Bài Giảng Linh Kiện Điện Tử ( Combo Full Slide 7 Chương )

Dòng điện và từ trường I Thí nghiệm cho thấy dòng điện tạo ra một từ trường Chiều của từ trường do dòng điện tạo ra được xác định theo qui tắc vặn nút chai: Nếu chiều tiến của nút chai

HỌC PHẦN :

LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

GIỚI THIỆU

Môn học này nhằm giúp cho các bạn sinh viên

nắm được cấu tạo và các đặc tính của các loại linh kiện điện tử cơ bản, nhận biết được chúng trong các mạch điện thực tế và ứng dụng của chúng

Nội dung bao gồm :

Điện trở Tụ điện Cuộn dây Diod

Transistor BJT Transistor FET

NỘI DUNG BÀI GIẢNG

 CHƯƠNG 1 ĐIỆN TRỞ

 CHƯƠNG 2 TỤ ĐIỆN

 CHƯƠNG 3 CUỘN GIÂY VÀ BỘ BIẾN ÁP

 CHƯƠNG 4 CHẤT BÁN DẪN ĐIỆN - DIOD BÁN DẪN

 CHƯƠNG 5 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA TRANSISTOR

 CHƯƠNG 6 PHÂN CỰC CHO TRANSISTOR BJT

 CHƯƠNG 7 BA CÁCH RÁP CĂN BẢN VÀ MẠCH TƯƠNG

ĐƯƠNG CỦA TRANSISTOR

CHƯƠNG 1

ĐIỆN TRỞ

I Các loại vật liệu điện

1.Chất dẫn điện

Các chất có cấu tạo nguyên tử tầng ngoài cùng chỉ có một hay hai electron và có khuynh hướng trở thành electron tự do được gọi là chất dẫn điện

VD : bạc, đồng, vàng, nhôm

2.Chất cách điện

Các chất có cấu tạo nguyên tử ở tầng ngoài cùng đã đủ số electron tối đa hay gần đủ số tối đa nên rất ít khả năng tạo ra electron tự do được gọi là chất cách điện

VD : thủy tinh, sành, cao su, giấy

3 Chất bán dẫn điện

Các chất có cấu tạo nguyên tử ở tầng ngoài với bốn electron, chất bán dẫn điện có điện trở lớn hơn chất dẫn điện nhưng nhỏ hơn chất cách điện

VD : Các chất bán dẫn điện thông dụng là: silic và germanium

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu,

chiều dài và tiết diện của dây

 : điện trở suất (  m hay  mm 2 /m)

 Ký hiệu của điện trở

 Đơn vị của điện trở

• Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

• 1KΩ = 1000 Ω

• 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

III Định luật Ohm

Cường độ dòng điện qua mạch tỉ lệ thuận

với điện áp và tỉ lệ nghịch với điện trở trong

mạch

I : Ampere (A)

U : Volt (V)

R : Ohm (  )

IV Điện trở than

Là điện trở được làm từ hỗn hợp của bột than và các chất khác Bên ngoài được bọc bằng một lớp cách điện

 Cấu tạo điện trở than

 Cách đọc trị số của điện trở

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu Ngoài ra còn có loại 5 vòng màu và 3 vòng màu

° Vòng số 1 và số 2 là hàng chục và hàng đơn vị

° Vòng số 3 là bội số cơ số 10

° Vòng số 4 là sai số của điện trở

Màu Vòng 1 (hàng

đơn vị)

Vòng 2 (hàng chục )

Vòng 3 (số bội) Vòng 4 (sai số)

 Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu

Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10(vòng 3)

 Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu

Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10(vòng 4)

 Một số ví dụ

 Các trị số điện trở tiêu chuẩn

 Công suất của điện trở

Là trị số công suất tiêu tán tối đa của điện trở

và được tính theo công thức :

P = U I = U 2 / R = I 2 R (W)

Thông thường điện trở có công suất : 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 4W…

Nếu điện trở có công suất danh định (được cho

bởi nhà sản xuất) nhỏ hơn công suất tiêu tán của nó trên mạch thì điện trở sẽ cháy

Do đó ta phải chọn công suất của điện trở như sau :

PR ≥ 2.P

 Chú ý

W P

R

U

P

2 ,

1 120

V Phân loại điện trở

1.Theo cấu tạo

 Điện trở than : có trị số từ vài  đến vài chục

M  , công suất từ 1/8W đến vài W

 Điện trở màn kim loại : có trị số ổn định hơn điện trở than, công suất thường là 1/2W

 Điện trở oxit kim loại : chịu được nhiệt độ cao và độ ẩm cao, công suất thường là 1/2W

 Điện trở dây quấn : có trị số nhỏ nhưng có dòng điện chịu đựng cao, công suất từ vài W đến vài chục W

2 Theo công dụng

a Biến trở

Cấu tạo

Đặc tuyến của biến trở

 Biến trở than

100  - 220  - 470  - 1k  - 2,2k  - 4,7k  -

10k  - 20k  - 47k  - 100k  - 200k  - 470k  - 1M  - 2,2M 

 Biến trở dây quấn

10  - 22  - 470  - 100  - 220  - 470  -

1k  - 2,2k  - 4,7k  - 10k  - 22k  - 47k 

Các trị số tiêu chuẩn của biến trở

b Nhiệt trở

Là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ Nhiệt trở cơ bản là một đoạn dây kim loại

R = R 0 ( 1 + α∆t )

R : điện trở ở nhiệt độ t

R0 : điện trở ở nhiệt độ t0

α : hệ số nhiệt điện trở

∆t : độ tăng nhiệt độ Nhiệt trở dùng để ổn định nhiệt và làm cảm

biến

Ký hiệu và hình dạng thực tế

Th

d Điện trở cầu chì

Điện trở cầu chì có tác dụng bảo vệ quá tải, dùng để bảo vệ mạch nguồn hay các mạch có dòng tải lớn

Ký hiệu và hình dạng thực tế

F

e Điện trở tuỳ áp

Đây là loại điện trở có trị số thay đổi theo điện áp đặt vào hai cực Khi điện áp ở dưới trị số

danh định thì VDR có điện trở rất lớn coi như hở mạch Khi điện áp tăng cao quá mức danh định thì VDR có điện trở giảm xuống còn rất thấp coi như ngắn mạch

Ký hiệu và hình dạng thực tế

VDR

VI Các kiểu ghép điện trở

1 Điện trở ghép nối tiếp

Theo định luật Ohm ta có:

U1 = R1.I U2 = R2.I U3 = R3.I

R 1 R 2 R 3

I I

V 1 V 2 V 3

R

I I

U = U1 + U2 + U3

U = R1.I + R2.I + R3.I

U = (R1 + R2 + R3).I = R.I

Suy ra: R = R 1 + R 2 + R 3

2 Điện trở ghép song song

3 Thí dụ

Tính R AB = ? Và I AB = ?

R4 = R2 + R3 = 8 + 4 = 12 Ω

RAB = Rcomb + R1 = 6 + 6 = 12 Ω

4 Điện trở thanh

Ký hiệu và hình dạng thực tế của điện trở thanh

Là một dãy gồm những điện trở giống nhau có

một đầu được nối chung lại với nhau

VII Ứng dụng điện trở

1 Hạn dòng trong mạch điện tử

IR = P / U = (2 / 9 )A

R = UR/ IR = 3 / (2/9) = 27 / 2 = 13,5 Ω

UR = 12 – 9 = 3V

PR = UR.IR = 3.(2/9) = (6/9) W

Chọn PR > (6/9) W

2 Mắc thành cầu phân áp

3 Phân cực cho transistor

4 Tham gia vào mạch tạo dao động

Chöông 2

TUÏ ÑIEÄN

I Cấu tạo

o Bản cực làm bằng chất dẫn điện

đặt song song nhau

o Điện môi làm bằng chất cách điện

: giấy, mica, gốm…

o Ký hiệu : C

Là khả năng tích điện của tụ điện và được tính theo công thức :

C : điện dung có đơn vị là F (Farad),  F,  F,  F

1  F = 10 -6 F ; 1  F = 10 -9 F ; 1  F = 10 -12 F

 : hằng số điện môi tuỳ thuộc vào chất cách điện

Không khí khô  = 1; Gốm (Ceramic)  = 5,5; Mica  =4/5

S : diện tích bản cực đơn vị là m 2

d : bề dày lớp điện môi đơn vị là m

II Điện dung

III Đặc tính của tụ đối với dòng điện

một chiều

Khảo sát thí nghiệm :

 K1 đóng tụ nạp điện làm đèn loé sáng

 K2 đóng tụ phóng điện làm đèn loé sáng

Tụ nạp điện :

2

U DC

Khi K ở 1, tụ bắt đầu nạp điện Điện áp tức thời

trên 2 đầu tụ:

t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s)

e = 2,71828

 = R.C (hằng số thời gian, đơn vị là giây -s)

Dòng điện tức thời của tụ là :

0,37

0,86 0,95

0,99

0,14

0,05dòng điện nạp i0,02 c(t)0,01

điện áp tụ nạp v c(t)

Tụ xả điện :

Khi K ở 1, tụ bắt đầu phóng điện Điện áp tức thời trên 2 đầu tụ:

t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s)

e = 2,71828

 = R.C (hằng số thời gian, đơn vị là giây -s)

Dòng điện tức thời của tụ là :

0,05dòng điện xả i0,02 c(t) 0,01

điện áp tụ xả v c (t)

 Điện tích tụ nạp :

Q = CU Q: điện dung (coulomb) C: điện dung (Farad)

U: điện áp nạp trên tụ (volt)

 Năng lượng tụ nạp và xả :

W : điện năng (joule-J) C: điện dung (farad-F) U: điện áp trên tụ (volt-V)

 Điện áp làm việc :

Khi tăng điện áp nạp trên tụ quá mức thì điện môi sẽ

bị đánh thủng (điện áp đánh thủng) Điện áp giới hạn của tụ gọi là điện áp làm việc (WV) và điện áp này phải nhỏ hơn điện áp đánh thủng vài lần

E: điện trường (kV/cm) U: điện áp (kV)

d: bề dày điện môi (cm) Điện trường đánh thủng của một số điện môi thông dụng :

- Giấy tẩm dầu E = 100  250kV/cm

- Gốm (Ceramic) E = 150  200kV/cm

- Mica E = 500kV/cm

Điện dung C (đơn vị là F,  F)

Điện áp làm việc (đơn vị là V) WV  2 Vc

Thông thường, người ta cho điện trường đánh thủng và nó liên hệ với điện áp đánh thủng theo công thức:

 Thông số kỹ thuật của tụ :

IV Phân loại tụ điện

Tụ hoá có điện dung lớn từ 1  F đến

10.000  F là loại có phân cực tính

Điệän áp làm việc nhỏ hơn 500V

+ -

+ -

+ -

1 Tụ oxit hoá (tụ hoá)

Tụ gốm có điện dung lớn từ 1 pF đến 1  F là loại không có phân cực tính Điện áp làm việc đến vài trăm Volt

2 Tụ gốm (Ceramic)

1: số thứ nhất 0: số thứ hai 2: số bội

J: sai số 102J

C = 0,01F C = 100F C = 22F C = 1000F  5%

22  F

Qui ước về sai số của tụ là:

J =  5%

K =  10%

M =  20%

Tụ giấy không có cực tính, địên áp đánh thủng khoảng vài trăm V

3 Tụ giấy

Tụ mica có điện dung lớn vài pF đến vài trăm nF là loại không có cực tính Điện áp làm việc nhỏ hơn 500V

4 Tụ mica

Tụ màng mỏng có điện dung từ vài trăm pF đến vài

chục  F là loại không có cực tính Điện áp làm việc cao đến hàng ngàn V

5 Tụ màng mỏng

Tụ tang có điện dung từ 0,1  F đến 100  F là loại có cực tính Điện áp làm việc thấp chỉ vài chục V

6 Tụ tang

Tụ điện có các trị số điện dung theo tiêu chuẩn với các số thứ nhất và thứ hai như sau:

10 - 12 - 15 - 18 - 22 - 17 - 33 - 39 - 47 - 56 - 68 - 75 - 82

Thí dụ: tụ điện 10 F - 100  F - 1  F - 10  F …

22  F - 220  F - 2,2  F - 22  F …

68  F - 680  F - 6,8  F - 68  F …

V Đặc tính của tụ đối với

dòng điện xoay chiều

Cường độ dòng điện là:

Điện tích tụ nạp được là: Q = C.U

Đối với dòng điện xoay chiều:

u(t) = Um.sin  t

Dòng điện tức thời là:

Điện áp tức thời là:

Im = CUm

Dòng điện cực đại là:

Điện áp cực đại là:

Sức cản của tụ điện đối với dòng AC

Góc pha giữa điện áp và dòng điện

Áp dụng định luật Ohm cho mạch điện

thuần dung

Giả sử nguồn AC vs có: us(t) = Um.sin  t = Um.sin2 p ft

Dòng điện nạp vào tụ ic(t) có dạng: ic(t) = Im.sin(  t + 90 0 )

Biên độ cực đại:

Biên độ hiệu dụng:

VI Các kiểu ghép tụ điện

1 Tụ điện ghép nối tiếp

Điện tích nạp được vào tụ tính theo công thức:

Gọi C là tụ điện tương đương của C1, C2 ghép nối tiếp thì:

mà:

Suy ra:

2 Tụ điện ghép song song

Điện tích nạp vào tụ C1 là:

Q1 = C1.U

Điện tích nạp vào tụ C2 là:

Q2 = C2.U

Gọi điện dung C là điện dung tương đương của hai tụ C1,

C2 và Q là điện tích nạp vào tụ C thì:

VII Các ứng dụng của tụ điện

1.Tụ dẫn điện ở tần số cao

2 Tụ nạp xả điện trong mạch lọc

4 Tụ điện trong mạch dao động đa hài tạo xung

vuông

3 Tụ điện trong mạch lọc nguồn

Chương 3

CUỘN DÂY- BỘ BIẾN ÁP

I CƠ SỞ TỪ HỌC

- Nếu hai cực cùng tên đặt gần nhau sẽ đẩy nhau

- Nếu hai cực khác tên đặt gần nhau sẽ hút nhau

2 Từ trường

Các nam châm có một từ trường bao xung quanh

Thí nghiệm với thanh nam châm và các bụi sắt trên một tấm bìa người ta thấy các hạt bụi sắt do lực hút của nam

châm sẽ được sắp xếp theo những đường cong đặc sắc, các đường này được gọi là đường sức

Số đường sức càng nhiều thì cường độ tự

trường càng mạnh

Cường độ từ trường ký hiệu làđơn vị là A/m Trong vật liệu dẫn từ người ta thường dùng cảm ứng từ

 là hệ số từ thẩm tương đối của vật liệu

Đơn vị: Weber/m 2 (Wb/m 2 ) còn gọi là Tesla Từ trường có chiều vào Nam ra Bắc

(tt)

1 2

1 cos     

cos     



4 Dòng điện và từ trường

I

Thí nghiệm cho thấy dòng điện tạo ra một từ trường

Chiều của từ trường do dòng điện tạo ra được xác định theo qui tắc vặn nút chai: Nếu chiều tiến của nút chai là chiều dòng điện thì chiều xoay của nút chai là chiều của từ trường Ngược lại, nếu chiều xoay của nút chai là chiều dòng điện thì chiều tiến của nút chai là chiều của từ trường

a) Từ trường của dòng điện trên dây dẫn thẳng:

b) Từ trường của dòng điện qua cuộn dây:

Dòng điện chạy qua cuộn dây quấn sẽ tạo ra từ trường có đường sức giống như một thanh nam châm

5 Lực điện từ

Khi dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều sẽ bị tác dụng bởi một lực gọi là lực điện từ

F = B.I.l.sin 

B: cường độ từ trường Wb/m 2

I: dòng điện (A) l: chiều dài đoạn dây (m)

 : góc hợp bởi B và I F: lực (Newton- N) Chiều của lực điện từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái

F

I

Qui tắc bàn tay trái

 Từ trường B đi vào lòng bàn tay

 Dòng điện I đi theo chiều bốn ngón tay

 Lực điện từ F theo chiều ngón tay cái

Cuộn dây là một dây dẫn điện (bên ngoài có sơn một lớp cách điện) quấn lại thành nhiều vòng trên một cái lõi

Lõi của cuộn dây có thể là lõi không khí, vật liệu dẫn từ hay thép kỹ thuật Tùy loại lõi, cuộn dây có các ký hiệu như sau:

Lõi không khí Lõi sắt bụi Lõi sắt lá

•1 Cuộn dây

Cuộn dây lõi sắt lá dùng cho các dòng điện

xoay chiều tần số thấp, lõi sắt bụi cho tần số cao và lõi không khí cho tần số rất cao

• Khi cuộn dây có lõi từ thì cường độ từ trường lớn hơn rất nhiều so với cuộn dây không có lõi (lõi không khí) Tỉ số giữa từ trường khi có lõi và khi không có lõi là hệ số từ thẩm tương đối của vật

liệu làm lõi (  )

Thí nghiệm : cho cuộn dây có n vòng, quấn trên một

lõi từ khép kín làm bằng sắt lá

Chiều dài l n

• Khi cho dòng điện một chiều vào cuộn dây, dòng điện sẽ tạo ra một từ trường đều trong lõi từ có chiều xác định theo qui tắc vặn nút chai Theo công thức:

n.I = H.l

n : số vòng dây quấn

I : cường độ dòng điện

H : cường độ từ trường

l : chiều dài trung bình lõi từ

H l : gọi là từ áp

• Do lõi từ có hệ số từ thẩm tương đối  nên cường độ từ cảm B được tính là:

l

I

n H

Thí nghiệm : cho một cuộn

dây đặt nằm yên trong từ

trường của thanh nam châm

Ta nhận thấy không có dòng

điện chạy qua cuộn dây

Như vậy, khi cuộn dây nằm yên trong một từ trường có cường độ không đổi thì cuộn dây không phát sinh ra dòng điện

•3 Tạo ra dòng điện bằng từ trường

• Khi di chuyển cuộn dây lại gần nam châm rồi kéo cuộn dây ra xa thì ta thấy có dòng điện chạy qua

cuộn dây gọi là dòng điện cảm ứng Chiều của dòng điện cảm ứng khi đẩy cuộn dây lại gần ngược chiều với dòng điện cảm ứng khi kéo cuộn dây ra xa

Khi đẩy cuộn dây lại gần thì từ trường tăng lên và từ thông qua cuộn dây cũng tăng lên, dòng điện cảm ứng sẽ có chiều mà từ trường do nó tạo ra ngược chiều với từ trường của nam châm Như vậy, dòng điện cảm ứng tạo ra một từ thông chống lại từ thông của nam châm qua vòng dây đang tăng lên

Định luật Lentz phát biểu: chiều dòng điện cảm ứng

luôn luôn có khuynh hướng chống lại sự thay đổi từ

thông qua mạch bởi từ trường bên ngoài

•Khảo sát chiều dòng điện cảm ứng cho thấy:

Khi kéo cuộn dây ra xa thì từ trường giảm xuống và từ thông qua cuộn dây cũng giảm xuống, dòng điện cảm ứng sẽ có chiều mà từ trường do nó tạo ra cùng chiều với chiều từ trường của nam châm Như vậy, dòng điện cảm ứng tạo ra một từ thông chống lại từ thông của nam châm qua vòng dây đang giảm xuống

Sức điện động cảm ứng (còn gọi là điện áp cảm ứng) được tính theo công thức:

Hiện tượng vật lý qua thí nghiệm trên gọi là hiện

tượng cảm ứng điện từ

N: số vòng dây

 : lượng từ thông biến thiên

 t: khoảng thời gian biến thiên

• 4 Hệ số tự cảm (Điện cảm)

• Khi cho dòng điện I qua cuộn dây n vòng sẽ tạo ra từ thông  Để tính quan hệ giữa dòng điện I và từ thông , ta có hệ thức:

• L được gọi là hệ số tự cảm của cuộn dây, đơn

vị là henry, viết tắt là H

t

n L

• Hệ số tự cảm L có trị số tùy thuộc cấu tạo của cuộn dây và được tính theo công thức:

- Cuộn dây không có lõi:

- Cuộn dây có lõi:

7

2

10

S l

n 4

L        

L : hệ số tự cảm (H)

l : chiều dài lõi (m)

S : tiết diện lõi (m 2 )

n : số vòng dây

r : hệ số từ thẩm tương đối của vật liệu đối với chân không

• 5 Năng lượng nạp vào cuộn dây

• Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra năng

lượng trữ dưới dạng từ trường Năng lượng trữ được tính theo công thức:

• Lưu ý: Năng lượng trữ vào cuộn dây tỉ lệ với

bình phương của dòng điện trong khi năng

lượng trữ vào tụ tỉ lệ với bình phương điện áp

2 I

L 2

1

L: hệ số tự cảm (H) I: dòng điện (A)