Tài liệu Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô P2 pdf

Chất bán dẫn Chất bán dẫn là một loại vật liệu có điện trở cao hơn điện trở của các dây dẫn tốt như đồng hoặc sắt, nhưng thấp hơn điện trở của các chất cách điện như cao su hoặc thuỷ tin

1 Chất bán dẫn

Chất bán dẫn là một loại vật liệu có điện trở cao hơn điện trở của các dây dẫn tốt như đồng hoặc sắt, nhưng thấp hơn điện trở của các chất cách điện như cao su hoặc thuỷ tinh Hai loại vật liệu bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất là Germani (Ge) và Silic (Si).Tuy nhiên trong trạng thái tinh khiết của chúng, các chất này không thích hợp với việc sử dụng thực tế của các chất bán dẫn.Vì lý do này chúng phải được pha với chất phụ gia, đó

là một lượng nhỏ của các tạp chất phải thêm vào để nâng cao công dụng thực tế của chúng

Các đặc tính của chất bán dẫn:

- Khi nhiệt độ của nó tăng lên, điện trở của nó giảm xuống

- Tính dẫn điện của nó tăng lên khi được trộn với các chất khác

- Điện trở của nó thay đổi khi có tác dụng của ánh sáng, từ tính hoặc các ứng suất cơ học

- Nó phát sáng khi đặt điện áp vào, v.v

Có thể chia các chất bán dẫn thành hai loại: Loại N và loại P

Hình 31 Chất bán dẫn loại N và loại P

- Các chất bán dẫn loại N: Một chất bán dẫn loại N gồm có một chất nền là silic (Si)

hoặc germani (Ge), đã được pha trộn với một lượng nhỏ asen (As) hoặc phốtpho (P) để cung cấp cho nó nhiều điện tử tự do, có thể chuyển động dễ dàng qua silic hoặc germani

để tạo ra dòng điện Chữ "n" của chất bán dẫn loại n có nghĩa là "âm"

Hình 32 Hoạt động của diode

Một số l

- Diode

- Diode

- LED (d

- Photo D

Hình 23

- Khi cự

dương c

do của c

vực nối

dòng điệ

- Khi đả

ắcquy hú

hút lẫn n

tử tự do

chạy qua

2.1 Diod

Diode th

một điện

loại diode:

chỉnh lưu th

Zener

diode phát s

Diode

cho thấy d

ực dương (+

của chất bán

chất bán dẫ

p-n Do đó

ện chạy qua

ảo ngược cá

út lẫn nhau

nhau, vì thế

hoặc các l

a

de thường

hường làm c

n áp tối thiể

- Các c

gồm có trộn vớ các điệ ngược nghĩa l

2 Diod

Các dio nhau

hường

sáng)

dòng điện ch +) của ắc qu

n dẫn loại P

n loại N và

ó các điện tử

a khu vực n

ác cực ở ắc , và các điệ

ế kéo xa khỏ

ỗ dương đư

cho dòng đi

ểu để dòng đ

chất bán dẫ

ó một chất n

ới gali (Ga)

ện tử "khuyế với các điệ

là "dương"

de

ode bán dẫn

hạy qua mộ

uy được nố

P và cực dư

à cực âm củ

ử tự do và c

ối p-n

cquy, các lỗ

ện tử tự do c

ỏi khu vực n ược tạo nên

iện chỉ chạy điện chạy từ

ẫn loại P: M

nền là silic hoặc Indi ( ết" và vì cá

n tử tự do

n bao gồm c

ột diode như

i với phía P ương của ắc

ủa ắcquy đẩ các lỗ dươn

ỗ dương củ của chất bá nối p-n Kế

n ở khu vực

y theo một

ừ phía p san

Mặt khác, m (Si) hoặc g (In) để tạo r

ác tích điện Chữ "p" củ

chất bán dẫ

ư thế nào

P và cực âm

c quy đẩy lẫ

ẩy lẫn nhau

ng này hút l

ủa chất bán

án dẫn loại n

ết quả là, mộ

c nối p-n, v

chiều: từ ph

ng phía n

một chất bán ermani (Ge

ra "các lỗ", dương chạy

ủa chất bán

ẫn loại N và

m (-) nối vớ

ẫn nhau V

u, vì vậy đẩ lẫn nhau, n

dẫn loại p

n và cực dư

ột lớp khôn

ì vậy ngăn

hía p sang p

n dẫn loại p e) đã được p

có thể coi l

y theo chiều dẫn loại P c

à loại P nối v

ới phía N, c

Và các điện

ẩy chúng về như vậy làm

và cực âm ương của ắc

ng chứa các chặn dòng

phía n Cần

p pha

là

u

có

với

ác lỗ

tử tự

ề khu

m cho

m của

c quy điện điện

có

- Diode silic (A) : khoảng 0,7V

- Diode germani (B) : khoảng 0,3V

Hình 33 Diode thường

Dòng điện này sẽ không chạy nếu một điện áp được đặt vào chiều ngược lại (từ phía

N sang phía P) Mặc dù một dòng điện cực nhỏ chạy thực tế, gọi là dòng điện rò ngược chiều, nó được xử lý như không chạy vì nó không tác động đến hoạt động của mạch thực Tuy nhiên nếu điện áp rò ngược chiều này được tăng lên đầy đủ, cường độ của dòng điện cho phép đi qua bởi diode sẽ tăng lên đột ngột Hiện tượng này được gọi là đánh thủng diode, và điện áp này được gọi là điện áp đánh thủng

Chức năng chỉnh lưu:

- Điện áp chỉnh lưu bán kỳ:

Điện áp từ máy phát AC được đặt vào một diode

Vì điện áp được ở đoạn (a), (b) được đặt vào diode theo chiều thuận, dòng điện sẽ chạy qua diode này Tuy nhiên, điện áp được đọan (b), (c) được đặt vào diode này theo chiều ngược, nên dòng điện không được phép đi qua diode này Vì chỉ có một nửa dòng điện do máy phát sinh ra được phép đi qua diode này

- Chỉ

Hình 35

Khi cực

trên của

như thể

luôn chỉ

Ví dụ về

ỉnh lưu toàn

5 Ứng dụng

A của máy

hình minh

hiện ở sơ đ

chạy về mộ

ề ứng dụng

H

n kỳ:

g diode

y phát là dươ họa (2) Kh

đồ dưới của

ột chiều qu

g:

Hình 34 H

ơng, cực B

hi sự phân c hình minh

a điện trở R

Hoạt động ch

là âm, và d cực của các họa (2) Đi

R

hỉnh lưu

dòng điện c

c đầu này ng

ều này có n

chạy như th gược lại, dò nghĩa là dòn

hể hiện ở sơ òng điện chạ

ng điện ra lu

ơ đồ

ạy uôn

Các diode nắn dòng thường được sử dụng nhcác bộ chỉnh lu cho các máy phát điện xoay chiều

2.2 Diode Zener

2.2.1 Mô tả

Hình 36 Diode Zenner

Diode Zenner cho phép dòng điện chạy qua theo chiều thuận giống như diode thường Tuy nhiên, nó cũng có thể cho dòng điện ngược đi qua trong một số trường hợp

2.2.2 Các đặc điểm

Hình 37 Hoạt động của diode Zenner

Các diod

dụng tro

xuyên, b

2.3 LED

2.3.1 M

LED là m

điện đi q

màu đỏ,

2.3.2 C

Các LED

- Phát nh

- Phát án

- Phản ứ

de Zener đư

ong bộ tiết c

bằng cách g

D (Diode ph

Mô tả

một diode l

qua theo m

vàng và xa

Các đặc điể

D có các đặ

hiệt ít hơn v

nh sáng tốt

ứng với điện

ược sử dụn chế cho má gắn diode Ze

hát sáng)

liên kết p-n

ột chiều thu anh lục

ểm

ặc điểm sau

và có tuổi th với mức tiê

n áp thấp (tố

Dòng qua m điện c đầu Ze này đư thay đ như th điện á mục đ

Hình 2.2.3

ng cho các m

áy phát điện ener vào m

n cũng giốn uận, các LE

:

họ dài hơn

êu thụ điện

ốc độ phản

điện chạy t một diode Ze chạy theo ch enner lớn h ược gọi là đ đổi trong thự

hế nào Một

áp hoạt động đích của nó

38 Ứng dụ

Ví dụ về ứ

mục đích kh

n xoay chiều

ột mạch điệ

ng như diod

ED có thể p

các bóng đi thấp

ứng nhanh)

theo chiều t ener như mộ hiều ngược hơn điện áp điện áp Zen

ực tế, bất kể

t diode Zen

g khác nhau

ụng của diod

ứng dụng

hác nhau, q

u Điện áp

ện

de thường N phát sáng v

iện thường

)

thuận từ phí

ột diode thư lại khi điện hoạt động c ner, nó giữ n

ể cường độ

er có thể ấn

u tuỳ theo s

de Zenner

quan trọng

ra được điề

Nó phát sán với các màu

ía p sang ph ường Một d

n áp đặt vào của nó Điề nguyên khô của dòng đ

n định với c

sự áp dụng h

nhất là đượ

ều chỉnh thư

ng khi một d

u khác nhau

hía n dòng

o hai

ều

ng điện các hoặc

ợc sử ường

dòng

u như

Hình 39 LED

2.3.3 Ví dụ về ứng dụng

Các LED được sử dụng trong các loại đèn phanh lắp trên cao và các đèn báo, v.v

2.4 Diode quang

2.4.1 Mô tả

Diode quang là diode liên kết p-n gồm có một chất bán dẫn và một thấu kính Nếu đặt một điện áp ngược chiều vào diode quang được chiếu ánh sáng, thì một dòng điện ngược chiều sẽ chạy qua Cường độ của dòng điện này sẽ thay đổi theo tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng rơi trên diode quang này Nói khác đi, diode quang có thể xác định cường độ ánh sáng bằng cách phát hiện cường độ của dòng điện ngược khi đặt điện áp ngược

Hình 40 Diode quang

2.4.2 Ví dụ về ứng dụng

Các diode quang được sử dụng trong các cảm biến ánh sáng mặt trời cho các máy điều hòa không khí, v.v

Hình 41 Ứng dụng Diode quang

3 Các transistor

3.1 Các transistor thường

3.1.1 Mô tả

Hình 42 Transistor

Một transistor chứa ba lớp gồm có một chất bán dẫn loại P kẹp giữa hai bán dẫn loại N, hoặc một bán dẫn loại N kẹp giữa hai bán dẫn loại P Một điện cực được gắn vào mỗi lớp nền: B (cực gốc), E (cực phát) và C (cực góp) Các transistor thường chia làm hai loại, NPN và PNP, tuỳ theo cách bố trí các chất bán dẫn Một transistor thực hiện các chức năng sau đây:

- Khuyếch đại

- Chuyển mạch

3.1.2 Hoạt động cơ bản

Trong một transistor NPN khi dòng điện IB chạy từ B tới E, dòng điện Ic chạy từ C đến E Trong transistor PNP khi dòng điện IB chạy từ E (cực phát) đến B (cực gốc), dòng điện Ic chạy từ E đến C Dòng điện IB được gọi là dòng cực gốc, và dòng điện Ic được gọi là dòng cực góp Do đó, dòng điện Ic sẽ chạy khi có dòng điện IB

3.1.3 Các đặc tính

Hình 43 Hoạt động Transistor

Trong một transistor thường dòng điện cực góp (Ic) và dòng điện cực gốc (IB) có mối quan hệ được thể hiện trong sơ đồ này Các transistor thường có hai chức năng theo công dụng cơ bản: Như được thể hiện trong Hình 41, phần "A" có thể được sử dụng như một

bộ khuyếch đại tín hiệu và phần "B" có thể được sử dụng như một công tắc

3.1.4 Khuyếch đại tín hiệu

Trong phạm vi "A" của đồ thị này, dòng cực góp lớn gấp 10 đến 1000 lần dòng cực gốc Do đó, sử dụng cực nền làm tín hiệu vào (IB) thì tín hiệu ra ở cực góp (IC) được khuếch đại lên

3.1.5 Chức năng chuyển mạch

Hình 44 Ứng dụng Transistor

năng giữ

3.2 Tran

3.2.1 C

Khi

phát của

qua mạc

sáng ch

transisto

3.2.2 Ví

Trong cá

c transistor

ữa các trans

nsistor qua

ác đặc điểm

i transistor

a nó được n

ch sẽ thay đ

hiếu trên tr

or thường

í dụ về ứng

ác ô tô, các

được sử dụ sistor NPN v

ang

m

quang nhận

ối mát, một đổi theo lư ransistor nà

g dụng

transistor q

Trong dòng thể bậ ngắt d transi

3.1.6

ụng trong r

và PNP

n ánh sáng

t dòng điện ượng ánh sá

ày có cùng

Hình 45.

quang được

g một transi điện cực gố

ật mở “ON”

dòng điện cự stor có thể

Ví dụ về ứ

rất nhiều m

trong khi đ

sẽ chạy qu áng chiếu tr

g chức năn

Transistor

c sử dụng tr

istor, dòng c

ốc (IB) Do đ

” và ngắt “O

ực gốc (IB) được sử dụ

ứng dụng

mạch Không

điện (+) đư

ua mạch này rên transist

ng của dòn

quang

rong các cảm

cực góp (Ic

đó dòng điệ OFF” bằng c Đặc điểm ụng như một

g có sự khá

ợc đặt vào

y Cường độ tor quang n

ng điện cự

m biến giảm

c) sẽ chạy kh

ện cực gốc cách bật mở này của

t công tắc

ác nhau về

cực góp và

ộ của dòng này Do đó,

ực gốc của

m tốc, v.v

hi có

có

ở và

chức

à cực chạy , ánh một

Hình 46 Ứng dụng transistor quang

4 IC (Mạch tích hợp)

Một IC là tổ hợp của vài đến vài nghìn mạch điện chứa các transistor, các diode, các tụ điện, các điện trở, v.v chúng được gắn lên vài mm2 của chíp silic, và được đặt trong một khối bằng nhựa hoặc gốm Một IC đơn có thể có một số khả năng và chức năng đặc biệt như khả năng so sánh logic 2 tín hiệu hoặc các trị số, khả năng khuyếch đại một điện áp đầu vào Các IC có ưu thế hơn các mạch không tích hợp:

- Vì nhiều yếu tố có thể được gắn lên một chíp silic đơn, các đầu nối tiếp xúc có thể được giảm đi đáng kể, dẫn đến giảm các hư hỏng

- Chúng nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều

- Chi phí sản xuất thấp hơn nhiều

Một IC chứa rất nhiều các phần tử, từ 1000 đến 100.000, được gọi là một LSI (Tích hợp quy mô lớn) Một IC chứa hơn 100.000 phần tử được gọi là VLSI (Tích hợp quy mô rất lớn)

Hình 47

5 Các t

Các tín h

5.1 Tín

Hình 49

Các tín h

Vì vậy, đ

với đầu

5.2 Tín

7 Cấu tạo I

ín hiệu tươ

hiệu điện có

hiệu tươn

9 Tín hiệu s

hiệu tương

đặc điểm ch

vào của nó

hiệu số

IC

ơng tự và s

ó thể chia th

g tự

số

tự thay đổi hung của tín

ó

ố hoá

hành 2 loại:

liên tục và

n hiệu tươn

: tương tự v

thông suốt

ng tự là ở ch

Hình

và số

t theo thời g

hỗ đầu ra củ

h 48 Tín hi

gian

ủa nó thay đ

ệu tương tự

đổi theo tỷ l

ự

lệ

Các tín hiệu số thay đổi (Mở “ON” và Ngắt “OFF”) từng lúc theo thời gian Đặc tính chung của một mạch số là ở chỗ đầu ra của nó thay đổi đột ngột khi đầu vào của nó tăng lên tới mức nào đó Chẳng hạn như, khi đầu vào tăng từ 0V đến 5V, đầu ra vẫn ở 0V cho đến khi đầu vào đạt tới 5V Tuy nhiên đầu ra này đột ngột nhảy lên 5V ngay khi đầu vào đạt tới 5V Mở và Ngắt chỉ ra một tín hiệu đang được chuyển đi hay không Bình thường,

Mở được thể hiện là 1 và Ngắt là 0 Khi một điện áp được sử dụng như một tín hiệu đầu vào thì cần phải lấy một điện áp nào đó làm chuẩn Sau đó, mọi điện áp trên điện áp chuẩn này là các tín hiệu 1, và dưới điện áp chuẩn là các tín hiệu 0 Chẳng hạn như, nếu đạt điện áp chuẩn là 5V, thì máy tính sẽ xác định rằng các tín hiệu 9V, 7V và 6V là 1, và các tín hiệu này thể hiện một tín hiệu đầu vào Mặt khác các tín hiệu 2V và 0V sẽ được coi là "0" và không có tín hiệu đầu vào nào sẽ được coi là tồn tại

6 Các mạch logic

6.1 Mô tả

Các IC số chứa vài phần tử khác nhau Các mạch trong một IC số được gọi là các mạch logic hoặc các mạch số và lập thành một tổ hợp các loại khác nhau như các cổng NOT,

OR, NOR, AND và NAND Vì các cổng này có khả năng đặc biệt để xử lý logic hai hoặc nhiều tín hiệu, chúng cũng được gọi là các cổng logic Một mối quan hệ logic nào đó được thiết lập giữa các đầu vào và đầu ra của tín hiệu số Một bảng thực trình bày mối quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra của tín hiệu số

Hình 50 IC số

6.2 Cổng NOT

Hình 51 Cổng NOT

Một cổng NOT có đầu ra là một tín hiệu ngược với tín hiệu đầu vào Khi một điện áp được đặt lên cực vào A, không có điện áp nào được truyền ở cực ra Y

Một mạch điện có cùng chức năng như cổng NOT: Khi công tắc A đóng lại (ON), nó mở (OFF) các điểm tiếp xúc trong relay, làm cho đèn tắt

Hình 52 Sơ đồ hoạt động cổng NOT

6.3 Cổng OR

Trong một cổng OR, tín hiệu ra sẽ là 1 khi chỉ cần một tín hiệu vào là 1 Khi đặt một điện

áp vào một hoặc hai đầu vào A và B, sẽ có một điện áp ở đầu ra Y

Hình 53 Cổng OR

Một mạch điện có cùng chức năng như cổng OR: Khi một hoặc cả hai công tắc A và B được đóng lại (ON), đèn này sẽ sáng lên

Hình 54 Hoạt động cổng OR

6.4 Cổng NOR

Một cổng NOR là tổ hợp của một cổng OR và cổng NOT Tín hiệu này tại đầu ra Y sẽ chỉ là 1 khi cả hai đầu vào A và B là 0 Tín hiệu này tại đầu ra Y sẽ là 0 nếu một hoặc cả hai đầu vào A và B là số 1

Hình 55 Cổng NOR

6.5 Cổng AND

Trong một cổng AND, đầu ra sẽ là 1 khi mọi tín hiệu vào là 1 Sẽ có một điện áp ở đầu ra

Y khi điện áp được đặt vào cả hai đầu vào A và B

Hình 56 Cổng AND

Hình 57 Hoạt động cổng AND

Một mạch điện có cùng chức năng như cổng AND: Đèn sẽ không sáng lên trừ khi cả hai công tắc A và B được đóng lại (ON)

6.6 Cổng NAND

Cổng NAND là một tổ hợp của một cổng AND và một cổng NOT Tín hiệu ở đầu ra

Y sẽ là 1 khi một hoặc hai đầu vào A và B là 0 Tín hiệu ở đầu ra Y sẽ là 0 nếu cả hai đầu vào A và B là 1

Hình 58 Cổng NAND

6.7 Bộ so

Một bộ so sẽ đối chiếu điện áp của đầu vào dương (+) với đầu vào âm (-) Nếu điện

áp của đầu vào dương A cao hơn điện áp của đầu vào âm B, đầu ra Y sẽ là 1 Nếu điện áp của đầu vào dương A thấp hơn điện áp của đầu vào âm B, đầu ra Y sẽ là 0

Hình 59 Bộ so

7 Máy vi tính

7.1 Mô tả và cấu tạo

Máy vi tính nhận được các tín hiệu từ các thiết bị đầu vào, xử lý các tín hiệu đó và điều khiển các thiết bị đầu ra Một máy vi tính được gọi là bộ ECU (bộ điều khiển điện tử) Trong các hệ thống chung trên xe, các bộ phận đầu vào là các cảm biến, và các bộ phận đầu ra là các bộ chấp hành

7.2 Cấu tạo

Hình 62 Máy vi tính

phải tha

được tha

cắt Vì v

xóa đi th

- CPU :

Bộ CPU

và một b

hiệu từ c

- Giao d

Một giao

được bộ

lý thành

tốc độ củ

chức năn

ay đổi hoặc

ay đổi hoặc

vậy bộ nhớ

hông qua cá

U này là trun

bộ phận tính

các cơ cấu đ

diện I/O:

o diện I/O b

CPU và bộ

các tín hiệu

ủa các thiết

ng của giao

xóa đi Bộ xóa đi Bất RAM được

ác phép tính

ng tâm chức

h toán Nó t đầu vào, và

biến đổi các

ộ nhớ nhận

u có thể đư

t bị I/O, CP

o diện I/O dù

M tr d

-B c tr đ n v là sử

ộ nhớ RAM

t cứ dữ liệu

c sử dụng đ

h do bộ CPU

c năng của m thực hiện cá

à điều khiển

c dữ liệu từ dạng Ngoà ược các thiết

U, và các b ùng để điều

Một máy vi rung tâm), c diện I/O (đầ

Bộ nhớ :

Bộ nhớ gồm hương trìn rao đổi Có đọc), và RA nhớ ROM k vậy, các dữ

à nguồn điệ

ử dụng để

M là một loạ

u nào đã đượ

để lưu giữ c

U thực hiện

một máy tín

ác lệnh do m

n các thiết b

các thiết bị

ài ra, nó còn

t bị đầu ra n

bộ phận của

u chỉnh các

tính gồm c các bộ nhớ

ầu vào/đầu r

m có các m

nh điều hàn

ó hai loại b

AM (bộ nhớ không thể liệu được l

ện bị ngắt V

lu giữ các

ại bộ nhớ, t

ợc lưu giữ s các dữ liệu

n

nh, nó gồm một chương

ị đầu ra

ị đầu vào th

n biến đổi c nhận dạng

a bộ nhớ khá tốc độ đó

ó một bộ C khác nhau, ra)

mạch điện

nh hoặc cá

bộ nhớ: RO

ớ truy cập n thay đổi h lưu giữ sẽ k

Vì vậy bộ n

c chương t trong đó các

sẽ mất đi kh

có thể đượ

m có một cơ

g trình ra lệ

hành các tín các dữ liệu d

Vì các dữ l

ác nhau, mộ

CPU (bộ xử

và một gia

để lưu giữ

c dữ liệu đ

OM (bộ nhớ ngẫu nhiên) hoặc xóa đ không mất đ nhớ ROM đ rình không

c dữ liệu có

hi nguồn đi

ợc thay đổi

cấu điều kh ệnh theo các

n hiệu có thể

do bộ CPU liệu truyền c

ột trong các

lý

ao

ữ các được

ớ chỉ ) Bộ

i Vì

đi dù được

g cần

ó thể

ện bị hoặc

hiển

c tín

ể

xử các

c