Bai giang Ky thuat Dien tu tuong tu

C¸c linh kiện điện tử như: điện trë, tô điện, cuén d©y, tranzito, IC,..đưîc ghÐp nèi thµnh c¸c m¹ch điện tử thùc hiện chøc n¨ng kü thuËt như chØnh lưu dßng điện, khuÕch đ¹i tÝn hiệu điện

Trang 1

Chương 1 Linh kiện điện tử

1.1 Cơ së vËt liệu linh kiện

1.1.1 Kh¸i niệm chung

Linh kiện điện tử là çc phần tử mạch trong çc mạch điện tử, thực hiện một chức năng kỹ thuật nào đã, được sử dụng trong çc thiÕt bÞ điện tử Çc linh kiện điện tử như: điện trë, tô điện, cuén d©y, tranzito, IC, đưîc ghÐp nèi thµnh çc m¹ch điện tử thùc hiện chøc n¨ng kü thuËt như chØnh lưu dßng điện, khuÕch đ¹i tÝn hiệu điện,…Çc m¹ch điện tử nµy cã mÆt trong çc m¸y thu thanh, thu h×nh, çc thiÕt bÞ đo lưêng,…

C¨n cø vµo ph©n bè vïng n¨ng lưîng cña vËt liệu đÓ chÕ t¹o, c¸c linh kiện điện tử đưîc chia ra thµnh: chÊt dÉn điện, b¸n dÉn vµ c¸ch điện

C¸c vïng n¨ng lưîng gåm: vïng ho¸ trÞ, vïng cÊm vµ vïng dÉn

H×nh 1-1 Vïng n¨ng lưîng

Çc møc Ev lµ đØnh vïng ho¸ trÞ, Ec lµ đ¸y vïng dÉn vµ Eg lµ đé réng vïng cÊm Vïng dÉn lµ çc vïng n¨ng lưîng cã çc điện tử tù do chiÕm đãng, vïng ho¸ trÞ gåm çc điện tử ho¸ trÞ chiÕm đãng ë nhiệt đé 00K, tÊt c¶ çc điện tử

ho¸ trÞ n»m ë vïng ho¸ trÞ §é réng vïng cÊm n»m gi÷a vïng ho¸ trÞ vµ vïng

dÉn sÏ quyÕt đÞnh tÝnh chÊt cña vËt liệu

H×nh 1-1a lµ biÓu đå n¨ng lưîng cña chÊt đÉn điện cã miÒn chung: vïng dÉn

vµ vïng ho¸ trÞ trïm lªn nhau, kh«ng cã vïng cÊm Khi vïng dÉn cã c¸c điện

tử tù do lµ c¸c điện tử ho¸ trÞ n»m ngay trong vïng ho¸ trÞ, vËt liệu nµy cã kh¶ n¨ng dÉn điện ngay ë nhiệt đé 00K Khi đé réng vïng cÊm lín hơn 2eV th× vËt liệu gäi lµ vËt liệu c¸ch điện (h×nh 1-1c) v× hÇu như khã cã thÓ lµm cho điện tử nh¶y tõ vïng ho¸ trÞ lªn vïng dÉn đÓ trë thµnh điện tử tù do dÉn điện Lo¹i vËt liệu mµ trong mét sè điÒu kiện kÝch thÝch phï hîp cã thÓ lµm cho điện tử trong vïng ho¸ trÞ cã thÓ nh¶y lªn vïng dÉn tham gia vµo qu¸ tr×nh t¹o dßng th× gäi lµ vËt liệu b¸n dÉn, đé réng vïng cÊm cña nã nhá hơn 2eV (h×nh 1-1b)

Trang 2

Trong kü thuËt điện tử, chÊt c¸ch điện đưîc sệ dông lµ chÊt điện m«i, dưíi đ©y ta chØ xÐt tíi chÊt điện m«i

1.1.2.2 C¸c tham sè cơ b¶n cña chÊt điện m«i

1 §é thÈm thÊu tương đèi 

Trong chÊt điện m«i thưêng chØ cã nh÷ng h¹t mang điện rµng buéc (h×nh 1-2a), dưíi t¸c dông cña điện trưêng c¸c điện tử rµng buéc (liªn kÕt) tiÕp nhËn n¨ng lưîng điện vµ dÞch khái vÞ trÝ c©n b»ng h×nh thµnh nªn nh÷ng lưìng cùc điện, ngưêi ta gäi đã lµ hiện tưîng ph©n cùc cña điện m«i (h×nh 1-2b)

H×nh 1-2 ChÊt điện m«i khi chưa ph©n cùc vµ khi ph©n cùc

Møc đé thay đæi điện dung cña tô điện khi thay đæi ch©n kh«ng hay kh«ng khÝ gi÷a hai b¶n cùc cña nã b»ng chÊt điện m«i sÏ biÓu diÔn đé ph©n cùc cña chÊt điện m«i Th«ng sè nµy gäi lµ đé thÈm thÊu tương đèi cña chÊt điện m«i, đé thÈm thÊu điện hay h»ng sè điện m«i

 đưîc tÝnh như sau:

Co: điện dung cña tô khi sệ dông ch©n kh«ng hoÆc kh«ng khÝ

 biÓu thÞ kh¶ n¨ng ph©n cùc cña chÊt điện m«i ChÊt điện m«i dïng lµm

tô điện cÇn cã h»ng sè điện m«i  lín cßn chÊt điện m«i dïng lµm chÊt c¸ch điện cÇn  nhá  cµng lín th× kh¶ n¨ng tÝch luü n¨ng lưîng điện cña tô cµng lín

2 §é tæn hao điện m«i Pa

§é tæn hao điện m«i đưîc đÆc trưng b»ng trÞ sè c«ng to¶ ra trªn mét đơn

vÞ thÓ tÝch chÊt điện m«i, gäi lµ suÊt tæn hao điện m«i Ngoµi ra, đÓ đÆc trưng cho kh¶ n¨ng to¶ nhiệt cña chÊt điện m«i khi đÆt nã trong điện trưêng ngưêi

ta sệ dông tham sè gãc tæn hao điện m«i

Trang 3

Gi¶ sệ mét tô điện cã tÝnh đÕn tæn hao th«ng qua điện trë R th× sơ đå tương đương cã thÓ coi như sau:

H×nh 1-3 Sơ đå điện tương đương vµ đå thÞ vÐctơ chÊt điện m«i

+ D¶i tÇn lµm việc cña tô cµng réng th× tæn hao cµng lín

+ ë tÇn sè cao, Pa đưîc tÝnh như sau: Pa = U22C2R

3 §é bÒn vÒ điện

§é bÒn vÒ điện cña chÊt điện m«i (ký hiệu lµ Edt) lµ cưêng đé điện trưêng tương øng víi điÓm đ¸nh thñng NghÜa lµ khi đÆt vµo điện m«i mét điện trưêng b»ng điện ¸p đ¸nh thñng Uđt th× chÊt điện m«i kh«ng cßn kh¶ n¨ng c¸ch điện

d

U dt



víi d lµ bÒ dµy cña chÊt điện m«i bÞ đ¸nh thñng

Hiện tưîng đ¸nh thñng chÊt điện m«i như trªn gäi lµ hiện tưîng đ¸nh thñng do điện Tuy nhiªn, việc nµy sÏ đi kÌm víi việc lµm nãng chÊt điện m«i

C C

Trang 4

vµ g©y ph¸ huû thùc sù chÊt điện m«i Ngoµi ra, chÊt điện m«i cßn cã thÓ bÞ đ¸nh thñng do qu¸ tr×nh điện ho¸

4 Nhiệt đé chÞu đùng

Lµ nhiệt đé cao nhÊt mµ chÊt điện m«i vÉn cßn gi÷ đưîc tÝnh chÊt lý hãa cña nã

5 Dßng điện trong chÊt điện m«i

Trong chÊt điện m«i cã 2 thµnh phÇn dßng lµ dßng điện dÞch chuyÓn (hay dßng c¶m øng) vµ dßng điện rß

Dßng điện dÞch chuyÓn IC.M xuÊt hiện khi chÊt điện m«i n»m trong điện trưêng cña điện ¸p xoay chiÒu hay chØ tån t¹i ë thêi điÓm đãng/ng¾t điện ¸p mét chiÒu

Dßng điện rß Irß lµ dßng lu«n tån t¹i trong chÊt điện m«i, nã đưîc t¹o ra

do điện tÝch tù do vµ điện tử ph¸t x¹ chuyÓn đéng dưíi t¸c đéng cña điện trưêng NÕu dßng rß lín th× sÏ lµm mÊt tÝnh chÊt c¸ch điện cña chÊt điện m«i Dßng tæng sÏ lµ:

I = IC.M + Irß (1.4)

6 §é dÉn điện cña chÊt điện m«i

§Ó đ¸nh gi¸ đé dÉn điện cña chÊt điện m«i ngưêi ta dïng tham sè điện trë suÊt khèi .

)

R: điện trë cña khèi điện m«i S: diện tÝch cña b¶n cùc d: bÒ dµy cña khèi điện m«i

1.1.2.3 Ph©n lo¹i vµ øng dông cña chÊt điện m«i

Cã hai lo¹i chÊt điện m«i chÊt điện m«i thô đéng vµ chÊt điện m«i tÝch cùc

1 ChÊt điện m«i thô đéng

Lµ c¸c chÊt đưîc dïng lµm chÊt c¸ch điện vµ chÊt điện m«i trong tô điện như: mica, gèm, thuû tinh, cao su, giÊy, …

+ Mica: chÞu đưîc điện ¸p cao, đé bÒn vÒ điện Edt = (50  200)kV/mm, nhiệt

đé chÞu đùng cã thÓ lªn tíi 6000C, h»ng sè điện m«i   6  8, gãc tæn hao nhá

tô điện cã kÝch thưíc nhá, điện dung lín, tô cao tÇn hoÆc tÇn thÊp, tô cao ¸p hoÆc ¸p thÊp

Trang 5

+ GiÊy lµm tô điện: cã đé bÒn vÒ điện kh¸ cao (kho¶ng 30kV/mm), nhiệt đé chÞu đùng 1000C (ë nhiệt đé lín hơn giÊy sÏ bÞ oxy ho¸ vµ đé bÒn cơ häc gi¶m), h»ng sè điện m«i kh¸ nhá   3  4 GiÊy sệ dông lµm tô hoÆc c¸ch điện cho c¸p điện tho¹i ph¶i rÊt máng (0,007 - 0,05mm) đÓ quÊn đưîc nhiÒu líp

2 ChÊt điện m«i tÝch cùc

Lµ c¸c vËt liệu cã thÓ điÒu khiÓn b»ng điện trưêng (gèm, thuû tinh …),

cơ häc (vËt liệu cã tÝnh chÊt ¸p điện như th¹ch anh …) hay quang häc (huúnh quang …)

+ Th¹ch anh ¸p điện (SiO2): th¹ch anh lµ tinh thÓ SiO2 thiªn nhiªn trong suèt hoÆc cã mµu thưêng gäi lµ pha lª thiªn nhiªn Tinh thÓ th¹ch anh ¸p điện

cã thÓ kÐo dµi b»ng phương ph¸p nh©n t¹o, khi đã c¸c tÝnh chÊt cña nã gÇn gièng như cña tÝnh chÊt cña tinh thÓ thiªn nhiªn Khi đưa vµo sệ dông ngưêi ta ph¶i sệ dông lưìi cưa kim cương đÓ t¹o ra đưîc c¸c tÊm đơn tinh thÓ Gãc c¾t kh¸c nhau sÏ cho tÝnh chÊt kh¸c nhau Dưíi t¸c dông cña biÕn d¹ng cơ häc ta

cã thÓ nhËn đưîc c¸c điện tÝch trªn c¸c mÆt đèi diện cña tÊm th¹ch anh TrÞ sè điện tÝch lín nhÊt cã thÓ đưîc t¹o nªn khi tÊm th¹ch anh bÞ c¾t vu«ng gãc víi trôc điện X vµ khi t¸c đéng mét lùc däc theo trôc X th× hiện tưîng ¸p điện gäi

lµ ¸p điện theo hưíng däc NÕu đÆt mét lùc vµo çc c¹nh bªn cña tÊm th¹ch anh th× trªn çc c¹nh đã xuÊt hiện çc điện tÝch vµ hiệu øng nµy gäi lµ hiệu øng ¸p điện ngang Khi thay đæi hưíng lùc t¸c dông, dÊu cña çc điện tÝch trªn çc mÆt sÏ thay đæi Th¹ch anh đưîc sệ dông đÓ t¹o bé dao đéng céng hưëng cã tÇn sè dao đéng rÊt æn đÞnh hay lµm bé chän läc tÇn sè …

+ ChÊt ph¸t quang (huúnh quang): lo¹i bét ph¸t s¸ng khi điện tử đËp vµo (vÝ dô như ZnS) dïng đÓ phñ lªn mµn cña đÌn èng, mµn h×nh tivi hay m¸y tÝnh đÓ bµn…

1.1.3 ChÊt dÉn điện

1.1.3.1 Kh¸i niệm

ChÊt dÉn điện lµ mét chÊt mµ ë đã c¸c electron cã thÓ dÔ dµng di chuyÓn

tõ nguyªn tử nµy sang nguyªn tử kh¸c

ChÊt dÉn điện cã đé dÉn điện cao TrÞ sè điện trë suÊt cña nã nhá nhÊt so víi c¸c lo¹i vËt liệu kh¸c (10-6cm đÕn 10-4cm) Trong tù nhiªn, chÊt dÉn điện

cã thÓ ë thÓ r¾n (kim lo¹i, hîp kim), láng (thuû ng©n, kim lo¹i nãng ch¶y, dung dÞch điện ph©n) hay khÝ (chÊt khÝ vµ hơi khÝ dưíi cưêng đé điện trưêng cao)

Trang 6

ChÊt dÉn điện tèt nhÊt t¹i nhiệt đé trong phßng lµ b¹c §ång vµ nh«m còng lµ çc chÊt dÉn điện rÊt tèt Trong hÇu hÕt çc m¹ch điện tử vµ çc hệ thèng điện ngưêi ta sệ dông d©y đång, nh«m, thiÕc … cßn b¹c hay vµng chØ đưîc sệ dông trong çc trưêng hîp đÆc biệt do gi¸ thµnh cña chóng rÊt cao

§iện tử di chuyÓn trong chÊt dÉn điện kh«ng theo mét dßng đÒu đÆn mµ

di chuyÓn tõ nguyªn tử nµy sang nguyªn tử kh¸c kÕ cËn Sè lưîng điện tử di chuyÓn lµ mét sè cùc lín vµ chiÒu chuyÓn đéng cña chóng ngưîc víi chiÒu quy ưíc cña dßng điện

H×nh 1-4 Hưíng di chuyÓn cña điện tử trong chÊt dÉn điện

1.1.3.2 C¸c tham sè cơ b¶n cña vËt liệu dÉn điện

1 §iện trë suÊt

l

S R.

R : trÞ sè điện trë cña d©y dÉn []

S : tiÕt diện ngang cña d©y dÉn [m2, mm2]

l : chiÒu dµi d©y dÉn [m, mm]

§iện trë suÊt cña vËt liệu dÉn điện n»m trong kho¶ng 0,016 m (cña Ag) đÕn 10 m (cña hîp kim Fe, Cr, Al)

2 Hệ sè nhiệt cña điện trë suÊt 

 lµ hệ sè biÓu thÞ sù thay đæi cña điện trë suÊt khi nhiệt đé thay đæi 10C

Khi nhiệt đé t¨ng th× điện trë suÊt còng t¨ng theo quy luËt:

).1(

 : điện trë suÊt t¹i 0 [K]

 : hệ sè nhiệt cña điện trë suÊt [K-1] NÕu kim lo¹i nguyªn chÊt th× hệ sè nhiệt lµ như nhau vµ b»ng:  = 0,004

K-1

Trang 7

4 C«ng tho¸t cña điện tử trong kim lo¹i

BiÓu thÞ n¨ng lưîng tèi thiÓu cÇn cung cÊp cho điện tử đang chuyÓn đéng nhanh nhÊt ë 0 [K] đÓ điện tử nµy cã thÓ tho¸t khái bÒ mÆt kim lo¹i

ë 0 [K] møc n¨ng lưîng lín nhÊt mµ điện tử cã thÓ đ¹t đưîc lµ EF vµ n¨ng lưîng cÇn thiÕt đÓ điện tử tho¸t khái kim lo¹i lµ EB mµ EF < EB nªn đÓ điện tử

cã thÓ tho¸t ra khái bÒ mÆt kim lo¹i th× cÇn cung cÊp cho nã mét n¨ng lưîng

lµ: E W = E B -E F gäi lµ c«ng tho¸t cña điện tử trong kim lo¹i

5 §iện thÕ tiÕp xóc

Cho hai kim lo¹i kh¸c nhau tiÕp xóc khi đã xuÊt hiện hiệu điện thÕ tiÕp xóc gi÷a hai kim lo¹i nµy Khi tiÕp xóc nhau c¸c điện tử sÏ ch¶y tõ kim lo¹i cã c«ng tho¸t thÊp hơn sang kim lo¹i cã c«ng tho¸t cao Qu¸ tr×nh nµy tiÕp diÔn đÕn khi kim lo¹i 2 nhËn nhiÒu điện tử đÕn møc t¹o nªn 1 trưêng c¶n l¹i sù dÞch chuyÓn điện tử tõ kim lo¹i 1 sang kim lo¹i 2 Vµ sù chªnh lệch thÕ n¨ng đưîc tÝnh:

Sù chªnh lệch điện thÕ tiÕp xóc gi÷a hai kim lo¹i b»ng hiệu hai c«ng tho¸t cña chóng Tương øng víi thÕ n¨ng EAB cã điện thÕ tiÕp xóc VAB [V] cã trÞ sè b»ng EAB

Ngưêi ta đ· dùa vµo hiện tưîng nµy đÓ chÕ t¹o cÆp nhiệt điện

1.1.3.3 Ph©n lo¹i vµ øng dông

Cã 2 lo¹i vËt liệu dÉn điện lµ vËt liệu dÉn điện cã điện trë suÊt thÊp vµ vËt liệu dÉn điện cã điện trë suÊt cao

1 VËt liệu dÉn điện cã điện trë suÊt thÊp

ChÊt dÉn điện cã điện trë suÊt thÊp thưêng đưîc dïng lµm vËt liệu dÉn điện

B¹c (Ag) cã đé dÉn điện cao nhÊt víi  = 1,65 x 10-8 m đưîc dïng trong kü thuËt điện tử ë nh÷ng phÇn quan träng yªu cÇu đé dÉn điện cao, do lµ kim lo¹i quý hiÕm nªn ngưêi ta thưêng chØ tr¸ng b¹c lªn c¸c vËt liệu phæ biÕn hơn như đång hay nh«m

§ång (đång nguyªn chÊt, đång đá) (Cu) víi  = 1,75 x 10-8 m cã đé bÒn cao, dÔ gia c«ng do đã đưîc sệ dông réng r·i trong kü thuËt điện vµ điện

tử lµm d©y dÉn, anot, èng dÉn sãng… Hîp chÊt cña Cu cã  = 0,03  0,06

m Nãi chung lµ cã đé dÉn điện kÐm đång nguyªn chÊt nhưng cã đé bÒn cơ häc rÊt cao, vÝ dô như đång thau (hîp kim víi Zn), đång tr¾ng (hîp kim víi

Zn, Ni), đång Bronda (hîp kim víi Al, Sn)

Nh«m (Al) cã đé dÉn điện tèt thø 3 sau Ag, Cu víi  = 0,0267 m Nh«m cã tÝnh chÊt dÎo, ch¾c, hệ sè ph¶n x¹ cao, chèng ¨n mßn tèt

Trang 8

ThiÕc Sn víi  = 0,115 m dÉn điện tèt nhưng tÝnh chÊt cơ häc rÊt kÐm nªn chØ đưîc dïng lµm vËt liệu đÓ hµn d©y dÉn

2 ChÊt dÉn điện cã điện trë suÊt cao

Dïng đÓ chÕ t¹o c¸c dông cô đo điện, điện trë, biÕn trë, d©y mayxo vµ c¸c thiÕt bÞ nung nãng b»ng điện VÝ dô: platin, vonfram, niken …

1.1.4 ChÊt b¸n dÉn

1.1.4.1 ChÊt b¸n dÉn thuÇn vµ chÊt b¸n dÉn t¹p

1 ChÊt b¸n dÉn thuÇn (lo¹i I-Intrinsic)

ChÊt b¸n dÉn (Semiconductor) lµ vËt liệu tinh thÕ r¾n cã điện trë riªng 

n»m trong kho¶ng 10-4cm đÕn 1010cm, n»m gi÷a c¸c gi¸ trÞ cña chÊt dÉn điện (Conductor) 10-6cm đÕn 10-4cm vµ chÊt điện m«i (Insulator)

1010cm đÕn 1015cm

TÝnh chÊt đÆc trưng cña chÊt b¸n dÉn lµ cã  phô thuéc vµo điện trưêng, bøc x¹ ¸nh s¸ng, nhiệt vµ c¶ khi đưa t¹p chÊt vµo

VËt liệu th«ng dông chÊt b¸n dÉn thuÇn lµ nguyªn tè nguyªn chÊt

GiÐcmani (Ge- Germanium) hoÆc SilÝc (Si - Silicon) thuéc nhãm IV trong b¶ng hệ thèng tuÇn hoµn Mendeleep

VËt liệu b¸n dÉn cã cÊu tróc m¹ng tinh thÓ (h×nh 1-5a): Çc nguyªn tử ë çc nót m¹ng cã liªn kÕt céng ho¸ trÞ víi nhau b»ng çch ghÐp đ«i çc điện tử ho¸ trÞ

H×nh 1-5 CÊu tróc tinh thÓ vµ ph©n bè n¨ng lưîng cña chÊt b¸n dÉn thuÇn

Trong mèi liªn kÕt céng ho¸ trÞ, mçi điện tử ho¸ trÞ cã møc n¨ng lưîng x¸c đÞnh ë nhiệt đé kh«ng tuyệt đèi (T= 0K), tËp hîp tÊt c¶ c¸c møc n¨ng lưîng

cña c¸c điện tử ho¸ trÞ lÊp đÇy vïng ho¸ trÞ (valence band) (h×nh 1-5b), chÊt

b¸n dÉn chưa cã kh¶ n¨ng dÉn điện §Ó điện tử bøt ra khái mèi liªn kÕt céng ho¸ trÞ, trë thµnh điện tử tù do, cã thÓ tham gia vµo thµnh phÇn dÉn điện th× nã

ph¶i đưîc cung cÊp thªm møc n¨ng lưîng lín hơn đé réng vïng cÊm (forbidden gap band) Eg, nh¶y tõ vïng cÊm lªn vïng dÉn (conduction band)

Víi mçi mét chÊt b¸n dÉn trªn cơ së c¸c nguyªn tè kh¸c nhau cã đé réng vïng cÊm kh¸c nhau, Germanium cã đé réng vïng cÊm Eg(Ge)  0,72 eV,

Trang 9

Silicon cã đé réng vïng cÊm Eg(Si)  1,12eV Khi điện tử nh¶y tõ vïng ho¸ trÞ lªn vïng dÉn, bøt khái mét liªn kÕt céng ho¸ trÞ, đÓ l¹i vÞ trÝ ban đÇu cña nã mét møc n¨ng lưîng khuyÕt, c¸c điện tử ë c¸c mèi liªn kÕt l©n cËn dÔ dµng nh¶y vµo chiÕm đãng Qu¸ tr×nh nµy tương tù như møc n¨ng lưîng khuyÕt ch¹y trong vïng ho¸ trÞ, chç trèng trong mèi liªn kÕt chuyÓn vÞ trÝ NÕu chuyÓn đéng nµy đưîc điÒu khiÓn b»ng n¨ng lưîng điện trưêng th× nã còng cã hưíng như chuyÓn đéng cña điện tử nhưng cã chiÒu ngưîc víi chiÒu chuyÓn

đéng cña điện tử ChuyÓn đéng nµy đưîc gäi lµ chuyÓn đéng cña lç trèng Lç trèng vµ điện tử trong chÊt b¸n dÉn đÒu đưîc gäi lµ c¸c phÇn tử mang điện (h¹t dÉn điện) Lç trèng cã điện lưîng b»ng điện tử, tr¸i dÊu víi điện tử

Qu¸ tr×nh điện tử nh¶y tõ vïng ho¸ trÞ lªn vïng dÉn gäi lµ t¹o cÆp điện tử

vµ lç trèng Qu¸ tr×nh t¹o cÆp cµng nhiÒu th× đé dÉn điện cña chÊt b¸n dÉn

cµng cao ë nhiệt đé trong phßng (kho¶ng 300 K), đ· cã qu¸ tr×nh t¹o cÆp điện

tử lç trèng, chÊt b¸n dÉn cã kh¶ n¨ng dÉn điện

Qu¸ tr×nh điện tử nh¶y tõ vïng dÉn xuèng vïng ho¸ trÞ, lµm mÊt đi cÆp

điện tử vµ lç trèng gäi lµ t¸i hîp Qu¸ tr×nh t¸i hîp cµng nhiÒu th× đé dÉn điện

cña chÊt b¸n dÉn cµng gi¶m

ë mét nhiệt đé x¸c đÞnh, qu¸ tr×nh t¹o cÆp vµ t¸i hîp c©n b»ng nhau, nång

đé c¸c điện tử vµ lç trèng tho¶ m·n điÒu kiện:

2 0

G

e T A

Kim lo¹i lµ vËt liệu dÉn điện, c¸c phÇn tử mang điện chØ gåm c¸c điện tử

mµ kh«ng cã lç trèng, nång đé çc điện tử lµ cè đÞnh §èi víi chÊt b¸n dÉn, çc phÇn tử mang điện gåm c¶ çc điện tử vµ çc lç trèng, nång đé cña chóng

cã thÓ thay đæi nÕu ta pha thªm vµo c¸c nguyªn tè t¹p chÊt

ChÊt b¸n dÉn lo¹i P Pha thªm vµo nguyªn tè Si (hoÆc Ge) mét nguyªn tè

t¹p chÊt ë nhãm ba trong b¶ng hệ thèng tuÇn hoµn Mendeleep, vÝ dô Indium (hoÆc Boron, Gallium) Çc nguyªn tử nhãm ba nµy sÏ thay thÕ mét sè nót m¹ng trong m¹ng tinh thÓ Si Do chØ cã ba điện tử ho¸ trÞ nªn cã mét mèi liªn kÕt céng ho¸ trÞ thiÕu mét điện tử, çc điện tử trong mèi liªn kÕt l©n cËn dÔ dµng nh¶y vµo chç liªn kÕt khuyÕt (h×nh 1-6a) khi chØ nhËn đưîc mét n¨ng lưîng nhá (kho¶ng 0,05 eV), đÓ l¹i vÞ trÝ cò lç trèng Nguyªn tử t¹p chÊt In nhËn điện tử trë thµnh ion ©m In- gäi lµ ion AxÐpto (Acceptor), t¹p chÊt lo¹i nµy gäi lµ t¹p chÊt AxÐpto Trªn biÓu đå n¨ng lưîng xuÊt hiện møc t¹p chÊt AxÐpto trong vïng cÊm, ngay trªn đØnh vïng ho¸ trÞ, çch møc đØnh vïng ho¸

Trang 10

trÞ Ev kho¶ng 0,05 eV (h×nh 1-6c) C¸c điện tử trong vïng ho¸ trÞ dÔ dµng nh¶y lªn chiÕm đãng møc n¨ng lưîng nµy đÓ l¹i vÞ trÝ cò c¸c lç trèng ë nhiệt

đé trong phßng, thưêng th× toµn bé c¸c nguyªn tử t¹p chÊt đ· bÞ ion ho¸, nång

đé c¸c lç trèng sÏ cao hơn nång đé c¸c điện tử ChÊt b¸n dÉn lo¹i nµy gäi lµ

chÊt b¸n dÉn lo¹i P Lç trèng trong chÊt b¸n dÉn lo¹i P sÏ lµ đa sè (phÇn tử

mang điện cơ b¶n), điện tử lµ thiÓu sè

ChÊt b¸n dÉn lo¹i N Pha thªm vµo nguyªn tè Si (hoÆc Ge) mét nguyªn tè

t¹p chÊt ë nhãm n¨m trong b¶ng hệ thèng tuÇn hoµn, vÝ dô Arsenic (hoÆc Antimony, Phosphorus) Nguyªn tử As thõa mét điện tử khi liªn kÕt céng ho¸ trÞ víi c¸c nguyªn tử Si §iện tử thõa liªn kÕt yÕu víi h¹t nh©n As, dÔ dµng bøt

ra trë thµnh điện tử tù do (h×nh 1-6b) khi đưîc cung cÊp n¨ng lưîng nhá (kho¶ng 0,05 eV), nguyªn tử As cho đi điện tử trë thµnh ion dương As+ gäi lµ ion §«no (Donor) Trªn biÓu đå n¨ng lưîng trong vïng cÊm, ngay dưíi đ¸y vïng dÉn (çch møc n¨ng lưîng đ¸y vïng dÉn Ec kho¶ng 0,05eV) xuÊt hiện møc n¨ng lưîng t¹p chÊt Donor (h×nh 1-6d) Çc điện tử ë møc t¹p nµy dÔ dµng nh¶y lªn vïng dÉn, t¨ng thªm çc điện tử dÉn cho chÊt b¸n dÉn khi chØ cÇn cung cÊp mét n¨ng lưîng nhá ë nhiệt đé trong phßng, toµn bé çc nguyªn

tử t¹p chÊt bÞ ion ho¸ ChÊt b¸n dÉn nµy gäi lµ ChÊt b¸n dÉn lo¹i N Trong

chÊt b¸n dÉn N, điện tử lµ đa sè (phÇn tử mang điện cơ b¶n), lç trèng lµ thiÓu

(d)

Møc t¹p Donor Møc t¹p AxÐpto

-e

As _ _

_

H×nh 1-6 CÊu tróc tinh thÓ vµ ph©n bè n¨ng lưîng cña chÊt b¸n dÉn pha t¹p

§é dÉn điện cña chÊt b¸n dÉn t¹p cao hơn chÊt b¸n dÉn thuÇn tuú thuéc vµo møc đé pha t¹p Nång đé c¸c phÇn tử mang điện trong chÊt b¸n dÉn lu«n tho¶ m·n điÒu kiện trung hoµ điện tÝch:

trong đã ND lµ nång đé t¹p chÊt Donor, NAlµ nång đé t¹p chÊt AxÐpto

Trang 11

1.1.4.2 Dßng điện trong chÊt b¸n dÉn

ChÊt b¸n dÉn lµ vËt liệu cơ b¶n t¹o nªn c¸c linh kiện điện tử như đièt, tranzito, IC, Dßng điện ch¹y qua chÊt b¸n dÉn cã thÓ h×nh thµnh tõ chuyÓn đéng tr«i, khuÕch t¸n cña c¸c phÇn tử mang điện lµ lç trèng vµ điện tử

1 MËt đé dßng điện tr«i

Dßng tr«i lµ qu¸ tr×nh vËt lý cơ b¶n theo §Þnh luËt Ohm, lµ dßng chuyÓn dêi cã hưíng cña çc phÇn tử mang điện theo điện trưêng Khi đÆt điện ¸p ngoµi lªn khèi b¸n dÉn, điện trưêng sinh ra trong nã cã t¸c dông t¨ng tèc cho çc điện tử tù do Trong qu¸ tr×nh chuyÓn đéng, çc điện tử cã thÓ bÞ va ch¹m vµo çc ion cè đÞnh t¹i çc nót m¹ng lµm tèc đé cña nã gi¶m đi nªn tèc đé tr«i cña điện tử ngoµi phô thuéc vµo điện trưêng E nã cßn phô thuéc vµo đé linh đéng cña điện tử e trong chÊt b¸n dÉn:

dx

Adx qn

i

 lµ đé dÉn điện tử cña chÊt b¸n dÉn

Trong chÊt b¸n dÉn, c¶ điện tử (electron: e) vµ lç trèng (hole: h) đÒu tham gia dÉn điện nªn dßng tr«i tæng céng sÏ lµ:

E qp E qn j

j

j tr  tre trh  e  h (1.16) Dßng điện tr«i cña điện tử vµ lç trèng đÒu dương, cïng dÊu víi điện trưêng, tuy nhiªn chuyÓn đéng cña c¸c điện tử ngưîc chiÒu víi chiÒu dương cña dßng điện

2 MËt đé dßng điện khuÕch t¸n

Dßng khuÕch t¸n cña c¸c phÇn tử mang điện trong chÊt b¸n dÉn xuÊt hiện khi cã chªnh lệch vÒ nång đé, tho¶ m·n điÒu kiện trung hoµ điện tÝch Trong kim lo¹i v× chØ cã c¸c điện tử mang điện tÝch ©m nªn nÕu cã chªnh lệch nång

đé sÏ xuÊt hiện điện trưêng néi bé, sinh dßng tr«i, san b»ng chªnh lệch trưíc khi xuÊt hiện dßng khuÕch t¸n Trong kim lo¹i kh«ng cã dßng khuÕch t¸n C¸c phÇn tử mang điện trong chÊt b¸n dÉn sÏ chuyÓn đéng theo hưíng tõ nơi cã nång đé cao đÕn nơi cã nång đé thÊp Gi¸ trÞ dßng khuÕch t¸n phô thuéc vµo đé chªnh lệch nång đé, theo hưíng gi¶m nång đé (  0 )

dn qD j

j

j kt  kte kth  e  h , (1.17)

Trang 12

trong đã D evµ D htương øng lµ hệ sè khuÕch t¸n cña c¸c điện tử vµ lç trèng

3 MËt đé dßng điện tæng céng qua chÊt b¸n dÉn

MËt đé dßng điện qua chÊt b¸n dÉn sÏ lµ tæng céng dßng tr«i vµ dßng khuÕch t¸n cña điện tử vµ lç trèng:

Dßng điện tử:

dx

dn qD E qn

Dßng lç trèng:

dx

dn qD E qn

C¸c hệ sè khuÕch t¸n vµ đé linh đéng cña c¸c phÇn tử mang điện cã quan

hệ víi nhau th«ng qua hệ thøc thèng kª lưîng tử Einstein:

T h

h e

U q

KT D

1.1.4.3 C¸c đÆc tÝnh tæng qu¸t cña chÊt b¸n dÉn

B¶ng 1-1 so s¸nh c¸c đÆc tÝnh cña kim lo¹i víi b¸n dÉn C¸c tham sè cơ b¶n cña chÊt b¸n dÉn Sillcon, Germanium vµ Gallium arsenide ë nhiệt đé 300

K đưîc tæng kÕt trong b¶ng 1-2

B¶ng 1-1

CÊu tróc tinh thÓ

DÉn điện tèt, đé dÉn điện gi¶m

khi nhiệt đé t¨ng do x¸o đéng nhiệt

MËt đé c¸c phÇn tử mang điện võa ph¶i, thay đæi theo nhiệt đé vµ nång

đé pha t¹p

Nång đé điện tử n vµ lç trèng p cã thÓ điÒu chØnh đưîc b»ng t¹p chÊt Dßng điện gåm c¶ dßng tr«i vµ khuÕch t¸n

Trang 13

28,09 2,328

1415

48 0,67 0,744 4,42x1022

72,59 5,323

936

10 1,43 1,53 2,21x1022

144,64 5,316

1238

1.2 Linh kiện thô đéng

Kh¸i niệm: Linh kiện thô đéng lµ nh÷ng linh kiện chØ tiÕp thu n¨ng lưîng (tiªu

thô, tÝch lòy n¨ng lưîng) mµ kh«ng cã kh¶ n¨ng sinh ra hoÆc điÒu khiÓn n¨ng lưîng §ã lµ c¸c phÇn tử điện trë-R, cuén d©y- L, tô điện-C

1.2.1 §iện trë

1.2.1.1 Kh¸i niệm

§iện trë (Resistor) lµ linh kiện cã kh¶ n¨ng c¶n trë dßng điện trong m¹ch T¸c dông cña điện trë trong m¹ch điện mét chiÒu vµ m¹ch xoay chiÒu lµ như nhau, nghÜa lµ chÕ đé lµm việc cña điện trë kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè cña tÝn hiệu t¸c đéng lªn nã

1 §èi víi dßng điện mét chiÒu

R =

I

U

Víi U: điện ¸p trªn điện trë [V]

I : dßng điện ch¹y qua điện trë [A]

C¸c trÞ sè cña điện trë thưêng lµ : m,  ,k , M ,G

2 §èi víi dßng điện xoay chiÒu

Trë kh¸ng cña điện trë:

R

§iện trë R cã trë kh¸ng thùc gäi lµ thuÇn trë

Quan hệ dßng vµ ¸p theo đÞnh luËt Ohm:

Trang 14

1.2.1.2 Ký hiệu cña điện trë trong m¹ch điện

H×nh 1-7 lµ ký hiệu cña mét sè lo¹i điện trë trong sơ đå m¹ch điện

H×nh 1-7 Ký hiệu cña điện trë trong m¹ch điện

H×nh 1-8 lµ h×nh d¸ng thùc tÕ cña điện trë

H×nh 1-8 H×nh d¸ng thùc tÕ cña mét sè lo¹i điện trë

1.2.1.3 C¸c tham sè kü thuËt đÆc trưng cho điện trë

C¸c tham sè cơ b¶n cña điện trë gåm: gi¸ trÞ điện trë tÝnh b»ng Ohm

(); sai sè hay dung sai lµ møc thay đæi tương đèi cña gi¸ trÞ thùc so víi gi¸

trÞ s¶n xuÊt danh đÞnh ghi trªn nã tÝnh theo phÇn tr¨m (%); c«ng suÊt tèi đa

cho phÐp tÝnh b»ng oat (W) vµ đ«i khi c¶ tham sè vÒ đÆc điÓm cÊu t¹o vµ lo¹i

vËt liệu đưîc dïng đÓ chÕ t¹o điện trë

Trang 15

Dung sai đưîc tÝnh : 100 %

dd

dd tt

R

Víi Rtt vµ Rdd lµ gi¸ trÞ điện trë thùc tÕ vµ danh đÞnh

Dùa vµo đã ngưêi ta s¶n xuÊt điện trë theo 5 cÊp chÝnh x¸c

CÊp 005 : cã sai sè  0.5% Dïng trong m¹ch yªu cÇu đé CÊp 001 : cã sai sè  0.1% chÝnh x¸c cao

CÊp I : cã sai sè  5% Dïng trong kü thuËt

CÊp II : cã sai sè  10% m¹ch điện tử th«ng thưêng

CÊp III : cã sai sè  20%

C«ng suÊt tiªu t¸n cho phÐp lµ c«ng suÊt điện cao nhÊt mµ điện trë cã thÓ chÞu đùng đưîc, nÕu qu¸ ngưìng đã th× điện trë sÏ nãng lªn vµ cã thÓ bÞ ch¸y

R I R

U

P tt max2.

2 max

§iện trë d©y quÊn cã c«ng suÊt tiªu t¸n tõ 1W trë lªn

C«ng suÊt cµng lín th× kÝch thưíc điện trë cµng to

Hệ sè nhiệt cña điện trë biÓu thÞ sù thay đæi trÞ sè cña điện trë theo nhiệt

đé m«i trưêng vµ đưîc tÝnh theo c«ng thøc:

% 100 1

T

R R

1.2.1.4 C¸ch ghi vµ đäc tham sè trªn th©n điện trë

Trªn th©n điện trë thưêng ghi c¸c tham sè đÆc trưng đÓ tiện cho việc sệ dông, như lµ: trÞ sè điện trë, dung sai, c«ng suÊt tiªu t¸n (nÕu cã) Cã thÓ ghi trùc tiÕp trªn th©n điện trë hoÆc theo qui ưíc

1 C¸ch ghi trùc tiÕp

NÕu th©n điện trë đñ lín th× ghi đÇy đñ gi¸ trÞ vµ đơn vÞ đo

VÝ dô: 22 1% 25W: điện trë cã trÞ sè 22, dung sai 1%, c«ng suÊt tiªu t¸n cho phÐp lµ 25W

Trang 16

2 C¸ch ghi theo qui ưíc

a Quy ưíc ch÷ c¸i

+ C¸c ch÷ c¸i biÓu thÞ đơn vÞ:

Hµng : ch÷ c¸i R (hoÆc E hoÆc kh«ng ghi);

Hµng K: K Hµng M: M + VÞ trÝ cña ch÷ c¸i biÓu thÞ dÊu thËp ph©n

+ Ch÷ sè cuèi biÓu thÞ hệ sè nh©n

VÝ dô: 6R8= 6.8 R3 = 0.3

K47 = 0.47K 150 = 150 2M2 = 2.2M 4R7= 4.7 332R = 3300 

b Qui ưíc sè vµ dung sai theo ch÷ c¸i

Gåm c¸c sè đÓ chØ thÞ trÞ sè (ch÷ sè cuèi chØ hệ sè nh©n hay sè sè 0 thªm

vµo) vµ ch÷ c¸i đÓ chØ % dung sai

F = 1%; G = 2%; J = 5%; K = 10%; M =20%

VÝ dô: 681J = 680 5%; 153K = 15000 10%; 4703G = 470 K 2%

Lo¹i điện trë theo c«ng nghệ d¸n SMD (Surface Mounted Device) cßn

đưîc ghi theo qui ưíc sè: 3 sè cã sai sè 5%, 4 sè cã sai sè 1%

VÝ dô 471=470 , sai sè 5%

c Qui ưíc mµu

§iện trë ghi quy ưíc theo v¹ch mµu, cã 3 lo¹i: 4 v¹ch, 5 v¹ch vµ 6 v¹ch

Mét sè lo¹i đưîc ghi theo mµu th©n, đÇu, chÊm trªn điện trë

H×nh 1-9 Ghi gi¸ trÞ điện trë theo quy ưíc sè vµ mµu

B¶ng quy ưíc mµu cho điện trë

V¹ch 1,2 (3)

Hệ sè nh©n V¹ch 3 (4)

Dung sai V¹ch 4

Hệ sè nhiệt

Trang 17

Chó ý: + Vßng 1 lµ vßng gÇn đÇu điện trë hơn vßng

cuèi cïng Tuy nhiªn, cã nhiÒu điện trë cã kÝch thưíc nhá nªn khã ph©n biệt đÇu nµo gÇn đÇu điện trë hơn, khi đã ta xem vßng nµo đưîc tr¸ng nhò th× vßng đã lµ vßng cuèi (vßng dung sai) Nªn đÓ điện trë ra xa vµ quan s¸t b»ng m¾t, khi đã ta sÏ kh«ng nh×n thÊy

vßng tr¸ng nhò, nghÜa lµ dÔ dµng nhËn ra đưîc vßng nµo lµ vßng 1

+ Trưêng hîp chØ cã 3 vßng mµu th× sai sè lµ  20%

+ C¸c điện trë thùc tÕ đưîc chÕ t¹o cã trÞ sè theo tiªu chuÈn

Theo chuÈn E6, dung sai 20%, sè thø nhÊt, thø hai lµ: 15, 22, 33, 47, 68, 10 Theo chuÈn E12, dung sai 10%, sè thø nhÊt vµ thø hai: 10, 12, 15, 18, 22, 27,

33, 39, 47, 56, 68 vµ 82 Theo chuÈn E24, dung sai 5% bao gåm c¸c gi¸ trÞ

theo E12 vµ 11, 13, 16, 20, 24, 30, 36, 43, 51, 62, 75, 91 Ngoµi ra cßn c¸c chuÈn E48 dung sai 2%, E96 dung sai 1% vµ E192 dung sai 0,5%

Trang 18

H×nh 1-10 CÊu t¹o điện trë cè đÞnh

Thưêng đưîc ph©n theo vËt liệu

a §iện trë than Ðp d¹ng thanh hoÆc trô chÕ t¹o tõ bét than (cacbon, chÊt dÉn điện) trén víi chÊt liªn kÕt (thưêng lµ pheno, chÊt kh«ng dÉn điện) Nung nãng đÓ lµm ho¸ thÓ r¾n hçn hîp trªn theo d¹ng h×nh trô vµ đưîc b¶o vệ b»ng mét líp vá giÊy phñ gèm hay líp sơn Trë kh¸ng cña s¶n phÈm cuèi cïng phô thuéc vµo tØ lệ cña cacbon so víi chÊt kh«ng dÉn điện còng như kho¶ng çch gi÷a çc đÇu d©y §iện trë hîp chÊt carbon cã đé æn đÞnh cao, lµ lo¹i điện trë phæ biÕn nhÊt, cã c«ng suÊt danh đÞnh tõ 1/8W đÕn 1W hoÆc 2W Lo¹i điện trë nµy cã trÞ sè cã thÓ rÊt nhá hoÆc rÊt lín, gi¸ trÞ tõ 10 đÕn 20M MÆt kh¸c, nã mang tÝnh thuÇn trë, çc yÕu tè điện dung còng như điện c¶m hÇu như kh«ng đ¸ng kÓ §iÒu nµy lµm cho điện trë hîp chÊt carbon đưîc sệ dông réng r·i trong çc bé xệ lý tÝn hiệu radio

b §iện trë mµng (film) lµ điện trë đưîc chÕ t¹o b»ng c¸ch kÕt l¾ng mµng kim lo¹i (vÝ dô như Niken) hoÆc oxide kim lo¹i (vÝ dô như TiO) hoÆc bét than trªn th©n gèm §Ó t¨ng trÞ sè, t¹o r·nh xo¾n trªn líp mµng nµy sau đã phñ líp sơn c¸ch điện §iện trë mµng cã trÞ sè phô thuéc vµo đé dµy cña líp mµng kim lo¹i nªn cã sai sè rÊt nhá Ngoµi ra, v× cã đé æn đÞnh cao nªn lo¹i điện trë nµy còng cã gi¸ thµnh cao hơn vµi lÇn so víi điện trë than

c §iện trë d©y quÊn thưêng dïng khi yªu cÇu gi¸ trÞ điện trë rÊt thÊp, chÞu dßng lín vµ c«ng suÊt tõ 1W đÕn 25W (trưêng hîp đÆc biệt chóng chÝnh

lµ bé đèt nãng b»ng điện vµ cã c«ng suÊt lªn tíi hµng ngµn W) Nã đưîc cÊu t¹o b»ng c¸ch sệ dông mét đo¹n d©y điện trë lµm tõ chÊt kh«ng dÉn điện tèt,

vÝ dô như nicrome D©y điện trë đưîc quÊn quanh mét trô gièng như mét cuén d©y (nªn cßn đưîc gäi lµ điện trë cuén d©y) Trë kh¸ng khi đã phô thuéc vµo vËt liệu lµm d©y điện trë, đưêng kÝnh vµ chiÒu dµi d©y Nhưîc điÓm chÝnh cña điện trë lo¹i nµy lµ nã ho¹t đéng như mét bé c¶m øng điện tõ, nghÜa lµ kh«ng phï hîp víi c¸c m¹ch tÇn sè cao

d §iện trë m¹ch tÝch hîp lµ c¸c điện trë đưîc chÕ t¹o ngay trªn mét chip b¸n dÉn t¹o thµnh mét IC §é dµi, lo¹i vËt liệu vµ đé tËp trung cña c¸c chÊt pha trén thªm vµo sÏ quyÕt đÞnh gi¸ trÞ cña điện trë

2 §iện trë cã trÞ sè thay đæi

§iện trë cã trÞ sè thay đæi (biÕn trë – VR) lµ điện trë mµ cã thÓ thay đæi trÞ sè cña nã b»ng c¸ch điÒu chØnh vÞ trÝ cña con ch¹y BiÕn trë thưêng

Trang 19

đưîc cÊu t¹o gåm mét điện trë mµng than hay d©y quÊn cã d¹ng h×nh cung gãc quay 2700 hoÆc mét trô th¼ng vµ mét trôc xoay ë gi÷a nèi víi mét con ch¹y lµm b»ng than (cho biÕn trë d©y quÊn) hay lµm b»ng kim lo¹i cho biÕn trë than, con ch¹y sÏ Ðp lªn mÆt điện trë vµ vÞ trÝ cña nã sÏ lµm thay đæi trÞ sè điện trë khi xoay trôc

BiÕn trë d©y quÊn lµ lo¹i biÕn trë tuyÕn tÝnh cã trÞ sè điện trë tØ lệ víi gãc xoay BiÕn trë than lµ lo¹i biÕn trë phi tuyÕn cã trÞ sè điện trë thay đæi theo hµm logarit víi gãc xoay (tøc lµ ban đÇu t¨ng nhanh sau con ch¹y cµng dÞch ra

xa gi¸ trÞ điện trë sÏ cµng t¨ng chËm l¹i) Lo¹i than cã c«ng suÊt danh đÞnh thÊp tõ 1/4 – 1/2 W víi gi¸ trÞ điÓn h×nh: 100, 220, 470, 1K, 2.2K, 4.7K, 10K, 22K, 47K, 100K, 220K, 470K, 1M, 2.2M vµ 4.7M Lo¹i d©y quÊn cã c«ng suÊt danh đÞnh cao hơn tõ 1W đÕn 3W víi c¸c gi¸ trÞ điÓn h×nh: 10, 20,

47, 100, 220, 470, 1K, 2.2K, 4.7K, 10K, 22K vµ 47K

H×nh 1-11 CÊu t¹o vµ d¹ng thùc tÕ biÕn trë

Cã 3 lo¹i biÕn trë: đa dông, chÝnh x¸c vµ điÒu chuÈn (lo¹i nµy cßn gäi lµ trimơ-trimmer cã đé chÝnh x¸c rÊt cao - §iện trë tinh chØnh):

H×nh 1-12 D¹ng thùc tÕ trimơ

II øng dông cña điện trë

Trong sinh ho¹t, điện trë đưîc dïng đÓ chÕ t¹o c¸c lo¹i dông cô điện như bµn lµ, bÕp điện, bãng đÌn sîi đèt, …

Trong c«ng nghiệp, điện trë đưîc dïng đÓ chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ sÊy, sưëi,

vá con ch¹y trôc th©n c¸ch ®iện vËt liệu ®iện trë C¸c ®iện cùc

Ký hiệu

D¹ng thùc tÕ

Trang 20

giíi h¹n dßng điện khëi đéng cña đéng cơ, …

Trong lÜnh vùc điện tử, điện trë đưîc sệ dông đÓ giíi h¹n dßng điện, t¹o sôt ¸p, ph©n ¸p, đÞnh h»ng sè thêi gian, phèi hîp trë kh¸ng, tiªu thô n¨ng lưîng, …

1.2.1.6 Mét sè điện trë đÆc biệt

+ §iện trë nhiệt

H×nh 1-13 Ký hiệu vµ h×nh d¸ng cña nhiệt trë

§iện trë nhiệt - Thermisto lµ mét linh kiện cã trÞ sè điện trë thay đæi theo nhiệt đé Cã 2 lo¹i nhiệt trë lµ nhiệt trë ©m vµ nhiệt trë dương TrÞ sè cña nhiệt trë ghi trong sơ đå lµ trÞ sè đo đưîc ë 250 C

Nhiệt trë cã hệ sè nhiệt dương (gäi lµ PTC) lµ lo¹i điện trë khi nhËn nhiệt đé cao hơn th× trÞ sè cña nã t¨ng lªn vµ ngưîc l¹i NÕu nhiệt trë lµm b»ng vËt liệu kim lo¹i th× nã cã hệ sè nhiệt dương §iÒu nµy đưîc gi¶i thÝch lµ khi nhiệt đé t¨ng c¸c nguyªn tử ë c¸c nót m¹ng sÏ dao đéng m¹nh vµ lµm c¶n trë qu¸ tr×nh di chuyÓn cña điện tử

Nhiệt trë cã hệ sè nhiệt ©m (gäi lµ NTC) lµ lo¹i nhiệt trë khi nhËn nhiệt

đé cao hơn th× điện trë cña nã gi¶m xuèng vµ ngưîc l¹i khi nhiệt đé thÊp hơn th× điện trë cña nã t¨ng lªn Çc chÊt b¸n dÉn thưêng cã hệ sè nhiệt ©m Trong chÊt b¸n dÉn kh«ng chØ cã vËn tèc cña h¹t dÉn, mµ quan träng hơn, c¶ sè lưîng h¹t dÉn còng thay đæi theo nhiệt đé T¹i nhiệt đé thÊp, çc điện tử vµ lç trèng kh«ng đñ n¨ng lưîng đÓ nhÈy tõ vïng ho¸ trÞ lªn vïng dÉn Khi t¨ng nhiệt đé khiÕn çc h¹t dÉn đñ n¨ng lưîng đÓ vưît qua vïng cÊm, bëi thÕ đé dÉn sÏ gia t¨ng cïng víi nhiệt đé Nãi çch kh¸c khi nhiệt đé t¨ng th× trë kh¸ng chÊt b¸n dÉn gi¶m Víi çc chÊt NTC th× quan hệ gi÷a điện trë vµ nhiệt

đé theo luËt:

) 2 / 1 1 / 1 2

e R



(1.30)Trong đã:

R1 ; R2 lµ điện trë chÊt b¸n dÉn t¹i nhiệt đé T1 vµ T2

) /

T T

R R B

Trang 21

H×nh 1-14 Sù phô thuéc cña điện trë vµo nhiệt đé cña chÊt NTC

Nhiệt trë thưêng đưîc sệ dông đÓ æn đÞnh nhiệt cho c¸c m¹ch cña thiÕt bÞ điện tử (đÆc biệt lµ tÇng khuÕch đ¹i c«ng suÊt) đÓ điÒu chØnh nhiệt đé hay lµm linh kiện c¶m biÕn trong c¸c hệ thèng tù đéng điÒu khiÓn theo nhiệt đé

VÝ dô: Trong c¸c bé ampli, khi ho¹t đéng l©u c¸c sß c«ng suÊt sÏ nãng lªn,

nhê sệ dông nhiệt trë mµ sù thay đæi cña nhiệt đé đưîc thÓ hiện ë sù thay đæi cña trÞ sè điện trë lµm cho dßng điện qua sß c«ng suÊt yÕu đi, tøc lµ bít nãng hơn

+ §iện trë quang (PhotoResistor)

FR1

H×nh 1-15 Ký hiệu quang điện trë

§iện trë quang hay cßn gäi lµ quang trë lµ thiÕt bÞ b¸n dÉn nhËy c¶m víi bøc x¹ điện tõ quanh phæ ¸nh s¸ng nh×n thÊy (cã bưíc sãng tõ 380 vµ 780 nm)

Quang trë đưîc t¹o nªn tõ mét líp vËt liệu b¸n dÉn máng, thưêng lµ CdS (Cadmi sulfua) Bøc x¹ ¸nh s¸ng ngÉu nhiªn sÏ truyÒn mét phÇn n¨ng lưîng cña nã cho çc cÆp điện tử-lç trèng, çc cÆp nµy cã thÓ đ¹t møc n¨ng lưîng đñ lín đÓ điện tử nhÈy lªn vïng dÉn KÕt qu¶ h×nh thµnh nhiÒu h¹t dÉn tù do, khiÕn đé dÉn t¨ng vµ trë kh¸ng gi¶m Sè lưîng çc h¹t dÉn t¹o ra sÏ tû lệ víi cưêng đé bøc x¹ ¸nh s¸ng §é chiÕu s¸ng cµng m¹nh th× điện trë cã trÞ sè cµng nhá vµ ngưîc l¹i Khi quang trë bÞ che tèi điện trë cña nã kho¶ng vµi tr¨m K đÕn vµi M Khi đưîc chiÕu s¸ng th× gi¸ trÞ điện trë nµy kho¶ng vµi tr¨m  đÕn vµi K

Trong øng dông thùc tÕ mét điện ¸p ngoµi sÏ đưîc đÊu vµo c¸c cùc cña quang trë Cho ¸nh s¸ng chiÕu vµo, khi đã dßng cã thÓ ch¶y qua quang trë vµ ch¶y trong m¹ch ngoµi víi cưêng đé tuú thuéc vµo cưêng đé s¸ng

Quang trë thưêng đưîc sệ dông trong c¸c m¹ch tù đéng điÒu khiÓn b»ng

¸nh s¸ng như: ph¸t hiện ngưêi qua cệa, tù đéng më đÌn khi trêi tèi, điÒu chØnh

đé s¸ng vµ đé nÐt tù đéng ë mµn h×nh LCD, camera,…

Trang 22

a)Negative Temperature Co-efficient (NTC) b) Positive Temperature Co-efficient (PTC) c) Light Dependent Resistors (LDR)

H×nh 1-16 Mét sè d¹ng thùc tÕ c¸c lo¹i điện trë nhiệt vµ quang trë

H×nh 1-17 Ký hiệu vµ d¹ng điện trë tuú ¸p

VDR thưêng đưîc m¾c song song víi c¸c cuén d©y cã hệ sè tù c¶m lín

đÓ dËp t¾t c¸c điện ¸p c¶m øng qu¸ cao khi cuén d©y bÞ mÊt dßng điện đét ngét tr¸nh lµm háng c¸c linh kiện trong m¹ch

1.2.2 Tụ §iện

1.2.2.1 Kh¸i niệm vµ cÊu t¹o tô điện

Trang 23

H×nh 1-18 Ký hiệu vµ h×nh d¸ng thùc tÕ cña mét sè lo¹i tô điện

I I Z

1

C

E C U

đơn vÞ cña WE lµ J (Joules)

C«ng suÊt tiªu thô trªn tô b»ng 0 vµ c«ng suÊt ph¶n kh¸ng khi cã dßng điện xoay chiÒu cã gi¸ trÞ hiệu dông I ch¹y qua:

2

I X I U

đơn vÞ cña QC lµ var

C

Trang 24

Ký hiệu tô điện trong m¹ch điện vµ h×nh d¸ng cña tô điện trªn h×nh 1-18

1.2.2.2 CÊu t¹o tô điện

1 Tô kh«ng ph©n cùc

Tô kh«ng ph©n cùc cã trÞ sè kh«ng đæi VÒ cÊu t¹o, tô kh«ng ph©n cùc gåm çc l¸ kim lo¹i xen kÏ víi çc l¸ lµm b»ng chÊt çch điện gäi lµ chÊt điện m«i Tªn cña tô đưîc đÆt theo tªn chÊt điện m«i như tô giÊy, tô gèm, tô mica,

tô dÇu …

H×nh 1-19 CÊu t¹o vµ ký hiệu cña tô kh«ng ph©n cùc

Gi¸ trÞ cña tô thưêng cã điện dung tõ 1 pF tíi 1F, khi gi¸ trÞ điện dung lín hơn th× kÝch thưíc cña tô kh¸ lín nªn khi đã chÕ t¹o lo¹i ph©n cùc tÝnh sÏ gi¶m đưîc kÝch thưíc đi mét c¸ch đ¸ng kÓ

2 Tô điện ph©n

H×nh 1-20 CÊu t¹o, ký hiệu vµ cÊu tróc thùc tÕ cña tô điện ph©n

Tô điện ph©n cã cÊu t¹o gåm 2 điện cùc t¸ch rêi nhau nhê mét mµng máng chÊt điện ph©n, khi cã mét điện ¸p t¸c đéng lªn hai điện cùc sÏ xuÊt hiện mét mµng oxit kim lo¹i kh«ng dÉn điện đãng vai trß như líp điện m«i

Ký hiệu

nh«m

Trang 25

Líp điện m«i cµng máng kÝch thưíc cña tô cµng nhá mµ điện dung l¹i cµng lín §©y lµ lo¹i tô cã cùc tÝnh đưîc x¸c đÞnh vµ đ¸nh dÊu trªn th©n tô, nÕu nèi ngưîc cùc tÝnh líp điện m«i cã thÓ bÞ ph¸ huû vµ lµm háng tô (næ tô), lo¹i tô nµy dÔ bÞ rß điện do lưîng điện ph©n cßn dư

Tô ho¸ lµ mét d¹ng tô ph©n cùc, cã cÊu t¹o đÆc biệt, vá ngoµi b»ng nh«m lµm cùc ©m, bªn trong vá nh«m cã thái kim lo¹i (đång hoÆc nh«m) lµm cùc

dương Gi÷a cùc dương vµ cùc ©m lµ chÊt điện ph©n b»ng ho¸ chÊt (thưêng lµ axitboric) nªn gäi lµ tô ho¸ Gi¸ trÞ điện dung tô ho¸ đ¹t đưîc kh¸ cao tõ: 0,1

F đÕn hµng mF

1.2.2.3 C¸c tham sè cơ b¶n cña tô điện

1 TrÞ sè điện dung vµ dung sai

§Ó đÆc trưng cho kh¶ n¨ng n¹p, phãng điện cña tô Ýt hay nhiÒu ngưêi ta đưa ra kh¸i niệm điện dung (dung lưîng điện) đÓ ưíc lưîng

§iện dung cña tô đưîc tÝnh theo c«ng thøc:

d

S

víi  lµ h»ng sè điện m«i cña chÊt c¸ch điện

S lµ diện tÝch hiệu dông cña b¶n cùc [m2]

d lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai b¶n cùc [m]

H»ng sè điện m«i cña mét sè chÊt c¸ch điện th«ng dông đÓ lµm tô điện

cã trÞ sè như sau:

Kh«ng khÝ kh«  = 1

Nhùa ebonit  = 2,7  2,9 GiÊy tÈm dÇu  = 3,6

% 100

dd

dd tt

C

Tuú theo yªu cÇu cña m¹ch mµ cÇn tô cã đé chÝnh x¸c tương øng, cã tô

cã dung sai 0,001% nhưng còng cã tô cã dung sai 150% Víi tô sệ dông trong

kü thuËt điện tử th«ng thưêng th× tô cã dung sai tõ 5 – 20%

2 Trë kh¸ng cña tô điện

Tô điện lµ mét linh kiện cã t¸c dông ng¨n dßng mét chiÒu ch¶y qua nã (ë tr¹ng th¸i x¸c lËp æn đÞnh) Trë kh¸ng cña tô điện đưîc x¸c đÞnh mét c¸ch

Trang 26

tæng qu¸t như sau:

C

j C f j

.2

§iÒu nµy đưîc gi¶i thÝch như sau: khi đÆt vµo tô mét điện ¸p lín th× sÏ sinh ra mét lùc điện trưêng m¹nh lµm cho c¸c điện tử trong nguyªn tử chÊt điện m«i bÞ bøc x¹ thµnh c¸c điện tử tù do vµ sÏ cã dßng điện ch¹y qua chÊt điện m«i, lóc nµy chÊt điện m«i bÞ đ¸nh thñng Do vËy khi sệ dông tô điện đÓ n¹p vµ phãng điện th× cÇn chän tô cã điện ¸p đ¸nh thñng lín hơn điện ¸p đÆt vµo tô vµi lÇn

§iện ¸p đ¸nh thñng cña điện m«i phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña líp điện m«i vµ bÒ dµy cña nã nªn c¸c tô chÞu đưîc điện ¸p lín thưêng lµ tô cã kÝch thưíc lín vµ lµm b»ng chÊt điện m«i tèt (vÝ dô như mica, gèm hay ebonit)

T

C C

Trang 27

27

vµo điện trë c¸ch điện cña chÊt điện m«i

Khi đÆt mét điện ¸p lªn tô th× dung kh¸ng cña tô đưîc tÝnh b»ng:

Tô điện ph©n cã dßng rß lín nhÊt (cì vµi mA khi điện ¸p đÆt lªn tô lín hơn 10V) Tô điện mica vµ tô gèm cã dßng rß nhá nhÊt

1.2.2.4 C¸ch ghi vµ đäc tham sè trªn tô điện

C¸c tham sè ghi trªn th©n tô điện gåm điện dung (cã kÌm theo dung sai), điện ¸p lµm việc, vµ cã thÓ c¶ d¶i nhiệt đé lµm việc vµ hệ sè nhiệt TCC

Cã hai c¸ch ghi lµ ghi trùc tiÕp vµ ghi theo quy ưíc

2 C¸ch ghi theo quy ưíc

C¸ch ghi nµy dïng cho tô cã kÝch thưíc nhá, gåm c¸c sè vµ ch÷ víi mét

sè kiÓu quy ưíc như sau:

a Tô ghi theo ký hiệu b»ng 3 ch÷ sè vµ 1 ch÷ c¸i

+ §ơn vÞ lµ pF

+ Ch÷ sè cuèi cïng chØ sè sè 0 thªm vµo

+ Ch÷ c¸i chØ dung sai

VÝ dô: Tô ghi 154 cã trÞ sè điện dung lµ 15*104pF = 150nF

Tô ghi 100K 100 cã trÞ sè điện dung lµ 100pF, sai sè  10 %, điện ¸p chÞu đùng

Trang 28

b Tô ghi theo quy ưíc v¹ch mµu hoÆc chÊm mµu

Lo¹i 4 v¹ch mµu

V¹ch 1, 2 lµ sè thùc cã nghÜa V¹ch 3 lµ chØ sè sè 0 thªm vµo (víi đơn vÞ pF) V¹ch 4 chØ điện ¸p lµm việc

Lo¹i 5 v¹ch mµu

V¹ch 1, 2 lµ sè thùc cã nghÜa V¹ch 3 lµ chØ sè sè 0 thªm vµo (víi đơn vÞ pF) V¹ch 4 chØ dung sai

V¹ch 5 chØ điện ¸p lµm việc

H×nh 1-21 Quy ưíc mµu trªn th©n tô điện

B¶ng quy ưíc mµu cho tô điện

1

2

3

4 5

Trang 29

Tương tù như điện trë, tô điện chØ đưîc s¶n xuÊt víi c¸c trÞ sè điện dung

tiªu chuÈn víi c¸c sè thø nhÊt vµ thø 2 như sau:

Do vËy đÓ cã trÞ sè điện dung mong muèn cÇn m¾c tô theo kiÓu nèi tiÕp,

song song hay hçn hîp

1.2.2.5 C¸c kiÓu ghÐp tô

1 Tô điện ghÐp nèi tiÕp

Khi ghÐp c¸c tô nèi tiÕp ta sÏ cã trÞ sè điện dung vµ điện ¸p lµm việc cña

tô tương đương như trªn H×nh 1-22a

2

1 1

1 3

1

C C

C  

(1.41)

U = U1 +U2

Như vËy ghÐp nèi tiÕp tô điện sÏ lµm t¨ng điện ¸p lµm việc nhưng lµm

gi¶m trÞ sè điện dung

(a) Tô điện ghÐp nèi tiÕp

C3

Trang 30

2 Tô điện m¾c song song

C«ng thøc tÝnh điện dung vµ điện ¸p lµm việc cña tô tương đương như sau:

U = min (U1, U2) Như vËy ghÐp song song cho lµm t¨ng gi¸ trÞ điện dung cßn điện ¸p lµm việc b»ng điện ¸p lµm việc nhá nhÊt cña c¸c tô thµnh phÇn (do đã nªn chän c¸c tô cã điện ¸p lµm việc b»ng nhau nÕu ghÐp song song)

1.2.2.6 Ph©n lo¹i tô điện

Ngưêi ta thưêng ph©n lo¹i tô điện thµnh lo¹i tô cã trÞ sè kh«ng đæi vµ tô

cã trÞ sè biÕn đæi Trong c¸c lo¹i tô nµy ngưêi ta l¹i tiÕp tôc ph©n chia theo chÊt điện m«i lµm tô đã

I Tô cã trÞ sè điện dung kh«ng đæi

1 Tô oxit ho¸ (gäi t¾t lµ tô ho¸)

Tô ho¸ (hay cßn gäi lµ tô điện ph©n, tô điện gi¶i) cã điện dung lín tõ 1

F đÕn 10.000 F lµ lo¹i tô cã ph©n lo¹i cùc tÝnh dương vµ ©m, điện ¸p lµm

việc nhá (thưêng nhá hơn 500V)

Tô ho¸ đưîc chÕ t¹o víi b¶n cùc nh«m vµ bÒ mÆt cùc dương cã mét líp oxit nh«m vµ líp bät khÝ cã đÆc tÝnh c¸ch điện đÓ lµm chÊt điện m«i Do líp oxit nh«m rÊt máng nªn điện dung cña tô lín vµ điện ¸p đ¸nh thñng nhá Tô

cã kÝch thưíc cµng lín th× điện dung cµng lín Khi sệ dông tô cÇn chó ý cùc tÝnh cña tô đÓ tr¸nh lµm háng tô Do cã kÝch thưíc lín nªn c¸c gi¸ trÞ điện dung, điện ¸p lµm việc, nhiệt đé, đ¸nh dÊu cùc tÝnh đÒu đưîc ghi rÊt râ rµng trªn th©n tô ho¸

Do cã điện dung lín nªn tô ho¸ thưêng đưîc sệ dông lµm tô san ph¼ng điện ¸p trong c¸c m¹ch nguån hay läc tÇn sè thÊp

2 Tô gèm (ceramic)

Tô gèm cã điện dung tõ 1 pF đÕn 1 F lµ lo¹i tô kh«ng cã cùc tÝnh vµ điện ¸p lµm việc lín đÕn vµi tr¨m v«n nhưng dßng điện rß kh¸ lín Tô gèm cã thưêng cã d¹ng đÜa, d¹ng phiÕn, đơn khèi hoÆc d¹ng èng

Tô gèm đưîc cÊu t¹o b»ng c¸ch l¾ng đäng mµng kim lo¹i trªn hai mÆt cña mét đÜa gèm máng D©y dÉn nèi tíi mµng kim lo¹i vµ tÊt c¶ đưîc bäc trong vá chÊt dÎo VÒ h×nh d¸ng tô gèm cã nhiÒu d¹ng vµ nhiÒu c¸ch ghi trÞ sè kh¸c nhau

Tô gèm thưêng đưîc sệ dông đÓ nèi t¾t tÝn hiệu cao tÇn xuèng đÊt Do tÝnh æn đÞnh kh«ng cao, g©y nhiÔu cho tÝn hiệu nªn tô gèm kh«ng đưîc dïng cho c¸c m¹ch gia c«ng tÝn hiệu tương tù

Trang 31

Tô mica tr¸ng b¹c lµ lo¹i tô kh«ng cã cùc tÝnh, điện dung tõ 2,2pF - 10nF, điện ¸p lµm việc rÊt cao, trªn 1000V

Tô mica đưîc cÊu t¹o tõ çc l¸ kim lo¹i đÆt xen kÏ víi çc l¸ mica, mét ch©n tô lµ d©y nèi çc l¸ kim lo¹i ch½n vµ ch©n tô kia lµ d©y dÉn nèi çc l¸ kim lo¹i lÎ, tÊt c¶ đưîc bäc trong vë chÊt dÎo Th«ng thưêng ngưêi ta dïng phương ph¸p l¾ng đäng kim lo¹i lªn çc líp mica đÓ t¨ng hệ sè phÈm chÊt cña

6 Tô Tantal

Tô tantan lµ lo¹i tô cã ph©n biệt cùc tÝnh víi điện cùc lµm b»ng tantan, điện

dung cña tô cã thÓ rÊt cao tõ 0,1 F đÕn 100 F nhưng kÝch thưíc cùc nhá

§iện ¸p lµm việc cña tô tantan thÊp chØ vµi chôc v«n

XÐt vÒ mÆt æn đÞnh nhiệt vµ đÆc tuyÕn tÇn sè ë khu vùc tÇn sè cao th× tô tantan tèt hơn nhiÒu so víi tô nh«m, do vËy víi c¸c m¹ch yªu cÇu đé æn đÞnh trÞ sè điện dung cao th× ngưêi ta ph¶i sệ dông tô tantan thay cho tô nh«m dï tô nµy cã đ¾t hơn tô nh«m

H×nh 1-23 C¸c d¹ng thùc tÕ cña tô

II Tô cã trÞ sè điện dung biÕn đæi

Trang 32

1 Tô xoay

Tô xoay gåm cã c¸c b¶n cùc tÜnh đÆt xen kÏ c¸c b¶n cùc đéng, cïng g¾n

trªn mét trôc, khi xoay trôc sÏ cïng lóc thay đæi điện dung cña tô ChÊt điện

m«i cã thÓ lµ kh«ng khÝ, mica, gèm hay mµng chÊt dÎo …

Khi xoay trôc cña tô xoay c¸c l¸ đéng sÏ di chuyÓn gi÷a c¸c l¸ tÜnh đÓ

lµm thay đæi trÞ sè điện dung cña tô

Tô xoay thưêng đưîc sệ dông trong c¸c m¹ch céng hưëng chän sãng đÓ

dß kªnh trong m¸y thu thanh (víi điện dung thay đæi tõ 0 đÕn hµng tr¨m pF)

Mét vµi tô xoay cã thÓ đưîc ghÐp víi nhau thµnh tô đång chØnh cïng

thay đæi đưîc điện dung khi xoay trô, sệ dông đÓ chän c¸c tÇn sè céng hưëng

2 Tô vi chØnh (trimcap)

H×nh 1-24 Mét sè d¹ng tô biÕn đæi

Tô vi chØnh (hay cßn gäi lµ tô điÒu chuÈn) cã cÊu t¹o tương tù như tô

xoay nhưng kÝch thưíc nhá hơn rÊt nhiÒu, kh«ng cã nóm vÆn điÒu chØnh mµ

chØ cã r·nh điÒu chØnh b»ng tuoclovit

TrÞ sè cña tô vi chØnh thưêng nhá tõ 0 đÕn vµi chôc pF Lo¹i tô nµy

1.2.2.7 øng dông cña tô điện

Dung kh¸ng cña tô đưîc tÝnh theo c«ng thøc:

Như vËy dung kh¸ng cña tô tØ lệ nghÞch víi tÇn sè f cña dßng điện qua

nã ë tÇn sè cµng cao th× dung kh¸ng XC cµng nhá nªn dßng điện qua dÔ dµng,

ngưîc l¹i tÇn sè thÊp qua tô khã hơn vµ tô chÆn thµnh phÇn mét chiÒu (khi f =

0, XC = )

Dùa vµo đÆc tÝnh dÉn điện phô thuéc vµo tÇn sè vµ c¸ch điện mét chiÒu,

tô điện thưêng đưîc sệ dông:

+ Tô liªn l¹c, dÉn tÝn hiệu xoay chiÒu đång thêi chÆn thµnh phÇn mét

chiÒu qua c¸c điÓm ghÐp m¹ch dßng điện xoay chiÒu ë tÇn sè cao, sệ dông

c¸c tô cã điện dung nhá ë tÇn sè thÊp, sệ dông c¸c tô cã điện dung lín)

Trang 33

xuèng đÊt

+ Tô läc: dïng trong çc m¹ch läc đÓ ph©n chia d¶i tÇn (läc th«ng cao, th«ng thÊp, läc th«ng d¶i) Çc m¹ch läc kÕt hîp tô víi điện trë hoÆc víi cuén d©y đÓ t¹o ra çc m¹ch läc thô đéng Tô cßn đưîc dïng đÓ läc thµnh phÇn xoay chiÒu cho çc m¹ch nguån điện chØnh lưu

+ Tô céng hưëng: dïng trong c¸c m¹ch céng hưëng LC đÓ thu tÝn hiệu hay triệt tÝn hiệu ë tÇn sè céng hưëng cña m¹ch

thuÇn kh¸ng mang tÝnh c¶m kh¸ng gäi lµ thuÇn c¶m

Quan hệ dßng vµ ¸p theo đÞnh luËt Ohm:

2 2

1

I L

đơn vÞ cña WM lµ J (Joules)

C«ng suÊt tiªu thô trªn cuén d©y b»ng 0 vµ c«ng suÊt ph¶n kh¸ng khi cã dßng điện xoay chiÒu cã gi¸ trÞ hiệu dông I ch¹y qua:

2

I X I U

đơn vÞ cña QL lµ var

Trªn đ©y lµ c¸c tham sè cña cuén d©y lý tưëng Trong thùc tÕ cã thµnh phÇn điện trë d©y cuèn RL nªn trë kh¸ng cña cuén d©y gåm hai thµnh phÇn nèi tiÕp:

L L L

L R j L R jX

¶nh hưëng nµy đưîc đ¸nh gi¸ th«ng qua hệ sè phÈm chÊt Q:

L R

L

Q 

Trang 34

(thường được gọi là dây điện từ) quấn nhiều vòng liên tiếp trên một lõi Lõi có thể có từ tính hoặc không có từ tính (tương ứng với khả năng gia tăng mật độ thông lượng từ hay không) Cuộn dây có 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

Hình 1-25 Ký hiệu và hình dạng cuộn dây điện cảm L

1.2.3.2 Các tham số của cuộn dây

1 Hệ số tự cảm

Khi cuộn dây do nhiều vòng dây quấn lại thì rõ ràng phải mất một khoảng thời gian nhất định để dòng điện di chuyển dọc theo dây và khi dòng điện chạy quanh toàn bộ cuộn dây, từ trường đạt đến mức cực đại Như vậy, một năng lượng nhất định được lưu lại trong cuộn dây Khả năng của cuộn dây lưu năng lượng bằng cách này là đặc điểm của độ tự cảm, viết tắt bằng L

Độ tự cảm L là một hàm phụ thuộc vào số lượng vòng dây, đường kính cuộn dây, chiều dài của cuộn dây và vật liệu làm lõi

+ Với cuộn dây không có lõi

S l

n

2 0





(1.51)+ Với cuộn dây có lõi

S l

n

L r .

2 0





(1.52)

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

 người ta đưa ra hệ thức:

I n

L





 gọi là hệ số tự cảm của cuộn dây, đơn vị là henry [H]

Khi đó có thể tính sức điện động cảm ứng theo công thức Faraday:

r: hệ số từ thẩm t-ơng đối của vật liệu làm lõi

đối với chân không

0: hệ số từ thẩm của chân không 0 = 4  10-7

Trang 35

I L t n

 (dÊu “-“ biÓu thÞ t¸c dông chèng l¹i sù biÕn thiªn)

“ §ơn vÞ cña đé tù c¶m lµ tØ sè gi÷a tØ lệ thay đæi cña dßng điện vµ điện

¸p qua mét cuén c¶m Mét đé tù c¶m lµ mét Henry (H), đ¹i diện cho hiệu điện thÕ mét volt qua mét cuén c¶m trong đã dßng điện t¨ng lªn hoÆc gi¶m xuèng mét ampe mçi gi©y“

Trªn thùc tÕ, đơn vÞ H lµ mét gi¸ trÞ kh¸ lín vµ hiÕm khi gÆp, th«ng thưêng ngưêi ta sệ dông đơn vÞ mH vµ H

Mét cuén d©y cã t¸c dông như mét điện trë d©y quÊn b×nh thưêng đèi víi thµnh phÇn dßng mét chiÒu RL, nhưng víi thµnh phÇn dßng xoay chiÒu th× hiện tưîng tù c¶m cã xu thÕ đèi lËp l¹i dßng điện ban đÇu ch¶y qua vµ sù c¶n trë nµy đưîc đÆc trưng bëi th«ng sè c¶m kh¸ng cña cuén d©y XL

][

 f L

Vµ modun cña trë kh¸ng:

(1.55)

Cuén d©y lâi kh«ng khÝ (hay kh«ng lâi) lµ cuén d©y đưîc quÊn trªn cèt b»ng b×a, sø hoÆc kh«ng cã cèt Lo¹i cuén d©y nµy cã hệ sè tù c¶m nhá (< 1mH) vµ thưêng đưîc sệ dông ë khu vùc tÇn sè cao hoÆc siªu cao Cuén d©y lâi kh«ng khÝ đưîc sệ dông phÇn lín trong c¸c thiÕt bÞ thu ph¸t tÇn sè v« tuyÕn vµ c¸c hệ thèng anten V× kh«ng khÝ kh«ng tiªu thô nhiÒu n¨ng lưîng ë d¹ng nhiệt nªn cã thÓ coi cuén d©y lâi rçng cã đé hao phÝ b»ng 0 vµ cã kh¶ n¨ng dÉn điện kh«ng h¹n chÕ miÔn lµ cã kÝch cì lín vµ đưêng kÝnh sîi d©y lín

Cuén d©y lâi s¾t bôi lµ cuén d©y cã lâi lµm b»ng bét s¾t nguyªn chÊt trén víi chÊt dÝnh kh«ng cã tõ tÝnh Lo¹i cuén d©y nµy cã hệ sè tù c¶m lín hơn lo¹i kh«ng lâi nhưng nhá hơn lo¹i lâi s¾t tõ tuú vµo hçn hîp đưîc sệ dông Chóng thưêng đưîc sệ dông ë khu vùc tÇn sè cao vµ trung tÇn

cã khi c¶ ë khu vùc tÇn thÊp như ©m tÇn v× ferit cã đé tõ thÈm cao hơn bét s¾t rÊt nhiÒu Lâi ferit cã nhiÒu h×nh d¹ng kh¸c nhau như: d¹ng thanh, h×nh èng, h×nh xuyÕn, ch÷ E, ch÷ C, h×nh nåi …

Cuén d©y lâi s¾t tõ sệ dông ë khu vùc tÇn sè thÊp (©m tÇn) Lo¹i nµy đưîc lµm tõ lâi s¾t cacbon, s¾t silic hay s¾t niken … d©y dÉn lµ d©y đång tr¸ng men çch điện quÊn thµnh nhiÒu líp, çc líp đưîc chèng Èm vµ çch điện víi nhau Do lâi b»ng s¾t tõ cã đé tõ thÈm lín nªn cuén d©y lâi s¾t tõ cã

Trang 36

hệ sè tù c¶m cao nhưng kÝch thưíc vµ träng lưîng còng rÊt lín

2.Theo øng dông

hưëng đÓ t¹o dao đéng, chän sãng, bÉy nhiÔu …

C1

L1

 M¹ch céng hưëng song song cã trë kh¸ng đ¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i tÇn sè céng hưëng, nghÜa lµ điện ¸p gi÷a hai đÇu m¹ch đ¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i tÇn

sè céng hưëng

 M¹ch céng hưëng nèi tiÕp cã trë kh¸ng đ¹t gi¸ trÞ nhá nhÊt t¹i tÇn sè céng hưëng, nghÜa lµ dßng điện trong m¹ch đ¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i tÇn sè céng hưëng

Trong đã tÇn sè céng hưëng đưîc tÝnh theo cïng mét c«ng thøc lµ:

chia d¶i tÇn H×nh 1-27 lµ mét sè m¹ch läc LC thô đéng vµ đ¸p øng biªn đé – tÇn sè cña chóng

H×nh 1-27 Mét sè sơ đå m¹ch vµ c¸c module chÕ t¹o s½n cña m¹ch läc LC

Cuén chÆn thưêng lµ cuén cã lâi s¾t tõ đÓ chÆn thµnh phÇn cao tÇn, läc ph¼ng

điện ¸p nguån cung cÊp, tr¸nh cho dßng mét chiÒu cã biÕn đéng bÊt thưêng Nh÷ng cuén c¶m lµm nhiệm vô nµy ph¶i cã trÞ sè lín (vµi H)

Läc th«ng thÊp

Läc th«ng cao

Trang 37

khiÓn c«ng t¾c đãng-ng¾t m¹ch điện Ho¹t đéng cña role điện tõ dùa vµo hiện tưîng c¶m øng tõ cña cuén d©y khi cã dßng điện đi qua Như đ· biÕt, dßng điện qua cuén d©y sÏ lµm cho cuén d©y ho¹t đéng như mét nam ch©m điện cã kh¶ n¨ng hót l¸ kim lo¹i ch¹m vµo tiÕp điÓm Khi sệ dông role cÇn chó ý điện

H×nh 1-28 Sơ đå nguyªn lý vµ h×nh d¸ng thùc tÕ cña mét rơle điện tõ

lßng cña mét nam ch©m Khi cho çc cuén d©y quay hoÆc cho nam ch©m quay (nhê thuû lùc, khÝ nãng, giã hay n¨ng lưîng mÆt trêi ) sÏ cã tõ trưêng biÕn thiªn vµ do đã sinh ra c¶m øng điện tõ sang çc cuén d©y, nghÜa lµ t¹o ra çc dßng điện (mét pha hoÆc ba pha)

1.2.3.3 BiÕn ¸p

1 Kh¸i niệm: BiÕn ¸p lµ linh kiện dïng đÓ ng¨n c¸ch dßng mét chiÒu gi÷a hai

cuén d©y vµ biÕn đæi gi¸ trÞ điện ¸p (hoÆc dßng điện) cña c¸c dßng xoay chiÒu tõ cuén sơ cÊp sang cuén thø cÊp nhưng vÉn gi÷ nguyªn tÇn sè

1 Ký hiệu vµ cÊu t¹o cña biÕn ¸p

Lâi cña biÕn ¸p cã thÓ lµ s¾t l¸, s¾t bôi, ferit hay kh«ng khÝ

H×nh 1-29 Ký hiệu vµ h×nh d¸ng cña biÕn ¸p

Trang 38

Cuén d©y đÊu vµo nguån cung cÊp gäi lµ cuén sơ cÊp, cuén đÊu ra t¶i tiªu thô gäi lµ cuén thø cÊp Theo đÞnh luËt Faraday, hiện tưîng c¶m øng điện

tõ chØ x¶y ra khi cã tõ trưêng biÕn thiªn, v× vËy, biÕn ¸p chØ ho¹t đéng khi cung cÊp cho cuén sơ cÊp dßng điện xoay chiÒu N¨ng lưîng tõ cuén sơ cÊp đưîc truyÒn sang cuén thø cÊp nhê hiện tưîng c¶m øng điện tõ, khi đã biÕn ¸p

tù ngÉu hay biÕn ¸p kh«ng đưîc c¸ch ly vÒ điện

2 Nguyªn t¾c ho¹t đéng cña m¸y biÕn ¸p

ra tõ trưêng biÕn thiªn ch¹y trong m¹ch tõ (chÝnh lµ lâi h×nh ch÷ nhËt rçng hoÆc h×nh xuyÕn) vµ sang cuén d©y thø cÊp, cuén d©y thø cÊp nhËn đưîc tõ

trưêng biÕn thiªn vµ trong nã sÏ xuÊt hiện mét dßng c¶m øng xoay chiÒu cïng tÇn sè

ë cuén sơ cÊp ta cã:

t N e u

víi i/ t lµ tèc đé thay đæi cña dßng điện ch¹y trong cuén sơ cÊp

lµ trưêng hîp lý tưëng khi toµn bé sè tõ th«ng sinh ra do cuén sơ cÊp đÒu đưîc đi qua cuén thø cÊp vµ ngưîc l¹i

K<< 1 gäi lµ ghÐp láng

K  1 gäi lµ ghÐp chÆt

Trang 39

b C¸c tØ lệ cña biÕn ¸p

N

N U

U



2 1 2

1

Như vËy, muèn t¨ng điện ¸p ra cÇn t¨ng sè vßng d©y cuén thø cÊp hoÆc gi¶m sè vßng d©y cuén sơ cÊp vµ ngưîc l¹i, khi muèn gi¶m điện ¸p ra cÇn gi¶m sè vßng cuén thø cÊp hoÆc t¨ng sè vßng cuén sơ cÊp

TØ lệ vÒ dßng điện:

n N

N I

1 2 2

Chó ý: BiÕn ¸p cã kh¶ n¨ng t¨ng dßng hoÆc t¨ng ¸p nhưng c«ng suÊt nhËn

đưîc bªn thø cÊp lu«n nhá hơn bªn sơ cÊp nªn m¸y biÕn ¸p kh«ng ph¶i lµ mét

bé khuÕch đ¹i

V× nh÷ng tæn hao trªn ngưêi ta đưa ra th«ng sè hiệu suÊt cña biÕn ¸p lµ tØ

sè gi÷a c«ng suÊt ra vµ c«ng suÊt vµo tÝnh theo % như sau:

2 2 1

2

hao tæn

P P

P2 lµ c«ng suÊt thu đưîc ë cuén thø cÊp

P tæn hao lµ c«ng suÊt mÊt m¸t do tæn hao trªn cuén d©y vµ m¹ch tõ Khi hë m¹ch t¶i trªn m¹ch bªn thø cÊp th× vÉn cã tæn hao trªn biÕn ¸p gäi

lµ tæn hao kh«ng t¶i, nã thưêng chiÕm kho¶ng 5% c«ng suÊt danh đÞnh cña biÕn ¸p Khi biÕn ¸p cã t¶i lín nhÊt theo c«ng suÊt danh đÞnh (gäi lµ đÇy t¶i) th× hiệu suÊt cao nhÊt kho¶ng 80% đÕn 90%

§Ó t¨ng hiệu suÊt cña biÕn ¸p ph¶i gi¶m tæn hao b»ng çch dïng lâi lµm b»ng çc l¸ s¾t tõ máng cã quÐt sơn çch điện, d©y quÊn dïng lo¹i cã tiÕt diện lín vµ ghÐp chÆt

2 2 1

1

n N

N R

Trang 40

víi R2 lµ t¶i thø cÊp vµ R1 đưîc gäi lµ điện trë t¶i ph¶n ¸nh vÒ sơ cÊp Khi cã t¶i víi trë kh¸ng Z2 nèi tíi cuén thø cÊp, trë kh¸ng cña cuén sơ cÊp lóc đã lµ Z1 = n2.Z2, tõ đã cã thÓ x¸c đÞnh n theo hệ thøc:

t

R R

R

2 1 2

4 øng dông cña biÕn ¸p

a BiÕn ¸p sệ dông c¸c thiÕt bÞ nguån điện gäi lµ biÕn ¸p nguån (biÕn ¸p cÊp điện)

- BiÕn ¸p nguån lµm việc ë tÇn sè 50Hz hoÆc 60 Hz đÓ biÕn đæi điện ¸p

l-íi (220V – 50Hz, 230v-50Hz, 100V-60Hz, 120v-60Hz) thµnh điện ¸p vµ dßng điện đÇu ra theo yªu cÇu đång thêi ngăn c¸ch thiÕt bÞ cÇn cÊp nguån víi nguån điện cao ¸p BiÕn ¸p lo¹i nµy thêng cã lâi sắt tõ

- BiÕn ¸p nguån lµm việc ë chÕ đé xung gäi lµ biÕn ¸p xung Trong m¹ch

æn ¸p d¶i réng autovolt hoÆc trong m¹ch t¹o cao ¸p cho đÌn h×nh cña tivi hoÆc monitor m¸y tÝnh, BiÕn ¸p lo¹i nµy thêng cã lâi ferit

b BiÕn ¸p sệ dông trong c¸c m¹ch ghÐp tÝn hiệu

- BiÕn ¸p ghÐp tÝn hiệu xoay chiÒu, ng¨n çch mét chiÒu, phèi hîp trë kh¸ng gi÷a çc tÇng ghÐp, ph©n phèi tÝn hiệu cho çc t¶i kh¸c nhau

- Cã thÓ lµm việc ë c¸c d¶i tÇn sè tÝn hiệu kh¸c nhau, đîc ph©n thµnh: biÕn ¸p cao tÇn (lâi ferit, kh«ng khÝ), trung tÇn (lâi ferit, kh«ng khÝ),

1.2 §ièt b¸n dÉn

1.2.1 TiÕp gi¸p PN

I TiÕp gi¸p PN khi chưa cã điện trưêng ngoµi

TiÕp gi¸p PN đưîc h×nh thµnh b»ng c¸ch ghÐp c«ng nghệ hai khèi b¸n dÉn đơn tinh thÓ lo¹i P vµ N víi nhau, thµnh mét khèi liªn tôc (h×nh 1-30) NÕu g¾n thªm c¸c điện cùc ë hai phÝa sÏ đưîc đièt b¸n dÉn: Anèt bªn P, Katèt bªn

-Líp nghÌo

Etx

Ion Donor Ion AxÐpto

§iÖn cùc

H×nh 1-30 TiÕp gi¸p PN

Định dạng
Số trang	231
Dung lượng	4,76 MB