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

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRẦN QUANG ĐẠT (Chủ biên) NGUYỄN ĐỨC NAM – ĐẶNG ĐÌNH NHIÊN GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Nghề: Điện cơng nghiệp Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa Điện Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình “Điện tử bản” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Điện Công Nghiệp Đây mơ đun kỹ thuật chun ngành chương trình đào tạo nghề Điện Cơng Nghiệp trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục 2008; Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2005; Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 1, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 nhiều tài liệu khác Mặc dù nhóm biên soạn có nhiều cố gắng khơng tránh thiếu sót Rất mong đồng nghiệp độc giả góp ý kiến để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Chủ biên: Trần Quang Đạt MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Bài mở đầu Khái quát chung linh kiện điện tử Lịch sử phát triển công nghệ điện tử 2.Phân loại linh kiện điện tử Giới thiệu vật liệu điện tử 10 Bài Các khái niệm 11 1.1.Vật dẫn điện cách điện 11 1.2 Điện trở cách điện linh kiện mạch điện tử 19 1.3 Các hạt mang điện dòng điện môi trường 19 Bài Linh kiện thụ động 26 2.1 Điện trở 26 2.2.Tụ điện 35 2.3 Cuộn cảm 41 Bài Linh kiện bán dẫn 54 3.1.Khái niệm chất bán dẫn 54 3.2.Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt 59 3.3.Cấu tạo, phân loại ứng dụng điôt 63 3.5 Tranzitor hiệu ứng trường 87 3.6 SCR – Triac- Diac 99 Bài Các mạch khuếch đại dùng tranzito 125 4.1 Mạch khuếch đại đơn 125 4.2 Mạch khuếch đại phức hợp 132 4.3 Mạch khuếch đại công suất 139 Bài Các mạch ứng dụng dùng tranzito 162 5.1 Mạch dao động 162 5.2 Mạch xén 177 5.3 Mạch ổn áp 180 TÀI LIỆU THAM KHẢO 188 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Điện tử Mã mô đun: MĐ 13 Thời gian mô đun: 120 giờ; (Lý thuyết: 40 giờ; Thực hành, thí nghiệm, tập, thảo luận: 72giờ; Kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun - Vị trí: Mơ đun Điện tử học sau môn học chung mộn học kỹ thuật điện - Tính chất: Là mô đun kỹ thuật sở II Mục tiêu mô đun - Về kiến thức: + 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 mạch chỉnh lưu, mạch khuếch đại tín hiệu - Về kỹ năng: Nhận dạng, phân biệt linh kiện điện tử thơng dụng, Xác định xác sơ đồ chân linh kiện, kiểm tra tình trạng kỹ thuật linh kiện, lắp ráp, cân chỉnh số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật an toàn - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính cẩn thận, xác, tác phong cơng nghiệp lao động sản xuất + Có tác phong cơng nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả làm việc độc lập phối hợp làm việc nhóm q trình sản xuất III Nội dung mơ đun Thời gian(giờ) Số TT Tên mô đun Tổng Lý số thuyết Thực hành Kiểm Thí nghiệm tra Bài tâọ Thảo luận Bài mở đầu: Khái quát chung linh kiện điện tử 2 Bài 1: Các khái niệm 1.1 Vật dẫn điện cách điện 1.2 Điện trở cách điện linh kiện mạch điện tử 2 1.5 1.3 Các hạt mang điện dịng điện mơi trường 1.3.1 Dòng điện kim loại 1.3.2 Dòng điện chất lỏng, chất điện phân 1.3.3 Dòng điện chân khơng 1.3.4 Dịng điện chất bán dẫn Bài 2: Linh kiện thụ động 2.1 Điện trở 10 2.1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo 2.1.2 Cách đọc, đo cách mắc điện trở 2.1.3 Các linh kiện khác nhóm ứng dụng Tụ điện 1.25 1.5 1.25 1.5 2.2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo 2.2.2 Cách đọc, đo cách mắc tụ điện 2.2.3 Các linh kiện khác nhóm ứng dụng Cuộn cảm 3.1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo 3.1.2 Cách đọc, đo cách mắc cuộn cảm 3.1.3 Các linh kiện khác nhóm ứng dụng Bài 3: Linh kiện bán dẫn 40 12 25 4 2.5 2.5 Bài 4: Các mạch khuếch đại dùng 25 tranzitor 15 4.1 Mạch khuếch đại đơn 5 3.1 Khái niệm chất bán dẫn 3.1.1 Chất bán dẫn 3.1.2 Chất bán dẫn loại P 3.1.3 Chất bán dẫn loại N 3.2 Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt 3.2.1 Tiếp giáp P-N 3.2.2 Điôt tiếp mặt 3.3 Cấu tạo, phân loại ứng dụng điôt 3.3.1 Điôt nắn điện 3.3.2 Điơt tách sóng 3.3.3 Điơt zener 3.3.4 Điôt phát quang 3.4 Tranzito BJT 3.4.1 Cấu tạo, ký hiệu 3.4.2 Các tính chất 3.5 Tranzito trường 3.5.1 Phân loại, cấu tạo, ký hiệu 3.5.2 Các cách mắc, ứng dụng 3.6 Diac - SCR - Triac 3.6.1 Diac 3.6.2 SCR 3.6.3 Triac 4.1.1 Mạch mắc theo kiểu E-C 4.1.2 Mạch mắc theo kiểu B-C 4.1.3 Mạch mắc theo kiểu C-C 4.2 Mạch ghép phức hợp 4.2.1 Mạch khuếch đại Cascode 4.2.2 Mạch khuếch đại Dalington 4.2.3 Mạch khuếch đại vi sai Bài 5: Các mạch ứng dụng dùng 35 BJT 25 5.1 Mạch dao động 8 40 72 4.3 Mạch khuếch đại công suất 4.3.1 Mạch khuếch đại đơn 4.3.2 Mạch khuếch đại đẩy kéo 5.1.1 Dao động đa hài 5.1.2 Dao động dịch pha 5.1.3 Dao động thạch anh 5.2 Mạch xén 5.2.1 Mạch xén 5.2.2 Mạch xén 5.2.3 Mạch xén mức độc lập 5.2.4 Mạch ghim áp 5.3 Mạch ổn áp 5.3.1 Ổn áp tham số 5.3.2 Ổn áp hồi tiếp Cộng 120 Bài mở đầu Khái quát chung linh kiện điện tử Mục tiêu - Trình bày khái quát phát triển cơng nghệ điện tử - Trình bầy vật liệu điện tử,phân loại ứng dụng linh kiện điện tử - Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập Lịch sử phát triển công nghệ điện tử Các cấu kiện bán dẫn diodes, transistors mạch tích hợp (ICs) tìm thấy khắp nơi sống (Walkman, TV,ôtô, máy giặt, máy điều hồ, máy tính,…) Những thiết bị có chất lượng ngày cao với giá thành rẻ PCs minh hoạ rõ xu hướng Nhân tố đem lại phát triển thành công công nghiệp máy tính việc thơng qua kỹ thuật kỹ công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo transistor với kích thước ngày nhỏ→ giảm giá thành công suất Lịch sử phát triển : - 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”) - 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”) - 1906 Lee de Forest (“Triode”)Vacuum tube devices continued to evolve - 1940 Russel Ohl (PN junction) - 1947 Bardeen and Brattain (Transistor) - 1952 Geoffrey W A Dummer (IC concept) - 1954 First commercial silicon transistor - 1955 First field effect transistor – FET - 1958 Jack Kilby (Integrated circuit) - 1959 Planar technology invented - 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng - 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments - 1962 TTL invented - 1963 First PMOS IC produced by RCA - 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor - U S patent # 3,356,858 2.Phân loại linh kiện điện tử 2.1.Phân loại dựa đặc tính vật lý Linh kiện hoạt động nguyên lý điện từ hiệu ứng bề mặt: điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS… IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI Linh kiện hoạt động nguyên lý quang điện: quang trở, Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyển hoá lượng quang điện pin mặt trời, họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử Linh kiện hoạt động dựa nguyên lý cảm biến: họ sensor nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang xạ, sinh học chủng loại IC thông minh dựa sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống công nghệ chế tạo sensor Linh kiện hoạt động dựa hiệu ứng lượng tử hiệu ứng mới: linh kiện chế tạo cơng nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ điện tử, Transistor điện tử, giếng dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm điện tử, … 2.2 Phân loại dựa chức xử lý tín hiệu ( hình 0.1) Hình 0.1 : Phân loại linh kiện dựa chức xử lí tín hiệu 2.3.Phân loại theo ứng dụng Vi mạch ứng dụng: (hình 0.2;hình 0.3) - Processors : CPU, DSP, Controllers - Memory chips : RAM, ROM, EEPROM - Analog : Thông tin di động ,xử lý audio/video - Programmable : PLA, FPGA - Embedded systems : Thiết bị ô tô, nhà máy , Network cards System-on-chip (SoC) Hình 0.2: Ứng dụng vi mạch Hình 0.3 : Ứng dụng linh kiện điện tử Linh kiện thụ động: R,L,C… Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET… Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý… Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang Hoạt động mạch sau: Khi cấp nguồn Qua cầu chia Rb1 Rb2 Q dẫn điện, điện áp cực C Tranzito Q giảm đưa trở qua mạch hồi tiếp C1,C2, C3 R1, R2, R3 di pha góc 1800 nên có biên độ tăng chiều với ngõ vào (Hồi tiếp dương) Tranzito tiếp tục dẫn mạnh đến dẫn bão hồ tụ xả điện làm cho điện áp cực B Tranzito giảm thấp, tranzito chuyển sang trạng thái ngưng dẫn đến xả hết điện, điện áp cực B tăng lên hình thành chu kỳ dẫn điện Hình thành xung tín hiệu ngõ Điểm quan trọng cần ghi nhớ đường vòng hồi tiếp phải thoả mãn điều kiện pha tín hiệu ngõ qua mạch di pha phải lệch góc 1800, khơng thoả mãn điều kiện mạch khơng thể dao động được, dạng tín hiệu ngõ bị biến dạng không đối xứng Mạch thường dùng để tạo xung có tần số điều chỉnh mạch dao động dọc kỹ thuật truyền hình, mạch làm việc ổn định nguồn cung cấp không ổn định độ ẩm mơi trường thay đổi nên sử dụng điện tử công nghiệp thiết bị cần độ ổn định cao tần số 5.1.3 Mạch dao động hình sin Dao động hình sin có ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điện tử, chúng cung cấp nguồn tín hiệu cho mạch điện tử q trình làm việc Có nhiều kiểu dao động hình sin khác tất phải chứa hai thành phần sau: - Bộ xác định tần số: Nó mạch cộng hưởng L-C hay mạch R-C Mạch cộng hưởng kết hợp điện cảm tụ điện, tần số mạch dao động tần số cộng hưởng riêng mạch L-C Mạch R-C không cộng hưởng tự nhiên dịch pha mạch sử dụng để xác định tần số mạch dao động - Bộ trì: có nhiệm vụ cung cấp lượng bổ xung đến cộng hưởng để trì dao động Bộ phận thân phải có nguồn cung cấp Vdc, thường linh kiện tích cực tranzito dẫn xung điện đặn đến mạch cộng hưởng để bổ xung lượng, phải đảm bảo độ dịch pha độ lợi vừa đủ để bù cho suy giảm lượng mạch a Mạch dao động L-C: * Mạch dao động ba điểm điện cảm (Hartley) 174 +V T: BiÕn ¸p dao ®éng Vo: ngâ C1 Rb C2 Q Hình 5.15: Mạch dao động hình sin ba điểm điện cảm Trên sơ đồ mạch mắc theo kiểu E-C, với cuộn dây có điểm giữa, cuộn dây tụ C1 tạo thành khung cộng hưởng định tần số dao động mạch tụ C2 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu cực B tranzito để trì dao động Mạch phân cực điện trở Rb Tín hiệu hồi tiếp lấy nhánh cuộn cảm nên gọi mạch dao động ba điểm điện cảm (hertlay) * Mạch dao động ba im in dung(Colpitts) +V Rc T: Biến áp dao động C1 C3 Rb1 Vo: Ngâ C2 Q Rb2 Hình 5.16: Mạch dao động ba điểm điện dung Trên sơ đồ mạch mắc theo kiểu E-C với cuộn dây khơng có điểm giữa, khung cộng hưởng gồm cuộn dây mắc song song với hai tụ C1, C2 mắc nối tiếp nhau, tụ C3 làm nhiệm vụ hồi tiếp dương tín hiệu cực B tranzito Q để trì dao động, mạch phân cực cầu chia Rb1 Rb2 Tín hiệu ngõ lấy cuộn thứ cấp biến áp dao động thực tế để điều chỉnh tần số dao 175 động mạch người ta điều chỉnh phạm vi hẹp cách thay đổi điện áp phân cực B Tranzito điều chỉnh phạm vi lớn cách thay đổi hệ số tự cảm cuộn dây lõi chỉnh đặt cuộn dây thay cho lõi cố định b Mạch dao động thạch anh Thạch anh gọi gốm áp điện, chúng có tần số cộng hưởng tự nhiên phụ thuộc vào kích thước hình dạng phần tử gốm dùng làm linh kiện nên chúng có hệ số phẩm chất cao, độ rộng băng tần hẹp, nhờ độ xác mạch cao Dao động thạch anh ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử có độ xác cao mặt tần số tạo nguồn sóng mang thiết bị phát, xung đồng hồ hệ thống vi xử lí +V Rb Rc C1 Q C2 Re Vo: ngâ X Hình 5.17: Mạch dao động dùng thạch anh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: Q: tranzito dao động Rc: Điện trở tải lấy tín hiệu ngõ Re: Điện trở ổn định nhiệt lấy tín hiệu hồi tiếp C1, C2: Cầu chia dùng tụ để lấy tín hiệu hồi tiếp cực B Rb: Điện trở phân cực B cho tranzito Q X: thạch anh dao động +V: Nguồn cung cấp cho mạch Hoạt động mạch sau: Khi cấp nguồn điện áp phân cực B cho tranzito Q đồng thời nạp điện cho thạch anh hai tụ C1 C2 Làm cho điện áp 176 cực B giảm thấp, đến mạch nạp đầy điện áp cực B tăng cao qua vòng hồi tiếp dương C1, C2 điện áp cực B tiếp tục tăng đến Tranzito dẫn điện báo hoà mạch bắt đầu xả điện qua tiếp giáp BE tranzito làm cho điện áp cực B tranzito giảm đến mạch xả hết điện bắt đầu lại chu kỳ tín hiệu Tần số mạch xác định tần số thạch anh, dạng tín hiệu ngõ có dạng hình sin để tạo tín hiệu có dạng xung số cho mạch điều khiển tín hiệu xung đưa đến mạch dao động đa hài lưỡng ổn (FF) để sửa dạng tín hiệu 5.2 Mạch xén Mạch xén gọi mạch cắt tín hiệu nhằm mục đích sửa dạng, giới hạn mức biên độ tín hiệu nên dùng phổ biến mạch điều khiển xử lí tín hiệu điều khiển Mạch xén dùng Điot tranzito tuỳ theo nhu cầu mạch điện mà xén trên, xén dưới, xén hai mức độc lập Trong giới thiệu mạch xén dùng tranzito Mức xén xác lập dựa chế độ phân cực Tranzito Hình 5.18 Đặc tuyến làm việc tranzito Do tính chất làm việc tranzito biên độ tín hiệu ngõ vào mạch nằm mức phân cực làm việc tranzito khơng dẫn nên tín hiệu bị xén, ngược lại tín hiệu ngõ vào vượt qua mức ngưỡng tranzito bị dẫn bão hồ tín hiệu bị xén Lợi dụng tính chất mầ người ta thiết kế nên mạch xén dùng trazitor, gồm mạch xén trên, mạch xén xén hai mức độc lập 5.2.1 Mạch xén trên, xén Mạch có cơng dụng cắt bỏ phần hay phần tín hiệu ngõ vào thường dùng để tách lấy tín hiệu riêng tín hiệu chung nhiều thành phần 177 tín hiệu khác điều chế dạng biên độ dùng để sửa dạng tín hiệu, dạng mạch Tranzito phân cực tĩnh chế độ AB,B, C, D nằm nghiêng sang vùng ngưng dẫn, tuỳ vào mức tín hiệu cần xén (hình 5-19) Là mạch dùng để tách tín hiệu đồng tín hiệu hình hỗn hợp kỹ thuật truyền hình có ngõ vào pha dương, mạch xén trường hợp mạch xén mức (cắt bỏ phần tín hiệu) +V V Rc C1 C2 Q Vi Vo Rb Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo Hình 5.19 Mạch xén mức Hoạt động mạch sau: Tranzito phân cực tĩnh nằm sâu ngưng dẫn (Chế độ C) nhờ điện trở Rb phân cực B cho tranzito xuống mass Vbe =0v, Tranzito ngưng dẫn điện áp cực C = Vcc Khi có tín hiệu có pha dương ngõ vào làm cho điện áp B tăng dần lên chưa đủ lớn làm cho tranzito dẫn điện đến đạt giá trị đủ lớn tranzito chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn điện, nhanh chóng rơi vào vùng khuếch đại, khoảng biên độ tín hiệu cịn lại khuếch đại lấy cực C.trong trường hợp tín hiệu ngõ vào có pha âm mạch điện có cấu trúc ngược lại (hình 5-20) +V Rb Q C2 C1 Vi Rc Vo Tín hiệu ngõ vào: Vi Tín hiệu ngõ ra: Vo Hình 5.20 Mạch xén mức Ngồi dạng mạch xén trình bày số dạng mạch khác dùng để tách sóng tạo xung kích thích tầng điều khiển 178 - Ngõ tín hiệu điều biên có tần số thấp +V - Ngõ vào tín hiệu điều biên có tần số cao - Tín hiệu có hai bán kỳ dương âm - Được dùng mạch tách sóng biên độ Radio - Tín hiệu cịn lại bán kỳ dương chu kỳ tín hiệu Rb1 Q Rb2 C1 Re Vo: ngâ Hình 5-21 Mạch xén mức khơng Trên sơ đồ mạch điện (hình 5-21), tiếp giáp BE tranzito đóng vai trị điot tách sóng cắt bỏ phần âm tín hiệu (xén dưới) mức khơng volt, đồng thời đóng vai trị mạch khuếch đại dịng điện tín hiệu ngõ lấy cực E (mạch mắc theo kiểu C-C) 5.2.2 Mạch xén hai mức độc lập mạch xén tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà người ta chọn xén hai mức cân xứng hay hai mức không cân xứng Một vấn đề quan trọng mạch xén dùng Tranzito biên độ tín hiệu ngõ vào phải cao để đảm bảo cho vùng tín hiệu bị xén nằm vùng ngưng dẫn vùng bão hồ tranzito, tín hiệu lấy nằm vùng khuếch đại trường hợp xén hai mức độc lập cân xứng tranzito phân cực chế độ khuếch đại hạng A, xén hai mức độc lập khơng cân xứng tuỳ vào yêu cầu mà người ta chọn Tranzito loại PNP hay NPN phân cực chế độ AB để tăng tuổi thọ làm việc tranzito - Mạch xén cân xứng, phân cực chế độ khuếch đại A - Tín hiệu ngõ bị xén lẫn cân xứng +V Rb1 Rc C3 Q Vi:Ngâ vµo Vo: Ngâ Rb2 Hình 5.22 Mạch xén hai mức độc lập cân xứng 179 +V Rb1 Rc C3 Q - Mạch xén khơng cân Vi:Ngâ vµo Vo: Ngâ Rb2 xứng, phân cực chế độ khuếch đại AB Tín hiệu ngõ bị xén lẫn khơng cân xứng Hình 5.23 Mạch xén hai mức độc lập khơng cân xứng Trên hình vẽ hai mạch xén hai mức độc lập đối xứng không đối xứng không khác khác chế độ phân cực để thay đổi mức tín hiệu ngõ 5.3 Mạch ổn áp Khái niệm Định nghĩa: ổn áp mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho mạch điện thiết bị theo yêu cầu thiết kế mạch điện, từ nguồn cung cấp ban đầu Phân loại: tuỳ theo nhu cầu điện áp, dòng điện tiêu thụ, độ ổn định mà kỹ thuật người ta phân chia mạch ổn áp thành hai nhóm gồm ổn áp xoay chiều ổn áp chiêu Ổn áp xoay chiều dùng để ổn áp nguồn điện từ lưới điện trước đưa vào mạng cục hay thiết bị điện Ngày với tốc độ phát triển kỹ thuật người ta có loại ổn áp như: ổn áp bù từ, ổn áp dùng mạch điện tử, ổn áp dùng linh kiện điện tử Ổn áp chiều dùng để ổn định điện áp cung cấp bên thiết bị, mạch điện thiết bị theo khu vực, mạch điện tuỳ theo yêu cầu ổn định mạch điện Người ta chia mạch ổn áp chiều thành hai nhóm lớn ổn áp tuyến tính ổn áp khơng tuyến tính (cịn gọi ổn áp xung) việc thiết kế mạch 180 điện đa dạng phức tạp, từ ổn áp dùng Điot zêne, ổn áp dùng tranzito, ổn áp dùng IC Trong mạch ổn áp dùng tranzito thơng dụng việc cấp điện áp thấp, dòng tiêu thụ nhỏ cho thiết bị mạch điện có cơng suất tiêu thụ thấp.5.3.1.Mạch ổn áp tham số Mạch lợi dụng tính ổn áp diot zêne điện áp phân cực thuận tranzito để thiết lập mạch ổn áp (hình 5-24) Q Tranzito ổn áp Rb + + Vi:Điện áp ngõ vào ZENER Tụ lọc ngõ Vo: Điện áp ngõ tụ lọc ổn định Hỡnh 5.24: Mch n áp tham số dùng tranzito NPN Q: Tranzito ổn áp Rb: Điện áp phân cực B cho tranzito điot zêne Ở mạch cực B tranzito giữ mức điện áp ổn định nhờ điot zêne điện áp ngõ điện áp điện áp zêne điện áp phân cực thuận tranzito Vo  Vz  Vbe Vz: Điện áp zêne Vbe: Điện áp phân cực thuận Tranzito (0,5 – 0,8v) Điện áp cung cấp cho mạch lấy cực E tranzito, tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà mạch thiết kế có dịng cung cấp từ vài mA đến hầng trăm mA, mạch điện có dịng cung cấp lớn thường song song với mạch mắc thêm điện trở Rc khoảng vài chục đến vài trăm Ohm (hình 5-25) gọi trở gánh dịng Việc chọn tranzito chọn tương thích với dịng tiêu thụ mạch điện để tránh dư thừa làm mạch điện cồng kềnh dòng phân cực qua lớn làm cho điện áp phân cực Vbe không ổn định dẫn đến điện áp cung cấp cho tải ổn định 181 Rc Tranzito ổn áp Q Rb + + Vi:Điện áp ngõ vào ZENER Tụ lọc ngõ Vo: Điện áp ngõ tụ lọc ổn định Hỡnh 5.25: Mch ổn áp tham số dùng tranzito NPN có điện trở gánh dòng Dòng điện cấp cho mạch dòng cực C tranzito nên dòng tải thay đổi dòng cực C thay đổi theo làm dòng cực B không thay đổi, nên điện áp không thay đổi (trên thực tế thay đổi không đáng kể) dòng tải thay đổi làm cho tải làm việc khơng ổn định 5.3.2 Mạch ổn áp có điều chỉnh Mạch ổn áp điều chỉnh điện áp ngõ có độ ổn định cao nhờ đường vòng hồi tiếp điện áp ngõ nên cị gọi ổn áp có hồi tiếp Rc Tranzito ỉn ¸p Q1 R4 Q2 R5 R3 R1 + Vi:Điện áp ngõ vào Q3 C2 Vr + R2 Vo: §iƯn ¸p ngâ Tơ läc ngâ ZENER C1 R6 tụ lọc ổn định Hỡnh 5.26: Mch n ỏp có điều chỉnh Nhiệm vụ linh kiện mạch sau: + Q1: Tranzito ổn áp, cấp dòng điện cho mạch + Q2: Khuếch đại điện áp chiều 182 + Q3: So sánh điện áp gọi dò sai + Rc: Trở gánh dòng + R1, R2: Phân cực cho Q2 + R3: Hạn dòng cấp nguồn cho Q3 + R4: Phân cực cho zener, tạo điện áp chuẩn cố định cho cực E Q3 gọi tham chiếu + R5, R6, Vr: cầu chia phân cực cho B Q3 gọi lấy mẫu + C1: Chống đột biến điện áp + C2: Lọc nguồn sau ổn áp cách li nguồn với điện áp chiều từ mạch *Hoạt động mạch chia làm hai giai đoạn sau: Giai đoạn cấp điện: Là giai đoạn lấy nguồn cấp điện cho mạch thực gồm Rc, Q1, Q2, R1, R2 Nhờ trình cấp điện từ nguồn đến cực C Q1, Q2 phân cực nhờ cầu chia điện áp R1, R2 làm cho hai tranzito Q1, Q2 dẫn điện Trong Q2 dẫn điện phân cực cho Q1, dịng qua Q1 với dòng qua điện trở Rc gánh dịng cấp nguồn cho tải Trong mạch có dịng cung cấp thấp khơng cần điện trở gánh dịng Rc Giai đoạn ổn áp: Điện áp ngõ phần quay trở Q3 qua cầu chia R5, R6, Vr đặt vào cực B điện áp chân E giữ cố định nên điện áp cực C thay đổi theo điện áp cực B ngược pha, qua điện trở R3 đặt vào cực B Q2 khuếch đại điện áp chiều thay đổi đặt vào cực B Q1 để điều chỉnh điện áp ngõ ra, cấp điện ổn định cho mạch Điện áp ngõ điều chỉnh khoảng 20% so với thiết kế nhờ biến trở Vr Hoạt động Q1 mạch giống điện trở biến đổi để ổn áp Mạch ổn áp có dịng điện cung cấp cho mạch tương đối lớn lên đến vài Amp điện áp cung cấp lên đến hàng trăm Volt *Ưu nhược điểm: Mạch có ưu điểm dễ thiết kế, dễ kiểm tra, sửa chữa nhiên mạch có nhiều nhược điểm cụ thể mạch kếm ổn định nguồn thay đổi, sụt áp nguồn tương đối lớn nên tổn thất công suất nguồn cao mạch có cơng suất lớn cần phải có thêm tản nhiệt nên cồng kềnh Khơng cách li nguồn ngồi nên Q1 bị thủng gây tượng áp mạch gây hư hỏng mạch điện, độ ổn định không cao 183 * Mạch ổn áp không tuyến tính Mạch ổn áp khơng tuyến tính có nhược điểm khó thiết kế có nhiều ưu điểm như: có độ ổn định cao nguồn thay đổi, tổn thất công suất thấp, không gây hư hỏng cho mạch điện ổn áp bị đánh thủng thiết kế mức điện áp,và dịng điện theo ý muốn Trong thực tế mạch ổn áp khơng tuyến tính có nhiều dạng mạch khác nhau, mạch dùng tranzito IC thơng dụng Chủ yếu ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Mạch điện điển hình dùng tranzito có dạng mạch đơn giản (hình 5.27) C1 C2 D2 + D1 D4 R1 D3 C4 T C6 C7 Vo: ngâ Q + R2 C3 R3 R4 C5 +V Hình 5.27: Mạch ổn áp ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Trong mạch Tranzito Q đóng vai trò phần tử dao động đồng thời phần tử ổn áp, T biến áp dao động nghẹt đồng thời biến áp tạo nguồn thứ cấp cung cấp điện cho mạch điên thiết bị C1, R1 giữ vai trò mạch hồi tiếp xung để trì dao động R4 làm nhiệm vụ phân cực ban đầu cho mạch hoạt động D3, R4, C4, C5 làm nhiệm vụ chống áp bảo vệ tranzito Các linh kiện D1, R2, C3, C2 Tạo nguồn cung cho mạch ổn áp D2 làm nhiệm vụ tạo điện áp chuẩn cho mạch ổn áp gọi tham chiếu Hoạt động mạch tương tự mạch ổn áp có điều chỉnh gồm có hai giai đoạn Giai đoạn tạo nguồn: Được thực sau: Điện áp chiều từ nguồn tiếp tế đến cực C Q qua cuộn sơ cấp biến áp T, phần đưa đến cực B tranzito qua điện trở phân cực R3 làm cho tranzito chuyển trạng thái từ không dẫn điện sang trạng thái dẫn điện sinh dòng điện chạy cuộn sơ cấp biến áp T, dòng điện biến thiên cảm ứng lên cuộn thứ cấp hình thành xung hịi tiếp cực B Tranzito Q để trì dao động gọi dao động 184 nghẹt Xung dao động nghẹt lấy cuộn thứ cấp khác nắn điôt D4 lọc tụ C7 hình nguồn chiều thứ cấp cung cấp điện áp cho mạch điện lúc điện áp ngõ chưa ổn định Giai đoạn ổn áp: Được thực nhánh thứ cấp khác nắn lọc xung để hình thành điện áp chiều có giá trị âm nhờ D1, C3 đặt vào cực B tranzito Q qua Diot zener D2 điều chỉnh điện áp phân cực tranzito Q để ổn định điện áp ngõ Giữ điện áp ngõ ổn định Để hiểu rõ nguyên tắc ổn định điện áp mạch, giả thuyết điện áp ngõ tăng đồng thời làm cho điện áp âm hình thành từ D1 C3 tăng làm cho điện áp anôt zener D2 tăng kéo theo điện áp catơt giảm làm giảm dịng phân cực cho Q ổn áp dẫn điện yếu điện áp ngõ giảm bù lại tăng ban đầu giữ mức ổn định Hoạt động mạch sảy ngược lại điện áp ngõ giảm làm cho điện áp âm Anod D2 giảm làm cho điện áp catôt tăng nên tăng phân cực B cho tranzito Q Q dẫn mạnh làm tăng điện áp ngõ bù lại giảm ban đầu điện áp ổn định Mạch điện Hình 5.27 dùng cung cấp nguồn cho mạch điện có dịng tiêu thụ nhỏ biến động điện áp ngõ vào thấp Trong mạch cần có dịng tiêu thụ lớn, tầm dị sai rộng cấu trúc mạch điện phức tạp hơn, dùng nhiều linh kiện hơn, kể tranzito, thành phần hệ thống ổn áp hồn chỉnh đầy đủ có: ổn áp, dò sai, tham chiếu, lấy mẫu bảo vệ hệ thống nguồn cần độ an toàn cao CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Câu Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp với câu gợi ý đây? 1.1 Hãy điền vào chỗ trống nội dung thích hợp: Mạch dao động đa hài khơng ổn Trong mạch dao động đa hài khơng ổn dùng hai tranzito có thơng số loại, linh kiện định tần số dao động Trong mạch dao động đa hài không ổn, nguyên nhân tạo cho mạch dao động Ngoài linh kiện R C đưa vào mạch dao động đa hài khơng ổn dùng tranzito hoặc, người ta cịn dùng để tạo tần số dao động ổn định xác 185 Mạch xén cịn gọi mạch Mức xén dùng tranzito xác lập dựa Ổn áp mạch thiết lập nguồn cung cấp điện cho mạch điện thiết bị theo yêu cầu thiết kế mạch điện, từ 1.2.Trả lời nhanh câu hỏi đây: a) Muốn thay đổi tần số mạch dao động đa hài nên thực cách ? b) Muốn thay đổi thời gian ngắt mở, thường gọi độ rộng xung, cần thực cách nào? c) Muốn cho tranzito dẫn trước cấp nguồn, cần thực cách nào? d) Với nguồn cung cấp 12V tần số 1kHz dòng điện tải IC = 10mA dùng tranzito C1815 (=100) chọn linh kiện RC cho mạch e) Hãy cho biết nguyên nhân mạch dao động khơng thể tạo dao động được, điện áp phân cực hai tranzito hoàn toàn giống Câu Hãy lựa chọn phương án mà học viên cho câu gợi ý tô đen vào ô vuông thích hợp TT Nội dung câu hỏi a b c d Sơ đồ mạch dao động đa hài đơn ổn dùng tranzito khác mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzito yếu tố □ sau: □ □ □ □ □ □ a.Các linh kiện mạch mắc không đối xứng Trị số linh kiện mạch không đối xứng Cách cung cấp nguồn d.Tất yếu tố Xét mặt nguyên lí xác định trạng thái dẫn hay khơng dẫn tranzito cách: □ a Nhìn cách phân cực mạch b Đo điện áp phân cực c Xác định ngõ vào mạch d.Tất yếu tố 186 Thời gian phân cách là: a Thời gian hai xung liên tục ngõ mạch b Thời gian hai xung kích thích vào mạch □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ c.Thời gian xuất xung d Thời gian tồn xung kích thích Độ rộng xung là: a Thời gian xuất xung ngõ b Thời gian xung kích thích c Thời gian hồi phục trạng thái xung d Thời gian hai xung xuất ngõ Thời gian hồi phục là: a Thời gian từ xuất xung đến trở trạng □ thái ban đầu b Thời gian tồn xung c Thời gian mạch trạng thái ổn định d Thời gian từ trạng thái xung trở trạng thái ban đầu Mạch đa hài đơn ổn dùng nguồn có ưu điểm a Dễ thiết kế mạch b Có cơng suất tiêu thụ thấp c Có nguồn cung cấp thấp d Tất Mạch đa hài đơn ổn có tụ gia tốc có ưu điểm: a Có độ rộng xung nhỏ b Có biên độ lớn c Có thời gian chuyển trạng thái nhanh d Có thời gian hồi phục ngắn Bài tập Hãy làm tập theo số liệu cho Cho mạch điện có Re = 4,7K, Rb = 47K, C=0,01F Dùng tranzito C1815 (=100) với nguồn cung cấp 12V Hãy cho biết: a) Độ rộng xung mạch b) Tần số mạch 187 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 [6] Basic Electronic Practices (2001, Human Resources Development Service of Korea, Bak Jonggap) [7] Basic Electronic Practices (2009, Human Resources Development Service of Korea, Bak Jonggap) [8] Electrical Basic Practice(2012, Human Resources Development Service of Korea, Gwon Hyeokdae) 188 ... xạ tia tử ngoại tia Rơn ghen Một số nguyên tử phân tử khí điện tử lớp trở thành điện tử tự nguyên tử phân tử điện tử trở thành ion+ , đồng thời điện tử tự liên kết với nguyên tử phân tử trung... kiện điện tử 2 Bài 1: Các khái niệm 1.1 Vật dẫn điện cách điện 1.2 Điện trở cách điện linh kiện mạch điện tử 2 1.5 1.3 Các hạt mang điện dòng điện mơi trường 1.3.1 Dịng điện kim loại 1.3.2 Dòng điện. .. chương trình đào tạo nghề Điện Cơng Nghiệp trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục 2008; Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện