Ứng dụng đèn led và thực hành

Led (Light Emitter Diode) là một mối nối bán dẫn PN, khi bị kích thích bởi dòng điện thì nó phát ra sáng. Như vậy có thể xem Led là một linh kiện chuyển đổi trực tiếp điện năng ra quang năng, không như bóng đèn tìm phải chuyển điện năng ra dạng nhiệt, cho đốt nóng một sợi kim loại trong môi trường khan khí oxy và chờ khi sợi kim loại nóng lên mới phát ra sáng. Từ đó, chúng ta thấy Led có các đặc tính sau: * Có hiệu suất rất cao, vì nó chuyển thẳng điện năng ra quang năng. * Có quán tính nhỏ, nghĩa là tắt là tắt ngay và cho sáng là sáng ngay, nhấp nháy nhịp rất nhanh. * Có thể làm việc ở mức volt DC thấp và dòng nhỏ, chỉ vài Volt và vài mA. * Kích thước của điểm sáng có thể làm rất nhỏ, lại có nhiều màu. * ...và điều không kém quan trọng nữa là giá tiền rất rẽ, lại rất bền, nên trở thành rất phổ biến. Với những đặc tính như vậy, Led ngày càng có nhiều ứng dụng rất đặc sắc. Có thể dùng Led làm bảng đèn chữ và hình, có thể dùng Led làm màn hình rộng để hiện hình ảnh, có thể dùng Led để chiếu sáng, dùng Led chỉ thị, dùng Led tạo hình 2D, 3D, 4D.... Tôi nghĩ không ai làm n

Led (Light Emitter Diode) là một mối nối bán dẫn PN, khi bị kích thích bởi dòng điện thì nó phát ra sáng Như vậy có thể xem Led là một linh kiện chuyển đổi trực tiếp điện năng ra quang năng, không như bóng đèn tìm phải chuyển điện năng ra dạng nhiệt, cho đốt nóng một sợi kim loại trong môi trường khan khí oxy

và chờ khi sợi kim loại nóng lên mới phát ra sáng Từ đó, chúng ta thấy Led có các đặc tính sau:

* Có hiệu suất rất cao, vì nó chuyển thẳng điện năng ra quang năng.

* Có quán tính nhỏ, nghĩa là tắt là tắt ngay và cho sáng là sáng ngay, nhấp nháy nhịp rất nhanh.

* Có thể làm việc ở mức volt DC thấp và dòng nhỏ, chỉ vài Volt và vài mA.

* Kích thước của điểm sáng có thể làm rất nhỏ, lại có nhiều màu.

* và điều không kém quan trọng nữa là giá tiền rất rẽ, lại rất bền, nên trở thành rất phổ biến.

Với những đặc tính như vậy, Led ngày càng có nhiều ứng dụng rất đặc sắc Có thể dùng Led làm bảng đèn chữ và hình, có thể dùng Led làm

màn hình rộng để hiện hình ảnh, có thể dùng Led để chiếu sáng, dùng Led chỉ thị, dùng Led tạo hình 2D, 3D, 4D

Tôi nghĩ không ai làm nghề điện tử mà không hiểu rõ về Led, nó là một đề tài nhập môn của ngành điện tử học, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu các cách dùng Led để phục vụ cho cuộc sống hiện thực.

Vài hình ảnh cho thấy cấu tạo của Led và các cách dùng Led:

Hình vẽ cho thấy Led được cấu tạo từ một mối nối bán dẫn PN, khi chất bán dẫn Silicon cho pha Indium (có 3 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ có một nối thiếu điện tử

cho pha với Phosphor (có 5 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng

Silicon cần 4 nối, sẽ dư ra 1 hạt điện tử), chúng ta có chân bán dẫn loại N.

Chất bản dẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện bằng các lỗ trống (Hole), đó chính là các nối hóa trị thiếu điện tử Còn chất bán dẫn loại N có điểu kiện dẫn điện là do các điện tử tự do (điện tử

dư ra do phosphor có 5 điện tử hóa trị mà trong kết nối tinh thể chỉ cần có 4 )

Khi mối nối PN được cho phân cực thuận với nguồn pin ngoài, một dòng điện kích thích khi chảy qua mối nối bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các điện tử (Bạn xem hình) và các dao động này sẽ phát ra sóng điện từ trường đó chính là các tia sáng Tóm lại Led có 2 chân, gọi là chân âm cực hay Cathode ( do chân này cho nối vào cực âm của pin) và chân dương cực hay Anode (do chân này cho nối vào cực dương của pin), khi chúng ta cho dòng điện chảy qua một Led nó sẽ phát ra chùm tia sáng, và để có điềm sáng đủ mạch, chúng ta dùng vật liệu nhựa trong suốt làm kính hội tụ (Bạn xem hình cấu tạo của Led)

Hình chụp trên đây cho Bạn thấy các Led màu có nhiều kích cở, các Led này thường là các điểm sáng nhỏ thường dùng làm các Led chỉ thị Như:

* Chỉ thị mức âm lượng mạnh yếu, người ta tạo ra các vạch sáng bằng Led hình dẹp

* Chỉ thị 3 tranh thái của máy: Đỏ - Xanh - Vàng, người ta dùng Led đôi ra 3 chân.

* Chỉ thị máy có mở nguồn hay tắt, người ta dùng Led tròn đỏ, trắng

Dĩ nhiên, mỗi Led được xem là một điểm sáng, mà Ban biết hình ảnh chữ sổ đều có thể tạo ra từ các điểm sáng nhỏ này,

do đó Bạn có thể dùng nhiều Led để ghép theo hình và theo chữ, theo số, như vậy Bạn đã có một bảng đèn hay một vật thể phát sáng nhiều màu, lung linh nhấp nháy trông rất đẹp mắt

Ngày nay người ta muốn dùng Led làm nguồn chiếu sáng mạnh

để thay thế các đèn chiếu sáng cổ điển, vì Led có hiệu suất rất cao, an toàn, tuổi thọ dài, ít hao điện và rất dễ dùng Hình trên

đây cho thấy hình dạng của các Led công suất lớn, hiện nó đã

là nguồn sáng lạnh rất mạnh và trong một tương lai gần thôi

nó sẽ thay thế các đèn chiếu sáng nóng như loại đèn sợi nung, loạiđèn chiếu sáng ồn, gây nhiều nhiễu, như đèn ống huỳnh quang

Do Led có quán tính nhỏ, nghĩa là nó có thể nhấp nháy với nhịp nhanh, nói cho dễ hiểu, là nó tắt nhanh và sáng nhanh, không như loại đèn sợi nung có quán tính nhiệt quá chậm Với Led người ta có thể dùng làm loại đèn số theo mã 7 đoạn, dùng loại

đèn này để làm các mạch đếm rất tiện (Bạn xem hình, một khối đèn số 7 đoạn có thể cho hiện ra các số thập lục phân).

Nhiều Bạn trẻ thích "ngông", dùng Led tạo hình rồi dùng transistor điều khiển cho các hình nhấp nháy, tạo ra các hình đèn động rất ngộ nghĩnh, như hình đứa trẻ, hình người đạp xe Còn hình gì nữa, tôi nghĩ chắc Bạn sẽ tự nghĩ ra thôi

Người ta còn dùng Led để tạo ra hình khối 3D và dùng mạch điện tử làm cho các Led này sáng nhấp nháy rất sinh động.

Dùng Led làm đèn giao thông

Trước mắt cho dùng nhiều Led siêu sáng ghép lại để làm đèn chiếu sáng mạnh, thay thế các đèn chiếu sáng cổ điển (sắp vào viện bảo tàng).

Một chút tính toán để biết cách dùng Led

Đặc tính của môn điện tử là "tính tính toán toán" Khi đã nghĩ

ra một mạch điện rồi thì phải biết:

* Biết tính toán dòng, áp, công suất tiêu thụ, tính an toàn, độ bền

* Biết tìm linh kiện, làm bo mạch in

* và phải biết ráp mạch

* và nếu giỏi nữa thì phải biết dùng kiến thức của mình tạo ra kinh tế cho bản thân.

Ở đây tôi trình bày các mạch điện kinh điển dùng Led và một

số tính toán có liên quan (để việc tính toán nhanh và dễ làm tôi dùng phần mềm PSpice của OrCAD)

Do có ý là chỉ dùng các linh kiện dễ tìm, tôi chọn kiểu mạch điều khiển kích sáng chủ yếu dùng transistor và chỉ dùng thêm một vài loại ic logic thông dụng

Trước hết là vấn đề kiểm tra các Led mà Bạn có:

Khi dùng Ohm kế để kiểm tra Led Bạn nhớ các điểm sau:

(1) Lấy thang đo Rx1 để có dòng chảy ra trên dây đo lớn, lúc này dòng ngắn mạch (chập 2 dây đo lại) , dòng chảy trên dây

đo sẽ lớn nhật và thường ở thang Rx1 là 150mA (con số này có ghi trên máy đo)

(2) Do dây đo màu đỏ nối vào cực âm của pin (pin 3V trong máy đo), nên dòng điện tử chảy ra từ dây đen và do dây màu

đỏ nối vào cực dương của pin nên dòng điện tử sẽ bị hút vào ở dây đỏ

(3) Khi đo Led (hay nói chung là khi Bạn đo các linh kiện có tính phi tuyến như diode, transistor, IC) Bạn nên xem kết quả trên vạch chia LV, vạch LV cho Bạn biết mức volt hiện có trên vật

đo và khi đọc kết quả trên vạch chia LI, vạch LI cho Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua vật đo

Vậy với Led, khi dây đen đặt trên chân Cathode và dây đỏ trên chân Anode, Led sẽ sáng Đọc kết quả trên vạch chia LV Bạn biết điện áp có trên 2 chân của Led và đọc trên vạch chia LI, Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua Led

Đảo chiều 2 dây đo Led sẽ không sáng, vì nó bị phân cực ngược, khi mối nối bán dẫn PN bị phân cực ngược nó sẽ không cho dòng chảy qua

Tóm tắt cách đo Led bằng hình động sau:

Bạn thấy gì: Khi dây đen đặt trên chân cathode của led và dây

đỏ trên anode thì Led sáng (vì Led được cho phân cực thuận)

và khi đảo dây lại thì Led tắt (vì Led bị phân cực nghịch)

Lúc đo theo phân cực thuận, Bạn hãy nhìn kim dừng trên vạch chia LV sẽ biết mức ghim áp của Led Các Led chiếu sáng thông thường thường có mức ghim áp khoảng 2V, với loại Led siêu sáng có mức ghim áp khoảng 3V

Ghi nhận: Với các VOM kế có lỗ cắm dùng đo hệ số khuếch đại

dòng của các transistor, Bạn có thể cắm Led vào các lỗi này để kiểm tra Led, làm như vậy sẽ nhanh hơn

OrCAD để khảo sát các mạch điện kinh điển dùng Led

Thực hành 1: Dùng luật Ohm để tính trị của điện trở hạn dòng

thường có mức ghim áp là 2V (loại Led siêu sáng có mức ghim

áp là 3V) và dòng làm việc lấy 10mA là đủ sáng Vậy chúng ta

có thể dùng luật Ohm để tính được trị của điện trở R

Dùng trình PSpice để tính nhanh, từ các trị in ra trong hình, chúng ta thấy với Led có tính ghim áp là 1.18V và trong mạch dùng điện trở hạn dòng R1 là 1K thì dòng chảy qua led sẽ là 10.82mA, lúc này công suất tiệu thụ trên Led là 12.76mW, rất nhỏ so với công suất làm nóng điện trở R1 là 117.1mW Vậy nếu muốn giảm dòng chảy qua Led Bạn cho tăng trị của điện trở R1

Điều tối kỵ: Không bao giờ, không bao giờ cho Led nối thẳng

vào nguồn pin, không có điện trở hạn dòng, dòng qua Led quá lớn, Led sẽ bị cháy và hư tức khắc (nếu không tin, Bạn có thể làm thử để lấy kinh nghiệm)

Thực hành 2: Khảo sát các Led mắc nối tiếp.

Chúng ta tạo ra 4 nhánh với số Led tăng dần, và dùng PSpice

để tìm kết quả về dòng và áp trên mạch, chúng ta nhận thấy:

* Điện áp của các Led được cho cộng vào nhau

* Do điện trở hạn dòng không thay đổi trị số, nên dòng ở các nhành có nhiều Led sẽ giảm

* Dòng cung cấp của nguồn pin bằng tổng các dòng qua các nhánh cộng lại

Vậy khi mắc nhiều Led nối tiếp chúng ta phải nhớ điều chỉnh lại trị của điện trở hạn dòng để dòng qua Led đủ lớn để cho Led

sáng mạnh (dòng làm việc của các Led chiếu sáng thường lấy trong khoảng từ 5mA đến 10mA là đủ).

Thực hành 3: Khảo sát các Led vừa mắc nối tiếp vừa mắc

* Các nhánh có Led cùng loại, có số Led bằng nhau mắc song song thì có dòng làm sáng Led.

* Nhánh có số Led nhiều hơn, như nhánh 3 Led, nó cần mức áp cao hơn mức ghim áp của nó, do đó nhánh này thiếu áp và sẽ không được cấp dòng, nên các Led không sáng

Tóm lại, Bạn cần nhớ chỉ dùng cùng loại Led cho mắc nối tiếp

và rồi mắc song song, số Led trên các nhánh phải bằng nhau, lúc đó các nhánh này mới có dòng và Led sẽ sáng

Thực hành 4: Hãy làm quen với tụ điện và mạch RC.

Trong mạch điện tụ điện là kho chứa điện, do vậy khi có một tụ điện Bạn phải biết:

* Điện dung của tụ, đơn vị tính là Faraday, thường dùng ở cấp

uF (micro Farad), hay nF (nano Farad) hay pF (pico Farad)

* Sức chịu áp của tụ, trên tụ thường ghi mức áp làm việc (WV, Working Volt), đừng cho tụ nạp ở mức áp quá cao, tụ sẽ bị nổ

Hình vẽ cho thấy hình dạng các loại tụ điện: Thường có 3 nhóm:

(1) Nhóm tụ hóa, loại tụ có dung lượng lớn (chứa được nhiều điện tích), loại tụ này có cực tính, khi mắc vào mạch dấu dường ghi trên tụ phải cho bên có mức áp cao

(2) Nhóm tụ thường, loại tụ này có điện dung nhỏ, nhưng sức chịu áp cao Loại tụ thường không có cực tính

(3) Nhóm tụ xoay, loại tụ này có điện dung thay đổi được, nó thường dùng trong các mạch cộng hưởng dùng làm bẩy sóng

Để hiểu nguyên lý làm việc của tụ trong mạch, tôi trình bày bằng hình động, trong hình cho thấy 2 quá trình: Quá trình nạp điện và quá trình xả điện.

* Khi S1 đóng và S2 hở, lúc này tụ C1 ở quá trình cho nạp điện, dòng điện tích từ nguồn pin cho bơm vào tụ, dòng chảy qua điện trở R1 và mức volt trên tụ tăng dần lên cho đến lúc đầy, tụ đầy được hiểu là mức áp trên tụ đã lên rất gần bằng 12V của nguồn

* Khi S2 đóng và S1 hở, lúc này tụ C1 ở quá trình xả điện, dòng điện sẽ chảy qua điện trở R2 và mức áp trên tụ sẽ giảm dần xuống Khi mức áp trong tụ bằng 0V, chúng ta nói tụ đã xả hết điện

Vậy xuất hiện câu hỏi: Khi nào và bao lâu thì tụ C1 mới nạp đầy? Và phải bao lâu thì tụ C1 mới xả hết điện?

Nhìn vào mạch Bạn cũng thấy, nếu dùng tụ C1 có dung lượng lớn và điện trở R1 làm ống dẫn có sức cản dòng quá lớn thì thời gian để tụ nạp đầy mức áp của nguồn sẽ rất lâu Cũng vậy, tụ lớn, điện trở R2 có trị lớn thời gian để tụ xả hết điện cũng sẽ rất lâu Người ta đưa ra một định nghĩa về thời hằng:

Thời hằng của mạch nạp xả của tụ C qua R là thời gian t =

nguồn nuôi hay đã xả được 63% lượng điện mà tụ có Và mội người đều cho là sau 5t (tức 5xRxC) thì xem như tụ đã nạp đầy hay tụ đã xả hết điện

Thực hành 5: Bây giờ nói đến linh kiện có tính tích cực đây, đó

là transistor

Transistor là một linh kiện rất quan trọng, nó tạo ra cuộc cách mạng lông trời lỡ đất của ngành điện tử Transistor được xếp vào loại linh kiện tích cực vì nó có tính khuếch đại Ở đây chúng ta chỉ dùng transistor như những khóa điện bán dẫn đóng mở mạch theo mức áp cao hay thấp Có 2 loại transistor, loại NPN và loại PNP

Mô hình bán dẫn cho thấy người ta sắp xếp các chân bán dẫn loại N, loại P để tạo ra các mối nối EB cà CB và tạo ra các transistor nhị cực NPN hay PNP.

Trong hình N là chất bán dẫn Silicon pha Phospho (Phospho với

5 điện tử hóa trị tạo nối), nên khi gắn vào tinh thể Silicon sẽ

để dư ra một điện tử tự do, và chính điện tử dư ra này là phần

tử dẫn điện trong chất bán dẫn loại N, khi cho N pha đậm, người ta sẽ ghi là n+ và pha nhạt hơn thì ghi là n- Tương tự chất P là chất bán dẫn Silicon cho pha Indium ( Indium có 3 điện tử nối hóa trị nên khi gắn vào tinh thể Silicon sẽ có một nối trống vì thiếu điện tử), chính các lỗ trống này tạo ra điều kiện dẫn điện trong chất bán dẫn loại P

Bạn thấy chân E có kích thước thu nhỏ, vì sao? Vì nó là chân dùng cho phun ra các hạt tải điện, chân C có kích thước rộng là

vì nó là chân được dùng để thu gốp các hạt điện phun ra từ chân E

Trên đây là hình vẽ cấu trúc bán dẫn của một transistor NPN Trong chất bán dẫn loại N phần tử làm công việc dẫn điện là các hạt điện tử (dư ra do phospho cho) và trong chất bán dẫn loại P phần tử dẫn điện là các lỗ trống trên các nối (do Indium tạo ra), các lỗ được cho đồng nghĩa là các hạt tải điện dương

(nên ghi bằng dấu +) Vậy nếu chân E phun ra dòng, dòng này

sẽ chảy vượt qua vùng B và sẽ được thu gốp lại trên chân C

Nhìn các hình chụp trên Bạn thấy transistor có 3 chân:

* Chân E được pha đậm để có tính dẫn điện tốt, nó là chân

phun ra các hạt tải điện Với chất bán dẫn loại N thì phun ra các hạt điện tử dư (do chất pha phospho cung cấp) với chất bán dẫn loại P thì phun ra các lỗ (các nối trống do Indium tạo ra) E là Emitter, nghĩa là chân phát, chân phun ra các hạt tải điện

* Chân C được pha vừa, nó có tính dẫn điện khá, nó là chân thu

gôm các hạt tải điện phun ra từ chân E, nghĩa la các hạt tải điện phun ra từ chân E đều được "hút vào" chân C và chảy ra trên chân C C là Collector, nghĩa là chân gốp, thu gốp các hạt điện phun ra từ chân E

* Chân B được làm rất mỏng, nó là chân nền kẹp giữa chân E

và chân C, người ta thêm chân B ở giữa để "control" dòng điện chảy từ E vào C Nó điều khiển dòng điện đi từ E vào C Người

ta làm chân B thật mỏng để tránh sự thất thoát của điện tử lúc vượt qua chân này B là Base, nghĩa là chân nền, kẹp giữa E và

C, dùng kiểm soát cường độ dòng điện chảy từ E vào C

Nhìn vào cấu trúc bán dẫn của transistor, chúng ta thấy chỉ có thể có 2 loại sắp xếp, đó là NPN hay PNP Như vậy dù với kiểu sắp xếp nào trong transistor cũng có 2 mối nối PN, mối nối EB

và mối nối CB, do đó người ta gọi loại transistor này là transistor nhị cực hay transistor BJT (BJT, Bipolar Junction Transistor)

Trên các sơ đồ mạch điện, chúng ta dùng ký hiệu của transistor

để vẽ mạch, với các ký hiệu của các linh kiện bán dẫn, Bạn nhớ chiều chỉ của mũi tên, mũi tên chỉ vào chân nào chân đó được hiều là chân có chất bán dẫn loại N

Transistor là linh kiện thuộc nhóm tích cực (các linh kiện như điện trở, tụ điện, biến áp thuộc nhóm linh kiện thụ động), có thể dùng transistor để khuếch đại tín hiệu, nghĩa là biến một tín hiệu có công suất yếu ra một tín hiệu có công suất mạnh hơn, transistor còn có thể dùng làm một khóa điện để đóng mở mạch theo mức áp Tuy nhiên muốn dùng transistor để khuếch đại hay làm khóa điện, trước hết Bạn phải cho phân cực các mối nối trong transistor Người ta phân ra 4 vùng tùy theo tính phân cực của 2 mối nối bán dẫn EB và CB

* Nếu cả 2 mối nối EB và CB đều cho phân cực ngược, người ta nói transistor ở trong vùng ngưng dẫn (Cut-off), lúc này không

có dòng chảy trên các chân của transistor Nếu xem nó như một khóa điện, thì transistor ngưng dẫn giống như một khóa điện làm hở mạch

* Nếu cả 2 mối nối EB và CB đều cho phân cực thuận, người ta nói transistor ở trong vùng bão hòa (Saturation), lúc này dòng chảy ra ở chân C đã đặt đến mức không thể tăng hơn được nữa Nếu xem nó như một khóa điện, thì transistor bão hòa xem như một khóa điện đóng lại, cho dòng chảy qua.

* Nếu chân EB cho phân cực thuận và chân CB cho phân cực nghịch, người ta nói transistor ở trong vùng khuếch đại (Action), lúc này chỉ với một tác động điện áp nhỏ trên chân B cũng sẽ kiểm soát được dòng chảy mạnh yếu ra trên chân C, trạng thái này của transistor được dùng nhiều nhất

* Nếu chân EB cho phân cực nghịch và chân CB cho phân cực thuận, người ta nói transistor ở trong vùng khuếch đại ngược (Rev-Action), lúc này chỉ với một tác động điện áp nhỏ trên chân B cũng sẽ kiểm soát được dòng chảy mạnh yếu ra trên chân E, Bạn thấy người ta đã cho đảo ngược, lấy chân C làm chân phun hạt tải điện và lấy chân E làm chân gốp Trạng thái khuếch đại này của transistor ít được dùng vì nó cho độ lợi nhỏ

Hãy tìm hiểu các đo các transistor NPN và PNP, loại công suất nhỏ:

Đo transistor nhị cực (BJT transistor):

Transistor nhị cực bên trong có hai mối nối PN, quen gọi là transistor bipolar (BJT) Nó có 2 loại, transistor NPN và transistor PNP Bạn có thể dùng một Ohm kế (kim) để kiểm tra các loại transistor bipolar Trình

tự thường làm là:

(1) Trước hết hãy tìm ra chân B

Bạn lấy thang đo Rx1, lần lượt tìm đo trên hai chân của transistor, đo chiều này kim không lên, đảo dây đo, kim cũng không lên, vậy đó là hai chân E (Emitter) và C (Collector) của transistor Như vậy có thể nói chân còn lại sẽ chính là chân B của transistor

(2) Hãy kiểm tra 2 diode tạo bởi mối nối B-E và mối nối B-C

Bạn có thể xem transistor tương tự như 2 diode (2 mối nối PN), nên việc kiểm tra một transistor tốt/xấu trở thành kiểm tra 2 diode (diode B-E

và diode B-C) Với transistor NPN, nếu dây đen (chân hút dòng, vì bên trong máy đo nó nối vào cực dương của pin) đặt trên chân B, dây đỏ (nơi dòng điện tử chảy ra) đặt trên chân C, lúc này kim phải lên do diode được cho phân cực thuận và dây đỏ dời qua chân E kim cũng phải lên (vì cũng được phân cực thuận) Ngược lại, đặt dây đỏ trên chân B, dây đen trên chân C rồi qua chân E, cả 2 lần đo này kim đều không lên, vì cả 2 diode đều bị phân cực nghịch

Chú ý: với các transistor loại PNP thì kết quả đo sẽ ngược lại Nghĩa là dây đỏ trên chân B, dây đen trên chân E, rồi trên chân C, kim sẽ lên là

do 2 diode phân cực thuận và dây đen trên chân B, dây đỏ trên chân C, rồi trên chân E, kim không lên vì 2 diode bị phân cực nghịch.

Hình vẽ cho thấy, dây đen trên chân B (cho hút dòng điện tử ra trên chân B), dây đỏ trên chân E (cho bơm dòng điện tử vào chân E), kim phải lên là vì lúc này diode B-E đang phân cực thuận

Nếu đặt dây đỏ trên chân B, lấy dây đen đặt lên chân E, diode phân cực nghịch, kim không lên và dây đen trên chân C, kim cũng phải không lên.(3) Hãy xác định chân E và chân C

Chúng ta biết, mối nối bán dẫn B-C chịu volt nghịch cao (thường trên 60V), trong khi đó mối nối B-E chịu volt nghịch thấp (thường khoảng 9V)

Do đó, Bạn hãy đặt thang đo Ohm ở vị trí Rx10K, lúc này trên hai dây

đo sẽ có 12V (mức volt DC của nguồn pin trong máy đo), dùng mức áp này đo nghịch trên mối nối B-C (kim sẽ không lên) và khi đo nghịch trên mối nối B-E, kim sẽ lên, vì sao? vì mối nối B-E chịu áp nghịch có 9V và

nó đã bị đánh thủng với mức áp 12V của máy đo Qua dấu hiệu này Bạn dễ dàng xác định được chân C và chân E

Đến đây Bạn đã biết được chân B, chân C và chân E của transistor rồi.(4) Hãy xác định độ lợi dòng điện (gọi là hệ số beta) của transistor

Bạn lấy thang đo Ohm Rx10, cho chập hai đầu dây đo lại, chỉnh kim về vạch 0 Ohm

Cắm transistor 2SC1815 vào đúng chân C, B, E của 3 lỗ cắm NPN trên máy đo Chờ kim lên, Bạn đọc kết quả trên vạch chia HEF Kim chỉ vị trí

200, có nghĩa là độ lợi dòng điện (beta) của transistor 2SC1815 là 200

HFE của transistor

Với transistor PNP cũng làm tương tự, cắm transistor vào đúng 3 chân

C, B, E của bộ chân cắm PNP và đọc kết quả trên vạch chia HFE, Bạn

sẽ biết được độ lợi dòng điện (HFE) của transistor

Hình chụp sau đây cho thấy cách đo hệ số khuếch đại dòng HFE trên một VOM có chân cắm transistor

Sau đây là hình vẽ cho thấy 4 vùng làm việc của một transistor NPN.

Khi transistor làm việc qua lại nhanh giữa vùng ngưng dẫn và vùng bão hòa, người ta nói lúc này transistor làm việc như một khóa điện bán dẫn, ngưng dẫn tương tự như một khóa điện hở

và bão hòa tương đương với một khóa điện đóng kín

Khi transistor làm việc trong vùng khuếch thuận người ta nói

nó biến một tín hiệu nhỏ yếu ra một tín hiệu lón mạnh

Khi muốn có mạch khuếch đại ít bị ảnh hưởng của nhiệt, người

ta cũng có dùng đến kiểu khuếch đại nghịch (tuy nhiên kiểu khuếch đại này rất ít thấy dùng đến)

Hình vẽ sau đây cho thấy cách phân cực mối nối EB và CB để transistor loại PNP làm việc trong 4 vùng: Ngưng dẫn, bão hòa, khuếch đại thuận, khuếch đại nghịch.

Bạn làm quen với các kiểu mạch khuếch đại dùng transistor

(phần thí dụ, dùng transistor NPN 2SC1815)

Muốn dùng 1 transistor làm tầng khuếch đại, Bạn chia nó ra làm 3 lớp trong 3 bước:

Bước 1: Lớp phân cực DC, dùng các điện trở để cấp áp DC cho các mối nối EB và CB để transistor làm việc trong vùng khuếch đại

Bước 2: Lớp Khuếch đại, sau khi đã lấy đúng phân cực, chúng

ta sẽ cho tín hiệu vào và khảo sát tính khuếch đại của mạch, như tính độ lợi, xem méo

Bước 3: Lớp ổn định, chúng ta sẽ dùng kỹ thuật hồi tiếp để cải thiện mạch khuếch đại, giữ cho nó ổn định hơn, khuếch đại tín hiệu ít bị méo hơn

Phần thực hành.

Bước 1: Bạn xem hình, các kiểu mạch phân cực DC kinh điển thường dùng để transistor làm việc trong vùng khuếch đại:

Khi phân cực DC, Bạn dùng các điện trở để cấp mức áp DC trên các chân B, chân E chân C, sao cho mối nối EB phân cực thuận

để chân E phun ra dòng hạt tải và sao cho mối nối CB phân cực nghịch để chân C hút gần hết dòng phun ra từ chân E Chúng

ta dùng trình PSpice để tính các mức áp phân cực cho mạch điện trên, với các mức áp như hình vẽ, các transistor đã lấy đúng phân cực

Chúng ta hãy xem dòng làm việc chảy qua các transistor (Bạn xem hình)

Khi dùng các transistor cho làm việc với các tín hiệu nhỏ, dòng làm việc của các transistor lấy trong khoảng 300uA đến 2mA là được Dòng Ic lấy càng nhỏ transistor khuếch đại ít ồn (ít tiếng sôi) nhưng cho độ lợi nhỏ, nếu lấy dòng Ic lớn, độ lợi sẽ lớn, nhưng tiếng ồn cũng lớn theo (tiếng ồn được hiểu là tiếng sôi phát ra từ dòng chảy) Muốn điều chỉnh cường độ dòng điện Ic, Bạn thay đổi mức áp phân cực trên chân B hay thay đổi trị của điện trở định dòng trên chân E.

Qua phần trình bày trên, Bạn thấy với tất cả các sơ đồ mạch

điện, trình PSpice sẽ tính ra mức áp trên các đường

mạch và tính ra cường độ dòng điện chảy vào chảy ra trên các chân của các linh kiện Như vậy khi kiểm tra trạng

thái phân cực DC của một mạch điện, công việc của Bạn là

dùng VOM kế, đo áp trên các đường mạch và đo dòng trên các chân của các linh kiện, từ kết quả đo được sẽ biết được mạch bị

hư hỏng ở phần nào, đó là công việc cơ bản của người chuyên viên điện tử

Bước 2: Khảo sát mạch khuếch đại với nguồn tín hiệu dạng sin.Trước hết Bạn hãy gắn vào các tụ liên lạc và dùng một nguồn tín hiệu dạng sin đặt tín hiệu qua tụ liên lạc C2 vào chân B, dùng tụ liên lạc C1 dẫn tín hiệu ra tải, với điện trở R3 (50K) Và trình PSpice cho chúng ta kết quả phân tích như hình sau:

Kết quả tín hiệu ngả vào và ngả ra đều có dạng Sin, biên độ tín hiệu ngả ra lớn hơn ngả vào, chúng ta có độ lợi và tín hiệu ngả vào ngả ra có tính đảo pha

Khi tăng biên độ tín hiệu ngả vào lên 200mV thì tín hiệu ngả ra không còn dạng sin nữa, chúng ta nói mạch khuếch đại đã làm méo tín hiệu.

Có Bạn hỏi: Đến đây có Bạn dừng tôi lại và hỏi Tín hiệu là gì? Trong đời thường cứ nghe nói đến tín hiệu luôn, vậy tín

hiệu là gì?

Trả lời:Tín hiệu có 2 mặt Mặt vật lý và mặt thông tin Chúng

* Biên độ của tín hiệu, cho cho thấy sự biến đổi mạnh yếu, cao thấp và thường đo theo Vp-p (hay Ip-p)

* Tần số của tín hiệu, cho thấy sự biến đổi nhanh hay chậm, thường đo theo Hertz

* Dạng sóng của tín hiệu, cho biết nét biến đổi lên xuống ra sao, theo hình dạng gì

Về mặt thông tin, một tin hiệu thường mang trong nó một lượng thông tin Thông tin là sự nhận biết của con người Nhìn

sự biến đổi trên mạch, người thợ có thể biết đó là tín hiệu âm thanh, hay tín hiệu hình ảnh Các tín hiệu mà hiện tại chúng

ta không nhận biết thường qui cho là ồn hay nhiễu

Tóm lại có thể hiểu tín hiệu một cách đơn giản Tín hiệu trước hết là sự biến đổi vật lý và trong nó có mang theo thông tin Trong ngành điện người ta đặt tên tín hiệu theo dạng sóng, lúc

đó chúng ta có tín hiệu dạng sin, dạng răng cưa, dạng xung vuông, dạng xung nhọn Nếu đặt tên theo tần số, chúng ta có tín hiệu tần thấp, tần cao, tần siêu cao Nếu đặt tên theo tính năng, chúng ta có tính hiệu đồng bộ, tín hiệu quét ngang quét dọc, tín hiệu hình, tín hiệu âm thanh

Trong ngành điện tử, người ta chế tạo máy hiện sóng (OscilloScope) và dùng nó để xem các tín hiệu trên một bo mạch Có thể nói máy hiện sóng chính là con mắt thứ ba của người thợ điện tử dùng để nhìn thấy tín hiệu trên một mạch điện và làm nghề điện tử là nghề gia công tín hiệu

Bây giờ trở lại nói tiếp về mạch khuếch đại dùng transistor

* Nhìn vào dạng sóng làm sao biết là tầng khuếch đại này có

tính đảo pha, rất đơn giản, Bạn thấy khi mức volt trên chân B

giảm xuống thì lúc này mức volt trên chân C lại tăng lên và ngược lại, khi mức volt trên chân B tăng lên thì mức volt trên chân C lại giảm xuống Dạng sóng sin ngả vào và ngả ra đã nói lên tầng khuếch đại này có tính làm đảo pha tín hiệu

* Nhìn vào dạng sóng làm sao biết tầng khuếch đại này có độ

lợi điện áp là bao nhiêu, rất đơn giản, Bạn lấy biên độ tín hiệu

đo theo volt ở ngả ra và chia cho biên độ tín hiệu ở ngả vào thì

sẽ nói được độ lợi của tầng khuếch đại này

Bước 3: Vấn đề ổn định tầng khuếch đại và cải thiện các tính năng của tầng khuếch đại

Trước hết chúng ta sẽ khảo sát dãy tần làm việc của tầng khuếch đại này Ban xem hình Trong hình chn1g ta cho một nguồn tín hiệu dạng sin có biên độ không đổi và lần lượt cho thay đổi tần số và đo biên độ ở ngả ra, tiếp tục làm với nhiều tần số khác nhau, chúng ta vẽ ra được đường cong biên tần Nhìn đường cong này, chúng ta có thể nói: Tầng khuếch đại cho độ lợi 60 lần và có dãy tần làm việc rất rộng

Một mạch khuếch đại làm việc được với dãy tần quá rộng và nếu mạch khuếch đại lại có độ lợi lớn nữa sẽ dễ phát sinh dao động tự kích làm cho mạch mất tính ổn định Người ta sẽ tìm cách giảm dãy tần làm việc của mạch khuếch đại (thu hẹp lại), chỉ cho nó tập trung khuếch đại dãy tần tín hiệu hữu ích mà thôi Muốn vậy sẽ phải sử dụng đến mạch tạo tác dụng hồi tiếp nghịch Trong mạch tụ C3 lấy tín hiệu ngược pha trên chân C cho trả về chân B sẽ tạo tác dụng hồi tiếp nghịch, khi gắn thêm

tụ C3 vào mạch khuếch đại, chúng ta có đường cong biên tần như hình sau (Bạn xem hình):

Nhìn vào đường cong biên tần, Bạn thấy dãy tần đã bị thu hẹp lại (ở vùng tần số cao, biên độ đã bị ép xuống mức thấp) Tóm lại, tụ C3 làm thu hẹp dãy tần làm việc và điện trở R4 có tác

Đã đến lúc nói đến công dụng của transistor dùng làm khóa điện đóng mở mạch.

Phần trên chúng ta đã biết, transistor có tính khuếch đại và nó còn được dùng làm khóa điện đơn hướng để đóng mở các mạch điện làm việc với dòng đơn hướng nữa