Kỹ thuật điện tử cơ bản vũ quang hồi

Công dụng của điện trở Điện trở được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: - Trong đời sống, điện trở được dùng để chế tạo các dụng cụ như bàn là, bếp điện, lò sưởi, bóng đèn sợi đốt...;

vũ QUANG HỒI

KỸ THUẬT

ĐIỆN T® C ơ BẢN

LỜI NÓI ĐẨU

Kĩ thuật diện từ cố ìììặt à mọi lĩnh vực từ (lún tillin’ tích các ngành công nghiệp, từ các máV riêng lè (ích ca hệ thông phức tạp Khoa học kì thuật càng tiến hộ thì các linh kiện (liệu tứ và các mạch (íiện tứ càng (lược hoàn thiện Vì thể, hiểu biết vê kĩ tluiật (Hẹn tử cha mỗi cán hộ kĩ thuật thuộc mọi ngành, nghé /à không thê thiếu (lược, có chăng khác nhau chì /à mức (lộ chuyên sâu vê diện tử tuỳ theo mối liên quan lìlúêu hay ít và sư tham gia sâu hay nông cha kĩ thuật diện tử.

Cũng từ dó, hiểu biết vê vấn dê CO'bản cha kĩ thuật diện tử là rat cầu thiết cho mọi C Ú II bộ kĩ thuật, thậm chí cả dôi với các cán bộ hành chinh, kinh tế,

V tế Tài liệu này nhằm (láp ứng nhu edil dó.

Tài liệu không di sâu veto các ván dê ché tạo, các biểu thức tính toán, thiết kế nhưng cũng nít cơ bản vê bdu chát các linh kiện, l ác mạch thực dụng phổ hiên.

Một phàn khác quan trọng cha tài liệu là những kinh nghiệm khai /hác linh kiện, mạch diện ứng dụng cũng như cách kiểm tra linh kiện, mạch diện

Và dể giúp những cán bộ kĩ thuật trong thực hành cơ bản, tài liệu cũng dưa

ra cúc mạch, cách do dạc, lắp ráp và kiếm tra các thống số cha mạch.

Khi biên soạn, tác giả dã cố gắng trình bày các nội dung mạch lạc và de hiểu nhất d ể ngtCỜi dọc có thể tự học khi không có diều kiện tới lớp hoặc dùng dể tham khảo hữu ích Đối tượng cha tài liệu là các sinh viên, học sinh, các cán bộ kĩ thuật vù các cán bộ làm việc có liên quan tới diện tử.

Thiếu sót khi biên soạn là không tránh khỏi Tác giả rất mong nhận dược các ý kiến dóng góp cha ban doc Mọi gópV cha dôc gui vin gửi vẽ (lia du :

Nhà xuất bản Xây dựng

37 Lê Đại Hành

Quận Hai Bù Trưng - Hừ Nội

Tác giá

MỞ ĐẦU

Trong mạch diện, trạng thái diện cùa một linh kiẹn (hay phần tử) được thể hiện bới 2 thông số trạng thái là dicn áp u đặt trên linh kiện (hay điện áp u rơi trên linh kiện) và dòm: điện ĩ chạy qua nó

Các phần tử tạo ra u và 1 gọi là nguồn diện áp (muiổn áp) hay nguồn dòng điện (nguồn dòng) Các phấn từ khõnu tạo được điện áp hay dòng điện là các phần từ tièu thụ diện (các phụ tải)

Tuỳ yêu cầu sử dụng, các linh kiện dược chê tạo dưới nhiều dạng khác nhau và có những đặc tính kĩ thuật tương ứng với lĩnh vực sử dựng

Các linh kiện điện tử chia ra làm 2 loại:

- Linh kiện điện tử thụ động: diện trơ, tụ diện, cuộn dây

- Linh kiện điện tử tích cực: điôt, tranzito, thyristo diăc, triãc

5

Chương 1LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG

1.1 ĐIỆN TRỞ

1.1.1 Điện trở là gì?

Điện trở (resistor) là một linh kiện dùng đế hạn chế dòng diện trong một mạch điện

Đơn vị đo của điện trở là Ôm [Q]

Đơn vị đo nhỏ hơn là Mili Ôm: lmQ = 10 3Q; 1Q = lOOOmQ

Các đơn vị đo lớn hơn là:

Kilô Ôm: 1 kQ = 103Q = 1000Q

Mêgaôm: i 1MQ = 106Q = 1000.0Ü0Q

Giga Ôm: 1GQ = 109Q = 1 OOOkQ = 1 ooo.ooo.ooon

Khi đặt một điện áp Ư vào một mạch có điện trở R thì giá trị của điện trở càng lớn, dòng điện chảy I càng bị hạn chế nhiều và có giá trị nhỏ Quan hệ

đó được biểu thị bởi định luật Ồm cho một đoạn mạch:

I = ụ

1.1.2 Công dụng của điện trở

Điện trở được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau:

- Trong đời sống, điện trở được dùng để chế tạo các dụng cụ như bàn là, bếp điện, lò sưởi, bóng đèn sợi đốt ;

- Trong công nghiệp, điện trở được dùng để chê tạo các thiết bị: lò sấy, lò nung hoặc dùng để hạn chế dòng điện mở máy của động cơ điện, dùng để điểu chỉnh tốc độ động cơ rôto dây quấn ;

- Tron" lĩnh vực điện tử, điện trở được dùng để tạo dòng điện mong muốn (tại một mạch nhánh), đê’ tạo một sụt áp mong muốn (tại một doạn mạch) khi cần phân áp, đế phối hợp trở kháng, định hằng sô' thời gian

Vì điện trở dây quấn có nhiều vòng dây nên gây ra cảm kháng (xem mục 1.3) Để giảm và trừ khử cảm kháng này, thường dùng hai cách: hoặc quấn dày trên tấm dẹt chịu nhiệt cách điện (hình l.le) hoặc quấn chập đôi (hình 1.1 f) để hai vòng dây cạnh nhau có dòng điện chạy ngược chiều nhau

Điện trở dây quấn chịu được công suất tiêu tán lớn, bền và chính xác nhưng giá thành cao

Các điện trở nêu trên có trị số điện trở cố định Trong thực tế, còn chế tạo các điện trở có trị số thay đổi trong một phạm vi nào đó, gọi là các biến trở

VR (variable resistor)

Biến trở là điện trở than phun hình vòng cung hay điện trở dân quấn, trên

đọ có một con trượt (hay con chạy) thay đổi được vị trí nhờ một trục xoay (hình 1 lg) Biến trở có 3 đầu ra Đầu giữa ứng với con trượt

Con trượt chia điện trở vòng cung thành 2 phần: ,1 và 2 Tuỳ theo vị trí con trượt mà trị số điện trở phần 1 và 2 sẽ tăng hoặc giậm nhưng tổng trị sô

là không đổi và là giá trị của biến trở Các hình l.lh , i là hình dáng biến trở than, trong đó hình 1.1 i là biếri trở cồng tắc; hình l.lj, k, 1, m, n, o là hình dáng một số biến trở dây quấn

Biến trở làm nhiêm vụ phân áp cờn gọi là chỉểt áp

Ngoài ra, để thay đổi trĩ số điện trở chính xác, cỗh cổ biến trở vi chỉnh, điều chỉnh bằng vít, không có núm xổày (hình 1.1 o)

8

Hình 1.1: Các loại điện trở cổ định và hiển trở a) Điện trở than; h) Điện trở than phun; c -f) Điện trỏ dây quấn; ỊỊ - o) Biến trỏ.

1.1.4 Các thông số ảnh hương tới điện trở

Trị số của điện trở ]à một thông số cơ bản mà yêu cầu phải giữ nguyên hoặc ít thay đổi Trên thực tế, trị số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố

- Điện trở phụ thuộc vào vật liệu chế tạo và kích thước dây điện trở:

trong đó: p - điện trở suất của vật liệu chế tạo điện trở (Qm);

/ - chiều dài dây dẫn (m);

s - tiện diện dây dẫn (m2)

- Điện trở thay đổi theo nhiệt độ:

R t = R 0(l + a t° ) = R 0 + R ()a t° = R 0 + ARtrong đó: R, - điện trở ở t°c (Q);

1.1.5 Các thông số cần quan tâm khi sử dụng điện trơ

/ Trị sô' của điện trở

Người ta không chế tạo các điện trở dử các trị số từ nhỏ đến lớn mà chỉ chế tạo các điện trở có trị số theo tiêu chuẩn (bảng 1.1)

Khi cần các điện trở không thuộc bảng trên thì phải chọn các điện trò' gần sát nhất hoặc đấu nối các điện trở trong bang đê có điện trở với giá trị mong muốn.

2 Độ chính xác của điện trở hay sai sổ của diện trở (tính theo %)

Điện trở đtrợc chế tạo theo 5 cấp chính xác:

Ba cấp này được dùng ở các mạch điện tử thông thường

3 Công suất cực dại diện trở tiêu thụ hay công suất tiêu tán tôi da ở

Để điện trở làm việc trong phạm vi cho phép, không bị quá nóng dẫn đến hỏng thì công suất tiêu tán thực tế ở điện trở phải nhỏ horn PR khoảng (1,5 -2,0) lần

Dải công suất điện trở khá rộng, từ 1/8W, 1/4W, 1/2W đến vài chục w

4 Cúc tham số về đặc điểm cấu tạo, vật liệu chế tạo, v.v

1.1.6 Kí hiệu điện trở trên bản vẽ điện (hình 1.2)

Trị số điện trở và công suất tiêu tán của điện trở thường được ghi trên bản

vẽ điện như hình 1.3 ■

- Giá trị điện trở tính bằng Q, chỉ ghi con số (hình 1.3a, d)

- Giá trị điện trở tính bằng kQ, ghi chữ k sau con số (hình 1.3b, e)

Giá trị điện trở tính bằng MQ, ghi chữ M sau con số (hình 1.3c

Trong lòng điện trở ghi công suất tiêu tán theo số La Mã Khi công suất tiêu tán nhỏ hơn 1W thì dùng gạch ngang hoặc gạch chéo:

- chỉ 1/2W = 0,5W

/ chỉ 1/4 w = 0,25 w

//chỉ 1/8W = 0,125W ,

1.1.7 Cách đọc giá trị điện trơ

Có nhiều cách ghi giá trị trên thân điện trở Khi thân điện trở đủ lớn, người ta in trực tiếp giá trị lên điện trở, tính bằng Q với chữ cái chỉ bội số

của Q (R hoặc E = 10°Q, K = 103Q; M = 10ỎQ) Vị trí chữ cái là vị trí dấu

phảy giữa số nguyên và số thập phân Chữ tiếp theo chỉ sai số (M = 20%;

K = 10%; J = 5%; G = 2% va F =T%): Ởnbfiftg ềiện tfở lớá, Công suất tiêu tán cũng được ghi ngang trên thân điện trở

Ví dụ:

4K7J là 4,7kQ ± 5% của 4,7kQ

Điện trở 4K7J có giá trị (4465 -T- 4935)Q R3K là 0,3Q ± 10% của 3Q

Điện trở R3K có giá trị (0,27 -r 0,33)Q

12

Số cỏ nghĩa Số có nghĩa thứ nhất thứ hai

Hình 1.4: Luật Y Ò U iị I I Ì Ì I I I trêu thíhì diện trở

Với các điện trở có thân nhỏ, dùng cách ghi vòng mầu quanh thán điện trở như trên hình 1.4 Thông thường có 4 vòng: vòng 1 và vòng 2 chí con số

có nghĩa thứ nhất và thứ hai Vòng thứ ba chí số sỏ' 0 tiếp theo (hoặc chí số

mũ luỹ thừa của hệ số nhân I0X) Vòng thứ tư chỉ sai số tính theo %.

Các giá trị ứng với 3 vòng đầu như trên bảng 1.2

sai số 5%

sai số 10%

(không có vòng thứ tư) sai số 20%

Hình 1.5 và 1.6 là các ví dụ về cách đọc điện trở theo vòng màu

Đen 1

X — -— = X10 ) Cách đọc như ví dụ trên hình 1.7

100

Đen Cam Ngân nho

1.1.8 Đo điện trử bằng vạn năng kê

Dùng vạn năng kế có thể đo trực tiếp để biết giá trị của điện trở Cách đo như sau:

- Chuyển thang đo về thang X l k ;

- Chập 2 que đo vào nhau;

- Chỉnh chiết áp ADJ để kim chỉ OQ;

- Nhả 2 que đo

- Dí 2 que đo vào 2 đầu điện trở cần đo và đọc trị số trên đồng hồ (tính theo kQ)

Chú ỷ khi đo:

- Nếu giá trị đo được nhỏ (kim lệch gần cực đại - gần về 0) thì cần chuyển

về thang đo nhỏ X 100CỈ, X 10Q, v.v chỉnh 0 và đo lại

- Nếu giá trị đo được lớn (kim ít lệch - gần về oo) thì cần chuyển về thang

đo lớn X 100k, chỉnh 0 và đo lại

- Khi đo điện trở trên mạch, phải tách một đầu điện trở ra khỏi mạch Nếu không, giá trị đo sẽ bị ảnh hưởng bởi các phần tử khác trong mạch đo liên kết mạch (nối tiếp, song song, phân nhánh, có nguồn )

- Khi đo điện trở rời (hình 1.8),

chỉ được cầm đầu que đo ép vào

điện trở ở một đầu tay (tay trái),

còn tay kia cầm vào cán cách điện

của que đo đé dí đầu que đo vào

điện trở Nếu không, giá trị đo sẽ là

điện trở tương đương của điện trở

đo mắc song song với điện trở

người giữa hai tay Nếu điện trở đo

có giá trị lớn thì sai lệch càng

nghiêm trọng (do điện trở giữa hai

tay của người lớn)

1.1.9 Các bài thực hành về điện trở

Bài 1 Tập đo điện trở bằng vạn năng kế (mục 1.1.8) Đo một số điện trở

rời, một số điện trở trên mạch in và một số biến trở

V u Bài 2 Tính chọn (rồi đo kiểm tra

0-bằng vạn năng kế) điện trở để có

dòng điện yêu cầu (kiểm tra qua

ampe kế) Mạch đo như hình 1.9 với

các giá trị dòng yêu cầu cho trên

bảng 1.3 Bỏ qua điện trở ampe kế

Đo lại R và lắp mạch đo I

Cấp nguồn và đo I Nhận xét ?

b) Điện trở cần có là:

R = — = - ^ - = 8 0 0 fi

I 0,015Trong dải trị sô' điện trở (bảng 1.1) không có điện trở 800Q Do vậy, ta phải tìm biện pháp mắc nối tiếp, mắc song song hay mắc hỗn hợp để cố điện trở tưomg đưoíng với trị số 800Q

Cách 1: Dễ thấy, nếu mắc nối tiếp hai điện trở Ỉ80Q và 220Q sẽ có điện

trở 400Q Vậy cần mắc nối tiếp hai điện trở 180Q, hai điện trở 220Q để có điện trở 800Q như trên hình 1.10

Công suất tiêu tán trên một điện trở 180Q là:

AP, = 180 X 0,0152 = 0,0405W Chọn APj = 0,125 w 16

Hình 1.12: Đáp án hìù 2h (cách 3)

Khi toàn bộ biến trở 4,7kQ mắc song song với điện trở 1,5kQ (con trượt dịch về tận cùng bên trái) thì điện trở tương đương sẽ là:

4 7 k X 1

R = - - = 0,88k = 880Q > 800Q4,7k + l,5k

Vậy: Chỉ cần dùng vạn năng kế đo điện trở tương đương rồi dịch con trượt (như hình 1.12 là sang phải) để giảm trị số biến trở cho tói khi còn 0,8kQ Nối mạch, cấp nguồn và đo dòng

Kết luận: Khi điện trở tính ra theo yêu cầu mà không có trong dải trị số ở

bảng 1.1 thì phải phối hợp các điện trở được sản xuất theo bảng 1.1 nhờ mắc nối tiếp, song song hay hỗn hợp Việc này đòi hỏi có kinh nghiệm và nhẩm tính nhanh với lưu ý:

- Khi mắc nối tiếp các điện trở thì điện

trở tương đương luôn lớn hơn điện trở

thành phần lớn nhất

- Khi mắc song song các điện trở thì

điện trở tương đương luôn nhỏ hơn điện trở

thành phần nhỏ nhất

Bài 3 Như sơ đồ hình 1.13 Tính chọn

R để có dòng yêu cầu như bảng 1.4

Bảng 1 ỉ không có điên trở 40Q nhưng có thể dùng 4 điện trở 1OQ mắc nối tiếp nhau hoặc dùng 2 điện trở 18Q và 22Q mắc nối tiếp hoặc dùng 3 điện trở 120Q mắc song song, v.v Để số linh kiện khác loại ít nhất, dùng cách cuối cùng Dòng điện qua mỗi điện trở là 30mA/3 = lOmA Công suất tiêu tán trên mỗi điện trở là:

Vì dòng 30mA ứng với điện trở toàn mạch:

R m= —24 = 800Q 0,03

mắc nối tiếp Mạch như hình 1.15

Dòng điện qua 2 điện trở là:

24V

Hình 1.15: Đáp án hài3h

Hình 1.16: Biến trởdùriíị lùm chiết áp để tạo điện áp cần thiết

Bài 4 Điện trở có thể dùng để phân áp, tạo một điện áp cần thiết Như trên hình 1.16, nguồn 24VDC cấp cho một biến trở lOkQ Đầu ra lấy trên con trượt và đầu b của biến trở Dòng điện qua biến trở từ a đến b và điện áp rơi trên phần điện trở gạch chéo có điện áp:

Bài 5 Nguồn Uvăo = 24VDC cấp cho chiết áp VR như hình 1.16 Điện áp

ra Ưra cần thay đổi từ 4V - 24V Vẽ mạch phân áp và tính điện trở

Vì điện áp ra tối thiểu là 4V chứ không phải o v như bài 4 nên cần có một

điện trở hạn chế điện áp về 0 Do vậy, phải mắc nối tiếp với VR một điện trở

R sao cho điện áp rơi (hay sụt áp) trên nó là 4 V Sơ đồ mạch như hình 1.17.

20

1.1.10 Một số loại điện trở đặc biệt

a) Điện trở nhiệt (Thermistor)

Điện trở nhiệt (hay nhiệt điện trở) là điện trở có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ

Có 2 loại nhiệt điện trở Loại có trị số điện trở tăng khi nhiệt độ tăng gợi

là nhiệt điện trở dương Loại có trị sô' điện trở giảm khi nhiệt độ tăng gọi là nhiện điện trở âm

Kí hiệu nhiệt điện trở như trên hình 1.18 Trị số điện trở trên sơ đồ là trị

số ở 25 C

b) Điện trở tuỳ áp (VDR - Voltage Dependent Resistor)

Điện trở tuỳ áp VDR (hay varistor) là điện trở có trị số điện trở thay đổi theo điện áp đặt lên nó

Hình 1.18: Kí hiệu của điện trở nhiệt Hình 1.19: Kí hiệu của VDR

Khi điện áp đặt lên VDR nhỏ hơn giá trị quy định thì VDR có điện trở rất lớn Khi điện áp đặt vào VDR tăng lên khi thì điện trở VDR giảm Giá trị điện áp quy định là một thông số đặc trưng cho VDR

Điện trở tuỳ áp thường được dùng để mắc song song với các cuộn dây có

độ tự cảm lớn nhằm dập tắt điện áp cảm ứng lớn lúc ngắt mạch tránh gây hại cho các linh kiện khác

c) Điện trở quang (Photo Resistor)

Điện trở quang (hay quang trở) là điện

trở có trị số điện trở (thường là giảm) khi I ~ Ị

bị ánh sáng (trông thấy, hồng ngoại)

Kí hiệu quang trở như trên hình 1.20

Quang trở thường được sử dụng trong các mạch tự động, điều khiển bằng ánh sáng: phát hiên đối tượng (do cản ánh sáng); bạt đèn tự động khi trời tối;

Hai tấm kim loại gọi là hai bản cực của tụ điện

Tụ điện được đánh giá bôi một đại lượng gọi lầ điện durtg Điện dung của

tụ điện phẳng ở hình 1.21 được tính theo biểu thức:

C = 8,85.1(T12s—

trong đó:

8 - hằng số điện môi tương đối của chất cách điện (điện môi);

s - diện tích đối diện giữa 2 bản cực, (m2);

d - khoảng cách vuông góc giữa 2 bản cực, (m)

Đơn vị điện dung c là F (Fara)

Chất điện môi

Hình 1.21: Nguyên lí cấu tạo một tụ điện

Fara là đơn vị rất lớn nên thực tế thường dùng các ước số của Fara:

1 micrô Fara = 1 giF = 10~6F -> 1F = 1 ,OOO.OOOpF

1 picô Fara = 1 pF = 10~12F -► 1F = 1.000.000.000.000pF

lp F = 1.000.000F

1 nanô Fara = 1 nF = 10~9F 1F = 1.000.000.000nF

lp F = 1000nF lnF = 1000pF

1.2.2 Cấu tạo và phân loại

1 Tuỳ theo chất cách điện (chất điện môi) giữa 2 bản cực của tụ điện mà

tụ điện được chia ra theo tên gọi của chất cách điện: tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ gốm, tụ dầu, tụ sứ, tụ hoá hay tụ điện phân (loại tụ mà giữa 2 bản cực là một dung dịch hoá học), v.v (hình 1.22)

ở tụ hoá (hình 1.22e), thường vỏ bằng AI là bản cực âm Bản cực dương ở giữa bằng Cu hay Al Hai bản cực phân cách bởi một lớp mỏng chất điện

phân mà khi có điện áp tác động lên 2 bản cực sẽ xuất hiện một màng oxyt kim loại không dẫn điện, đóng vai trò như lớp điện môi.

2 Tuỳ theo trị số điện dung của tụ điện là không thay đổi hay thay đổi được mà tụ điện chia ra 2 loại:

-Tụ điện có điện dung cố định

Loại này như trên hình 1.22

a) Tụ giấy; h) Tụ mi ca; c) Tụ dầu; d) Tụ gốm; e) Tụ hoá.

Để tăng điện dung của tụ, như

biểu thức (1-5), phải tăng hằng

số điện môi s (chất5 cách điện tốt)

hoặc giảm khoảng cách d giữa 2

bản cực hoặc tăng diện tích đối

diện s giữa 2 bản cực Cách cuối

cùng đưọc tận dụng nhưng để

gọn lại, người ta làm 2 bản cực

kim loại nằm xen kẽ giữa 2 bản

giấy cách điện (hình 1.23) rồi

cuộn tròn lai

Lá kim loại

Hình 1.23: Cấu tạo của tụ giấy

- Tụ điện có điện dung thay đổi được (trong giới hạn nào đó) Loại này

gồm 2 nhóm là tụ xoay và tụ tinh chỉnh

Tụ xoay (hình 1,24a) gồm 2 lá nhôm xen kẽ nhau, một lá cố định, một lá động xoay được quanh một trục cố định Điện môi là không khí Khi xoay lá động, diện tích đối diện s giữa 2 lá thay đổi nên điện dung của tụ điện thay đổi Điện dung lớn nhất khi 2 lá trùng nhau

Để tăng/điên dung (tăng S), bản cực tĩnh và bản cực động được thay bằng nhiều lá ghíép lại (hình ĩ.24b và a)

Loại tụ xoay có điện dung từ 0 đến khoảng 200pF

Tụ tinh chỉnh: cũng gồm 2 hay nhiều lá nhôm xen kẽ (hình 1.25) Điện môi cách li là mica, màng chất dẻo Vị trí lá động thay đổi nhờ tuôcnơvit

Kí hiệu của tụ điện trên bản vẽ điện như hình 1.26.

y

Hình 1.26: Kí hiệu tụ điện a) Tụ thông thường; h) Tụ hoíi; c) Tụ xoay; d) Tụ tinh chỉnh.

1.2.3 Q uá trình nạp điện và phóng điện của tụ điện

Như sơ đồ hình 1.27a, khi đóng khoá K về vị trí 1, tụ điện c được nạp điện từ nguồn u qua điện trở R

Trong quá trình nạp, uc tăng dần và dòng nạp ic giảm dần vì:

ir =1» = - —c R RKhi tụ nạp đầy (nạp no) thì uc = u (bằng điện áp nguồn) và ỉc = 0 Đường biểu diễn uc và ic theo hàm mũ như trên hình 1.27c

Thời gian nạp đầy tăng khi tăng R (vì dòng nạp nhỏ) và khi tăng c (vì phải nạp lâu) Tích RC gọi là hằng số thòi gian

Thời gian nạp đầy trong thực tế có thể coi là t = 5t

Khi đóng khoá K về vị trí 2, tụ điện c sẽ phóng điện ngược lại qua R, từ bản cực (+) về bản cực (-) như hình 1.27b Lúc đầu dòng phóng lớn nhất:

Trong quá trình phóng điện, do điện áp uc giảm dần nên dòng phóng

ic cũng giảm (hình 1 -27c) Khi phóng hết thì uc = 0, ic = 0 Thời gian phóng hết của tụ điện khoảng 5x với hằng số thời gian T = RC

Khi tụ điện (loại trừ tụ hoá) mắc vào mạch điện xoay chiều như trên hình 1.28 thì tụ điện được nạp điện và phóng điện liên tục Quá trình xảy

Hình 1.28: Tụ điện trong mạch xoay chiều

Ở nửa chu kì dưomg của nguồn (hình 1.28a), tụ điện được nạp với cực dưorng bên trái hình vẽ qua điện trở R ở nửa chu kì âm của nguồn (hình 1.28b), tụ điện phóng điện và được nạp ngược lại với cực dương bên phải

hình vẽ Nửa chu kì dương tiếp theo của nguồn, tụ lại phóng điện và nạp lại với cực dương bên trái hình vẽ v.v Như vậy, trong một chu kì của nguồn, hai bản cực tụ đổi cực tính, điện trường trong tụ điện đảo chiều Bên trong tụ điện không có dòng điện tích nhưng mạch ngoài luôn cộ dòng (xoay chiều)

Ta nói dòng xoay chiều "qua" được tụ điện mà thực chất giữa 2 bản cực là chất cách điện, không có dòng

Sự cản trở dòng điện "qua" tụ tỉ lệ nghịch với tần số nguồn xoay chiều và trị số điện dung của tụ Cản trở này gọi là dung kháng của tụ điện

Trị số dòng điện "qua" tụ sẽ càng lớn khi tần số nguồn xoay chiều cao và khi điện dung tụ điện là lớn

Dòng một chiều có tần số f = 0 nên không "qua" được tụ điện Tụ điện chỉ

có dòng nạp lúc đầu và dòng phóng khi nối qua một mạch từ bản cực dương sang âm Cực tính 2 bản cực tụ điện trong mạch một chiều là không đổi

1.2.4 Các thông số cần quan tâm khi sử dụng tụ điện

1 Giá trị điện dung

2 Điện áp làm việc

3 Sai sô' điện dung (%)

4 Loại tụ (một chiều, xoay chiều) và các tham số khác

Lưu ý khi sử dụng: các tụ điện thông thường là loại không phân cực, có

thể dùng ở mậch một chiều và xoay chiều Tụ hoá là tụ có cực tính và khi làm việc phải nối đúng cực tính Nếu nối ngược cực tính, tụ hoá sẽ bị hỏng

1.2.5 Cách đọc giá trị điện dung

Giá trị điện dung của một tụ điện được ghi trên tụ điện cũng có mấy cách tương tự như điện trở:

- Bằng số ghi trực tiếp, nhất là tụ hoá và tụ dầu kèm theo điện áp làm việc của tụ Tụ hoá còn được đánh dấu cực tính

- Bằng các chấm màu hoặc vòng màu tương tự như điện trở (bảng 1.2) với đơn vị là pF

- Bằng số và chữ

Hái số đẩu là số cổ nghĩa SỐ thứ ba là hệ số nhân như bảng 15

28

Chữ cái cuối biểu thị sai số (bảng 1.6).

Ví dụ: 102J - Tụ có c = 1000pF, sai số ±5%

22K - Tụ có c = 0,22pF, sai số ± 10%

, 474F “ Tụ có c = 470000pF = 0,47|±F, sai số ± 1%

1.2.6 Đo điện dung và kiểm tra tụ điện

ỉ Đo điện dung bâng đồng hồ chỉ thị sô

Thông thường, xác định trị số điện dung của tụ điện được dùng các dụng

cụ đo chuyên dùng Giá trị điện dung cũng có thể được đo nhờ một số đồng

hổ đo chỉ thị số

Để đo, ta cắm chân tụ điện vào 2 lỗ cắm Cx và bậc thang đo F Đồng hồ

sẽ chỉ thị trực tiếp giá trị điện dung

2 Kiểm tra tụ điện

Kiểm tra tụ điện về chất lượng ở một mức độ nào đó có thể dùng dụng

cụ đo (vạn năng kế) chỉ thị kim với thang đo điện trở nhờ vào sự nạp - phóng của tụ điện Nguồn nạp là pin trong đồng hồ vạn năng kế dùng ở thang đo điện trở Chất lượng tụ điện được quan sát (định tính) qua chuyển dịch của kim

Tụ điện có giá trị điện dung nhỏ thì chọn thang đo điên trở lớn Chạm 2 dây đo vào 2 chân tụ Tụ hoá thì lưu ý cực tính (dây đen thường là dương nguồn được chạm vào cực dương của tụ)

- Tụ điện tốt thì kim chuyển nhanh về 0 (nạp) rồi từ từ về 00 Tụ có điện dung lớn thì kim chuyển càng nhanh về 0 sau đó chuyển về 00 rất chậm.

- Kim về 0 nhưng không về oo: tụ bị chập

- Kim không về 0: tụ bị đứt, khô

- Kim về lưng chừng và gần như đứng yên: tụ bị dò

1.2.7 Các bài tập về tụ điện

Bài 1 Một quạt bàn 220VAC cần sử dụng tụ điện (tụ dầu) 4p nhưng chỉ

có các tụ 2ịi - 250V Vậy phải làm thế nào?

Đã biết, khi 2 tụ điện mắc song song thì chúng có điện áp làm việc như nhau, còn điện dung được cộng lại theo biểu thức:

Hình 1.29: Mắc song song các tụ điện

Bài 2 Một quạt trần 220VAC cần sử dụng tụ điện 2pF nhưng chỉ CQ các

tụ 4ịi - 250V Vậy phải làm thế nào?

Đã biết, khi 2 tụ điện mắc nối tiếp thì điện dung tương đương của chúng được tính theo biểu thức:

-— = —- + —— hay c =

—-c —-c, —-c, -1 '-'2 Cj+C,

còn điện áp chung là: Ư = Uị + Uo

Vậy: có thể dùng 2 tụ 4p mắc nối tiếp vì:

Hỉnh 1.30: Mắc nổi tiếp các tụ điện

Bài 3 Tính dung kháng tụ điện tương đương khi mắc nối tiếp và khi mắc song song

27tfXcl 27tfXC2

27tfXc _ 27ifXcl 2tĩíX C2Nhân cả 2 vế với 2rcf, có:

(1-12)

1 _ 1

x c X C1 X C2Vây: Dung kháng tương đương của các tụ mắc nối tiếp và mắc song song được tính theo (1-11) và (1-12) tương tự như điện trở tương đương của các điện trở mắc nối tiếp và song song

1.3 CUỘN KHÁNG

1.3.1 Cuộn kháng là gì?

Cuộn kháng hay cuộn cảm là một cuộn dây dẫn điện có lõi bằng chất sắt

từ hay không có lõi (lõi không khí)

1.3.2 Quá trình dòng điện qua cuộn kháng

Khi có dòng điện chảy qua cuộn kháng, nó trở thành một nam châm điện

Từ tường của cuộn kháng mạnh hay yếu là tuỳ theo số vòng dây quấn nhiều hay ít, dòng điện chảy qua lớn hay bé và cuộn kháng có lõi sắt từ (tốt, xấu) hay không có lỗi

Dòng điện một chiểu chảy qua cuộn kháng sẽ sinh ra một từ trường không đổi

Dòng điện một chiều biến thiên hoặc dòng xoay chiều qua cuộn kháng sẽ sinh ra một từ trường biến thiên hoặc luôn đảo chiều từ trường Từ trường này sẽ gây ra sức điện động cảm ứng ngay trong cuộn kháng (gọi là sức điện động tự cảm) Dòng điện tự cảm có xu hướng chống lại biến thiên của dòng điện chính đã sinh ra nó Do vậy, khi dòng điện qua cuộn kháng tăng lên, dòng tự cảm ngược chiều làm dòng điện cuộn kháng tăng chậm Khi dòng điện qua cuộn kháng giảm xuống, dòng tự cảm cùng chiều làm đòng điện cuộn kháng giảm chậm

Đánh giá mức độ tự cảm của cuộn kháng bằng đại lượng độ tự cảm L, đơn vị là H (Henry)

1.3.3 Cảm kháng

Do có sức điện động tự cảm khi dòng điện xoay chiều hoặc dòng một chiều biến thiên chảy qua cuộn kháng nên đối với dòng điện xoay chiều hoặc dòng một chiểu biến thiên, cuộn kháng ngoài trở kháng do điện trở dây quấn tạo ra, còn có một trở kháng do hiện tượng tự cảm gọi là cảm kháng:

32

Với dòng một chiều không đổi (f = 0) thì XL = 0 và z = R.

Vậy: Đối với dòng điện một chiều không đổi qua cuộn kháng, tổng trở là nhỏ nhất

Đối với dòng điện biến thiên hay xoay chiều, tần số càng cao thì tổng trở cuộn kháng càng lớn

1.3.4 Cấu tạo, phân loại và công dụng

Cuộn kháng là cuộn dây điện từ (dày dẫn đồng hoặc nhôm có phủ sơn cách điện) quấn trên một lõi hình xuyến hay thẳng Lõi có thể làm bằng chất sắt từ hay không phải sắt từ

Hình 1.31 là một số dạng cuộn kháng Tuỳ theo công dụng, cuộn kháng

có thể nhỏ hoặc lớn (cả lõi và tiết diện dây quấn)

X L=27tfL [Q]

Hình 1.31: Một số dạng cuộn kháng

Kí hiệu cuộn kháng trên sơ đồ điện như ở hình 1.32.

a) b) Hình 1.32: Kí hiệu cuộn kháng a) Không có lõi sắt từ; h) Có lõi sắt từ;

c) Cuộn kháng điều chỉnh được độ tự cảm L.

Có nhiều cách phân loại cuộn kháng

a) Phản ì oại theo lõi

- Cuộn kháng lõi không khí (hay không lõi): là cuộn kháng quấn trên ống giấy, ống sứ hay không có lõi

Cuộn kháng loại này có hệ số tự cảm L rất nhỏ, thường được sử dụng ở mạch điện tần số cao, rất cao

- Cuộn kháng quấn trên lõi sắt từ, bột sắt ép keo hay lõi ferit có hệ số tự cảm L lớn nên được sử dụng ở mạch điện cao tần, trung tần và âm tần

h) Phân loại theo tần sô làm việc

L,/ w \ / W^2\ Hình 1.33: Hai cuộn

•BÍ

Hình 1.34: Hai cuộn kháng mắc song song

Độ tự cảm tương đương của 2 cuộn kháng mắc song song:

— -1 -hay:

X L

J _ 1

Tổng kết: v ề mạch nối tiếp và song song các linh kiện điện trở, tụ điện

và cuộn kháng có thể tóm tắt ở bảng 1.7

Bảng 1.7

36

CÂU HỎI CHƯƠNG 1

1 Điện trở là gì? Công dụng của điện trở trong mạch điện

Các thông số cần quan tâm khi sử dụng điện trở là gì?

2 Tụ điện là gì? Công dụng của tụ điện trong mạch điện Dòng điện

"qua" tụ như thế nào?

Các thông số cần quan tâm khi sử dụng tụ điện là gì?

3 Cuộn kháng là gì? Công dụng của cuộn kháng trong mạch điện Các thông số cần quan tâm khi sử dụng cụộn kháng là gì?

4 Tính chất của điện trở, tụ điện và cuộn kháng trong mạch điện một chiều (f = 0) và xoay chiều (f * 0) có gì khác nhau?

5 Tần số dòng điện có ảnh hưởng gì tới tính chất của ba loại linh kiện thụ động?

6 Nêu luật màu để đọc các giá trị của điện trở

7 Nêu cách đọc các giá trị của tụ điện

8 Giải thích quá trình điện từ trong cuộn kháng khi được dặt vào một điện áp một chiều, khi ngắt điện áp một chiều và khi đặt vào một điện áp xoay chiều

Chương 2

LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TÍCH cực

Hiện nay, các linh kiện điện tử tích cực đều được chế tạo và sản xuất từ các chất bán dẫn

Chất bán dẫn được chia thành 2 loại theo phần tử mang điện dịch chuyển

- Bán dẫn N (Negative): còn gọi là bán dẫn âm hay bán dẫn điện tử Bán dẫn N có phần tử mang điện tích âm là điện tử (electron)

- Bán dẫn p (Positive): còn gọi là bán dẫn dương hay bán dẫn "lỗ trống" Bán dẫn p có phần tử mang điện tích dương là "lỗ trống" hay ion +

Khi hai miếng bán dẫn p và N ghép lại với nhau thì tại chỗ hai mặt tiếp xúc sẽ hình thành một lớp tiếp xúc P-N Lớp tiếp xúc này có tính chất đặc biệt là chỉ cho dòng điện chảy qua theo chiều từ p sang N mà không cho chảy qua theo chiều ngược lại

Tính chất đặc biệt này của lớp tiếp xúc P-N được ứng dụng trong các linh kiện điện tử tích cực (điôt, tranzito, thyristo, triăc, điăc )

2.1 ĐIÔT (DIODE)

2.1.1 Điôt là gì?

Điôt là dụng cụ bán dẫn gồm hai lóp bán dẫn p và N ghép lại với nhau (hình 2.1) Đầu nối với bán dẫn p gọi là anôt A (Anode) Đầu nối với bán dẫn N gọi là catôt c (Cathode) (nhiều khi còn kí hiệu là K)

Hình 2.1: Nguyên lí cấu tạo (a) và kí hiệu (h) của điôt

38

2.1.2 Nguyên lí làm việc của điôt

Nguyên lí làm việc của điôt khá đơn giản Khi điôt được phân áp thuận (hình 2.3a) tức là cực dương của nguồn một chiều nối với anôt, cực âm của nguồn nối với catôt thì điôt sẽ thông và dẫn điện qua điện trở tải R Trị số dòng điện phụ thuộc vào trị số của điện trở tải và của mạch

A c

Hình 2.3: Điôt thông hay dẫn dòng khi phân áp thuận (a)

và khoá hay không cho dòng qua khi phán áp ngược (h)

Khi điôt được phân áp ngược (hình 2.3b) tức là cực dương của nguồn nối với catôt, cực âm của nguồn nối với anôt thì điôt sẽ khoá và không cho dòng điện qua điện trở tải R vì dòng điện không thể chảy qua điôt theo chiều từ lớp bán dẫn N sang bán dẫn p Thực tế, trong trường hợp này vẫn có một dòng điện rất nhỏ chảy qua điôt từ cực c sang cực A (từ N sang P), gọi là dòng điện ngược hay dòng điện dò

Vậy, điều kiện thông - khoá cụa điôt là:

- Điôt thông cho dòng qua từ A sang c khi phân áp thuận (với ngưỡng

u0 > 0,5V) (Điôt Ge là 0,3 V, điôt Si là 0,7V]

- Điôt khoá không cho đòng qua từ c sang A khi phân áp ngược (có dòng

dò rất nhỏ, cỡ dưới lmA)

2.1.3 Đặc tính Von - Ampe của đỉôt

Đặc tính V - A của điôt là đường biểu thị quan hệ phụ thuộc I (Ư) giữa đòng điện qua điôt và điện áp đặt vào hai cực điôt (hình 2.4)

Đặc tính V - A tĩnh của đíôt có hai nhánh:

- Nhánh thuận (khi phân áp thuận)

Khi điện áp thuận vượt ngưỡng u 0 và chưa lớn hơn nhiểu thì dòng thuận tăng chậm (đoạn 1 - 2) Khi điện áp tăng nhiều thì đặc tính gần như đường thẳng, dòng tăng nhanh (đoạn 2 - 3) Dòng thuận cực đại cho phép ứng với điên áp thuận khoảng 1V (điồt Ge là 0,8 V, điốt Si là 1,2V)

Đặc trưng của nhánh thuận là dòng lớn, diện áp nhỏ và điện trở nhỏ

- Nhánh ngược (khi phân áp ngược)

Hình 2.4: Đặc tính V - A của điôt

LÚC đầu, khi điện áp ngược tăng thì dòng điện ngược (dòng dò) rất nhỏ cũng ¿ăng nhưng rất chậm (đoạn 0 - 4) Khi điện áp ngược đủ lớn IUngl > IUngrtaj(l thì dòng ngược tăng vọt (đoạn 4 - 5) và cuối cùng điôt bị đánh thủng (đoạn 5 - 6) Lúc này, dòng ngược vẫn tăng dù có giảm điện áp ngược (điôt bị hỏng)

Để đảm bảo an toàn cho điôt, nên để điôt làm việc với điện áp ngược không quá 80% Ưng max Lúc này, dòng ngược rất nhỏ và điôt ở trạng thái khoá Điện áp ngược cực đại hay điện áp đánh thủng của các điôt, tuỳ từng loại có thể là vài chục Von đến hàng trăm Von

Chú ỷ:

1 Đặc tính V - A của điôt cho thấy, tuỳ theo điều kiện phân áp mà điôt

có thể dẫn dòng (thông) hay không dẫn dòng (khoá) Như vậy, điôt coi như một van (valve) bán dẫn

Sự chuyển đổi trạng thái thông <-> khoá của điôt là không tức thời mà cần

có một thời gian nhất định

toff - thời gian cần để điôt chuyển từ trạng thái thông sang trạng thái khoá.ton - thời gian cần để điôt chuyển từ trạng thái khoá sang trạng thái thông

Vì thế, nếu chu kì thông <-» khoá quá ngắn (điôt đặt vào điện áp xoay chiều tần số cao) thì một điôt bình thường có thể không thay đổi trạng thái

mà giữ nguyên trạng thái đang có

2 Đặc tính V - A của điôt còn thay đổi theo nhiệt độ (hình 2.5)

2.1.4 Các thông số cần quan tâm khi sử dụng điôt

1 Dòng định mức của điôt khi phân áp thuận: Là dòng trung bình qua đ iôrlâu dài khi điôt thông mà không làm điôt nóng quá nhiệt độ cho phép

2 Điện áp ngược cho phép lớn nhất: là điện áp ngược đặt lên điôt lâu dài

mà điôt không bị đánh thủng

3 Tần số làm việc

4 Sụt áp trên điôt khi dẫn dòng thuận định mức

5 Công suất tiêu tán trên điôt khi dẫn dòng thuận định mức

2.1.5 Kiểm tra điôt

1 Kiểm tra điôt nhờ thang đo điện trở của đồng hồ vạn năng (hình 2.6) Chuyển thang đo về X lk hay X 100 Dây đo màu đen là dương nguồn trong đồng hổ được dí vào anôt của điôt Dây đo màu đỏ là âm nguồn trong đồng

hồ được dí vào catôt của điôt (hình 2.6a) Điôt thông sẽ cho trị số đo điện trở nhỏ (kim chuyển về phía 0) Tuỳ điện áp nguổn pin trong đồng hổ lớn hay nhỏ mà kim chỉ điện trở nhỏ hay lớn (1 * 2kQ)