ĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔ

ĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔ

CHƯƠNG 1: CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

Sau khi hoàn tất chương này, sinh khi có khả năng:

 Hiểu và trình bày được các hệ thống điện trên ô tô, các thành phần chính và chức năng của từng hệ thống

 Giải thích các lý thuyết và định luật cơ bản của dòng điện Định nghĩa các thông

số cơ bản của dòng điện

 Mô tả cấu tạo và giải thích nguyên lý hoạt động của các linh kiện/bộ phận điện được sử dụng phổ biến trên ô tô

 Mô tả nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử sử dụng trên ô tô

 Cách đọc sơ đồ mạch điện trên ô tô

 Mô tả được các sự cố thường gặp trong mạch điện

Nội dung bài giảng

1.1 Giới thiệu về hệ thống điện điện tử trên ô tô

a Hệ thống khởi động

 Hệ thống khởi động kết hợp các bộ phận cơ khí và các bộ phận điện để khởi động động cơ Hệ thống khởi động động cơ được thiết kế để chuyển năng lượng điện, được cung cấp bởi ắc quy thành cơ năng thông qua máy khởi động Hệ thống khởi động cơ bản bao gồm các thành phần như sau: (1) Ắc quy, (2) dây và cáp điện, (3) công tắc đánh lửa, (4) công tắc từ (hoặc rơ le), (5) máy khởi động, (6) bộ dẫn động

ăn khớp bánh đà, (7) công tắc bảo vệ khởi động

b Hệ thống cung cấp điện

 Hệ thống cung cấp điện được sử dụng để trả lại phần năng lượng của ắc quy bị mất trong quá trình khởi động Thêm vào đó, hệ thống cung cấp điện phải có khả năng phản ứng nhanh trước sự tăng vọt nhu cầu về điện của các hệ thống Khi động cơ hoạt động, hệ thống cung cấp điện sẽ chuyển đổi cơ năng của động cơ thành năng lượng điện để nạp cho ắc quy và cung cấp điện cho tất cả các phụ tải

 Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp điện, bao gồm: (1) ắc quy, (2) máy phát điện, (3) bộ tiết chế, (4) đèn báo nạp, (5) công tắc đánh lửa, (6) rờ le khởi động

c Hệ thống đánh lửa

 Mục đích cơ bản của hệ thống đánh lửa là cung cấp tia lửa bên trong xi lanh vào cuối hành trình nén để đốt cháy hỗn hợp hòa khí

 Các bộ phận cơ bản của hệ thống đánh lửa được mô tả trên hình 1.3, gồm có: (1)

ắc quy, (2), biến áp đánh lửa (bobin), (3) bộ điều khiển đánh lửa, (4) bộ chia điện, (5) bugi, (6) cáp

d Hệ thống điều khiển động cơ

 Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control)

 Hệ thống điều khiển động cơ gồm có ba nhóm: các cảm biến, ECU động cơ, và các bộ chấp hành

e Hệ thống chiếu sáng, tín hiệu

 Gồm các đèn chiếu sáng, các đèn tín hiệu, còi, các công tắc và các relay Đèn sử dụng trên xe được phân loại theo mục đích: chiếu sáng, tín hiệu và thông báo Các đèn sử dụng trên xe bao gồm: đèn đầu, đèn đỗ, đèn báo rẽ, đèn kích thước, đèn cua, đèn phanh, đèn lùi, và các đèn nội thất

f Hệ thống thông tin

 Hệ thống thông tin giám sát tình trạng hoạt động của các hệ thống chính trên xe, cung cấp cho tài xế các thông tin về sự vận hành đúng của các hệ thống

g Các hệ thống khác

 Bao gồm hệ thống gạt nước, hệ thống nâng hạ kính, hệ thống khóa cửa, hệ thống chống trộm,…

1.2 Dòng điện và các định luật cơ bản về điện

1.2.1 Định nghĩa dòng điện

 Dòng điện là dòng di chuyển có hướng của các electron từ nguyên tử sang nguyên

tử qua một dây dẫn điện

Hình 1.1: Sự tạo thành dòng điện trong dây dẫn

Khi đặt một điện áp vào 2 đầu dây dẫn, một đầu dây sẽ thừa electron, đầu còn lại sẽ thừa proton Các electron trong dây dẫn bị hút về phía các proton, làm cho chúng di chuyển về phía các proton Lực hút này gọi là sức điện động, sẽ cố gắng đẩy các electron trong nguyên tử ra khỏi quỹ đạo, và đẩy chúng đến các proton dư thừa Khi một nguyên tử có electron bị tách khỏi quỹ đạo, nó sẽ trở thành ion dương Ion dương sẽ cố gắng trở về trạng thái cân bằng điện tích bằng cách thu hút các electron của các nguyên tử cân bằng

kế cận Một phản ứng dây chuyền xảy ra khi một nguyên tử nhận electron, và nguyên tử khác giải phóng electron Khi hoạt động này xảy ra liên tục, các electron tự do sẽ di chuyển thành dòng qua dây dẫn, tạo ra dòng điện Cường độ của dòng electron phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn

1.2.2 Các thông số cơ bản của dòng điện

a Điện áp

Điện áp hay còn gọi là áp lực điện là lực điện động (sức điện động) gây nên sự di chuyển của các electron trong dây dẫn Áp lực điện được tạo thành khi có một khối lượng lớn các electron ở một đầu mạch, và có sự thiếu hụt electron ở đầu mạch còn lại Hãy tưởng tượng có 1 thác nước chảy từ cao xuống thấp Phía đỉnh thác là nơi người ta gọi là “địa thế cao”, ngược lại dưới chân thác được gọi là “địa thế thấp”, khoảng cách giữa đỉnh thác

và chân thác gọi là độ chênh lệch địa thế (hiệu địa thế) Thác nước chảy từ nơi có địa thế cao xuống nơi có địa thế thấp hơn Độ chênh lệch địa thế càng lớn thì thác nước chảy càng xiết Tương tự như vậy, đầu mạch điện tập trung một khối lượng lớn electron có điện thế thấp, đầu mạch điện thiếu hụt electron có điện thế cao Dòng điện chuyển dịch từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp hơn Độ chênh lệch điện áp giữa hai đầu

mạch gọi là hiệu điện thế được tính bằng vôn (V) Nếu một vôn kế nối giữa 2 cực ắc quy,

và nó hiển thị 12.6V, điều này có nghĩa là có sự chênh lệch điện áp 12.6V giữa 2 cực của

ắc quy

Khi dòng điện đi qua tải hoặc điện trở, sụt áp sẽ xảy ra Sụt áp thể hiện lượng điện năng được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, chẳng hạn nhiệt năng Sụt áp có thể đo bằng vôn kế bằng cách mắc song song vôn kế với đối tượng cần đo

b Cường độ dòng điện

Dòng là cường độ của dòng electron, được đo bằng ampere (A) Dòng thể hiện số lượng electron đi qua một điểm trong mạch trong một giây Dòng sẽ tăng khi điện áp đặt vào mạch tăng, trong khi điện trở của mạch không thay đổi

c Điện trở kháng

Điện trở kháng là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện, điện trở kháng được đo bằng ohm Trong một mạch điện, điện trở kháng điều khiển cường độ dòng điện Điện trở kháng của dây dẫn phụ thuộc vào tiết diện, chiều dài, nhiệt độ của vật liệu làm dây dẫn

1.2.3 Các định luật cơ bản về điện

a Định luật Ohm

Định luật Ohm xác định mối quan hệ giữa dòng, điện áp, và điện trở kháng Định luật Ohm nói rằng hiệu điện thế, V, trên 2 đầu dây dẫn tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, I, với hằng số tỷ lệ bằng điện trở kháng R của mạch không thay đổi theo V

V   I R

I: cường độ dòng điện, đơn vị ampere (A)

V: điện áp, đơn vị Vôn (V)

Định luật Ohm có thể phát biểu theo cách khác, như sau: Cường độ dòng điện qua dây dẫn, I, tỷ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn và tỷ lệ nghịch với điện trở của dây dẫn, R

I V / R 

b Định luật Watt

Công suất là cường độ sinh công của dòng điện, công suất được biểu thị bằng Watt Một Watt bằng 1 Vôn nhân 1 ampere

P I V  

c Cảm ứng điện từ

Khi dòng điện đi qua một dây dẫn, một từ trường sẽ được tạo thành quanh dây dẫn Số lượng đường sức từ và cường độ từ trường sẽ tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện qua dây dẫn Chiều của các đường sức từ được xác định bằng quy tắc bàn tay phải

(a) nguyên tắc bàn tay phải xác định chiều của đường sức từ, (b) từ trên vòng dây

(c) tương tác của từ trường trên các vòng dây đặt cạnh nhau

Hình 1.2: Hiện tượng tự cảm trên dây dẫn

Khi hai dây dẫn đặt cạnh nhau có dòng điện chạy qua theo cùng một chiều, chúng sẽ hút nhau Ngược lại, khi dòng điện chạy trong dây dẫn là ngược chiều nhau, hai dây dẫn sẽ đẩy nhau Khi quấn dây thành vòng tròn, từ thông sẽ tăng gấp đôi Sự gia tăng mật độ từ trường cũng xảy ra khi tăng số vòng dây trong cuộn Từ trường của cuộn dây có cực bắc

và cực nam rõ rệt, các cực tính của chúng có thể được xác định bằng nguyên tắc bàn tay

Hình 1.3: (a) từ trường tạo bởi cuộn dây (b) Xác định cực tính của cuộn dây

phải Nguyên tắc bàn tay phải dùng xác định cực từ của cuộn dây: đặt bàn tay phải sao cho các ngón tay theo chiều của dòng điện (+ sang -), khi đó ngón tay sẽ chỉ về cực bắc Cường độ của cuộn dây điện từ phụ thuộc vào cường độ dòng điện qua cuộn dây và số vòng của cuộn dây

1.3 Các linh kiện điện

1.3.1 Công tắc

Công tắc là thiết bị phổ biến nhất để cung cấp sự điều khiển dòng điện qua tải Một công tắc có thể được dùng để đóng/ngắt dòng điện qua nhiều mạch điện khác nhau Hình 1.6

mô tả một số dạng công tắc sử dụng trên ô tô

Hình 1.5: Các công tắc sử dụng trên ô tô

Loại công tắc đơn giản nhất là công tắc một tiếp điểm, được dùng để đóng/ngắt một mạch đơn

Hình 1.6: Công tắc 1 tiếp điểm

Loại công tắc nhiều tiếp điểm:

Hình 1.7: Công tắc 2 tiếp điểm 1.3.2 Rờ le

Một số mạch điện sử dụng công tắc dạng điện từ có tên gọi là rờ le Hình 1.8 minh họa cấu tạo của một rờ le

Hình 1.8: Cấu tạo relay

Cuộn dây của rờ le có điện trở cao, vì thế dòng trên cuôn dây thấp Dòng điện này được

sử dụng để tạo ra từ trường đóng tiếp điểm Các tiếp điểm được thiết kế để tải dòng lớn đến vận hành tải Khi có dòng qua cuộn dây (mạch điều khiển), các tiếp điểm sẽ đóng lại, cho phép dòng lớn đi từ ắc quy đến tải Nói một cách khác, rờ le cho phép một dòng nhỏ

đi qua để điều khiển một dòng lớn qua mạch

1.3.3 Solenoid

Solenoid là một công tắc điện từ, vận hành theo cùng nguyên tắc của rờ le Tuy nhiên, solenoid sử dụng một lõi bằng sắt có thể di chuyển được Khi dòng điện đi qua cuộn dây,

từ thông được tạo ra xung quanh cuộn dây sẽ hút lõi sắt đi vào cuộn dây Khi dòng điện qua cuộn dây bị ngắt, lò xo hồi vị trong solenoid sẽ đẩy lõi sắt về vị trí ban đầu Sự di chuyển của lõi sắt có thể sử đụng để đóng/ngắt mạch điện (trong motor khởi động), hoặc tạo ra các chuyển động cơ khí (ví dụ, đẩy bánh răng của motor khởi động vào ăn khớp với vành răng của bánh đà

1.3.4 Điện trở

Điện trở cũng có thể sử dụng để điều khiển dòng điện, hoặc được dùng như thiết bị cảm biến cho hệ thống máy tính Bao gồm: điện trở cố định, điện trở bậc, biến trở

a Điện trở cố định

Điện trở cố định thường làm bằng hợp chất cacbon hoặc bằng kim loại bị ôxy hóa Các điện trở có một giá trị điện trở kháng thiết lập, và được dùng để giới hạn dòng điện qua mạch Giá trị của điện trở kháng được xác định bằng dãy vòng màu trên vỏ Thường có 4 hoặc 5 vòng màu

Màu sắc Giá trị Màu sắc Giá trị Màu sắc Giá trị Màu sắc Giá trị

b Điện trở bậc

Điện trở bậc thường được dùng để điều khiển tốc độ của động cơ điện Bằng cách thay đổi vị trí của công tắc, điện trở kháng trong mạch sẽ tăng hoặc giảm Khi điện trở kháng trong mạch giảm, dòng sẽ gia tăng, và tốc độ động cơ sẽ tăng Ngược lại, khi công tắc ở

vị trí tốc độ thấp, trở kháng trong mạch sẽ tăng, làm giảm dòng, kết quả là tốc độ động cơ giảm

Hình 1.9: Điện trở bậc.

c Biến trở

Biến trở cung cấp một lượng không giới hạn các giá trị của điện trở kháng trong một dải

1.3.5 Các thiết bị bảo vệ mạch điện

a Cầu chì

Cầu chì được sử dụng để bảo vệ mạch điện Băng kim loại bên trong cầu chì sẽ tan chảy hoặc uốn cong khi dòng điện qua mạch vượt quá giá trị dòng điện định mức của cầu chì Các cầu chì trên ô tô thường có định mức 3 đến 30A Khi một cầu chì bị đứt, nguyên nhân gây quá tải cần được tìm và khắc phục trước khi thay thế một cầu chì mới cùng định mức

(A) ống, (B) gốm, (C) lưỡi (auto-fuse), (D) Mini, (E) maxi, (F) loại F

Hình 1.10: Các dạng cầu chì trên ô tô

1.4 Các linh kiện điện tử

1.4.1 Diode bán dẫn

Diode là linh kiện bán dẫn đơn giản nhất, nó chỉ cho dòng điện đi qua theo 1 chiều Diode được tạo thành bằng cách ghép nối một bán dẫn loại N và một bán dẫn loại P Bên N gọi

là cathode, bên P gọi là anod Vùng anod và cathode nối với nhau gọi là lớp chuyển tiếp

PN (còn gọi là vùng tiếp giáp) Bên ngoài lớp vỏ của diode có sơn một đường vân, đánh dấu cực cathode

Hình 1.11: Diode bán dẫn

e Một số loại diode sử dụng trên ô tô

i Diode Zener

Cấu tạo: Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode, Diode Zener được ứng dụng trong chế

độ phân cực ngược Khi phân cực thuận Diode Zener như diode thường, nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ giảm một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode

Hình 1.12: Đặc tính của diode Zener

ii Diode phát quang

Diode phát quang (Light Emitting Diode – LED) có hoạt động giống như diode, ngoại trừ

LED có khả năng phát ra ánh sáng khi nó được phân cực thuận Trong cấu tạo của LED

có một thấu kính nhỏ cho phép thấy chùm ánh sáng khi có dòng điện đi qua diode Khi LED được phân cực thuận, dòng điện đi qua diode sẽ được giải phóng dưới dạng ánh sáng Các đèn làm từ LED có tuổi thọ cao hơn các đèn sợi đốt, do LED phát ra ánh sáng dạng năng lượng điện không có tính chất sinh nhiệt Các LED có thể phát sáng với các màu khác nhau như màu đỏ, vàng và xanh lục

Hình 1.13: Cấu tạo Diode phát quang

1.4.2 Transistor

Transistor là một bán dẫn có 3 lớp, được tạo thành bằng cách kết hợp 3 bán dẫn loại N và

P theo cách bố trí khác nhau Nếu bán dẫn N ghép giữa 2 bán dẫn loại P sẽ tạo thành transistor PNP, ngược lại, bán dẫn loại P ghép giữa 2 bán dẫn N sẽ tạo thành transistor NPN Ba lớp của của transistor gọi là vùng nền B (base), vùng phát E (emitter), và vùng góp C (collector) Vùng nền B chứa ít tạp chất và rất mỏng, vùng phát có nhiều tạp chất nhất, và vùng góp có tạp chất trung bình

Để phân biệt PNP hay NPN Transistor ta căn cứ vào ký hiệu linh kiện dựa vào mũi tên trên đầu phát Nếu mũi tên hướng ra thì transistor là NPN, và nếu mũi tên hướng vào thì transistor đó là PNP

Hình 1.14: Cấu tạo của transistor NPN và PNP

Chế độ hoạt động Mối nối BE Mối nối BC

Dẫn bão hòa (saturation) Phân cực thuận Phân cực thuận

Khuếch đại điện thuận –

Khuếch đại điện nghịch –

Reverse active Phân cực nghịch Phân cực thuận Ngưng dẫn (cut – off) Phân cực nghịch Phân cực nghịch Căn cứ vào các chế độ hoạt động, transistor có hai chức năng chính:

- Chức năng khuếch đại: chế độ khuếch đại điện thuận, nghịch

- Chức năng chuyển mạch: chế độ dẫn bão hòa, chế độ ngưng dẫn

1.5 Mạch điện và các ký hiệu quy ước trên sơ đồ mạch điện

1.5.1 Sơ đồ mạch điện

Các loại sơ đồ mạch điện: sơ đồ mạch tiêu chuẩn, sơ đồ nối dây, sơ đồ mạch cuối, sơ đồ đường đi của dòng điện Một vài sơ đồ mạch điện tiêu biểu

ắc quy

Tụ điện

diode

Cầu chì

ground

Bobine

Bóng đèn

Motor điện

Hình 1.14: Sơ đồ mạch điện 1.5.2 Các ký hiệu quy ước trong sơ đồ mạch điện

Cầu dao Dây chảy

1.6 Các lỗi thường gặp trong mạch điện

1.6.1 Hở mạch

Mạch điện được gọi là gián đoạn (hở mạch) khi các vật dẫn không tạo thành mạch vòng khép kín Đa số hở mạch là do đứt gãy trong mạch điện, điện áp nguồn tồn tại đến điểm

hở mạch Khi hở mạch do đứt cầu chì, cần khắc phục sự cố gây quá dòng, trước khi thay thế cầu chì mới

1.6.2 Ngắn mạch

Ngắn mạch là kết quả của dòng điện qua những mạch không mong muốn Ngắn mạch làm dòng tăng cao bất thường, có thể gây cháy dây và thiết bị

1.6.3 Điện trở cao

Lỗi điện trở cao xuất hiện khi có sự thêm vào mạch điện trở không mong muốn Các nguyên nhân gây điện trở cao bao gồm: mất liên kết mối nối, mối nối bị ăn mòn, dây dẫn

bị ăn mòn Điện trở cao làm tăng tải, giảm dòng, giảm hiệu suất