Đề cương bài giảng: Kỹ thuật điện tử. Nghề Cơ Điện Tử

Trong vật dẫn kim loại hay dung dịch điện ly, các phần tử điện tích điện tử tự do, ion +, ion -chuyển động vì nhiệt theo mọi hướng và số phần tử trung bình qua mỗi đơn vị tiết diện thẳng

Chương 1 : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN1.1 Nguồn điện một chiều

1.1.1 Dòng điện và chiều quy ước của dòng điện.

* Khái niệm

Trong vật dẫn (kim loại hay dung dịch điện ly), các phần tử điện tích (điện tử tự do, ion +, ion -)chuyển động vì nhiệt theo mọi hướng và số phần tử trung bình qua mỗi đơn vị tiết diện thẳng của vật dẫnbằng 0

Khi đặt vật dẫn trong điện trường, dưới tác dụng của lực điện trường sẽ làm cho các điện tích chuyểndời thành dòng, các điện tích +q sẽ chuyển dịch từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, còn các điệntích –q dịch chuyển ngược lại, tạo thành dòng điện

Vậy: Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dưới tác dụng của lực điện trường.

* Chiều dòng điện:

Qui ước chiều dòng điện trùng chiều dịch chuyển của điện tích (+) Nghĩa là ở mạch ngoài, dòngđiện đi từ nơi điện thế cao đến nơi điện thế thấp

* Điều kiện để có dòng điện:

Hai đầu dây dẫn hay vật dẫn phải có một hiệu điện thế ( điện áp) Thiết bị duy trì điện áp là nguồnđiện Vậy muốn duy trì dòng điện trong vật dẫn thì phải nối chúng với một nguồn điện (pin, ăc qui, máyphát…)

t q

I =

- Nếu lượng điện tích di chuyển qua vật dẫn khơng đều theo thời gian sẽ tạo ra dịng điện cĩ cường

độ thay đổi(dịng điện biến đổi)

- Nếu lượng điện tích di chuyển qua vật dẫn theo một hướng nhất định, với tốc độ khơng đổi sẽ tạo

ra dịng điện một chiều(dịng điện một chiều) Dịng điện một chiều là dịng điện cĩ chiều và trị số khơng

đổi theo thời gian.

A1= ωBq: Là công dịch chuyển điện tích q từ B →:

A2= ωCq: Là công dịch chuyển điện tích q từ C →:

⇒ A = ωBq - ωCq = (ωB - ωC)q

ωB, ωC: Là điện thế tại điểm B và điểm C

ωB - ωC: Gọi là hiệu điện thế hay điện áp giữa hai điểm B và C

Ký hiệu:U

Vậy: Hiệu điện thế giữa hai điểm của điện trường được đo bằng tỷ

số giữa công làm dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm này đến điểm kia với độ lớn của điện tích dịch chuyển đó.

B

UBCR

Hình 1-4

trong đĩ j(t) khơng phụ thuộc áp u(t) trên 2 cực của phần tử e(t) và j(t) là 2 thơng số cơ bản của mạch điện đặc trưng cho hiện tượng nguồn, đo khả năng phát của nguồn

R, L, C, e, j là các thơng số cơ bản của mạch điện, đặc trương cho bản chất của quá trình điện từ ( tiêu tán, tích phĩng năng lượng điện trường hoặc từ trường hoặc hiện tượng nguồn)

Các phần tử điện trở, điện cảm, điện dung, nguồn áp, nguồn dịng là các phần tử lý tưởng cơ bản của mạch điện Chúng là các phần tử 2 cực, ngồi ra để tiện lợi và chính xác hơn khi mơ hình các phần tử thực cĩ nhiều cực như: transistor, khuếch đại thuật tốn, biến áp…

Người ta cịn xây dựng thêm các phần tử lý tưởng nhiều cực như: các phần tử nguồn phụ thuộc, phần tử cĩ

Z hỗ cảm, máy biến áp lý tưởng…

1.1.6 định luật ơm cho một đoạn mạch

Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch AB một hiệu điện thế U, có dòng

điện chạy qua đoạn mạch (Hình 1-5õ)

Hình 1-5 Nội dung định luật: Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch tỷ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch đó. 1.1.7 Định luật Ôm cho toàn mạch. * Xét mạch điện như hình vẽ(Hình 1 – 6) Gồm một nguồn điện có sức điện động E và nội trở r0 cung cấp cho tải R qua một đường dây có điện trở là Rd Hình 1 – 6 Khi mạch điện kín sẽ có dòng điện I chạy trong mạch và gây sụt áp trên các phần tử của mạch Aùp dụng định luật Ôm cho từng đoạn mạch, ta có:

- Điện áp đặt vào phụ tải: U = I.Rt - Điện áp đặt vào đường dây: Ud = I.Rd - Điện áp đặt vào nội trở: U0 = I.r0 Sức điện động nguồn bằng tổng các điện áp trên các đoạn mạch E = U + Ud + U0 = I.Rt + I.Rd + I.r0 = I.(Rt + Rd + r0) Gọi R = (Rt + Rd + r0) là tổng trở của toàn mạch, ta có: E = I.R R E I = ⇒ R U I = I A A B U R E ro

Rt

Rd

I +

_

Nội dung định luật: Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín tỷ lệ

thuận với sức điện động của nguồn và tỷ lệ nghịch với tổng trở toàn mạch điện.

Ví dụ: Cho mạch điện như Hình 1 – 6, có:

E = 231V; r0 = 0,1Ω; Rd = 1Ω; Rt = 22Ω Xác định dòng điện qua tải, điện áptrên tải? Điện áp đầu đường dây?

Điện áp đặt vào điện trở đường dây là: Ud = I.Rd = 10.1 = 10 (V)

Điện áp đầu đường dây là:

Uđđd = U + Ud = 220 + 10 = 230 (V)

1.1.8 Điện năng và cơng suất

1.1.8.1 Công của dòng điện.

Khi đặt một hiệu điện thế U vào hai đầu đoạn mạch AB, trong mạchcó dòng điện I chạy qua (Hình 1 – 9)

- q là lượng điện tích dịch chuyển (C)

- I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch (A)

- U là hiệu điện thế giữa đầu đoạn mạch (V)

- t là thời gian dòng điện chạy trong đoạn mạch(s)

Vậy: Công của dòng điện sinh ra trong đoạn mạch bằng tích của

hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời

gian dòng điện chạy qua đoạn mạch.

Đơn vị: J (Jun) hoặc Cal(Calo)

1J = 0,24 Cal

1.8.1.2 Công suất của dòng điện.

Công suất của dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinhcông của dòng điện, có độ lớn bằng công của dòng điện sinh ra trongmột giây

Ký hiệu: P

Trong đó:

- U là hiệu điện thế (V)

- I là cường độ dòng điện (A)

231

R

E I

I U t

A

I

AA

BU

R

1KW = 103 W1MW = 106W

1.1.8.3 Điện năng

* Điện năng tác dụng trong thời gian t :

• Điện năng tác dụng trong thời gian t :

Xung quanh dây dẫn mang dòng điện luôn tồn tại một môi trường

đặc biệt gọi là từ trường.

*Vậy: Từ trường là một dạng của vật chất có biểu hiện đặc trưng

là tác dụng lực từ lên kim nam châm hay dây dẫn mang dòng điện đặt trong nó.

Hình 1.1Như vậy xung quanh các điện tích chuyển động luôn luôn tồn tạimột từ trường, ngược lại từ trường cũng chỉ xuất hiện ở những nơi cóđiện tích chuyển động

1.2.2 Từ trường của dòng điện đi qua dây dẫn thẳng

Cho một dây dẫn thẳng xuyên qua vuông góc với một tấm bìa đãrắc mạt sắt khi có dòng điện chạy qua, gõ nhẹ tấm bìa ta thấy:

- Chiều của đường sức được xác định theo qui tắc vặn nút chai: Quay

cho cái vặn nút chai tiến theo chiều dòng điện thì chiều quay của nó là chiều đường sức từ

1.2.3 Từ trường của dòng điện trong vòng dây.

Cho một vòng dây xuyên qua một tấm bìa có rắc mạt sắt Khi chodòng điện chạy trong vòng dây ta thấy:

Đường sức từ là những đường cong kín bao quanh dây dẫn nằm trong mặt phẳng pháp tuyến đi qua tâm vòng dây Đường sức từ đi qua tâm

vòng dây là một đường thẳng, trùng với trục của vòng dây

Chiều của đường sức từ được xác định theo qui tắc vặn nút chai:

Quay cái vặn nút chai theo chiều dòng điện trong vòng dây thì chiều tiến của nó là chiều đường sức từ.

Hình 1.5

1.2.4 Lực điện từ

Khi đặt một dây dẫn mang dòng điện vuông góc với đường sứccủa từ trường đều B, dây dẫn sẽ chịu tác dụng bởi một lực gọi là lựcđiện từ

(Hình 2 – 9) Ký hiệu là F

IF

B

a

BF

Bnb

Bt

α

l

c

tay, bốn ngón tay duỗi thẳng theo chiều dòng điện, ngón tay cái choãi ra vuông góc chỉ chiều lực điện từ.

* Trường hợp dây dẫn đặt không vuông góc với véc tơ cảm ứng từ Bmà lệch nhau 1 góc α ≠ 90o (hình 1 9b)

Phân tích véc tơ B thành hai thành phần:

Thành phần tiếp tuyến Bt song song với dây dẫn, thành phần pháptuyến Bn vuông góc với dây dẫn, chỉ có thành phần pháp tuyến Bn gâynên lực điện từ Lực điện từ được tính:

F = Bn.I.l = BI.l.sinα

Phương và chiều được xác định theo qui tắc bàn tay trái đối với Bn

* Trong kỹ thuật lực điện từ được ứng dụng rất rộng rãi, là cơ sở đểchế tạo máy điện, thiết bị điện

1.2.5 Cảm ứng điện từ

1.2.5.1 Hiện tượng cảm ứng điện từ.

Năm 1831, nhà vật lý học người Anh Maicơn Faraday phát hiện rahiện tượng cảm ứng điện từ, một hiện tượng cơ bản của kỹ thuật điện

Nội dung của hiện tượng đó là: Khi từ thông biến thiên bao giờ

cũng kèm theo sự xuất hiện một sức điện động gọi là sức điện động cảm ứng

1.2.5.2 Định luật cảm ứng điện từ.

Năm 1833, nhà vật lý học người Nga là Lenxơ đã phát hiện ra quiluật về chiều của sức điện động cảm ứng Do đó định luật cảm ứngđiện từ được phát biểu như sau:

Khi từ thông qua một vòng dây biến thiên sẽ làm xuất hiện một sức điện động trong vòng dây, gọi là sức điện động cảm ứng Sức điện động này có chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra tạo thành từ thông có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó.

1.3 Dịng điện xoay chiều

1.3.1 Định nghĩa về dịng điện xoay chiều

- Dòng điện xoay chiều là dòng điện thay đổi cả chiều và trị sốtheo thời gian

- Dòng điện xoay chiều biến đổi tuần hoàn, nghĩa là cứ sau mộtkhoảng thời gian nhất định nó lặp lại quá trình biến thiên cũ

- Khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp lại quá trình biếnthiên cũ gọi là chu kỳ của dòng điện xoay chiều, ký hiệu : T(s)

- Số chu kỳ dòng điện thực hiện được trong một giây gọi là tần số

của dòng điện xoay chiều, ký hiệu: f

i

Im i0

t

T

1.3.2.2 Quan hệ dòng điện và điện áp.

- Đặt điện áp xoay chiều u = Umsinωt vào hai đầàu mạch thuầntrở(Hình 3 – 7), trong mạch có dòng điện i chạy qua

Hình 3 – 7

Ở mọi thời điểm theo định luật Ôm ta có:

ωtsinR

UR

Dòng điện và điện áp biến thiên cùng tần số và trùng pha nhau

* Quan hệ trị hiệu dụng(Định luật Ôm):

Chia hai vế của

tu

u

iR

b

Hình 3 - 8

1.3.2.3 Công suất

- Công suất tức thời:

p = ui = UmImsin2ωt = UI(1 – cos2ωt)Từ đồ thị (Hình 3 – 9), ta thấy công suất tức thơiø luôn dương nghĩa làmạch hoàn toàn tiêu tán năng năng lượng dưới dạng nhiệt

Hình 3 – 9

- Công suất tác dụng: Là trị số trung bình của công suất tức thời

trong một chu kỳ:

1.3.3.2 Quan hệ dòng điện và điện áp.

- Đặt vào hai đầu mạch thuần cảm điện áp xoay chiều u (Hình 3 –10), trong mạch xuất hiện dòng điện: i = Imsinωt

Hình 3 - 10

Dòng điện biến thiên làm xuất hiện sức điện động tự cảm: eL = -L

dtdi

dt

ωt)sind(Im

2

Π

hay 900

* Quan hệ trị hiệu dụng (Định luật Ôm):

Chia hai vế của Um = ωLIm cho 2 ta có :

U =ωLI = XLI hay I =

LXU

p

0

tP

u

i

eLL

Với XL =ωL = 2πfL: là cảm kháng của mạch ( đơn vị là Ω )

- Nếu đặt cuộn dây thuần cảm vào nguồn một chiều thì:

I =

LX

U = ∞, vì dòng một chiều có f = 0 → XL = 2πf = 0

* Đồ thị véc tơ và đồ thị hình sin: ( Hình 3 – 11.a,b)

I

Um m

= UIsin2ωtCông suất tức thời biến thiên với tần số gấp đôi tần số dòng điện.Nhìn đồ thị (Hình 3 – 11.c), ta thấy:

+ Ở ¼ chu kỳ thứ nhất và thứ ba, dòng điện tăng, u và i cùngchiều, p = u i> 0, năng lượng từ nguồn được tích lũy trong từ trường cuộndây

+ Ở ¼ chu kỳ thứ hai và thứ tư, dòng điện giảm, u và i ngượcchiều, p = ui < 0, mạch phóng trả năng lượng về nguồn và mạch ngoài

Quá trình cứ tiếp diễn tương tự

* Công suất tác dụng:

p = ∫T =

00pdt T1

Vậy mạch điện thuần cảm không có hiện tượng tiêu tán nănglượng mà chỉ có hiện tượng trao đổi năng lượng một cách chu kỳ giữanguồn và từ trường của cuộn dây

* Công suất phản kháng: Q

- Đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng của cuộn cảm:

Q = UI = I2XL =

L

2XU

Đơn vị: VAR ( Vôn – Ampe – phản kháng = Va – rờ )

KVAR ( Kilô vôn – Ampe – phản kháng = Ka – va – rờ) MVAR (Mêga vôn – Ampe – phản kháng = Mê ga – va – rờ)

1KVAR = 103VAR 1MVAR = 106VAR

1.4.4 Dịng điện xoay chiều đi qua tụ điện.

1.4.4.1 Định nghĩa.

- Là mạch điện có thành phần điện dung rất lớn còn các thành phần R,

L rất nhỏ có thể bỏ qua

- Thực tế tụ điện có thể xem là mạch điện thuần dung

1.4.4.2 Quan hệ dòng điện và điện áp.

U

2

π

IO

c

- Đặt điện áp xoay chiều u = Umsinωt vào hai đầu tụ điện(Hình 3 – 12)

Hình 3 - 12

Xuất hiện dòng điện chạy qua mạch:

i = dt

dq = Cdt

du = C

dt

ωt)sind(Um

Lưu ý: Nếu tụ được đặt vào điện áp một chiều, dòng điện chỉ

tồn tại trong thời gian quá độ (khi tụ nạp điện lúc đóng và phóng điệnlúc cắt)

* Quan hệ trị hiệu dụng (Định luật Ôm):

Chia hai vế của Im = C.ω Um cho 2 ta được: I = C.ω U hay I =

CXU

Với: Xc =

ωC

1 =

fC2

1

Π : Là dung kháng của mạch, đơn vị: Ω

* Đồ thị véc tơ và đồ thị tức thời:(Hình 1 – 13.a,b)

Hình 3 – 13

1.4.4.3 Công suất.

* Công suất tức thời

p = ui = UmImsinωt cosωt = UIsin2ωtCông suất tức thời biến thiên với tần số gấp đôi tần số dòngđiện

- Từ đồ thị (Hình 3 – 13.c) ta thấy:

+ Ở ¼ chu kỳ thứ nhất và thứ ba của điện áp, u và i cùng chiều,

p > 0, tụ tích điện, năng lượng của nguồn được tích lũy trong điện trườngcủa tụ

+ Ở ¼ chu kỳ thứ hai và thứ tư của điện áp, u và i ngược chiều, p <

0, tụ phóng điện, năng lượng được phóng trả về nguồn

Quá trình cứ tiếp diễn tương tự

u

iC

p

bc

* Công suất tác dụng.

p = ∫T

0

pdtT

1

= 0Mạch điện thuần dung không có hiện tượng tiêu tán năng lượng,chỉ có hiện tượng trao đổi năng lượng giữa nguồn và điện trường mộtcách chu kỳ

* Công suất phản kháng: Q

- Đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng của điện dung:

Q = U.I = I2XC =

C

2X

U (VAR)

- Cấp điện cho mỏ hàn sau đĩ si chì hàn lên đầu mỏ hàn khi mỏ hàn đả dử nĩng

- Nếu chưa sử dụng mỏ hàn ngay thì phải gác mỏ hàn vào đế

1.4.2.2 Phương pháp hàn

- Các mối hàn dây dẫn cơ bản :

+ Trước khi hàn các mối nối phải được làm sạch

+ Si chì hàn lên vị trí cần hàn khi đã được làm sạch

+ Khi hàn dùng chì (thiếc) si lên đầu mỏ hàn sau đĩ chấm vào vị trị cần hàn hoặc đưa trực tiếp chì vào đầu

- Chuẩn bị mỏ hàn như hướng dẫn cách sử dụng mỏ hàn

- Tuốt võ nhựa cách điện trên dây dẫn

- Dùng mỏ hàn, chì nhựa thơng si chì lên dây dẫn cần hàn

- Chia đoạn dây đồng thành các đoạn nhỏ để thực hành các mối hàn cơ bản sau đĩ tiến hành hàn tên của mình theo mẫu sau

1.4.3 Kỹ thuật làm mạch in và hàn linh kiện lên board

1.4.3.1 Kỹ thuật làm mạch in

* Một số quy tắc khi thiết kế mạch in bằng thủ công

- Đơn giản hóa sơ đồ nguyên lý

- Các chân linh kiện phải có một vị trí riêng, không hàn hai chân linh kiện lên cùng một lỗ

- Đường mạch in có thể đi qua giữa 2 chân linh kiện nhưng 2 linh kiện không được nằm chồng chéo lên nhau

- Các đường mạch trên sơ đồ nguyên lý giao nhau nhưng không tiếp xúc thì trên sơ đồ mạch in phải thiết kế sao cho chúng không giao nhau

1.4.3.2 Kỹ thuật hàn linh kiện lên board

- Đưa các chân linh kiện vào lỗ có sẵn

- Dùng nhựa thông cùng với đầu mỏ hàn quét lên để linh kiện không sút ra khỏi lỗ

- Đa mỏ hàn vào vị trí và đồng thời đưa chì vào cho chì chảy và nhấc mỏ hàn ra khỏi vị trí

Lưu ý khi hàn phải để mỏ hàn chếch khoảng 450 so với mỏ hàn

Chương 2: Linh kiện thụ động

2.1 Điện trở.

2.1.1 Khái niệm, ký hiệu, phân loại, cấu tạo.

2.1.1.1 Khái niệm, ký hiệu

Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điệnvà điện tử Chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp đểthực hiện các chức năng khác tùy theo vị trí của điện trở ở trong mạch

Ký hiệu điện trở trên sơ đồ:

Hình V.1: Ký hiệu điện trở

Hai thông số cơ bản của điện trở là giá trị và công suất tiêu táncho phép của điện trở

* Đơn vị điện trở

2.1.1.2 Phân loại và cấu tạo điện trở

* Phân loại theo vật liệu cấu tạo

Ngày nay, các nhà sản xuất đã chế tạo ra nhiều loại điện trở cóvật liệu khác nhau

a Điện trở than:

Được cấu tạo từ vật liệu bột than chí trộn với vật liệu keo cách điệntheo tỷ lệ thích hợp để có giá trị cần thiết Sau đó đem ép lại thành từngkhỏi, hau đầu ép vào hai sợi dây kim loại để hàn vào mạch điện

Giá trị của điện trở than thường được ghi bằng ký hiệu vòng màutrên thân điện trở Đây là loại thông dụng nhất vì chúng không đắttiền và có khả năng tạo ra các điện trở có giá trị lớn Công suất củađiện trở than từ 1/8W đến vài Watt

b Điện điện trở màng kim loại:

Sử dụng vật liệu Niken – Crôm gắn vào lõi sứ hoặc thủy tinh, chotrị số điện trở ổn định Điện trở loại này thường dùng trong các nạchdao động vì chúng có độ chính xác và tuổi thọ cao, ít phụ thuộc vàonhiệt độ

c Điện trở dây quấn:

Dùng các dây hợp kim, quấn trên thân cách điện bằng sứ hay nhựatổng hợp để tạo ra các điện trở có gái trị nhỏ và chịu được công suấttiêu tán lớn Điện trở dây quấn thường được dùng trong các mạch cungcấp điện của các thiết bị điện tử.

d Điện trở xi măng:

Vật liệu chủ yếu là xi măng Chúng được sử dụng chủ yếu ở cácmạch cấp nguồn điện cho công suất cho phép cao và không bốc cháytrong trường hợp quá tải

e Điện trở oxit kim loại:

Cấu tạo từ vật liệu oxit thiếc, loại điện trở này chịu được nhiệt độcao và độ ẩm cao, thường có công suất 1/2Watt

* Phân loại theo công dụng

Ngoài điện trở bình thường như tác giả đã đề cập ở trên còn cócác loại điện trở đặc biệt có công dụng khác nhau

a Biến trở:

* Các ký hiệu biến trở:

Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu,thường gọi là chiết áp, có hai loại: Biến trở dây quấn và biến trở than

- Biến trở dây quấn:

Dùng dây dẫn có điện trở suất cao, đường kính nhỏ, quấn trênmột lõi cách điện bằng sứ hay nhựa tổng hợp hình vòng cung 270◦ Haiđầu hàn vào hai cực dẫn điện A và B Tất ca ûđược đặc trong một vỏ bọckim loại có nắp đậy Trục trên vòng cung có quấn dây là một con chạycó trục điều khiển đưa ra ngoài nắp hộp Con chạy được hàn với cực dẫnđiện C

Biến trở dây quấn thường có giá trị diện trở bé, từ vài Ohm đếnvài chục Ohm và công suất khá lớn, có thể tới vài chục Watt

- Biến trở than:

Trên một miếng nhựa hoặc Bakelit tròn, người ta tráng một lớp bộtthan mỏng hình vòng cung Hai đầu lớp than nối với hai cực dẫn điện A và

B, ở giữa có một con chạy bằng kim loại tiếp xúc với lớp than, chính làcực C của biến trở Cực C được gắn trên trục xoay giúp ta có thể thay đổigiá trị điện trở của biến trở

Biến trở than còn được chia làm hai loại: Biến trở tuyến tính có giá trịđiện trở tăng hay giảm đều theo góc xoay và biến trở phi tuyến có giátrị điện trở thay đổi theo hàm logarit, nghĩa là lúc đầu trị số điện trởtăng chậm theo góc xoay, sau đó tăng nhanh dần

Biến trở than có trị số từ vài trăm Ohm đến vài Mega Ohm, nhưngcó công suất nhỏ

Người ta cũng chế tạo loại biến trở đôi gồm hai biến trở ghép vớinhau trên cùng một trục xoay và biến trở kết hợp với công tắc

A

CB

Hình V.17: Cấu tạo biến trở.

* Hình chụp một số biến trở:

Hình V.18: Hình chụp của một số biến trở

* Cách đo biến trở:

Dựa vào cấu tạo của biến trở ta có thể nêu ra phương pháp đobiến trở, cụ thể như sau:

- Tùy theo giá trị ghi trên thân biến trở mà đặt đồng hồ về thang

đo thích hợp Thí dụ: biến trở 10k, bạn đặt về thang Rx1k

- Đặc một que đo cố định vào điểm 1 của biến trở

+ Đo giữa ( )1 và ( )3 : Giá trị đo đọc được phải là khoảng 10kΩ

+ Xoay biến trở, đo giữa ( )1 và ( )2 : Kim dao động từ 0 tới 10kΩ theo sựxoay

+ Dời que đo từ ( )1 qua ( )3 : Đo giữa ( )2 và ( )3 , kim đồng hồ phải xoaycùng nhịp với sự xoay của biến trở

+ Biến trở Là điện trở cĩ thể chỉnh để thay đổi giá trị, cĩ ký hiệu là VR chúng cĩ hình dạng nhưsau :

Hình dạng biến trở Ký hiệu trên sơ đồ Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của kỹ thuật viên,biến trở cĩ cấu tạo như hình bên dưới

Cấu tạo của biến trở

+ Chiết áp : Chiết áp cũng tương tự biến trởnhưng cĩ thêm cần chỉnh và thường bố trí phíatrước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh Ví dụnhư - Chiết áp Volume, triết áp Bass, Treblle v.v ,chiết áp nghĩa là chiết ra một phần điện áp từ đầuvào tuỳ theo mức độ chỉnh

Ký hiệu triết áp trên sơ đồ nguyên lý

- Điện trở dây quấn

Điện trở dây quấn cĩ lỏi bằng sứ và dây quấn là loại hợp kim cĩ điện trở lớn hai đầu cũng cĩ dây dẫn (chânđiện trở).Bên ngồi thường được bộc bằng một lớp sơn hoặc một lớp men ailicat để bảo vệ

- Điện trở nhiệt

Điện trở nhiệt được làm từ bán dẫn Đặc điểm của loại điện trở này là khi nhiệt độ làm việc tăng 10C thì trị sốđiện trở của nĩ giảm xuống khoảng 2 - 6%

* Công dụng của biến trở:

Thực tế việc thiết kế mạch điện tử và yêu cầu sử dụng còn cómột khoảng sai số, nên người ta phải thực hiện hiệu chỉnh mạch điện,để hiệu chỉnh mạch, người ta dùng biến trở, lúc này biến trở có vaitrò phân áp, phân dòng cho mạch, trong một vài ứng dụng cụ thể, thí dụtrong máy tăng âm người ta dùng biến trở để thay đổi âm lượng, trongchiếu sáng, người ta có thể dùng biến trở để thay đổi độ sáng củađèn…

2.1.2 Cách đọc, đo giá trị và cách ghép điện trở

2.1.2.1 Cách đọc điện trở

* Giá trị điện trở được ghi trực tiếp

Một số điện trở, thường là điện trở công suất lớn, được nhà sảnxuất ghi giá trị điện trở và công suất tiêu tán cho thép trực tiếp lênthân điện trở

Ví dụ: 15Ω/7W, 150Ω/10W, 22Ω/2W

Hình V.3: Cách đọc giá trị điện trở

* Giá trị điện trở được sơn bằng mã màu.

Phần lớn các điện trở sử dụng trong mạch điện tử đều được ghi giá trịtheo mã màu Do đó chúng ta cần nắm vững quy tắc về mã màu đểđọc giá trị cho đúng

* Quy tắc về mã màu.

Người ta quy định 10 màu biểu thị cho 10 chữ số từ 0 đến 9

K470.47K100Ω/15w

Điện trở màu thường có dạng hình ống, trên ống sơn các vòngmàu, vòng thứ nhất nằm gần sát với một đầu của điện trở, vòngcuối cùng là vòng nhũ hay nhũ bạc.

Hình V.4: Hình dạng điện trở có vòng màu

a Điện trở có ba vòng màu: Dùng cho các điện trở dưới 10Ω.

Hình V.5: Điện trở có ba vòng màu

- Vòng màu thứ nhất : Chỉ số thứ nhất

- Vòng màu thứ hai: Chỉ số thứ hai

- Vòng thứ ba: + Nếu là nhũ vàng thì nhân với 0.1

+ Nếu là nhũ bạc thì nhân với 0.01

Ví dụ 1: Điện trở có:

- Vòng thứ nhất màu vàng

- Vòng thứ hai màu tím

- Vòng thứ ba màu nhũ vàng

Giá trị điện trở:

Hình V.6Lưu ý: Đối với điện trở 3 vịng màu thì sai số là (+ - 20%)

b Điện trở có bốn vòng màu: Đây là loại điện trở thường gặp

nhất

Hình V.8: Điện trở có bốn vòng màu

- Vòng màu thứ nhất : Chỉ số thứ nhất

- Vòng màu thứ hai: Chỉ số thứ hai

- Vòng màu thứ ba : Chỉ số các số không thêm vào.(bội số, trọngsố)

- Vòng màu thứ tư: Chỉ sai số, thường là một trong bốn màu:

+ Nâu, sai số ±1%

+ Đỏ, sai số ±2%

+ Nhũ vàng, sai số ±5%

+ Nhũ bạc, sai số ±10%

Ví dụ 1: Điện trở có bốn vòng màu theo thứ tự: vàng, tím, cam, nhũ bạc

vòng thứ

nhất

vòng thứ hai

vòng thứ baGiá

Nhũ vàng

x 0.1Nhũ bạc x 0.01

Vàng Tím Nhũ

vàng

4 7 x 0.1 = 4.7Ω

vòng thứ

nhất

vòng thứ hai

vòng thứ baGiá

trị

Gia giảmvòng thứ tư

Hình V.9Giá trị của điện trở:

Kết quả: 47000Ω hay 47KΩ, sai số ±10%

c Điện trở có năm vòng màu: là điện trở có độ chính xác cao.

Hình V.11: Điện trở có năm vòng màuQuy ước màu sắc giống điện trở có bốn vòng màu

Sai số trong điện trở năm vòng màu cũng giống như điện trở có bốnvòng màu

Ví dụ 1: Điện trở có năm vòng màu theo thứ tự: nâu, tím, đỏ, đỏ, nâu

Hình V.12

Giá trị điện trở: nâu, tím, đỏ, đỏ, nâu

Kết quả: 17200Ω hay 17.2KΩ sia số ±1%

2.2.2 Ghép các điện trở

* Ghép nối tiếp các điện trở.

Xét mạch điện gồm một nguồn điện có điện áp V và ba điện trởR1,R2,R3 mắc nối tiếp như hình vẽ

Hình V.25: Ghép nối tiếp các điện trở

Trường hợp tổng quát: nếu có n điện trở mắc nối tiếp với nhau thìđiện trở tương đương của mạch là:

Rtđ = R1 + R2 + R3 +… + Rn

Vàng4

Tím

7 m Ca000

Nhũ bạc

Vòngthứ ba

Vòngthứ tư

Vòngthứ năm

Chỉ sốThứ ba

Chỉ số các số không thêm vào

Chỉ sai số

Nâu

1 Tím 7 Đỏ 2 Đỏ 2 Nâu±1%

V

+-

R1R2

R3

V+

Kết luận: Khi ghép nhiều điện trở nối tiếp nhau thì điện trở tương

đương có trị số bằng tổng trị số của các điện trở hợp thành.

* Ghép song song các điện trở

Xét mạch điện ba điện trở R1,R2,R3 mắc song song như hình vẽ

Hình V 26: Ghép song song các điện trở

Trường hợp tổng quát: nếu có n điện trở R1,R2,R3…….Rn ghép song songvới nhau thì điện trở điện trở tương đương của mạch được tính theo côngthức:

td

R

1

= 1

td

R

1

= 1

2 1

2

1

R R

R R

+

2.1.3.Các linh kiện khác cùng nhĩm và ứng dụng

2.1.3.1 Các linh kiện cùng nhĩm.

* Điện trở nhiệt:

Là linh kiện điện trở có giá trị phụ thuộc vào nhiệt độ thường là

“tẹc-mi-to” (thermistor) Điện trợ nhiệt có hai loại:

- NTC (negative temperature coefficient): Là điện trở nhiệt có hệ sốnhiệt âm Khi nhiệt độ tăng lên, trị số điện trở giảm xuống

- PTC (positive temperature coefficient): Là điện trở nhiệt có hệ sốnhiệt dương Khi nhiệt độ tăng lên, trị số điện trở tăng theo

Điện trở nhiệt thường dùng trong các mạch khuếch đại để ổn địnhnhiệt và dùng làm cảm biến trong các m,ạch điều khiển nhiệt độ tựđộng

Ký hiệu nhiệt điện trở trên sơ đồ là:

Hình V.20: Ký hiệu nhiệt điện trở

Là loại điện trở có giá trị phụ thuộc vào ánh sáng vào Khi độ sángcàng mạnh, giá trị của nó càng nhỏ và ngược lại

* Quang trở(LDR-light dependent resisitor):

Vật liệu dùng để chế tạo quang trở thường là sulfurcaminum, nêntrên sơ đồ, quang trở thường có ký hiệu là Cds

R1 R2V

+

I3

I2

I1

Ngày nay, quang trở được ứng dụng rất rộng rãi trong các mạch điệntử, nhất là trong các mạch tự động điều khiển bằng ánh sáng như mạchđếm sản phẩm, mạch tự động tắt mở đèn đường khi trới sáng, tối,mạch báo động, mạch tự động đóng mở cửa….

Trên sơ đồ, quang trở được ký hiệu:

Hình V.21: Ký hiệu của quang trở

* Điện trở thay đổi theo điện áp: (VDR Voltage dependent resistor):

Là loại điện trở có giá trị thay đổi theo điện trở đặt vào hai cực.Khi điện áp giữa hai cực của VDR nhỏ hơn điện áp quy định thì VDR có giátrị rất lớn, xem như hở mạch Khi điện áp ở hai cực của VDR tăng cao quámức quy định thì VDR có điện trở rất nhỏ, xem như nối tắt

VDR có hình dạng giống như điện trở nhiệt nhưng nặng hơn

Ký hiệu VDR trên sơ đồ:

Hình V.22: Ký hiệu VDR

* Điện trở cầu chì (Fusiitor):

Là loại điện trở có giá trị rất nhỏ, khoảng vài ohm, thường đượcdùng để mắc trên các đường cung cấp nguồn của các mạch điện tửcó dòng tải lớn như tầng công suất trong amply, mạch quét trong tivi…

Khi dòng tải lớn hơn giá trị cho phép thì điện trở cầu chì sẽ bị đứtđể bảo vệ các linh kiện khác trong mạch

Trên sơ đồ điện trở cầu chì được ký hiệu:

Hình V.23: Điện trở cầu chì

* Mạng điện trở (Resistornetword)

Trong một số mạch điện người ta cần thiết kế gọn nhẹ, các điệntrở được “nhhốt” trong cùng một vỏ, giá trị các điện trở này là nhưnhau, chúng có một điểm chung

Thí dụ: mạng 5 điện trở 10KΩ

2.1.3.2.Ưng dụng

* Ưùng dụng điện trở

- Cầu phân áp

Do thực tế, người ta cần dùng rất nhiều loại mức điện thế để cungcấp cho mạch điện tử hoạt động, cho nên người ta phải dùng cầu phânáp chia điện áp nguồn ra một tỷ lệ nào đó để lấy ra điện áp mongmuốn, cầu phân áp được dùn g rất rộng rãi trong các mạch điện tử,dưới đây là phân mô tả cấu tạo cầu phân áp và cách tính điện áp ởngõ ra cầu phân áp

V0 =

2 1

2

R R

R

+ x Vcc

Hình V.27: Cầu phân áp

- Phân phối dòng điện thích hợp cho tải

Trong nhiều trường hợp, điện áp nguồn và điện áp tải không tươngxứng nhau, người ta dùng điện trở để phân phối dòng thích hợp cho tải,phương pháp này có nhược điểm là ta phải chịu tổn thất về điện năng

do điện trở phân dòng gánh nên chỉ thích hợp đồi với những tải códòng nhỏ

Ví dụ: Ta cĩ nguồn ắc qui 12V

* Các hư hỏng thường gặp trên điện trở

Hư hỏng thường gặp trên điện trở là tăng trị số hoặc bị đứt, rất hiếm gặp trường hợp điện trở có giá trị bị giảm

V0

VCC

R1

R2

2.2 TỤ ĐIỆN:

2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu

2.2.1.1 Cấu Tạo:

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phânloại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá

Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hoá

2.2.1.2 Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu là C

2.2.2 Đặc tính nạp xả của tụ

Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ tính chất này mà tụ có khả năng dẫnđiện xoay chiều

Minh hoạ về tính chất phóng nạp của tụ điện.

* Tụ nạp điệ : Như hình ảnh trên ta thấy rằng, khi công tắc K1 đóng, dòng điện từ nguồn U đi qua bóngđèn để nạp vào tụ, dòng nạp này làm bóng đèn loé sáng, khi tụ nạp đầy thì dòng nạp giảm bằng 0 vì vậybóng đèn tắt

* Tụ phóng điện: Khi tụ đã nạp đầy, nếu công tắc K1 mở, công tắc K2 đóng thì dòng điện từ cực dương(+) của tụ phóng qua bóng đền về cực âm (-) làm bóng đèn loé sáng, khi tụ phóng hết điện thì bóng đèn tắt => Nếu điện dung tụ càng lớn thì bóng đèn loé sáng càng lâu hay thời gian phóng nạp càng lâu

2.2.3 Phân loại:

- Tụ giấy - Tụ mica - Tụ nilon - Tụ dầu - Tụ gốm - Tụ hóa học

* Với tụ hoá : Giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ

=> Tụ hoá là tụ có phân cực (-) , (+) và luôn luôn có hình trụ

2.2.4.1 Cách đọc : Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3 )

Ví dụ tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa là

Giá trị = 47 x 10 4 = 470000 p ( Lấy đơn vị là picô Fara)

= 470 n Fara = 0,47 µF

Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5% hay 10% của tụ điện

2.2.4.2 Cách đo tụ điện:

Dùng Vom ở thang đo Ω đưa 2 que đo vào hai chân tụ điện và thực hiện đổi que

đo Sau 2 lần đo nếu:

- Kim lên một giá trị nào đó rồi trở về lại vị trí ban đầu (∞ Ω ) thì chứng tỏ

tụ còn tốt

- Kim lên một giá trị nào đó nhưng trở về không đến ∞ Ω thì tụ bị rò rỉ

- Kim lên một giá trị nào đó rồi đứng im tại vị trí đó thì tụ bị khô

- Kim lên đến giá trị 0 Ω thì tụ bị chấp 2 bản cực với nhau

2.3 CUỘN DÂY (CUỘN CẢM)

2.3.1 Cấu tạo, ký hiệu quy ước và cách đọc

• Cấu tạo

Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cách điện, lõi cuộn

dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi thép kỹ thuật

L : là hệ số tự cảm của cuôn dây, đơn vị là Henrry (H)

n : là số vòng dây của cuộn dây

l : là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét (m)

S : là tiết diện của lõi, tính bằng m2

µr : là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi

* Thí nghiệm trên minh hoạ : Cuộn dây nối tiếp với bóng đèn sau đó được đấu vào các nguồn điện 12V

nhưng có tần số khác nhau thông qua các công tắc K1, K2 , K3 , khi K1 đóng dòng điện một chiều đi quacuộn dây mạnh nhất ( Vì ZL = 0 ) => do đó bóng đèn sáng nhất, khi K2 đóng dòng điện xoay chỉều 50Hz điqua cuộn dây yếy hơn ( do ZL tăng ) => bóng đèn sáng yếu đi, khi K3 đóng , dòng điện xoay chiều 200Hz điqua cuộn dây yếu nhất ( do ZL tăng cao nhất) => bóng đèn sáng yếu nhất

=> Kết luận : Cảm kháng của cuộn dây tỷ lệ với hệ số tự cảm của cuộn dây và tỷ lệ với tần số dòng điện

xoay chiều, nghĩa là dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì đi qua cuộn dây càng khó, dòng điện mộtchiều có tần số f = 0 Hz vì vậy với dòng một chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = 0

Thí nghiệm về cảm kháng của cuộn dây với dòng điện xoay chiều

* Điện trở thuần của cuộn dây

Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng, thông thường cuộndây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần còn gọi là điệntrở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động

2.3.3 Tính chất nạp, xả của cuộn cảm và ứng dụng

* Cuộn dây nạp năng lương : Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng

dưới dạng từ trường được tính theo công thức

W = L.I 2 / 2

W : năng lượng ( June )

L : Hệ số tự cảm ( H )

I dòng điện

Thí nghiệm về tính nạp xả của cuộn dây

Ở thí nghiệm trên : Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần ( do cuộn dây sinh ra cảm khángchống lại dòng điện tăng đột ngột ) vì vậy bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2 đóng, năng lương nạptrong cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => đó làhiên tượng

* Ứng dụng:

+ Cho dßng mét chiÒu ®i qua

+ Ng¨n dßng cao tÇn

+ M¹ch céng hëng

2.3.4 Cách đo cuộn dây

Dùng đồng hồ VOM ở thang đo Ω ở thang đo x1 hoặc x10 đưa hai que d0o vào 2 đầu cuộn dây

- Nếu kim không lên (=∞Ω) thì cuộn dây bị đứt

- Nếu kim lên = 0Ω thì cuộn dây bị chập

- Nếu kim len chỉ một giá trị điện trở nào đó thì cuộn dây tốt

Lưu ý: Đối với những cuộn dây có tiết diện dây nhỏ và điện trở thuần nhỏ thì khi đo bằng VOM không thể xác định được là cuộn dây bị chập hay còn tốt mà phải có dụng cụ đo chuyên dụng mới phát hiện được

Sơ đồ cung cấp điện đơn giản

Ta có, dòng điện truyền tải trên đường dây:

I = P/(Ucos)

Và tổn hao công suất trên đường dây:

P = Rd I2 = RdP2/(U2cos2) Trong đó: P là công suất truyền tải trên đường dây; U là điện áp truyền tải của lưới điện; Rd là điện trở đườngdây tải điện và cos là hệ số công suất của lưới điện, còn là góc lệch pha giữa dòng điện I và điện áp U

Từ các công thức trên cho ta thấy, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp truyền tảicàng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ càng bé, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống,tiết kiệm được kim loại màu, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây sẽ giảm xuống Vì thế, muốntruyền tải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu người ta phải dùng điện áp cao, thường là

35, 110, 220, 500kV Trên thực tế các máy phát điện chỉ phát ra điện áp từ 3 ÷ 21kV, do đó phải có thiết bịtăng điện áp ở đầu đường dây Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0.4 ÷ 6kV, vì vậycuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống

2.4.2 Cấu tạo máy biến áp

Máy biến áp có các bộ phận chính sau dây : lõi thép, dây quấn

• Lõi thép MBA

Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông, được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuậtđiện có bề dày từ 0,35 ÷ 1 mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõithép Lõi thép gồm hai phần: Trụ và Gông Trụ T là phần để đặt dây quấn còn gông G là phần nối liền giữacác trụ để tạo thành mạch từ kín

• Dây quấn MBA

làm bằng dây dẫn đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện Dâyquấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn vàlõi thép đều có cách điện Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn Khi các dây quấn đặt trên cùngmột trụ thì dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép còn dây quấn điện áp cao đặt bên ngoài Làm như vậy sẽgiảm được vật liệu cách điện

2.4.3 Nguyên lý hoạt động máy biến áp

Hình vẽ sơ đồ nguyên lý của MBA một pha hai dây quấn Dây quấn 1 có N1 vòng dây được nối với nguồn điện áp xoay chiều u1, gọi là dây quấn sơ cấp Ký hiệu các đại lượng phía dây quấn sơ cấp đều có con

số 1 kèm theo như u1, i1, e1,

Dây quấn 2 có N2 vòng dây cung cấp điện cho phụ tải Zt, gọi là dây quấn thứ cấp

Ký hiệu các đại lượng phía dây quấn thứ cấp đều có con số 2 kèm theo như u2, i2, e2,

Đặt điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ, trong dây quấn sơ sẽ có dòng i1 Trong lõi thép sẽ có từthông Φ móc vòng với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sđđ e1 và e2 Khi MBA có tải,trong dây quấn thứ sẽ có dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2 Từ thông Φ móc vòng với cả hai dâyquấn sơ cấp và thứ cấp gọi là từ thông chính

Giả thử điện áp u1 sin nên từ thông Φ cũng biến thiên sin, ta có:

Theo định luật cảm ứng điện từ, các sđđ cảm ứng e1, e2 sinh ra trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA là:

trong đó, E1, E2 là trị sô hiệu dụng của sđđ sơ cấp và thứ cấp, cho bởi:

Nếu giả thiết MBA đã cho là MBA lý tưởng, nghĩa là bỏ qua sụt áp gây ra do điền trở và từ thông tản của dâyquấn thì E1 ≈ U1 và E2 ≈ U2 :

Nếu N2 > N1 thì U2 > U1 và I2 < I1 : MBA tăng áp

Nếu N2 < N1 thì U2 < U1 và I2 > I1 : MBA giảm áp

2.4.4 Các đại lượng định mức

Các đại lượng định mức của MBA qui định điều kiện kỹ thuật của máy Các đại lượng nầy do nhà máychế tạo qui định và ghi trên nhãn của MBA

- Dung lượng (công suất định mức) Sđm (VA hay kVA) là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dâyquấn thứ cấp của MBA

- Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm (V, kV) là điện áp của dây quấn sơ cấp

- Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (V hay kV) là điện áp của dây quấn thứ cấp khi MBA không tải vàđiện áp đặt vào dây quấn sơ là định mức U1 = U1dm

- Dòng điện dây sơ cấp định mức I1đm (A hay kA) và thứ cấp định mức I2đm là những dòng điện dây của dâyquấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức

- Tần số định mức fđm(Hz) Các MBA điện lực có tần số công nghiệp 50Hz

Ngoài ra trên nhãn MBA còn ghi các số liệu khác như: tần số, số pha m, sơ đồ và tổ nối dây

2.4.5 Các chế độ làm việc của máy biến áp

• Chế độ không tải:

Chế độ không tải là chế độ mà phía thứ cấp hở mạch, phía sơ cấp đặt vào điện áp

* Các đặc điểm ở chế độ không tải

-Dòng điện không tải:

Từ phương trình trên, ta có dòng điện không tải:

Tổng trở Z0 thường rất lớn vì thế dòng điện không tải nhỏ, khoảng bằng 2% - 10% dòng điện định mức

- Công suất không tải:

Công suất phía sơ cấp bằng không, song máy vẫn tiêu thụ công suất P0, công suất P0 gồm công suấttổn hao trên điện trở dây quấn và tổn hao sắt từ

- Hệ số công suất không tải:

Công suất phản kháng không tải Q0 rất lớn so với công suất tác dụng không tải P0 Hệ số công suấtlúc không tải thấp:

Vì vậy không nên để máy làm việc ở chế độ không tải hoặc non tải

• Chế độ ngắn mạch của MBA

Chế độ ngắn mạch là chế độ mà phía thứ cấp bị nối tắt lại, sơ cấp vẫn đặt vào điện áp Trong vận hành, donhiều nguyên nhân làm MBA bị ngắn mạch

* Đặc điểm ở chế độ ngắn mạch

- Dòng điện ngắn mạch khi điện áp sơ cấp định mức:

Vì tổng trở ngắn mạch nhỏ nên dòng điện ngắn mạch thường rất lớn bằng 10-25 lần dòng điện định mức,nguy hiểm đối với máy biến áp và ảnh hưởng tới các tải dùng điện

2 0

2 0

0 2

0

2 0

0

+

= +

=

Q P

P X

Z U

2 1 2 2

1 2

1

W

W U U W

W U

• Chế độ có tải của máy biến áp

Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp nối với nguồn điện áp định mức, dây quấn thứ cấpnối với tải Để đánh giá mức độ tải, người ta đưa ra hệ số tải kt

kt = 1 tải định mức; kt <1 non tải; kt >1 quá tải

2.4.6 Các máy biến áp đặc biệt

- Máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu chỉ có một dây quấn, dây sơ cấp W1 đồng thời có một phần là W2 là dây quấn thứcấp Nếu đặt vào cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều U1 thì ở thứ cấp có điện áp U2 xoay chiều, ta có:

Máy biến áp tự ngẫu có hệ số an toàn cho người vận hành không cao Vì hai cuộn dây là một, sơ cấp

và thứ cấp trực tiếp liên hệ với nhau

Máy biến áp tự ngẫu được sử dụng để tăng giảm điện trong gia đình, trong phòng thí nghiệm, vớibiến áp tự ngẫu 3 pha được dùng để mở máy động cơ không đồng bộ công suất lớn

- Máy biến áp hàn hồ quang

Máy biến áp hàn hồ quang đựơc chế tạo đặc biệt so với các loại MBA thông thường: MBA hànđựơc thiết kế để làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại và chịu đựơc sự thay đổi trạng thái đột ngột từ trạng tháikhông tải sang trạng thái ngắn mạch Để hạn chế dòng điện ngắn mạch các cuộn dây phải có điện kháng cao

- Một MBA 1 pha có điện áp sơ cấp 380V hoặc 220V (để tiện sử dụng) và điện áp thứ cấp khoảng (60÷75) V

- Để hạn chế dòng điện ngắn mạch thì các cuộn dây phải có hệ số L cao, vì vậy thứ cấp nối thêm cuộnkháng

Khi chấm que hàn vào vật hàn là tấm kim loại, sẽ có dòng điện lớn chạy qua, làm nóng chỗ tiếp xúc.Khi kéo que hàn tách khỏi tấm kim loại một khoảng hẹp, điện trường tập trung ở khoảng cách giữa que hàn

và tấm kim loại có cường độ lớn, gây ion hóa chất khí, sinh ra hồ quang và tỏa nhiệt rất lớn, làm nóng chảychỗ hàn

%100

%

1đm

n n

Muốn điều chỉnh dòng hàn, ta phải điều chỉnh điện kháng XK của cuộn kháng bằng cách thay đổikhe hở của không khí ở của lõi thép.

2.4.7 Phương pháp đo kiểm tra Máy biến áp

• Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω, đặt hai que đo vào hai đầu cuộn dây, nếu:

- Kim chỉ giá trị ∞Ω thì kết luận MBA bị đứt

- Kim chỉ 0 Ω thì kết luận MBA bị chập

Kim chỉ một giá trị nhỏ kết luận MBA còn tốt

W

Vật dẫn

Chương III: LINH KIỆN TÍCH CỰC 3.1 CHẤT BÁN DẪN

3.1.1 Khái niệm chất bán dẫn

Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor, IC mà ta đã

thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay

Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diệnhoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử đó là các chất Germanium( Ge) và Silicium (Si)

Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫnloại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor

Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử Si (Ge) liênkết với nhau theo liên kết cộng hoá trị như hình dưới

3.2 DIODE

3.2.1 Cấu tạo, ký hiệu và phân loại

*Cấu tạo :

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được

một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếchtán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion nàytạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode

* Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn

Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn

* Phân cực thuận cho Diode.

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vào Katôt (vùng bán dẫn N) ,

khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cựcđạt 0,6V (với Diode loại Si) hoặc 0,2V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không

=> Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênhlệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

Diode (Si) phân cực thuận

- Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V

D

Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode

* Kết luận : Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có

dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diodetăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V

* Phân cực ngược cho Diode.

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫnP), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mốitiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng

Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V

3.2.3 Các đặc tính và ứng dụng :

Ứng dụng của Diode bán dẫn

* Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoaychiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động trong mạchchỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng

Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều

* Cấu tạo : Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau,Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diodethường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trêndiode

Ký hiệu và ứng dụng của Diode zener trong mạch.

Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi, Dz là diode ổn áp, R1 là trởhạn dòng

Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi

Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng30mA

Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => 2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngượclớn nhất qua Dz < 30mA

Nếu U1 < Dz thì khi U1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi Nếu U1 > Dz thì khi U1 thay đổi => áp trên Dz không đổi.

2 Diode Thu quang ( Photo Diode )

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sángchiếu vào mối P - N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode

Ký hiệu của Photo Diode

Minh hoạ sự hoạt động của Photo Diode

3 Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA

Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv

Diode phát quang LED

4 Diode Varicap ( Diode biến dung )

Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngượcđặt vào Diode

Ứn dụng của Diode biến dung Varicap ( VD ) trong mạch cộng hưởng

Ở hình trên khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi , điện dung của diodethay đổi => làm thay đổi tần số công hưởng của mạch

Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởngbằng điện áp

5 Diode xung

Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu diodexung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thếvào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung

Về đặc điểm , hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xungthường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng

Ký hiệu của Diode xung

6 Diode tách sóng

Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P

- N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng đểtách sóng tín hiệu

- Phương pháp đo kiểm tra Diode

Đo kiểm tra Diode

• Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu :

• Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim khônglên là => Diode tốt

• Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập

• Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

• Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt

•Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị rò

3.3 TRANSISTOR LƯỠNG CỰC: BJT

3.3.1 Cấu tạo, ký hiệu quy ước

• Cấu tạo của Transistor ( Bóng bán dẫn )

Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếughép theo thứ tự PNP ta được ransistor thuận ,nếu ghép theo thứ tự NPN ta đượcTransistor ngược về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấungược chiều nhau

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cựcthu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn(loại N hay P ) hưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vịcho nhau được

• Ký hiệu quy ước

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất nhưngthông dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung quốc

Transistor Nhật bản : thường ký hiệu là A , B , C , D

Ví dụ A564, B733, C828, D1555 trong đó các Transistor ký hiệu là A và B là Transistorthuận PNP còn ký hiệu là C và D là Transistor ngược NPN các Transistor A và C thường

có công uất nhỏ và tần số làm việc cao còn các Transistor B và D thường có công xuấtlớn và tần số làm việc thấp hơn

� Transistor do Mỹ sản xuất thường ký hiệu là 2N ví dụ

2N3055, 2N4073 vv

� Transistor do Trung quốc sản xuất : Bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chũcái Chữ cái thức nhất cho biết loại bóng : Chữ A và B là bóng thuận , chữ C và D làbòng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm : X và P là bòng âm tần, A và G là bóngcao tần Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm Thí dụ : 3CP25 phân loại : trường vàlưỡng cực

Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C

và (-) nguồn vào cực E

Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E ,trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E

Khi công tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫnkhông có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )

Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ(+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thànhdòng IB

Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóngđèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB

Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo mộtcông thức IC = β.IB

Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Giải thích: Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua

mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, thì xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tạicực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số ượng lỗ trống rấtnhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB cònphần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thànhdòng ICE chạy qua Transistor

- Xét hoạt động của Transistor PNP

Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tínhcủa các nguồn điện UCE và UBE ngược lại Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ Esang B

• Các thông số kỹ thuật

Dòng điện cực đại: Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn này Transistor sẽ bị hỏng Điện áp cực đại: Là điện áp giới hạn của transistor đặt vào cực CE, vượt qua điện áp giới hạn này

Transistor sẽ bị đánh thủng

Tấn số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch

đại của Transistor bị giảm

Hệ số khuyếch đại : Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE

Công xuất cực đại : Khi hoat động Transistor tiêu tán một công xuất P = UCE ICE nếu công xuất này vượt quá công xuất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị hỏng

B PHẦN THỰC HÀNH KỸ NĂNG NGHỀ

- Cách xác định chân E, B, C của Transistor

• Với các loại Transistor công xuất nhỏ thì thứ tự chân C và B tuỳ theo bóng của nước nào sả xuất ,nhựng chân E luôn ở bên trái nếu ta để Transistor như hình dưới

• Nếu là Transistor do Nhật sản xuất : thí dụ Transistor C828, A564 thì chân C ở giữa , chân B ở bênphải

• Nếu là Transistor Trung quốc sản xuất thì chân B ở giữa , chân C ở bên phải

• Tuy nhiên một số Transistor được sản xuất nhái thì không theo thứ tự này => để biết chính xác ta dùng