Cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động của Transistor lưỡng cực……….21

2.Đặc tuyến và các thông số cơ bản của Transistor ……… 22

3.Các kiểu mạch cơ bản ……… 24

4.Lắp ráp và cân chỉnh các mạch transistor ……… 25

Bài 5: Các kiểu mạch định thiên cho Transistor lưỡng cực………

1.Mạch định thiên cố định 21

2 Mạch định thiên hồi tiếp ……… 22

3.Mạch định thiên hồi tiếp ……….……… 24

4 Mạch định thiên hồi tiếp hỗn hợp ……… …… 25

5 Mạch định thiên hồi tiếp hỗn hợp ……… ……

Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng:

- Trình bày đúng chức năng các loại vật liệu dùng trong lĩnh vực điện tử dân dụng

- Trình bày chính xác về cấu tạo, kí hiệu quy ước, quy luật mã màu, mã ký tự biểu diễn trị số của R, C

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập

và tạo thành dòng điện Người ta gọi chúng là vật liệu có tính dẫn điện

- Các chất mà cấu tạo nguyên tử ở tầng ngoài chỉ có 1 hay 2 electron và có khuyênh hướng trở thành electron tự do được gọi là chất dẫn điện

- Các chất dẫn điện tốt như: vàng, bạc, đồng, nhôm

1.2 Vật liệu cách điện

- Chất cách điện (còn gọi là chất điện môi) là các chất mà trong điều kiện bình thường điện tích không dịch chuyển Tức là ở điều kiện bình thường, điện môi là vật liệu không dẫn điện, điện dẫn của chúng bằng không hoặc không đáng kể

- Các chất mà cấu tạo nguyên tử ở tầng ngoài cùng có đủ các electron tối đa hay gần

đủ số electron tối đa nên rất ít có khả năng tạo ra electron tự do được gọi là chất cách điện

- Các chất cách điện tốt như: thuỷ tinh, sứ, cao su

1.3 Vật liệu từ

- Là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng Chất bán dẫn dẫn điện ở một điều kiện nào đó hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện

2.1.1 Khái niệm, công dụng:

+ Khái niệm: Là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

- Công dụng: Tạo sụt áp hoặc cản trở dòng điện

2.1.2 Thông số kỹ thuật:

- Trị số điện trở: cho biết mức độ cản trở dòng điện của điện trở

- Công suất định mức: Công suất tiêu hao trên điện trở mà nó có thể chịu đựng trong thời gian dài, không bị nóng quá cháy hay đứt

2.1.3 Hình dáng và ký hiệu:

+ Hình dáng:

+ Ký hiệu:

- Theo tiêu chuẩn của Châu Á:

- Theo tiêu chuẩn của Châu Âu, Mỹ:

10

- 1KΩ = 1000 Ω

- 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

2.1.4 Cách đọc điện trở

* Điện trở loại 4 vạch màu:

- Vạch số 4 là vạch ở cuối, luôn luôn có màu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vạch chỉ sai

số của điện trở

- Đối diện với vạch cuối là vạch số 1, tiếp theo đến vạch số 2, số 3

- Vạch số 1 và vạch số 2 là hàng chục và hàng đơn vị

- Vạch số 3 là bội số của cơ số 10

Như vây: Trị số của điện trở = (vạch 1)(vạch 2) x 10(mũ vạch số 3)

- Có thể tính vạch smmmmố 3 là số con số không "0" thêm vào

- Màu nhũ chỉ có ở vạch sai số hoặc vạch số 3, nếu vạch số 3 là nhũ thì số mũ của cơ số

10 là số âm

4 vạch màu

5 vạch màu

11

* Điện trở 5 vạch màu:

- Vạch số 5 là vạch cuối cùng, là vạch ghi sai số, trở 5 vạch màu thì màu sai số có nhiều màu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác định đâu là vạch cuối cùng, tuy nhiên vạch cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút

- Đối diện vạch cuối là vạch số 1

- Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vạch màu nhưng ở đây vạch số 4 là bội số của cơ

số 10, vạch số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị

Như vậy: Giá trị của điện trở = (vạch 1)(vạch 2)(vạch 3) x 10(mũ vạch số 4)

+ Có thể tính vạch số 4 là số con số không "0" thêm vào

2.1.5 Phân loại điện trở

2.1.5.1 Phân loại theo công suất:

(Hình 1.2)

Vòng số 1 Màu đỏ Vòng số 2

Màu tím

Vòng số 3 Màu cam

Vòng số 4 Màu nhũ vàng

Màu tím

Vòng số3 Màu vàng

Vòng số4 Màu đỏ

Vòng số 5 Màu nâu

Sai số 1%

2 7 4 x 102  ±1%

= 27400  ± 1%

có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

2.5.1.2 Phân loại theo hình dáng:

* Biến trở: Là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệulà VR chúng có

hình dạng như sau :

Ký hiệu trên sơ đồ

* Triết áp: Triết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cần chỉnh và thường bố trí

phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh

13

Ký hiệu triết áp trên sơ đồ nguyên lý Hình dạng triết áp Cấu tạo trong triết áp

+ Điện trở nhiệt: Nhiệt trở là loại điện trở cảm biến theo nhiệt độ, nghĩa là khi nhiệt

độ thay đổi, trị số điện trở của nhiệt trở cũng sẽ thay đổi theo Có hai loại nhiệt trở:

* Nhiệt trở âm: Giá trị của điện trở tỷ lệ nghịch với nhiệt độ

* Nhiệt trở dương: Giá trị của điện trở tỷ lệ thuận với nhiệt độ

+ Quang trở: Giá trị của điện trở tỷ lệ nghịch với ánh sáng

2.1.6 Ứng dụng:

- Điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được, trong mạch điện

- Ví dụ có một bóng đèn 9V, nhưng chỉ có nguồn 12V, có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V trên điện trở

14

Đấu nối tiếp với bóng đèn một điện trở

- Như hình trên có thể tính được trị số và công xuất của điện trở cho phù hợp như sau: Bóng đèn có điện áp 9V và công xuất 2W vậy dòng tiêu thụ là I = P / U = (2/9 ) = Ampe đó cũng chính là dòng điện đi qua điện trở

- Vì nguồn là 12V, bóng đèn 9V nên cần sụt áp trên R là 3V vậy suy ra điện trở cần tìm là R = U/ I = 3 / (2/9) = 27 / 2 = 13,5 Ω

- Công xuất tiêu thụ trên điện trở là : P = U.I = 3.(2/9) = 6/9 W vì vậy phải dùng điện trở có công xuất P > 6/9 W

2.2.Tụ điện:

2.2.1 Khái niệm, công dụng

* Khái niệm: Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện

được ngăn cách bởi điện môi Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt

sẽ xuất hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu

* Công dụng: Tích tụ năng lượng điện thường được dùng kết hợp với các điện trở

trong các mạch định thời bởi khả năng tích tụ năng lượng điện trong một khoảng thời gian nhất định Đồng thời tụ điện cũng được sử dụng trong các nguồn điện với chức năng làm giảm độ gợn sóng của nguồn trong các nguồn xoay chiều, hay trong các mạch lọc bởi chức năng của tụ nói một cách đơn giản đó là tụ ngắn mạch (cho dòng điện đi qua) đối với dòng điện xoay chiều và hở mạch đối với dòng điện 1 chiều

15

2.2.2 Thông số kỹ thuật

- Trị số điện dung: Cho biết khả năng tích lũy năng lượng của tụ điện

- Dung kháng của tụ: Đại lượng biểu hiện sự cản trở của tụ điện, đối với dòng điện chạy qua nó

- Tụ đề trong động cơ điện, quạt điện

- Dẫn tín hiệu xoay chiều, ngăn dòng một chiều

- Lọc nhiễu trong mạch nguồn chỉnh lưu

- Liên lạc tín hiệu

2.2.5 Cách đọc tụ điện

* Đối với tụ điện có phân cực (tụ hóa)

16

- Với tụ hóa có phân cực (–); (+) và luôn luôn có hình trụ, trên thân có dấu (-) dọc trên thân đó là cực âm của tụ hóa

- Giá trị điện dung của tụ được ghi trực tiếp trên thân

- Ghi nội dung: 2200µF/25V

* Đối với tụ điện không phân cực (tụ giấy, tụ gốm)

- Dùng chữ P, J hay chữ K chỉ đơn vị là picoFara (PF)

3.1.1 Phương pháp kiểm tra điện trở

Bước 1: Xác định trị số điện trở (dựa vào mã vạch màu)

Bước 2: Sử dụng chức năng đo Ω thang đo X1 đến X10K (luôn chọn thang đo lớn hơn trị số điện trơ cần đo)

Bước 3: Chạm hai que đo vào hai chân điện trở cần đo

Bước 4: Đọc thông số trên mặt hiển thị của đồng hồ và so sánh với trị số điện trở Bước 5: Đưa ra nhận xét tính tốt xấu của điện trở

17

3.1 2 Cách đọc điện trở ghi trị số bằng mã vạch màu

Nâu Đen Cam vàng kim = 10.000  5%

Nâu xanh lá Đen cam Bạc = 150.000 + 10%

3.2 Tụ điện

Bước 1:

- Dùng đồng hồ vạn năng (VOM) đặt tại thang đo :

- Tùy thuộc vào giá trị tụ điện mà ta chọn thang đo phù hợp (tụ điện có giá trị càng lớn

ta đặt thang đo nhỏ và ngược lại)

+ thang x1: khi C >100F

+ thang x10: khi C =10F  100F

+ thang x1k: khi C = 104  10F

+ thang x10k: khi C = 102  104

Tụ hoá ghi điện dung là 185 µF / 320 V

* Cách đo tụ điện có phân cực (tụ hóa) hoá ít khi bị dò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô ( khô hoá chất bên trong lớp điện môi ) làm điện dung của tụ bị giảm , để kiểm tra tụ hoá , ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung, hình ảnh dưới đây minh hoạ các bước kiểm tra tụ hoá

Đo kiểm tra tụ hoá

19

- VOM ở thang từ x1Ω đến x100Ω (điện dung càng lớn thì để thang càng thấp)

Bài tập thực hành giao cho học sinh:

+ Tổ chức: Phân chia lớp thành từng nhóm nhỏ, mỗi nhóm 02h/s (có tổ trưởng phụ

trách), từng nhóm ngồi theo vị trí đã được phân công của giáo viên

- Nguồn lực: mỗi nhóm 04h/s được cấp vật tư trang thiết bị theo bảng danh mục trên

- Thời gian thực hiện:

+ Thời gian thực hành: 20 phút/1h/s

+ Thời gian kiểm tra đánh giá kết quả: 5 phút

- Kết quả đạt được:

+ Xác định đúng cực tính và kiểm tra chất lượng của điện trở và tụ điện

+ Đảm bảo thời gian hoàn thành công việc, có ý thức tiết kiệm vật tư, bảo quản trang

bị, dụng cụ thực hành và vệ sinh công nghiệp

Bài tập giao cho học sinh:

Câu 1: Nêu đặc điểm của chất dẫn điện, cách điện và chất bán dẫn?

Câu 2: Nêu khái niện, thông số kỹ thuật của điện trở, tụ điện

Câu 3: Nêu phương pháp đọc điện trở theo vòng màu

Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng:

- Trình bày đúng định nghĩa, tính chất của chất bán dẫn

- Trình bày sự dẫn điện của chất bán dãn tinh khiết, bán dẫn N, bán dẫn P

- Trình bày đúng về cấu tạo, kí hiệu quy ước và nguyên lý hoạt động của điốt

- Công dụng của điốt

- Xác định được cực tính và chất lượng điốt

- Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập

1 Khái niệm, tính chất của chất bán dẫn

Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor, IC mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay

Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử đó là các chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si)

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

và P lại ta thu được Diode hay Transistor

Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết cộng hoá trị như hình dưới

Chất bán dẫn P

2.2.Sự dẫn điện trong chất bán dẫn N

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

- Dùng để hạn biên tín hiệu tránh được nhiễu

- Dùng để tách tín hiệu ra khỏi sóng mang cao tần

3.1 Cấu tạo

- Khi ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P-N ta được một Diode, tiếp giáp P-N

có đặc điểm tại bề mặt tiếp xúc các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lập vào các lỗ trống  tạo thành một lớp ion trung hòa về điện  lớp ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

- Diode có cấu tạo gồm một mối nối P-N và hai điện cực đưa ra hai phía

- Điện cực đưa ra phía miền bán dẫn P gọi là Anốt: cực dương, ký hiệu A

- Điện cực đưa ra phía miền bán dẫn N gọi là Katốt: cực âm, ký hiệu K

- Diode chỉ hoạt động dẫn dòng từ cực A sang cực K khi điện áp cực A lớn hơn điện

áp cực K (VA >VK) Gọi là phân cực thuận cho Diode Tức là UAK >0

- Khi UAK < 0: Diode không dẫn dòng điện

- Trong thực tế người ta chế tạo Diode gồm đủ hình dạng lớn, nhỏ khác nhau tương ứng với hai khả năng: chịu đựng áp cao, thấp và dẫn dòng mạnh, yếu Do đó khi lắp ráp mạch sử dụng Diode ta lưu ý hai thông số cơ bản đó là áp ngược và dòng tải

1.3 Nguyên lý hoạt động

- Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vào Katôt

(vùng bán dẫn N), khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V (với Diode loại Si) hoặc 0,2V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V)

- Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V