GIÁO TRÌNH Mô đun/Môn học: Điện Tử Cơ Bản Nghề: Điện Công Nghiệp Trình độ: Trung cấp

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT - ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mơ đun/Mơn học: Điện Tử Cơ Bản Nghề: Điện Cơng Nghiệp Trình độ: Trung cấp Tài liệu lưu hành nội Năm 2017 ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH MỤC LỤC BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Các loại vật liệu điện 1.1 Chất dẫn điện 1.2 Chất cách điện 1.3 Chất bán dẫn điện Các hạt mang điện dòng điện môi trường 2.1 Dòng điện kim loại 2.2 Dòng điện chất điện phân 2.3 Dòng điện chân không 12 2.4 Dòng điện bán dẫn 14 BÀI 2: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 18 Điện trở 18 1.1 Chức điện trở 18 1.2 Phân loại điện trở 19 1.2.1 Phân loại theo cấu tạo 19 1.2.2 Phân loại theo công dụng 20 1.3 Các thông số điện trở 21 1.3.1 Trị số điện trở 21 1.3.2.Công suất điện trở 22 1.4 Phương pháp kiểm tra chất lượng điện trở dùng đồng hồ vạn 22 1.5.Các kiểu ghép điện trở 24 1.5.1 Ghép nối tiếp 24 1.5.2 Ghép song song 24 1.5.3 Ghép hỗn hợp 25 1.6 Câu hỏi tập ôn tập 25 Tụ điện 25 2.1 Khái niệm 25 2.2 Cấu tạo ký hiệu tụ điện 25 2.3 Phân loại 26 2.3.1 Tụ oxit hóa (thường gọi tụ hóa) 26 2.3.2 Tụ gốm (ceramic) 27 2.3.3.Tụ giấy 27 2.3.5.Tụ màng mỏng 27 2.3.6.Tụ tung tan 27 2.4 Các thông số kỹ thuật đặc trưng tụ điện 27 2.4.1 Điện dung tụ 27 2.4.2 Đặc tính tụ dịng chiều 28 2.4.3 Đặc tính tụ dịng điện xoay chiều 29 2.4.4 Điện làm việc tụ điện 30 2.5 Phương pháp kiểm tra chất lượng tụ điện 31 2.6 Các kiểu ghép tụ điện 33 2.6.1 Tụ điện ghép nối tiếp 33 ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 2.6.2 Tụ điện ghép song song 34 2.6.3 Tụ điện ghép hỗn hợp 34 2.7 Câu hỏi tập ôn tập 34 Cuộn cảm 35 3.1 Cấu tạo phân loại 35 3.1.1 Cấu tạo 35 3.1.2 Phân loại 36 3.2 Các thông số kỹ thuật cuộn cảm 36 3.2.1 Hệ số tự cảm (độ tự cảm) L 36 3.2.2 Đặc tính cuộn cảm dòng điện chiều 37 3.2.3 Đặc tính cuộn cảm dịng điện xoay chiều 37 3.3 Phương pháp kiểm tra chất lượng cuộn cảm 38 3.4 Cách ghép cuộn cảm 39 3.4.1 Ghép nối tiếp cuộn cảm 39 3.4.2 Ghép song song cuộn cảm 39 BÀI 3: LINH KIỆN BÁN DẪN 40 Khái niệm chất bán dẫn 40 1.1 Chất bán dẫn 40 1.2 Chất bán dẫn loại P 41 1.3 Chất bán dẫn loại N 42 Diode 42 2.1 Cấu tạo, ký hiệu ứng dụng Diode 42 2.2 Phân loại 43 2.3 Nguyên lý hoạt động diode 49 2.4 Đường đặc tính Volt – Ampe 51 2.5 Cách kiểm tra diode 52 2.5.1 Nhận dạng Diode 52 2.5.2 Xác định cực tính Diode 52 2.5.3 Kiểm tra phẩm chất Diode 54 2.6 Các thông số kỹ thuật 54 Transistor lưỡng cực PJT 55 3.1.Cấu tạo 55 3.2 Phân loại Transistor 57 3.3 Nguyên lý hoạt động Transistor lưỡng cực 58 3.4.Phương pháp kiểm tra Transistor 61 3.4.1 Nhận dạng Transistor 61 3.4.2 Xác định cực tính, loại phẩm chất Transistor 61 3.5 Các thông số kỹ thuật Transistor 67 3.5.1 Các giá trị giới hạn 67 3.5.2 Các thông số 69 3.6 Các mạch phân cực cho Transistor 72 3.6.1 Phân cực kiểu định dòng Base (IB) 72 3.6.2 Phân cực định dòng IB có thêm điện trở RE 73 3.6.3 Phân cực theo kiểu phân áp 76 ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 3.6.4 Phân cực nhờ hồi tiếp colector 80 Transistor trường ( FET: Field Effect Transistor) 82 4.1 Phân loại 82 4.2 Transistor có cực cửa tiếp giáp ( JFET) 83 4.2.1 Cấu tạo ký hiệu quy ước 83 4.2.2 Nguyên lý hoạt động JFET MOSFET 86 4.2.3 Hình dáng transistor trường 87 4.2.4 Đường đặc tính 87 4.2.5 Các tham số JFET 90 4.3 Transistor MOSFET (Transistor trường có cực cổng cách ly) 91 4.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động MOSFET kênh liên tục 91 4.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động MOSFET kênh gián đoạn 93 4.4 Phương pháp xác định cực tính kiểm tra chất lượng Transistor trường 93 4.4.1 Xác định cực tính 93 4.4.2 Xác định phẩm chất 94 Diac - SCR - Triac 97 5.1 Diac 97 5.1.1 Cấu tạo ký hiệu 97 5.1.2 Nguyên lý hoạt động 97 5.1.3 Đặc tính Volt – Ampe DIAC 98 5.1.4 Các tham số kỹ thuật DIAC 98 5.2 Thyristor (SCR) 98 5.2.1 Cấu tạo, ký hiệu hình dáng SCR 98 5.2.2 Nguyên lý hoạt động SCR 99 5.2.3 Đặc tính Volt - Ampe 100 5.2.4 Các thông số kỹ thuật SCR 101 5.2.5 Phương pháp xác định cực tính kiểm tra chất lượng SCR 102 5.3 Triac 105 5.3.1 Cấu tạo, ký hiệu sơ đồ tương đương 105 5.3.2 Nguyên lý hoạt động 105 5.3.3 Đặc tính Triac 106 5.3.4 Các phương pháp kích Triac 106 5.3.5 Các tham số Triac 107 5.3.6 Xác định cực tính kiểm tra chất lượng DIAC - TRIAC 107 BÀI 4: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR 109 Mạch khuếch đại đơn 109 1.1 Mạch mắc theo kiểu EC (Emitter - Common - phát chung) 109 1.2 Mạch mắc theo kiểu BC ( Base - Common - BC ) 111 1.3 Mạch colecter chung 114 Mạch ghép phức hợp 114 2.1 Mạch khuếch đại dùng Transistor ghép Cascading (Cascode) 114 2.1.1 Liên kết liên tiếp: (cascade connection) 115 2.1.2 Liên kết chồng (cascode connection) 120 2.2 Mạch khuếch đại Darlington 121 ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 2.3 Mạch khuếch đại Vi Sai 122 Mạch khuếch đại công suất 125 3.1 Mạch khuếch đại công suất đơn 125 3.1.1 Mạch khuếch đại công suất đơn dùng Transistor 125 3.1.2 Mạch khuếch đại công suất đơn không dùng biến áp 126 3.2 Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo 127 3.2.1 Mạch khuếch đại công suất dùng Transistor có biến áp 127 3.2.2 Mạch dùng hai Transistor khác loại 129 Câu hỏi tập ôn tập 130 BTƯD: Lắp mạch dao động đa hài dùng Transistor có điều chỉnh kết hợp với tầng khuếch đaị EC đầu 130 BÀI 5: CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG BJT 133 Mạch dao động 133 1.1.Dao động đa hài 133 1.1.2 Mạch đa hài dùng OpAmp 137 1.1.3 Mạch đa hài dùng IC555 142 1.1.4 BTƯD: Lắp mạch dao động đa hài dùng Transistor 145 1.1.5 BTƯD: Lắp mạch dao động đa hài dùng IC 555 kết hợp với tầng khuếch đaị EC đầu 147 1.2 Dao động dịch pha 149 1.2.1 Mạch tạo dao động kiểu cầu Xiphorop 149 1.2.2 Mạch tạo dao động kiểu cầu Wient 151 2.1 Khái niệm 154 2.2 Mạch xén với diode lý tưởng 156 2.2.1 Mạch xén song song 156 2.2.2 Mạch xén nối tiếp 158 2.3 Mạch xén với diode thực tế 160 2.3.1 Điện áp ngưỡng Vγ 161 2.3.2 Điện trở động rd 161 2.3.3 Ảnh hưởng điện dung liên cực Cd 164 2.4 Mạch xén hai mức độc lập 164 2.4.1 Dạng mạch dùng diode 164 2.4.2 Dạng mạch dùng diode zener 165 Mạch ổn áp 166 3.1 Khái niệm ổn áp 166 3.2 Thông số kỹ thuật mạch ổn áp 166 3.3 Phân loại mạch ổn áp 167 3.4 Mạch ổn áp tham số 168 3.5 Mạch ổn áp có hồi tiếp 171 3.6 Bài tập ứng dụng: Lắp Mạch ổn áp có điều chỉnh 172 TÀI LÀM THAM KHẢO 175 ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Các loại vật liệu điện Người ta chia làm loại vật liệu điện là: 1.1 Chất dẫn điện Các chất mà có cấu tạo ngun tử tầng ngồi có hay hai electron có khuynh hướng trở thành electron tự gọi chất dẫn điện Các chất dẫn điện tốt vàng, bạc, đồng, nhôm… 1.2 Chất cách điện Các chất mà cấu tạo nguyên tử tầng ngồi có dư electron tối đa hay gần đủ số tối đa nên có khả tạo thành electron tự gọi chất cách điện Các chất cách điện tốt là: thủy tinh, sành, cao su, giấy… 1.3 Chất bán dẫn điện Làchất mà cấu tạo nguyên tử tầng có bốn electron, chất bán dẫn có điện trở lớn chất dẫn điện nhỏ chất cách điện Các chất bán dẫn thông dụng silicium germanium Các hạt mang điện dòng điện mơi trường 2.1 Dịng điện kim loại a Cấu trúc tinh thể kim loại Trong phần “Vật lí phân tử nhiệt học” ta biết kim loại thể rắn có cấu trúc tinh thể, nghĩa iôn kim loại xếp cách đặn theo trật tự định không gian, tạo thành mạng tinh thể Êlectrôn lớp nguyên tử kim loại dễ liên kết với hạt nhân nguyên tử trở thành êlectrôn tự kim loại Do bị êlectrôn nên nguyên tử mạng tinh thể trở thành iôn dương Như vậy, tinh thể kim loại, nút mạng iôn dương, xung quanh iôn dương êlectrôn tự Giữa iơn dương kim loại êlectrơn tự có lực hút tĩnh điện Điện tích âm tất êlectrơn tự có trị số tuyệt đối điện tích dương iơn vật thể kim loại trung hoà điện nhiệt độ bình thường, iôn mạng tinh thể dao động quang vị trí cân chúng, nói chung trật tự xếp iơn khơng thay đổi, cịn êlectrơn tự thì chuyển ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH động tự khoảng không gian iôn bên vật thể kim loại Chính vì kim loại vật thể dẫn điện tốt b Bản chất dòng điện kim loại Bằng nhiều thí nghiệm người ta xác nhận tính dẫn điện kim loại gây nên chuyển động êlectrơn tự Khi khơng có điện trường (chưa đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại hiệu điện thế) êlectrôn tự chuyển động hỗn loạn Chuyển động êlectrôn tự giống chuyển độngnhiệt phần tử khối khí, đó, tính trung bình, lượng êlectrơnchuyển động theo chiều ln lượng êlectrơnchuyển động theo chiều ln lượng êlectrơnchuyển động theo chiều ngược lại Vì vậy, khơng có điện trường, kim loại khơng có dịng điện Khi có điện trường kim loại (đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại hiệu điện thế) êlectrôn tự chịu tác dụng lực điện trường chúng có thêm chuyển động theo chiều xác định, ngược với chiều điện trường, ngồi chuyển độngnhiệt hỗn loạn Đó chuyển động có hướng êlectrơn Kết xuất chuyển dời có hướng hạt mang điện, nghĩa xuất dòng điện Dòng điện kim loại dịng êlectrơn tự chuyển dời có hướng Vận tốc chuyển động có hướng nhỏ, bé 0,2 mm/s; không nên lẫn lộn vận tốc với vận tốc lan truyền điện trường (300 000 km/s); vận tốc lớn nên đóng mạch điện thì đèn điện dù có xa phát sáng c Giải thích nguyên nhân gây điện trở dây dẫn kim loại tượng toả nhiệt dây dẫn kim loại * Trong chuyển động có hướng êlectrôn tự luôn bị “ngăn cản” va chạm với iôn kim loại nằm nút mạng tinh thể Như nguyên nhân gây điện trở va chạm êlectrôn tự với iôn dương mạng tinh thể kim loại Hơn nữa, hai va chạm kế tiếp, êlectrônchuyển động có gia tốc tác dụng lực điện trường thu lượng xác định (ngoài lượng chuyển độngnhiệt hỗn loạn) Năng lương chuyển động có hướng truyền phần (hay tồn phần) cho iôn kim loại va chạm biến thành lượngdao động iơn quanh vị trí cân chúng, tức biến thành nhiệt Vì có dịng điện chạy qua dây dẫn kim loại nóng lên ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH * Các kim loại khác có cấu trúc mạng tinh thể khác mật độ êlectrôn tự (số êlectrôn tự đơn vị thể tích) khác Do tác dụng “ngăn cản” chuyển động có hướng êlectrôn tự kim loại khác Đó lí khiến cho điện trở suất kim loại khác thì khác * Điện trở dây dẫn kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, iôn kim loại nằm nút mạng tinh thểdao động mạnh hơn, vận tốc trung bình chuyển độngnhiệt êlectrơn tăng, vì êlectrơn tự có khả va chạm nhiều với iôn kim loại Kết điện trở dây dẫn kim loại tăng lên nhiệt độ tăng lên 2.2 Dòng điện chất điện phân a Hiện tượng điện phân Bản chất dòng điện chất điện phân * Hiện tượng điện phân Cũng chất rắn, chẩt lỏng nói chung chất cách điện dẫn điện Nhúng hai điện cực than chì vào bình thủy tinh đựng nước cất mắc qua miliampe kế vào nguồn điện ta thấy kim miliampe kế số không Vậy nước cất điện mối Bây ta hồ nước cất muối ăn natri clorua ( ), bất kì loại muối, axit hay bazơ khác, thì miliampe kế dòng điện Vậy dung dịch muối, axit, bazơ dẫn điện Hơn làm thí nghiệm với dung dịch đồng sunfat ( ) ta thấy sau thời gian có lớp đồng mỏng bám vào cực âm Hiện tượng gọi tượng điện phân Các dung dịch muối, axit, bazơ gọi chất điện phân * Bản chất dòng điện chất điện phân Theo thuyết điện li, muối, axit, bazơ hoà vào nước, chúng dễ dàng tạo thành iơn trái dấu thí dụ phân tử tách thành iôn riêng rẽ Quá trình gọi phân li phân tử chất hoà tan dung dịch Sau tạo thành, số iơn trái dấu va chạm với trình chuyển độngnhiệt hỗn loạn lại kết hợp với thành phần tử trung hoà Quá trình gọi tái hợp Với nhiệt độ định, dung dịch xác định, số phân tử bị phân li có giá trị xác định, đó, có phân tử bị phân li thêm thì có nhiêu phân tử tạo tái hợp ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Khi khơng có điện trường, iơn chuyển độngnhiệt hỗn loạn, khơng có dịng điện tích tụ ưu tiên theo hướng khơng có dịng điện chạy qua dung dịch điện phân Khi đặt hiệu điện vào hai điện cực, bình điện phân có điện trường, iơn chịu tác dụng lực điện nên có thêm chuyển động theo phương điện trường (ngoài chuyển động nhiêt hỗn loạn): iôn dương ( chẳng hạn) chuyển động theo chiều điện trường cực âm (còn gọi catơt), cịn iơn âm ( chẳng hạn) chuyển động ngược chiều điện trường cực dương (còn gọi anơt) Chuyển động có hướng iơn tạo nên dịng điện bình điện phân Vậy: Dịng điện chất điện phân dịng chuyển rời có hướng iôn dương theo chiều điện trường iôn âm ngược chiều điện trường * Phản ứng phụ tượng điện phân Khi iôn chuyển dời điện cực chúng truyền điện tích cho điện cực: iôn âm đến anôt nhương êlectrôn, iôn dương đến catôt thu êlectrôn; chúng trở thành nguyên tử hay phân tử trung hoà Những nguyên tử hay phân tử trung hoà tạo điện cực bảm vào cực, bay lên khỏi dung dịch điện phân, tác dụng với điện cực dung môi, gây nên phản ứng hoá học khác Các phản ứng hoá học gọi phản ứng phụ hay phản ứng thứ cấp Các phản ứng thường phức tạp, phụ thuộc vào chất điện cực, vào dung môi nhiều điều kiện khác * Cực dương tan Xét trường hợp cụ thể phản ứng phụ xảy chất điện phân dung dịch đông sunfat ( ), với anơt đồng cịn anơt kim loại người ta thấy có tượng sau Khi có dịng điện chạy qua bình điện phân iôn chuyển đến catôt, thu hai êlectrơn, trở thành ngun tử bám vào catơt Cịn iôn thì chuyển anôt, tác dụng với nguyên tử cực đồng, tạo thành phân tử nhường hai êlectrôn cho anôt Muối đồng sunfat vừa tạo thành bị tan vào dung dịch Kết anơt làm đồng bị hao dần đi, cịn catơt lại có đồng bám vào Như dịng điện có tác dụng “chuyển chở” đồng từ anơt sang catôt Vì đồng anôt tan dần vào dung dịch, nên tượng gọi cực dương tan Ta lưu ý tượng cực dương tan xảy tất trường hợp điện phân dung dịch muối kim loại mà anơt làm kim loại Khảo sát liên hệ cường độ dịng điện qua bình điện phân với hiệu điện đặt vào hai điện cực, người ta thấy rằng, có cực dương tan phụ thuộc bậc vào ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Như dòng điện chất điện phân tn theo định lt Ơm có tượng cực dương tan b Định luật Farađây (Faraday) Ta thấy có dịng điện trường đặt vào dung dịch điện phân iơn chuyển dời điện cực, sau thu thêm nhường êlectrôn cho điện cực chúng biến thành ngun tử hay phân tử trung hồ Càng nhiều iơn đến điện cực thì lượng chất bám vào cực nhiều Năm 1834 nhà bác học Farađây người Anh nghiên cứu định lượng vấn đề phát biểu thành [lk 8]định luật Farađây{/lk] sau đây: Khối lượng chất giải phóng điện cực tỉ lệ với đương lượng hố học chất với điện lượng qua dung dịch điện phân khối lượng mol, hóa trị chất đó, hệ số tỉ lệ Hệ số tỉ lệ giá trị tất chất Người ta thường kí hiệu , có số chất gọi số Farađây Thí nghiệm chứng tỏ Công thức viết dạng: với cường độ dịng điện khơng đổi thời gian dòng điện chạy qua điện lượng qua bình điện phân, c Điện tích iơn Theo định luật Farađây muốn giải phóng di chuyển qua bình điện phân Muốn giải phóng chất cần có điện lượng chất thì cần điện lượng Điện lượng iơn chất xét có chất đó, chuyển qua bình điện phân Ta biết nguyên tố có số nguyên tử số Avơgađrơ ngun tử/kmol Do tích điện tích (Avogadro) iơn hố trị ( ĐIỆN TỬ CƠ BẢN ) là: 10 ... độ dòng điện qua đèn Hiện tượng dùng để tạo triôt điện tử (hay đèn điện tử ba cực) cực thứ ba gọi cực lưới ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 13 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH * Ống phóng điện tử - Nếu... dịng điện tăng lên c Ứng dụng dịng điện chân khơng * Điơt điện tử Dựa vào tính chất dẫn điện theo chiều chân không người ta chế tạo đèn điện tử hai cực hay điôt điện tử dùng để biến đổi dòng điện. .. điện qua bình điện phân với hiệu điện đặt vào hai điện cực, người ta thấy rằng, có cực dương tan phụ thuộc bậc vào ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Như dòng điện chất điện