Tài liệu Dien tu ung dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG ThS. NGUYỄN HÀ THOẠI PHI Tháng 04/2014 1 MỤC LỤC Lời nói đầu Chương 1: Các Linh Kiện Điện Tử Cơ Bản R, L, C .................................................. 8 1.1 Điện trở R .................................................................................................................. 8 1.1.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của điện trở ................................................. 8 1.1.2 Ký hiệu, hình dạng thực tế và công suất của điện trở. ....................................... 9 1.1.3 Cách ghi và đọc giá trị trên thân điện trở ........................................................... 9 1.1.4 Phân loại và ứng dụng của điện trở .................................................................. 11 1.2 Tụ điện C ................................................................................................................. 13 1.2.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của tụ điện................................................. 13 1.2.2 Tụ điện không phân cực tính dương và âm. ..................................................... 13 1.2.3 Tụ điện có phân cực tính dương và âm. ........................................................... 14 1.2.4 Ứng dụng của tụ điện và điện trở. .................................................................... 14 1.3 Cuộn cảm L. ............................................................................................................ 15 1.3.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của cuộn cảm. ........................................... 15 1.3.2 Ký hiệu và hình dạng thực tế của cuộn cảm. ................................................... 15 1.3.3 Ứng dụng của cuộn cảm. .................................................................................. 16 Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 19 Chương 2: Diode Bán Dẫn Và Các Mạch Điện Ứng Dụng...................................... 20 2.1 Chất bán dẫn ............................................................................................................ 20 2.1.1 Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn................................................................. 20 2.1.2 Chất bán dẫn loại N .......................................................................................... 21 2.1.3 Chất bán dẫn loại P .......................................................................................... 21 2.2 Diode bán dẫn .......................................................................................................... 22 2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của diode bán dẫn. ............................... 22 2.2.2 Nguyên lý hoạt động của diode bán dẫn. ......................................................... 22 2.2.3 Các thông số kỹ thuật của diode bán dẫn ......................................................... 23 2.2.4 Phân loại diode và ứng dụng. ........................................................................... 23 2.3 Mạch điện ứng dụng của diode. .............................................................................. 26 2.3.1 Mạch chỉnh lưu một bán kỳ ............................................................................. 26 2.3.2 Mạch chỉnh lưu hai bán kỳ ............................................................................... 27 2.3.3 Mạch nguồn ổn áp dương dùng IC họ 78XX ................................................... 29 2.3.4 Mạch nguồn ổn áp âm dùng IC họ 79XX ........................................................ 29 2.3.5 Mạch nguồn điều chỉnh được điện áp dùng IC họ LM317. ............................. 30 2 Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 32 Chương 3: Transistor Lưỡng Cực BJT ..................................................................... 40 3.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của transistor BJT ....................................... 40 3.2 Nguyên lý làm việc của transistor BJT. .................................................................. 41 3.2.1 Transistor loại PNP. ......................................................................................... 41 3.2.2 Transistor loại PNP. ......................................................................................... 43 3.3 Các mạch điện ứng dụng dùng transistor loại NPN ................................................ 44 3.3.1 Mạch điều khiển đóng/mở Relay từ nhiều nơi ................................................. 44 3.3.2 Mạch dao động đa hài bất ổn dùng 2 transistor NPN ...................................... 45 3.3.3 Mạch nghịch lưu dùng transistor NPN ghép Darlington. ................................ 46 3.3.4 Mạch nạp điện cho bình ắcquy ........................................................................ 46 3.4 Các mạch điện ứng dụng dùng transistor loại PNP ................................................. 47 3.4.1 Mạch báo chuông tự động dùng quang trở ...................................................... 47 3.4.2 Mạch ổn định điện áp tự động AVR 1 pha ...................................................... 48 3.4.3 Mạch nguồn ổn áp 12VDC/15A dùng transistor MJ2955 ............................... 49 3.5 Các thông số kỹ thuật và các đường đặc tuyến của transistor ................................. 51 3.5.1 Các thông số kỹ thuật của transistor ................................................................ 51 3.5.2 Các đường đặc tuyến của transistor ................................................................. 51 3.6 Tính toán phân cực cho transistor ........................................................................... 53 3.6.1 Phân cực cho cực B bằng hai nguồn điện áp riêng .......................................... 54 3.6.2 Phân cực cho cực B bằng nguồn điện áp VCC .................................................. 54 3.6.3 Phân cực cho cực B bằng cầu phân áp RB1, RB2 ............................................. 56 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với các thông số của transistor .................................. 57 3.8 Các biện pháp ổn định nhiệt .................................................................................... 57 3.8.1 Dùng điện trở RE để ổn định nhiệt (hồi tiếp âm dòng điện)............................. 57 3.8.2 Dùng điện trở RB hồi tiếp từ cực C (hồi tiếp âm điện áp) ................................ 58 3.8.3 Dùng cầu phân áp có điện trở nhiệt Th ............................................................ 58 Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 60 Chương 4: Transistor Hiệu Ứng Trường FET ......................................................... 63 4.1 Khái niệm chung về transistor trường FET ............................................................. 63 4.1.1 Nguyên lý hoạt động. ....................................................................................... 63 4.1.2 Phân loại ........................................................................................................... 63 4.1.3 Ưu nhược điểm của transistor trường FET. ..................................................... 63 4.2 Transistor trường JFET ........................................................................................... 64 4.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của JFET....................................................... 64 3 4.2.2 Đặc tuyến của JFET ......................................................................................... 65 4.2.3 Phân cực cho JFET........................................................................................... 67 4.3 Transistor trường MOSFET kênh liên tục (DE-MOSFET) .................................... 69 4.3.1 Cấu tạo của MOSFET kênh liên tục ................................................................ 69 4.3.2 Nguyên lý hoạt động và đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục ...................... 69 4.3.3 Phân cực cho MOSFET kênh liên tục .............................................................. 71 4.4 Transistor trường MOSFET kênh cảm ứng (E-MOSFET) ..................................... 71 4.4.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của MOSFET kênh cảm ứng ............... 71 4.4.2 Nguyên lý làm việc của MOSFET kênh cảm ứng ........................................... 73 4.4.3 Mạch điện ứng dụng dùng MOSFET kênh cảm ứng ....................................... 74 4.4.4 Các thông số kỹ thuật của MOSFET kênh cảm ứng ........................................ 77 Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 78 Chương 5: Họ Linh Kiện Bán Dẫn 4 Lớp Thyristor................................................ 83 5.1 SCR (Silicon Controlled Rectifiers) ................................................................... 83 5.1.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của SCR ............................................... 83 5.1.2 Nguyên lý hoạt động của SCR ......................................................................... 83 5.1.3 Các thông số kỹ thuật của SCR ........................................................................ 84 5.1.4 Các phương pháp khóa SCR trong mạch điện một chiều. ........................ 85 5.1.5 Mạch điện ứng dụng của SCR ...................................................................... 86 5.2 Diac .......................................................................................................................... 87 5.2.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của Diac. .............................................. 87 5.2.2 Nguyên lý hoạt động của Diac. ........................................................................ 88 5.3 Triac ......................................................................................................................... 89 5.3.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của Triac. ............................................. 89 5.3.2 Nguyên lý hoạt động của Triac. ....................................................................... 89 5.3.3 Các phương pháp kích dẫn Triac ................................................................. 90 5.3.4 Đặc tính Vôn – Ampe và các thông số kỹ thuật của Triac ....................... 91 5.3.5 Mạch điện ứng dụng của Triac ..................................................................... 91 5.4 Transistor đơn nối UJT. ........................................................................................... 92 5.4.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của UJT. .............................................. 92 5.4.2 Đặc tuyến của UJT......................................................................................... 93 5.4.3 Các thông số kỹ thuật của UJT ........................................................................ 95 5.4.4 Ứng dụng của UJT ......................................................................................... 95 Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 99 4 Chương 6: Bộ Khuếch Đại Thuật Toán Op-amp ................................................... 100 6.1 Khái niệm bộ khuếch đại thuật toán Op-amp. ....................................................... 100 6.2 Cấu tạo bộ khuếch đại thuật toán Op-amp ............................................................ 101 6.3 Đặc tính và các thông số kỹ thuật của một Op-amp lý tưởng ............................... 102 6.4 Các chức năng của Op-amp ................................................................................... 103 6.4.1 Mạch khuếch đại đảo. .................................................................................... 103 6.4.2 Mạch khuếch đại không đảo .......................................................................... 104 6.4.3 Mạch lặp điện áp ............................................................................................ 104 6.4.4 Mạch cộng điện áp ......................................................................................... 105 6.4.5 Mạch khuếch đại tích phân ............................................................................ 105 6.4.6 Mạch khuếch đại vi phân ............................................................................... 105 6.4.7 Mạch Schmitt trigger...................................................................................... 105 6.4.8 Mạch so sánh điện áp ..................................................................................... 106 6.5 Các mạch điện ứng dụng của Op-amp .................................................................. 106 6.5.1 Mạch điện điều khiển Relay dùng quang trở và Opamp................................ 106 6.5.2 Mạch bảo vệ quá áp và thấp áp dùng Op-amp ............................................... 106 Câu hỏi ôn tập .............................................................................................................. 108 Chương 7: IC 555 Và Các Mạch Điện Ứng Dụng .................................................. 110 7.1 Khái niệm IC 555 .................................................................................................. 110 7.1.1 Công dụng của IC 555.................................................................................... 110 7.1.2 Cấu tạo của IC 555. ........................................................................................ 110 7.1.3 Nguyên lý hoạt động của IC 555. .................................................................. 110 7.1.4 Các thông số cơ bản của IC 555..................................................................... 112 7.1.5 Sơ đồ chân, hình dạng thực tế và chức năng các chân của IC555. ................ 112 7.2 Các mạch điện dao động dùng IC 555................................................................... 113 7.2.1 Mạch dao động đa hài bất ổn dùng IC 555. ................................................... 113 7.2.2 Mạch dao động đơn ổn dùng IC 555. ............................................................. 114 7.2.3 Mạch dao động lưỡng ổn dùng IC 555 .......................................................... 115 7.3 Các mạch điện ứng dụng của IC 555..................................................................... 116 7.3.1 Mạch điều khiển loa dùng nhiệt trở Thermistor và IC 555. ........................... 116 7.3.2 Mạch nghịch lưu Inverter dùng IC 555 .......................................................... 117 7.3.3 Mạch bơm nước tự động dùng IC 555 ........................................................... 118 Câu hỏi ôn tập .............................................................................................................. 119 Chương 8: Linh Kiện Quang Điện Tử ..................................................................... 121 8.1 Quang transistor..................................................................................................... 121 5 8.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quang transistor ................................... 121 8.1.2 Thông số kỹ thuật của quang transistor ......................................................... 121 8.1.3 Mạch điện ứng dụng của quang transistor ..................................................... 122 8.2 Quang Triac ........................................................................................................... 123 8.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quang Triac .......................................... 123 8.2.2 Thông số kỹ thuật của quang Triac ................................................................ 123 8.2.3 Mạch điện ứng dụng của quang Triac ............................................................ 123 8.3 LED 7 đoạn ............................................................................................................ 124 8.3.1 Cấu tạo LED 7 Đoạn ...................................................................................... 124 8.3.2 Bảng mã LED 7 đoạn ..................................................................................... 125 8.4 LED ma trận .......................................................................................................... 127 8.4.1 Cấu tạo LED ma trận...................................................................................... 127 8.4.2 Nguyên lý hoạt động của LED ma trận.......................................................... 128 Câu hỏi ôn tập .............................................................................................................. 130 Tài Liệu Tham Khảo ................................................................................................. 131 6 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, các loại linh kiện điện tử và các mạch điện tử ứng dụng đang được phát triển với tốc độ nhanh chóng và đa dạng trong nhiều lĩnh vực. Do đó, các sinh viên khi học về điện tử cần được đào tạo theo một trình tự bài bản mới có thể nắm bắt được vững vàng và nhanh chóng khối lượng kiến thức ngày càng lớn của lĩnh vực điện tử. Để đáp ứng được nhu cầu đó, Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng hy vọng sẽ giúp các sinh viên mới bắt đầu bước vào lĩnh vực điện tử có được kiến thức cơ bản về các linh kiện điện tử và các mạch điện tử ứng dụng. Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng được biên soạn dùng cho sinh viên chuyên ngành Cơ Điện Tử và chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử. Nội dung của giáo trình đề cập đến cấu tạo, ký hiệu, hình dạng thực tế, nguyên lý hoạt động và các mạch điện tử ứng dụng của các linh kiện điện tử. Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng gồm có 8 chương: Chương 1: Giới thiệu về các linh kiện thụ động điện trở, tụ điện, cuộn cảm. Chương 2: Trình bày về chất bán dẫn loại P, loại N. Diode bán dẫn và các mạch điện tử ứng dụng của diode. Chương 3: Trình bày cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động và các mạch điện tử ứng dụng của transistor lưỡng cực BJT. Chương 4: Trình bày cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động và các mạch điện tử ứng dụng của transistor trường MOSFET kênh cảm ứng. Chương 5: Trình bày về các linh kiện điện tử bán dẫn có nhiều lớp tiếp giáp. Chương 6: Trình bày về bộ khuếch đại thuật toán Op-Amp. Chương 7: Trình bày về IC 555 và các mạch điện tử ứng dụng của IC 555. Chương 8: Trình bày về các linh kiện quang điện tử. Do thời gian biên soạn ngắn nên cuốn Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng chắc chắn còn nhiều vấn đề cần bổ sung và hoàn thiện. Rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của mọi người. Địa chỉ liên hệ: Bộ môn Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử, khoa Cơ Điện Điện Tử trường Đại Học Lạc Hồng. 7 Chương 1: Các Linh Kiện Điện Tử Cơ Bản R, L, C Giới thiệu chương Chương 1 giới thiệu về các linh kiện điện tử cơ bản, đó là các linh kiện điện trở, tụ điện và cuộn cảm. Đây là các linh kiện không thể thiếu được trong các mạch điện tử. Chúng luôn giữ một vai trò rất quan trọng trong hầu hết các mạch điện tử. Các linh kiện này được trình bày một cách cụ thể từ định nghĩa, cấu tạo, ký hiệu trong các sơ đồ mạch, các cách phân loại thông dụng, các tham số cơ bản và các cách nhận biết chúng trên thực tế. 1.1 Điện trở R 1.1.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của điện trở Định nghĩa: Điện trở là linh kiện dùng để ngăn cản dòng điện trong mạch. Trị số điện trở được xác định theo định luật Ôm: R= U I (1.1) Trong đó: R có đơn vị tính là Ohm [Ω], U đơn vị tính là vôn [V], I đơn vị tính là [A]. Trên điện trở, dòng điện và điện áp luôn cùng pha và điện trở dẫn dòng điện một chiều và xoay chiều như nhau. Cấu tạo: Điện trở có nhiều dạng cấu tạo khác nhau, một cách tổng quát ta có cấu tạo tiêu biểu của một điện trở như mô tả trong hình 1.1 1 - Ruột điện trở làm bằng vật liệu cản trở dòng điện (Carbon Composition) 2 - Vỏ điện trở làm bằng chất cách điện 3 - Chân điện trở làm bằng kim loại 4, 5, 6, 7 - Các vòng màu thể hiện giá trị của điện trở Hình 1.1: Cấu tạo của điện trở Đơn vị tính: Điện trở có đơn vị tính là Ohm (Ω). Các bội số thường dùng của điện trở là kilo Ohm (kΩ), mê ga Ohm (MΩ). 1kΩ = 103Ω 1MΩ = 103kΩ = 106Ω 8 1.1.2 Ký hiệu, hình dạng thực tế và công suất của điện trở Hình 1.2: Ký hiệu và hình dạng thực tế của điện trở Công suất của điện trở: Điện trở có nhiều loại công suất khác nhau (0.25W, 0.25W, 0.5W, 1W, 2W, 3W, 5W, 7W, 10W, 20W). Điện trở có công suất càng lớn thì kích thước sẽ càng lớn và chịu được dòng điện có giá trị càng lớn chạy qua. Hình 1.3: Công suất và kích thước của các loại điện trở 1.1.3 Cách ghi và đọc giá trị trên thân điện trở Trên thân điện trở thường ghi các tham số đặc trưng cho điện trở như: trị số của điện trở và % dung sai, công suất tiêu tán (thường từ vài phần mười Watt trở lên). Người ta có thể ghi trực tiếp hoặc ghi theo nhiều qui ước khác nhau. Cách ghi trực tiếp: Là cách ghi đầy đủ các tham số chính và đơn vị đo của chúng. Cách ghi này thường dùng đối với các điện trở có kích thước tương đối lớn như điện trở dây quấn. Ghi theo qui ước: Có rất nhiều các quy ước khác nhau, ở đây ta xem xét một số cách quy ước thông dụng. - Không ghi đơn vị Ôm: Đây là cách ghi đơn giản nhất và nó được qui ước như sau: R (hoặc E) = Ω, K = kΩ, M = MΩ - Quy ước theo mã: Mã này gồm các chữ số và một chữ cái để chỉ % dung sai. Trong các chữ số thì chữ số cuối cùng chỉ số số 0 cần thêm vào. Các chữ cái chỉ % dung sai qui ước gồm: F = 1 %, G = 2 %, J = 5 %, K = 10 %, M = 20 %. - Quy ước màu: Thông thường người ta sử dụng 4 vòng màu, đôi khi dùng 5 vòng màu (đối với loại có sai số nhỏ khoảng 1%). 9 1.1.3.1 Bảng quy định màu sắc của điện trở Bảng 1.1: Quy định màu sắc trên thân điện trở Màu Vòng màu thứ 1 (Hàng chục) Vòng màu thứ 2 (Đơn vị) Vòng màu thứ 3 (Số nhân) Vòng màu thứ 4 (Sai số) Đen 0 0 1 20% Nâu 1 1 10 1% Đỏ 2 2 100 2% Cam 3 3 1000 Vàng 4 4 10000 Lục 5 5 100000 Lam 6 6 1000000 Tím 7 7 10000000 Xám 8 8 100000000 Trắng 9 9 1000000000 Vàng kim - - 0,1 5% Bạch kim - - 0,01 10% Loại điện trở có 4 vòng màu được qui ước: - Hai vòng màu 1, 2 là chỉ số có nghĩa thực của nó. - Vòng màu thứ 3 là chỉ số số 0 cần thêm vào (hay gọi là số nhân). - Vòng màu thứ 4 chỉ phần trăm sai số (%). Hình 1.4: Điện trở có 4 vòng màu Ví dụ: Đỏ tím nâu vàng kim = 27.101 ± 5% (Ω) = 270 (Ω) ± 5% Loại điện trở có 5 vòng màu được qui ước: - Ba vòng màu 1, 2, 3 chỉ các số có nghĩa thực. - Vòng màu thứ 4 là số nhân để chỉ số số 0 cần thêm vào. - Vòng màu thứ 5 chỉ phần trăm sai số (%). Hình 1.5: Điện trở có 5 vòng màu Ví dụ: Cam cam trắng đen nâu = 339.100 ± 1% (Ω) = 339 (Ω) ± 1% Loại điện trở có giá trị nhỏ hơn 10Ω được qui ước: - Hai vòng màu 1, 2 là chỉ số có nghĩa thực của nó. - Vòng màu thứ 3 là màu vàng kim (nhân 0,1). - Vòng màu thứ 4 chỉ phần trăm sai số (%). 10 Hình 1.6: Điện trở có giá trị nhỏ hơn 10Ω Ví dụ: Vàng tím vàng kim vàng kim = 47.0,1 ± 5% (Ω) = 4,7 (Ω) ± 5% Loại điện trở có giá trị nhỏ hơn 1Ω được qui ước: - Hai vòng màu 1, 2 là chỉ số có nghĩa thực của nó. - Vòng màu thứ 3 là màu bạch kim (nhân 0,01). - Vòng màu thứ 4 chỉ phần trăm sai số (%). Hình 1.7: Điện trở có giá trị nhỏ hơn 1Ω Ví dụ: Vàng tím bạch kim vàng kim = 47.0,01 ± 5% (Ω) = 0,47 (Ω) ± 5% 1.1.3.2 Bảng quy định các giá trị điện trở có trên thực tế Về lý thuyết, linh kiện điện trở có thể có giá trị bất kỳ từ thấp nhất đến cao nhất. Trong thực tế, các linh kiện điện trở có khoảng điện trở từ 0,1 Ω đến 100 MΩ. Các giá trị điện trở tiêu chuẩn được cho trong bảng sau: Bảng 1.2: Các giá trị điện trở có trên thực tế 1.0 1.2 2.2 2.7 3.3 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 1.5 1.8 6.8 7.5 8.2 9.1 Các điện trở thường được chế tạo với giá trị là các giá trị tiêu chuẩn nhân với bội số của 10. Ví dụ: điện trở: 10 Ω; 100 Ω; 1,5 kΩ; 2,7 kΩ; 5,6 kΩ…. 1.1.4 Phân loại và ứng dụng của điện trở 1.1.4.1 Điện trở có giá trị thay đổi được (biến trở) Biến trở có hai dạng. Dạng kiểm soát dòng công suất lớn dùng dây quấn. Loại này ít gặp trong các mạch điện trở. Dạng thường dùng hơn là chiết áp. Cấu tạo của biến trở so với điện trở cố định chủ yếu là có thêm một kết cấu con chạy gắn với một trục xoay để điều chỉnh trị số điện trở. Con chạy có kết cấu kiểu xoay (chiết áp xoay) hoặc theo kiểu trượt (chiết áp trượt). 11 Chiết áp có 3 đầu ra, đầu giữa ứng với con trượt còn hai đầu ứng với hai đầu của điện trở. Hình 1.8: Ký hiệu và hình dạng thực tế của biến trở 1.1.4.2 Quang trở LDR Quang trở (LDR ≡ Light Dependent Resistor) là loại điện trở có giá trị thay đổi tùy thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó. Khi có ánh sáng chiếu đến, quang trở có trị số điện trở nhỏ (khoảng 2kΩ). Khi không có ánh sáng chiếu đến, quang trở có trị số điện trở lớn (khoảng 20kΩ) Vật liệu dùng để chế tạo điện trở quang là CdS (Cadmium Sulfid), CdSe (Cadmium Selenid), ZnS (sắt Sulfid) hoặc các tinh thể hỗn hợp khác. Hình 1.9. Kí hiệu và hình dạng thực tế của quang trở Điện trở quang được ứng dụng làm bộ phận cảm biến quang trong các mạch tự động điều khiển bởi ánh sáng; mạch đo ánh sáng; mạch chỉnh hội tụ của một số thiết bị; mạch trò chơi điện tử … 1.1.4.3 Điện trở nhiệt Thermistor Đây là một linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Khi ở nhiệt độ bình thường thì Thermistor là một điện trở, nếu nhiệt độ càng tăng cao thì điện trở của nó càng giảm. Hình 1.10: Ký hiệu và hình ảnh thực tế của Thermistor Điện trở nhiệt thường được dùng để ổn định nhiệt cho các mạch của thiết bị điện tử, để đo và điều chỉnh nhiệt độ trong các cảm biến. 12 1.2 Tụ điện C 1.2.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của tụ điện Định nghĩa: Tụ điện là linh kiện dùng để chứa điện tích. Một tụ điện lý tưởng có điện tích ở bản cực tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt ngang qua nó theo công thức: Trong đó: Q = C.U Q - điện tích ở trên bản cực của tụ điện [C] (1.2) U - hiệu điện thế đặt trên tụ điện [V] C - điện dung của tụ điện [F] Cấu tạo: Tụ điện có cấu tạo bao gồm một lớp vật liệu cách điện nằm giữa hai bản cực là 2 tấm kim loại. Hai bản cực của tụ điện được nối với 2 dây dẫn bằng kim loại đưa ra bên ngoài, đó là 2 chân của tụ điện. 1, 2 – Hai chân của tụ điện; 3 – Chất cách điện; 4 – Bản cực làm bằng kim loại; 5 – Lớp nhôm bảo vệ; 6 – Lớp vỏ bằng nhựa Hình 1.11: Cấu tạo của tụ điện Đơn vị tính của tụ điện: Điện dung C của tụ điện có đơn vị tính theo hệ SI là Farad [F], thông thường ta chỉ dùng các ước số của Farad là micô Fara (µF) và picô Fara (pF). 1F = 106µF = 1012pF 1.2.2 Tụ điện không phân cực tính dương và âm - Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện không phân cực tính Hình 1.12: Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện không phân cực tính 13 - Xác định giá trị của tụ điện không phân cực tính Tụ điện không phân cực tính thường có kích thước nhỏ, giá trị điện dung C có đơn vị tính là pF và được ghi theo quy ước. Tụ gốm có kích thước nhỏ thường được ghi theo qui ước sau: Ví dụ trên tụ ghi 204 có nghĩa là trị số của điện dung C = 20x104pF = 20.0000pF. Tụ có ghi số trên thân 103K có nghĩa là tụ có điện dung: C = 10000 pF ± 10%. 1.2.3 Tụ điện có phân cực tính dương và âm. - Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện có phân cực tính. Hình 1.13: Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện có phân cực tính - Các thông số của tụ điện có phân cực tính. Hai tham số quan trọng nhất thường được ghi trên thân tụ điện có phân cực tính là: trị số điện dung C và điện áp làm việc Ulv. Ví dụ: trên thân tụ hóa ghi 2200µF/25V có nghĩa là tụ có: C = 2200µF, Ulv = 25V 1.2.4 Ứng dụng của tụ điện và điện trở 1.2.4.1 Mạch Reset mức cao dùng RC Sơ đồ nguyên lý mạch Reset mức cao dùng RC: Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý mạch Reset mức cao dùng RC Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn, điện áp 5VDC sẽ nạp cho tụ, điện áp trên tụ bằng 5V còn điện áp trên điện trở R bằng 0V. Do SW mở nên điện áp ngõ ra là 0V bằng với điện áp trên điện trở. Khi nhấn nút SW tụ thực hiện xả điện qua nút nhấn Reset, điện áp trên tụ bằng 0V còn điện áp trên điện trở R bằng 5V dẫn đến điện áp ngõ ra bằng 5V. 14 1.2.4.2 Mạch Reset mức thấp dùng RC Sơ đồ nguyên lý mạch Reset mức thấp dùng R, C: Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý mạch Reset mức thấp dùng RC Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn, điện áp 5VDC sẽ nạp cho tụ, điện áp trên tụ bằng 5V còn điện áp trên điện trở R bằng 0V. Do SW mở nên điện áp ngõ ra là 5V tức bằng điện áp trên tụ. Khi nhấn nút SW tụ thực hiện xả điện qua nút nhấn Reset, điện áp trên tụ bằng 0V còn điện áp trên điện trở R bằng 5V dẫn đến điện áp ngõ ra bằng 0V. 1.3 Cuộn cảm L. 1.3.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của cuộn cảm. Định nghĩa: Cuộn dây còn gọi là cuộn tự cảm, là linh kiện điện tử dùng để tạo thành phần cảm kháng trong mạch. Cảm kháng của cuộn dây được xác định theo công thức: XL = 2πfL = ωL (Ω) (1.3) Trong đó: L - điện cảm của cuộn dây (đo bằng Henry), phụ thuộc vào hình dạng, số vòng dây, cách sắp xếp và cách quấn dây. f - tần số của dòng điện chạy qua cuộn dây (Hz) Cấu tạo: Cuộn cảm là dây dẫn quấn nhiều vòng liên tiếp trên 1 cái lõi. Đơn vị tính: Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích trữ năng lượng từ trường của cuộn cảm. Có đơn vị tính là Henri (H), miliHenri (mH). 1 mH = 10-3 H; 1 µH = 10-6 H 1.3.2 Ký hiệu và hình dạng thực tế của cuộn cảm. Tùy thuộc vào tần số làm việc mà lõi của cuộn cảm có thể là một ống rổng (lõi không khí), sắt bụi hay sắt lá. 15 Hình 1.16: Ký hiệu và hình dạng thực tế của cuộn cảm 1.3.3 Ứng dụng của cuộn cảm. Cuộn cảm được ứng dụng làm micro điện động, loa điện động, rờle, má y biến áp, cuộn dây trong đầu đọc đĩa…. Trong mạch điện tử, cuộn cảm có thể được ở mạch lọc nguồn, mạch lọc tần số, mạch dao động cộng hưởng, mạch tạo dạng sóng… 1.3.3.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha. Hình 1.17: Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của máy biến áp một pha Máy biến áp một pha là dụng cụ dùng để biến đổi điện áp hay dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Cấu tạo máy biến áp một pha gồm 2 cuộn dây đồng, tráng men cách điện quấn trên một lõi thép từ khép kín. Cuộn nhận điện áp vào gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây cho lấy điện áp ra là cuộn thứ cấp. Lõi từ không phải là một khối sắt mà gồm nhiều lá sắt mỏng ghép song song cách điện nhau để tránh dòng điện xoáy (Foucoult) làm nóng máy biến áp. Các công thức của máy biến áp 1 pha - Tỉ lệ về điện áp: V2 N = 2 V1 N1 (1.4) I2 N = 1 I1 N2 (1.5) - Tỉ lệ về dòng điện: 16 - Tỉ lệ về công suất: P1 =V1.I1; P2 =V2 .I2 (1.6) P1 = P2 (1.7) P2 < P1 (1.8) + Lý tưởng ta có: + Thực tế: - Hiệu suất: η= P1 .100% P2 (1.9) 1.3.3.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của micrô và loa. Micrô và loa có cấu tạo gồm: Một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây được quấn trên một màng rung đặt trong vùng từ trường của một nam châm vĩnh cửu. Nguyên lý hoạt động của micrô: Micrô có tác dụng chuyển đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu dòng điện. Khi có âm thanh tác động vào màng rung, màng rung sẽ dao động làm cuộn dây dao động theo. Do cuộn dây dao động trong vùng từ trường của nam châm vĩnh cửu nên ở hai đầu cuộn dây sẽ xuất hiện một tín hiệu dòng điện có tần số tương ứng. Nguyên lý hoạt động của loa: Loa có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện thành tín hiệu âm thanh. Khi có tín hiệu dòng điện cấp đến ở 2 đầu của cuộn dây, cuộn dây sẽ cảm ứng tạo ra một từ trường, từ trường của cuộn dây tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu tạo ra một lực từ tác động lên cuộn dây làm cuộn dây dao động. Do cuộn dây dao động dẫn đến màng rung dao động theo và âm thanh được phát ra. Hình 1.18: Cấu tạo cơ bản của micrô và loa 17 1.3.3.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của relay Cấu tạo: Relay gồm có 2 phần là cuộn hút và cặp tiếp điểm. - Cuộn hút: Tạo ra năng lượng từ trường lớn hơn lực kéo của lò xo để hút thanh thép di chuyển. Tùy vào điện áp làm việc mà người ta chia Relay ra làm 2 loại: + Relay DC: Cuộn dây của Relay làm việc với điện áp một chiều 5V, 12V, 24V. + Relay AC: Cuộn dây của Relay làm việc với điện áp xoay chiều 110V, 220V. - Cặp tiếp điểm: + Khi không có từ trường (không cấp điện cho cuộn dây): Chân chung được tiếp xúc với NC thường đóng nhờ lực của lò xo. + Khi có năng lượng từ trường (cấp điện cho cuộn dây): Lực từ trường lớn hơn lực kéo của lò xo, thanh thép di chuyển, chân chung được tiếp xúc với NO thường mở. + Trong Relay có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc 4 cặp tiếp điểm. Công dụng: Relay là thiết bị đóng cắt cơ bản, được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống và trong các thiết bị điện tử. Hình 1.19: Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của relay 18 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Hãy cho biết các thành phần cấu tạo của điện trở? 2. Trình bày về các cách phân loại điện trở và nêu ứng dụng của chúng? 3. Cho biết các tham số cơ bản của tụ điện? 4. Nêu các cách phân loại tụ điện, cho một vài ví dụ? 5. Định nghĩa về cuộn cảm và nêu các tham số chính của nó? 6. Trình bày về đặc điểm của cuộn cảm lõi không khí và phạm vi sử dụng của chúng? 7. Trình bày các đặc điểm của cuộn cảm lõi fe-rit và ứng dụng của chúng? 8. Hãy cho biết các đặc tính của cuộn cảm lõi sắt từ và ứng dụng? 9. Nêu định nghĩa, cấu trúc và tham số chính của biến áp? 10. Trình bày về biến áp cộng hưởng? 11. Nêu các yêu cầu và đặc điểm chính của biến áp âm tần? 12. Đặc điểm của biến áp nguồn? 13. Dựa vào % dung sai, điện trở được phân chia làm…. a. 3 loại; b. 4 loại; c. 5 loại; d. 6 loại 14. Cấu trúc của biến trở khác với điện trở cố định chủ yếu là do… a. Vỏ bọc và lõi b. Vật liệu cản điện c. Số chân của cấu kiện. d. Có thêm con chạy để điều chỉnh trị số điện trở. 15. Biến áp âm tần được thiết kế để làm việc ở dải tần số…. a. Từ 0Hz đến 20.000Hz; b. Từ 20KHz đến 1MHz c. Từ 20Hz đến 20.000Hz; d. Từ 6MHz đến 1GHz 19 Chương 2: Diode Bán Dẫn Và Các Mạch Điện Ứng Dụng Giới thiệu chương Chương 2 trình bày về các tính chất vật lý điện của lớp tiếp xúc P-N. Lớp tiếp xúc P-N là bộ phận chính của các linh kiện bán dẫn. Cũng trong chương này chúng ta sẽ được giới thiệu về một linh kiện bán dẫn chỉ có một lớp tiếp xúc P-N đó là diode bán dẫn. Diode bán dẫn có nguyên lý dẫn điện một chiều và ta cũng nghiên cứu về đặc tuyến Vôn-Ampe của nó. Ngoài ra chương 2 còn giới thiệu một số loại diode thông dụng và các mạch điện ứng dụng của diode. 2.1 Chất bán dẫn Trong ngành vật liệu điện người ta chia ra làm bốn nhóm vật liệu: Vật dẫn điện, vật cách điện, vật bán dẫn điện và vật dẫn từ. Ở đây chúng ta sẽ khảo sát nhóm vật liệu thứ ba là vật liệu bán dẫn điện. Trong tự nhiên có rất nhiều các chất bán dẫn điện, nghành kỹ thuật điện tử chỉ sử dụng hai chất bán dẫn cơ bản là Silic (Si) và Gecmani (Ge). 2.1.1 Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẩn Hình 2.1: Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn Si và Ge Xét cấu tạo nguyên tử của chất bán dẩn Silicium (Si) và chất Gecmanium (Ge). Chất Si có 14 electron bao quanh nhân và các electron này xếp trên ba lớp. Chất Ge có 32 electron bao quanh nhân và các electron này xếp trên 4 lớp. Hai chất Si và Ge có đặc điểm chung là số electron trên lớp ngoài cùng bằng nhau là 4 electron (hóa trị 4). Khi xét sự liên kết giữa các nguyên tử, người ta chỉ xét lớp ngoài cùng. Hình 2.2: Chất bán dẫn tinh khiết 20