Linh kiện thụ động

Linh kiện thụ động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN



TIÊU LUẬN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

ĐỀ TÀI : Linh kiện thụ động GVHD : Lê Ngọc Tuân

Tp.HCM, 2013

DANH SÁCH NHÓM

MỤC LỤC

PHẦN I: ĐIỆN TRỞ 4

PHẦN II: TỤ ĐIỆN 13

PHẦN 3: CUỘN CẢM 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

Số đo điện trở của đay dẫn làm bằng một chất nào đó và có chiều dài 1m , tiết diện thẳng

1 được gọi là điện trở suất của chất đó

Tùy chất khác nhau mà có điện trở suất khác nhau, điện trở suất biến đổi theo nhiệt độ và

sự biến đổi này được xác định theo công thức sau

: điện trở suất ở nhiệt độ t

Điện trở suất của một số chất thường gặp:

Chất    m  Chất    m 

Bạc 0,016.106 Kẽm 0,06.106

Đồng 0,017.106 Thép 0,1.106

Người ta trộn than và bột đất sét theo tỷ lệ nhất định để cho ra những trị số khác nhau Sau

đó , người ta ép và cho vào một ống bằng bakelite Kim loại ép sát ở hai đầu và hai dây ra được hàn vào kim loại , bọc kim loại bên ngoài để giữ cấu trúc bên trong đồng thời chống cọ xát và ẩm Ngoài cùng người ta sơn các vòng màu để cho biết trị số các điện trở Loại điện trở này dễ chế tạo, độ tin cậy khá tốt nên nó rẻ tiền và rất thong dụng Điện trở than có trị số từ vài Ω đến vài

MΩ

b Điện trở màng kim loại

Điện trở màng kim loại được chế tạo theo quy trình kết lắng màng Ni – Cr trên than gốm có

xẻ rãnh xoắn , sau đó phủ bởi một lớp sơn Điện trở màng kim loại có trị số ổn định, khoảng điện trở từ 10 Ω đến 5M Ω Loại này thường được dùng trong các mạch dao động vì nó có độ chính xaac1 cao và tuổi thọ cao , ít phụ thuộc vào nhiệt độ

c Điện trở oxit kim loại Điện trở oxit kim loại chế tạo theo quy trình kết hợp oxit thiếc trên thanh Si Loại này có độ ổn định cao, chống ẩm tốt, công suất danh định từ 0,25W đến 2W

d Điện trở dây quấn

Điện trở dây quấn làm bằng hợp kim Ni –Cr quấn quanh trên một lõi cách điện sành sứ Bên ngoài được phủ một nhựa cứng và một lớp sơn cách điện Để giảm thiểu hệ số tự cảm L của dây quấn, người ta quấn 1 2 số vòng theo chiều thuận và 1 2 số vòng theo chiều nghịch

Điện trở chính xác dùng dây quấn có trị số từ 0,1 Ω đến 1,2 M Ω, công suất danh định thấp

Nhôm 0,026.106 Photpho 0,11.106

Vonfram 0,055.106 Chì 0,21.106

Điện trở dây quấn có công suất danh định cao còn được gọi là điện trở công suất

3.2 Mục đích sử dụng

a Biến trở (VR :Variable Resistor)

Là một loại điện trở có trị số thay đổi được Cấu tạo gồm một điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung , có góc xoay là 270 độ Có một trục xoay ỡ giữa nối một con trượt làm bằng than hay bằng kim loại cho biến trở than Con trượt sẽ ép lên mặt diện trợ để tạo kiểu nối tiếp xúc, làm thay dổi trị số điện trở khi xoay trục

Biến trở dây quấn thường có trị số nhỏ từ vài Ω đến vài chục Ω Công suất khá lớn, có thể tới vài chục W

b Biến trở than : người ta tráng một lớp than mỏng lên hình vòng cung bằng bakelit Hai đầu lớp than nối với cực dẫn điện Ở giữa là cực của biến trở và chính là con chạy bằng kim loại tiếp xúc với lớp than Trục xoay gắn liền với con chạy , khi xoay trục con trở chạy di động trên lớp than làm cho trị số biến trở thay đổi Biến trở than còn chia làm 2 loại: biến trở tuyến tính, biến trở phi tuyến tính

c Nhiệt trở (TH –Thermistor)

Là loại điện trở mà trị số của nó tthay đổi theo nhiệt độ

Nhiệt trở âm (NCT): là loại nhiệt trở có trị số điện trở giảm xuống khi nhận nhiệt độ cao hơn

và ngược lại

Nhiệt trở dương (PTC): là loại nhiệt trở có trị sộ điện trở tăng lên khi nhận nhiệt độ cao hơn

và ngược lại

d Điện trở tùy áp

Là loại điện trở có trị số thay đổi theo điện áp đặt vào hai cực Khi điện áp giữa hai cực ở dưới trị số quy định thì VDR có trị số điện trở rất lớn ,coi như hở mạch Khi điện áp giữa hai cực tăng cao quá mức quy định thì VDR có trị số giảm xuống còn rất thấp, coi như ngắn mạch

VDR thường được mắc song song các cuộn dây có hệ số tự cảm lớn để dập tắt các điện áp cảm ứng quá cao khi cuộn dây bị mất dòng điện quá đột ngột tránh làm hư các linh kiện khác trong mạch

Khi bị che tối các điện trở vào khoảng vài trăm k Ω đến vài M Ω

Khi dược chiếu sang thì điện trở vào khoảng vài trăm Ω đến vài kΩ

f Điện trở cầu chì (Fusistor)

Điện trở cầu chì có tác dụng bảo vệ quá tải như các cầu chì của hệ thống điện nhà nhưng nó được dùng trong các mạch điện tử bảo để bảo vệ cho mạch nguồn hay các mạch có dòng tải lớn Khi có dòng điện lớn hơn dòng cho phép đi qua thì điện trở sẽ bị nóng và bị đứt

Điện trở cầu chì có giá trị rất nhỏ , khoảng vài Ω

1 2 td

R R R

5.2 Đọc điện trở theo quy ước chấm màu

Trên thân các điện trở, một đầu điện trở có màu B khác với màu than điện trở A, giữa than

có chấm màu C

Cách đọc trị số vẫn như trên : vòng A vòng B ×10 cơ số mũ vòng C

Ví dụ: một điện trở có thân màu xanh lá cây, một đầu màu đỏ, có chấm vàng

Trị số điện trở là 520 k Ω

5.3 Điện trở có ghi số trên thân

Đối với điện trở có ghi số trên thân thì 2 số đầu có ý nghĩa, số thứ 3 là số nhân

Ví dụ : trên thân ghi 103 thì trị số điện trở là 10 k Ω

Ngoài ra trên thân điện trở có ghi con số và chữ thì con số chỉ trị số điện trở còn chữ chỉ bội

số : R=×1, K=× 10 , M= × 10

Các giá trị tiêu biểu : 1.0; 1.2; 1.5; 1.8; 2.2; 2.7; 3.3; 3.9; 4.3; 4.7; 5.1; 5.6; 6.8; 7.5; 8.2; 9.1 Các linh kiện điện trở thường được chế tạo với giá trị là các giá trị tiêu chuẩn nhân với bội số của

10

Ví dụ: 10, 100, 1,5k…

6 Công suất của điện trở

Công suất của điện trở là trị số chỉ công suất tiêu tán tối đa của nó

Công suất chịu đựng này do nhà sản xuất cho biết dưới dạng ghi sẵn trên thân hoặc kích thước của điện trở Kích thước của điện trở lớn thì công suất lớn Công suất của điện trở thay đổi theo kích thước

Công suất 1/4W, chiều dài = 0,7 cm

Công suất 1/2W, chiều dài = 1cm

Công suất 1W, chiều dài =1,2cm

Công suất 2W, chiều dài =1,6cm

Công suất 4W, chiều dài= 2,4 cm

Nên chọn công suất chịu đứng lớn hơn hai lần công suất tính toán

Và đươc tính theo công thức:

Điện trở có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện và điện tử

Tỏa nhiệt : bếp điện , bàn ủi

Thắp sáng: bóng đèn sợi đốt

Bộ cảm biến nhiệt , cảm biến quang

Hạn dòng , chia dòng

Giảm áp , chia áp…

PHẦN II: TỤ ĐIỆN

1 Khái Niệm

Tụ điện là linh kiện tích chữ năng lượng điện dưới dạng điện trường

2 Cấu Tạo – Ký Hiệu

Tụ điện được cấu tạo gồm hai bản cực bằng chất dẫn điện đặt song song gần nhau nhưng cách bởi lớp điện môi ở giữa

Ký hiệu của tụ điện

3 Sự dẫn điện của tụ điện

Xét như hình trên, khi khóa K mở thì đèn tắt.khóa K đóng ta thấy đèn léo sáng lên rồi tắt Nếu đổi nguồn VDC bằng nguồm VAC thì khi khóa K để hở đèn tắt, khi khóa K để đóng ta thấy đèn sáng liên tục

4 Điện dung

Điện dung ( capacitance ) là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ

Ký hiệu: C, đơn vị : Farad (F)

Thường được dùng các ước số của Farad:

Một số chất điện môi thường được dung để làm tụ như: không khí khô, giấy tẩm dầu, gốm, mica

Hằng số điện môi của một số chất

Chất điện môi Hằng số điện môi

= 12Trong đó:

Đối với mỗi loại tụ điện, chỉ có thể đặt vào nó một điện áp lớn nhất nào đó, tùy theo kết cấu của lớp điện môi Nếu điện áp đặt vào quá lớn điện môi sẽ bị đánh thủng và chở lên dẫn điện , làm

tụ điện bị hỏng không dung được nữa

Điện thế làm việc chính là điện thế lớn nhất cho phép áp vào hai đầu tụ mà tụ chịu đựng được, thường điện thế này có ghi trên tụ

6 Mạch tương đương của tụ điện

Ngoài điện dung, một tụ điện thực tế còn có điện trở và điện cảm như trong mạch tương

Trong đó:

Rs : là điện trở nối tiếp do dây dẫn các đầu tiếp xúc và các điện cực

Rp: điện trở shunt do điện trở suất của chất điện môi và vật liệu làm vỏ, do độ hao điện môi

L: hệ số tự cảm tạp do dây dẫn và các điện cực

Điện trở tương đương nối tiếp ESR ( Equyvalent Series Rcsistance ) là điện trở AC của tụ điện phản ánh cả điện trở nối tiếp Rs và điện trở song song Rp tại tần số đã cho để độ hao của các phần tử này có thể biểu thị bằng độ hao của một điện trở R trong mạch tương đương

Dung kháng là đại lương đặc trưng cho sức cản điện của tụ

Kí hiệu : XC hoặc ZC, đơn vị : Ohm (Ω)

Biểu thức : X = =

XC là dung kháng (Ω)

W là tần số góc (rad/s)

F tần số (Hz)

Tổng trở ( trở kháng ) : khi làm việc ở tần số cao thì phải tính thêm điện cảm ở đầu ra:

Z = R + (X + X ) Z: tổng trở (Ω)

Hệ số tiêu tán DF là tỉ số điện trở tương đương nối tiếp R và dung kháng XC DF có đơn vị:

% DF xấp sỉ bằng PF khi PF<10%

Hệ số phẩm chất Q là nghịch đảo của hện số tiêu tán Nó thường áp dụng cho tụ trong các mạch điều hướng

Dòng điện rỉ DC là dòng điện chạy qua tụ khi có đặt điện áp DC vào tụ

Điện trở cách điện : là tỉ số của điện áp đặt vào tụ trên dòng điện rỉ và thường biểu thị bằng

MΩ

7 Cách mắc tụ điện

7.1 Mắc nối tiếp

Điện được nạp vào tụ theo công thức:

8 Hiện tượng nạp xả của tụ

Xét mạch như hình trên, giả sử tụ chưa tích điện, ta bật khóa K sang vị trí số 1 thì tụ bắt đầu nạp điện, lượng điện tích trên hai bản tụ tăng dần đến khi điện thế giữa hai bản tụ gần bằng nguồn

VDC (99% VDC) thì quá trình nạp điện của tụ chấm dứt Tụ được xem như đã nạp đầy, nếu không

có tác động khác thì hiện tượng vẫn không thay đổi

Khi chưa tích điện thì hiệu điện thế giữa hai đầu tụ bằng không Trong quá trình nạp điện thì hiệu điện thế giữa hai đầu tụ thay đổi theo dạng hàm số mũ:

V (t) = V (1 − e ) Trong đó:

: thời gian hằng nạp xả của tụ

t : thời gian tụ nạp điện (S)

Trong quá trình nạp điện , tụ có dòng điện nạp thay đổi theo dạng hàm số mũ:

i (t) =V

R e Theo lý thuyết, thời gian để tụ nạp đầy là vô hạn (VC(t)=VDC) Trên thực tế, sau thời gian

5 tụ đã nạp được 99%VDC, lúc đó người ta xem như tụ đã nạp đầy

Khi tụ đã nạp đầy, ta bật K qua vị trí số 2, tụ C xả điện qua R, hiệu điện thế giữa hai đầu tụ thay đổi theo biểu thức :

V (t) = V e Trong đó:

Tụ có phân cực tính âm dương

Tụ không: phân cực : tụ có hai cực như nhau

Tụ biến đổi được: là loại tụ có điện dung dược điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng

9.2 Dựa theo chất điện môi

Tụ hóa: là loại tụ có tính phân cực tụ hóa có bản cực là những lá nhôm, điện môi là lớp oxit nhôm rất mỏng được tạo bằng phương pháp điện phân Điện dung của tụ khá lớn

Khi dùng phải ráp đúng cực tính âm và dương Điện thế làm việc thường nhỏ hơn 500V

Tụ hóa tantalum : là tụ có phân cực tính, có cấu tạo tương tự tụ hóa nhưng dùng tantalum thay vì dùng nhôm Tụ tantalum có kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn Điện thế làm việc chỉ vài chục volt

Tụ giấy : là loại tụ không có phân cực tính Tụ giấy có hai bản cực là những lá nhôm hoặc thiếc, ở giữa có lớp cách điện là giấy tẩm dầu và cuộn lại thành ống

Tụ màng: là tụ không phân cực tính Tụ màng có chất điện môi là chất màng dẻo như: polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethelene Có hai loại tụ màng chính: loại foil và loại được kim loại hóa

Tụ gốm: là loại tụ không phân cực tính Tụ gốm dược chế tọa gồm chất điện môi là gốm, tráng lên bề mặt nó lớp bạc để làm bản cực

Tụ mica: là loại tụ không phân cực tính Tụ mica được chế tạo gồm nhiều miếng mica mỏng, trnags bạc, đặt chồng lên nhau hoặc miếng mica được xếp xen kẽ với các miếng thiếc Các miếng thiếc lẻ nối với nhau tạo thành một bản cực Sau đó bao phủ bởi lớp chống ẩm bằng sáp hoặc nhựa cứng Thường tụ mica có dạng hình khối chữ nhật

Hai số đầu là số thứ nhất và số thứ 2, số thứ 3 là số nhân: ∗ 10 , chữ chỉ sai số J=±5%, K= ±10%, ± 20%

Tụ có ghi hai chữ số trên thân, vd: 47/50 thì số đầu là điện dung, đơn vị , số thứ hai là điện áp làm viêc, đơn vị là Volt

10 Ứng dụng

Tụ thường được dùng làm tụ lọc trong các mạch lọc nguồn, lọc chặn tần số hay cho qua các tần số nào đó Tụ có măt trong mạch lọc thụ động, mạch lọc tích cực,… tụ liên lạc để nối giữa các tầng khuếch đại Tụ kết hợp với một số linh kiện khác để tạo những mạch dao động,… ngày nay, còn có tụ nano để tăng cường năng lượng bộ nhớ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người

PHẦN 3: CUỘN CẢM

1 Cấu tạo – ký hiệu

Cuộn cảm (cuộn cảm)là nhiều vòng dây điện từ quấn liên tiếp nhau trên một lõi

Lõi của cuộn dây có thể là một ống rỗng (lõi không khí),lõi sắt bụi ,hay lõi sắt lá

Cuộn dây lõi sắt lá dùng cho các dòng điện xoay chiều tần số thấp

Cuộn dây lõi sắt bụi dùng cho dòng điện xoay chiều tần số cao

Cuộn dây lõi không khí cho dòng điện xoay chiều có tần số rất cao

Hệ số từ thẩm tương đối của vật liệu làm lõi()là tỷ số giữa từ trường của cuộn dây khi có lõi

và khi không có lõi(lõi là không khí)

2 2

7 o

S: tiết diện lõi (m2)

l: chiều dài lõi (m)

d: đường kính lõi (m)

Năng lượng nạp vào cuộn cảm

Dòng điện chạy qua cuộn cảm và tích trữ dưới dạng từ trường:

3.Mạch tương đương của cuộn cảm

Ngoài hệ số tự cảm L, một cuộn cảm thực tế còn có điên trở tổn hao (điện trở nối tiếp RS, có khi kể đến điện dung kí sinh C như mạch tương đương ở hình dưới

 : độ viến thiên dòng điện (A)

: độ biến thiên từ thông (wb)

Xét đặc tuyến nạp – xả của cuôn cảm:

Giả sử cuộn cảm chưa tích trữ năng lượng điện bật khóa K sang vị trí số một cuộn cảm phát sinh sức điện động cảm ứng bằng nguồn VDC cung cấp, do đó lúc đầu dòng điện chạy qua cuộn cảm bằng bằng không Sau đó dòng điện qua cuộn cảm tăng lên theo biểu thức sau:

 

t DC

L

V

i t (1 e )

R L R





 

 là thời gian hằng nạp – xả của cuộn cảm

Ngược với dòng điện, hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm lúc đầu bằng nguồn VDC nhưng sau đó giảm dần theo biểu thức:

8.1 Cuộn cảm một lớp lõi không khí

Cấu tạo :gồm một số vòng dây quấn vòng nọ sát vòng kia hoặc cách nhau vài lần đường kính sợi dây Dây có thể cuốn trên khung đỡ bằng vật liệu cách điện cao tần (gốm,thủy tinh,nhựa…) 8.2 Cuộn cảm nhiều lớp lõi không khí

Cấu tạo : tương tư như cuộn cảm một lớp lõi không khí nhưng có nhiều vòng quấn hơn, và cuốn các vòng dây thành nhiều lớp xếp chồng lên nhau theo kiểu tổ ong

8.3 Cuộn cảm có lõi sắt bụi (bột sắt từ)

Cấu tạo :cũng tương tự như hai loại trên nhưng lõi dùng để quấn là ferit, thân lõi có răng xoắn ốc, hai đầu có khía hai rãnh

8.4 Cuộn cảm có lõi sắt miếng (sắt lá)

Cấu tạo : cũng tương tự như trên nhưng lõi được làm từ lá thép Si,thép Si hạt định hướng.hình dáng lõi thường là E,I,U,T…Mỗi lá thép được cách điện bởi lớp phủ rất mỏng oxit sắt ,thép Si hoặc vamis

9 Ứng dụng

Hiện nay nhà sản xuất đã chế tạo nhiều loại cuộn cảm có sẵn dưới dạng linh kiện dự trữ để

ta có thể dùng ngay hoặc để đáp ứng nhu cầu riêng ta thiết kế quấn dây, chọn lõi cho cuộn cảm Cuộn cảm được ứng dụng làm micro điện động, loa điện động, biến áp, cuộn dây trong đầu đọc đĩa…Trong mạch điện tử, cuộn cảm có thể ở mạch lọc tần số, mạch dao động cộng hưởng, mạch tạo dạng sóng, dạng xung…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 PHẠM THỊ CƯ – LÊ MINH CƯỜNG – TRƯƠNG TRỌNG TUẤN MỸ, mạch điện 1,

NXB ĐHQG TP.HCM, 2013

2 LÊ THỊ HỒNG THẮM, linh kiện điện tử, NXB ĐHCN TP.HCM, 2011

3 TRƯƠNG VĂN TÁM, linh kiện điện tử, ĐH CẦN THƠ

4 Nguồn internet