Giáo trình điện tử cơ bản công nghệ ô tô

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH KON TUM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG GIÁO TRÌNH MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NGHỀ CÔNG NGHỆ Ô TÔ TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ CĐCĐ ngày tháng năm 2022 của Hiệu tr[.]

1471/QĐ-CĐCĐ 13/10/2022 09:35:24 UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH KON TUM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NGHỀ: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCĐ ngày….tháng….năm 2022 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Kon Tum) Kon Tum, năm 2022 i MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN iiii LỜI GIỚI THIỆU iv CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Vật liệu bán dẫn: 1.1 Khái niệm tính chất điện bán dẫn 1.2 Sự dẫn điện bán dẫn tinh khiết 1.3 Sự dẫn điện bán dẫn có tạp chất 1.4 Chất bán dẫn loại P .5 1.5 Chất bán dẫn loại N .5 1.6 Lớp chuyển tiếp P-N Linh kiện điện 2.1 Điện trở 2.2 Tụ điện 11 2.3 Cuộn điện cảm 16 Điode 18 3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động điốt bán dẫn 18 3.2 Các loại ốt 22 Tranzitor 24 4.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động tranzitor lưỡng cực 24 4.2 Kiểm tra tranzitor 26 Bộ vi xử lý 28 5.1 Cấu trúc phần cứng vi xử lý 28 5.2 Nguyên lý hoạt động vi xử lý 33 CHƯƠNG 2: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 37 Mạch chỉnh lưu 37 1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 37 1.2 Các loại mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 39 Mạch khuếch đại 40 2.1 Chức mạch khuếch đại 40 ii 2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc mạch khuếch đại 40 2.3 Mạch khuếch đại dùng tranzitor 42 Mạch điều khiển 45 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch điều khiển điện tử 45 3.2 Các loại mạch điều khiển 46 CHƯƠNG 3: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRONG ÔTÔ 52 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha 52 1.1 Sơ đồ: 52 1.2 Nguyên lý hoạt động 53 Mạch điều khiển điện áp máy phát điện 53 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển điện áp dùng IC 53 2.2 Các loại mạch điều chỉnh điện áp máy phát điện 54 Mạch điều khiển đánh lửa điện tử 56 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động: 56 3.2 Các loại mạch điều khiển đánh lửa điện tử 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun 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 iv LỜI GIỚI THIỆU Ngày điện tử phát triển mạnh dược ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khoa học đời sống Chính kiến thức điện tử cần thiết cho sinh viên q trình đào tạo ngành cơng nghệ ơtơ, ngánh khác Giáo trình biên soạn để làm tài liệu giảng dạy cho môn học điện tử cho sinh viên hệ cao đẳng chuyên ngành cơng nghệ ơtơ, ngồi tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh chuyên ngành khác Về nội dung giáo trình đề cập cách có hệ thống kiến thức quan trọng theo chương trình khung cho môn điện tử bản, ngành công nghệ ôtô Các chương mục xắp xếp theo trật tự định để đảm bảo tính hệ thống chun mơn Giáo trình bao gồm: Chương 1: Khái niệm vật liệu linh kiện điện tử Chương 2: Các mạch điện tử Chương 3: Các mạch điện tử ôtô Do thời gian có hạn, giáo viên chun ngành cơng nghệ ơtơ, hiểu biết chun ngành điện tử cịn hạn chế, chắn giáo trình khơng tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp ý kiến bạn đọc để kỳ tái sau hoàn hảo Kon Tum, ngày 15 tháng năm 2022 THAM GIA BIÊN SOẠN Chủ biên: ThS Trần Ngọc Tuấn GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TÊN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN THÔNG TIN CHUNG VỀ MƠN HỌC Mã mơn học: 61242014 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Là môn học sở kỹ thuật nghề, chuẩn bị kiến thức cần thiết cho phần học kỹ thuật chun mơn - Tính chất: Là mơn học kỹ thuật sở bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học: Giúp cho sinh viên có kiến thức điện tử bản, góp phần vào học mơn chun mơn điện ơtơ tốt hơn, nâng cao hiệu học tập Môn học trang bị cho sinh viên khái niệm, nguyên lý linh kiện điện tử, để ứng dụng vào môn học chuyên môn, ứng dụng vào thực tế Mục tiêu môn học: Về kiến thức: - Trình bày đặc điểm vật liệu bán dẫn - Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc linh kiện điện tử - Trình bày sơ đồ nguyên lý làm việc mạch điện tử Về kỹ năng: - Tra cứu sổ tay lựa chọn linh kiện điện tử thay phù hợp - Vẽ sơ đồ trình bày nguyên lý làm việc mạch điều chỉnh điện áp máy phát mạch điều khiển đánh lửa điện tử Về lực tự chủ trách nhiệm: - Tuân thủ quy định an toàn sử dụng thiết bị điện tử - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ NỘI DUNG CỦA MÔN HỌC CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Mã chương: 6124201401 GIỚI THIỆU Trong chương trình bày khái niệm tính dẫn điện bán dẫn, dẫn điện hoạt động loại vật liệu bán dẫn Nêu đặc điểm vật liệu bán dẫn, trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc linh kiện điện tử bản, hướng dẫn tra cứu sổ tay lựa chọn linh kiện điện tử thay phù hợp MỤC TIÊU - Trình bày đặc điểm vật liệu bán dẫn - Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc linh kiện điện tử - Tra cứu sổ tay lựa chọn linh kiện điện tử thay phù hợp - Tuân thủ quy định, quy phạm vật liệu linh kiện điện tử - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, cẩn thận NỘI DUNG Vật liệu bán dẫn: 1.1 Khái niệm tính chất điện bán dẫn (Ω.m) 1020 1015 Điện môi 1010 105 Bán dẫn 10 10-5 Kim loại -10 10 Hình 1.1: Điện trở suất  vật liệu Chất bán dẫn vật liệu có điện trở cao so với chất dẫn điện tốt đồng hay sắt, thấp so với chất cách điện thuỷ tinh hay cao su (hình 1.1) Một chất bán dẫn có tính chất sau: - Khi nhiệt độ tăng điện trở suất  thay đổi Điện trở suất bán dẫn tinh khiết giảm mạnh nhiệt độ tăng Do nhiệt độ thấp, bán dẫn dẫn điện (giống điện mơi), cịn nhiệt độ cao bán dẫn dẫn điện tốt (giống kim loại) - Điên trở suất  chất bán dẫn có giá trị trung gian kim loại điện môi - Bán dẫn có tính chất khác biệt so với kim loại - Khi hồ trộn với chất định tính dẫn điện tăng - Điện trở thay đổi mạnh có ánh sáng chiếu vào - Chất bán dẫn điển hình dùng phổ biến silic (Si) Ngồi ra, cịn có chất bán dẫn đơn chất khác Ge, Se, bán dẫn hợp chất GeAs, CdTe, ZnS,… nhiều ô xít, sunfua, sêlenua, telunua,…và số chất polime 1.2 Sự dẫn điện bán dẫn tinh khiết Ta xét trường hợp bán dẫn điển hình Si, mang tinh thể có loại nguyên tử Si, ta gọi chất bán dẫn tinh khiết Silíc ngun tố có hố trị 4, tức lớp điện tử lớp nguyên tử có bốn êlectron Trong tinh thể, nguyên tử Si liên kết với bốn nguyên tử lân cận thông qua liên kết cộng hoá trị Như vậy, xung quanh nguyên tử Si có tám êlectron tạo thành lớp êlectron đầy (hình 1.2) Do liên kết nguyên tử tinh thể Si bền vững Si Si Si Si Hình 1.2 Trong tinh thể Si nhiệt độ thấp khơng có hạt mạng điện tự Si Lỗ trống Si Êlectron Si Si Hình 1.3 Si nhiệt độ tương đối cao, có phát sinh cặp êlectron- lỗ trống Ở nhiệt độ thấp, gần 00K êlectron hoá trị liên kết chặt chẽ với nguyên tử nút mạng Do đó, tinh thể khơng có hạt tải điện tự do, bán dẫn Si không dẫn điện Ở nhiệt độ tương đối cao, nhờ dao động nhiệt phân tử, số êlectron hố trị thu thêm lượng giải phóng khỏi liên kết, trở thành êlectron tự Chúng tham gia vào dẫn điện giống êlectron kim loại Đồng thời êlectron bứt khỏi liên kết, liên kết trống xuất Được gọi lỗ trống Lỗ trống mang điện tích ngun tố dương, liên kết thiếu êlectron Một êlectron mối liên kết gần chuyển đến lấp đầy liên kết bị trống tạo thành lỗ trống vị trí khác, tức lỗ trống dịch chuyển tinh thể Vậy, nhiệt độ cao, có phát sinh cặp êlectron - lỗ trống (hinh 1.3) Bên cạnh ln xảy q trình tái hợp êlectron - lỗ trống, êlectron tự chiếm liên kết bị trống lại trở thành êlectron liên kết Quá trình làm đồng thời êlectron tự lỗ trống (một cặp êlectron lỗ trống) Ở nhiệt độ xác định, có cân q trình phát sinh qúa trình tái hợp Khi có điện trường đặt vào, êlectron chuyển động ngược chiều điện trường, gây nên dòng điện bán dẫn Vậy, dòng điện bán dẫn dịng chuyển dời có hướng êlectron lỗ trống Ở bán dẫn tinh khiết, số êlectron số lỗ trống Nói xác bán dẫn tinh khiết, mật độ êlectron mật độ lỗ trống Sự dẫn điện trường hợp gọi dẫn điện riêng bán dẫn Bán dẫn tinh khiết gọi bán dẫn loại i Nhiệt độ cao số êlectron lỗ trống lớn Do độ dẫn điện bán dẫn tinh thiết tỷ lệ thuận với nhiệt độ, độ dẫn điện tăng nhiệt độ tăng Ở nhiệt độ phòng, bán dẫn Si tinh khiết dẫn điện kém, có êlectron tự lỗ trống Trong cảm biến ôtô linh kiện khác, người ta ứng dụng phụ thuộc điện trở bán dẫn vào nhiệt độ để làm điện trở bán dẫn Đó dụng cụ, cảm biến gồm mẫu bán dẫn nối với hai dây dẫn Nhiệt điện trở dùng để đo nhiệt độ, để điều chỉnh khống chế nhiệt độ Cặp êlectron - lỗ trống phát sinh ta chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào bán dẫn Do điện trở suất bán dẫn giảm có ánh sáng thích hợp chiếu vào Đó tượng quang dẫn Hiện tượng ứng dụng làm quang điện trở bán dẫn Điện trở giảm cường độ ánh sáng chiếu vào tăng 1.3 Sự dẫn điện bán dẫn có tạp chất Nếu bán dẫn Si có pha tạp chất, tức nguyên tử Si, cịn có ngun tử khác, tính dẫn điện bán dẫn thay đổi nhiều Chỉ cần lượng nhỏ tạp chất (với tỷ lệ vài phần triệu), độ dẫn điện bán dẫn tăng hàng vạn, hàng triệu lần Khi với dẫn điện riêng, cịn có dẫn điện tạp chất 1.4 Chất bán dẫn loại P Si Si Lỗ trống Si Hình 1.4 Nguyên tử In nối với ba điện tử Si In Hình 1.5 Lỗ trống tự làm cho độ dẫn điện Si tăng lên Nếu ta thêm vào tinh thể Silicium chất có hố trị (vịng ngồi có điện tử) Indium (hình 1.4), nguyên tử In dễ nối với ba điện tử Si theo liên kết cộng hố trị, cịn liện kết thứ tư bị bỏ trống nên dễ kết hợp với điện tử xung quanh tạo lỗ trống (hole) mang điện dương (hình 1.5) Chính lỗ trống tự làm cho độ dẫn điện Si tăng lên nhiều lần Tạp chất In pha vào bán dẫn Si tạo nên lỗ trống làm cho số lỗ trống số êlectron dẫn, tức mật độ lỗ trống lớn mật độ êlectron lỗ trống hạt tải điện (hay đa số), êlectron hạt tải điện không (hay thiểu số) Đó bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại P Nếu ta pha hai loại tạp chất, chẳng hạn P In, vào bán dẫn Si, bán dẫn loại P hay n tuỳ theo tỷ lệ hai loại tạp chất Các chất thường sử dụng làm tạp chất như: Indium (In), bo (B), phốt (P), arsenic (As), gallium (Ga),… Như cách trộn loại tạp chất nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn, ta tạo bán dẫn thuộc loại mong muốn Đây tính chất đặc biệt bán dẫn, khiến cho có nhiều ứng dụng 1.5 Chất bán dẫn loại N Giả sử mạng tinh thể Si có lẫn nguyên tử phốt (P) Nguyên tử phốt có năm êlectron lớp ngồi (hình 1.6a) Trong bốn êlectron tham liên kết cộng hố trị với nguyên tử Si xung quanh Êlectron lại liên kết yếu với nguyên tử P, nên nhiệt độ thấp, dễ dàng bứt khỏi nguyên tử P trở thành êlectron tự (hình 1.6b) Nguyên tử P trở thành ion dương, nằm nút mạng Như tạp chất P tạo nên thêm êlectron dẫn, mà không làm tăng thêm số lỗ trống Do bán dẫn Si pha P có số êlectron nhiều số lỗ trống, tức mật độ êlectron lớn mật độ lỗ trống Ta gọi êlectron hạt tải điện hay đa số, lỗ trống hạt tải điện không hay thiểu số Bán dẫn gọi bán dẫn êlectron hay bán dẫn loại N a) Si Si Êlectron P+ Si b) Hình 1.6:Tạp chất P tạo thêm êlectron tự ... kiện điện tử Chương 2: Các mạch điện tử Chương 3: Các mạch điện tử ? ?tô Do thời gian có hạn, giáo viên chuyên ngành công nghệ ? ?tô, hiểu biết chuyên ngành điện tử cịn hạn chế, chắn giáo trình khơng... chương trình khung cho mơn điện tử bản, ngành công nghệ ? ?tô Các chương mục xắp xếp theo trật tự định để đảm bảo tính hệ thống chun mơn Giáo trình bao gồm: Chương 1: Khái niệm vật liệu linh kiện điện. .. tháng năm 2022 THAM GIA BIÊN SOẠN Chủ biên: ThS Trần Ngọc Tuấn GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TÊN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN THÔNG TIN CHUNG VỀ MƠN HỌC Mã mơn học: 61242014 Vị trí, tính chất,