Giáo trình kỹ thuật điện tử

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH Kỹ Thuật ĐIỆN TỬ Lưu hành nội CHƯƠNG I: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG BÀI ĐIỆN TRỞ Mục tiêu: Phân loại, xác định đo kiểm loại loại điện trở I Khái niệm: Định nghĩa: vật chất có khả dẫn điện kém, người ta nói có khả cản trở dòng điện vật chất, người ta gọi điện trở Hình 1-1: Ký hiệu điện trở – Đơn vị tính Ohm (Ω) – Các bội số Ohm là: 1KΩ = 1000Ω = 10³Ω ; 1MΩ = 1.000KΩ = 1.000.000Ω Điện trở dây dẫn: Một dây dẫn điện có trị số điện trở lớn hay nhỏ tùy thuộc vào vật liệu làm dây dẫn, điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn R  l (Ω) S ρ: Điện trở suất (m hay mm²/m) S: Tiết diện (m²) hay (mm²) l: Chiều dài (m) R: Điện trở (Ω) Chú ý: Trong thực tế để giảm điện trở dây dẫn điện để tránh tổn hao đường dây truyền tải, ta tăng đường kính dây dẫn chọn dây kim loại có điện trở suất nhỏ Định luật Ohm: Trên đoạn mạch dòng điện tỉ lệ thuận với điện áp tỉ lệ nghịch với điện trở I U R với : I: Ampe (A); U: Vôn (V) ; R: Ohm (Ω) II Phân loại điện trở: Phân loại theo cấu tạo: Hình 1-2 a Điện trở màng than: Chiếm đa số mạch điện tử Chất dẫn điện chất bán dẫn trộn với chất phụ gia phủ lên bề mặt xung quanh ống đất sét nung cứng hình trụ Sau kẽm chụp hai đầu trụ, đỉnh mủ nối với dây kẽm dài để hàn vào mạch in lắp ráp Cuối cùng, toàn khối trụ sơn phủ cách điện vẽ vòng màu biểu thị trị số điện trở Trị số điện trở từ vài Ω đến vài chục MΩ, công suất từ 1,8 W  vài W b Điện trở màng kim loại: Chế tạo từ hợp kim Niken–crom, có trị số ổn định điện trở than, giá thành cao, công suất thường từ 1/2W c Điện trở oxit kim loại: Chế tạo từ oxit thiếc, chịu nhiệt độ cao độ ẩm cao, công suất nhỏ thường 1/2W d Điện trở dây quấn: Dùng loại hợp kim để chế tạo loại điện trở cần trị số nhỏ, chịu dòng điện lớn, cơng suất lớn Điện trở dây quấn từ vài ốt đến vài chục oát e Điện trở bán dẫn: Những điện trở bán dẫn có trị số điện trở phụ thuộc vào vài tác động vật lý Nhiệt độ tối đa cho phép điện trở bán dẫn không vượt 150°C Khoa Điện Lạnh Bậc CĐKT Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Phân loại theo công dụng: a Biến trở: (variable resistor, viết tắt VR) Biến trở gọi chiết áp Biến trở có đầu nối ngồi, hai đầu mút nối với phần tử điện trở đầu nối với chạy VR VR Hoaëc Hình 1-4: Cấu tạo bên biến trở Hình - 3: Ký hiệu biến trở Hình 1-3: Ký hiệu biến trở Các trị số điện thường dùng cho loại biến trở Biến trở than: 100Ω, 200Ω, 470Ω, 1KΩ, 2,2KΩ, 4,7KΩ, 10KΩ, 22KΩ, 47KΩ, 100KΩ, 220KΩ, 470KΩ, 2,2MΩ, 4,7MΩ… Biến trở dây quấn: 10Ω, 22Ω, 47Ω, 100Ω, 220Ω, 470KΩ, 1KΩ, 22KΩ, 4,7MΩ… Biến trở dây quấn loại biến trở tuyến tính có trị số điện trở tỉ lệ với góc quay Biến trở than có loại tuyến tính, có loại biến trở trị số thay đổi theo hàm logarit Loại tuyến tính ký hiệu A Ví dụ: A 20KΩ Loại logarit ký hiệu B Ví dụ: B 20KΩ Đặc tính biến trở Hình 1-6: Đặc tính biến trở Hình -6: Đặc tính biến trở b Nhiệt điện trở (Thermistor–Th) Là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ có hai loại nhiệt điện trở Nhiệt điện trở âm NTC (Negative Temperrature Coefficient): Là loại nhiệt điện trở nhiệt độ tăng trị số điện trở giảm ngược lại Nhiệt điện trở dương PTC (Positive Temperrature Coefficient): Là loại nhiệt điện trở nhiệt độ tăng trị số điện trở tăng lên ngược lại Th Hình - 7: Ký hiệu hình dáng nhiệt điện trở Hình 1-7: Ký hiệu hình dáng nhiệt điện trở Trị số nhiệt điện trở ghi sơ đồ linh kiện trị số đo 25°C Nhiệt trở thường ổn định nhiệt cho tầng khuếch đại công suất hay làm linh kiện cảm biến hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ Khoa Điện Lạnh Bậc CĐKT Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc c Điện trở cầu chì: (Fusistor) Về cấu tạo hình dạng bên ngồi tương tự điện trở thơng thường có kích thước lớn trị số nhỏ vài Ohm Đặc trưng điện trở cầu chì có dịng điện qua cầu chì lớn giá trị cho phép điện trở bị nóng bị đứt F FUSISTOR ống sành đầu kim loại Hình - 8: Ký hiệu hình dáng điện trở cầu chì Hình 1-8: Ký hiệu hình dáng điện trở cầu chì Điện trở cầu chì có tác dụng bảo vệ tải cầu chì hệ thống điện nhà, dùng mạch điện trở để bảo vệ cho mạch nguồn hay mạch có dịng tải lớn transistor cơng suất Ngồi cịn có tác dụng giảm dịng điện độ cho máy mở máy, không nối tắt bị đứt d Điện trở tùy áp (Voltage Dependent Resistor) viết tắt VDR VDR Hình 1và - 9: Ký hiệu hình dá ng điệđiện n trở tùtrở y áp tùy áp Hình 1-9: Ký hiệu hình dáng VDR biến trở có khả thay đổi vị trí tùy theo điện áp đặt vào cực theo nguyên tắt mức ngưỡng Khi điện áp hai cực trị số quy định VDR có trị số điện trở lớn (vài MΩ đến vài chục MΩ) coi hở mạch Khi điện áp hai cực tăng cao trị số quy định VDR có trị số điện trở nhỏ (vài Ω đến vài trăm Ω) coi ngắn mạch VDR có hình dáng giống nhiệt trở nặng kim loại VDR thường mắc song song với cuộn dây có hệ số tự cảm lớn để dập tắt điện áp cảm ứng cao cuộn dây bị dòng điện đột ngột, tránh làm hư linh kiện khác mạch Ngồi VDR cịn dùng để bảo vệ chống sét (hộp chống sét điện thoại, chống sét trạm biến thế); chống áp nguồn vào (bộ nguồn máy tính, thiết bị điện tử…) III Các thơng số kỹ thuật điện trở: Khi sử dụng điện trở cần ý đến hai thơng số là: Giá trị điện trở công suất Giá trị điện trở: Đơn vị tính Ohm ghi trực tiếp thân điện trở ghi ký hiệu vòng màu Thường ghi chữ R, K, M Nếu ghi chữ số chữ thứ biểu thị số luỹ thừa 10 Ví dụ : 472R = 47x 102 Ω Công suất điện trở: Khi sản xuất điện trở có nhiều loại chịu đựng nhiệt độ khác nhau, tương ứng với giá trị cơng suất khác Do sử dụng phải chọn điện trở có cơng suất danh định lớn 1,5 lần đến lần công suất tỏa nhiệt, để tránh điện trở bị nóng bị cháy Các điện trở có cơng suất lớn 3W kích thước lớn nên ghi rõ giá trị cơng suất danh định thân Các điện trở có cơng suất danh định nhỏ 3W phân biệt kích thước (điện trở có kích thước nhỏ cơng suất nhỏ, điện trở lớn cơng suất lớn) loại thông dụng như: 1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W… Khoa Điện Lạnh Bậc CĐKT Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Công suất toả nhiệt điện trở (cơng suất tiêu tán) Khi có dịng điện qua điện trở thì điện trở sinh nhiệt lượng làm điện trở nóng lên, gọi cơng suất tiêu tán điện trở, tính công thức: PR = VRIR = R.IR² =UR²/ R PR: Công suất tiêu thụ điện trở đơn vị oát (W) VR: Điện áp hai đầu điện trở đơn vị vơn (V) IR: Cường độ dịng điện qua điện trở, đơn vị ampe (A) Các giá trị điện trở chế tạo: Người ta chế tạo điện trở có đủ trị số từ nhỏ đến lớn nhất, mà chế tạo điện trở có trị số theo tiêu chuẩn sau: 10 12 15 18 22 27 33 39 43 47 51 56 68 75 82 91 Ví dụ có điện trở: – 1Ω, 10Ω, 100Ω, 1KΩ… 2,7Ω, 27Ω, 270Ω, 2,7MΩ… IV Ứng dụng điện trở: – Trong sinh hoạt: Điện trở dùng để chế tạo loại dụng cụ điện như: bàn ủi, bếp điện, bóng điện – Trong công nghiệp: Điện trở dùng để chế tạo thiết bị sấy, giới hạn dòng điện khởi động động – Trong điện tử: Điện trở dùng giới hạn dòng điện hay tạo sụt áp + Giới hạn dòng điện cực khiển SCR, TRIAC, LED, Câu hỏi ôn tập Cho biết thông số đặc trưng điện trở? Cách chọn cơng suất điện trở? 3.Tính điện trở cơng suất tương đương mạch ghép nối tiếp có điện trở trị số 1,5kΩ/1,2W? Tính điện trở công suất tương đương mạch ghép song song điện trở trị số 1,5Ω/1,2W? Nếu có bóng đèn 3V–10mA Để mắc vào nguồn điện 12V ta phải làm gì? Giải thích? Có 10 điện trở 100Ω 10 điện trở 1kΩ sửa chữa phải thay điện trở 200Ω điện trở 500Ω ta phải làm gì? Qui ước màu : Đen Lục( XD) Nâu Đỏ Cam Vàng Lam(XL) Tím Xám Trắng Vàng kim( nhũ vàng): Bạc( nhũ bạc): Vàng kim( nhũ vàng): Bạc( nhũ bạc): Chú ý : vòng gần đầu điện trở nhất; Tiết diện vịng cuối lớn nhất; vịng khơng có nhũ vàng, nhũ bạc hay đen Khoa Điện Lạnh Bậc CĐKT Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc BÀI TỤ ĐIỆN Mục tiêu: Phân loại, xác định đo kiểm loại tụ điện I Cấu tạo: Tụ điện cấu tạo gồm kim loại có diện tích S, đặt song song nhau, cách điện gọi điện môi Chất điện môi khơng khí, gốm, sứ, sành hay chất hóa học… thường gọi tên tụ điện theo chất điện mơi Ví dụ: Tụ điện giấy, tụ điện dầu, tụ điện gốm, tụ điện khơng khí… Hai kim loại tạo thành hai cực, hai kim loại cho hai điện cực gọi cực tụ Hình 2-1: Cấu tạo tụ điện II Điện dung tụ điện: Tụ điện linh kiện có khả tích điện dạng điện trường, khả tích điện tụ gọi điện dung tụ Ký hiệu: C Đơn vị: Fara (F) Đơn vị Fara lớn thực tế dùng, dùng ước số Fara như: F = 106 μF = 109 nF = 1012 pF Điện dung C tụ điện tùy thuộc cấu tạo xác định công thức: S C: Điện dung tụ điện đơn vị (F) C = ε d (F) ε: Hằng số điện môi tùy thuộc chất cách điện S: Diện tích cực (m²) d: Bề dầy lớp điện môi (m) Hằng số điện môi số chất cách điện thơng dụng để làm tụ điện có trị số sau: Khơng khí khơ ε = Parafin ε = Ebonit ε = 2,7  2,9 Giấy tẩm dầu ε = 5,5 Gốm (ceramic) ε = 5,5 Mica ε =  5 III Phân loại ký hiệu tụ điện: Tụ điện chia hai loại chính: – Tụ có trị số cố định – Tụ có trị số thay đổi (biến dung) Tụ có trị số cố định chia làm loại: – Tụ có phân cực tính dương, m (tụ hóa) – Tụ điện khơng phân cực tính chia làm nhiều dạng Tụ oxit hóa: Thường gọi tụ hóa Tụ hóa có điện dung lớn từ 1μF đến 10.000 μF, loại tụ có phân cực tính dương âm Tụ chế tạo với cực nhôm cực dương có bề mặt hình thành lớp oxít nhơm lớp bọt khí có tính cách điện để làm chất điện môi, lớp oxit nhôm mỏng nên điện dung tụ lớn Khi sử dụng tụ hóa phải đặt đầu dương (+) tụ vào đầu dương nguồn, đặt đầu âm (–) tụ vào đầu âm nguồn Nếu đặt sai cực tính xảy có tượng phóng điện xun qua lớp điện mơi làm tụ bị chạm, bị rỉ, gọi tượng đánh thủng lớp điện mơi gây nổ tụ Điện áp làm việc thường nhỏ 500V Hình 2-2: Ký hiệu hình dáng tụ hóa Tụ gốm (ceramic): Điện dung từ 1PF đến 1µF loại tụ khơng có cực tính, điện áp làm việc cao đến vài trăm volt .01 50V C = 0,01F 100 25V C = 100PF 22nF C = 22nF 102J C = 1000PF +- 5% - 3: Ký hiệu, hình dáng cách đọc trị số tụ gốm HìnhHình 2-3:2 Ký hiệu, hình dáng cách đọc trị số tụ gốm Tụ giấy: Là loại tụ khơng có cực tính gồm hai cực kim loại dài, có lớp cách điện giấy tẩm dầu cuộn lại thành ống Điện áp đánh thủng đến vài trăm volt Hình 2-4: Ký hiệu, hình dáng tụ giấy Tụ mica: Là loại tụ cực tính, điện dung từ vài PF đến vài trăm nF, điện áp làm việc cao 1000V Tụ mica đắt tiền tụ gốm sai số, đáp tuyến cao tần tốt, độ bền cao Trên tụ mica sơn chấm màu để trị số điện dung Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT Hình 2-5: Hình dáng, ký hiệu tụ mica Tụ màng mỏng: Là loại tụ có chất điện mơi chất polyester (PE), polyetylen (PS), điện dung từ vài trăm PF đến vài chục μF, điện áp làm việc đến hàng ngàn volt Hình 2-6: Ký hiệu, hình dáng tụ màng mỏng Tụ Tang–tan: Là loại tụ có phân cực tính, điện dung cao từ 0,1μF đến 100μF, kích thước nhỏ, điện áp làm việc thấp vài chục volt Tụ Tang–tan thường có dạng viên Hình 2-7: Ký hiệu, hình dáng tụ tang - tan IV Phương pháp xác định điện dung: Khi sử dụng tụ điện thiết kế sửa chữa thay cần ý đến hai thơng số quan trọng như: Điện dung C điện áp làm việc WV (working – voltage) Điện áp làm việc: Mỗi tụ điện có điện áp làm việc khác nhau, người ta quy định điện áp đặt lên hai cực tụ lớn để tránh điện q lớn làm phóng điện qua điện mơi Khi sử dụng tuyệt đối không đặt tụ làm việc điện áp lớn mức quy định ghi tụ Thông thường điện áp đặt vào hai cực tụ phải nhỏ điện áp ghi thân tụ cấp điện áp (chỉ 2/3 – 1/2 điện áp tụ an toàn nhất) Điện áp làm việc tụ có cấp sau: 16V, 25V, 50V, 63V, 85V, 100V, 160V,… Điện dung tụ điện: Điện dung tụ ký hiệu C, đơn vị tính F hay ước số F Các tụ có điện dung lớn 1μF có kích thước tương đối lớn, giá trị điện dung ghi trực tiếp thân tụ Đối với tụ có điện dung nhỏ (nhỏ 1μF) thường ghi dạng ký hiệu PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN: Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT a Cách ghi đbằng số chữ - Chữ K, Z, J : Đọc theo đơn vị PF: Hình 2-8: Đọc trị số điện dung theo chữ số Người ta dùng chữ số Trong chữ số đầu ghi số thứ số thứ hai, số thứ ba lượng số “0” phải thêm vào, đơn vị P (Picophara) Cuối chữ để sai số quy định sau: J =  5%; K  = 10%; M =  20%; Z =  20% – 80%; D =  5PF; C =  25PF Ví dụ: 153J = 15.000PF  5%; 222K = 2200PF  10% Chú ý: Đối với tụ vài trăm PF người ta ghi trực tiếp: Ví dụ: 100J = 100PF  5% 101J 560K = 560PF  10% 561K - Chữ H, n : Đọc theo đơn vị nF: 2H7J = 2,7 nF  5% b Cách ghi đọc theo đơn vị μF: Các tụ dạng có trị số nhỏ 1μF, ghi dạng thập phân Những số ghi trước phía dấu phẩy thay dấu chấm Phía sau chữ số chữ dùng để sai số (tương tự phần cách đọc theo đơn vị PF) Ví dụ: Tụ ghi: 001J có giá trị l 0,001μF  5% = 1000PF  5% 047K có giá trị l 0,047μF  10% = 47.000PF  10% 1M có giá trị l 0, 1μF  20% = 100.000PF  20% Chú ý: tụ điện khơng có ghi điện p, có điện áp lớn l 50V Nếu tụ no có điện sử dụng lớn 50V ghi r thân tụ c Cách ghi vạch màu: Nguyên tắc tương tự đọc điện trở nhiên có thêm vịng màu để điện làm việc Màu hồng (Pink) Vmax = 25V Màu lục (Green) Vmax = 50V Vòng thứ tư dung sai, có hai màu: màu đen sai số 20%; màu trắng  10% Hình 2-9: Đọc trị số điện dung theo vịng màu Ví dụ: Các tụ điện thân có vạch màu sau: C1: nâu, xám đỏ, đen, hồng Khoa Điện Lạnh 18 x 100  20% điện làm việc 25V Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT 1800PF  20% WV 25V C2: xám, đỏ, cam, nâu, lục 82 x 1000  10% WV = 50V 82000PF  10% điện áp làm việc 50V d Các trị số điện dung tiêu chuẩn: Tương tự điện trở, người ta chế tạo tụ điện có trị số điện dung theo tiêu chuẩn với số thứ số thứ hai sau: 10 – 12 – 15 – 18 – 22 – 17 – 33 – 39 – 47 – 56 – 68 – 75 – 82 Ví dụ: tụ điện: 10PF – 100 PF – 1nF – 10nF… 2,2 PF – 22 PF – 2,2 nF – 22nF - 68PF – 680PF – 6,8nF – 68nF V Các phương pháp ghép tụ điện: Ghép nối tiếp: Hình 2-14: Ghép nối tiếp tụ điện Các tụ ghép nối tiếp có dịng điện nạp I nên điện tích tụ ghép nối tiếp Q = Q1 = Q2 = I.t Điện tích nạp vào tụ tính theo cơng thức Q1 = Q = C1V1; Q2 = Q = C2V2  V1 = Q Q ; V2 = C2 C1 Gọi Ctđ tụ điện tương đương C1, C2 ghép nối tiếp, ta có: Q = Ctđ.V  V = Q C tđ Mà V = V1 + V2  Q Q Q 1 = +  = + C tđ C1 C2 C tđ C1 C2 Ví dụ: C1 = 1000μF/50V, C2 =1000μF/50V Tính Ctđ Ta có: C C 1000.1000 1 = +  Ctđ =  = 500μF C1  C2 1000  1000 C tđ C1 C2 V = V1 + V2 = 50 + 50 = 100V Ta thấy Ctđ có điện dung nhỏ Nhưng điện áp làm việc cao Cơng dụng cách ghép tụ nối tiếp: Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT BÀI 14 DIODE QUANG Mục tiêu: Phân loại, đo kiểm phân tích mạch ứng dụng DIODE quang I Cấu tạo – ký hiệu – hình dạng: Có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn PN diode thường, chất bán dẫn dùng loại có hiệu ứng quang điện cao Tiếp giáp PN đặt vỏ cách điện có mặt nhựa hay thuỷ tinh suốt để nhận ánh sáng chiếu vào, có loại dùng thấu kính hội tụ để tập trung ánh sáng Hình 14-1: Ký hiệu hình dạng diode quang II Nguyên lý làm việc – Đặc tính diode quang: – Đối với diode thường phan cực thuận dịng điện thuận qua diode lớn Khi phân cực ngược dịng điện ngược nhỏ qua diode – Đối với diode quang: + Khi phân cực thuận hai trường hợp diode chiếu sáng hay che tối dòng điện thuận qua diode không thay đổi + Khi phân cực ngược diode chiếu sáng dịng điện ngược tăng lớn nhiều lần bị che tối Dòng điện qua diode bị phân cực ngược biến đổi cách tuyến tính với cường độ sáng (lux) chiếu vào diode – Trị số điện trở diode quang trường hợp chiếu sáng bị che tối + Khi bị che tối: Rngược = ∞Ω, Rthuận = lớn + Khi chiếu sáng Rngược = 10KΩ  100KΩ, Rthuận = vài trăm Ω Hình 14-2: Đặc tính diode quang Các thơng số kỹ thuật diode quang: Điện áp ngược cực đại VRmax = 30V Dịng điện ngược tối; IR = µA (0 lux) Dịng điện ngược có ánh sáng IR = µA (100 lux) Tần số làm việc cực đại f = MHz Công suất tiêu tán cực đại Pmax = 50 mW 54 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT III Ứng dụng: Diode quang sử dụng rộng rãi hệ thống tự động điều khiển theo ánh sáng, báo động cháy, điều khiển từ xa (Remote control)… Hình 14-3 Hình 14 – 3: Khi diode quang bị che tối, transistor khơng phân cực nên ngưng dẫn, OP– AMP có điện áp V–i > V+i nên Vra = 0V, Led khơng sáng Khi diode quang chiếu sáng transistor phân cực thuận nên dẫn điện, OP–AMP cóđiện áp Vi+ > V–i nên Vra = VCC đèn Led sáng 55 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT BÀI 15 LED HỒNG NGOẠI Mục tiêu: Phân tích cấu tạo ứng dụng LED hồng ngoại I Cấu tạo – Hình dạng – Ký hiệu: Led hồng ngoại viết tắt IR Led (Infra Red Led), hay gọi nguồn phát tia hồng ngoại (Infra Red Emitters) Led hồng ngoại chế tạo chất Asenic – Galium (GaAs) Ánh sáng quang học có đặc tính ánh sáng nhìn thấy sợi hội tụ qua thấu kính, tiêu cự… Led hồng ngoại có đời sống hkoảng 100.000 (khoảng 11 n ăm), với đặc trưng kỹ thuật như: Điện áp thuận: Vf = 1,1V – 5V Dòng điện thuận If = vài chục mA đến ài trăm mA Công suất cực đại:Pmax = vài trăm mW Hình 15-1: Ký hiệu hình dạng Led hồng ngoại Dưới hai loại Led hồng ngoại tiêu biểu với giá trị thông số kỹ thuật: Mã hiệu Pmax VFmax IFmax Rise/Fall Time MEH 520 200 mW 2,6V 100mA 800nS MEH 740 1.6V 20mA 800nS 75 mW II Ứng dụng: Người ta dùng quang điện trở, photo transistor, photo diode để thu sóng hồng ngoại Led hồng ngoại dùng mạch thu phát âm thanh, truyền tin, điều khiển từ xa Mạch phát mạch thu dùng led hồng ngoại: Sơ đồ mạch phát: Trong C1= 100µF tụ lọc nguồn; C2 = 2,2nF; R1= 10k Ω; Q1: 2SC1815; D1: led; R2 = 56Ω Mạch phát tia hồng ngoại có tần số khoảng 10kHz, xung dạng vng, có dịng trung bình khoảng 50mA 56 Khoa Điện Lạnh Bậc CĐKT Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc 12 IC AST AST -T +T RET Q Q OSC 10 Q1 2N1069 11 13 RCC R1 10k C2 2.2n SW1 ON/OFF R2 56 CX RX RST D0 LED BT1 9V 4047 Hình 15-2a Sơ đồ mạch phát Sơ đồ mạch thu: VCC 9V K1 C1 100u R6 220 R3 4.7k R1 12k C5 R9 4.7K 100n C3 4.7n R7 4.7K 1.2M RLY C6 R8 Q? 2N1069 D1 1.5M C4 10n 1.5M R2 C2 D1 10n Q2 2SA 1015 R5 4.7U D2 Q3 C7 1U 2SC 1015 Q1 2SC 1015 Hình 15-2b: Sơ đồ mạch thu Trong đó: R1: 12KΩ; R2: 1,2MΩ; R3: 4,7KΩ; R4: 1KΩ; R5: 1,5MΩ; R6: 220Ω; R7: 4,7KΩ; R8: 1,5MΩ; R9: 4,7KΩ; C1: 100F; C2: 10F; C3: 4,7F; C4: 14F; C5: 100F; C6: 4,7F; C7: 1F; Q1, Q2, Q3, Q4: 2SC1015 Nguyên lý hoạt động: Sau nhấn nút ON/OFF mạch phát hoạt động Led hồng ngoại phát tia hồng ngoại Ở mạch thu, led thu tiếp nhận tự giải điều chế để lấy tín hiệu xung 10kHz đưa đến Q1, Q2, Q3 làm cho Q1 không hoạt động được, Q4 hoạt động làm cho rơle Y1 hút Ngược lại không nhấn nút ON/OFF rơle Y1 khơng hút Từ rơle Y1 ta đưa đến điều khiển thiết bị điện Mạch phát dạng khác: (Hình 15–2c) 9V R1 10KC1 100n Q1 R2 10K R3 10K C2 R4 10 K R5 47K 100n Q2 NPN Q3 NPN NPN LED Hình 15–2c Nguyên lý hoạt động: 57 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT Sơ đồ nguyên lý máy phát tia hồng ngoại có bước sóng khoảng 850mm LD1 LED phát hồng ngoại Bộ đa hài Q1, Q2 phát xung vng có tần số khoảng 10kHz để kích Q3 hoạt động điều chế sóng hồng ngoại Mạch thu dạng khác: (Hình 15–2d) Tương tự máy thu hình 15–2a, ta thay đổi lại cách mắc phần Q4 sau: 9V R5 47K SCR D2 C1 Q3 NPN C3 220 100n D1 C2 470n Hình 15–2d Khi có tín hiệu hồng ngoại Q4 dẫn bão hòa SCR tắt Ứng dụng mạch: - Báo động có kẻ gian Khi có kẻ gian qua khu vực làm che khuất tia hồng ngoại từ mạch phát chiếu đến mạch thu làm cho mạch thu tín hiệu, Q4 điện áp nên tắt, cổng G SCR lúc dương nên dẫn cấp nguồn còi báo động - Rung chng có khách đến: Nếu hệ thống dùng báo chng có khách đến bỏ cịi hú mắc SCR vào chng - Đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất: Khi cần đếm sản phẩm SCR thay Transistor C2335 (khóa nguồn) cho chng 110V hay 220V H106 (khóa nguồn) cho chuông dùng pin Cứ lần đồ vật chạy ngang tầm che khuất tia hồng ngoại lần báo chuông 58 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT BÀI 16 CÁC BỘ GHÉP QUANG Mục tiêu: Phân tích cấu tạo ứng dụng ghép quang Trong hệ thống tự động điều khiển phần cơng suất thường có điện cao thường 220 – 380 V, có trường hợp 660 hay 1000 V, mạch điều khiển thường có cơng suất thấp – mạch logic, máy tính hay hệ thống phải tiếp xúc với người Để tạo cách điện mạch điều khiển mạch cơng suất có khác biệt lớn điện người ta chế tạo ghép quang I Cấu tạo – Nguyên lý: Bộ ghép quang gồm hai phần gọi sơ cấp thứ cấp, phần sơ cấp diode loại GaAs phát tia hồng ngoại, phần thứ cấp quang transistor loại silic Khi phân cực thuận, diode phát xạ hồng ngoại chiếu lên mặt quang transistor Bộ ghép quang hoạt động theo nguyên lý: Tín hiệu sơ cấp led hồng ngoại (cịn gọi phần phát) đổi thành tín hiệu ánh sáng Tín hiệu ánh sáng phần thứ cấp quang transistor (còn gọi phần nhận) đổi thành tín hiệu điện Hình 16-1: Sơ đồ ngun lý ghép quang II Đặc trưng kỹ thuật Bộ ghép quang dùng để cách điện hai mạch điện có điện cách biệt lớn Điện cách điện sơ cấp thứ cấp thường từ vài trăm Volt đến hàn g ngàn Volt Bộ ghép quang làm việc với dịng điện chiều hay tín hiệu xoay chiều có tần số cao Điện trở cách điện sơ thứ cấp có trị số lớn thường khoảng vài chục đến trăm MΩ dòng điện chiều Hệ số truyền đạt dòng điện (current transfer Ratio) tỉ số phần trăm dòng điện thứ cấp IC với dòng vào sơ cấp IF Đây thông số quang trọng ghép quang thường có trị số từ vài chục phần trăm đến vài trăm phần trăm tuỳ thuộc loại ghép quang III Các ghép quang: Bộ ghép quang transistor (OPTO – Transistor) Thứ cấp ghép quang photo transistor loại silic Đối với ghép quang transistor có chân transistor khơng có cực B, trường hợp ghép quang transistor có chân cực B nối ngồi hình 16 – 2b Hình 16-2: Ký hiệu OPTO Transistor Bộ ghép quang khơng có cực B có lợi điểm hệ số truyền đạt lớn, nhiên loại có nhược điểm độ ổn định nhiệt 59 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT Nếu nối cực B E điện trở ghép quang transistor ghép quang ổn định với nhiệt độ hệ số truyền đạt lại bị giảm sút Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor: Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor có nguyên lý ghép quang với quang Transistor với hệ số truyền đạt lớn vài trăm lần nhờ tính chất khuếch đại dịng mạch darlington Bộ ghép quang có nhược điểm bị ảnh hưởng nhiệt độ lớn nên thường chế có điện trở nối chân B E Transisitor để ổn định nhiệt Thí dụ vài thơng số đặc trưng ghép quang transisitor tạo sau Hình 16-3: Quang Darlinton Transistor Loại quang transistor 4N35: IF = 10 mA + hệ số truyền đạt dòng điện 100% – BUCEo =30V Loại quang Darlington Transistor ILD 32 có: IF = 10 mA – hệ số truyền đạt dòng điện 500% – BUCEo =30V Bộ ghép quang với quang Thyristor (OPTO– Thyristor): Bộ ghép quang Thyristor có cấu tạo bán dẫn hình 16–4 gồm có quang doide transistor ghép theo nguyên lý SCR Khi có ánh sáng hồng ngoại Led sơ cấp chiếu vào quang diode có dịng IB cấp cho Transistor NPN Transistor NPN dẫn điều khiển Transistor PNP dẫn điện Như quang thyristor dẫn trì trạng thái dẫn mà khơng cần kích liên tục sơ cấp Hình 16-4: Ký hiệu cấu trúc bán dẫn tương đương OPTO Thyristor Để tăng khả chống nhiễu người ta nối chân G K điện trở từ vài KΩ đến vài chục KΩ Bộ ghép quang với quang Triac (OPTO – Triac): OPTO – Triac có cấu trúc bán dẫn tương đương hình 16 – 5: Hình 16-5: Ký hiệu cấu trúc bán dẫn tương đương OPTO Triac 60 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT IV Ứng dụng OPTO – COUPLERS: Các loại OPTO – couplers có dịng điện sơ cấp cho Led hồng ngoại khoảng 10 mA Đối với OPTO– Transistor thay đổi trị số dòng điện qua Led hồng ngoại sơ cấp làm thay đổi dòng điện IC photo Transistor thứ cấp OPTO – Couplers dùng để thay cho rơle hay biến áp xung để giao tiếp với tải thường có điện áp cao dịng điện lớn Hình 16-6 Mạch điện hình 16–6 ứng dụng OPTO–Transistor điều khiển đóng ngắt đèn Khi ngõ mạch logic cao (gần 5V) đèn Led nối quang 4N25 tắt, transitor quang ngưng dẫn, dòng điện từ nguồn +24V qua 22K vào cực B transistor T1 làm T1 dẫn, kéo theo T2 dẫn đèn Đ sáng Khi ngõ mạch logic thấp (gần 0V) đèn Led nối quang sáng Transitror quang dẫn khơng cho dịng điện từ nguồn +24V vào T1 nên T1 ngưng dẫn kéo theo T2 ngưng dẫn đèn Đ tắt Mạch điện hình 16 – ứng dụng OPTO – Transistor điều khiển đóng ngắt Rơle Quang transistor ghép quang ghép Darlington với transistor cơng suất bên ngồi, Led hồng ngoại sơ cấp cấp nguồn 5V thì Transistor quang dẫn điều khiển Transistor công suất dẫn để cấp điện cho rơle RY Điện trở 390Ω để giới hạn dịng qua Led hồng ngoại khoảng 10mA Hình 16-7: Mạch đóng ngắt relay dung OPTO Transistor Hình 16-8a 61 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT Hình 16.8b Mạch điện hình 16 – ứng dụng OPTO – Triac để đóng ngắt điện cho tải dùng nguồn xoay chiều Điện trở R để giới hạn dòng qua Led hồng ngoại khoảng 10 mA Khi Led sơ cấp cấp nguồn 12 Triac kích dẫn điện tạo dịng kích cho Triac cơng suất Khi Triac cơng suất kích dẫn điện cơng tắc để đóng điện cho tải Hình 16–8b:Triac nối quang điều khiển Triac dịng lớn (ví dụ 2N6071B) cung cấp cơng suất cho tải hoạt động nguồn điện 50 Hz Về phía điều khiển transitor 2N222 bảo vệ khơng cho dịng q lớn qua Led nối quang: dòng qua Led lớn điện điều khiển lớn điện cực B transitor lớn làm transitor dẩn chia xẻ bớt dịng điện với Led Câu hỏi ơn tập Cấu tạo, ký hiệu, ứng dụng điện trở quang? So sánh cấu tạo, nguyên lý đặc tính kỹ thuật diode phát quang (Led) quang diode? Ứng dụng led hồng ngoại? Cách phân biệt loại OPTO – Couplers như: OPTO – Transistor, OPTO Thysristor OPTO – Triac? Ứng dụng loại? Cho biết đặc trưng kỹ thuật ghép quang? Nêu ứng dụng ghép quang? Phân tích nguyên lý hoạt động mạch điện ứng dụng ghép quang? 62 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT BÀI 17: BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN Mục tiêu: Phân tích cấu tạo ứng dụng khuếch đại thuật tốn Bài trình bày khuếch đại thuật toán (Op-Amp: Operational Amplifier) Danh từ ″khuếch đại thuật tốn” thuộc khuếch đại dịng chiều có hệ số khuếch đại lớn, có hai đầu vào vi sai đầu chung Tên gọi có quan hệ tới việc ứng dụng chúng chủ yếu để thực phép tính cộng, trừ, tích phân Hiện khuếch đại thuật tốn đóng vai trị quan trọng ứng dụng rộng rãi mạch khuếch đại, tạo tín hiệu hình sin xung, ổn áp lọc tích cực I Cấu tạo khuếch đại thuật toán: Bộ khuếch đại thuật toán ký hiệu hình 17-1 Trong Ut, It điện áp, dòng điện vào cửa thuận Uđ, Iđ điện áp, dòng điện vào cửa đảo, Ur, Ir điện áp dòng điện U0 điện áp vào hai cửa Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp U0 = Ut - Uđ với hệ số khuếch đại K0 > Do điện áp ra: Ur =K0.U0= K0(Ut -Uđ) Nếu Uđ = Ur = K0.Ut lúc điện áp pha với điện áp vào Vì cửa T gọi cửa thuận khuếch đại thuật toán ký hiệu dấu “+” Tương tự Ut = Ur = − K0.Uđ, lúc điện áp ngược pha với điện áp vào nên cửa Đ gọi cửa đảo khuếch đại thuật toán ký hiệu dấu “-” Ngồi khuếch đại có hai cửa đấu với nguồn nuôi đối xứng ±EC cửa để chỉnh lệch bù tần Hình 17-1 Bộ khuếch đại thuật tốn II Các tính năng: Một khuếch đại thuật tốn lý tưởng có tính chất sau: + Trở kháng vào ZV = ∞ + Trở kháng Zra = + Hệ số khuếch đại K0 = ∞ Thực tế khuếch đại thuật tốn có K0 = 104 ÷ 106 vùng tần số thấp Lên vùng tần số cao hệ số khuếch đại giảm xuống Nguyên nhân phụ thuộc tham số transistor điện dung ký sinh sơ đồ Đặc tuyến truyền đạt, hình 17-2 Hình 17-2 Đặc tuyến truyền đạt khuếch đại thuật toán III Các kiểu mắc khuếch đại thuật toán: Mạch khuếch đại đảo: Mạch khuếch đại đảo cho hình 17-4 có thực hồi tiếp âm điện áp qua Rht Đầu vào thuận nối đất Tín hiệu qua R1 đưa tới đầu vào đảo Nếu coi IC có trở kháng vào vơ lớn tức Zv → ∞ dịng vào IC vụ I0 = 0, tải nút N có phương trình nút dòng 63 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT Iv ≈ Iht Từ có: U v  U U  U  R1 R ht Khi K → ∞ điện áp đầu vào U  U U U  đó: v   R1 R ht K Do hệ số khuếch đại điện áp mạch khuếch đại đảo Kđ có hồi tiếp âm song song xác định phần tử thụ động sơ đồ: Kđ  U R   ht UV R1 Nếu chọn Rht=R1 Kđ =-1, sơ đồ có tính chất tầng đảo lặp lại điện áp (đảo tín hiệu) U hay Ura = −Iv.Rht tức điện áp tỷ lệ R ht với dòng điện vào Mạch trở thành biến đổi dòng thành áp Nếu R1 = từ phương trình Iv = Iht ta có I v   Vì U0= nên Rv = R1, K→ ∞ Rra = Hình 17-4 Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại thuận: Mạch khuếch đại thuận có hình 17-5 gồm mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào đầu đảo tín hiệu đặt vào cửa thuận Vì điện áp đặt vào hai cửa bộ, xem U0= nên quan hệ Uv Ura xác định U v  U R1 R  R ht Hệ số khuếch đại điện áp mạch khuếch đại thuận K t  U R  R ht R    ht Uv R1 R1 Vì Rv = ∞ nên IV = Được dùng cần mạch khuếch đại có trở kháng vào lớn Khi Rht = R1 = ∞ ta có sơ đồ lặp lại điện áp với Kt = (hình 17-6) Điện trở vào mạch khuếch đại thuận lớn, điện trở vào IC, điện trở Rra → 64 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT Hình 17-5 Mạch khuếch đại thuận Hình 17-6 Mạch khuếch đại lặp lại điện áp Mạch so sánh tương tự Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp vào UV với điện áp chuẩn UCh.Trong mạch so sánh, tín hiệu vào tương tự biến thành tín hiệu dạng mã nhị phân, nghĩa có mức thấp (L) cao (H) Bộ so sánh thực khuếch đại thuật tốn làm việc chế độ bão hồ nên thấp cao mức dương âm nguồn (ở so sánh chuyên dụng hai mức ứng với mức logic) a) Đặc tuyến truyền đạt so sánh: Ở so sánh lý tưởng tín hiệu vào có quan hệ : UP - UN >  Ura = Ura CAO = UrH UP - UN <  Ura = Ura THÂP = UrT Nếu UP = UN điện áp so sánh lý tưởng không Nếu điện áp vào khác so sánh trạng thái bão hoà điện áp mức cao mức thấp 65 Khoa Điện Lạnh Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc Bậc CĐKT BÀI 18: VI MẠCH ỔN ÁP Mục tiêu: Phân loại phân tích thành phần vi mạch ổn áp I Đại cương: Một mạch điện tử làm việc khơng tốt nguồn chiều cung cấp cho không giữ giá trị danh định Nguyên nhân thay đổi có nhiều, đáng quan tâm thay đổi điện lưới xoay chiều thay đổi tải Một cách để khắc phục thay đổi điện áp nguồn điện lưới sử dụng máy ổn áp xoay chiều sản xuất công nghiệp Tuy nhiên chưa đủ để máy điện tử làm việc bình thường Vì cần tạo mạch điện giữ cho điện áp chiều sau chỉnh lưu có giá trị ổn định phạm vi đó.Ta gọi mạch mạch ổn áp chiều hay thường gọi tắt ổn áp 66 Khoa Điện Lạnh Bậc CĐKT Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc ++ MẠCH UV Rt URA ỔN ÁP Hình 18.1 Mơ hình ổn áp mạng bốn cực Một mạch ổn áp mơ mạng bốn cực hình 18.1 đặc trưng tham số sau đây: - Hệ số ổn áp, tỷ số lượng biến thiên điện áp tương đối đầu vào đầu : K «d U v Uv (18.1)  U r R t  const Ur - Hệ số ổn áp đường dây: Kô.dây= U r 100% (khi UV biến thiên 10%) (18.2) Ur - Hệ số ổn áp tải: Kô.dây= U r 100% (khi It = It max) (18.3) Ur - Điện trở động đầu đặc trưng cho biến thiên điện áp dòng (dòng tải) thay đổi (lấy theo trị tuyệt đối): RRA=URA/It (khi UV = const.) (18.4) II Ký hiệu, hình dạng: Người ta chế tạo vi mạch ổn áp tuyến tính với giá thành hạ sử dụng tiện lợi Xét số vi mạch thông dụng Vi mạch ba chân 78XX 79XX Đây loại vi mạch thông dụng thị trừơng với giá thành thấp, sử dụng tiện lợi Họ 78XX cho điện áp cực tính dương, họ 79XX cho điện áp cực tính âm - Hai số cuối trị số điện áp ổn định đầu ra: 7805 ,7806, 7808, 7812, 7815, 7818, 7824 có điện áp tương ứng 5V, 6V, 8V, 12V, 15V, 18V 24V 7905, 7906, 7908, 7912, 7915, 7918, 7924 có điện áp tương ứng -5V, -6V, -8V, -12V, 15V, -18V -24V Dạng cách mắc mạch trình bày hình 18.2 a) 7805 7806 7808 7812 7815 7818 7824 67 78xx 132 b) 7905 7906 7908 7912 7915 7918 7924 78xx 79xx 35V 1F 1F 312 H×nh 18 a) Vá chân 78XX 79XX b)Cách mắc mạch XX Khoa Điện Lạnh Bậc CĐKT Giao Trinh Ky Thuat Dien Tu doc III Ứng dụng: Vi mạch ba chân 78XX 79XX Các IC cho dòng tải cực đại khoảng 1A Muốn tăng dòng ta mắc thêm tranzisto cơng suất hình 18.3a, lúc cho dòng tới 5A Muốn thay đổi điện áp ta mắc thêm diot zener hình 18.3b, lúc Ur=xx+UDZ b) 6 a) 78XX 78XX 3 R Dz Hình 18-3: Các sơ đồ mắc ổn áp 78xx, đồ tăng dòng b) Sơ đồ tăng áp Hình 18.22.Các sơ đồ 79xx mắc ổna)ápSơ78xx,79xx a) sơ đồ dịng b)sơtính) đồ tăng áp cho khuếch đại thuật toán Sơ Trong thực tế cần tạo nguồn đốităng xứng (2 cực để cấp đồ nguồn trình bày hình 18.4 bao gồm mạch chỉnh lưu ổn áp 78xx + _ +Uxx + _ 79xx -Uxx 10.23.Mạch nguồn hai cực tính Hỡnh Hình 18-4: Mch ngun hai cực tính Vi mạch LM317 Đây loại vi mạch thông dụng ba chân với điện áp điều chỉnh khoảng 1,25V  25V Sơ đồ mắc mạch có dạng hình 18.5 Điện áp chuẩn 1,25V Điện áp tính theo công thức (18.5) U  ,(  R ) V R  (18.5)  Hình 18-5: Mạch IC LM317 68 ... thiết bị điện tử? ??) III Các thông số kỹ thuật điện trở: Khi sử dụng điện trở cần ý đến hai thơng số là: Giá trị điện trở công suất Giá trị điện trở: Đơn vị tính Ohm ghi trực tiếp thân điện trở... hoạt: Điện trở dùng để chế tạo loại dụng cụ điện như: bàn ủi, bếp điện, bóng điện – Trong công nghiệp: Điện trở dùng để chế tạo thiết bị sấy, giới hạn dòng điện khởi động động – Trong điện tử: Điện. .. điện mơi Ví dụ: Tụ điện giấy, tụ điện dầu, tụ điện gốm, tụ điện khơng khí… Hai kim loại tạo thành hai cực, hai kim loại cho hai điện cực gọi cực tụ Hình 2-1: Cấu tạo tụ điện II Điện dung tụ điện: