Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Điện tử cơ bản): Phần 1 - CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

(NB) Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Điện tử cơ bản): Phần 1 cung cascp nội dung chính như sau: Linh kiện thụ động, chất bán dẫn và diode, transistor lưỡng cực. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung của giáo trình.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

TỬ, ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG, TỰ ĐỘNG HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN

HỆ CAO ĐẲNG NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐHKK, ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP, KỸ THUẬT SỮA CHỮA LẮP RÁP MÁY TÍNH

HỆ TRUNG CẤP: CNKT NHIỆT (ĐIỆN LẠNH))

TP HỒ CHÍ MINH, 09 - 2018

(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 1

1.1 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN 1

1.1.1 Định luật Ohm 1

1.1.2 Định luật phân áp 1

1.1.3 Định luật phân dòng 3

1.1.4 Biến đổi tương đương giữa nguồn dòng và nguồn áp 3

1.2 ĐIỆN TRỞ (RESISTOR) 5

1.2.1 Khái niệm 5

1.2.2 Ký hiệu 5

1.2.3 Đơn vị 5

1.2.4 Các thông số kỹ thuật 5

1.2.5 Công dụng 6

1.2.6 Phân loại và cấu tạo 6

1.2.7 Cách biểu thị giá trị điện trở 7

1.2.8 Điện trở SMD (SMD-Surface Mount Devices) 9

1.2.9 Biến trở 11

1.2.10 Ghép điện trở 12

1.3 TỤ ĐIỆN (CAPACITOR) 12

1.3.1 Khái niệm 12

1.3.2 Ký hiệu 12

1.3.3 Đơn vị 13

1.3.4 Thông số kỹ thuật 13

1.3.5 Công dụng 13

1.3.6 Phân loại 13

1.3.7 Cấu tạo 13

1.3.8 Cách ghi giá trị điện dung 15

1.3.9 Đặc tính của tụ điện 16

1.3.10 Ghép tụ điện 16

1.4 CUỘN CẢM (INDUCTOR) 17

1.4.1 Khái niệm 17

1.4.2 Ký hiệu 17

1.4.3 Đơn vị 17

1.4.4 Cách ghi giá trị độ tự cảm 18

1.4.5 Đặc tính của cuộn cảm 18

1.4.6 Phân loại và cấu tạo 18

1.4.7 Ghép cuộn dây 18

1.4.8 Công dụng 19

CHƯƠNG 2: CHẤT BÁN DẪN VÀ DIODE 25

2.1 CHẤT BÁN DẪN 25

2.1.1 Khái niệm 25

2.1.2 Chất bán dẫn thuần 25

2.1.3 Chất bán dẫn pha tạp 26

2.1.4 Mối nối P-N 28

2.2 DIODE BÁN DẪN 28

2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu 28

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 29

2.2.3 Đặc tuyến Vôn - Ampe của Diode 30

2.2.4 Điện trở của diode 31

2.2.5 Mạch điện tương đương của diode 32

2.2.6 Cơ chế đánh thủng trong diode 36

2.2.7 Các thông số kỹ thuật của diode 37

2.3 MỘT SỐ DIODE BÁN DẪN 37

2.3.1 Diode chỉnh lưu 37

2.3.2 Diode phát quang – LED (Light Emitting Diode) 37

2.3.3 Diode zener 39

2.4 ỨNG DỤNG CỦA DIODE 41

2.4.1 Chỉnh lưu 41

2.4.2 Ứng dụng của diode zener trong mạch ổn áp 45

2.4.3 Mạch nguồn DC 46

2.4.4 Mạch chỉnh lưu tăng đôi điện thế kiểu Latour 48

2.4.5 Mạch ghim 48

CHƯƠNG 3: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC 57

3.1 TỔNG QUAN VỀ BJT 57

3.2 CÁC TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG CỦA TRANSISTOR LƯỠNG CỰC 58

3.2.1 Mạch phân cực cơ bản 58

3.2.2 Đặc tuyến Vôn – Ampe 60

3.3 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA BJT 62

3.3.1 Hệ số khuếch đại dòng điện DC (hFE) 62

3.3.2 Điện áp giới hạn 63

3.3.3 Dòng điện giới hạn 63

3.3.4 Công suất giới hạn 63

3.4 PHÂN CỰC CHO BJT 64

3.4.1 Phân cực bằng hai nguồn riêng 64

3.4.2 Phân cực bằng một nguồn chung (cực B, fixed bias) 67

3.4.3 Phân cực bằng một nguồn chung có điện trở ổn định nhiệt RE 70

3.4.4 Phân cực bằng mạch chia áp 73

3.4.5 Phân cực hồi tiếp từ cực C 77

3.5 BJT LÀM VIỆC TRONG CHẾ ĐỘ CHUYỂN MẠCH 79

3.6 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR 81

3.6.1 Mô hình tương đương AC của BJT 81

3.6.2 Mạch khuếch đại mắc kiểu E chung (CE) 81

3.6.3 Mạch khuếch đại tín hiệu ngỏ mắc cực thu chung (CC) 86

3.6.4 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ mắc cực nền chung (CB) 87

CHƯƠNG 4: TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG - FET 97

4.1 KHÁI NIỆM 97

4.2 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG LOẠI MỐI NỐI – JFET (JUNCTION FET) 97

4.2.1 Cấu tạo 97

4.2.2 Nguyên lý hoạt động và đặc tuyến Volt-Ampe 97

4.2.2.1 Xét trường hợp VGS = 0 (ngắn mạch G-S), VDS>0: 98

4.2.2.2 Xét trường hợp VGS < 0, VDS > 0: 99

4.2.2.3 Vùng thắt kênh – Vùng bão hòa: 100

4.2.3 Phân cực cho JFET 100

4.2.3.1 Mạch phân cực cố định (fixed bias): 100

4.2.3.2 Mạch tự phân cực: 103

4.2.3.3 Phân cực dùng cầu phân áp: 107

4.3 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG LOẠI CỰC CỔNG CÁCH LY –

MOSFET 110

4.3.1 MOSFET kênh có sẵn D-MOSFET (Deleption MOSFET) 110

4.3.1.1 Cấu tạo: 110

4.3.1.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản và các đặc tuyến Vôn-Ampe: 110

4.3.1.3 Phân cực D-MOSFET: 111

4.3.2 MOSFET kênh cảm ứng E-MOSFET (Enhancement MOSFET) 117

4.3.2.1 Cấu tạo: 117

4.3.2.2 Đặc tuyến Vôn–Ampe: 117

4.3.2.3 Phân cực cho E-MOSFET: 118

4.4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ SỬ DỤNG TRANSISTOR TRƯỜNG FET 122

4.4.1 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ mắc CS 124

4.4.2 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ mắc CD 125

4.4.3 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ mắc CG 127

CHƯƠNG 5: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 134

5.1 GIỚI THIỆU OP-AMP 134

5.1.1 Ký kiệu và đặc tính của Op-Amp 134

5.1.2 Đặc tuyến truyền đạt của Op-Amp 135

5.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI SỬ DỤNG OP-AMP 136

5.2.1 Mạch khuếch đại không đảo 136

5.2.2 Mạch đệm không đảo 137

5.2.3 Mạch khuếch đại đảo 138

5.2.4 Mạch khuếch đại cộng đảo 139

5.2.5 Mạch khuếch đại cộng không đảo 141

5.2.6 Mạch trừ 144

5.3 MẠCH SO SÁNH SỬ DỤNG OP-AMP 145

5.3.1 Mạch so sánh với điện áp 0V 145

5.3.2 Mạch so sánh điện áp với điện áp chuẩn Vref 146

5.4 Mạch schmitt trigger: 148

5.4.1 Mạch schmitt trigger đảo – đối xứng: 148

5.4.2 Mạch schmitt trigger đảo – không đối xứng: 150

5.4.3 Mạch schmitt trigger không đảo – đối xứng 153

CHƯƠNG 6: THYSISTOR 162

6.1 GIỚI THIỆU HỌ THYRISTOR 162

6.2 SCR (SILICON - CONTROLLED RECTIFIER) 162

6.2.1 Tổng quan SCR 162

6.2.2 Nguyên lý hoạt động SCR 163

6.2.3 Đặc tuyến Vôn-Ampe của SCR 164

6.2.4 Các ứng dụng của SCR 165

6.3 DIAC 167

6.3.1 Tổng quan DIAC 167

6.3.2 Nguyên lý hoạt động 167

6.3.3 Đặc tuyến vôn – ampe của DIAC 168

6.4 TRIAC 168

6.4.1 Tổng quan TRIAC 168

6.4.2 Nguyên lý hoạt động 169

6.4.3 Đặc tuyến vôn – ampe 169

6.4.4 Ứng dụng của triac 171

CHƯƠNG 7: LINH KIỆN QUANG 174

7.1 GIỚI THIỆU 174

7.2 DIODE PHÁT QUANG (LED) 174

7.2.1 Cấu tạo 174

7.2.2 Phân loại 174

7.2.3 Ứng dụng 175

7.2.4 LED 7 đoạn 177

7.3 MẶT CHỈ THỊ TINH THỂ LỎNG (LCD) 177

7.3.1 Giới thiệu 177

7.3.2 Cấu tạo thanh LCD 178

7.4 QUANG ĐIỆN TRỞ (PHOTORESISTOR) 178

7.4.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: 178

7.4.2 Ứng dụng 178

7.5 QUANG DIODE (PHOTODIODE) 179

7.5.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 179

7.5.2 Ứng dụng 180

7.6 QUANG TRANSISTOR (PHOTOTRANSISTOR) 181

7.6.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 181

7.6.2 Ứng dụng 182

7.7 CÁC BỘ GHÉP QUANG (OPTO – COUPLERS) 183

7.7.1 Cấu tạo 183

7.7.2 Nguyên lý hoạt động 183

7.7.3 Đặc trưng kỹ thuật 183

7.7.4 Ứng dụng 183

PHỤ LỤC 187

CHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG

1.1 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN

1.1.1 Định luật Ohm

Cường độ dòng điện I chạy qua một đoạn mạch có điện trở R tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U hai đầu đoạn đoạn mạch đó và tỉ lệ nghịch với điện trở

Hình 1.1 Định luật Ohm

U I R

Trong đó:

U là điện áp giữa 2 đầu đoạn mạch, đơn vị là volt (V)

R là điện trở của vật dẫn, đơn vị là ohm (Ω)

I là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn, đơn vị là ampe (A)

Lưu ý: Dòng điện được quy ước là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích dương (ngược với chiều của các hạt mang điện tích âm)

Ví dụ 1.1: Tính cường độ dòng điện I trong mạch hình 1.1 Biết hiệu điện thế U=12 VDC và R=10Ω

Giải:

12 1.2( ) 10

U

R

Ví dụ: 1.2: Tính điện trở R trong mạch hình 1.1 Biết rằng dòng điện trong mạch I = 20mA và hiệu điện thế U= 36 VDC

………

………

………

………

Ví dụ: 1.3: Tính điện áp U trong mạch hình 1.1 Biết rằng dòng điện trong mạch I = 20μA và R=100kΩ ………

………

………

………

1.1.2 Định luật phân áp

Mạch phân áp có dạng như hình 1.2

Dòng điện qua điện trở R1 và R2 là dòng điện I xác định qua công thức:

1 2

in

U I



Điện áp ra Uout cũng là điện áp giữa 2 đầu điện trở R2 được tính như sau:

R A

U

B I

2 2

1 2

in out

R U

Hình 1.2 Mạch phân áp

Ví dụ 1.4: Cho mạch như hình 1.2, dựa vào mối quan hệ phân áp hãy tính Uout Biết rằng Uin

=12 VDC, R1=1kΩ, R2=10kΩ

Giải:

2 2

1 2

10.9( )

in out

R U



Ví dụ 1.5: Cho đoạn mạch như hình 1.3 với Uin = 6 VDC, R1=1 kΩ, R2=10 kΩ, R3=100kΩ Hãy tìm Uout

Hình 1.3 Mạch ví dụ

………

………

………

………

………

………

Ví dụ 1.6: Cho đoạn mạch như hình 1.3 với Uout = 1.5 VDC, R1=150Ω, R2=3.3kΩ, R3=330Ω Hãy tìm Uin ………

………

………

………

R1

R2 Uout+

-+

Uin

-R1

R2 Uout+

-+

Uin

………

1.1.3 Định luật phân dòng Mạch phân dòng có dạng như hình1.4: R2 I R1 I1 I2 Hình 1.4 Mạch phân dòng dùng nguồn dòng Công thức tính dòng điện tại các nhánh: 2 1 1 2 1 2 1 2 R I I R R R I I R R                 (1.4) Ví dụ 1.7: Cho mạch như hình 1.4 Hãy tìm I1, I2 Biết rằng R1 =5.6kΩ, R2=1kΩ, I=40mA ………

………

………

………

………

Ví dụ 1.8: Cho mạch như hình 1.4 Hãy tìm I1, I2 Biết rằng R1 =39Ω, R2=22Ω, I=5A ………

………

………

………

………

1.1.4 Biến đổi tương đương giữa nguồn dòng và nguồn áp

Trong mạch điện nguồn áp có thể được biến đổi sang nguồn dòng và nguồn dòng có thể được biến đổi sang nguồn áp

R

V

Hình 1.5 Biến đổi tương đương giữa nguồn áp và nguồn dòng Biến đổi mạch gồm một nguồn áp mắc nối tiếp với một điện trở sang mạch gồm một nguồn dòng mắc song song với một điện trở dùng công thức của định luật Ohm

Ví dụ 1.9: Cho mạch như hình 1.6 Hãy biến đổi thành mạch tương đương gồm một nguồn dòng mắc song song với một điện trở

R

2 V

10V

Hình 1.6 Mạch ví dụ

Giải:

5( )

U

R

  Mạch biến đổi tương đương có dạng như hình 1.7

I 5A

R

2

Hình 1.7 Mạch sau biến đổi tương đương sang nguồn dòng

Ví dụ 1.10: Cho mạch gồm một nguồn áp mắc nối tiếp với một điện trở như hình 1.5 Biết nguồn áp có giá trị là 15 VDC và điện trở R=3kΩ Hãy biến đổi thành mạch tương đương gồm một nguồn dòng mắc song song với một điện trở

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Ví dụ 1.11: Cho mạch như hình 1.8 Hãy biến đổi thành mạch tương đương gồm một nguồn áp mắc song song với một điện trở

I 2A

R 3

Hình 1.8 Mạch ví dụ

Giải:

6( )

Mạch biến đổi tương đương có dạng như hình 1.9

R 3

Hình 1.9 Mạch sau biến đổi tương đương sang nguồn áp

Ví dụ 1.12: Cho mạch hình 1.8 Biết nguồn dòng có giá trị là 1mA và điện trở R=2kΩ Hãy biến đổi thành mạch tương đương gồm một nguồn áp mắc nối tiếp với một điện trở

………

………

………

………

………

………

………

………

………

1.2 ĐIỆN TRỞ (RESISTOR) 1.2.1 Khái niệm Điện trở (resistor) là một linh kiện điện tử có tác dụng hạn chế cường độ dòng điện trong mạch Điện trở kháng (resistance) là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính cản trở dòng điện của vật liệu Điện trở kháng R của dây dẫn tỉ lệ thuận với điện trở suất và độ dài của dây dẫn, tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây l R S   (1.5) Trong đó: R: điện trở của dây dẫn, tính bằng Ohm (Ω) ӏ: chiều dài của dây dẫn, tính bằng mét (m) S: tiết diện của dây dẫn, tính bằng mét vuông (m2) : đại lượng đặc trưng cho sức cản điện của vật liệu dùng làm dây dẫn, gọi là điện trở suất của dây dẫn, được tính bằng Ohm met (Ωm) 1.2.2 Ký hiệu Ký hiệu điện trở:

Hình 1.10 Ký hiệu điện trở

1.2.3 Đơn vị

Đơn vị của điện trở là Ohm (Ω)

Ngoài ra còn có các bội số:

 1kΩ = 1 000 Ω = 103 Ω

 1MΩ = 1 000 000 Ω = 106 Ω

1.2.4 Các thông số kỹ thuật

Trị số danh định: trị số này tính bằng Ohm (Ω), thường được ký hiệu trên thân điện trở bằng vòng màu hoặc bằng chữ số

Công suất danh định: công suất tiêu tán tối đa cho phép trên điện trở có thể chịu đựng, nếu sử dụng quá trị số này thì điện trở bị hỏng Các trị số của ông suất danh định trong công nghiệp:

6V

1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W, 5W, 7W, 10W Điện trở có công suất tiêu tán lớn thì có kích thước lớn

Dung sai của điện trở: dung sai là độ sai số của điện trở Có 3 cấp dung sai thường dùng là: ±0.25%,:±0.1%, ±0.5%, ±1%, ±2%, ±5%, ±10% Những điện trở có dung sai nhỏ được dùng trong các thiết bị đo cần có độ chính xác cao

1.2.5 Công dụng

Điện trở là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng trong tất cả các mạch điện tử

1.2.6 Phân loại và cấu tạo

Phân loại dựa vào chức năng:

 Điện trở có trị số không đổi

 Điện trở có trị số biến đổi được gọi là biến trở

Phân loại dựa vào cấu tạo:

 Điện trở màng than (carbon film resistor)

 Điện trở màng kim loại (metal film resistor)

 Điện trở dây quấn (wire wound resistor)

Hình1.11 Cấu tạo điện trở màng than Hình 1.12 Cấu tạo điện trở màng

kim loại

Hình1.13 a Điện trở dây quấn có giá trị R cố định

b Điện trở dây quấn có giá trị R biến đổi

Hình1.14 Các hình dạng thực tế của điện trở

1.2.7 Cách biểu thị giá trị điện trở

Giá trị và sai số của điện trở được biểu thị dùng màu sắc

 Đen: không có số 0 thêm vào

 Vàng kim: hai số ở vị trí vòng 1 và vòng 2 được chia cho 10

 Bạc: hai số ở vị trí vòng 1 và vòng 2 được chia cho 100

Hình 1.15 Cách đọc giá trị điện trở theo vòng màu với điện trở 4 vòng màu

Hình 1.16 Cách đọc giá trị điện trở theo vòng màu đối với điện trở 5 vòng màu

Ví dụ 1.13: Cho điện trở như hình 1.17, hãy tìm giá trị của nó

Vòng 2: số thứ hai tương ứng với bảng màu

Vòng 3: hệ số nhân (số lượng con số 0 thêm vào)

Vòng 4: dung sai {𝑣à𝑛𝑔 5%

𝑏ạ𝑐 10%

Vòng 1: số thứ nhất tương ứng với bảng màu Vòng 2: số thứ hai tương ứng với bảng màu

Vòng 3: số thứ ba tương ứng với bảng màu Vòng 4: hệ số nhân (số lượng con số 0 thêm vào)

Vòng 5: dung sai (nâu 1%, đỏ 2%, xanh lá 0.5%, xanh lam 0.25%, tím 0.1%)

1.2.8 Điện trở SMD (SMD-Surface Mount Devices)

Điện trở dán là loại điện trở có kích thước cực nhỏ thường dùng trong những mạch đòi hỏi sự nhỏ gọn Điện trở dán được làm theo công nghệ dán bề mặt, tức là dán trực tiếp lên bảng mạch

in Kích thước của điện trở dán có thể nhỏ tới 0,6mm x 0,3mm

Vàng kim

R = 2500Ω ±5%

Đen

 Độ chính xác cực cao: sai số chỉ +/- 1% trở xuống

 Giá thành cao: cao hơn điện trở thông thường khoảng 20%

Hình dạng điện trở dán được chỉ ra trong hình 1.18 Một số cách đọc giá trị điện trở dán thể hiện ở hình 1.18 Điện trở dán dùng 3 chữ số in trên lưng để chỉ giá trị của điện trở Hai chữ số đầu là giá trị thông dụng và số thứ 3 là số mũ của mười (số con số không)

Lưu ý: những điện trở có giá trị cỡ vài chục ohm thường chỉ có 2 chữ số, chữ số thứ 3 đã bị lược bỏ Những điện trở có trị số cỡ vài ohm thường có chữ "R" đứng phía sau Ví dụ: 3R = 3 ohm

Hình 1.23 Ghép điện trở kiểu nối tiếp

Điện trở tương đương xác định theo công thức:

Hình 1.24 Ghép điện trở kiểu song song

Điện trở tương đương xác định theo công thức:

1.3.3 Đơn vị

Đơn vị của điện dung là Farad (F) Farad là đơn vị rất lớn nên thường dùng các ước số sau:

 1 micro Farad ( 𝜇F và uF) = 1/1.000.000 F = 10-6 F

 1 nano Farad (nF) = 1/1.000 𝜇F = 10-9 F

 1 pico Farad (pF) = 1/1.000.000 𝜇F = 10-12 F

1.3.4 Thông số kỹ thuật

Điện dung danh định là giá trị điện dung ghi trên thân tụ

Điện áp danh định là điện áp tối đa cho phép đặt lên hai cực của tụ điện, vượt quá trị số này tụ

Phân loại theo chất điện môi dùng trong tụ điện:

 Tụ sứ là tụ điện có điện môi làm bằng sứ

 Tụ hóa là tụ điện có điện môi làm bằng dung dịch hóa học

 Tụ mica là tụ điện có điện môi làm bằng mica

 Tụ giấy là tụ điện có điện môi làm bằng giấy…

Phân loại dựa vào cực tính của tụ điện:

 Tụ có phân cực

 Tụ không phân cực

Phân loại dựa vào giá trị của tụ điện:

 Tụ điện có điện dung thay đổi: tụ biến đổi, tụ tinh chỉnh

 Tụ điện có điện dung cố định

ký hiệu là WV (Working Voltage) và dấu cực âm (-)

Tuy trên tụ hóa có ghi giá trị điện dung nhưng khi sử dụng cần lưu ý:

 Khi dùng tụ hóa phải mắc đúng cực tính: cực dương gắn vào nơi có điện thế cao hơn cực âm

 Không dùng tụ hóa ở mạch điện xoay chiều

Hình 1.26 Tụ hóa

Tụ giấy là tụ không phân cực gồm có hai lá kim loại đặt xen kẽ giữa hai bản giấy dùng làm chất điện môi và cuộn tròn lại thành một ống Tụ này có ưu điểm là tuy kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn Khuyết điểm là điện trở cách điện nhỏ, dễ bị chập

lá động thì gắn với trục xoay Khi xoay trục tụ xoay thì phần diện tích đối diện giữa lá động và

lá tĩnh sẽ thay đổi, tức giá trị tụ thay đổi Khi phần diện tích đối diện giữa hai lá nhiều thì giá trị điện dung lớn và ngược lại

Ký hiệu tụ biến đổi:

1.3.8 Cách ghi giá trị điện dung

Ghi chú: Đối với những tụ kích thước lớn thì giá trị điện dung được ghi trên thân tụ và các thông số danh định

Hình 1.31 Các giá trị của tụ điện trên thị trường

Ví dụ 1.23: Hãy xác định giá trị điện dung của tụ sau: 103J, 102J, 474J

Ghép song song:

C3 V

Cuộn cảm có một độ tự cảm (hay từ dung) L đo bằng đơn vị Henry (H)

Các ước số của Henry (H):

 1 mili Henry (mH) = 10-3 H

 1 micro Henry (𝜇H) = 10-6 H

L

L Cuộn dây không lõi Cuộn dây lõi sắt

Cuộn dây lõi điều

chỉnh

Cuộn dây lõi Ferrite

1.4.4 Cách ghi giá trị độ tự cảm

Trên thân cuộn cảm có in 3 vòng màu để biểu thị giá trị, vòng 1 có vị trí gần dây đồng hơn vòng

3 Cách đọc giá trị theo qui ước bảng màu và ý nghĩa của các vòng màu tương tự như điện trở, đơn vị là 𝜇H

L: hệ số tự cảm của cuộn dây tính bằng Henry (H)

f: tần số làm việc của dòng điện tính bằng Hert

Cường độ dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm tỉ lệ nghịch với cảm kháng và tần số của dòng điện

Đối với dòng điện một chiều, vì dòng điện một chiều có 𝑓 = 0 → 𝑍𝐿 = 0(Ω) nên cuộn cảm tương đương với một sợi dây dẫn điện

Cuộn dây làm dòng điện xoay chiều bị chậm pha 90o so với điện thế

1.4.6 Phân loại và cấu tạo

Cuộn cảm được phân loại theo tần số làm việc của dòng điện:

 Cuộn dây cao tần

 Cuộn dây trung tần

 Cuộn dây hạ tần

Cuộn dây cao tần và trung tần dùng lõi ferrit: được làm từ bột sắt trộn với chất kết dính, sau đó

ép vào khuôn có dạng như mong muốn và đem đi nung

Cuộn dây hạ tần dùng lõi sắt từ

 Ở tần số thấp người ta dùng cuộn dây có lõi bằng sắt từ gồm nhiều lá ghép lại, lõi sắt của cuộn dây được chế tạo giống như của biến thế

 Cuộn dây được quấn thành nhiều lớp, trên một khung bằng giấy cứng hay bằng nhựa và lớp này cách điện với lớp kia bằng một lớp giấy mỏng, phía ngoài cuộn dây được bao lại bằng một lớp giấy cứng

Giá trị điện cảm tương đương được tính theo công thức:

 Cuộn dây kích thích trong loa, biến áp…

CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1

Câu 4: Vòng màu của điện trở có giá trị là:

A Cam, cam, cam, bạc nhũ

B Cam, cam, vàng, bạc nhũ

C Cam, cam, cam, vàng kim

D Cam, cam, vàng, vàng kim

Câu 5: Điện dung của tụ có mã ghi 475J là:

B CÂU HỎI TỰ LUẬN VÀ BÀI TẬP

1.1 Cường độ dòng điện chạy qua điện trở R trong mạch là 2A Biết rằng hiệu điện thế giữa 2

đầu điện trở R là 120V Hãy tìm giá trị điện trở R

1.2 Cho mạch điện sau Hãy tính:

a Điện trở tương đương của cả đoạn mạch

b Dòng điện và điện áp qua điện trở R1

c Dòng điện và điện áp qua điện trở R2

V10V

R11K

R210K

Hình BT1.2

1.3 Cho mạch điện sau Hãy tính:

a Điện trở tương đương của cả đoạn mạch

b Dòng điện qua điện trở R1

c Dòng điện và điện áp qua điện trở R4

d Dòng điện và điện áp qua điện trở R3

V12V

R31K

R410K

R11K

R210K

Hình BT1.3

1.4 Cho mạch điện như hình sau Hãy tìm:

a Tìm điện áp và dòng điện qua điện trở 12 ohm

b Tìm điện áp và dòng điện qua điện trở 40 ohm

V30V

12

6

Hình BT1.4

1.5 Cho mạch điện như hình sau Hãy tìm:

a Tìm điện áp qua điện trở 3k ohm

b Tìm điện áp qua điện trở 20k ohm

3K 1K

30mA

BHình BT1.6

1.7 Hãy tìm mạch tương đương Norton của đoạn mạch sau

4

8

12V

5 A

1.10 Cho biết trị số và sai số các điện trở sau:

 Nâu – đen – cam – vàng kim

1.13 Cho các điện trở có vòng màu như sau:

R1: Nâu – đen – cam – vàng kim

R2: Nâu- Xám – Vàng - Bạc

R3: Đỏ - Đen - Đỏ - Bạc

R4: Xám - Đen - Đỏ - Vàng kim

a Đọc giá trị các điện trở trên

b Từ giá trị đã đọc Hãy tính giá trị điện trở tương đương mạch sau:

CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ DIODE

2.1 CHẤT BÁN DẪN

2.1.1 Khái niệm

Về phương diện điện, vật chất được chia làm 3 loại:

- Chất dẫn điện (conductor) là chất có số điện tử ở lớp ngoài cùng ít hơn rất nhiều so với

số điện tử bão hòa của lớp đó

- Chất cách điện (insulator) là chất có số điện tử ở lớp ngoài cùng bằng hoặc gần bằng

số điện tử bão hòa của lớp đó

- Chất bán dẫn (semiconductor) là chất có số điện tử ở lớp ngoài cùng nằm khoảng giữa hai loại trên

Conductor Semiconductor Insulator

Hình 2.1 Số điện tử ở lớp ngoài cùng của một chất Ngoài ra, người ta có thể phân biệt chất dẫn điện, chất cách điện, chất bán dẫn, dựa theo khái niệm điện trở suất, điện dẫn suất, … Có thể nói chất bán dẫn có độ dẫn điện nằm khoảng giữa kim loại và chất cách điện Ta có thể điều chỉnh, thay đổi độ dẫn điện của chất bán dẫn

Chất bán dẫn dạng nguyên tố được tìm thấy trong nhóm IV của bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Chất bán dẫn tiêu biểu là: Silicon (Si), Germanium (Ge)

2.1.2 Chất bán dẫn thuần

Chất bán dẫn thuần là bán dẫn không pha thêm chất khác vào

Hình 2.2 Tinh thể Si

Sự dẫn điện của bán dẫn thuần:

Xét bán dẫn tinh khiết Si, Si có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng, 4 điện tử này sẽ liên kết với 4 điện

tử của bốn nguyên tử kế cận nó, hình thành mối liên kết gọi là liên kết cộng hóa trị

Ở nhiệt độ thấp các liên kết đó bền vững nên tất cả các điện tử bị ràng buộc trong mạng tinh thể, do đó Si không dẫn điện

Hình 2.3 Cấu trúc tinh thể Si

Ở nhiệt độ tương đối cao hoặc được cung cấp năng lượng dưới dạng khác, một số mối liên kết

bị phá vỡ, điện tử thoát ra trở thành điện tử tự do, để lại trong mạng tinh thể một chỗ trống thiếu điện tử gọi là lỗ trống, lỗ trống mang điện tích dương Mật độ điện tử và lỗ trống là bằng nhau

i i

Khi không có điện trường thì điện tử tự do và lỗ trống chuyển động nhiệt hỗn loạn không ưu tiên theo phương nào nên không có dòng điện Khi có điện trường đặt vào tinh thể bán dẫn, dưới tác dụng của điện trường, điện tử và lỗ trống chuyển động có hướng

2.1.3 Chất bán dẫn pha tạp

Bán dẫn tạp chất là bán dẫn có pha thêm chất khác vào Tùy vào chất khác là chất nào mà có hai loại bán dẫn tạp chất: bán dẫn loại N và bán dẫn loại P

Chất bán dẫn tạp loại N (Negative): Chất bán dẫn có pha thêm tạp chất ở nhóm V

Khi pha thêm một lượng nhỏ chất ở nhóm V như Stibium Sb vào chất bán dẫn Si Bốn điện tử của nguyên tử Sb liên kết với 4 điện tử của bốn nguyên tử Si khác nhau nằm cận nó Như vậy,

Sb còn thừa lại một điện tử không nằm trong liên kết hóa trị Điện tử này rất dễ dàng trở thành điện tử tự do, nguyên tử tạp chất Sb khi đó bị ion hóa và trở thành một ion dương Nếu có điện trường áp vào, các hạt dẫn tự do sẽ chuyển động có hướng, tạo nên dòng điện Nếu pha chất

Sb càng nhiều thì độ dẫn điện của bán dẫn Si càng tăng lên

Hình 2.4 Bán dẫn loại N

Nếu gọi Nd là nồng độ tạp chất chứa trong một đơn vị thể tích chất bán dẫn cơ bản thì khi được cung cấp năng lượng đầy đủ, toàn bộ các nguyên tử tạp chất đã bị ion hóa Nồng độ điện tử tự

n d n

Trong đó, pn là nồng độ lỗ trống trong bán dẫn loại N Vì nn > pn nên bán dẫn loại N có hạt tải dẫn điện đa số là điện tử, hạt tải dẫn điện thiểu số là lỗ trống Có trường hợp người ta bỏ qua vai trò của hạt tải dẫn điện thiểu số, lấy gần đúng đối với bán dẫn loại N là:

n d

Chất bán dẫn tạp loại P (Positive): Chất bán dẫn có pha thêm tạp chất ở nhóm III

Pha thêm một lượng rất ít Bore (B) vào chất bán dẫn Si, sự dẫn điện của Si tăng lên B là chất

ở nhóm III, có 3 điện tử ở lớp ngoài cùng Ba điện tử của nguyên tử B liên kết với 3 điện tử của

ba nguyên tử Si kế cận nó Như vậy, B còn thiếu một điện tử cho liên kết cuối cùng Nó dễ dàng nhận thêm một điện tử của nguyên tử gần nó có nghĩa là chỉ cần một kích thích nó (nhiệt độ, ánh sáng) là một trong những điện tử của các mối liên kết hoàn chỉnh bên cạnh sẽ đến thế vào mối liên kết thứ tư (mối liên kết thiếu điện tử ở trên)

Hình 2.5 Bán dẫn loại P

Nguyên tử tạp chất lúc đó trở thành ion âm, điều này làm phát sinh một lỗ trống Như vậy, cứ

có một nguyên tử tạp chất thì có thêm một lỗ trống, nồng độ tạp chất càng cao thì số lỗ trống càng nhiều Nếu có điện trường áp vào thì các lỗ trống này sẽ tham gia dẫn điện

Nếu gọi Na là nồng độ tạp chất chứa trong một đơn vị thể tích chất bán dẫn cơ bản thì khi được cung cấp năng lượng đầy đủ, toàn bộ các nguyên tử tạp chất đã bị ion hóa Nồng độ điện tử tự

Ta thấy pp > np nên bán dẫn loại P có hạt tải dẫn điện đa số là lỗ trống, hạt tải dẫn điện thiểu

số là điện tử Có trường hợp người ta bỏ qua vai trò của hạt tải dẫn điện thiểu số, lấy gần đúng đối với bán dẫn loại P là:

p a

2.1.4 Mối nối P-N

Giả sử điện tử ở tại vị trí số 1, lỗ trống ở vị trí số 2, điện tử dịch chuyển từ 1 sang 2 để lại bên

2 điện tử và bên 1 lỗ trống Như vậy, điện tử dịch chuyển từ 1 sang 2 còn lỗ trống được xem như dịch chuyển từ 2 sang 1 Sự dịch chuyển của lỗ trống gọi là chuyển động biểu kiến của lỗ trống Điều này cho ta thấy điện tử và lỗ trống chuyển động ngược chiều nhau, điện tử di chuyển

từ âm sang dương, ngược lại lỗ trống di chuyển từ dương sang âm

Sau khi hình thành mẫu bán dẫn loại P và N, cho hai mẫu bán dẫn này tiếp xúc với nhau Ta được một lớp tiếp xúc P – N (mối nối P - N) Tại nơi tiếp xúc P - N có hiện tượng trao đổi điện tích Điện tử từ vùng N khuếch tán sang vùng P và ngược lại lỗ trống từ vùng P khuếch tán sang vùng N Sự dịch chuyển này tạo ra dòng thuận (dòng khuếch tán) iF có chiều từ P → N

Hình 2.6 Mối nối P – N

Tại nơi tiếp xúc điện tử và lỗ trống tái hợp nhau, bên vùng P sẽ tồn tại điện tích âm (ion âm), bên vùng N sẽ tồn tại điện tích dương (ion dương) Như vậy, sẽ tồn tại một điện trường trong (điện trường nội tại) tạo ra dòng điện nghịch (dòng điện trôi) iN Dòng điện iN ngược chiều với

iF Khi iN = iF thì sự khuếch tán của các hạt tải đa số ngừng lại

Vùng cận mặt tiếp xúc gọi là vùng tiếp xúc (vùng nghèo) Ở trạng thái cân bằng, hiệu điện thế tiếp xúc giữa bán dẫn P và bán dẫn N có một giá trị nhất định gọi là Vtx Thông thường, bán dẫn Si có VtxSi =0.6 – 0.7 và Ge có VtxGe =0.2 – 0.3 Hiệu thế này ngăn cản, không cho hạt tải (hạt dẫn) tiếp tục di chuyển qua mặt ranh giới, duy trì trạng thái cân bằng, nên được gọi là hàng rào điện thế

2.2 DIODE BÁN DẪN

2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu

Diode là linh kiện bán dẫn, có cấu tạo cơ bản trên chuyển tiếp P-N và được kết nối với bên ngoài thông qua hai điện cực kim loại được đặt tên là A (Anode) và K (Cathode) Hình 2.7 trình bày cấu tạo và kí hiệu của diode

(a)

(b)

Hình 2.7 Cấu tạo (a) và kí hiệu (b) của diode

Ký hiệu quy ước của diode bán dẫn trong mạch điện được biểu diễn như hình 2.7 (b) Diode có

Ta có thể cấp điện để vào 2 điện cực của diode ở một trong những trạng thái sau:

+ VA > VK (VAK > 0): diode phân cực thuận

+ VA = VK (VAK = 0): diode không phân cực

+ VA < VK (VAK < 0): diode phân cực nghịch

Khi phân cực thuận cho diode, nghĩa là nối A với cực dương của nguồn, K với cực âm của

nguồn Điện tích âm của nguồn đẩy điện tử trong N về lớp tiếp xúc Điện tích dương của nguồn đẩy lỗ trống trong P về lớp tiếp xúc, làm cho vùng khiếm khuyết càng hẹp lại Khi lực đẩy đủ lớn thì điện tử từ vùng N qua lớp tiếp xúc, sang vùng P và đến cực dương của nguồn Lực đẩy

đủ lớn là lúc diode có VAK đạt giá trị Vγ, lúc này diode có dòng điện chạy theo chiều từ A sang

K Vγ được gọi là điện thế ngưỡng (điện thế thềm, điện thế mở) Đối với loại Si có Vγ = 0,6 V

Ở trạng thái phân cực nghịch, nối A với cực âm của nguồn, K với cực dương của nguồn Điện

tích âm của nguồn sẽ hút lỗ trống của vùng P, điện tích dương của nguồn sẽ hút điện tử của vùng N, làm cho điện tử và lỗ trống càng xa nhau hơn Vùng nghèo càng rộng ra nên hiện tượng tái hợp giữa điện tử và lỗ trống càng khó khăn hơn Như vậy, sẽ không có dòng qua diode Tuy nhiên, ở mỗi vùng bán dẫn còn có hạt tải thiểu số nên một số rất ít điện tử và lỗ trống được tái hợp tạo nên dòng điện nhỏ đi từ N qua P gọi là dòng nghịch (dòng rỉ, dòng rò) Dòng này rất nhỏ cỡ vài nA Nhiều trường hợp coi như diode không dẫn điện khi phân cực nghịch Tăng điện

áp phân cực nghịch lên thì dòng xem như không đổi, tăng quá mức thì diode hư (bị đánh thủng)

Nếu xét dòng điện rỉ thì diode có dòng nhỏ chạy theo chiều từ K về A khi phân cực nghịch

Hình 2.10 Mạch phân cực nghịch diode Khi dùng nguồn VDC điều chỉnh được và chỉnh về 0, lúc đó mạch có VA = VK = 0 hay VAK = 0 hoặc trường hợp khác VA= VK ≠ 0 nhưng VAK vẫn bằng 0 Lúc này diode không được phân cực Vì không có sự chênh lệch điện thế nên không có sự dịch chuyển của các hạt tải nên không

2.2.3 Đặc tuyến Vôn - Ampe của Diode

Đặc tuyến Vôn – Ampe là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện của diode Đặc tuyến Vôn – Ampe của diode bán dẫn được mô tả như sau:

v

I -OA

Hình 2.12 Đặc tuyến Vôn – Ampe của diode Vùng phân cực thuận: Khi một điện áp đặt tới hai đầu diode đủ lớn, diode sẽ cho dòng điện chạy qua hoàn toàn Diode coi như ngắn mạch

Vùng phân cực ngược: Khi một điện áp âm đặt tới hai đầu diode, dòng điện chảy qua diode là rất nhỏ Khi điện áp âm lớn hơn vài trăm vol, dòng điện ngược sẽ không đổi và đạt tới dòng bão hòa ngược là ID = -I0

Vùng đánh thủng: Khi một điện áp âm đủ lớn đặt vào hai đầu diode (khoảng -100V), dòng điện ngược qua diode tăng đột ngột khi điện áp không thay đổi, tính chất van của diode bị phá hỏng Hiện tượng này được gọi là Zenner hay đánh thủng Điện áp mà tại đó xảy ra hiện tượng trên gọi là điện áp đánh thủng, ký hiệu là VBR

Phương trình dòng điện qua diode chính là phương trình dòng điện chạy qua mối nối P-N:

IS: dòng điện bão hòa

: hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, 1≤  ≤2

VT: điện áp nhiệt

Tk: nhiệt độ Kelvin, Tk = TC +273

q: điện tích của điện tử, q = 1,6 x 10-19 C

k: hằng số Boltzman, k = 1,38 x 10-23 J/0K

2.2.4 Điện trở của diode

Có hai loại điện trở liên quan đến diode là điệ trở tĩnh và điện trở động

Điện trở tĩnh là điện trở xác định đối với dòng điện một chiều qua công thức sau:

D D D

V R I

Khi diode được phân cực thuận có dòng lớn chạy qua diode nên điện trở thuận nhỏ Khi diode được phân cực nghịch có dòng rỉ nhỏ chạy qua diode nên điện trở thuận lớn Người ta lợi dụng đặc tính này để đo kiểm tra diode bằng máy đo V.O.M Điện trở thuận và điện trở nghịch của diode phụ thuộc vào chất bán dẫn làm diode là Ge hay Si theo bảng sau:

q

kT

T 

Bảng 2.1 Điện trở của diode

Điện trở thuận Điện trở nghịch

Diode Si Vài Ω vài trăm kΩ

Diode Ge Vài Ω vài MΩ

Kết quả:

+ Điện trở thuận = điện trở nghịch = 0 Ω thì diode bị đánh thủng

+ Điện trở thuận = điện trở nghịch = ∞ thì diode bị đứt

+ Điện trở thuận đúng nhưng điện trở nghịch giảm xuống khá nhiều thì diode bị rò, rỉ không dùng được

+ Điện trở thuận, điện trở nghịch đúng như bảng trên thì diode tốt

Ví dụ 2.2 Cho đặc tuyến vôn ampe của một diode như hình vẽ Tính điện trở tĩnh của diode tại điểm A và điểm B

D D

v r

2.2.5 Mạch điện tương đương của diode

Việc tính toán học các mạch diode gặp rất nhiều khó khăn do tính phi tuyến, đặc biệt là sự xuất hiện của các thành phần hàm mũ trong đó Vì vậy để đơn giản, người ta đưa ra một số các sơ

đồ tuyến tính tương đương của diode Mỗi một sơ đồ có độ chính xác khác nhau, tùy theo nhu cầu sử dụng mà người thiết kế quyết định chọn sơ đồ nào cho phù hợp

Sơ đồ tương đương đơn giản nhất cho diode bán dẫn gọi là diode lý tưởng:

+ Khi VD > 0 thì diode cho dòng điện đi qua hoàn toàn Diode coi như bị ngắn mạch + Khi VD < 0 thì diode ngăn không cho dòng điện đi qua Diode coi như bị hở mạch

Hình 2.14 Mô hình tương đương đơn giản

Ví dụ 2.2: Cho mạch như hình 2.15 Hãy xác định điện áp và dòng điện của diode

Sơ đồ tương đương chính xác: Điện áp phân cực nhận giá trị khác 0 Khi phân cực thuận,

diode tương đương với một nguồn điện V Thông thường Si có Vγ = 0,6 V - 0,7 V; Ge có

Vγ= 0,2 - 0.3 V

Hình 2.16 Mô hình tương đương gần đúng

Ví dụ 2.3: Cho mạch như hình 2.17 Hãy xác định điện áp và dòng điện của diode

D D

I

Hình (d) 00

D D

I

Ví dụ 2.4: Cho mạch như hình 2.17 Hãy xác định điện áp và dòng qua diode, điện áp tại Vo

Hình 2.18