thiết kế chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô

Trước nhu cầu thực tế này, người nghiên cứu đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô” bên cạnh mục đích trang bị cho người học kiến

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN CHO NGÀNH CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Trang 2

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

MÃ SÔ: T2010-24

Chủ nhiệm đề tài: Vũ Đình Huấn

Tp Hồ Chí Minh, 2010

Trang 3

Trang 4

KS Vũ Đình Huấn Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo dục đóng vai trò trong việc gìn giữ và truyền bá nền văn minh nhân loại Trong thời đại cuộc cách mạng khoa học công nghệ ngày nay, tiềm năng tri thức, trí tuệ đang trở thành động lực chính của sự phát triển Và giáo dục – đào tạo được coi là nhân tố quyết định vị thế của mỗi quốc gia trên trường quốc tế cũng như vị thế của của mỗi người trong cuộc sống của mình Do đó, Đảng và Nhà nước ta đánh giá cao vai trò của giáo dục – đào tạo và xem giáo dục – đào tạo là quốc sách hàng đầu

Với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, cùng với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hiện nay đòi hỏi phải có nhũng con người mới, những con người được trang bị đầy đủ những kiến thức để có thể gánh vác được nhiệm vụ của thời đại Để đáp ứng được nhu cầu đó nền giáo dục nước ta đang từng bước đổi mới cả về chương trình đào tạo và phương pháp giảng dạy ở các trường đại học trong cả nước

Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp ô tô thế giới thì các tập đoàn ô tô nước ngoài đã không ngừng đầu tư vào thị trường Việt Nam, mặt khác các chủng loại, kiểu dáng ngày càng đa dạng hơn, đáp ứng được nhu cầu thị hiếu của người sử dụng Bên cạnh những nhu cầu về tiện nghi, kiểu dáng, công suất, tính kinh tế, … khi sử dụng ô tô thì nhu cầu sửa chữa khắc phục các hư hỏng để duy trì tuổi bền sử dụng ô tô là nhiệm vụ rất quan trọng Một chiếc xe hiện đại cấu thành bởi nhiều hệ thống phức tạp và chúng đều được điều khiển bằng điện tử, do đó để hiểu được các hệ thống điều khiển đòi hỏi người kỹ sư

có một nền tảng vững chắc để có thể khắc phục các hư hỏng một cách hiểu quả cho từng

bộ phận của hệ thống điện

Trước nhu cầu thực tế này, người nghiên cứu đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo

mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô” bên cạnh mục đích

trang bị cho người học kiến thức cơ bản về các linh kiên điện tử sử dụng trên ô tô và cách tính toán sử dụng các linh kiện một cách hiệu quả vào chuẩn đoán sửa chữa các hệ thống điều khiển điện tử trên xe, kết quả đề tài được xây dựng dựa trên cơ sở tích cực hóa người học nhằm tăng cường khả năng tự học, tự khám phá cho sinh viên ngành công nghệ ô tô

Trang 5

ĐH SPKT TP HCM

Đơn vị: Cơ Khí Động Lực

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ

ô tô

- Mã số: T2010-24

- Chủ nhiệm: KS Vũ Đình Huấn

- Cơ quan chủ trì: ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM

- Thời gian thực hiện: từ 25/03/2010 đến 15/ 01/2011

2 Mục tiêu: Chế tạo sa bàn thực tập điện tử cơ bản và xây dựng các bài thực tập

3 Tính mới và sáng tạo: xây dựng tài liệu và bộ thí nghiệm cho sinh viên tự học là chính

4 Kết quả nghiên cứu: Sa bàn và các bài thực tập điện tử cơ bản trên mô hình

5 Sản phẩm: Bộ mô hình thực tập điện tử cơ bản

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

sử dụng sa bàn thực tập điện tử cơ bản để giảng dạy điện tử cơ bản trong môn thực tập điện ô tô 1 cho sinh viên ngành Cơ Khí Động Lực

Trang 6

Coordinator: Vu Đinh Huan

Implementing institution: The HCM City University of Technical Education

Duration: from 03/25/2010 to 01/15/2011

2 Objective(s): Making fundamental electronic module and marerials

3 Creativeness and innovativeness: student can study fundamental electronic base

on module indepently

4 Research results: Fundamental electronic module and marerials

5 Products: Fundamental electronic module

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability: transfer research results to Automotive Engineering Faculty to teach fundamental electronic

in pratising Automotive electric subject

Trang 7

MỤC LỤC

Số Trang

PHẦN I MỞ ĐẦU 6

PHẦN II NỘI DUNG 8

Chương 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 8

1.1 Điện trở: 8

1.1.1 Định nghĩa và cách ghép điện trở: 8

1.1.2 Phân loại và cách chọn giá trị điện trở: 9

1.2 Tụ điện: 18

1.2.1 cấu tạo và cách ghép tụ điện: 18

1.2.2 phân loại, cách đo kiểm 19

1.3 Diode: 23

1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: 23

1.3.2 phân loại và cách đo kiểm 25

1.4 TransiStor: 33

1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 33

1.4.2 Phân loại và cách đo kiểm 39

1.5 Scr: 48

Chương 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BIỂU MẪU PHIẾU HƯỚNG DẪN CÔNG TÁC THỰC HÀNH: 53

2.1 Đại cương về phiếu dạy học : 53

2.2 Các dạng phiếu dạy học : 54

Chương 3: CÁC PHIẾU THỰC HÀNH: 60

3.1 Bài 1: Hướng dẫn sử dụng thiết bị đo: 60

3.2 Bài 2: Diode Bán Dẫn 70

3.3 Bài 3: Diode Zener 73

3.4 Bài 4: Transistor: 75

Trang 8

3.5 Bài 5: SCR 78

3.6 Bài 6: Mạch ổn áp dùng IC 78XX: 79

3.7 Bài 7: Cổng logic 80

3.8 Bài 8: Mạch so sánh sử dụng IC LM358 87

3.9 Bài 9: Mạch tạo dao động dùng IC 555 89

PHẦN III: KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Trang 9

là thiết bị tiện nghi, an toàn phục vụ các nhu cầu của con người Các tiện nghi được sử dụng trên xe hiện đại ngày càng phát triển, hoàn thiện và giữ vai trò hết sức quan trọng đối với việc đảm bảo nhu cầu của khách hàng như nghe nhạc, xem truyền hình

Tuy nhiên hệ thống càng hiện đại thì khả năng tiếp cận nó càng khó khăn khi xảy ra

hư hỏng Một sinh viên ngành công nghệ ô tô cần phải trang bị cho mình những kiến thức

cơ bản nhất về tất cả các hệ thống trên ô tô Đặc biệt là hệ thống điều khiển tự động trên ô

tô mà ngày nay, sự tiếp cận tìm hiểu cũng như chuẩn đoán sửa chữa ngày càng gặp rất nhiều khó khăn Vì vậy việc trang bị cho học sinh về kiến thức lý thuyết và thực hành điện tử cơ bản là điều hết sức quan trọng và cần thiết Mặt khác các bài thực hành điện tử

ô tô cho các bạn sinh viên ngành Cơ Khí Động Lực hiện nay chưa hoàn chỉnh cho nên tôi chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô ” nhằm giúp các bạn sinh viên hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động, cách đo kiểm các linh kiện điện tử và từ đó áp dụng đo kiểm trên các mạch điều khiển trên ô tô

1.2.2 Lợi ích của việc làm đề tài

Lợi ích cho bản thân:

 Hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của từng linh kiện điện tử cơ bản

 Đo kiểm được các linh kiện và mô phỏng hoạt động của các linh kiện điện tử

 Có thể đo kiểm các mạch điều khiển trên ô tô như hộp ECU động cơ, ECU điện thân xe

Lợi ích cho khoa:

 Nhằm giúp cho khoa có thêm tài liệu để giảng dạy về điện tử trên ô tô

Trang 10

 Nhằm nâng cao kiến thức về các hệ thống điều khiển tự động trên ô tô cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực sau khi tốt nghiệp, nhằm giúp cho sinh viên Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nâng cao vị thế hiện có của mình nói chung và của khoa Cơ khí Động lực nói riêng

1.2 Phương pháp nghiên cứu:

 Nghiên cứu lý thuyết về các linh kiện điện tử

 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sa bàn thực hành điện tử

 Nghiên cứu thiết kế các bài thực hành

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Các linh kiện cơ bản sử dụng trong các mạch điều khiển tự động trên ô tô

1.4 Nội dung nghiên cứu:

 Các linh kiện cơ bản sử dụng trên ô tô

 Nghiên cứu thiết kế mô hình sa bàn thực hành

 Xây dựng các bài thực hành trên sa bàn

Trang 11

PHẦN II:NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CÁC LINH

KIỆN ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

- Để xác định được sức cản của điện trở nhà chế tạo dùng một đại lượng để đo đó là Ohm (  )

1K = 1.000

1M = 1K = 1.000.000

Phương pháp ghép điện trở:

+ Ghép nối tiếp điện trở

Hình 1 Điện trở ghép nối tiếp

Ví dụ: R1 = 1K nối tiếp với R2= 2.2K Vậy R tương đương là 3.2K

- Khi ghép nhiều điện trở nối tiếp với nhau, ta sẽ được điện trở tương đương bằng tổng các điện trở Ghép nối tiếp sẽ làm tăng trị số điện trở

Trang 12

+ Ghép song song

Rn R

R Rtd

1

2

11

1



Hình 2 Điện trở ghép song song

Ví dụ: R1 = 1K ghép song song với R2= 2.2K Vậy R tương đương là 680

Chú ý: Khi ghép nối tiếp hai điện trở có giá trị bằng nhau, ta sẽ được điện trở có giá trị tăng gấp đôi

- Khi ghép điện trở song song với nhau, ta sẽ được điện trở tương đương bằng tích các điện trở chia cho tổng các điện trở Ghép song song sẽ làm giảm trị số điện trơ Chú ý: Khi ghép hai điện trở song song có giá trị bằng nhau, ta sẽ được điện trở có giá trị giảm phân nửa

- Tuỳ theo công dụng của từng điện trở mà chúng có ký hiệu khác nhau và được phân loại khác nhau

1.1.2 Phân loại và cách chọn giá trị điện trở:

1.1.2a Điện trở than ép

Rtđ

Trang 13

Hình 4 Điện trở định dòng cho Diode

c Giá trị và phương pháp kiểm tra điện trở than ép

- Để xác định giá trị của điện trở có 2 cách, đọc các vòng màu trên thân và kết hợp với bảng vòng màu điện trở hay dùng VOM đo điện trở

c1 Đọc vòng màu trên thân và kết hợp với bảng vòng màu điện trở

c1.1 Vòng màu trên thân điện trở 4 vòng màu

Hình 5 Vòng màu trên thân của điện trở 4 vòng màu

Công thức xác định điện trở 4 vòng màu: R= ab x c % sai số

c1.2 Bảng vòng màu đối với điện trở 4 vòng màu

Vạch màu Vòng a

(Số có nghĩa)

Vòng b (Số có nghĩa)

Vòng c (Hệ số nhân)

Vòng d (Chỉ sai số) Đen 0 0 X 100

Trang 14

Vậy điện trở có giá trị: R= 15x10110%= 150 10%

Ví dụ 2: Vòng a màu nâu (1), vòng b màu đen (0), vòng c màu cam(x103

), vòng d vàng kim ( 5%)

Vậy điện trở có giá trị: R= 10x103 5%= 10K 5%

Ví dụ 3: Vòng a màu xám (8), vòng b màu đỏ (2), vòng c màu cam(x100) , vòng d vàng kim ( 5%)

Vậy điện trở có giá trị: R= 82x100 5%= 82 5%

c1.3 Vòng màu trên thân điện trở 5 vòng màu

Hình 6 Các vòng màu trên thân điện trở 5 vòng màu

Công thức xác định điện trở 5 vòng màu:

Màu vòng1, màu vòng 2, màu vòng 3 x màu vòng4 % sai số

Loại 5 vòng màu

Vòng 1

Vòng 4 Vòng 3

Vòng 5 sai số Vòng 2

Trang 15

Vòng 3 (Số có nghĩa)

Vòng 4 (Hệ số nhân)

Vòng 5 (Chỉ sai số) Đen 0 0 0 X 100

Vậy điện trở có giá trị: R= 470x101 1%= 4.7K 1%

Ví dụ2: Với điện trở trên: vòng a màu nâu (1), vòng b màu xanh lá (5), vòng c màu đen(0),vòng d màu nâu(x101), vòng e màu đỏ( 1%)

Vậy điện trở có giá trị: R= 100x101 2%= 1K 2%

c2 Dùng VOM đo điện trở

Ví dụ 1: Đo điện trở 150

Trang 17

c3 Điều kiện khi chọn điện trở

- Giá trị của điện trở

- Công suất của điện trở

 Chú ý: Đối với điện trở than ép thường bị tăng trị số

1.1.2b Nhiệt trở ( Thermsitor – TH )

+ Ký hiệu và hình dạng thực tế

Hình 7 Dạng thực tế của nhiệt trở dương và nhiệt trở âm

+ Khái niệm nhiệt trở: Nhiệt trở là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ,

được chế tạo từ chất bán dẫn nên có khả năng nhạy cảm với nhiệt độ Có hai loại nhiệt trở:

 Nhiệt trở âm (NTC) là loại nhiệt trở có trị số điện trở giảm xuống khi nhiệt độ tăng và ngược lại

 Nhiệt trở dương (PTC) là loại nhiệt trở có trị số điện trở tăng lên khi nhiệt độ tăng và ngược lại

+ Công dụng và ứng dụng thực tế:

Bảo vệ quá dòng khi máy mới khởi động, PTC dùng để hạn dòng trong các động

cơ chống quá nhiệt

+ Giá trị và phương pháp kiểm tra:

Giá trị nhiệt trở âm và nhiệt trở dương người sử dụng xem trên thân của chúng hoặc có thể dùng VOM kiểm tra, người sử dụng kiểm tra giống như xác định điện trở như trên

 Bảng thông số đo kiểm tra Nhiệt trở NTC

Que đen / Que đỏ Kết quả lần 1 / Kết quả sau khi đảo que Tình trạng

Trang 18

Chân 1 & chân 2 Kim không lên/Kim không lên NTC tốt

 Bảng thông số đo kiểm tra Nhiệt trở PTC

Que đen / Que đỏ Kết quả lần 1 / Kết quả sau khi đảo que Tình trạng Chân 1 & chân 2 Kim lên/Kim lên PTC tốt

1.1.2c Quang điện trở LDR ( Light Depending Resistor )

Quang điện trở thường được chế tạo bởi chất sulfur Cadmium nên thường có ký hiệu là CDS Quang điện trở có trị số điện trở lớn hay nhỏ tùy thuộc vào cường độ chiếu sáng vào chúng

T2 C1815 1.2K

R3 CDS

12 V AC/DC 2.2K

R2

RELAY VR

10K

D

+ C10 10uF

T1 C1815

Quang trở

Trang 19

- Để kiểm tra quang điện trở còn tốt hay hỏng người sử dụng dùng VOM đo như điện trở sau đó che tay lại nếu giá trị điện trở thay đổi quang điện trở còn tốt

1.1.2d Biến trở ( Variable Resistor : VR )

+ Khái niệm: Biến trở còn được gọi là chiết áp, nó có cấu tạo gồm nhiều điện trở

than ép ghép lại với nhau, được dùng để thay đổi giá trị điện trở

+ Ký hiệu và hình dạng thực tế:

Hình 10 Ký hiệu và hình dạng thực tế của biến trở

+ Phân loại, công dụng và ứng dụng thực tế:

 Biến trở đơn, xoay đồng trục:

Trang 20

Hình 11 Ký hiệu và hình dạng thực tế của biến trở đơn Công dụng: Thay đổi giá trị điện trở phù hợp với nhu cầu sử dụng

Mạch ứng dụng

Hình 12 Mạch ứng dụng thực tế của biến trở đơn

- Để xác định giá trị của biến trở, người sử dụng có xem trên thân của chúng hoặc dùng VOM để kiểm tra như xác định điện trở than ép như ở phần 1

- Để kiểm tra biến trở còn hoạt động tốt hay không người sừ dụng đo như sau:

Đo chân giữa ( chân 2 ) với một trong hai chân còn lại sau đó điều chỉnh trục xoay Nếu kim đồng hồ thay đổi xem như biến trở còn tốt

Hình 13 Đo kiểm tra biến trở đơn

Điều chỉnh trục xoay

Biến trở dùng làm cầu phân áp Q2

Trang 21

C Ctd

1 2

11

Ví dụ: C1 = 10µF ghép nối tiếp với C2= 47µF Vậy C tương đương là 8.24µF

- Khi ghép nhiều tụ điện nối tiếp với nhau, ta sẽ được tụ điện tương đương bằng tích các tụ điện chia cho tổng các tụ điện Ghép nối tiếp tụ điện sẽ làm giảm trị số tụ điện

- Khi ghép nối tiếp hai tụ giống nhau điện dung sẽ giảm xuống, điện thế trên tụ tăng lên gấp đôi

Ghép song song tụ điện

C

C1 x C2

C = C1 + C2

Trang 22

Hình 15 Tụ ghép song song

Ví dụ: C1 = 10µF ghép song song với C2= 47µF Vậy C tương đương là 57µF

- Khi ghép nhiều tụ điện song song với nhau, ta sẽ được tụ điện tương đương bằng tổng các tụ điện Ghép song song sẽ làm tăng trị số tụ điện

- Tuỳ theo công dụng của từng tụ điện mà chúng có ký hiệu khác nhau và được phân loại khác nhau

1.2.2 Phân loại và cách đo kiểm và chọn giá trị:

1.2.2a Tụ có cực tính ( Tụ DC) + Ký hiệu và hình dạng thực tế:

Hình 16 Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện có cực tính

Trang 23

Hình 17 Mạch ứng dụng thực tế của tụ có cực tính

Để xác định giá trị của tụ điện, người sử dụng có xem trên thân của chúng hoặc dùng đồng hồ có chức năng kiểm tra điện dung

Ví dụ: Thông số ghi trên tụ có giá trị điện dung là: 220F, điện áp làm việc là: 25V ( Đối với Tụ 1) Giá trị điện dung là: 10F, điện áp làm việc là: 63V ( Đối với

Tụ 2)

 Để kiểm tra tụ điện có cực tính:

- Dùng VOM thang đo  và đo theo hình vẽ sau:

Trang 24

1 & 2 Kim lên rồi xã về hết/ Kim lên rồi xã về hết Tụ tốt

1 & 2 Kim không lên/Kim không lên Tụ bị đứt

1 & 2 Kim lên không xã về / Kim lên không xã về Tụ bị Khô

1 & 2 Kim lên rồi xã về hết/ Kim lên không xã về hết Tụ bị rĩ

 Những điều chú ý khi sử dụng tụ điện

- Trị số điện dung ( Nói lên khả năng chứa điện của tụ)

- Trị số điện áp (Nói lên khả năng chịu đựng của tụ)

- Đối với tụ có cực tính nên quan tâm đến cực tính trong quá trình sử dụng

Trang 25

+ Công dụng:

Công dụng: Lọc thành phần cao tần, kết hợp thành phần RC để tạo dao động

Để xác định giá trị của tụ điện, người sử dụng có xem trên thân của chúng hoặc dùng đồng hồ có chức năng kiểm tra điện dung Do tụ không cực tính có diện tích bé nên nhà sản xuất thường ghi trên tụ những Ký hiệu và hình dạng thực tế 101,102,103,104 và được giải mã như sau:

+ Để kiểm tra tụ điện không cực tính người sử dụng thực hiện như sau:

Dùng VOM thang đo  và đo theo hình vẽ sau:

Trang 26

1 & 2 Kim lên rồi xã về hết/ Kim lên rồi xã về hết Tụ tốt

1 & 2 Kim không lên/Kim không lên Tụ bị đứt

1 & 2 Kim lên không xã về / Kim lên không xã về Tụ bị Khô

1 & 2 Kim lên rồi xã về hết/ Kim lên không xã về hết Tụ bị rĩ

 Chú ý: Khi kiểm tra tụ không cực tính người sử dụng nên chuyển VOM về thang

đo x10K Quan sát kỹ bởi vì tụ không cực tính có khả năng chứa điện rất nhỏ thời gian nạp xã rất nhanh

1.3 Diode:

1.3.1 Ký hiệu và cấu tạo:

Hình 19 ký hiệu và cấu tạo của Diode

- Cấu tạo của Diode bán dẫn là miền tiếp giáp P-N Điện cực ở miền P được gọi là Anod, điện cực ở miền n được gọi là Kathode

a Phân cực tiếp giáp p-n

n P +

P +

n P +

Trang 27

Hình 20 Phân cực cho Diode có tiếp giáp PN

- Điện cực p nối với cực dương, điện cực n nối với cực âm Tại tiếp giáp p-n nếu nguồn VDC đủ lớn ( do Diode được ghép từ các bán dẫn Ge và Si nên VDC  0,2 đối với bán dẫn Ge, VDC  0,7 đối với bán dẫn Si ) Điện trở từ miền n và lỗ trống p dễ dàng di chuyển qua miền tiếp giáp Dòng điện qua Diode xuất hiện => điện trở ở hai đầu tiếp giáp nhỏ

+ Phân cực nghịch

Hình 21, Phân cực cho Diode có tiếp giáp NP

- Điện cực p nối với cực âm, điện cực n nối với cực dương Điện trường DC cùng chiều với điện trường  chúng có tác dụng ngăn cản điện tử và lỗ trống di chuyển qua miền tiếp giáp và kéo các điện tử này về hai đầu của Diode => điện trở ở hai đầu tiếp giáp rất lớn Như vậy Diode phân cực ngược không dẫn điện và có điện trở ở hai đầu tiếp giáp rất lớn

b Đặt tuyến Volt-Amper của Diode

+ + +

-

P +

n P +

P +

n P +

P +

n P +

P +

n P

-

V DC

- +

Trang 28

Hình 22 Đường đặc tuyến Volt-Amper của Diode

- Nếu mối nối p-n được phân cực thuận, điện áp thuận càng tăng, dòng điện qua Diode tăng

- Nếu mối nối p-n được phân cực nghịch, điện áp ngược tăng, nhưng dòng điện ngược gần như không đáng kể, tiếp tục tăng điện áp ngược đến trị số nào đó, dòng điện ngược tăng đột biến, Diode ở tình trạng bị đánh thủng

Chú ý: Người sử dụng nên chú ý đến đặc tuyến Volt-Amper để hiểu rõ hổ trợ cho việc kiểm tra

1.3.2 Phân loại Diode

1.3.2a Diode chỉnh lưu (Rectifier)

Hình 23 Ký hiệu và hình dạng Diode chỉnh lưu thực tế

 Điều kiện để Diode làm việc:

Điều kiện để Diode làm việc: VA>VK.

 Điều kiện để chọn Diode:

I 0

0v

0,7v 0,6v

Cathode (K)

Trang 29

Dòng điện thuận ( Nói lên khả năng chịu đựng của Diode)

Điện áp ngược (Vượt khỏi điện áp ngược Diode sẽ bị nối tắt)

Công dụng: Đổi điện xoay chiều thành điện một chiều

Ứng dụng thực tế:

Hình 24 Mạch ứng dụng Diode đổi điện xoay chiều thành điện một chiều

+ Giá trị và phương pháp kiểm tra Diode:

 Giá trị của Diode được ghi trên thân của chúng Người sử dụng kết hợp giá trị ghi trên thân của Diode và sách tra cứu để có được những thông số chi tiết hơn

 Điều kiện phân cực: P.N

 Bảng tra cứu Diode:

Mã kí hiệu Loại & chất IFmax IS VRmax

Trang 30

Ví dụ: Diode trên thân ghi giá trị 1N 4007 tra sách tra cứu người sử dụng kết hợp

sách tra cứu sẽ tra được thông số kỹ thuật như sau: Diode có chất liệu bằng Silic, Điện

áp ngược cực đại: 1000V, Dòng điện bảo hòa IS: 1A, dòng điện thuận cực đại

IFmax: 1A

- Để kiểm tra Diode người sử dụng dùng VOM thang đo  RX10 VOM thang đo

 RX10 và đo theo hình vẽ sau:

 Bảng kết quả đo kiểm tra Diode chỉnh lưu

Que đen/Que đỏ Kết quả đo lần 1/ Kết quả đo lần 2 Tình trạng

A & K Kim lên/Kim không lên Diode tốt

A & K Kim không lên/Kim không lên Diode đứt

A & K Kim lên nhiều/Kim lên nhiều Diode nối tắt

A & K Kim lên nhiều/Kim lên ít Diode rỉ

Người sử dụng có thể hiểu như sau:

- Đo cả hai lần lên kim Diode bị nối tắt: => Hư

- Đo cả hai lần không lên kim: Diode bị đứt => Hư

- Đo một lần lên kim, một lần không lên kim: Diode tốt

- Một lần lên kim nhiều, một lần lên kim ít => Diode bị rĩ < 500k

Trang 31

1.3.2b Diode ổn áp (Diode Zener)

Diode Zener có cấu tạo giống như Diode thường nhưng các chất bán dẫn được pha tạp chất với tỷ lệ cao hơn Diode thường

Hình 25 Ký hiệu và hình dạng thực tế của Diode Zener

+ Điều kiện để Diode Zener làm việc:

Điều kiện để Diode Zener làm việc: VA<VK.

+ Điều kiện để chọn Diode Zener:

Dòng điện thuận ( Nói lên khả năng chịu đựng của Diode Zener)

Điện áp VZ (Điện áp ổn áp của Zener)

Công dụng: Ổn định điện áp một chiều

Ứng dụng thực tế

Hình 26 Ứng dụng Diode Zener trong mạch ổn áp

+ Giá trị và phương pháp kiểm tra Diode Zener:

 Giá trị của Diode Zener được ghi trên thân của chúng Thông thường để ổn áp bao nhiêu volt người sử dụng có thể chọn điện áp ghi trên thân của chúng

 Bảng tra cứu Diode Zener

+ Vi

Vo

10k Q

Zener

Trang 32

Lưu ý: Đôi khi diode Zener và diode thường có hình dạng rất giống nhau nên để phân

biệt được 2 loại diode cần xem kỹ các thông số trên thân diode Nếu là diode Zener sẽ ghi giá trị điện áp, đối với diode thường sẽ không ghi giá trị điện áp

Chú ý: Khi sử dụng Zener người sử dụng phải ghép nối tiếp Zener với điện trở để

định dòng ổn áp cho Zener Nếu vượt dòng định mức của Zener, Zener sẽ bị hỏng, nếu dòng nhỏ hơn Zener không ổn áp

Ví dụ: Để định dòng cho Diode Zener ổn áp 5V người sử dụng sẽ tính toán điện trở như sau:

- Theo định luật ohm ta có R = UR/IR

- Để cho Zener ổn áp theo thực nghiệm thì dòng của Zener từ 5mA => 10mA

- Do Zener ghép nối tiếp với điện trở R cho nên IR = IZ = 7 mA

Trang 33

 Bảng kết quả đo kiểm tra Zener

Que đen/Que đỏ Kết quả đo lần 1/ Kết quả đo lần 2 Tình trạng

A & K Kim lên/Kim không lên Zener tốt

A & K Kim không lên/Kim không lên Zener đứt

A & K Kim lên nhiều/Kim lên nhiều Zener nối tắt

 Người sử dụng có thể hiểu như sau:

+ Đo cả hai lần lên kim Diode Zener bị nối tắt: => Hư

+ Đo cả hai lần không lên kim: Diode Zener bị đứt => Hư

+ Đo một lần lên kim, một lần không lên kim: Diode Zener tốt

1.3.2c Diode phát quang (Light Emitting Diode) Led

Là linh kiện phổ thông của quang điện tử Led cho những lợi điểm như: tần số họat động cao, thể tích nhỏ, công suất tiêu hao bé, không tiêu hao năng lượng đột ngột khi bắt đầu hoạt động, không cần kính lọc mà vẫn cho ra màu sắc Sự phát sinh ra ánh sáng của Led hoàn toàn khác với một bóng đèn điện

Hình 27 ký hiệu và hình dạng thực tế của Led

+ Điều kiện để Diode phát quang làm việc:

Điều kiện để Diode phát quang làm việc: VA>VK.

+ Điều kiện để chọn Diode phát quang:

Dòng điện phát sáng Điện áp tơi VLED

Trang 34

Hình 28 Mạch báo nguồn trong các thiết bị sử dụng Diod phát quang

Giá trị và phương pháp kiểm tra Diode phát quang (Led)

Giá trị của Diode phát quang (Led) được ấn định bởi nhà sản xuất Thông thường được liệt kê theo bảng sau:

 Bảng chỉ dẫn điện áp trên mỗi Led có màu khác nhau

Loại LED Bước sóng ánh sáng Điện áp UF khi dòng qua LED

- Để kiểm tra Diode phát quang (Led) người sử dụng dùng VOM thang đo  RX1

và đo theo hình vẽ sau:

33K 33K 1N4007

Trang 35

Bảng kết quả đo kiểm tra Led Que đen/Que đỏ Kết quả đo lần 1/ Kết quả đo lần 2 Tình trạng

A & K Kim lên ( Led sáng)/Kim không lên Led tốt

A & K Kim không lên/Kim không lên Led đứt

A & K Kim lên nhiều/Kim lên nhiều Led nối tắt

Người sử dụng có thể hiểu như sau:

- Đo một lần lên kim(Led sáng), một lần không lên kim: Diode phát quang (Led) tốt

- Đo cả hai lần không lên kim: Diode phát quang (Led) bị đứt => Hư

- Đo cả hai lần lên kim Diode phát quang (Led) bị nối tắt: => Hư

Chú ý: Khi sử dụng Led người sử dụng phải ghép nối tiếp Led với điện trở để

định dòng cho Led Nếu vượt dòng định mức của Led, Led sẽ bị hỏng

Ví dụ: Để định dòng cho Led màu đỏ người sử dụng sẽ tính toán điện trở như sau:

- Theo định luật ohm ta có R = UR/IR

Trang 36

- Để cho Led đủ sáng theo thực nghiệm thì dòng của Led tử 5mA => 20mA

- Do Led ghép nối tiếp với điện trở R cho nên IR = ILed = 10mA

- Do Led màu đỏ nên có điện áp VLed = 1,6V=>2V

- UR = VCC – VLED = 12VDC – 2V = 10V => Vậy R = 10V/10mA = 1K

- Với phương pháp tính như trên người sử dụng có thể tính toán điện trở cho bất cứ mạch nào khi sử dụng Led

1.4 Transistor ( Bipolar Juntion Trasistor - BJT)

1.4.1 Cấu trúc BJT

- Transistor có 2 tiếp giáp P- N, dựa theo cấu tạo lớp này ta phân biệt hai loại transistor P-N-P và transistor N-P-N Các tiếp giáp P- N giữa từng điện cực gọi là tiếp giáp emitter J1 và tiếp giáp collector J2 Mỗi tiếp giáp có thể được phân cực theo chiều thuận hay chiều nghịch dưới tác dụng của điện thế ngoài

- Sự dịch chuyển của dòng collector iC khi qua tiếp giáp bị phân cực nghịch chịu ảnh hưởng rất lớn của dòng kích iB dẫn qua tiếp giáp phân cực thuận Hiện tượng này tạo thành tính chất cơ bản được sử dụng nhiều của transistor và được gọi là hiện tượng điều chế độ giảm điện trở của tiếp giáp bị phân cực nghịch

- Trong lĩnh vực điện tử công suất, transistor BJT được sử dụng như công tắc (switch) đóng ngắt các mạch điện và phần lớn được mắc theo dạng mạch có chung emitter (CE)

- Trên điện cực B, E là điện áp điều khiển uBE Các điện cực CE được sử dụng làm công tắc đóng mở mạch công suất Điện thế điều khiển phải tác dụng tạo ra dòng iB đủ lớn để điện áp giữa cực CE đạt giá trị bằng 0 (uCE tiến đến 0)

Đặc tính V- A trong mạch có chung emitter

0

Trang 37

Hình 28 Đặc tính V- A trong mạch có chung emitter

- Transistor lưỡng cực có hai loại: Loại PNP BJT thuận, loại NPN BJT nghịch

Cấu tạo của BJT PNP

Cấu tạo của BJT NPN

a Hệ số khuếch đại trong mạch có chung emitter

- Hệ số khuếch đại tĩnh của dòng điện: Được định nghĩa tại một điểm làm việc (I C,I B)u CE= const (khi u CE bằng hằngsố ) bởi tham số hFE:

Hệ số này còn được ký hiệu là (hFE) Hệ số hFE xác định độ dốc của đường thẳng đi qua gốc tọa độ và điểm làm việc trên đặc tính chuyển đổi I C(I B)

b Hệ số khuếch đại tĩnh tới hạn: Là giá trị hFE khi điểm làm việc trên ranh giới bão hoà (saturation) và được ký hiệu hFESAT

Khi tính toán dòng điện kích đóng transistor, ta dùng hệ số hFESAT xác định điểm làm việc nằm trong vùng bão hoà Giả sử cho vùng bão hoà, đóng (hình 1.3) là điểm làm việc của dòng điện qua collector ICS và hệ số hFESAT được thiết lập tương ứng với

điểm b Dòng điện kích đóng transistor được xác định theo hệ thức:

Trang 38

Trong thực tế, độ lớn dòng kích được thiết lập với hệ số an toàn kS

I B=

FESAT

CS s

h

I k

c Hệ số kS = 2  5 được chọn để làm việc kích đóng an toàn khi xét đến ảnh hưởng khác nhau làm thay đổi thông số của transistor và các transistor cùng loại cùng có sự sai biệt về tham số do điều kiện chế tạo thực tế Việc đưa hệ số này đảm bảo các transistor cùng loại đều đạt trạng thái bão hoà

Tổn hao phát sinh khi transistor dẫn điện :

Các transistor darlington có thời gian trễ khi đóng và ngắt từ vài trăm ns đến vài

s Hệ số hFESAT đạt đến giá trị vài trăm

Trang 39

e Khả năng chịu tải:

Định mức điện áp: Phụ thuộc vào điện áp đánh thủng các lớp bán dẫn và xác

định bởi giá trị uCEOM – giá trị điện thế cực đại đặt lên lớp collector – emitter khi iB =

0 và giá trị cực đại uEBOM – điện thế lớp emitter – base khi

iC = 0 Các giá trị này là những trị tức thời Ta cần phân biệt chúng trong trường hợp tải dạng một chiều không đổi theo thời gian và các tải xung, mặc dù thông thường trong cả hai trường hợp các điện áp được thiết lập giống nhau

Định mức dòng điện: Giá trị cực đại của dòng collector iCm, dòng emitter iEmvà dòng kích iBm Đó là các giá trị cực đại tức thời của transistor khi đóng trong trạng thái bão hoà Khi thiết lập chúng, ta xét đến ảnh hưởng của các mối tiếp xúc, dây dẫn tới điện cực và các giá trị hFEsat, uCEsat

f Công suất tổn hao: Công suất tổn hao tạo nên trong hoạt động của transistor

không được phép làm nóng bán dẫn vượt quá giá trị nhiệt độ cho phép TjM (TjM = 1500

C) Vì thế, cần làm mát transistor và toàn bộ công suất tổn hao phải nhỏ hơn PtotM Công suất tổn hao chủ yếu do công suất tổn hao trên Collector, PC = UCE.ICE tạo ra (các thành phần khác của Ptot thường bỏ qua)

Giá trị PtotM phụ thuộc vào phương pháp làm mát và được cho dưới dạng hàm số

Ptot = f(Tamb) (Tamp là nhiệt độ môi trường), thông số là UCE Công suất tổn hao hình thành khi transistor dẫn bão hoà, ngay cả khi IC = ICm, rất nhỏ so với giá trị PtotM Công suất tổn hao khi transistor ngắt thường không đáng kể

Trong chế độ xung, khi tần số đóng ngắt cao và vượt quá giá trị chẳng hạn 2000

Hz thì công suất tổn hao trung bình do đóng ngắt có thể đạt giá trị đáng kể và làm cho công suất tổn hao tổng có thể vượt hơn PtotM

g Mạch kích transistor BJT

Để tăng tần số đóng ngắt của transistor công suất, cần giảm thời gian ton, toff Để giảm

ton ta có thể đưa xung dòng kích IB với đỉnh khá lớn đầu giai đoạn kích Sau khi transistor dẫn, có thể giảm dòng kích IB đến giá trị dòng bão hoà Điều khiển kích

đóng

Gai dòng điện kích có thể đạt được bằng mạch Khi xung điện áp UB đưa vào, dòng điện qua cực B bị giới hạn bởi điện trở R1

Trang 40

R R

2

R R

t1  5.1 ; t2  5 2

Do đó, tần số đóng ngắt lớn nhất :

2 1 2 1

2 0 1

f s

h Điều khiển kích ngắt

- Nếu điện áp UB giảm xuống giá trị âm U2 < 0, điện áp ngược đặt trên BE bằng tổng điện áp UB và UC Gai dòng IB xuất hiện, sau khi tụ C xả hết, điện áp trên BE xác lập bằng U2 và BJT ngắt

Định dạng
Số trang	96
Dung lượng	3,23 MB