Giáo trình Điện tử cơ bản (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TĐH GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày tháng năm 20 …… ……………… Ninh Bình, Năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Tài liệu Điện tử thực tham gia giảng viên trường Cao đẳng Cơ Điện Xây Dựng Việt Xô thực Trên sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng Cơ Điện Xây Dựng Việt Xô, với trường trọng điểm toàn quốc, giáo viên có nhiều kinh nghiệm thực biên soạn giáo trình Điện tử phục vụ cho công tác dạy nghề Giáo trình thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun/mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ Cao đẳng nghề, dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo Ninh Bình, ngày 24 tháng 08 năm 2019 Tham gia biên soạn Chủ biên: Kỹ sư Đào Quang Thắng MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU BÀI 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 13 Điện trở 13 1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo 13 1.2 Cách đọc, đo cách mắc điện trở 16 2.Tụ điện 19 2.1 Ký hiệu, phân loại 19 2.2 Cách đọc, đo cách mắc tụ điện 21 Cuộn cảm 25 3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo 25 3.2 Cách đọc, đo cách mắc cuộn cảm 27 Rơ le 30 4.1 Cấu tạo 30 4.2 Nguyên lý làm việc 31 4.3 Kiểm tra rơ le 31 BÀI 2: ĐI ỐT BÁN DẪN 32 Vật liệu bán dẫn 32 1.1 Chất bán dẫn 32 1.2 Bán dẫn tạp loại N 34 1.3 Bán dẫn tạp loại P 35 1.4 Tiếp giáp P-N 37 Cấu tạo 39 2.1 Đặc tính làm việc 39 2.2 Các thông số kỹ thuật 40 2.3 Phân loại Đi ốt 41 Thực hành 44 3.1 Nhận dạng 44 3.2 Kiểm tra, xác định cực 45 BÀI 3: TRANSISTOR BJT 46 Đặc điểm cấu tạo 46 Đặc tính làm việc thông số kỹ thuật 48 Các thông số kỹ thuật: 51 4.Thực hành 52 4.1 Nhận dạng, phân loại 52 4.2 Xác định cực 53 4.3 Kiểm tra tình trạng kỹ thuật 54 BÀI 4: THYSISTOR – TRIAC 58 Thyristor (Silicon Controlled Rectifier = SCR) 58 1.1 Cấu tạo 58 1.2 Nguyên lý hoạt động 59 1.3 Đặc tuyến 60 1.4 Các thông số SCR 60 TRIAC 61 2.1 Cấu tạo 61 2.2 Đặc tuyến 61 3.Thực hành 62 3.1 Nhận dạng, phân loại 62 3.2 Xác định cực 62 3.3 Kiểm tra tình trạng kỹ thuật 64 BÀI 5: TRANSISTOR TRƯỜNG 67 Cấu tạo 67 1.1 JFET 67 1.2 MOSFET 70 Đặc tính làm việc 73 Thực hành 74 BÀI 6: MỘT SỐ LINH KIỆN ĐẶC BIỆT 78 Các phần tử quang 78 1.1 Điốt quang 78 1.2 Tranzitor quang 80 Các ghép quang 81 2.1 Điốt – Tranzitor quang 82 2.2 Triac quang 82 2.2.1 Cấu tạo 82 Vi mạch 84 BÀI 7: MẠCH NGUỒN CHIỀU 88 Khái quát chung 88 1.1 Nhiệm vụ 88 1.2 Phân loại 89 Bộ nguồn dải hẹp 89 2.1 Sơ đồ khối 89 2.2 Mạch chỉnh lưu pha 90 2.3 Mạch lọc nguồn chiều 92 2.4 Mạch điện ổn áp nguồn chiều 94 Bộ nguồn dải rộng 96 3.1 Sơ đồ khối 96 3.2 Sơ đồ mạch điện nguyên lý 98 3.4 Thực hành khảo sát, phân tích mạch 101 BÀI 8: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU 106 Khái quát chung 106 1.1 Khái niệm 106 1.2 Các yêu cầu 107 1.3 Phân loại 107 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 108 2.1 Mạch khuếch đại E chung 108 2.2 Mạch khuếch đại C chung 109 2.3 Mạch khuếch đại B chung 110 Các phương pháp ghép tầng 112 3.1 Mạch ghép tầng khuếch đại b ng RC 112 3.2 Mạch ghép tầng b ng biến áp 113 3.3 Mạch ghép tầng trực tiếp 115 3.4 Mạch khuếch đại DALINGTON 116 Mạch khuếch đại công suất 117 4.1 Mạch khuếch đại công suất đơn 118 4.2 Mạch khuếch đại đẩy kéo 120 4.3 Mạch bảo vệ 123 BÀI 9: KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 126 Khái quát chung 126 1.1 Khái niệm 126 1.2 Các tính chất 126 Các mạch ứng dụng 128 2.1 Mạch khuếch đại 128 2.2 Mạch cộng trừ 128 2.3 Mạch tích phân 130 2.4 Mạch vi phân 130 2.5 Mạch lọc tín hiệu 131 2.6 Mạch khuếch đại vi sai 132 2.7 Thực hành mạch ứng dụng 133 CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 MÔ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mã mơ đun: MĐ14 I Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun Điện tử học trước môn học, mô đun như: PLC bản, kỹ thuật cảm biến; học song song với mơn học Mạch điện - Tính chất: Là mơ đun kỹ thuật sở - Ý nghĩa vai trò: Với phát triển hồn thiện khơng ngừng thiết bị điện lĩnh vực đời sống xã hội, mạch điện tử trở thành thành phần thiếu thiết bị điện, cơng dụng để điều khiển khống chế thiết bị điện, thay số khí cụ điện có độ nhạy cao Nh m mục đích gọn hố thiết bị điện, giảm tiêu hao lượng thiết bị, tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ thiết bị II Mục tiêu mơ đun: - Giải thích phân tích cấu tạo nguyên lý linh kiện kiện điện tử thơng dụng - Nhận dạng xác ký hiệu linh kiện, đọc xác trị số chúng - Phân tích nguyên lý số mạch ứng dụng tranzito như: mạch khuếch đại, dao động, - Xác định xác sơ đồ chân linh kiện, lắp ráp, cân chỉnh số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật an tồn - Hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm - Rèn luyện tính xác khoa học tác phong công nghiệp III Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Số TT Tên mô đun Bài 1: Linh kiện thụ động Điện trở Thời gian(giờ) Thực hành Thí Tổng Lý nghiệm số thuyết Bài tâọ Thảo luận 12 1.5 2.5 1.5 2.5 0.5 1.5 0.5 1.5 Bài 2: Điốt bán dẫn Vật liệu bán dẫn 1 1.1 Ký hiệu, phân loại 1.2 Các đọc thông số kiểm tra Tụ điện 1.1 Ký hiệu, phân loại 1.2 Các đọc thông số kiểm tra Cuộn cảm 1.1 Ký hiệu, phân loại 1.2 Các đọc thông số kiểm tra Rơ le 4.1 Cấu tạo 4.2 Nguyên lý làm việc 4.3 Kiểm tra rơ le 1.1 Chất bán dẫn 0.5 1.2 Bán dẫn tạp loại P 1.3 Chất bán dẫn tạp loại N 1.4 Tiếp giáp P - N 0.5 Cấu tạo 0.5 Đặc tính làm việc 0.5 Các thông số kỹ thuật 0.5 Phân loại điốt 0.5 Thực hành 6.1 Nhận dạng 5 Kiểm tra 6.2 Xác định cực kiểm tra 6.3 Khảo sát đặc tính Bài 3: Tranzitor BJT 12 Cấu tạo 1 Đặc tính làm việc 2 Các thông số kỹ thuật 2 4.Thực hành 5 2.1 BJT thuận 2.2 BJT ngược 4.1 Nhận dạng, phân loại 4.2 Xác định cực 4.3 Kiểm tra BJT 4.4 Khảo sát đặc tính làm việc Kiểm tra Bài 4: Thyríto - Triac Cấu tạo 0.5 1.5 1.5 0.5 0.5 Đặc tính làm việc 2.1 Thyríto 2.2 Triac Các thơng số kỹ thuật 4.Thực hành 5 4.1 Nhận dạng, phân loại 4.2 Xác định cực 4.3 Kiểm tra tình trạng kỹ thuật 4.4 Khảo sát đặc tính làm việc Bài 5: Tranzitor trƣờng Cấu tạo 0.5 0.5 1.1 JFET 1.2 MOSFET Đặc tính làm việc 1 0.5 0.5 2.1 JFET 2.2 MOSFET Các thông số kỹ thuật 4.Thực hành 2 4.1 Nhận dạng, phân loại 4.2 Xác định cực 4.3 Kiểm tra tình trạng kỹ thuật 4.4 Khảo sát đặc tính làm việc Bài 6: Một số linh kiện đặc biệt 10 Các phần tử quang 3 Vi mạch 1 Kiểm tra Bài 7: Mạch nguồn chiều 26 Khái quát chung 2 Bộ nguồn dải hẹp 12 2.1 Mạch chỉnh lưu 2.2 Mạch lọc DC 1 2.3 Mạch ổn áp Bộ nguồn dải rộng 10 1.1 Điốt quang 1.2 Tranzitor quang 1.3 Triac quang Các ghép quang 2.1 Điốt – Tranzitor quang 2.2 Điốt – Triac quang 16 1.1 Nhiệm vụ 1.2 Phân loại thuận rơi diode D1 vàD2 ( loại diode silic) để có tổng điện áp chung hai điểm B1 B2 UB1B2 = (1,1 ÷ 1,2)V; hệ số nhiệt âm là: (-1mV/°C) - Bình thường transistor T3, T4 chế độ khóa T1 T2 làm việc lúc dòng điện chưa đạt tới giá trị tới hạn ± Irmax - Khi dòng điện đạt tới giá trị tới hạn chạy qua R1 R2 tạo giảm áp R1 R2 đẩy điện áp VBE T3, T4 tới ngưỡng mở ( khoảng ± 0,6V), làm T3, T4 mở làm dòng Ib1, Ib2 T1 T2 b ng 0,.do tổng điện áp chung hai điểm B1 B2 UB1B2 = (1,1 ÷ 1,2)V tổng điện áp chung hai điểm B3 B4 UB3B4 = (1,1 ÷ 1,2)V - Ngồi ra, nhờ sử dụng thêm điện trở hồ tiếp âm mắc cực Emitơ T1 T2, với R1 R2 nhỏ BÀI 9: KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN Mã bài: MĐ14.09 Giới thiệu: Mạch khuếch đại thuật toán thuộc khuếch đại dịng chiều có hệ số khuếch đại lớn, có hai đầu vào đầu chung Mục tiêu: - Trình bày khái niệm, tính chất khuếch đại thuật tốn - Vẽ phân tích sơ đồ mạch ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán theo yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính xác, nghiêm túc học tập thực công việc Khái quát chung 1.1 Khái niệm Mạch khuếch đại thuật toán (operational amplifier), thường gọi tắt op-amp mạch khuếch đại với hệ số khuếch đại cao, có đầu vào vi sai, thơng thường có đầu đơn Trong ứng dụng thông thường, đầu điều khiển b ng mạch hồi tiếp âm cho xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào tổng trở đầu 1.2 Các tính chất Mạch khuếch đại thuật tốn (Operational Amplifier: Op-Amps) có ký hiệu hình sau: Hình 9.1 Ký hiệu khuếch đại thuật tốn Trong đó: Vin- điện áp ngõ vào (-) gọi ngõ vào đảo Vin+ điện áp ngõ vào (+) gọi ngõ vào không đảo Iin- dòng điện ngõ vào (-) Iin+ dịng điện ngõ vào (+) Hình 9.2 Sơ đồ bên mạch khuếch đại thuật toán 741 Hình 9.3 Sơ đồ chân khuếch đại thuật tốn thực tế  Op-amp thường đóng gói dạng linh kiện tích hợp chân hay 16 chân, tùy loại mà bên chứa (Single Op - amp), (Dual Op – amp) hay Op-amp (Quad Op – amp) Tính chân IC tiêu chuẩn hóa nên ta thay IC Op-amp tương đương  Cách xác định chân số IC Op-amp xoay IC hướng mình, cho bạn đọc ký hiệu mã linh kiện Chân từ bên trái qua, hàng chân phía đánh b ng dấu trịn định vị âm lưng IC – chân số 1, chân số chân đánh dấu theo chiều ngược kim đồng hồ, đối diện chân số chân số (với loại IC có chân) Các mạch ứng dụng 2.1 Mạch khuếch đại 2.1.1 Mạch khuếch đại đảo Hình 9.4 Sơ đồ mạch khuếch đại đảo - Dùng để đổi dấu khuếch đại điện áp (nhân với số âm) Vout  Vin ( Rf Rin ) 2.1.2 Mạch khuếch đại khơng đảo Hình 9.5 Sơ đồ mạch khuếch đại khơng đảo - Dùng để khuếch đại điện áp (nhân với h ng số lớn 1) Vout  Vin (1  Rf Rin ) 2.2 Mạch cộng trừ 2.2.1 Mạch cộng Phép cộng thao tác tốn học Có hai loại mạch cộng thực sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán mà ta nghiên cứu mạch cộng đảo mạch cộng không đảo a Mạch cộng thuận Hình 9.6 Sơ đồ mạch cộng đảo Sơ đồ mạch điện hình 9.6, tín hiệu vào đưa tới cửa thuận Khi U  điện áp hai đầu vào b ng b ng: UV   UV   R1 U R1  Rht Khi dòng vào đầu thuận b ng ( RV  ¥ ) ta có: U1  UV  U  UV  U  UV     n 0 R R R Hay: U1  U   U n  nU V U1  U   U n  n Từ đó: U  R1 U R1  Rht R1  Rht (U1  U   U n ) n.R1 b Mạch cộng đảo Hình 9.7 Sơ đồ mạch cộng đảo Điện áp đầu ra: Vout   R f ( VA VB VC   ) RA RB RC 2.2.2 Mạch trừ Để thực trừ hai điện áp, người ta thường sử dụng mạch hình vẽ sau: Hình 9.8 Sơ đồ mạch trừ Ta có: U  U  U A  U B I  I  U r  U  U1 2.3 Mạch tích phân Hình 9.9 Sơ đồ mạch tích phân Điện áp đầu ra: Vout   2.4 Mạch vi phân vin dt RC  Mạch vi phân mạch điện áp đầu tỷ lệ với vi phân điện áp đầu vào, tức U  k dUV , k hệ số dt Mạch vi phân dùng IC khuếch đại thuật toán hình 9.10 Hình 9.10 Sơ đồ mạch vi phân Xem như: U  0; I  Nên: IV  C dUV dt Mà: U   IV R Nên: U   RC dUV dt Trong k  RC   gọi h ng số vi phân mạch Dấu (-) nói lên U ngược pha với U v Khi tín hiệu vào hình sin mạch vi phân làm việc lọc tần cao 2.5 Mạch lọc tín hiệu Mục tiêu: - Vẽ phân tích sơ đồ mạch lọc tín hiệu 2.5.1 Sơ đồ mạch Mạch lọc thụ động có ưu điểm đơn giản, nhiên hệ số truyền đạt nhỏ bị tổn hao RC, phụ thuộc nhiều vào tải, khó phối hợp tổng trở với mạch ghép Muốn hạn chế độ suy giảm phải lắp nhiều mắt lọc liên tiếp, lúc tần số cắt lọc khác với tần số cắt mắt lọc Cách khắc phục nhược điểm sử dụng mạch lọc tích cực Cụ thể đưa mắt lọc RC vào đường hồi tiếp Op-Amps để tăng hệ số truyền đạt, tăng hệ số phẩm chất, đồng thời làm giảm ảnh hưởng tải b ng cách dùng tầng đệm để phối hợp trở kháng Cũng mạch lọc thụ động, phân mạch lọc tích cực theo tần số làm việc như: mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch lọc dãy Ở giới thiệu mạch lọc tích cực lọc thông thấp: mạch lọc mà tần số thấp truyền qua nguyên vẹn, cò tần số cao bị suy giảm chậm pha với tín hiệu vào Hình 9.11 Sơ đồ mạch lọc tín hiệu 2.5.2 Nguyên lý hoạt động Có thể dùng cơng thức để tính tốn thành lập biểu đồ Bode biên - tần mạch lọc hình: Hình 9.12 Biểu đồ Bode biên-tần mạch lọc Các nhận xét mạch lọc thống thấp: - Tại tần số cắt fc có độ lệch pha - 45o; biên độ điện áp giảm gần dB - Tại tần số thấp f > fc: biên độ |A| = 1/ωRC 2.6 Mạch khuếch đại vi sai Mục tiêu: - Vẽ phân tích sơ đồ mạch khuếch đại vi sai 2.6.1 Sơ đồ mạch Hình 9.13 Sơ đồ mạch khuếch đại vi sai 2.6.2 Điện áp đầu Vout  Rf Rin (VB  VA ) 2.7 Thực hành mạch ứng dụng 2.7.1 Mạch khuếch đại đảo *Sơ đồ mạch điện: Giá trị linh kiện: R2 Vin  Op -Amp LM741 R1 Vo LM741 +  R1= 2,2kΩ Vo  R2 = 5,6kΩ R3  R3 = 1,5kΩ Hình 9.14 Mạch khuếch đại đảo *Các bước thực hành:  Trường hợp 1: Cấp nguồn đôi cho Op - Amp ± VSS = ± 15V - Ráp mạch - Đo ghi kết theo bảng số liệu tính hệ số Bảng Bảng số liệu Vin(V) -10 -8 -6 -4 -2 10 V0(V) - Tính hệ số Kd theo lý thuyết - Vẽ đặc tuyến ngõ dựa vào bảng số liệu đo: Vo(V) Vin(V) Hình 9.15 Vẽ đặc tuyến ngõ Vout theo bảng số liệu  Trường hợp 2: Cấp nguồn đơn cho Op -Amp ( VSS = 15V ; -VSS = 0V) - Ráp mạch - Đo ghi kết theo bảng số liệu tính hệ số Bảng 9.2 Bảng số liệu Vin(V) -10 -8 -6 -4 -2 Vout(V) - Tính hệ số Kd theo lý thuyết - Vẽ đặc tuyến ngõ dựa vào bảng số liệu đó: ………… 10 Vo(V) Vin(V) Hình 9.16 Vẽ đặc tuyến ngõ Vout theo bảng số liệu - Nhận xét trường hợp đó: 2.7.2 Mạch khuếch đại Không đảo *Sơ đồ mạch điện: Giá trị linh kiện: R2  Op - Amp LM741 R1 LM 741 Vin V in R3 Vr0 + + Vin R4  R1 = 2,2kΩ  R2 = 5,6kΩ  R3 = R4 = 10kΩ Hình 9.17 Mạch khuếch đại không đảo *Các bước thực hành Trường hợp1: Cấp nguồn đôi cho Op - Amp ± VSS = ± 15V - Bước 1: Ráp mạch hình 9.3 mơ hình (test board) - Bước 2: Đo ghi kết theo bảng số liệu tính hệ số Bảng 9.3 Bảng số liệu Vin(V) -10 -8 -6 -4 -2 10 Vin +(V) Vin -(V) Vout(V) ( - Bước 3: Tính hệ số Kd theo lý thuyết ( - Bước 4: Tính điện áp theo lý thuyết - Bước 5: Vẽ đặc tuyến ngõ dựa vào bảng số liệu đó: ) )( ) Vo(V) Vin(V) Hình 9.18 Vẽ đặc tuyến ngõ V0 theo bảng số liệu Trường hợp 2: Cấp nguồn đơn cho Op-Amp (VSS = 15V; -VSS = 0V) - Bước 1: Ráp mạch hình 18.14 mơ hình ( test board) - Bước 2: Đo ghi kết theo bảng số liệu tính hệ số Bảng 9.4 Bảng số liệu Vin(V) Vin +(V) Vin -(V) V0(V) -10 -8 -6 -4 -2 10 - Bước 3: Tính hệ số Kd theo lý thuyết - Bước 4: Tính điện áp theo lý thuyết ( ( - Bước 5: Vẽ đặc tuyến ngõ dựa vào bảng số liệu đó: ) )( ) Vo(V) Vin(V) Hình 9.19 Vẽ đặc tuyến ngõ Vout theo bảng số liệu - Nhận xét trường hợp đó: CÁC THUẬT NGỮ CHUN MƠN AC (Altermating Current): Dịng điện xoay chiều DC (Direct Current): Dòng điện chiều AV (Average): Giá trị trung bình BJT (Bipolar Junction Transistor): Transistor lưỡng cực LED (Light Emitting Diode): Diode phát quang FET (Field Effect Transistor): Transistor hiệu ứng trường SCR (Silicon Controlled rectifier): Thyristor TRIAC (TRIODE FOR ALTERNATING CURRENT): TRIAC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục 2008 [2] Nguyễn Văn Tuân, Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử,NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [3] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2005 [4] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 1, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [5] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 2, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 ... chiều điện trường Dòng điện tử dòng lỗ trống hợp thành dòng điện bán dẫn nhiệt độ tăng dịng điện lớn (Hình 2-3 ) E -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> -> A dòng điện tử -> ... thực biên soạn giáo trình Điện tử phục vụ cho cơng tác dạy nghề Giáo trình thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun/mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ Cao đẳng nghề,... tác động điện trường E điện tử chạy ngược chiều điện trường lỗ trống chạy chiều điện trường Nhờ mạch có dịng điện Dòng điện điện tử thừa sinh lớn nhiều so với dòng điện cặp điên tử - lỗ trống