Giáo trình Điện tử cơ bản - Nghề Công nghệ ô tô
BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH
Môn học
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
( Ban hành kèm theo Quyết định số:...)
HÀ NỘI 2012
1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và
tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
MÃ TÀI LIỆU:MH 08
LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay điện tử cơ bản đã phát triển rất mạnh và dược ứng dụng rộng
rãi trong mọi lĩnh vực khoa học và đời sống. Chính vì vậy kiến thức điện tử
cơ bản rất cần thiết cho sinh viên trong quá trình đào tạo ngành công nghệ
ôtô, cũng như mọi ngánh khác. Giáo trình này biên soạn để làm tài liệu giảng
dạy cho môn học điện tử cơ bản cho sinh viên hệ cao đẳng chuyên ngành
công nghệ ôtô, ngoài ra cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh chuyên
ngành khác. Về nội dung giáo trình được đề cập một cách có hệ thống kiến
thức quan trọng theo chương trình khung 2010 cho môn điện tử cơ bản, ngành
công nghệ ôtô. Các chương mục đã được xắp xếp theo một trật tự nhất định
để đảm bảo tính hệ thống chuyên môn.
Giáo trình bao gồm:
Chương 1: Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử
Chương 2: Các mạch điện tử cơ bản
Chương 3: Các mạch điện tử cơ bản trong ôtô
Do thời gian có hạn, là một giáo viên chuyên ngành công nghệ ôtô,
hiểu biết về chuyên ngành điện tử còn hạn chế, chắc chắn rằng giáo trình
không tránh khỏi thiếu sót, rất mong đóng góp ý kiến của các bạn đọc để kỳ
tái bản sau được hoàn hảo hơn.
Xin chân trọng cảm ơn Tổng cục Dạy nghề, khoa Động lực trường Cao
đẳng nghề Cơ khí Nông nghiệp cũng như sự giúp đỡ quý báu của đồng nghiệp
đã giúp tác giả hoàn thành giáo trình này.
Hà Nội, ngày…..tháng…. năm 2012
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Hoàng Văn Thông
2
MỤC LỤC
ĐỀ MỤC
Lời giới thiệu
Mục lục
TRANG
1
2
3
4
5
1
2
Chương 1: Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử
Chương 2: Các mạch điện tử cơ bản
4
38
51
Chương 3: Các mạch điện tử cơ bản trong ôtô
3
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
Mã số của môn học: MH 08
Thời gian của môn học: 45 giờ.
(Lý thuyết: 45 giờ; Thực hành: 0 giờ)
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí:
Môn học được bố trí giảng dạy song song với các môn học/ mô đun sau: MH 07,
MH 09, MH 10, MH 11, MH 12, MH13, MH 14, MH 15, MH 16, MH 18, MH
19
- Tính chất:
Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc.
- Ý nghĩa: giúp cho sinh viên có kiến thức cơ bản về điện tử cơ bản, góp phần vào
học các môn chuyên môn điện ôtô được tốt hơn, nâng cao hiệu quả học tập.
- Vai trò: môn học trang bị cho sinh viên những khái niệm, nguyên lý cơ bản của
các linh kiện điện tử, để ứng dụng vào các môn học chuyên môn, ứng dụng vào
thực tế.
Mục tiêu của môn học:
+ Nêu được đặc điểm cơ bản của vật liệu bán dẫn
+ Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các linh kiện điện tử cơ
bản
+ Trình bày được sơ đồ và nguyên lý làm việc của các mạch điện tử cơ bản
+ Tra cứu sổ tay và lựa chọn được linh kiện điện tử thay thế phù hợp
+ Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý làm việc mạch điều chỉnh điện áp máy
phát và mạch điều khiển đánh lửa điện tử
+ Tuân thủ đúng quy định về an toàn khi sử dụng thiết bị điện tử
+ Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ.
4
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU VÀ
LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
1. Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử
Giới thiệu chung về bài
MH 08 - 01
Trình bày khái niệm cơ bản về tính dẫn điện bán dẫn, sự dẫn điện và hoạt động
của các loại vật liệu bán dẫn.
Mục tiêu:
- Nêu được đặc điểm cơ bản của vật liệu bán dẫn
- Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các linh kiện điện tử cơ bản
- Tra cứu sổ tay và lựa chọn được linh kiện điện tử thay thế phù hợp
- Tuân thủ các quy định, quy phạm về vật liệu và linh kiện điện tử.
Nội dung:
1. VẬT LIỆU BÁN DẪN:
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm tính dẫn điện bán dẫn và sự dẫn điện của các loại vật
liệu bán dẫn.
1.1 Khái niệm tính chất điện của bán dẫn
Chất bán dẫn là một vật liệu có điện trở cao hơn so với chất dẫn điện tốt
như đồng hay sắt, nhưng thấp hơn so với chất cách điện như thuỷ tinh hay cao su
(hình 1.1)
r (Ω.m)
. Một chất bán dẫn có các tính chất sau:
- Khi nhiệt độ tăng điện trở suất r của nó thay đổi.
1020
Điện trở suất bán dẫn tinh khiết giảm mạnh khi
nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn
điện rất kém (giống như điện môi), còn ở nhiệt độ
cao bán dẫn dẫn điện khá tốt (giống như kim loại)
- Điên trở suất r của chất bán dẫn có giá trị trung
gian giữa kim loại và điện môi.
- Bán dẫn có những tính chất khác biệt so với kim
loại
- Khi hoà trộn nó với một chất nhất định tính dẫn
điện của nó tăng.
1015
Điện môi
1010
105
Bán dẫn
100
10-5
10-10
Kim loại
- Điện trở của nó thay đổi mạnh khi có ánh sáng
chiếu vào.
- Chất bán dẫn điển hình và được dùng phổ biến
nhất là silic (Si). Ngoài ra, còn có các chất bán dẫn
Hình 1.1: Điện trở
suất ρ vật liệu
đơn chất khác như Ge, Se, các bán dẫn hợp chất như GeAs, CdTe, ZnS,… nhiều ô
xít, sunfua, sêlenua, telunua,…và một số chất polime.
5
1.2 Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Ta xét trường hợp bán dẫn điển hình là Si, nếu trong mang tinh thể chỉ có
một loại nguyên tử là Si, thì ta gọi đó là chất bán dẫn tinh khiết Silíc là một
nguyên tố có hoá trị 4, tức là lớp điện tử lớp ngoài cùng của nguyên tử có bốn
êlectron. Trong tinh thể, mỗi nguyên tử Si liên kết với bốn nguyên tử lân cận
thông qua các liên kết cộng hoá trị.
Như vậy, xung quanh mỗi nguyên tử Si có tám êlectron tạo thành lớp êlectron đầy
(hình 1.2). Do đó liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể Si rất bền vững.
Ở nhiệt độ thấp, gần 00K các êlectron hoá
trị liên kết chặt chẽ với các nguyên tử ở nút mạng.
Do đó, trong tinh thể không có hạt tải điện tự do,
bán dẫn Si không dẫn điện.
Si
Si
Si
Si
Ở nhiệt độ tương đối cao, nhờ dao động
nhiệt của các phân tử, một số êlectron hoá trị thu
thêm năng lượng và được giải phóng khỏi các liên
kết, trở thành các êlectron tự do. Chúng có thể
tham gia vào sự dẫn điện giống như êlectron trong
kim loại. Đồng thời khi một êlectron bứt khỏi liên
kết, thì một liên kết trống xuất hiện. Được gọi là lỗ
trống. Lỗ trống mang một điện tích nguyên tố
Hình 1.2
Trong tinh thể Si ở nhiệt
độ thấp không có hạt
mạng điện tự do
dương, vì liên kết thiếu êlectron. Một êlectron ở mối liên kết gần đó có thể chuyển
đến lấp đầy liên kết bị trống và tạo thành lỗ trống ở vị trí khác, tức là lỗ trống cũng
có thể dịch chuyển trong tinh thể.
Vậy, ở nhiệt độ cao, có sự phát sinh ra các cặp êlectron - lỗ trống (hinh 1.3)
Bên cạnh đó luôn xảy ra quá trình tái hợp êlectron- lỗ trống, trong đó một
êlectron tự do chiếm một mỗi liên kết bị trống và lại trở thành êlectron liên kết.
Quá trình này làm mất đi đồng thời một êlectron tự do và một lỗ trống (một cặp
êlectron- lỗ trống). Ở một nhiệt độ xác định, có sự cân bằng giữa quá trình phát
sinh và qúa trình tái hợp.
Lỗ trống
Khi có điện trường đặt vào, êlectron chuyển
động ngược chiều điện trường, gây nên dòng điện
trong bán dẫn.
Vậy, dòng điện trong bán dẫn là dòng chuyển dời
có hướng của các êlectron và lỗ trống.
Si
Si
Êlectron
Si
Si
Ở bán dẫn tinh khiết, số êlectron và số lỗ
trống bằng nhau. nói chính xác hơn trong bán dẫn
tinh khiết, mật độ êlectron và mật độ lỗ trống bằng
nhau. Sự dẫn điện trong trường hợp này gọi là sự
Hình 1.3
Si ở nhiệt độ tương đối
cao, có sự phát sinh cặp
êlectron- lỗ trống
6
dẫn điện riêng của bán dẫn. Bán dẫn tinh khiết còn được gọi là bán dẫn loại i.
Nhiệt độ càng cao thì số êlectron và lỗ trống càng lớn. Do đó độ dẫn điện
của bán dẫn tinh thiết tỷ lệ thuận với nhiệt độ, độ dẫn điện tăng khi nhiệt độ tăng.
Ở nhiệt độ phòng, bán dẫn Si tinh khiết dẫn điện kém, vì nó có rất ít êlectron tự do
và lỗ trống.
Trong các cảm biến của ôtô cũng như các linh kiện khác, người ta ứng
dụng sự phụ thuộc của điện trở bán dẫn vào nhiệt độ để làm điện trở bán dẫn. Đó
là các dụng cụ, các cảm biến gồm một mẫu bán dẫn nối với hai dây dẫn. Nhiệt
điện trở dùng để đo nhiệt độ, để điều chỉnh và khống chế nhiệt độ.
Cặp êlectron - lỗ trống còn phát sinh khi ta chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp
vào bán dẫn. Do đó điện trở suất của bán dẫn giảm khi có ánh sáng thích hợp
chiếu vào. Đó là hiện tượng quang dẫn. Hiện tượng này được ứng dụng làm quang
điện trở bán dẫn. Điện trở của nó giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào tăng.
1.3 Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Nếu bán dẫn Si có pha tạp chất, tức là các nguyên tử Si, còn có các nguyên
tử khác, thì tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất nhiều. Chỉ cần một lượng rất
nhỏ tạp chất (với tỷ lệ vài phần triệu), độ dẫn điện của bán dẫn có thể tăng hàng
vạn, hàng triệu lần. Khi đó cùng với sự dẫn điện riêng, còn có sự dẫn điện do tạp
chất.
1.4 Chất bán dẫn loại P
Nếu ta thêm vào tinh thể Silicium một chất
có hoá trị 3 (vòng ngoài cùng có 3 điện tử) như
Indium (hình 1.4), thì nguyên tử In dễ nối với ba
điện tử Si theo liên kết cộng hoá trị, còn liện kết thứ
tư bị bỏ trống nên rễ kết hợp với điện tử ở xung
quanh và tạo ra lỗ trống (hole) mang điện dương
In
Hình 1.4
(hình 1.5). chính lỗ trống tự do này làm cho độ dẫn
điện của Si tăng lên nhiều lần.
Tạp chất In pha vào bán dẫn Si đã tạo nên lỗ
trống làm cho số lỗ trống số êlectron dẫn, tức là mật
độ lỗ trống lớn hơn mật độ êlectron. lỗ trống là hạt
tải điện cơ bản (hay đa số), êlectron là hạt tải điện
không cơ bản (hay thiểu số). Đó là bán dẫn lỗ trống
hay bán dẫn loại P.
Si
Si
In
Lỗ trống
Si
Nếu ta pha hai loại tạp chất, chẳng hạn P và
In, vào bán dẫn Si, thì bán dẫn này có thể là loại P
hay n tuỳ theo tỷ lệ giữa hai loại tạp chất.
Hình 1.5
7
Các chất thường sử dụng làm tạp chất như: Indium (In), bo (B), phốt pho
(P), arsenic (As), gallium (Ga),…
Như vậy bằng cách chộn loại tạp chất và nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn,
ta có thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mong muốn. Đây chính là một tính chất rất đặc
biệt của bán dẫn, khiến cho nó có nhiều ứng dụng.
1.5 Chất bán dẫn loại N
Giả sử trong mạng tinh thể Si có lẫn một nguyên tử phốt pho (P).Nguyên tử
phốt pho có năm êlectron ở lớp ngoài (hình 1.6a). Trong đó bốn êlectron tham ra
liên kết cộng hoá trị với nguyên tử Si ở xung quanh. Êlectron còn lại liên kết yếu
với nguyên tử P, nên ngay ở nhiệt độ thấp, nó đã có thể rễ dàng bứt khỏi nguyên
tử P và trở thành êlectron tư do (hình 1.6b). Nguyên tử P trở thành một ion dương,
nằm tại nút mạng.
Như vậy tạp chất P đã tạo nên thêm các
êlectron dẫn, mà không làm tăng thêm số lỗ
trống. Do đó bán dẫn Si pha P có số êlectron
nhiều hơn số lỗ trống, tức là mật độ êlectron lớn
hơn mật độ lỗ trống. Ta gọi êlectron là hạt tải
a)
điện cơ bản hay đa số, lỗ trống là hạt tải điện
không cơ bản hay thiểu số. Bán dẫn như vậy
được gọi là bán dẫn êlectron hay bán dẫn loại N.
1.6 Lớp chuyển tiếp P-N
Si
Si
Si
Êlectron
b)
1.6.1 Sự hình thành lớp chuyển tiếp P-N
P+
Lớp chuyển tiếp P-N được hình thành khi
ta cho hai mẫu bán dẫn khác loại, loại p và loại
n, tiếp xúc với nhau (hình 1.7).
Hình 1.6:Tạp chất P tạo
thêm êlectron tự do
Khi có tiếp xúc, lỗ trống và êlectron khuếch tán
từ mẫu p sang mẫu n và ngược lại. Tuy nhiên do
ở bán dẫn p, lỗ trống là hạt tải điện đa số, nên
dòng khuếch tán từ bán dẫn p sang n chủ yếu là
dòng lỗ trống. Lỗ trống từ p sang n tái hợp với
êlectron tự do. Do đó ở phía bán dẫn n gần mặt
phân cách hai mẫu bán dẫn không còn hạt tải
điện tự do nữa. Ở đó chỉ có các ion tạp chất
mang điện dương. Tương tự từ phía n sang phía
+
+
+
P
N
+
+
+
Et
Hình 1.7: Lớp chuyển tiếp
p, dòng khuếch tán chủ yếu là êlectron. Phía p, gần mặt phân cách hai mẫu, có các
ion tạp chất mang điện âm.
Kết quả của sự khuếch tán là ở mặt phân cách giữa hai mẫu bán dẫn, bên
phía n có một lớp điện tích dương, bên phía bán dẫn p có một lớp điện tích âm.
8
Tai đó suất hiện một điện trường trong Et hướng từ n sang p, có tác dụng ngăn cản
sự khuếch tán ở các hạt mang điện đa số (và thúc đẩy sự khuếch tán của các hạt
tiểu số). Cường độ của điện trường Et tăng dần làm dòng khuếch tán các hạt tải
điện đa số giảm dần. Sự khuếch tán dừng lại khi cường độ điện trường này đạt giá
trị ổn định. Ta nói rằng ở chỗ tiếp xúc hai loai bán dẫn đã hình thành lớp chuyển
tiếp p - n. Lớp chuyển tiếp có điện trở lớn, vì ở
N
P
đó hầu như không có hạt tải điện tự do.
1.6.2 Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
_
+
Ith
Ta mắc hai đầu của bán dẫn lớp chuyển
tiếp p - n vào một nguồn điện có hiệu điện thế U,
sao cho cực dương của nguồn nối với bản dẫn p,
cực âm của nguồn nối với bán dẫn n như trên
(hình 1.8).
Et
En
Hình 1.8: Lớp chuyển
tiếp p-n mắc vào nguồn
điện theo chiều thuận
Điện trường ngoài En do nguồn điện gây
ra ngược chiều với điện trường Et của lớp
chuyển tiếp, làm yếu điện trường trong. Do đó,
dòng chuyển dời của các hạt tải điện đa số được
tăng cường, gây nên dòng điên I có cường độ
lớn chạy theo chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n.
Đó là dòng điện thuận được gây nên bởi hiệu
điện thế thuận của nguồn điện. Dòng này tăng
nhanh khi hiệu điện thế U tăng. Đây là trường
N
P
_
+
Ing
Et
En
Hình 1.9: Lớp chuyển tiếp
p-n mắc vào nguồn điện
theo chiều ngược
hợp lớp chuyển tiếp p - n mắc theo chiều thuận,
còn gọi là lớp chuyển tiếp p - n phân cực thuận.
Như vậy, khi lớp chuyển tiếp được phân cực
thuận, các hạt tải điện đa số ở hai phía đều đi
đến lớp chuyển tiếp và vượt qua lớp này, gây
nên sự phun lỗ trống vào bán dẫn loại n, và phun
êlectron vào bán dẫn p.
Ta đổi cực của nguồn điện mắc vào mẫu bán
dẫn, tức là mắc cực dương vào bán dẫn n cực
âm vào bán dẫn p (hình1.9).
Điện trường ngoài En cùng chiều với điện
trường trong Et . Vì thế, chuyển dời của các hạt
tải điện đa số hoàn toàn bị ngăn cẳn. Qua lớp
chuyển tiếp chỉ có dòng các hạt tải điện thiểu số
gây nên dòng điện I chạy từ n sang p, có cường
Hình 1.10: Đặc tuyến
von-ampe của lớp chuyển
tiếp p-n
độ nhỏ và hầu như không thay đổi khi ta tăng điện thế U. Đó là dòng điện ngược,
9
do điện thế ngược của nguồn gây nên. Đây là trường hợp lớp chuyển tiếp p - n
mắc theo chiều ngược (hay phân cực ngược).
Như vậy, dòng điện qua lớp chuyển tiếp p - n mắc theo chiều thuận (từ p
sang n) có cường độ lớn, dòng điện qua lớp chuyển tiếp p - n mắc theo chiều
ngược có cường độ rất nhỏ. Lớp chuyển tiếp p - n dẫn điện tốt theo một chiều, từ p
sang n. Lớp chuyển tiếp p - n có tính chất chỉnh lưu.
1.6.3 Đặc tính vôn- ampe của lớp chuyển tiếp p-n
Khảo sát sự biến thiên của cường độ dòng điện theo hiệu điện thế, có thể
thu được đường đặc trưng vôn - ampe, còn gọi là đặc tuyến vôn - ampe, của lớp
chuyển tiếp p - n như trên (hình 1.10)
Tính chất của lớp chuyển tiếp p - n được ứng dụng trong nhiều dụng cụ bán dẫn
như điốt, tranzito...
2. LINH KIỆN ĐIỆN CƠ BẢN
- Trong bài giới thiệu cấu tạo, ký hiệu,
quy ước, cách đọc và cách kiểm các
linh kiện điện cơ bản như: điên trở, tụ
điện, cuộn điện cảm
Mục tiêu
- Trình bày được cấu tạo, ký hiệu quy
ước, cách đọc và cách kiểm tra các
linh kiện điện cơ bản.
Hình 1.11: Hình dáng thực tế
của điện trở
2.1. Điện trở
2.1.1 Cấu tạo, ký hiệu
Điện trở thường có dạng hình ống, trên ống sơn các vòng mầu vòng thứ
nhất nằm gần sát với một đầu của điện trở, vòng cuối cùng là vòng nhũ hay vòng
nhũ bạc.
Điện trở là linh kiện dùng để ngăn cản dòng điện trong mạch. Nói một cách
khác là nó điều khiển mức dòng và
điện áp trong mạch.
Để đạt được một giá trị dòng
điện mong muốn tại một điểm nào
đó của mạch điện hay giá trị điện áp
mong muốn giữa hai điểm của mạch
người ta phải dùng điện trở có giá trị
thích hợp. Tác dụng của điện trở
Hình 1.12: Ký hiệu điện trở
không khác nhau trong mạch điện
10
một chiều và cả mạch xoay chiều, nghĩa là chế độ làm việc của điện trở không
phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động lên nó. Hầu hết điện trở đều làm từ
chất cách điện và nó có mặt ở hầu khắp các mạch điện.
Các đơn vị của R thường là : mW, W, kW, MW, GW.
Điện trở dẫn cả dòng một chiều và xoay chiều. Điện áp và dòng điện trên điện
trở thuần có độ lệch pha bằng 0 (cùng pha).
Điện trở có cấu tạo như (hình 1.11)
Ký hiệu điện trở như (hình 1.12)
2.1.2 Qui ước và cách đọc
a. Qui ước
+ Qui tắc về mã mầu:
Người ta qui ước 10 mầu biểu thị cho 10 chữ số từ 0 đến 9 theo bảng 1
Bảng 1-1
Xanh Xanh
Mầu Đen Nâu Đỏ Cam Vàng
Tím Xám Trắng
lá
lơ
Giá
trị
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
b. Cách đọc
+ Cách đọc điện trở có ba vòng mầu
(hình 1.13)
- Vòng mầu thứ nhất: chỉ số thứ nhất
- Vòng mầu thứ hai: chỉ số thứ hai
- Vòng mầu thứ ba:
+ Nếu là nhũ vàng thì nhân với 0,1
+ Nếu là nhũ bạc thì nhân với 0,01
Ví dụ:
Hình 1.13: Điện trở có 3 vòng mầu
Vòng thứ nhất mầu vàng " giá trị là 4
Vòng thứ hai mầu tím " giá trị là 7
Vòng thứ ba nhũ vàng " giá trị là nhân 0,1
Giá trị điện trở là: 4 7 x 0,1= 4,7 Ω
+ Cách đọc điện trở có bốn mầu: Đây là loại
điện trở thường gặp nhất (hình 1.14)
Tương tự:
- Vòng thứ nhất: chỉ số thứ nhất
- Vòng thứ hai: chỉ số thư hai
- Vòng thứ ba:chỉ số các số không thêm vào
- Vòng thứ tư: chỉ sai số, thường là một
trong bốn mầu:
Hình 1.14: Điện trở 4 vòng
và 5 vòng mầu
11
+ Nâu, sai số ±1%
+ Đỏ, sai số ± 2%
+ Nhũ vàng, sai số ± 5%
+ Nhũ bạc, sai số ± 10%
Ví dụ:Điện trở có bốn mầu theo thứ tự: Đỏ, nâu, cam, nhũ bạc
Giá trị điện trở là: đỏ là 2; nâu là 1; cam là 000; nhũ bạc là ± 10%,
Kết quả là: 21000 Ω hay 21 KΩ,
sai số ± 10%.
+ Cách đọc điện trở có năm vòng mầu: Là điện trở có độ chính xác cao
(hình 1.14)
Qui ước mầu sắc giống điện trở bốn vòng mầu, sai số cũng giống như điện trở bốn
vòng mầu.
- Vòng thứ nhất: chỉ số thứ nhất
- Vòng thứ hai: chỉ số thư hai
- Vòng thứ ba: chỉ số thứ ba
- Vòng thứ tư: chỉ số các số không thêm vào
- Vòng thứ năm: Chỉ sai số
Ví dụ: Điện trở 5 vòng mầu theo thứ tự: nâu, tím, đỏ, đỏ, nâu.
Giá trị: nâu là 1; tím là 7; đỏ là 2; đỏ là 00; nâu là ± 1%.
Kêt quả: 17200Ω hay 17,2 KΩ, sai số ± 1%.
2.1.3 Phân loại điện trở
Phân loại theo công suất: Công suất nhỏ, công suất lớn.
Phân loại theo trị số:
Loại trị số cố định, trị số có thể biến đổi (biến trở hoặc chiết áp)
Phân loại theo vật liệu chế tạo:
a. Điện trở than: cấu tạo từ vật liệu bột than chì chộn với vật liệu keo cách điện
theo tỷ lệ thích hợp để có giá trị cần thiết. công suât từ 1/8 W đến vài watt.
b. Điện trở kim loại: Sử dụng vật liệu Niken - Crôm gắn vào lỗi sứ hoặc thuỷ tinh.
c. Điện trở dây cuốn: Dùng các dây hợp kim, quấn trên thân cách điện bằng sứ
hay nhựa tổng hợp.
d. Điện trở xi mang: Vật liệu chủ yếu bằng xi mang.
e. Điện trở ôxit kim loại: Cấu tạo từ vật liệu ôxit thiếc.
Phân loại theo công dụng:
a. Loại biến trở: Điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu.
b. Điện trở nhiệt: Điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ, có hai loại:
- Hệ số dương: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở R tăng.
- Hệ số âm: Khi nhiêth độ tăng thì điện trở R giảm
c. Quang điện trở: Khi có ánh sáng rọi vào thì điện trở R giảm.
12
d. Điện trở biến đổi theo điện áp: Khi điện áp U tăng thì điện trở R giảm.
e. Điện trở cầu chì: là loại điện trở có trị số rất nhỏ, thường dùng lắp trong mạch
điện để bảo vệ.
2.1.4 Ứng dụng điện trở:
Điện trở là linh kiện được dùng nhiều nhất trong các mạch điện tử. Công
dụng của nó là hạn chế hoặc điều chỉnh dòng điện và phân chia điện áp trong
mạch điện thích hợp cho tải.
2.1.5 Các hư hỏng thường gặp trên điện trở
Hư hỏng thường gặp trên điện trở là tăng trị số hoặc bị đứt, rất hiếm gặp trường
hợp điện trở có trị số bị giảm.
2.2 Tụ điện
2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc
Tụ điện là phần tử có giá trị dòng điện i qua nó tỉ lệ với tốc độ biến đổi
điện áp u trên nó theo thời gian. Tụ điện dùng để tích và phóng điện.
a. Cấu tạo tụ thường (hình 1.15):
Về cấu tạo, tụ không phân cực
gồm các lá kim loại xen kẽ với các lá
làm bằng chất cách điện gọi là chất điện
môi. Tên của tụ được đặt theo tên chất
điện môi như tụ giấy, tụ gốm, tụ mica, tụ
dầu…Giá trị của tụ thường có điện dung
từ 1,8pF (Picofarad) tới 1à F (farad), khi
giá trị điện dung lớn hơn thì kích thước
của tụ khá lớn nên khi đó chế tạo loại
phân cực tính sẽ giảm được kích thước
đi một cách đáng kể.
Hình 1.15: Cấu tạo tụ điện
b. Tụ điện phân:
Tụ điện phân có cấu tạo gồm 2
điện cực tách rời nhau nhờ một màng
mỏng chất điện phân (hình 1.16), khi có
một điện áp tác động lên hai điện cực sẽ
Hình 1.16: Cấu tạo tụ điện phân
xuất hiện một màng oxit kim loại không dẫn điện đóng vai trò như lớp điện
môi. Lớp điện môi càng mỏng kích thước của tụ càng nhỏ mà điện dung lại
càng lớn.
Đây là loại tụ có cực tính được xác định và đánh dấu trên thân tụ, nếu nối
ngược cực tính lớp điện môi có thể bị phá huỷ và làm hỏng tụ (nổ tụ), loại này
dễ bị rò điện do lượng điện phân còn dư.
+ Ký hiệu, quy ước và cách đọc tụ điện:
13
Cách ghi này áp dụng cho tụ có kích thước lớn như tụ hoá, tụ mica ví dụ: trên
thân tụ hoá có ghi 100 mF, 50V, +850C nghĩa là tụ có điện dung 100 mF, điện
áp một chiều lớn nhất mà tụ chịu được là 50V và nhiệt độ cao nhất mà nó
không bị hỏng là +850C.
Cách ghi theo quy ước
Cách ghi này dùng cho tụ có kích thước nhỏ, gồm các số và chữ với một số
kiểu quy ước như sau:
Với loại tụ ký hiệu bằng 3 chữ số và 1 chữ cái
+ Đơn vị là pF
+ Chữ số cuối cùng chỉ số số 0 thêm vào
+ Chữ cái chỉ dung sai
Bảng qui ước dung sai cho chữ cái cuối cùng
Chữ cái
Dung sai
± 0.10%
± 0.25%
± 0.5 %
± 0.5 %
± 1 %
Chữ cái
Dung sai
± 5 %
B
C
D
E
F
I
K
M
N
P
± 10 %
± 20 %
± 0.05 %
+100 %,-0%
+80 %, -20%
+200 %,-0%
G
H
± 2 %
Z
± 3 %
W
Ghi theo quy ước vạch màu hình 1.17 (gần giồng như điện trở)
Hình 1.17: Qui ước vạch của tụ
+ Loại 4 vạch màu: Vạch 1, 2 là số thực có nghĩa; Vạch 3 là chỉ số số 0 thêm
vào (với đơn vị pF); Vạch 4 chỉ điện áp làm việc
14
+ Loại 5 vạch màu: Vạch 1, 2 là số thực có nghĩa; Vạch 3 là chỉ số số 0 thêm
vào (với đơn vị pF); Vạch 4 chỉ dung sai; Vạch 5 chỉ điện áp làm việc
Bảng quy ước màu cho tụ điện:
Bảng mã màu TCC:
TCC
Màu
TCC (PPm/0C)
Màu
Vàng
(PPm/0C)
220
Đen
0
Đỏ
Đỏ tím
Cam
75
100
150
Xanh lá cây
Xanh lam
Tím
330
430
750
Tương tự như điện trở tụ điện cũng được sản xuất với các trị số điện dung
theo tiêu chuẩn
Trên sơ đồ mạch điện, người ta ký hiệu tụ điện như (hình 1.18).
c
d
Hình 1.18: a: Tụ cố định; b: Tụ biến đổi hoặc tụ xoay;
c: Tụ bán chỉnh hoặc tinh chỉnh; d: Tụ hoá.
2.2.2 Các số liệu kỹ thuật của tụ điện
a. Trị số điện dung: Cho biết khả năng tích luỹ năng lượng điện trường của tụ điện
khi có điện áp đặt vào hai cực của tụ đó.
Đơn vin là Fara (F). Trong thực tế người ta dùng các ước số của fara:
1 micrô fara (mF) = 10-6 F
15
1 nanô fara (nF) = 10-9F
1 Pi cô fara (pF) = 10-12 F
b. Điện áp định mức (Uđm): Là trị số điện áp lớn nhất cho phép đặt lên hai cực của
tụ điện mà vẫn đảm bảo an toàn, tụ không bị đánh thủng.
Riêng tụ hoá, khi mắc vào nguồn điện phải đặt đúng chiều điện áp: cực
dương của tụ về phía cực dương của nguồn, cực âm của tụ về phía cực âm của
nguồn, nếu mắc ngược chiều sẽ làm hỏng tụ hoá.
c. Dung kháng của tụ điện: Là đại lượng biểu hiện sự cản trở của tụ điện đối với
dòng điện chạy qua nó.
XC = 1/2pfC trong đó:
- XC: dung kháng, tính bằng ôm (W)
- f: tần số của dòng điện qua tụ, tính bằng hec (Hz)
- C: điện dung của tụ điện, tính bằng fara (F)
Nếu dòng điện một chiều (f = 0 Hz ), lúc này XC = 1/0 = ¥ W. Tụ điện cản trở
hoàn toàn, không cho dòng điện một chiều
chạy qua.
Nếu là dòng điện xoay chiều, tần số f
càng cao thì dung kháng XC càng thấp, dòng
điện càng rễ qua tụ. Người ta cũng dùng tụ
để phân chia điện áp giống như điện trở
nhưng chỉ dùng được ở mạch điện xoay
chiều ( hình 1.19)
Hình 1.19
Mạch phân áp dùng tụ điện
2.2.3 Phương pháp đo tụ điện
a. Phương pháp đo tụ điện bằng đồng hồ cơ khí:
Dực vào đặc tính nạp, xả của tụ điện người ta dùng đồng hồ cơ khí để quan
sát sự chuyển động của kim đồng hồ.
Nguyên tắc đo: dùng thang đo W để quan sát sự chuyển động và vị trí của kim.
Đối với tụ tốt: kim lên sau đó phải trả về vị trí ¥ ( vô cực), tụ có giá trị càng lớn,
kim lên càng nhiều, tụ có giá trị càng nhỏ kim lên càng ít.
Tuỳ theo giá trị của tụ mà đặt thang đo W về dãy thích hợp.
+ Đối với tụ có giá trị từ 10 mF ¸ 100 mF, đặt thăng đo W x 10.
+ Đối với tụ có giá trị từ 1mF ¸ 10 mF đặt thăng đo W x 1 k.
+ Đối với tụ có giá trị từ 10 2 ¸ 104 đặt thăng đo W x 10 k
+ Đối với tụ có giá trị từ 100 pF ¸ 102 pF, đặt thăng đo W x 1M
16
Các trường hợp bị hỏng:
- Kim lên 0 W sau đó không trở về: tụ bị chạm, chập các bản cực.
- Kim lên lưng chừng, không chở về: tụ bị rỉ
b. Phương pháp đo bằng đồng hồ số
Đồng hồ số sẽ hiển thị trực tiếp giá trị của tụ điện sau khi cắm trực tiếp tụ
vào vị trí Cx và bật về thang đo, đối với máy WELLINK 1240, chỉ có thể đo các tụ
có giá trị từ 2nF đến 20 mF.
2.3 Cuộn điện cảm
2.3.1 Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc
Cuộn cảm cùng với tụ điện là hai loại linh kiện chống lại dòng điện
xoay chiều bằng cách lưu trữ tạm thời một số lượng điện. Cuộn cảm sẽ lưu trữ
một lượng điện như một từ trường. Hoạt động của thành phần này gọi là tự
cảm. Các cuộn cảm thường bao gồm các cuộn dây, đôi khi là một đoạn dây
hay một cặp dây. Độ tự cảm có thể có ở nhiều nơi và trở nên đáng quan tâm
khi tần số của dòng xoay chiều tăng lên.
Cuộn dây là một dây dẫn điện có bọc bên ngoài lớp sơn cách điện
(thường được gọi là dây điện từ) quấn nhiều vòng liên tiếp trên một lõi. Lõi
có thể có từ tính hoặc không có từ tính (tương ứng với khả năng gia tăng mật
độ thông lượng từ hay không).
Tuỳ vào loại lõi mà cuộn dây có ký hiệu như hình 1.20 :
Cuộn dây có lõi sắt lá dùng
cho các dòng điện xoay
chiều tần số thấp, lõi sắt bụi
cho tần số cao và lõi không
khí cho tần số rất cao.
Hình 1.20: Ký hiệu cuộn cảm
Hình dáng thực tế của cuộn dây (hình 1.21):
Tạo cảm ứng điện từ
Cuộn dây được dùng
để tạo ra cảm ứng điện từ.
Cho dòng điện một chiều
cường độ I chạy qua cuộn
dây thì cuộn dây sẽ tương
đương như một nam châm
Hình 1.21:Hình dáng thực tế của cuộn cảm
với cực tính được xác định
theo chiều dòng điện I chạy
trong cuộn dây đó (quy tắc vặn nút chai), khi đó ta nói cuộn dây là một nam
châm điện. Nếu đặt thêm một cuộn dây thứ 2 di chuyển một cách tương đối
với cuộn dây trên thì trên cuộn thứ 2 này xuất hiện một dòng điện, người ta
17
nói có sự cảm ứng điện từ truyền từ cuộn 1 sang cuộn 2 và trên cuộn 2 có
dòng điện cảm ứng. Tốc độ dịch chuyển càng nhanh thì cảm ứng từ càng
mạnh.
2.3.2 Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm
a. Điện cảm:
Điện cảm còn gọi là hệ số tự cảm là đại lương đặc trưng của cuộn cảm, đại
lượng này cho biết độ lớn của sức điện động tự cảm khi có sự biến thiên của dòng
điên.
Cùng một dòng điện xoay chiều đi qua, cuộn dây nào có điện cảm lớn hơn sẽ tạo
ra một sức điện động tự cảm lớn hơn.
Điện cảm ký hiệu là L, có đơn vị là Henry (H), giá trị phụ thuộc vào số vòng dây,
cách cuốn dây, chiều dài dây, tiết diện của lõi và vật liệu lõi, được tính theo công
n2
thức: L = m . 4p S.10-7 trong đó:
r
l
L: điện cảm của cuộn dây, tính bằng henry (H)
n: Số vòng của cuộn dây
l: chiều dài của cuộn dây, tính băng mét (m)
s: tiết diện của lõi, tính bằng m2
m : hệ số từ thẩm tương đối của vật liệu làm lõi đối với chân không.
r
Với cuộn dây có lõi không khí m = 1 do đó công thức tính hệ số từ cảm là:
r
n2
L = 4p S.10-7
l
b. Hệ số phẩm chất (Q): Đặc trưng cho tổn hao năng lượng trong cuộn cảm. Đó là
tỉ số của cảm kháng XL (điện cảm) với điện trở tổn hao (r) của cuộn cảm ở một tần
2πfL
số f cho trước: Q =
r
v
Điện trở tổn hao rv bao gồm điện trở thuần của cuộn dây, tổn hao do từ trễ
và điện dung cũng như tổn hao do dòng điện phu cô.
c. Cảm kháng của cuộn dây(XL): là đại lượng biểu hiện sự cẳn trở của cuộn cảm
đối với dòng điện chạy qua nó:
XL = 2pfL trong đó:
- XL: cảm kháng tính bằng ôm (W)
- f: tần số của dòng điện, tính bằng hec (Hz)
- L: trị số điện cảm của cuộn dây, tính bằng henry (H)
Nhận xét:
- Nếu dòng điện một chiều ( f = 0 Hz), lúc này XL = 0 W, cuộn cảm lí tưởng
có (r = 0) không cản trở dòng điện một chiều.
18
- Nếu là dòng điện xoay chiều, tần số f càng cao thì XL càng lớn. Như vậy
cuộn cảm đã cản trở dòng điện xoay chiều. Do đó người ta còn gọi cuộn cảm cao
tần hoặc cuộn chặn cao tần.
Một đặc tính của cuộn cảm là luôn luôn chống lại sự biến thiên của dòng
điện. Nếu dòng điện i đang chạy qua cuộn cảm đột ngột bị cắt thì cuộn cảm sẽ
di
sinh ra sức điện động cảm ứng: eL = - L
(dấu âm thể hiện sức điện động cảm
dt
ứng luôn luôn có chiều ngược lại với sự biến thiên của dòng điện sinh ra nó.
Trong thực tế, khi cần thay đổi trị số điện cảm người ta cũng dùng cách
mắc nối tiếp hoặc song song như cách mắc điện trở. Khi mắc nối tiếp, trị số điện
cảm sẽ tăng lên, khi mắc song song trị số điện cảm sẽ giảm đi.
2.3.3 Các ứng dụng của cuộn cảm
Trong kỹ thuật điện tử, cuộn cảm thường dùng để dẫn dòng điện một chiều,
chặn dòng điện cao tần và khi mắc phối hợp với tụ điện sẽ tạo thành mạch cộng
hưởng. Ứng dụng làm micrô điện động, loa điện động, chế tạo ra các rơ le.
3. ĐIỐT
- Trong bài trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách kiểm tra của các điốt cơ
bản: điốt bán dẫn, điốt Zơne, điốt quang, điốt phát quang và điốt điều khiển SCR.
Mục tiêu
-Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các điốt
- Kiểm tra được các điốt, nêu được ứng dụng của các điốt.
3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
điốt bán dẫn
3.1.1 Cấu tạo điốt bán dẫn
(hình 1.21):
Khi một trong tinh thể Si (Ge)
được pha thêm hai loại tạp chất khác
nhau để hình thành hai loại bán dẫn P
và bán dẫn N thì sẽ hình thành một tiếp
giáp P-N gọi là điốt.
Tiếp giáp P-N và điốt bán dẫn
Hình 1.21: Sự tương tác của chất
bán dẫn
Khi chất bán dẫn loại P và N
được hình thành trong cùng một khối
như ở (hình 1.22). Khi xảy ra một sự
tương tác chất bán dẫn N dư thừa điện
tử khuếch tán sang mặt tiếp xúc để đền
vào các lỗ trống trong bán dẫn loại P.
Chất bán dẫn N mất điện tử tạo thành
các lỗ trống. Sự tương tác này tạo ra
Hình 1.22: Cấu tạo đi ốt
19
một vùng điện tích không gian nhỏ hai
miền mặt tiếp xúc gọi là miền tiếp giáp
hay miền nghèo điện tích vì nó có rất ít
hạt tải điện.
Các điện tử khuếch tán bán dẫn P
có khuynh hướng đẩy các điện tử vùng
N ra xa mặt tiếp xúc, nghĩa là chống lại
sự khuếch tán của điện tử. Điều này tạo
Hình 1.23: Ký hiệu đi ốt
thành một hàng rào năng lượng ngăn chặn sự tương tác giữa hai loại bán dẫn P và
N. Bằng cách dùng hai loại bán dẫn có tiếp giáp P-N như trên hình 1.21 ta có được
điốt bán dẫn.
3.1.2 Nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn
Phân cực thuận cho điốt.
Khi nối nguồn điện DC bên ngoài
với điốt, cực dương nguồn nối với a nốt
(cực P) và cực âm nối với ca tốt. Do tác
dụng của nguồn ngoài miền điện tích
không gian của tiếp giáp P-N sẽ thu hẹp
lại. Khi điện áp phân cực đạt 0,2V đối với
Hình 1.24: Phân cực thuận
Ge và 0,6V đối với Si thì miền điện tích
không gian bị triệt tiêu, cho phép các dòng
điện tử tiếp tục chạy về cực dương của
nguồn và dòng lỗ trống di chuyển về cực
âm nguồn tạo ra dòng điện chạy trong
điốt.
cho đi ốt
Khi điốt có điện thế anốt dương so
với catốt, ta nói điốt được phân cực thuận
(hình 1.24).
Hình 1.25: Phân cực nghịch
cho điốt
Phân cực nghịch cho điốt
Khi nối cực âm của nguồn DC với anốt và cực dương của nguồn với ca tốt (hình
1.25) thì điốt sẽ bị phân cực nghịch.
Việc phân cực nghịch cho điốt sẽ làm cho bè rộng của miền điện tích
không gian tại mặt tiếp xúc của tiếp giáp P-N tăng lên. Hàng rào năng lượng tăng
lên, ngăn cẳn các điện tử ở phía bán dẫn N không cho đi qua mặt tiếp xúc để đến
vùng bán dẫn loại P và không cho lỗ trống trong vùng p di chuyển qua vùng N.
Do đó dòng điện chạy qua lớp tiếp giáp P-N rất nhỏ.
Tải về để xem bản đầy đủ
60 trang
09/01/2024
4820
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điện tử cơ bản - Nghề Công nghệ ô tô", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_dien_tu_co_ban_nghe_cong_nghe_o_to.pdf
