Phân loại Linh kiện tích cực: là linh kiện tương tác với nguồn điện AC/DC để cho ra nguồn tín hiệu mới, trong mạch tương đương thì biểu diễn bằng một máy phát tín hiệu, như diode,
VẬT DẪN ĐIỆN VÀ CÁCH ĐIỆN
Trong kỹ thuật người ta chia vật liệu thành 2 loại chính:
Vật cho phép dòng điện đi qua gọi là vật dẫn điện
Vật không cho phép dòng điện đi qua gọi là vật cách điện
2.1.1 Vật dẫn điện và cách điện.
Vật dẫn điện là chất ở trạng thái bình thường có khă năng dẫn điện Nói cách khác, là chất ở trạng thái bình thường có sẵn các điện tích tự do để tạo thành dòng điện
Các đặc tính của vật liệu dẫn điện: Điện trở suất
Ví dụ: sắp xếp theo sự dẫn điện giảm dần: Đồng đỏ hay đồng kỹ thuật – Thau- Nhôm – Bạc – Niken- Thiếc- Chì – Sắt- Maganin – Contantan – hợp chất Niken crom …
Các đặc tính của vật cách điện Độ bền về điện
Ví dụ: sắp xếp theo sự cách điện giảm dần: Mica – Sứ- Thủy tinh- Gốm- Bakêlit- Êbonit – Pretspan
2.1.2 Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử. Điện trở cách điện của mạch điện là điện trở khi có điện áp lớn nhất cho phép đặt vào giữa mà linh kiện không bị đánh thủng.
Các linh kiện có giá trị ghi trên thân linh kiện kèm theo các đại lượng đặctrưng
Vớ dụ: Tụ điện được ghi trờn thõn như sau: 47à/25v Cú nghĩa là giỏ trị là 47 àà điện áp lớn nhất có thể chịu đựng được không quá 25v.
Các linh kiện không ghi giá trị điện áp trên thân thường có tác dụng cho dòng điện một chiều (DC) và xoay chiều( AC) đi qua nên điện áp đánh thủng có tương qua với dòng điện nên thường được ghi bằng công suất.
Ví dụ: Điện trở ghi trên thân như sau: 100 Ω/2W có nghĩa là: Gía trị 100 Ω và công suất chịu đựng trên điện trở là 2W, chính là tỷ số giữa điện áp đặt lên 2 đầu điện trở và dòng điện đi qua nó (U/I) U càng lớn thì I càng nhỏ và ngược lại Các linh kiện bán dẫn do các thông số kỹ thuật rất nhiều và kích thước lại nhỏ nên các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng tra cứu mà không ghi trên thân nên muốn xác định điện trở cách điện cần phải tra bảng Điện trở cách điện của mach điện là điện áp lớn nhất cho phép giữa hai mạch dẫn đặt gần nhau mà không sảy ra hiện tượng phóng điện hay dẫn điện.
CÁC HẠT MANG ĐIỆN VÀ DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
2.2.1 Dòng điện trong kim loại.
Do kim loại ở thể rắn cấu trúc mạng tinh thể bền vững nên các nguyên tử kim loại liên kết bền vững, chỉ có các e - ở trạng thái tự do Khi có điện từ trường ngoài tác động các e - sẽ chuyển động dưới tác dụng của lực điện trường để tạo thành dòng điện Các tính chất điện của kim loại có thể giải thích được dựa trên sự có mặt của các electron tự do trong kim loại.ư
Như vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các êlectron (e - ) dưới tác dụng của điện trường ngoài
Trong chuyển động, các êlectron tự do luôn luôn va chạm với các ion dao động quanh vị trí cân bằng ở các nút mạng và truyền một phần động năng cho chúng Sự va chạm này là nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại và tác dụng nhiệt Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ.
Trong kĩ thuật điện người ta qui ước chiều của dòng điện là chiều chuyển động của các hạt mang điện dương nên dòng điện trong kim loại thực tế ngược với chiều của dòng điện theo qui ước
Sơ đồ mô tả hoạt động được trình bày như hình 1.1
Hình 1.1: Dòng điện trong kim loại
Hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ T c nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) giảm đột ngột đến giá trị bằng không, là hiện tượng siêu dẫn.
2.2.2 Dòng điện trong chất lỏng, chất điện phân
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dịch có hướng của các ion dương về catôt và ion âm về anôt Các ion trong chất điện phân xuất hiện là do sự phân li của các phân tử chất tan trong môi trường dung môi.
Khi đến các điện cực thì các ion sẽ trao đổi êlectron với các điện cực rồi được giải phóng ra ở đó, hoặc tham gia các phản ứng phụ Một trong các phản ứng phụ là phản ứng cực dương tan, phản ứng này xảy ra trong các bình điện phân có anôt là kim loại mà cầu muối nó có mặt trong dungdịch điện phân. Định luật Fa-ra-đây về điện phân.
Khối lượng M của chất được giải phóng ra ở các điện cực tỉ lệ với đương lượng gam n
A của chất đó và với điện lượng q đi qua dung dịch điện phân.
Biểu thức của định luật Fa-ra-đây
Ví dụ: Hai cốc thủy tinh, một cốc chứa 50 ml dung dịch CuSO4 1M, cốc kia chứa
50 ml dung dịch ZnSO4 1M Nhúng một lá Cu vào dung dịch CuSO4, một lá Zn vào dung dịch ZnSO4 Nối hai dung dịch bằng một hình chữ U đựng dung dịch
Na2SO4(hoặc KNO3) Ống này được gọi là cầu muối Thiết bị nói trên được gọi là pin điện hóa vì khi nối hai lá kim loạibằng một dây dẫn sẽ đo được một dòng điện đitừ lá Cu (điệncực +) đến lá Zn (điện cực–)
Khi không có điện trường ngoài các ion chuyển đông hỗn loạn trong dung dịch gọi là chuyển động nhiệt tự do Khi có điện trường một chiều ngoài bằng cách cho hai lá Cu và Zn vào trong bình điện phân các ion chịu tác dụng của lực điện chuyển động có hướng tạo thành dòng điện hình thành nên dòng điện trong chất điện phân Sơ đồ mô tả hoạt động được trình bày như hình 1.2
Hình 1.2: Dòng điện trong chất điện phân
Như vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương và âm dưới tác dụngcủa điệntrường ngoài
2.2.3 Dòng điện trong chân không.
Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dịch có hướng của các êlectron bứt ra từ catôt bị nung nóng do tác dụng của điện trường. Đặc điểm của dòng điện trong chân không là nó chỉ chạy theo một chiều nhất định tư anôt sang catôt.
2.2.4 Dòng điện trong bán dẫn
Dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là dòng dịch chuyển có hướng của các êlectron tự do (e - ) và lỗ trốngdưới tác dụng của điện trường ngoài
Tuỳ theo loại tạp chất pha vào bán dẫn tinh khiết, mà bán dẫn thuộc một trong hai loại là bán dẫn loại n và bán dẫn loại p Dòng điện trong bán dẫn loại n chủ yếu là dòng êlectron, còn trong bán dẫn loại p chủ yếu là dòng các lỗ trống. Lớp tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn p và n (lớp tiếp xúc p – n) có tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều nhất định từ p sang n.
Chất bán dẫn loại P là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu trongg chất bán dẫn là các lỗ trống nhờ chúng được pha thêm vào các chất có 3 e - ở lớp ngoài cùng nên chúng thiếu điện tử trong mối liên kếthóa trị tạo thành lỗ trống trong cấu trúc tinh thể.
Chất bán dẫn N là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yaaus là các e - nhờ được pha thêm các tạp chất 5 e - ở lớp ngoài cùng nên chúng thừa điện tử trong mối liên kết hóa trị trong cấu trúc tinh thể để tạo thành chất bán dẫn loại N có dòng điện đi qua là các e -
I Dòng điện trong kim loại
1 Khi nhiệt độ của dây kim loạităng, điện trở của nó sẽ
D Ban đầu tăng lên theo nhiệt độ nhưng sau đó lại giảm dần.
2 Nguyên nhân gây ra hiện tượng toả nhiệt trong dây dẫn khi có dòng điện chạy qua là:
A Do năng lượng của chuyển động có hướng của electron truyền cho ion(+) khi va chạm.
B Do năng lượng dao động của ion (+) truyền cho eclectron khi va chạm.
C Do năng lượng của chuyển động có hướng của electron truyền cho ion (-) khi va chạm.
D Do năng lượng của chuyển động có hướng của electron, ion (-) truyền cho ion (+) khi va chạm.
3 Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại là:
A Do sự va chạm của các electron với các ion (+) ở các nút mạng.
B Do sự va chạm của các ion (+) ở các nút mạng với nhau.
C Do sự va chạm của các electron với nhau
4 Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của thanh kim loại cũng tăng do:
A Chuyển động vì nhiệt của các electron tăng lên.
B Chuyển động định hướng của các electron tăng lên.
C Biên độ dao động của các ion quanh nút mạng tăng lên
D Biên độ dao động của các ion quanh nút mạng giảm đi.
5 Một sợi dây đồng có điện trở 74 ở 50 0 C, có điện trở suất ỏ = 4,1.10 -3 K -1 Điện trở của sợi dây đó ở 100 0 C là:
6 Phát biểu nào sau đây là không đúng?
A Hạt tải điện trong kim loại là electron.
B Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm nếu nhiệt độ trong kim loại được giữ không đổi
C Hạt tải điện trong kim loại là iôn dương và iôn âm.
D Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt.
7 Một sợi dây bằng nhôm có điện trở 120 ở nhiệt độ 20 0 C, điện trở của sợi dây đó ở 179 0 C là 204 Điện trở suất của nhôm là:
8 Phát biểu nào sau đây là đúng?
Khi cho hai thanh kim loại có bản chất khác nhau tiếp xúc với nhau thì:
A Có sự khuếch tán electron từ chất có nhiều electron hơn sang chất có ít electron hơn.
B Có sự khuếch tán iôn từ kim loại này sang kim loại kia.
C Có sự khuếch tán eletron từ kim loại có mật độ electron lớn sang kim loại có mật độ electron nhỏ hơn.
D Không có hiện tượng gì xảy ra.
9 Để xác định được sự biến đổi của điện trở theo nhiệt độ ta cần các dụng cụ:
A Ôm kế và đồng hồ đo thời gian.
B Vôn kế, ampe kế, cặp nhiệt độ.
C Vôn kê, cặp nhiệt độ, đồng hồ đo thời gian
D Vôn kê, ampe kế, đồng hồ đo thời gian.
II Dòng điện trong chất điện phân Định luật Fa-ra-đây
10 Phát biểu nào sau đây là đúng?
A Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dịch có hướng của các iôn âm, electron đi về anốt và iôn dương đi về catốt.
B Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dịch có hướng của các electron đi về anốt và các iôn dương đi về catốt.
C Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dịch có hướng của các iôn âm đi về anốt và các iôn dương đi về catốt.
D Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dịch có hướng của các electron đi về từ catốt về anốt, khi catốt bị nung nóng.
11 Công thức nào sau đây là công thức đúng của định luật Fara-đây?
12 Một bình điện phân đựng dung dịch AgNO3, cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là I = 1 (A) Cho AAg8 (đvc), nAg= 1 Lượng Ag bám vào catốt trong thời gian 16 phút 5 giây là:
13 Một bình điện phân dung dịch CuSO 4 có anốt làm bằng đồng, điện trở của bình điện phân R = 8 (), được mắc vào hai cực của bộ nguồn E = 9 (V), điện trở trong r =1 () Khối lượng Cu bám vào catốt trong thời gian 5 h có giá trị là:
TỤ ĐIỆN
3.2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo.
Tụ điện gồm có hai bản cực bằng kim loại đặt song song và ở giữa là một lớp cách điện (gọi là chất điện môi).
Tụ có loại điện dung cố định và loại điện dung biến đổi.
Tụ thường Tụ biến đổi Tụ hóa
Hình 2.14: Kí hiệu các loại tụ Trong thực tế đơn vị Fara rất lớn nên người ta thường dùng các ước số của
Tụ điện được chia thành 2 loại chính :
- Loại không phân cực với nhiều dạng khác nhau
- Loại phân cực có cực tính xác định khi làm việc và có thể bị hỏng nếu nối ngược cực
Ứng dụng một số loại tụ:
+ Tụ giấy: Được dùng để phân đường , ngăn nối tầng, lọc trong những mạch điện tần số thấp và một chiều
+ Tụ mica: Tổn hao năng lượng rất bé , điện trở cách điện cao Được dùng chủ yếu trong mạch có tần số cao
+ Tụ gốm sứ cao tầ n: Tụ này chịu điện áp cao , kích thướt không lớn, được dùng trong các mạch cao tần, siêu cao tần
+ Tụ màng nhựa, màng nhựa kim loại: Trị số điện dung ổn đinh, điện trở cách điện lớn, nhiệt độ làm việc thấp
+ Tụ hóa: Dùng trong các mạch điện như bộ lọc mạch nắn điện , nối tầng ở mạch tần số thấp Khi để lâu không dùng thì trị số điện dung giảm Nếu đấu ngược cực tụ sẽ hỏng
+ Tụ biên đổi ( tụ xoay): Thường dùng trong các mạch cộng hưởng cao tấn ở máy thu , phát Tụ biến đổi chỉ thay đổi trị số điện dung nhỏ từ 10 -:- 60 pF thường dùng để điều chỉnh lại các trị số điện dung gọi là tụ tinh chỉnh
* Trên tụ hóa và tụ giấy người ta có ghi các tham số như :
Những thông số cơ bản của tụ điện
1 Điện dung danh định Đại lượng đặt trưng cho khả năng chứa điện tích của tụ điện gọi là điện dung của tụ điện Kí hiệu : C Đơn vị : Fara ( F )
2 Dung kháng của tụ điện
Tụ điện ngăn không cho dòng điện một chiều đi qua nhưng có thể có một dòng nạp ban đầu và lại ngừng ngay khi tụ điện vừa mới nạp đầy. Đối với dòng điện xoay chiều thì dòng điện này tác động lên tụ điện với hai nữa chu kì ngược nhau , làm cho tụ điện có tác dụng dẫn dòng điện đi qua
Tụ có điện dung nhỏ cho tần số cao đi qua dễ
Tụ có điện dung lớn cho tần số thấp đi qua dễ
Dung kháng của tụ được tính theo công thức : Xc = 1/2лfC Trong đó : Xc là điện kháng của tụ (Ω) f là tần số dòng điện xoay chiều qua tụ ( Hz )
Là điện áp lớn nhất cho phép đặt lên hai đầu của tụ điện mà tụ điện vẫn làm việc bình thường
3.2.2 Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện
Với tụ hoá : Giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ => Tụ hoá là tụ có phân cực (-) , (+) và luôn luôn có hình trụ
Hình 2.15: Tụ hoá ghi trên thân tụ
Với tụ giấy , tụ gốm : Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu
Hình 2.16: Tụ gốm ghi trị số bằng ký hiệu.
Cách đọc : Lấy hai chữ số đầu nhânvới 10(Mũ số thứ 3 )
Ví dụ: tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa là:
Giá trị = 47 x 10 4 = 470000 p ( Lấy đơn vị là picô Fara)
Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5% hay 10% của tụ điện
Tụ giấy và tụ gốm còn có một cách ghi trị số khác là ghi theo số thập phân và lấy đơn vị là MicroFara: Ví dụ
Ý nghĩ của giá trị điện áp ghi trên thân tụ :
Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị nổ
Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần
Ví dụ: Mạch 12V phải lắp tụ 16V, mạch 24V phải lắp tụ 35V vv
+ Cách đo tụ điện bằng đồng hồ V.O.M: Chuyển núm xoay về thang đo điện trở
Thực hiện thao tác đo 2 lần và có đổi chiều đo, ta thấy:
- Kim vọt lên rồi trả về hết: khả năng nạp xả của tụ còn tốt.
- Kim vọt lên 0: Tụ bị nối tắt ( bị đánh thủng, bị chạm).
- Kim vọt lên nhưng không trở về: tụ bị rò.
+ Các kiểu mắc tụ điện
Tụ điện mắc nối tiếp
Các tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương C tđ được tính bởi công thức: 1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 )
Trường hợp chỉ có 2 tụ mắc nối tiếp thì C tđ = C1.C2 / ( C1 + C2 )
Khi mắc nối tiếp thì điện áp chịu đựng của tụ tương đương bằng tổng điện áp của các tụ cộng lại U tđ = U1 + U2 + U3
Khi mắc nối tiếp các tụ điện, nếu là các tụ hoá ta cần chú ý chiều của tụ điện, cực âm tụ trước phải nối với cực dương tụ sau:
Hình 2.17: Tụ điện mắc nối tiếp
Tụ điện mắc song song
Các tụ điện mắc song song thì có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại C = C1 + C2 + C3 Điện áp chịu đựng của tụ điện tương tương bằng điện áp của tụ có điện áp thấp nhất
Nếu là tụ hoá thì các tụ phải được đấu cùng chiều âm dương
Hình 2.18: Tụ điện mắc song song
3.2.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng.
Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, trong các thiết bị điện tử, tụ điện là một linh kiện không thể thiếu được, mỗi mạch điện tụ đều có một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động vv
Dưới đây là một số những hình ảnh minh hoạ về ứng dụng của tụ điện.
Tụ điện trong mạch lọc nguồn.
Hình 2.19: Tụ hoá trong mạch lọc nguồn.
Trong mạch lọc nguồn như hình trên, tụ hoá có tác dụng lọc cho điện áp một chiều sau khi đã chỉnh lưu được bằng phẳng để cung cấp cho tải tiêu thụ, ta thấy nếu không có tụ thì áp DC sau đi ốt là điên áp nhấp nhô, khi có tụ điện áp này được lọc tương đối phẳng, tụ điện càng lớn thì điện áp DC này càng phẳng
Tụ điện trong mạch dao động đa hài tạo xung vuông.
1 Nhận dạng và kiểm tra, đọc trị số tụ điện
- Thiết bị đo: Đồng hồ vạn năng VOM
- Linh kiện: Tụ điện10 con có giá trị khác nhau.
2 Xác định giá trịcủa tụ:
Bài tập 1: Đọc giá trị các tụ điện: 4732G, 104-1A, 222-2D, 102, 273, 10, 331- 2H Bài tập 2: Ghi theo qui ước giá trị các tụ điện sau: 47P, 470pF, 10àF/25V, 3300pF, 10àF/50V,
Bài tập 3: Tính giá trị Ctđ của mạch điện sau:
3.3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo.
Hình 2.20: Kí hiệu cuộn cảm
Là cuộn dây quấn trên lõi sắt từ Cuộn dây có nhiều vòng để có điện cảm L lớn Ứng dụng : Dùng trong các mạch nắn điện (dùng làm bộ lọc) và trong các mạch điện xoay chiều âm tần
Cuộn cảm cao tần có số vòng dây ít hơn cuộn cảm âm tần và được quấn trên ống sứ, nhựa cách điện, bên trong không có lõi hoặc có lõi bằng chất ferit Ứng dụng: Dùng trong mạch cao tần, trung tần của máy thu phát vô tuyến
3.3.2 Cách đọc, đo và cách mắc cuộn cảm
Xác định theo bảng mà quy ước quốc tế
I, II, III: ghộp theo vũng màu giống như điện trở Đợn vị là à
Hình 2.21: Cuộc cảm vòng màu
3.3.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng.
Tác dụng : Biến đổi điện áp và dòng điện xoay chiều
Phối hợp trở kháng giữa bên sơ cấp và thứ cấp
Nếu có một dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường biến đổi Ta đặt cuộn dây thứ hai trong từ trường cuộn dây thứ nhất thì trong cuộn dây thứ hai xuất hiện dòng điện, gọi là dòng điện cảm ứng Dòng điện trong cuộn dây thứ hai biến đổi như dòng điện trong cuộn dây thứ nhất sinh ra nó, đó là hiện tượng cảm ứng điện từ Hai cuộn dây càng sát nhau thì hiện tượng cảm ứng điện từ càng mạnh Hiện tượng cảm ứng điện từ rất mạnh khi quấn cả hai cuộn dây trên cùng một lõi sắt từ
Nguyên lý làm việc của máy biến áp cũng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Nếu n1 là số vòng dây cuộn sơ cấp, U1 là điện áp vào cuộn sơ cấp, n2 số vòng dây cuộn thứ cấp, U2 là diện áp ra ở cuộn thứ cấp Ta có tỉ số biến áp:
Trong đó: I1 là dòng điện sơ cấp, I2 là dòng điện thứ cấp
Nếu : K>1 (U1>U2) là biến áp giảm áp
K