Giáo trình kỹ thuật điện tử (nghề tin học ứng dụng trình độ cao đẳng)

'Tính chất điện của một phần tử bắt kì trong một mạch điện được thể hiện qua mối quan hệ tương hỗ giữa điện áp U trên hai đầu của nó vả dòng điện I chạy qua nó và được định nghĩa là điện

GIÁO TRÌNH MÔN H

KỸ THUẬT ĐIỆN TU

TRINH BO CAO DANG

Ban hành theo Quyết định số 498/QĐ-CĐGTVTTWI-ĐT ngày 25/03/2019

của Hiệu trưởng Tưường Cao đẳng GTVT Trung wong |

LOI NOI DAU

Ngày nay, ngoài chiếc máy vi tính và các thiết bị điện tử cũng là một thiết bị

không thể thiếu trong các văn phòng công ty, xí nghiệp, trường học, và cả hộ gia đình

“Trong quá trình sử dụng và vận hành thiết bị này thường gặp các sự cố phát sinh Xuất phát từ thực tế đó, cuốn giáo trình “Kỹ thuật điện tử ” dành cho học sinh sinh viên trình độ Trung cấp, Cao đẳng ngành Tin học ứng dụng của Trường Cao đẳng Giao thông vận tải Trung ương I ra đời Với mong muốn cung cấp cho người học các kiến thức cơ ban về hướng dẫn bảo trì sửa chữa thiết bị điện tử, cuốn sách được xây dựng với những

Bai l: Các đại lượng cơbản

li 2: Các linh kiện thụ động

Bài 3: Chất bán dẫn

Bai 4: DIODE va Mach img dung

Bài 5: TRANSISTOR Lưỡngcực

' Bài 6: Ứng dụng cơ bản của TRANSISTOR ngắm gọn

Bài 7: TRANSISTOR Trường và linh kiện bán dẫn nhiều mặt ghép

Bài 8: Linh kện quang Điệntử

10 Bai 9: IC

Khi biên soạn, chúng tôi đã tham khảo các giáo trình và tài liệu giảng đạy môn học này

của một số trường học, trên các website, diễn đàn để giáo trình vừa đạt yêu cầu cao về nội dung vừa thích hợp với đối tượng là học sinh - sinh viên của trường Cao đẳng Giao

thông vận tải Trung wong I

Giáo trình này được sử dụng làm tài liệu nội bộ trong nhà trường phục vụ công tác iáng dạy của giáo viên và là tài liệu tham khảo trong quá trình học tập của học sinh sinh viên

Mặc dù có rất nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được sự góp ý của các quý thầy cô và đồng nghiệp để giáo trình hoàn

BÀI 1 CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

1.Các đại lượng cơ bản

1.Điện áp và dòng điện

Cé hai khái niệm định lượng cơ bản của một mạch điện Chúng cho phép xác định

trạng thái về điện ở những điểm, những bộ phận khác nhau vào những thời điểm khác

nhau của mạch điện và do vậy chúng còn được gọi là các thông số trạng thái cơ bản của một mạch điện

Khái niệm điện áp được rút ra từ khái niệm điện thế trong vật lý, là hiệu số điện thế

giữa hai điểm khác nhau của mạch điện Thường một điểm nào đó của mạch được chọn

làm điểm gốc có điện thế bằng 0 (điểm nối đắt) Khi đó, điện thế của mọi điểm khác trong mạch có giá trị âm hay dương được mang so sánh với điểm gốc và được hiểu là

điện áp tại điểm tương ứng Tổng quát hơn, điện áp giữa hai điểm A và B của mạch (ký

hiệu là UAB)xác định bởi:

UaB = VA- VB=-UBA

'Với VA và Vb là điện thế của A và B so với gốc (điểm nói đất hay còn gọi là nối mát)

Khai niệm dòng điện là biểu hiện trạng thái chuyển động của các hạt mang điện trong,

vật chất do tác động của trường hay do tồn tại một gradien nồng độ hạt theo không

gian Dòng điện trong mạch có chiều chuyển động từ nơi có điện thế cao đến nơi có

điện thế thấp, từ nơi có mật độ hạt tích điện dương cao đến nơi có mật độ hạt tích điện dương thấp và do vậy ngược với chiều chuyển động của điện tử

Tir cdc khái niệm đã nêu trên, cần rút ra mấy nhận xét quan trọng sau:

+ Điện áp luôn được đo giữa bai điểm khác nhau của mạch trong khi đồng điện

một điểm của

đó (quy tắc nút với

dòng điện) Từ đó suy ra, trên một đoạn mạch chỉ gồm các phần tử nối tiếp

òng điện tại mọi điểm là như nhau

'Tính chất điện của một phần tử bắt kì trong một mạch điện được thể hiện qua mối quan

hệ tương hỗ giữa điện áp U trên hai đầu của nó vả dòng điện I chạy qua nó và được

định nghĩa là điện trở (hay điện trở phức - trở kháng) của phần tử Nghĩa là khái niệm

điện trở gắn liền với quá trình biến đổi điện áp thành dòng điện hoặc ngược lại từ dòng

điện thành điện áp

Nếu mối quan hệ này là tỉ lệ thuận, ta có định luật ôm:

U=R1(1-1)

Ở đây, R là một hằng số tỷ lệ được gọi là điện trở của phần tử và phần tử tương ứng

được gọi là một điện trở thuần

Hình ảnh một số loại điện trỏ, biển trở

'Nếu điện áp trên phần tử tỷ lệ với tốc độ biến đổi theo thời gian của dòng điện trên nó,

tức là:

U=L (ở đây L là một hằng số tỉ lệ) (1-2)

ta có phần tử là một cuộn dây có giá trị điện cảm 1a L.

Lan mt số loại cuộn cảm, biển áp,

Nếu dòng điện trên phần tử tỉ lệ với tốc độ biến đối theo thời gian của điện áp trên nó, tức

Ngoài các quan hệ đã nêu trên, trong thực tế còn tồn tại nhiều quan hệ tương hỗ đa dạng

và phức tạp giữa ap và dòng điện trên một phần tử Các phần tử này gọi chung là các phần tử không tuyến tính và có nhiều tính chất đặc biệt Điện trờ của chúng được gọi

chung là các điện trở phi tuyến, điển hình nhất là đốt, tranzito, thiristo và sẽ được đề cập tới ở các phần tiếp sau

3,Các tính chất quan trọng của phần tử tuyến tính là:

Đặc tuyến Vôn - Ampe (thế hiện qua quan hệ U(1)) là một đường thẳng

Tuân theo nguyên lý chồng chất Tác động tổng cộng bằng tổng các tác động riêng lẻ lên

nó Đáp ứng tổng cộng (kết quả chung) bằng tổng các kết quả thành phần do tác động thành phần gây ra

Không phát sinh thành phần tần số lạ khi làm việc với tín hiệu xoay chiều (không gây

méo phi tuyến)

Đối lập với phần tử tuyến tính là phần tử phi tuyến có các tính chất sau:

'Đặc tuyến VA là một đường cong (điện trở thay đổi theo điểm làm việc)

Không áp dụng được nguyên lý chồng chất

Luôn phát sinh thêm tần số lạ ở đầu ra khi có tín hiệu xoay chiều tác động ở đầu vào

Ứng dụng

Các phần tử tuyến tính (R, L, C), có một số ứng dụng quan trong sau:

+ Điện trở luôn là thông số đặc trưng cho hiện tượng tiêu bao năng lượng (chủ

yếu dưới dạng nhiệt) và là một thông số không quán tính Mức tiêu hao ning lượng của điện trở được đánh giá bằng công suất trên nó, xác định bởi:

Trong khi đó, cuộn dây và tụ điện là các phần tử về cơ bản không tiêu hao năng lượng

(xét lý tưởng) và có quán tính Chúng đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng từ trường hay điện trường của mạch khi có dòng điện hay điện áp biến thiên qua chúng

Ở đây, tốc độ biến đổi của các thông số trạng thái (điện áp, dòng điện) có vai trò quyết định giá trị trở kháng của chúng, nghĩa là chúng có điện trở phụ thuộc vào tần số (vào tốc

độ biến đổi của điện áp hay dòng điện tinh trong một đơn vị thời gian) Với tụ điện, từ hệ

thức (1-3), dung kháng của nó giảm khi tăng tần số và ngược lại với cuộn đây, từ (1-2) cảm kháng của nó tăng theo tần số

*_ Giá trị điện trở tổng cộng của nhiều điện trở nỗi tiếp nhau luôn lớn hơn của từng cái và có tính chất cộng tuyến tính Điện dẫn (là giá trị nghịch đảo của điện trở)

của nhiều điện trở nối song song nhau luôn lớn hơn điện dẫn riêng rẽ của từng cái và cũng có tính chất cộng tuyến tính

Hệ quả là:

~ Có thể thực hiện việc chia nhỏ một điện áp (hay dòng điện) hay còn gọi là thực hiện việc dịch mức điện thế (hay mức đòng điện) giữa các điểm khác nhau của mạch bằng cách nối nối tiếp (hay song song) các điện trở

~ Trong cách nối nối tiếp, điện trở nào lớn hơn sẽ quyết định giá trị chung của dãy Ngược

lại, trong cách nối song song, điện trở nào nhỏ hơn sẽ có vai trò quyết định

'Việc nối nối tiếp (hay song song) các cuộn dây sẽ dẫn tới kết quả tương tự như đối với các điện trở: sẽ làm tăng (hay giảm) trị số điện cảm chung Đối với tụ điện, khi nối song song chúng, điện dung tổng cộng tăng:

C«=CI+C2+ +Cn (1-5)

còn khi nối nối tiếp, điện dung tổng cộng giảm:

1/Cw=l/CI+L/C2t t L/Ca (1-6)

+ Néu néi ndi tiếp hay song song R với L hoặc C sẽ nhận được một kết cấu mạch có tính chất chọn lọc tần số (trở kháng chung phụ thuộc vào tần số gọi là

các mạch lọc tần số)

* Nếu nối nối tiếp hay song song L với C sẽ dẫn tới một kết cầu mạch vừa có

tính chất chọn lọc tần số, vừa có khả năng thực hiện quá trình trao đổi qua lại giữa hai dạng năng lượng điện - từ trường, tức là kết cấu có khả năng phát sinh

đao động điện áp hay dòng điện nếu ban đầu được một nguồn năng lượng

ngoài kích thích

4.Nguồn điện áp và nguồn dong dign

+ Néu một phần tử tự nó hay khi chịu các tác động không có bản chất điện từ,có

kh năng tạo ra điện áp hay đông điện ở một điểm nào đó của mạch điện thì

nó được gọi là một nguồn sức điện động (s.đ.đ) Hai thông số đặc trưng cho một nguồn s.đ.đ là :

Giá trị điện áp giữa hai đầu lúc hở mạch (khi không nối với bắt kì một phần tử nào khác từ ngoài đến hai đầu của nó) gọi là điện áp lúc hở mạch của nguồn kí hiệu là Uhm

Giá trị dòng điện của nguồn đưa ra mạch ngoài lúc mạch ngoài dẫn điện hoàn toàn: gọi

là giá trị dòng điện ngắn mạch của nguồn kí hiệu là lagm

Một nguồn s.đ.đ được coi là lý tưởng nếu điện áp hay dòng điện do nó cung cấp cho mạch ngoài không phụ thuộc vào tính chất của mạch ngoài (mạch tải)

+ Trên thực tế, với những tải có giá trị khác nhau, điện áp trên hai đầu nguồn hay

dòng điện do nó cung cấp có giá trị khác nhau và phụ thuộc vào tải Điều đó

chứng tỏ bên trong nguồn có xảy ra quá trình biến đổi dòng điện cung cắp

thành giảm áp trên chính nó, nghĩa là tồn tại giá trị điện trở bên trong gọi là

điện trở trongcủa nguồn kí hiệu là Rng

Ingm=U/Rag +1 (1-9)

'Từ các hệ thức trên, ta có các nhận xét sau:

1 Nếu Rng—+ 0 thì từ hệ thức (1-8) ta có U —>+ Uhm khi đó nguồn s.đ.đ là một nguồn

điện áp lý tưởng Nói cách khác một nguồn điện áp càng gần lí tưởng khi điện trở trong

Rng của nó có giá trị cảng nhỏ

2, Nếu Rng —+ œ, từ hệ thức (1-9) ta có Ï —+ Inzm nguồn sđđ khi đó có dạng là một nguồn dòng điện lí tưởng hay một nguồn dòng điện càng gần lí tưởng khi Ra; của nó cảng lớn

3 Một nguồn s.đ.đ trên thực tế được coi là một nguồn điện áp hay nguồn dòng điện

tủy theo bản chất cầu tạo của nó dé giá trị Rng la nhỏ hay lớn Việc đánh gid Rng ty

thuộc tương quan giữa nó với giá trị điện trở toàn phần của mạch tải nối tới hai đầu của nguồn xuất phát từ các hệ thức (1-8) và (1-9) có hai cách biểu diễn kí hiệu nguồn (sđđ)

thực tế như trên hình 1.1 a va b

4 Một bộ phận bắt kì của mạch có chứa nguồn, không có liên hệ hỗ cảm với phần còn lại của mạch mà chỉ nối với phần còn lại này ở hai điểm, luôn có thể thay thế bằng một nguồn tương đương với một trở trong là điện trở tương đương của bộ phận mạch đang xét Trường hợp riêng, nêu bộ phận mạch bao gồm nhiều nguồn điện áp nối với nhiều điện trở theo một cách bắt kì, có 2 đầu ra sẽ được thay thế bằng chỉ một nguồn điện áp tương đương với một điện trở trong tương đương (định lí về nguồn tương

đương của Tevonin)

4) Biếu diễu tương đương nguồn điện áp; Đ) nguẫn dàng điện

§.Biếu diễn mạch điện bằng các kí hiệu và hình vẽ

.Có nhiều cách biểu diễn một mạch điện tử, trong đó đơn giản và thuận lợi hơncả là cách

biểu diễn bằng sơ đồ gồm tập hợp các kí hiệu quy ước hay kí hiệu tương đương của các

phần tử được nối với nhau theo một cách nào đó (nối tiếp, song song, hỗn hợp nối tiếp song song hay phối ghép thích hợp) nhờ các đường nối có điện trở bằng 0 Khi biểu diễn như vậy, xuất hiện một vài yếu tố hình học cần làm rõ khái niệm là:

Nhánh (của sơ đồ mạch) là một bộ phận của sơ đồ, trong đó chỉ bao gồm các phần tử nối nối tiếp nhau, qua nó chỉ có một dòng điện duy nhất

‘Mit ti một điểm của mạch chung cho từ ba nhánh trở lên

Vòng là một phần của mạch bao gồm một số nút và nhánh lập thành một đường kín mà dọc theo nó mỗi nhánh và nút phải vẫn chỉ gặp một lần (trừ nút được chọn làm điểm xuất phát)

.Cây là một phần của mạch bao gồm toàn bộ số nút và nhánh nối giữa các nút đó nhưng

không tạo nên một vòng kin nào Các nhánh của cây được gọi là nhánhcây, các nhánh côn lại của mạch không thuộc cây được gọi là bàcáy

thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật cụ thể được chỉ rõ (nhưng không chỉ ra cụ thể cách

thức liên kết bên trong khối) Đó là cách biểu diễn mạch bằng sơđỏkhốirút gọn, qua đó

dễ dàng hình dung tổng quát hoạt động của toàn bộ hệ thống mạch điện tử

Một số mạch điện cơ bản

Mạch nồi tiếp thuần điện trở

Mạch song song thuần điện trở

Mạch RLC

Bài 2: Các linh kiện thụ động

1.Các linh kiện thụ động

a.Các thông số cơ bản của điện trở

Định nghĩa:

Điện trở là cấu kiện dùng làm phần tử ngăn cản dòng điện trong mạch Trị số điện trở

được xác định theo định luật Ôm:

R=UII () (2.1)

Trong đó: U -hiệu điện thế trên điện trở [V]

1~ đồng điện chạy qua điện trở [A]

'R - điện trở

Trên điện trở, dòng điện và điện áp luôn cùng pha và điện trở dẫn dòng điện một

chiềuvà xoay chiều như nhau

'b.Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ mạch điện

Trong các sơ đồ mạch điện, điện trở thường được mô tả theo các qui ước tiêu chuẩn

Kỹ hiệu của điện trở trên sơ đồ mạch điệ

Cấu trúc của điện trở có nhiều dạng khác nhau Một cách tổng quát ta có cấu trúc tiêu biểu của một điện trở như mô tả trong hình 2.2

Ma chup vi chin dign

Về bọc Bi Vặt liệu cin điện

Kết cấu đơn gián của mt điện trở

¢.Gid trị giới hạn của điện trở

'Trị số điện trữ và dung sai

+ Trị số của điện trở là tham số cơ bản và được tính theo công thức:

R= pUS (2.2)

Trong đó: p - là điện trở suất của vật liệu dây dẫn cán điện

+ là chiều dài dây dẫn

§ - là tiết điện của dây dẫn

+ 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 và được tính theo %

Dung sai được tính theo công thức:

(Rtt-RAD/RA.d- 100%

Rue: tri sé thực tế của điện trở

'Rad: Trị số danh định của điện trở

Dựa vào % dung sai, ta chia điện trở ở 5 cắp chính xác:

'Công suất tiêu tán danh định: (Pt.tmax)

'Công suất tiêu tán danh định cho phép của điện trở Pumax là công suất điện cao nhất mà

điện trở có thể chịu đựng được trong điều kiện bình thường, làm việc trong một thời gian dài không bị hỏng Nếu quá mức đó điện trở sẽ nóng cháy và không dùng được

2 2

Puimax = RI max =U" mavR [W] (2.3)

'Với yêu cầu đảm bảo cho điện trở làm việc bình thường thì

thị sự thay đổi trị số của điện trở theo nhiệt độ môi trường

và được tính theo công thức sau:

60 TCR=I/R.pR/pT.10 [ppm/ C] (2.4)

Trong đó: R- là trị số của điện trở

AR- là lượng thay đối của trị số điện trở khi nhiệt độ thay đổi một lượng là AT

TCR la trị số biến đổi tương đối tính theo phần triệu của điện trở trên 1°C (viết tắt là

ppm°C)

Lưu ý: Điện trở than làm việc én định nhất ở nhiệt độ 200C Khi nhiệt độ tăng lớn hon

200C hoặc giảm nhỏ hơn 200C thì điện trở than đều tăng trị số của nó

d.Ký hiệu, nhãn và nhận dạng giá trị điện trữ

Trên thân điện trở thường ghi các tham số đặc trưng cho điện trở như: trị số của điện trở và % dung sai, công suất tiêu tán (thường từ vài phần mười Watt trở lên) Người ta

có thể ghi trực tiếp hoặc ghỉ theo nhiều qui ước khác nhau

Cách ghi trực tiếp:

'Cách ghi trực tiếp là cách ghi đầy đủ các tham số chính và đơn vị đo của chúng Cách ghi này thường dùng đối với các điện trở có kích thước tương đối lớn như điện trở dây

quấn

Ghi theo qui ước:

Cách ghỉ theo quy ước có rất nhiều các quy ước khác nhau ở đây ta xem xét một số

cách quy ước thông dụng: Không ghỉ đơn vị Om: Day là cách ghỉ đơn giản nhất và nó được qui ước như sau:

R (hoặc E)=@M=MOK=KQ

Mã màu điện trở

+ Quy ước theo mã: Mã này gồm các chữ số và một chữ cái để chỉ % dung sai Trong các chữ số thì chữ số cuối cùng chỉ số số 0 cần thêm vào Các chữ cái chỉ % dung sai qui ước gồm:

F=1%,G=2%,J=5%,K=10%,M=20%

+ Quy ước màu:

“Thông thường người ta sử dụng 4 vòng màu, đôi khi dùng 5 vòng màu (đối với loại có

dung sai nhỏ khoảng 1%)

Loại 4 vòng màu được qui ước;

~ Hai vòng màu đầu tiên là chỉ số có nghĩa thực của nó

~ Vòng màu thứ 3 là chỉ số số 0 cần thêm vào (hay gọi là số nhân)

~ Vòng màu thứ 4 chỉ phần trăm dung sai (%)

Loại 5 vạch mẫu được qui ước:

~ Ba vòng màu đầu chỉ các số có nghĩa thực

~ Vòng màu thứ tư là số nhân để chỉ số số 0 cần thêm vào

~ Vòng màu thứ 5 chỉ % dung sai.

Standard EIA Color Code Table 4 Band: +2%, +5%, and +10%

ist Ôn od th Band Band Band Band

lelBand | 2ndBand | %dBand | 4th Band (løtflgwe) | @ndfigue) | (mutiplier) | tolerance)

seand-case

Mã số

Giá trị của điện trở có thể ghỉ dưới dạng mã gần giống với quy ước màu nhưng không dùng các vạch màu mà sử dụng các con số Ví dụ sử dụng 3 con số để biểu diễn giá trị trong đó: 2 con số thứ nhất là giá trị và số thứ 3 là cho biết số mũ cơ số 10

g Một điện trở có quy ước giá trị theo mã là: 222 thi giá trị tương ứng là 22x10

?=2200?=2.2K?

Các loại điện trở:

+ Điện trở có trị số cố định

* Điện trở có trị số thay đổi

Một số loại điện trở đặc biệt:

Ki hiệu điện trở nhiệt

ó trị số thay đổi khi điện áp thay đổi

*- Điện trở cao áp: Là điện trở chịu được điện áp cao từ S KV đến 20 KV Điện trở

.cao áp có trị số từ 2000 + 1000 MQ, công suất tiêu tán cho phép từ 5 W đến 20

`W Điện trở cao áp thường dùng làm gánh các mạch cao áp, các bộ chia áp

+ Điện trở chuẩn: Là các điện trở dùng vật li quấn đặc biệt có độ ổn

định cao Thí dụ, các vật liệu có sự thay đối giá trị điện trở khoảng 10,

“Thông thường chia làm 2 loại chính:

Loại có trị số điện dung cố định:

+ tụ giải nhôm (tự hóa), có điện dung cao;

+ tu tantan (chất điện giải là tan tan)

+ tụ gốm, tụ hủy tỉnh

+ Loại có trị số điện dung thay đ

Tụ điện có trị số điện dung thay đổi được là loại tụ trong quá trình làm việc ta có thể điều chỉnh thay đối trị số điện dung của chúng Tụ có trị số điện dung thay đổi được có nhiều loại, thông dụng nhất là loại đa dụng và loại điều chuẩn

*- Loại đa dụng còn gọi là tụ xoay: Ty xoay được dùng làm tụ điều chỉnh thu

sóng trong các máy thu thanh, v.v Tụ xoay có thể có 1 ngăn hoặc nhiều ngăn Mỗi ngăn có các lá động xen kẽ, đối nhau với các lá tĩnh, chế tạo từ nhôm Chat điện môi có thể là không khí, mỉ ca, màng chất dẻo, gốm, v.v

+ _ Tụ vi điều chỉnh (thường gọi tắt là Trimcap) Loại tụ này có nhiều kiểu Chất

điện môi cũng dùng nhiêu loại như không khí, mảng chất dẻo, thuỷ tỉnh hình

ống Để thay đổi trị số điện dung ta dùng tuốc-nơ-vit để thay đổi vị trí giữa

hai lá động và lá tĩnh

Các thông số và đặc điểm các giá trị của tụ điện

Trị số dung lượng và dung sai:

+ Trị số dung lượng (C):

Trị số dung lượng tỉ lệ với tỉ số giữa diện tích hữu dụng của bản cực S với khoảng cách

giữa 2 bản cực Dung lượng được tính theo công thức:

C=erenS/d [F] (2.6)

“Trong đó: er - hằng số điện môi của chất điện môi

e0 - hằng số điện môi của không khí hay chân không

§- điện tích hữu đạng của bản cựa [im ]

.d- khoảng cách giữa 2 bản cực [m]

C - dung lượng của tụ điện [F]

on vj do dung lượng theo hệ Sĩ là Farad [F], thông thường ta chỉ dùng các ước số của

Farad

+ Dung sai của tụ điện: Đây là tham số chỉ độ chính xác của trị số dung lượng thực tế

so với trị số danh định của nỏ Dung sai của tụ điện được tính theo công thức :

(Ctt— C44), 100% 27

Dung sai của điện dung được tinh theo % Dung sai từ + 5% đến + 20% là bình thường

cho hầu hết các tụ điện có trị số nhỏ, nhưng các tụ điện chính xác thi dung sai phải nhỏ (Cấp 01: 1%, Cấp 02: 2%)

'Để đánh giá sự thay đổi của trị số điện dung khi nhiệt độ thay đổi người ta dùng hệ số

nhiệt TCC và tính theo công thức sau:

Trong đó:

TCR=1/C.pR/pT-10° [pm C] (238)

AC - là lượng tăng giảm của điện dung khi nhiệt độ thay đổi một lượng là AT

€ - là trị số điện dung của tụ điện

“TCC thường tính bằng đơn vị phần triệu trên 1°C (viết tắt ppm/°C) và nó đánh giá sự thay đổi cực đại của trị số điện dung theo nhiệt độ

Các dạng chế tạo

‘Tay từng chất liệu, độ chính xác và các thông số khác mà tụ có cấu tạo khá khá nhau:

+ Dya trên tính chính xác: Tụ mica, thủy tỉnh, gồm, polystylen

+ Bán chính xác: mảng chất dẻo, mảng chất dẻo-giấy

* Da dung: Gém Li-K, Ta203 (dung dich chat điện giải rắn có cực tính), màng

dinh ướt có cực, A123 khô, có cực tính

+ Triệt-nuôi: Giấy, mica, gốm

+ Thoát: Giấy

Quy ước và cách ghỉ trị số tụ

+ Ghi trực tiếp: là cách ghi đầy đủ các tham số và đơn vị đo của chúng Cách

này chỉ dùng cho các loại tụ điện có kích thước lớn

*_ Ghi gián tiếp theo quy ước:

+ Ghỉ theo quy ước số: thường gặp trên các ty polystylen Vi dy, 47/630,

có nghĩa là tụ có giá trị điện dung là 47pF, điện áp là 630VDC

* Quy ude theo mã: tương tự như điện trở

+ Quy ước màu: gần giống như điện trở

Cuộn dây, còn gọi là cuộn tự cảm, là cấu kiện điện tử dùng để tạo thành phần cảm

kháng trong mạch Cảm kháng của cuộn dây được xác định theo công thức:

Các cuộn đây được cấu trúc để có giá trị độ cảm ứng xác định Ngay cả một đoạn dây

dẫn ngắn nhất cũng có sự cảm ứng Như vậy, cuộn dây cho qua dòng điện một chiều và

ngăn căn dòng điện xoay chiều Đồng thời, trên cuộn dây dòng điện và điện áp lệch pha nhau 90),

'Cuộn dây gồm những vòng dây dẫn điện quấn trên một cốt bằng chất cách điện, có lõi

hoặc không có lõi tủy theo tin sé làm việc.

Ký hiệu các cuộn cảm trong sơ đồ mạch điện:

"Trong các mạch điện, cuộn cảm được ký hiệu bằng chữ cái L

Một số ký hiệu của cuộn cảm a- Cuộn đây lõi Feri/ b- Cuộn dây li sắt từ c- Cuộn dây kháng lồi

g.Biến áp

Định nghĩa:

'Biến áp là thiết bị gồm hai hay nhiều cuộn dây ghép hỗ cảm với nhau để biến đổi điện

áp Cuộn dây đất vào nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp, các cuộn dây khác đấu vào tải

tiêu thụ năng lượng điện gọi là cuộn thứ cấp

Hệ số ghép biến áp K:

Số lượng từ thông liên kết từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp được định nghĩa bằng hệ

số ghép biến áp K:

ie TN I 0 lv du và 004đ 3 6 aáe dãu &olndÿ ma

Thông thường hệ số ghép biến áp được tính theo công thức:

Trong đó: M - hệ số hỗ cảm của biến áp

LI và L2 - hệ số tự cảm của cuộn sơ cắp và cuộn thứ cắp tương ứng

Khi K = là trường hợp ghép lý tưởng, khí đó toàn bộ số từ thông sinh ra do cuộn sơ cấp

được đi qua cuộn thứ cấp và ngược lại

Trên thực tế sử dụng, khi K = 1 gọi là hai cuộn ghép

chặt khi K<<1 gọi là hai cuộn ghép lỏng.

xu, | au

Bai 3: Chat ban din 1.Chất bán dẫn

~ Hạt tải điện trong chất bán dẫn thuần:

Hat tai dign trong chất bán dẫn là các điện tử tự do trong vùng dẫn và các lỗ trống trong

vùng hóa trị

Xét cấu trúc của tỉnh thể Gecmani hoặc Silic biểu diễn trong không gian hai chiều như

trong hình 3.1: Gecmani (Ge) và Silie (Sỉ) đều có 4 điện tử hóa trị ở lớp ngoài cùng

Trong mang tinh thé mỗi nguyên tử Ge (hoặc Si) sẽ góp 4 điện tử hóa trị của mình vào liên kết cộng hóa trị với 4 điện tử hóa trị của 4 nguyên tử kế cận để sao cho mỗi nguyên tử đều có hóa trị 4

'Hạt nhân bên trong của nguyên tử Ge (hoặc Sỉ) mang điện tích +4 Như vậy các điện tử hóa trị ở trong liên kết cộng hóa trị sẽ có liên kết rắt chặt chẽ với hạt nhân Do vậy, mic,

dù có sẵn 4 điện tử hóa trị nhưng tỉnh thể bán dẫn có độ dẫn điện thấp Ở nhiệt độ 0K, cấu trúc lý tưởng như ở hình 3.2 là gần đúng và tỉnh thể bán dẫn như là một chất cách

điện.

Bản chất dẫn điện trong vật liệu bán dẫn thuần

Nếu ta tăng nhiệt độ tỉnh thể, nhiệt năng sẽ làm tăng năng lượng một số điện tử và làm gãy một số nỗi hóa trị Các điện tử ở các nỗi bị gãy rời xa nhau và có thể di chuyển dễ ding trong mang tỉnh thể dưới tác dụng của điện trường Tại các nối hóa trị bị gây ta có các lỗ trống (hole) Về phương diện năng lượng, ta có thể nói rằng nhiệt năng làm tăng

năng lượng các điện tử trong dải hóa trị

với Ge và 1,12eV đối

với Si), điện tử có thể vượt đải cắm vào đải dẫn điện và chừa lại những lỗ trống (trạng

thái năng lượng trống) trong dải hóa trị) Ta nhận thấy số điện tử trong dài dẫn điện

bằng số lỗ trống trong dải hóa trị

Nếu ta gọi n là mật độ điện tử có năng lượng trong dải dẫn điện và p là mật độ lỗ trống

có năng lượng trong dai hóa trị Ta có:m=p=ni

'Người ta chứng minh được rằng:

nề= Ao.T” exp(-Eo/KT)

“Trong đó: Ao: Sé Avogadro=6,203.10"

T: Nhiệt độ tuyệt đối (Độ Kelvin)

Ø nhiệt độ thấp (02K) G nhiệt độ cao (300ˆK)

Giải dẫn điện tử tỉnh thể chất bán dẫn khí nhiệt độ thay đổi

Ta goi chất bán dẫn có tính chất n=p là chất bán dẫn nội bẩm hay chất bán dẫn thuần

‘Théng thường người ta gặp nhiều khó khăn để chế tạo chất bán dẫn loại này

c.Bán dẫn pha tạp

Ban dẫn loại N

Ta thêm một ít tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm 5 của bảng tuần hoàn Mendéléép (thí

dy Antimon - Sb) vào chất bán dẫn Gecmani (Ge) hoặc Silic (Si) nguyên chất Các

nguyên tử tạp chất (Sb) sẽ thay thế một số các nguyên tử của Ge (hoặc Sỉ) trong mạng, tỉnh thể và nó sẽ đưa 4 điện tử trong 5 điện tử hóa trị của mình tham gia vào liên kết công hóa trị với 4 nguyên từ Ge (hoặc Sỉ) ở bên cạnh, còn điện tử thứ 5 sẽ thừa ra nên

liên kết của nó trong mạng tỉnh thể là rất yếu, xem hình 3

thứ 5 này thành điện tử tự do ta chỉ cằn cấp một năng lượng rắt nhỏ khoảng 0,01eV cho

gecmani ho§c 0,05eV cho silic Các tạp chất hóa trị 5 được gọi là tạp chất cho điện tử (Donor) hay tạp chất N

Dé thị vùng năng lượng của bin din Ge logi N

Mire năng lượng mà điện tử thứ 5 chiếm đóng là mức năng lượng cho phép được hình

thành ở khoảng cách rất nhỏ đưới dải dẫn và gọi là mức cho, xem hình 3.6 Và do đó,

ở nhiệt độ trong phòng, hầu hết các điện tử thứ 5 của tạp chất cho sẽ nhảy lên dải dẫn, nhưng trong dải hóa trị không xuất hiện thêm lỗ trống Các nguyên tử tạp chất cho điện

tử trở thành các ion dương cô định

Ở chất bán dẫn tạp loại N: nồng độ hạt dẫn điện tir (nn) nhiều hơn nhiều nông độ lỗ trống pn và điện tử được gọi là hạt dẫn đa số, lỗ trống được gọi là hạt dẫn thiểu số

an >> pa

trong đó: nn - là nồng độ hạt dẫn điện tử trong bán dẫn tạp loại N

pn - là nồng độ hạt dẫn lỗ trống trong bán dẫn tạp loại N

Bán dẫn loại P

'Khi ta đưa một ít tạp chất là nguyên tổ thuộc nhóm 3 của bảng tuần hoàn Menđêlêép (thí

dụ Indi - In) vào chất bán dẫn nguyên tính Gecmani (hoặc Silic) Nguyên tử tạp chất sẽ

đưa 3 điện tử hóa trị của mình tạo liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử Gecmani (hoặc

Silie) bên cạnh còn mối liên kết thứ 4 dé trồng Trạng thái này được mô tả ở hình 3.7 Điện

tử của mối liên kết gần đó có thể nhảy sang để hoàn chỉnh mối liên kết thứ 4 còn để dở

"Nguyên từ tạp chất vừa nhận thêm điện tử sẽ trở thành ion âm và ngược lại ở

nguyên tử chất chính vừa có 1 điện tử chuyển đi sẽ tạo ra một lỗ trống trong dải hóa trị

của nó

Các tạp chất có hóa trị 3 được gọi là tạp chất nhận điện tử (Acceptor) hay tạp chất loại

P

Mức năng lượng để trồng của tạp chất trong chất bán dẫn chính sẽ tạo ra một mức ning

lượng cho phép riêng nằm ở bên trên dải hóa trị gọi là mức nhận, (xem hình 3.8)

Nếu tăng nồng độ tạp chất nhận thì nồng độ của các lỗ trống tăng lên trong dải hóa trị, nhưng nồng độ điện tử tự do trong dải dẫn không tăng Vậy chất bán dẫn loại này có lỗ trống là hạt dẫn đa số và điện tử là hạt dẫn thiểu số và nó được gọi là chất bán dẫn tạp

'Kết luận: Qua đây ta thấy, sự pha thêm tạp chất vào bán dẫn nguyên tính không những,

chỉ tăng độ dẫn điện, mà còn tạo ra một chất dẫn điện có bản chất dẫn điện khác hẳn nhau: trong bán dẫn tạp loại N điện từ là hạt dẫn điện chính, còn trong bán dẫn tạp loại

P, 18 trống lại là hạt dẫn điện chính

Tiếp giáp P-N

Phuong pháp tạo tiếp giáp P-N

Nếu trên một miếng bán dẫn đơn tỉnh thể (bán dẫn nguyên tính), bằng các phương pháp

công nghệ, ta tạo ra hai vùng có bản chất dẫn điện khác nhau: một vùng là bán dẫn tạp loại P và một vùng kia là bán dẫn tạp loại N Như vậy, tại ranh giới tiếp xúc giữa hai

vùng bán dẫn P và N này sẽ xuất hiện một lớp có đặc tính vật lý khác hẳn với hai vùng bán dẫn P và N, được gọi là lớp tiếp xúc P-N Trong lớp tiếp xúc P-N chỉ bao gồm hai khối điện tích trái dấu là các ion âm bên phía bán dẫn P và ion dương bên phía bán dẫn

N Đây là các ion có định,không dẫn điện, do vay, lớp tiếp xúc P-N còn gọi là ving điện tích không gian hay vùng nghèo hạt dẫn

6 ss

0 m= micron

4

‘D6 diy ciia lop nay khodng 10 cm

Hinh 3.9 mé ta cdc tính chất điện của tiếp xúc P-N Trong lớp tiếp xúc tồn tại một điện trường tiếp xúc hay điện trường khuếch tán (Hình 3.9 e) có cường độ là E được tính là

tích phân của mật độ điện tích p (trong hình 3.9 b) Điện trưởng tiếp xúc này có chiều

tác dụng từ bán dẫn N sang bán dẫn P

Sự thay đổi của điện thế tĩnh ở vùng điện tích không gian được chỉ ra ở hình (3.9 đ)

'Đó chính là hàng rào thế năng ngăn cản sự khuếch tán tiếp theo của các lỗ trống qua lớp tiếp xúc

Hình dạng hàng rào thể năng, hình (3.9 e), ngăn cản sự khuếch tán của các điện tử tir bán dẫn N qua lớp tiếp xúc

lon nhận Mặt tiếp xúc lon cho

d/ Điện thé tinh V hoặc

hàng rào thế năng đối

với lỗ trồng

Vo v=o | Khoảng cách từ tiếp xúc P-N

Bb thị của tiếp xúc P-N gằm: a- cấu trúc tiễp P-N ; b- mật độ điện tích, c- cường độ điện trưởng,

đả, e- hàng rào thé năng ở tiếp xúc P-N

“Tiếp giáp P-N không có điện áp ngoài

Điều kiện cân bằng động của lớp tiếp xúc P-N

'Khi dòng điện do các hạt dẫn chuyển động khuếch tán và các hạt dẫn chuyển động trôi qua tiếp xúc P-N có giá trị bằng nhau thì ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng động, Do các dòng điện này ngược chiều nhau nên chúng triệt tiêu lẫn nhau và dòng điện tổng qua lớp tiếp xúc P-N bằng không Lúc này lớp tiếp xúc có bề dày ký hiệu là

d, điện trở lớp tiếp xúc ký hiệu là RP/N, cường độ điện trường tiếp xúc ký hiệu là E0 (hay còn gọi là hàng rào thế năng) và tương ứng với nó có hiệu điện thế tiếp xúc ký hiệu là V0 Các đại lượng này ta sẽ tính được qua các công thức dưới đây Do lớp tiếp

xúc P-N là vùng nghèo hạt dẫn nên điện trở của nó lớn hơn nhiều điện trở của hai vùng bán dẫn P và N (RP/N >>RN va RP)

E0 = ECP ~ ECn = Evp - EVn

Trong đó E0 đo bằng [eV], và Vo đo bằng [V]

'Ngoài ra, hiệu điện thế tiếp xúc E còn được tính theo công thức sau:

E0 = KTInPPWPø0 = KTIn(nst/nP9)

Chi sé 0 trong céng thite trén dé biéu thị rằng các nồng độ hạt dẫn này được tính ở điều kiện cân bằng nhiệt động

Tiếp giáp P-N phân cực thuận

Tiếp xúc P-N được phân cực thuận khi ta đặt một nguồn điện áp bên ngoài lên lớp tiếp xúc P-N có chiều cực dương được nối vào bán dẫn loại P và cực âm nối vào bán dẫn N

Tiếp xúc P— N phân cực thuận và đỗ thị dài năng lượng của nó

'Điện trường trong lớp tiếp xúc giảm xuống, hàng rào thế năng giảm xuống một lượng bằng điện trường ngoài:

ETX = E0 - Engoài

'Do đó phần lớn các hạt dẫn đa số dễ dàng khuếch tán qua tiếp xúc P-N, kết quả là dòng

điện qua tiếp xúc P-N tăng lên Dòng điện chạy qua chạy qua tiếp xúc P-N khi nó phân cực thuận gọi là dòng điện thuận lu

Khi tăng điện áp thuận lên, tiếp xúc P-N được phân cực thuận cảng mạnh, hiệu điện thể

tiếp xúc cảng giảm, hang rito thể năng cảng thấp xuống, đồng thời điện trở lớp tiếp xúc

giảm, bề đây của lớp tiếp xúc cũng giảm, các hạt dẫn đa số khuếch tán qua tiếp xúc P-

ÁN càng nhiều nên dòng điện thuận càng tăng và nó tăng theo qui luật hàm số mũ với

điện áp ngoài

Khi điện áp thuận có giá trị xắp xi với V0, dòng điện chạy qua tiếp xúc P-N thực sẽ

được khống chế bởi điện trở thuận của tiếp xúc kim loại vả điện trở khối tỉnh thể Do

vậy đặc tuyến Vôn-Ampe gần giống một đường thẳng.

“Tiếp giáp P-N phân cực ngược

Lớp tiếp xúc P-N được phân cực ngược khi ta đặt một nguồn điện áp ngoải sao cho eve

dương của nó nối với phan ban din N, còn cực âm nối với phần bán dẫn P Khi đó điện

ấp ngoài sẽ tạo ra một điện trường cùng chiều với điện trường tiếp xúc E0, làm cho

điện trường trong lớp tiếp xúc tăng lên:

ET.X.=E0+Engoài

Tức là hàng rào thế năng cảng cao hơn Các hạt dẫn đa số khó khuếch tán qua vùng điện tích không gian, làm cho dòng điện khuếch tán qua tiếp xúc P-N giảm xuống so với trạng thái cân bằng

Đồng thời, do điện trường của lớp tiếp xúc tăng lên sẽ thúc đầy quá trình chuyển động trôi của các hạt dẫn thiểu số và tạo nên dòng điện trôi có chiểu từ bản dẫn N sang bán dẫn P và được gọi là dòng điện ngược Ingược

Nếu ta tăng điện áp ngược lên, hiệu điện thế tiếp xúc cảng tăng lên làm cho dòng điện ngược tăng lên Nhưng do nồng độ các hạt dẫn thiểu số có rất ít nên dòng điện ngược

nhanh chóng đạt giá trị bão hòa và được gọi là dòng điện ngược bão hòa 10 có giá trị

rất nhỏ khoảng từ vài nA đến vài chục uA

Dòng điện qua tiếp xúc P-N:

Đồng điện thuận:

Khi tiếp xúc P-N phân cực thuận, qua nó có dòng điện thuận Đó là dòng điện do các

hạt dẫn đa số khuếch tán qua tiếp xúc P-N Ta có:

Nông độ lỗ rồng trong bán dẫn N khi tiếp xúc P-N phân cực thuận (Pr(D) >> Pho

+ Dòng điện lỗ trống I (0) đi qua tiếp xúc P-N về phía bán dẫn N là (khi x = 0)

(VT = KT/q = T/11600)

e - số tự nhiên (= 2,73)

Ở đó Pao(e Ý YT 1) = Poo goi ta mật độ lỗ trồng "phun" vào phia bin din N

+ Dòng điện điện tử Inp(0) khuếch tán qua tiếp xúc P-N vào phía bán dẫn P

b Dòng điện ngược bão hỏa:

Thay các giá trị Pno = Pa và ngo = np ta có công thức tính đồng điện l0 :

0= S44(DWLEND + DVLaNA)

Trong đó:

ni?= A0T3ePGWKT = A0T3e-VG0/VT

Ở đây có VGo là điện áp có cùng đại lượng với Eo (năng lượng vùng cắm ở 0K) Do

đó sự phụ thuộc vào nhiệt độ của dòng lo là:

T0= KIT?eVG0VT

trong đó K là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ, và đòng điện tổng được tính gần đúng là:

Vi

ree” VT

Bai 4: DIODE va Mach tng dung

DIODE va Mach tng dung

a.Diode chỉnh lưu và điode chuyển mạch

Đường đặc tuyến của diode

Cấu tạo của điôt và ký hiệu trong sơ đồ mạch điện

Điết bán dẫn là cấu kiện gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực là anốt (ký hiệu

là A) và catốt (ký hiệu là K) Anốt được nối tới bản dẫn P, catốt được nối với bán dẫn 'N được bọc trong vỏ bảo vệ bằng kim loại hoặc nhựa tổng hợp

JK AL py eK

Lớp tiếp xúc P.N a/ Cấu tạo b/ Ký hiệu

Hình 4.2: Sơ đỗ nguyên

của diode

'Khi đưa điện áp ngoài có cực dương vào anốt, âm vào catốt (UAK > 0) thì điết sẽ dẫn điện

và trong mạch có dòng điện chạy qua vì lúc này tiếp xúc P-N được phân cực thuận Đặc tính giá trị của diode

Đặc tuyến vôn-ampe của điết bán dẫn

'Đặc tuyến vôn- ampe của điết biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện qua điốt với điện áp đặt giữa hai chân cực anốt và catốt (UAK) Đây chính là đặc tuyến vôn-ampe của lớp

tiếp xúc P-N, do vậy dòng điện chạy qua điôt được tính theo công thức sau:

Đặc tuyễn V-A của điết bản dẫn Phần thuận của đặc tuyến (khi UAK > 0):

Khi điết được phân cức thuận thì dòng điện thuận tăng rất nhanh Ta phải chú ý đến giá

trị dòng điện thuận cực đại Ihuận max, điôt không được làm việc với dòng điện cao

hơn trị số này

'Khi UAK >0 nhưng trị số nhỏ thì dòng điện thuận quá nhỏ nên đi ốt chưa được coi là

phân cực thuận Chỉ khi điện áp thuận UAK > ƯD thì đi ốt mới được tính là phân cực thuận và điết mới dẫn điện Điện áp UD được gọi là điện áp thuận ngưỡng của điôt

Khi UAK = UD thì đòng điện thuận có trị số bằng khoảng 0,1Ith.max va khi UAK >

ƯD thì dòng điện thuận tăng nhanh và tăng gần như tuyển tính với điện áp UD có giá

trị bằng (0,1 + 0,3)V đối với điết gecmani và bằng (0,4 + 0,8)V đối với điết silic

'Điện trở một chiều hay còn gọi là điện trở tinh: RO

Là điện trở của điôt khi làm việc ở chế độ nguồn một chiều hoặc tại chế độ tĩnh:

Ta thay ring tại một điểm làm việc thi RO > Ri (vì có góc 82 > 01)

'Ta thấy rằng tại một điểm làm việc thì R > R (vì có góc ð > 6)

b.Mạch chỉnh lưu

Có nhiều cách phân loại điết: có thể dựa vào vật liệu chế tạo, vào ứng dụng, vào công nghệ chế tạo, v.v có các loại điốt tiếp mặt, điốt tiếp điểm, điết chỉnh lưu, đit ổn áp, điết tách sóng, điết âm tần, điết cao tần, v.v Sau đây ta nói đến một số loại điết

thường sử dụng.

Hiện nay điết chỉnh lưu phổ biến nhất là điết Silic vì có nhiệt độ làm việc cao Điốt

chính lưu Gemani dùng cho các chỉnh lưu công suất nhỏ Dòng điện chỉnh lưu và điện

ấp ngược cho phép phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường nên các điết công suất thường được gắn trên các bộ tỏa nhiệt

Điết chỉnh lưu Gecmani: Là điết chế tạo từ chất bán dẫn Ge

Điết chỉnh lưu gecmani có đồng điện ngược bão hỏa khá nhỏ khoảng vài trăm

mierôampe Điện áp ngược tối đa cho phép không vượt quá 400 V Đặc tuyến phần

ngược có đoạn bão hòa và hiện tượng đánh thủng xảy ra thường là đánh thủng về nhiệt

nên đặc tuyến có đoạn điện trở âm

'Nhiệt độ làm việc giới hạn của điết chỉnh lưu Ge là 75°C Các điết chỉnh lưu Ge cong

suất lớn thường phải dùng các phương pháp tỏa nhiệt tốt

Điện dung của điết khá lớn (hàng chục pF) nên điốt Ge thường dùng ở tần số thấp

Điết chỉnh lưu đa tỉnh thé

Là loại đit được dùng khá rộng rãi Thông thường các điốt này được lắp ghép sẵn theo

một sơ đồ nhất định tạo thành các cột chỉnh lưu

'Điết chỉnh lưu đa tỉnh thể thường gặp là điốt Sêlen, điốt ôxit đồng

+

te

Mach chinh luu cả sóng

Cấu tạo và hình ảnh một số logi diode trên thực tế

Sơ đồ lắp ráp như được chỉ ra ở hình 4.4b Mạch chinh lưu cả sóng chỉnh lưu được cả 2 nửa chu kỳ, cho công suất lớn hơn