ky thuat dien tu 6102

Kỹ thuật Điện tử Biên tập bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Kỹ thuật Điện tử Biên tập bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Phiên trực tuyến: http://voer.edu.vn/c/5ac39975 MỤC LỤC Lời nói đầu Bài 1: Các đại lượng 2.1 Các đại lượng Bài 2: Các linh kiện thụ động 3.1 Các linh kiện thụ động Bài 3: Chất bán dẫn 4.1 Chất bán dẫn Bài 4: DIODE Mạch ứng dụng 5.1 DIODE Mạch ứng dụng Bài 5: TRANSISTOR Lưỡng cực 6.1 TRANSISTOR Lưỡng cực Bài 6: Ứng dụng TRANSISTOR ngắm gọn 7.1 Ứng dụng TRANSISTOR ngắn gọn Bài 7: TRANSISTOR Trường linh kiện bán dẫn nhiều mặt ghép 8.1 TRANSISTOR Trường linh kiện bán dẫn nhiều mắt ghép Bài 8: Linh kện quang Điện tử 9.1 Linh kiện quang Điện tử 10 Bài 9: IC 10.1 IC 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tham gia đóng góp 1/86 Lời nói đầu Module Kỹ thuật điện tử cung cấp kiến thức linh kiện điện tử mạch điện đơn giản bao gồm: • Cấu tạo, đặc tính kỹ thuật ứng dụng linh kiện thụ động, bán dẫn IC • Cách nhận biết, đọc trị số thông số kỹ thuật khác linh kiện điện tử thông dụng • Mạch khuếch đại sử dụng transistor lưỡng cực, transistor trường; Mạch khuếch đại thuật tốn • Phương pháp đo kiểm linh kiện mạch điện Phần thực hành: sinh viên vận hành, bảo quản thiết bị đo bản; nhận biết linh kiện; phân tích, lắp ráp, đo kiểm số mạch điện đơn giản Cuốn đề cương biên soạn dựa khung chương trình module “Kỹ thuật điện tử” thuộc chương trình đào tạo theo định hướng nghề nghiệp khuôn khổ dự án Hà Lan Cuốn đề cương chứa nội dung 14 học theo trình tự mục tiêu thiết kế chương trình Các học trình bày cụ thể với nhiều kiến thức bổ ích giúp người học dễ tiếp thu nội dung học đạt kỹ cần thiết theo mục tiêu module 2/86 Bài 1: Các đại lượng Các đại lượng Điện áp dịng điện Có hai khái niệm định lượng mạch điện Chúng cho phép xác định trạng thái điện điểm, phận khác vào thời điểm khác mạch điện chúng gọi thông số trạng thái mạch điện Khái niệm điện áp rút từ khái niệm điện vật lý, hiệu số điện hai điểm khác mạch điện Thường điểm mạch chọn làm điểm gốc có điện (điểm nối đất) Khi đó, điện điểm khác mạch có giá trị âm hay dương mang so sánh với điểm gốc hiểu điện áp điểm tương ứng Tổng quát hơn, điện áp hai điểm A B mạch (ký hiệu UAB)xác định bởi: UAB = VA - VB = -UBA Với VA VB điện A B so với gốc (điểm nói đất hay cịn gọi nối mát) Khái niệm dòng điện biểu trạng thái chuyển động hạt mang điện vật chất tác động trường hay tồn gradien nồng độ hạt theo khơng gian Dịng điện mạch có chiều chuyển động từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp, từ nơi có mật độ hạt tích điện dương cao đến nơi có mật độ hạt tích điện dương thấp ngược với chiều chuyển động điện tử Từ khái niệm nêu trên, cần rút nhận xét quan trọng sau: • Điện áp ln đo hai điểm khác mạch dòng điện xác định điểm mạch • Để bảo tồn điện tích, tổng giá trị dịng điện vào điểm mạch ln tổng giá trị dòng điện khỏi điểm (quy tắc nút với dịng điện) Từ suy ra, đoạn mạch gồm phần tử nối tiếp dịng điện điểm • Điện áp hai điểm A B khác mạch đo theo nhánh có điện trở khác khơng (xem khái niệm nhánh 1.1.4) nối A B giống UAB Nghĩa điện áp đầu nhiều phần tử hay nhiều nhánh nối song song với ln (Quy tắc vịng điện áp) 3/86 Tính chất điện phần tử Khái niệm phần tử tổng quát, đại diện cho yếu tố cấu thành mạch điện hay tập hợp nhiều yếu tố tạo nên phận mạch điện Thông thường, phần tử linh kiện mạch Định nghĩa: Tính chất điện phần tử mạch điện thể qua mối quan hệ tương hỗ điện áp U hai đầu dịng điện I chạy qua định nghĩa điện trở (hay điện trở phức - trở kháng) phần tử Nghĩa khái niệm điện trở gắn liền với q trình biến đổi điện áp thành dịng điện ngược lại từ dòng điện thành điện áp Nếu mối quan hệ tỉ lệ thuận, ta có định luật ôm: U = R.I (1-1) Ở đây, R số tỷ lệ gọi điện trở phần tử phần tử tương ứng gọi điện trở Hình ảnh số loại điện trở, biến trở Nếu điện áp phần tử tỷ lệ với tốc độ biến đổi theo thời gian dịng điện nó, tức : U = L (ở L số tỉ lệ) (1-2) ta có phần tử cuộn dây có giá trị điện cảm L 4/86 Hình ảnh số loại cuộn cảm, biến áp Nếu dòng điện phần tử tỉ lệ với tốc độ biến đổi theo thời gian điện áp nó, tức là: I=C dU/dt (C số tỉ lệ) (1-3) ta có phần tử tụ điện có giá trị điện dung C 5/86 Hình ảnh số loại tụ điện thực tế Ngoài quan hệ nêu trên, thực tế tồn nhiều quan hệ tương hỗ đa dạng phức tạp điện áp dòng điện phần tử Các phần tử gọi chung phần tử không tuyến tính có nhiều tính chất đặc biệt Điện trở chúng gọi chung điện trở phi tuyến, điển hình đốt, tranzito, thiristo đề cập tới phần tiếp sau Các tính chất quan trọng phần tử tuyến tính là: Đặc tuyến Vôn - Ampe (thể qua quan hệ U(I)) đường thẳng Tuân theo nguyên lý chồng chất Tác động tổng cộng tổng tác động riêng lẻ lên Đáp ứng tổng cộng (kết chung) tổng kết thành phần tác động thành phần gây Không phát sinh thành phần tần số lạ làm việc với tín hiệu xoay chiều (không gây méo phi tuyến) Đối lập với phần tử tuyến tính phần tử phi tuyến có tính chất sau: Đặc tuyến VA đường cong (điện trở thay đổi theo điểm làm việc) 6/86 Không áp dụng nguyên lý chồng chất Luôn phát sinh thêm tần số lạ đầu có tín hiệu xoay chiều tác động đầu vào Ứng dụng Các phần tử tuyến tính (R, L, C), có số ứng dụng quan trọng sau: • Điện trở thông số đặc trưng cho tượng tiêu hao lượng (chủ yếu dạng nhiệt) thơng số khơng qn tính Mức tiêu hao lượng điện trở đánh giá công suất nó, xác định bởi: P=U.I=I2R=U2/R (1-4) Trong đó, cuộn dây tụ điện phần tử không tiêu hao lượng (xét lý tưởng) có qn tính Chúng đặc trưng cho tượng tích lũy lượng từ trường hay điện trường mạch có dịng điện hay điện áp biến thiên qua chúng Ở đây, tốc độ biến đổi thơng số trạng thái (điện áp, dịng điện) có vai trò định giá trị trở kháng chúng, nghĩa chúng có điện trở phụ thuộc vào tần số (vào tốc độ biến đổi điện áp hay dòng điện tính đơn vị thời gian) Với tụ điện, từ hệ thức (1-3), dung kháng giảm tăng tần số ngược lại với cuộn dây, từ (1-2) cảm kháng tăng theo tần số • Giá trị điện trở tổng cộng nhiều điện trở nối tiếp lớn có tính chất cộng tuyến tính Điện dẫn (là giá trị nghịch đảo điện trở) nhiều điện trở nối song song lớn điện dẫn riêng rẽ có tính chất cộng tuyến tính Hệ là: - Có thể thực việc chia nhỏ điện áp (hay dòng điện) hay gọi thực việc dịch mức điện (hay mức đòng điện) điểm khác mạch cách nối nối tiếp (hay song song) điện trở - Trong cách nối nối tiếp, điện trở lớn định giá trị chung dãy Ngược lại, cách nối song song, điện trở nhỏ có vai trị định Việc nối nối tiếp (hay song song) cuộn dây dẫn tới kết tương tự điện trở: làm tăng (hay giảm) trị số điện cảm chung Đối với tụ điện, nối song song chúng, điện dung tổng cộng tăng: Css=C1+C2+…+Cn (1-5) nối nối tiếp, điện dung tổng cộng giảm: 7/86 1/Cnt=1/C1+1/C2+…+1/Cn (1-6) • Nếu nối nối tiếp hay song song R với L C nhận kết cấu mạch có tính chất chọn lọc tần số (trở kháng chung phụ thuộc vào tần số gọi mạch lọc tần số) • Nếu nối nối tiếp hay song song L với C dẫn tới kết cấu mạch vừa có tính chất chọn lọc tần số, vừa có khả thực q trình trao đổi qua lại hai dạng lượng điện - từ trường, tức kết cấu có khả phát sinh dao động điện áp hay dòng điện ban đầu nguồn lượng ngồi kích thích Nguồn điện áp nguồn dịng điện • Nếu phần tử tự hay chịu tác động khơng có chất điện từ,có khả tạo điện áp hay dịng điện điểm mạch điện gọi nguồn sức điện động (s.đ.đ) Hai thông số đặc trưng cho nguồn s.đ.đ : Giá trị điện áp hai đầu lúc hở mạch (khi khơng nối với phần tử khác từ đến hai đầu nó) gọi điện áp lúc hở mạch nguồn kí hiệu Uhm Giá trị dịng điện nguồn đưa mạch lúc mạch dẫn điện hoàn tồn: gọi giá trị dịng điện ngắn mạch nguồn kí hiệu Ingm Một nguồn s.đ.đ coi lý tưởng điện áp hay dòng điện cung cấp cho mạch ngồi khơng phụ thuộc vào tính chất mạch ngồi (mạch tải) • Trên thực tế, với tải có giá trị khác nhau, điện áp hai đầu nguồn hay dòng điện cung cấp có giá trị khác phụ thuộc vào tải Điều chứng tỏ bên nguồn có xảy q trình biến đổi dịng điện cung cấp thành giảm áp nó, nghĩa tồn giá trị điện trở bên gọi điện trở trongcủa nguồn kí hiệu Rng Rng=Unm/Ingm (1-7) Nếu gọi U I giá trị điện áp dịng điện nguồn cung cấp có tải hữu hạn Rng=(Unm-U)/I (1-8) Từ (l-7) (l-8) suy ra: 8/86 Ingm=U/Rng +I (1-9) Từ hệ thức trên, ta có nhận xét sau: Nếu Rng→ từ hệ thức (1-8) ta có U → Uhm nguồn s.đ.đ nguồn điện áp lý tưởng Nói cách khác nguồn điện áp gần lí tưởng điện trở Rng có giá trị nhỏ Nếu Rng → ∞, từ hệ thức (1-9) ta có I → Ingm nguồn sđđ có dạng nguồn dịng điện lí tưởng hay nguồn dịng điện gần lí tưởng Rng lớn Một nguồn s.đ.đ thực tế coi nguồn điện áp hay nguồn dòng điện tùy theo chất cấu tạo để giá trị Rng nhỏ hay lớn Việc đánh giá Rng tùy thuộc tương quan với giá trị điện trở toàn phần mạch tải nối tới hai đầu nguồn xuất phát từ hệ thức (1-8) (l-9) có hai cách biểu diễn kí hiệu nguồn (sđđ) thực tế hình 1.1 a b Một phận mạch có chứa nguồn, khơng có liên hệ hỗ cảm với phần lại mạch mà nối với phần cịn lại hai điểm, ln thay nguồn tương đương với điện trở điện trở tương đương phận mạch xét Trường hợp riêng, phận mạch bao gồm nhiều nguồn điện áp nối với nhiều điện trở theo cách bất kì, có đầu thay nguồn điện áp tương đương với điện trở tương đương (định lí nguồn tương đương Tevơnin) a) Biểu diễn tương đương nguồn điện áp; b) nguồn dòng điện Biểu diễn mạch điện kí hiệu hình vẽ Có nhiều cách biểu diễn mạch điện tử, đơn giản thuận lợi hơncả cách biểu diễn sơ đồ gồm tập hợp kí hiệu quy ước hay kí hiệu tương đương 9/86 phần tử nối với theo cách (nối tiếp, song song, hỗn hợp nối tiếp song song hay phối ghép thích hợp) nhờ đường nối có điện trở Khi biểu diễn vậy, xuất vài yếu tố hình học cần làm rõ khái niệm là: Nhánh (của sơ đồ mạch) phận sơ đồ, bao gồm phần tử nối nối tiếp nhau, qua có dịng điện Nút điểm mạch chung cho từ ba nhánh trở lên Vòng phần mạch bao gồm số nút nhánh lập thành đường kín mà dọc theo nhánh nút phải gặp lần (trừ nút chọn làm điểm xuất phát) Cây phần mạch bao gồm toàn số nút nhánh nối nút khơng tạo nên vịng kín Các nhánh gọi nhánhcây, nhánh lại mạch không thuộc gọi bùcây Các yếu tố nêu sử dụng đặc biệt thuận lợi cần phân tích tính tốn mạch sơ đồ Người ta biểu diễn mạch gọn sơ đồ gồm nhiều khốicó đường liên hệ với Mỗi khối bao gồm nhóm phần tử liên kết với để thực nhiệm vụ kĩ thuật cụ thể rõ (nhưng không cụ thể cách thức liên kết bên khối) Đó cách biểu diễn mạch sơđồkhốirút gọn, qua dễ dàng hình dung tổng qt hoạt động toàn hệ thống mạch điện tử Một số mạch điện Mạch nối tiếp điện trở Mạch song song điện trở Mạch RLC 10/86 Bài 2: Các linh kiện thụ động Các linh kiện thụ động Các thông số điện trở Định nghĩa: Điện trở cấu kiện dùng làm phần tử ngăn cản dòng điện mạch Trị số điện trở xác định theo định luật Ôm: R=U/I (Ω) (2.1) Trong đó: U -hiệu điện điện trở [V] I - dòng điện chạy qua điện trở [A] R - điện trở Trên điện trở, dòng điện điện áp ln pha điện trở dẫn dịng điện chiềuvà xoay chiều Ký hiệu điện trở sơ đồ mạch điện Trong sơ đồ mạch điện, điện trở thường mô tả theo qui ước tiêu chuẩn hình 11/86 Ký hiệu điện trở sơ đồ mạch điệ Cấu trúc điện trở có nhiều dạng khác Một cách tổng quát ta có cấu trúc tiêu biểu điện trở mơ tả hình 2.2 Kết cấu đơn giản điện trở Giá trị giới hạn điện trở Trị số điện trở dung sai + Trị số điện trở tham số tính theo cơng thức: 12/86 R= ρl/S (2.2) Trong đó: ρ - điện trở suất vật liệu dây dẫn cản điện l- chiều dài dây dẫn S - tiết diện dây dẫn + Dung sai hay sai số điện trở biểu thị mức độ chênh lệch trị số thực tế điện trở so với trị số danh định tính theo % Dung sai tính theo cơng thức: (Rt.t – Rd.d) /Rd.d.100% Rt.t: trị số thực tế điện trở Rd.d: Trị số danh định điện trở Dựa vào % dung sai, ta chia điện trở cấp xác: Cấp 005: có sai số ± 0,5 % Cấp 01: có sai số ± % Cấp I: có sai số ± % Cấp II: có sai số ± 10 % Cấp III: có sai số ± 20 % Công suất tiêu tán danh định: (Pt.tmax) Công suất tiêu tán danh định cho phép điện trở Pt.t.max công suất điện cao mà điện trở chịu đựng điều kiện bình thường, làm việc thời gian dài khơng bị hỏng Nếu q mức điện trở nóng cháy khơng dùng Pt.tmax = RI2max = U2max/R [W] (2.3) Với yêu cầu đảm bảo cho điện trở làm việc bình thường Ptt < Pttmax 13/86 Hệ số nhiệt điện trở : TCR Hệ số nhiệt điện trở biểu thị thay đổi trị số điện trở theo nhiệt độ môi trường tính theo cơng thức sau: TCR=1/R.ρR/ρT.106 [ppm/0C] (2.4) Trong đó: R- trị số điện trở ΔR- lượng thay đổi trị số điện trở nhiệt độ thay đổi lượng ΔT TCR trị số biến đổi tương đối tính theo phần triệu điện trở 1°C (viết tắt ppm/°C) Lưu ý: Điện trở than làm việc ổn định nhiệt độ 200C Khi nhiệt độ tăng lớn 200C giảm nhỏ 200C điện trở than tăng trị số Ký hiệu, nhãn nhận dạng giá trị điện trở Trên thân điện trở thường ghi tham số đặc trưng cho điện trở như: trị số điện trở % dung sai, công suất tiêu tán (thường từ vài phần mười Watt trở lên) Người ta ghi trực tiếp ghi theo nhiều qui ước khác Cách ghi trực tiếp: Cách ghi trực tiếp cách ghi đầy đủ tham số đơn vị đo chúng Cách ghi thường dùng điện trở có kích thước tương đối lớn điện trở dây quấn Ghi theo qui ước: Cách ghi theo quy ước có nhiều quy ước khác ta xem xét số cách quy ước thông dụng: Không ghi đơn vị Ôm: Đây cách ghi đơn giản qui ước sau: R (hoặc E) = Ω M = MΩ K = KΩ Mã màu điện trở + Quy ước theo mã: Mã gồm chữ số chữ để % dung sai Trong chữ số chữ số cuối số số cần thêm vào Các chữ % dung sai qui ước gồm: 14/86 F = %, G = %, J = %, K = 10 %, M = 20 % + Quy ước màu: Thông thường người ta sử dụng vịng màu, đơi dùng vịng màu (đối với loại có dung sai nhỏ khoảng 1%) Loại vịng màu qui ước: - Hai vòng màu số có nghĩa thực - Vịng màu thứ số số cần thêm vào (hay gọi số nhân) - Vòng màu thứ phần trăm dung sai (%) Loại vạch màu qui ước: - Ba vòng màu đầu số có nghĩa thực - Vịng màu thứ tư số nhân để số số cần thêm vào - Vòng màu thứ % dung sai 15/86 Thứ tự vòng màu Mã số Giá trị điện trở ghi dạng mã gần giống với quy ước màu không dùng vạch màu mà sử dụng số Ví dụ sử dụng số để biểu diễn giá trị đó: số thứ giá trị số thứ cho biết số mũ số 10 Một điện trở có quy ước giá trị theo mã là: 222 giá trị tương ứng 22x102 ?=2200?=2.2K? Các loại điện trở: • Điện trở có trị số cố định • Điện trở có trị số thay đổi Một số loại điện trở đặc biệt: • Điện trở nhiệt: có trị số biến đổi theo nhiệt độ 16/86 Kí hiệu điện trở nhiệt • Điện trở Varixto: có trị số thay đổi điện áp thay đổi Kí hiệu điện trở nhiệt Varixto • Điện trở Mêgơm: có trị số điện trở từ 108 ÷ 1015 Ω (khoảng từ 100 MΩ đến 1000000 GΩ) Điện trở Mêgôm dùng thiết bị đo thử, mạch tế bào quang điện • Điện trở cao áp: Là điện trở chịu điện áp cao từ KV đến 20 KV Điện trở cao áp có trị số từ 2000 ÷ 1000 MΩ, cơng suất tiêu tán cho phép từ W đến 20 W Điện trở cao áp thường dùng làm gánh mạch cao áp, chia áp • Điện trở chuẩn: Là điện trở dùng vật liệu dây quấn đặc biệt có độ ổn định cao Thí dụ, vật liệu có thay đổi giá trị điện trở khoảng 10 ppm/năm, TCR = ppm/0C • Mạng điện trở: Mạng điện trở loại vi mạch tích hợp có hàng chân Cấu trúc mạng điện trở Tụ điện Phân loại Thông thường chia làm loại chính: Loại có trị số điện dung cố định: • • • • tụ giải nhơm (tự hóa), có điện dung cao; tụ tantan (chất điện giải tan tan) tụ gốm, tụ thủy tinh, Loại có trị số điện dung thay đổi: 17/86 Tụ điện có trị số điện dung thay đổi loại tụ q trình làm việc ta điều chỉnh thay đổi trị số điện dung chúng Tụ có trị số điện dung thay đổi có nhiều loại, thơng dụng loại đa dụng loại điều chuẩn • Loại đa dụng cịn gọi tụ xoay: Tụ xoay dùng làm tụ điều chỉnh thu sóng máy thu thanh, v.v Tụ xoay có ngăn nhiều ngăn Mỗi ngăn có động xen kẽ, đối với tĩnh, chế tạo từ nhôm Chất điện môi khơng khí, mi ca, màng chất dẻo, gốm, v.v • Tụ vi điều chỉnh (thường gọi tắt Trimcap) Loại tụ có nhiều kiểu Chất điện mơi dùng nhiều loại khơng khí, màng chất dẻo, thuỷ tinh hình ống Để thay đổi trị số điện dung ta dùng tuốc-nơ-vit để thay đổi vị trí hai động tĩnh Các thơng số đặc điểm giá trị tụ điện Trị số dung lượng dung sai: + Trị số dung lượng (C): Trị số dung lượng tỉ lệ với tỉ số diện tích hữu dụng cực S với khoảng cách cực Dung lượng tính theo cơng thức: C=εrε0S/d [F] (2.6) Trong đó: εr - số điện môi chất điện môi ε0 - số điện mơi khơng khí hay chân khơng S - diện tích hữu dụng cực [m2] d - khoảng cách cực [m] C - dung lượng tụ điện [F] Đơn vị đo dung lượng theo hệ SI Farad [F], thông thường ta dùng ước số Farad + Dung sai tụ điện: Đây tham số độ xác trị số dung lượng thực tế so với trị số danh định Dung sai tụ điện tính theo cơng thức : (Ct.t – Cd.d) /Cd.d.100% (2.7) 18/86 ... số lạ làm việc với tín hiệu xoay chiều (khơng gây méo phi tuyến) Đối lập với phần tử tuyến tính phần tử phi tuyến có tính chất sau: Đặc tuyến VA đường cong (điện trở thay đổi theo điểm làm việc)... tử khơng tuyến tính có nhiều tính chất đặc biệt Điện trở chúng gọi chung điện trở phi tuyến, điển hình đốt, tranzito, thiristo đề cập tới phần tiếp sau Các tính chất quan trọng phần tử tuyến tính... tới phần tiếp sau Các tính chất quan trọng phần tử tuyến tính là: Đặc tuyến Vôn - Ampe (thể qua quan hệ U(I)) đường thẳng Tu? ?n theo nguyên lý chồng chất Tác động tổng cộng tổng tác động riêng