Dtcn gt lkdt docx 9741

Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự do rất lớn, ở nhiệt độ bìnhthường các điện tử hóa trị trong vùng đầy có thể chuyển sang vùng tự do rất dễ dàng, dướitác dụng của lực điện trường các đ

UBND TỈNH BÌNH ĐỊNH ̀ TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ QUY NHƠN

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: 99/QĐ-CĐKTCNQN ngày 14 tháng 3 năm 2018

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn

Bình Định, năm 2018

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Giáo trình này được biên soạn bởi giáo viên khoa Điện tử trường Cao đẳng kỹthuật công nghệ Quy Nhơn, sử dụng cho việc tham khảo và giảng dạy nghề Điện tửcông nghiệp tại trường Cao đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn Mọi hình thức saochép, in ấn và đưa lên mạng Internet không được sự cho phép của Hiệu trưởng trườngCao đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn là vi phạm pháp luật

LỜI GIỚI THIỆU

Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp cho hệ CaoĐẳng và Trung Cấp , giáo trình “Linh kiện điện tử” là một trong những giáo trình mônhọc đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được BộLao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạnngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc

Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liênquan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lýthuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời cótính thực tiễn cao

Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và côngnghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiến thức mới cho phùhợp Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người họccủng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng

Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thể

sử dụng cho phù hợp Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêuđào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết Rất mong nhận được đóng góp

ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn.Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao Đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn, 172

An Dương Vương, TP Quy Nhơn

2

MỤC LỤC

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Linh kiện điện tử

Mã môn học: MH 09

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

- Vị trí: Môn học được bố trí dạy ngay từ đầu khóa đào tạo, được bố trí dạy trước

khi học các môn học cơ bản chuẩn bị sang nội dung thực hành

- Tính chất: Là môn học bổ trợ các kiến thức cơ bản cho học viên về các linh

kiện điện tử cơ bản

Mục tiêu của môn học:

- Kiến thức:

+ Phân tích được cấu tạo, nguyên lý các linh kiện điện tử thông dụng

+ Nhận dạng chính xác ký hiệu của từng linh kiện, đọc chính xác trị số của chúng

Bài tập

Kiểm tra

1 Chương 1: Các khái niệm cơ

4 Chương 4: Linh kiện quang

4

CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

- Trình bày khái niệm, các đặc tính của vật dẫn điện và vật cách điện

- Trình bày bản chất của dòng điện trong các môi trường

- Phân biệt được các vật dẫn điện và vật cách điện

- Rèn luyện thái độ nghiêm túc trong học tập, cẩn thận, tỉ mỉ và qun sát

1.1 Vật liệu dẫn điện

1.1.1 Khái niệm

Vật liệu dẫn điện là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đầy, thậm chí có thểchồng lên vùng đầy Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự do rất lớn, ở nhiệt độ bìnhthường các điện tử hóa trị trong vùng đầy có thể chuyển sang vùng tự do rất dễ dàng, dướitác dụng của lực điện trường các điện tử này tham gia vào dòng điện Chính vì vậy vậtdẫn có tính dẫn điện tốt

- Vật liệu ở thể lỏng là các kim loại nóng chảy và các dung dịch điện phân

1.1.3 Đặc tính kỹ thuật của vật liệu dẫn điện

Khi nghiên cứu đặc tính dẫn điện của vật liệu cần quan tâm đến các tính chất cơbản sau:

Điên dẫn suất và điện trở suất

Điện dẫn suất của vật liệu được tính theo công thức sau:

Trị số nghịch đảo của điện dẫn suất gọi là điện trở suất ρ, nếu một vật dẫn có tiếtdiện không đổi là S và độ dài l thì:

Đơn vị của điện trở suất là Ω.mm2/m

Hệ số nhiêt của điện trở suất

Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ, trong khoảng nhiệt độ hẹpquan hệ giữa điện trở suất với nhiệt độ gần như đường thẳng, giá trị điện trở suất ở cuốiđoạn nhiệt độ ∆t có thể tính theo công thức sau:

ρ

𝑡 = ρ

0(1 + α

𝑃 ∆𝑡)Trong đó:

ρ

𝑡 = ρ

0(1 + α

𝑃 ∆𝑡): điện trở suất ở nhiệt độ t0ρ

𝑡 : điên trở suất ở nhiệt độ ban đầu t0

ρ0 : hệ số nhiệt của điện trở suất

α𝑃

Nhiệt dẫn suất

Nhiệt dẫn suất của kim loại dẫn điện có quan hệ với điện dẫn suất kim loại cáckim loại khác nhau ở nhiệt độ bình thường với điện dẫn suất tính bằng S/m còn nhiệt dẫnsuất tính bằng W/độ.m

Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động

Khi cho hai kim loại khác nhau tiếp xúc thì giữa chúng phát sinh hiệu điện thế.Nguyên nhân sinh ra hiệu điện thế tiếp xúc là công thoát điện tử của kim loại khác nhauđồng thời dó số điện tử tự do khác nhau mà áp lưc khi điện tử ở kim loại khác nhau cóthể không giống nhau

Hệ số nhiệt dãn nở dài của vật dẫn kim loại

Hệ số dãn nở nhiệt theo chiều dài của vật dẫn kim loại là trị số của hệ số dãn nởdài theo nhiệt độ và nhiệt độ nóng chảy Khi hệ số cao sẽ dễ nóng chảy ở nhiệt độ thấpcòn kim loại có hệ số nhỏ sẽ khó nóng chảy

Tính cơ học của vật liệu

Tính chất cơ học hay còn gọi là cơ tính là khả năng chống lại tác dụng của lực bênngoài kim loại

Tính cơ học bao gồm tính đàn hồi, tính dẻo, tính hai, độ cứng, chịu đươc va chạm

1.1.4 Một số vật liệu dẫn điên thông dụng

6

Sau đây là bảng nêu một số tính chất như trọng lượng riêng ở 200C[kg/dm3], điện dẫnsuất [1/Ω.1/cm], nhiệt dẫn suất [W/cm/0C], độ bền đứt khi kéo [kg/mm2] và thế điện hóa

so với H[V] của một số vật liệu như đồng, nhôm, kẽm,

1.2 Vật liệu cách điện

1.2.1 Khái niệm

Vật liệu không cho phép dòng điện đi qua chúng được gọi là vật liệu cáchđiện Chúng có khả năng ngăn hoặc giảm truyền điện, nhiệt hoặc âm thanh đến thiết bịhoặc khu vực khác

Cách đơn giản nhất để xác định vật liệu cách điện thì cần xác định vật liệu khôngphải là một chất dẫn điện tốt Điện tích của vật liệu cách điện không di chuyển tự do và

nó có điện trở cao mà dòng điện không thể đi qua nó

Lý do sử dụng vật liệu cách điện là để tách rời các bộ phận dẫn điện của thiết bịvới nhau và khỏi các bộ phận nối đất Các thành phần nối đất có thể bao gồm vỏ hoặccấu trúc cơ học cần thiết để cho phép thiết bị được xử lý và vận hành Nhiệm vụ củacách điện là chỉ cho dòng điện đi theo những con đường trong mạch điện đã được sơ đồquy định

1.2.2 Phân loại

Phân loại theo trạng thái vật lý:

- Vật liệu cách điên thể khí: không khí khô, carbon dioxide, argon, nitơ,

- Vật liệu cách điện thể lỏng: Dầu hạt lanh, dầu khoáng hydrocarbon tinh chế

- Vật liệu cách điện thể rắn: Mica, gỗ, đá phiến, thủy tinh, sứ, cao su, bông, lụa, tơnhân tạo,

Phân loại theo thành phần hóa học:

Vật liệu cách điện hữu cơ: gồm các vật liệu có nguồn gốc thiên nhiên như cao su,lụa, phíp, xeluliot và nhóm vật liệu nhân tạo như nhứa phenol, amino, xilicon

1.2.3 Tính chất

Vật liệu cách điện nên có các tính chất sau:

- Vật liệu phải có độ bền cơ học cao để mang lực căng và trọng lượng của dây dẫn

- Vật liệu có điện trở cao để ngăn dòng điện rò rỉ từ dây dẫn xuống đất

- Tính chất điện và tính chất hóa học của vật liệu không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độVật liệu cách điện là vật liệu không cho dòng điện chạy qua nó

Các đặc tính kỹ thuật của vật liệu cách điện:

- Độ bền về điện là mức điện áp chịu được trên đơn vị bề dày mà không bị đánhthủng

- Nhiêt độ chịu được,

- Hằng số điện môi,

- Góc tổn hao: tg

- Tỷ trọng

1.3 Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường

1.3.1 Dòng điện trong kim loại

- Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương cácion dương sắp xếp một cách tuần hoàn trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại:

+ Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử chuyển động hỗn loạn trong mạng tinhthể, gọi là các electron tự do

+ Sự mất trật tự của mạng tinh thể đã cản trở chuyển động của các electron

+ Electron chuyển động ngược chiều điện trường dưới tác dụng của lực điệntrường

- Bản chất dòng điện trong kim loại:

+ Khi không có điện trường ngoài thì trong kim loại không có dòng điện

+ Khi có điện trường ngoài thì trong kim loại sẽ xuất hiện dòng điện ( Dòng điệntrong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điệntrường ngoài)

1.3.2 Dòng điện trong chất điện phân.

8

Các dung dịch muối, axit, bazơ hay các muối nóng chảy được gọi là các chất điệnphân.

- Hạt tải điện trong chất điện phân là các ion dương, ion âm bị phân li từ các phân tửmuối, axit, bazơ

- Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướngtheo hai chiều ngược nhau trong điện trường

- Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại vì mật độ các ion trong chất điệnphân nhỏ hơn mật độ các electron trong kim loại, khối lượng và kích thước của các ionlớn hơn khối lượng và kích thước của các electron nên tốc độ chuyển động có hướng củachúng nhỏ hơn

- Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại củađiện cực vào trong dung dịch

- Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đitheo Tới điện cực chỉ có electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất động lại ở điện cực,gây ra hiện tượng điện phân

- Hiện tượng điện phân được áp dụng trong các công nghệ luyện kim, hóa chất, mạđiện, …

1.3.3 Dòng điện trong chất khí

- Chất khí vốn không dẫn điện Chất khí chỉ dẫn điện khi có hạt tải điện (electron, ion)

do tác nhân ion hóa sinh ra Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng củaelectron và các ion trong điện trường

- Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí xảy ra khi ta phải dùng tác nhân ion hóa

từ bên ngoài để tạo ra hạt tải điện trong chất khí

- Khi dùng nguồn điện áp lớn để tạo ra sự phóng điện qua chất khí, ta thấy có hiện tượngnhân hạt tải điện

- Quá trình phóng điện tự lực trong chất khí là quá trình phóng điện vẫn tiếp tục giữđược khi không còn tác nhân ion hóa tác động từ bên ngoài Có 4 cách chính để dòngđiện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:

+ Dòng điện qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá + Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độthấp

+ Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra electron Hiệntượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt electron

+ Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bậtelectron khỏi catôt trở thành hạt tải điện

- Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành trong chất khí khi có điệntrường đủ mạnh để làm ion hóa chất khí Ứng dụng dùng để đốt hỗn hợp xăng không khítrong động cơ xăng, giải thích hiện tượng sét trong tự nhiên.

- Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành khi dòng điện qua chất khí ở

áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn, giữcatốt ở nhiệt độ cao để nó phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt electron.+ Hồ quang điện có thể kèn theo toả nhiệt và toả sáng rất mạnh;

+ Hồ quang diện có nhiều ứng dụng như hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu,

…

1.3.4 Dòng điện trong chân không

Chân không là môi trường đã được lấy đi các phân tử khí Nó không chứa các hạttải điện nên không dẫn điện

Để chân không dẫn điện ta phải đưa các electron vào trong đó

Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron đượcđưa vào trong khoảng chân không đó

Câu hỏi ôn tập:

Câu 1: Vật liệu dẫn điện là gì Nêu các đặc tính của vật liệu dẫn điện Cho ví dụ.

Câu 2: Vật liệu cách điện là gì Nêu các đặc tính của vật liệu cách điện Cho ví dụ.

Câu 3: Nêu bản chất của dòng điện trong kim loại.

Câu 4: Nêu bản chất của dòng điện trong chất điện phân.

10

CHƯƠNG 2: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG

Mục tiêu

- Phân biệt được điện trở, tụ điện, cuộn cảm với các linh kiện khác theo các đặctính của linh kiện

- Đọc đúng trị số điện trở, tụ điện, cuộn cảm theo qui ước quốc tế

- Đo kiểm tra chất lượng điện trở, tụ điện, cuộn cảm theo giá trị của linh kiện

- Thay thế, thay tương đương điện trở, tụ điện, cuộn cảm theo yêu cầu kỹ thuật củamạch điện công tác

- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập

2.1 Điện trở

2.1.1 Cấu tạo, ký hiệu, phân loại, cách mắc

- Điện trở là linh kiện dùng để cản trở dòng điện

- Cấu tạo:

Hình 2.1 Cấu tạo điện trở

- Ký hiệu:

Hình 2.2 Ký hiệu điện trở

- Đơn vị của điện trở:

- Phân loại: có nhiều cách để phân loại cho điện trở, có thể phân loại theo:

+ Phân loại theo cấu tạo: Điện trở than, điện trở màng kim loại,điện trở oxit-kimloại, điện trở dây quấn.

+ Phân loại theo công dụng: Biến trở, nhiệt trở, quang trở, điện trở cầu chì(Fusistor), điện trở tùy áp

- Cách mắc điện trở:

+ Mắc nối tiếp:

Rtd = R1+ R2+R3+ Mắc song song:

1/Rtd = 1/R1+1/R2+1/R3

2.1.2 Xác định giá trị của điện trở bằng vòng màu

2.1.2.1 Lý thuyết liên quan

Dựa vào bảng quy ước màu quốc tế

Vòng số 3(số bội)

Vòng số 4(sai số)

- Đối với điện trở 4 vòng màu:

Kết quả = (vòng 1) ghép với (vòng 2)* vòng 3 (đơn vị : ), Vòng 4 là sai số

- Đối với điện trở 5 vòng màu:

Kết quả = (vòng 1) ghép với (vòng 2) ghép với (vòng 3)* vòng 4 (đơn vị : ),Vòng 5 là sai số

- Đối với điện trở 3 vòng màu:

Kết quả = (vòng 1) ghép với (vòng 2)* vòng 3 (đơn vị : ), sai số thường là 20%

2.1.2.3 Thực hành

Từng người học thực hành tại vị trí thực hành của mình: đọc giá trị của điện trởdựa vào vòng màu.

2.1.3 Xác định giá trị điện trở bằng VOM

2.1.3.1 Lý thuyết liên quan

- Đo điện trở bằng VOM được đo ở trạng thái không điện

- Hiệu chỉnh đồng hồ VOM: chập 2 que đo lại với nhau, nếu kim đồng hồ không chỉ về 0

thì ta vặn núm Ohm Zero để kim chỉ về 0;

- Chọn thang đo điện trở phù hợp với giá trị điện trở cần đo;

2.1.3.2 Trình tự thực hiện

Bước 1: Ước lượng giá trị điện trở cần đo

Bước 2: Chọn thang đo và giới hạn đo phù hợp, sau đó chập hai que đo, chỉnh núm ADJ

để kim chỉnh về vị trí 0 Ohm (giảm sai số)

Bước 3: Tiến hành đo: đưa hai que đo vào hai chân của điện trở

Bước 4: Quan sát và đọc kết quả

Kết quả đo = số chỉ trên vạch khắc độ của thang đo* giới thang của thang đo

2.1.3.3 Thực hành

Người học thực hành đo các giá trị điện trở bằng VOM

2.2 Tụ điện

2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu, phân loại, cách mắc

- Tụ điện là linh kiện thụ động dùng để cản trở và phóng nạp khi cần thiết Được đăt trưngbởi dung kháng : XC=1/ c

- Cấu tạo của tụ:

+ Tụ điện gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa

là một lớp cách điện gọi là điện môi

+ Chất cách điện thông dụng để làm điện môi trong tụ là: giấy, dầu, mica, gốm,không khí…

14

Hình 2.3 Cấu tạo tụ điện

2.2.2 Xác định giá trị điện dung

2.2.2.1 Lý thuyết liên quan

- Với tụ hoá: Giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ => Tụhoá là tụ có phân cực (-), (+) và luôn luôn có hình trụ

Ví dụ: Tụ hoá ghi điện dung là 185 µF / 320 V

- Với các tụ dùng vòng màu thì cách đọc trị số điện dung cũng tương tư ̣ như điệntrở

- Với tụ giấy, tụ gốm có ký hiệu là 3 chữ số và một cũ cái, thì cách xác định giátrị điện dung là: Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3 ) , đơn vị là pF, chữ số cuối cùngchỉ sai số

2.2.2.2 Trình tự thưc hiện

Bước 1: Xác định loại tụ cần đọc (tức tụ hóa hay tụ giấy, tụ gốm)

Bước 2: Ghi lại chính xác giá trị trên thân của tụ điện

Bước 3: Xác định giá trị điện dung bằng cách:

- Đọc trực tiếp trên thân tụ nếu là tụ hóa

- Tính theo công thức nếu là tụ gốm, tụ giấy

2.2.2.3 Thực hành

Người học thực hành đọc giá trị tụ điện tại vị trí làm việc

2.2.3 Đo kiểm tra tụ điện bằng VOM

2.2.3.1 Lý thuyết liên quan

Trong quá trình sử dụng tụ điện, vì một số nguyên nhân mà tụ bị hư hỏng, lúc này

ta cần kiểm tra xem chất lượng của tụ Để kiểm tra ta dùng VOM để ở thang đo điện trở

2.2.3.2 Trình tự thực hiện

Bước 1: Điều chỉnh về thang đo điện trở, chọn giới hạn đo phù hơp (nếu tụ có giátrị điện dung lớn thì chọn các giới hạn đo x1, x10, còn nếu tụ có giá trị điện dung nhỏ thìchọn giới hạn đo x1k, x10k)

Bước 2: Đưa hai que đo vào hai chân tụ

Bước 3: Quan sát kim chỉ thị trên vạch khắc độ của máy đo VOM:

- Nếu kim quay lên phải, đứng yên và trở về vị trí ban đầu thì tụ còn tốt

- Nếu kim quay lên phải và trở về vị ban đầu thì tụ bị rò

- Nếu kim quay lên phải tới 0 ohm và đứng yên thì tụ bị chập

2.2.3.3 Thực hành

Từng người học thực hành tại vị trí thực hành của: đo kiểm tra xác định chấtlượng của tụ dựa vào máy đo VOM

2.3 Cuộn cảm

2.3.1 Cấu tạo, ký hiệu, phân loại, cách mắc

- Cấu tạo: cuộn dây được cấu tạo bởi dây dẫn dài quấn nhiều vòng, dây dẫn được sơn

cách điện, trong cùng là lõi (lõi có thể là lõi không khí, lõi thép kỹ thuật, lõi Ferit)

+ Phân loại theo hình dạng của cuộn dây.

+ Phân loại theo khu vực làm việc

- Các cách mắc cuộn dây:

+ Mắc nối tiếp:

Ltd= L1+ L2+ Mắc song song:

2.3.2 Xác đinh giá trị điện cảm

2.3.2.1 Kiến thức liên quan

Để xác đinh giá trị giá trị điện cảm dung máy đo LCR Thiết bị đo LCR lànhững dòng sản phẩm chuyên dụng để kiểm tra các thông số của linh kiện như: cuộn

cảm (L), điện trở (R), cảm kháng (C) Những dòng máy đo LCR này thường được sử

dụng nhiều trong các nhà máy, phòng thí nghiệm đa số là để kiểm tra, sửa chữa linh kiệnđiện tử

2.3.2.2 Trình tự thực hiện

Bước 1: Điều chỉnh máy đo LCR về thang đo L;

Bước 2: Đưa hai que đo và hai chân của cuộn dây;

Bước 3: Đọc kết quả hiển thị trên máy đo LCR

2.3.2.3 Thực hành

Từng người học thực hành tại vị trí thực hành của mình:

Đo kiểm tra và xác định giá trị của cuộn dây dựa vào máy đo LCR

Câu hỏi ôn tập:

Câu 1: Trình bày cách xác định giá trị điện trở theo vòng màu

Câu 2: Trình bày các bước xác định điện trở bằng VOM

Câu 3: Trình bày cấu tạo, ký hiệu, phân loại cách mắc điện trở, tụ điện, cuộn cảm

Câu 4: Trình bày các bước đo kiểm tra tụ điện bằng VOM

Câu 5: Trình bày các bước đo giá trị điện cảm bằng máy đo RCL

CHƯƠNG 3: LINH KIỆN BÁN DẪN

Mã bài: MH 09-03

Thời gian: 36 giờ (LT: 07, TH: 8, Tự học: 20, KT: 01)

Giới thiệu:

Trong khoảng đầu thế kỷ trước, người ta đã chú ý đến chất bán dẫn điện Vì những

ưu việt của linh kiện bán dẫn, như ít tiêu hao năng lượng, tuổi thọ cao, kích thướcnhỏ cho nên thế hệ đèn điện tử chân không đã được thay thế hầu hết bằng linh kiện bándẫn Vì vậy linh kiện bán dẫn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoahọc, kỹ thuật cũng như đời sống hiện nay

Mục tiêu: Học xong bài học này người học có khả năng:

- Phân biệt được các linh kiện bán dẫn có công suất nhỏ theo các đặc tính của linhkiện

- Sử dụng bảng tra để xác định đặc tính kỹ thuật linh kiện theo nội dung bài đãhọc

- Phân biệt được được các loại linh kiện bằng máy đo VOM/ DVOM theo các đặctính của linh kiện

- Kiểm tra đánh giá chất lượng linh kiện bằng VOM/ DVOM trên cơ sở đặc tínhcủa linh kiện

- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập

3.1.1 Chất bán dẫn thuần

Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn làbán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thuđược Diode hay Transistor

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

Hình 3.1 Chất bán dẫn tinh khiết

3.1.2 Chất bán dẫn loại P

Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vàochất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộnghoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) và đượcgọi là chất bán dẫn P

Hình 3.2 Chất bán dẫn loại P

3.1.3 Chất bán dẫn loại N

Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Sithì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tửPhospho 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

3.2 Tiếp giáp P-N

Bằng các biện pháp công nghệ đặt biệt (plana khuếch tán – Epitaxi) người ta tạo rađược một vùng chuyển tiếp tính dẫn điện từ loại P sang loại N được gọi là tiếp xúc côngnghệ P-N Đây là một dạng tiếp xúc phi tuyến tính có tính dẫn điện không đối xứng

Bình thường khi chưa có tác động của trường ngoài hệ thống tiếp xúc PN ở cânbằng động và không có dòng điện qua nó Các iôn dương (bên N) và iôn âm (bên P) tạonên một điện trường cục bộ Etx hướng từ N-P làm cân bằng giữa dòng điện khuếch tán(của các hạt đa số) do chênh lệch nồng độ và dòng điện gia tốc (của các hạt thiểu số) dođiện trường nội bộ Etxgia tốc

Hình 3.4 Tiếp giáp P-N

3.3 Diode

3.3.1 Cấu tạo, ký hiệu, phân loại

- Cấu tạo: Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo mộttiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm: Tại bề mặt tiếp xúc, cácđiện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống

=> tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữahai chất bán dẫn

Hình 3.5 Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode

-Ký hiệu của diode:

Diode Zener

Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P-N ghépvới nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuậnDiode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại mộtmức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên Diode

Diode zener có tính ổn áp Trong mạch Diode zener luôn ở trạng thái phân cựcnghịch và làm việc ở trạng thái bị đánh thủng Khi Diode zener bị đánh thủng , nó sẽ cótính ghim áp, lúc này mức áp đưa vào có thay đổi nhưng mức áp lấy ra trên Diode zener

là không đổi Trong mạch Diode zener luôn dùng với một điện trở hạn dòng để tránh bịquá công suất Trong nhiều mạch điện người ta dùng Diode zener không có điện trở hạndòng để làm mạch bảo vê ̣tránh trường hợp thiết bị quá áp

Hình 3.8 Diode zener

Diode thu quang ( Photo Diode )

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷtinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N, dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường

độ ánh sáng chiếu vào diode

Diode Phát quang ( Light Emiting Diode:LED )

Hình 3.9 Ký hiệu và hình dạng thực tế của led

Diode phát phang là diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làmviệc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA

22

Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv…

Diode Varicap (diode biến dung):

Diode biến dung là diode có điện dung như tụ điện và điện dung biến đổi khi tathay đổi điện áp ngược đặt vào diode

Diode xung:

Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung, ta phải dùng diode xung

để chỉnh lưu Diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz, Diode nắnđiện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diodexung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diodethường nhiều lần

Về đặc điểm, hình dáng thì diode xung không có gì khác biệt với diode thường, tuynhiên diode xung thường có vòng đánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng

Hình 3.10 Ký hiệu của diode xung

3.3.2 Đo kiểm tra diode

3.3.2.1 Lý thuyết liên quan

Trong quá trình sử dụng, diode có thể bị hư hỏng tức bị chập, bị đứt Nếu quansát bằng mắt thường thấu diode bị biến đổi hình dạng như nứt, bể thì khả năng diode bị

hư hỏng là rất cao Trong một số trường hợp, hình dáng bên ngoài không đổi nhưngdiode vẫn bị hư hỏng Để đo kiểm tra diode còn tốt hay không người ta thường sử dụngđồng hồ VOM ở thang đo điện trở

3.3.2.2 Trình tự thực hiện

Kiểm tra chất lượng của diode bằng máy đo VOM :

Bước 1 : Đặt đồng hồ ở thang đo điện trở, giới hạn đo X1

Bước 2 : Đưa hai que đo vào hai đầu Diode (thực hiện đo hai chiều thuận vàngược)

Bước 3 : Quan sát kim chỉ thị :

- Nếu : Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim quay lên phải

- Nếu : Đo chiều ngược lại que đỏ vào Anôt, que đen vào Katôt => kim không lên

=> Diode còn tốt

Nếu đo cả hai chiều thuận và ngược mà kim đều lên = 0Ω => là Diode bị chập.Nếu đo chiều thuận mà kim không lên => là Diode bị đứt

3.3.2.3 Thực hành

Từng người học thực hành tại vị trí thực hành của mình:

Đo kiểm tra xác định chất lượng của các loại diode và xác định cực tính chân của diode

3.4 Transistor BJT

3.4.1 Cấu tạo, phân loại, nguyên lý làm việc

- Cấu tạo: Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp

giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN

ta được Transistor ngược Về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diodeđấu ngược chiều nhau

Hình 3.11 Cấu tạo Transistor và sơ đồ tương đương diode

- Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

- Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, vàcực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn(loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị chonhau được

Phân loại: Có nhiều cách phân loại transistor

- Dựa vào cấu tạo: transistor gồm 2 loại NPN và PNP

- Dựa vào công suất: transistor thường và transistor công suất

Hình dạng thực tế của transistor:

Hình 3.12 Hình dạng thực tế của Transistor

24

* Nguyên lý làm việc

- Xét hoạt động của Transistor NPN:

Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực

Hình 3.13 Nguyên lý hoạt động của tranistor NPN

Ngay khi dòng IBxuất hiện => lập tức cũng có dòng ICchạy qua mối CE làm bóngđèn phát sáng, và dòng ICmạnh gấp nhiều lần dòng IB

Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo mộtcông thức

I C = β.I B

Trong đó : IClà dòng chạy qua mối CE

IBlà dòng chạy qua mối BE

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

- Xét hoạt động của Transistor PNP:

Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cựctính của các nguồn điện UCE và UBEngược lại Dòng ICđi từ E sang C còn dòng IBđi từ Esang B

* Chế độ phân cực và ổn định nhiệt

- Cách mắc Bazơ chung (BC)

Tín hiệu vào hai cực E- B, tín hiệu ra lấy trên hai cực C - B, cực B chung cho cảtín hiệu vào và tín hiệu ra Cực B đấu mát với tín hiệu xoay chiều Cách mắc sơ đồ BCđược minh hoạ trên Hình 3.9.

Trên hình vẽ mũi tên chỉ chiều của dòng điện trên các cực của tranzito Để thấy rỏquan hệ giữa 3 cực của tranzito trong cách mắc CB người ta dùng hai đặc tuyến: đặctuyến vào và đặc tuyến ra Đặc tuyến vào cho Hình 3.10.a mô tả quan hệ giữa dòng vào IEvới điện áp vào UBE, ứng với các giá trị khác nhau của điện áp ra UCB

a Tranzito PNP; b Tranzito NPN

Hình 3.14 Sơ đồ cách mắc BC

Đặc tuyến ra (Hình 3.10 ) mô tả quan hệ giữa dòng điện ICvới điện áp ra UCBứngvới các giá trị khác nhau của dòng điện vào IE Trên đặc tuyến này được chia làm 3 vùng:vùng tích cực, vùng cắt, vùng bão hoà

a Đặc tuyến vào; b Đặc tuyến ra

Hình 3.15 Đặc tuyến của cách mắc BC

Vùng tích cực được dùng để khuếch đại tín hiệu (nên còn được gọi là vùng khuếchđại), trong vùng tích cực chuyển tiếp emitơ được phân cực thuận, chuyển tiếp colectơđược phân cực ngược Ở phần thấp nhất của vùng tích cực (đường IE= 0), dòng IClà dòngbão hoà ngược, dòng ICOrất nhỏ cỡ

26

Khi tranzito hoạt động trong vùng tích cực có quan hệ gần đúng IE = IC Vùng cắt

là vùng mà ở đó dòng IC = 0 Trong vùng cắt chuyển tiếp emitơ và colectơ đều phân cựcngược

Vùng bão hoà là vùng ở bên trái đường UCB= 0 trên đặc tuyến ra Trong vùng bãohoà chuyển tiếp emitơ và colectơ đều phân cực thuận

- Cách mắc Emitơ chung (EC)

Tín hiệu vào hai cực B - E, tín hiệu ra lấy trên hai cực C - E, cực E chung cho cảtín hiệu vào và tín hiệu ra Cực E đấu mát với tín hiệu xoay chiều

a.Tranzito NPN; b Tranzito PNP

Hình 3.16 Sơ đồ cách mắc EC

Trong cách mắc EC, đặc tuyến ra là quan hệ giữa dòng ICvà điện áp ra UCE, ứngvới khoảng giá trị của dòng vào IB Đặc tuyến vào là quan hệ giữa dòng vào IBvà điện ápvào UBE,ứng với khoảng giá trị của điện áp ra UCE

Khi sử dụng transistor cần lưu ý các tham số của nó, các tham số này đều có ghitrong sổ tay tra cứu Sau đây là các tam số chính.

- Dòng góp lớn nhất cho phép (ICm)): nếu dòng góp một chiều vượt quá trị sốcho phép thì transistor có thể bị hỏng

- Điện áp góp lớn nhất cho phép (Ucm): cả hai điện áp UCE và UCBđều phảidưới mức cho phép, nếu vượt quá thì transistor có thể bị hỏng

- Công suất tiêu tán tối đa cho phép (Ptt)) là mức công suất lớn nhất tiêu tán ởtiếp giáp gốc – góp trong một thời gian dài mà transistor vẫn làm việc bình thường

- Tần số cắt fC là tần số khi transistor làm việc thì hệ số khuếch đại dòng điệncủa nó giảm đi 0,7 lần trị số lúc nó làm việc ở tần số thấp Ở tần số cao hơn thì hệ sốkhuếch đại dòng điện càng giảm nhanh Người ta còn xác định tần số tới hạn fTlà tần số

mà hệ số khuếch đại dòng điện rò của transistor còn bằng 1

- Dòng góp ngược hay dòng dò ICo; là dòng góp khi mạch vào hở mạch, đốivới mạch gốc chung ta có dòng ICo (tức là ICbo) Với mạch phát chung ta có ICe Dòng nàycàng nhỏ thì transistor càng tốt, transistor silic có dòng dò nhỏ rất nhiều so với transistorGecmani

- Giới hạn nhiệt độ làm việc: nhiệt độ càng tăng thì ICotăng, ICm, UCm, Pttđềugiảm và transistor làm việc không ổn định Do đó, phải có giới hạn nhiệt độ củatransistor Transistor chế tạo bằng silíc có giới hạn nhiệt độ làm việc cao hơn tranzito chếtạo bằng gecmani

Hệ số tạp âm: Hệ số tạp âm của các loại transistor đều có ghi trong sổ tay và tínhtheo dB Transistor có hệ số tạp âm càng nhỏ thì trị số dB càng lớn

3.4.2 Đo, kiểm tra transistor

3.4.2.1 Kiến thức liên quan

Trong quá trình sử dụng, transistor có thể bị hư hỏng Để kiểm tra transistor còn tốthay không, trước hết dung mắt thường để quan sát Nếu transistỏ bị biến dạng như nứt bể,cháy sét chân thì khả năng transistor đã bị hư hỏng là rất cao, không nên sử dụng Tuynhiên, một số trường hợp transistor có hình dáng bình thường mà vẫn bị hư hỏng Người

ta có thể dùng máy đo VOM đo kiểm tra chất lượng và xác định chân B, C, E của

transistor BJT Để kiểm tra transistor dựa vào cấu tạo của nó, kiểm tra transistor giốngnhư kiểm tra 2 diode

3.3.2.2 Trình tự thực hiện

Bước 1: Hiệu chỉnh đồng hồ VOM về thang đo điện trở, giới hạn đo X1 hoặc X10

Bước 2: Tiến hành đo (đo giống như diode)

28