Nội dung của giáo trình Điện tử cơ bản gồm có 6 chương: khái quát chung về linh kiện điện tử; các khái niệm cơ bản; linh kiện thụ động; linh kiện bán dẫn; các mạch khuếch đại dùng transistor; các mạch ứng dụng dùng BJT. Mời các bạn cùng tham khảo!
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SĨC TRĂNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SĨC TRĂNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Nghề: Điện cơng nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh và Điều hịa khơng khí Trình độ: Trung cấp, Cao đẳng (Ban hành kèm theo quyết định số … … /QĐ/CĐN ngày … …/… …/… … của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng) Sóc Trăng, năm 2019 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SĨC TRĂNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SĨC TRĂNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Nghề: Điện cơng nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh và Điều hịa khơng khí Trình độ: Trung cấp, Cao đẳng (Ban hành kèm theo quyết định số … … /QĐ/CĐN ngày … …/… …/… … của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng) Sóc Trăng, năm 2019 TUN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Điện tử môn học biên soạn dựa trên chương trình khung, chương trình dạy nghề do Bộ Lao động Thương binh và Xã hội và Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp ban hành dành cho hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Điện Cơng nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh và Điều hịa khơng khí Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất, trong mỗi bài đều có ví dụ áp dụng để làm sáng tỏ lý thuyết Giáo viên biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp và tham khảo nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung của mơn học gồm có 6 chương: Chương 1: KHÁI QT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Chương 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Chương 3: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Chương 4: LINH KIỆN BÁN DẪN Chương 5: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR Chương 6: CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG BJT Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các ngành thuộc lĩnh vực điện dân dụng, điện tử cơng nghiệp. Mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cơ giáo, bạn đọc để tác giả sẽ hiệu chỉnh hồn thiện hơn Biên soạn Lê Thị Điểm MỤC LỤC Trang TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 DANH MỤC HÌNH Trang GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Điện tử cơ bản Mã số mơn học: 59014521 I. Vị trí, tính chất của mơn học Vị trí: Mơn học này có ý nghĩa bổ trợ các kiến thức cần thiết về lĩnh vực điện tử cho học sinh – sinh viên ngành điện; làm cơ sở để tiếp thu các môn học khác như: PLC cơ bản, PLC nâng cao, điện tử công suất, kỹ thuật cảm biến. Môn học có thể học song song với mơn học Mạch điện Tính chất: Là mơn học kỹ thuật cơ sở, thuộc mơn học đào tạo nghề bắt buộc II. Mục tiêu mơn học Về kiến thức: + Giải thích và phân tích được cấu tạo ngun lý các linh kiện kiện điện tử thơng dụng + Phân tích được ngun lý một số mạch ứng dụng cơ bản của tranzito như: mạch khuếch đại, dao động, mạch xén + Trình bày được ngun lý tháo hàn và hàn. Về kỹ năng: + Nhận dạng được chính xác ký hiệu của từng linh kiện, đọc chính xác trị số của chúng + Hàn và tháo mối hàn các linh kiện trong mạch điện tử an tồn Về thái độ: + Rèn luyện tính cẩn thận khoa học + Rèn luyện tính ti mi, cân thân, chính xác, khoa h ̉ ̉ ̉ ̣ ọc và tác phong công nghiệp III. Nội dung môn học CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1. Khái quát chung về kỹ thuật điện tử Kỹ thuật điện tử (tiếng Anh: Electronic engineering) là một ngành kỹ thuật điện sử dụng các phần tử điện phi tuyến và hoạt động tích cực như các linh kiện bán dẫn, đặc biệt là transistor, điốt, mạch tích hợp, để thiết kế các mạch điện, thiết bị, vi xử lý, vi điều khiển và các hệ thống điện tử khác. Kỹ thuật điện tử thường cũng thiết kế các phần tử điện thụ động, thường là dựa trên bảng mạch in 2. Các ứng dụng cơ bản của kỹ thuật điện tử: Kỹ thuật điện tử đề cập đến việc áp dụng các ứng dụng, ngun tắc và các thuật tốn được phát triển trong nhiều lĩnh vực liên quan, ví dụ như vật lý chất rắn, kỹ thuật vơ tuyến, viễn thơng, hệ thống điều khiển, xử lý tín hiệu, kỹ thuật hệ thống, kỹ thuật máy tính, kỹ thuật đo lường, Robot học, và nhiều thứ khác Mơn học Kỹ thuật điện tử cung cấp các kiến thức cơ bản về linh kiện điện tử và mạch điện đơn giản bao gồm: Cấu tạo, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của các linh kiện thụ động, bán dẫn và IC Cách nhận biết, đọc trị số và các thơng số kỹ thuật khác của linh kiện điện tử thơng dụng Mạch khuếch đại sử dụng transistor lưỡng cực, transistor trường; Mạch khuếch đại thuật toán Phương pháp đo kiểm linh kiện và các mạch điện cơ bản CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Vật liệu dẫn điện và cách điện Các vật liệu sử dụng trong kỹ thuật điện tử rất đa dạng và rất nhiều. Chúng gọi chung là vật liệu điện tử để phân biệt với các loại vật liệu sử dụng trong các lĩnh vực khác. Tuỳ theo mục đích sử dụng và u cầu kỹ thuật mà lựa chọn vật liệu sao cho thích hợp đảm bảo về các chỉ tiêu kỹ thuật, dễ gia cơng và giá thành rẻ Hình 2. 1 Dựa vào lý thuyết vùng năng lượng người ta chia vật chất ra làm ba loại là chất cách điện, chất bán dẫn và chất dẫn điện. Theo lý thuyết này thì các trạng thái năng lượng của ngun tử vật chất được phân chia thành ba vùng năng lượng khác nhau là: vùng hóa trị, vùng dẫn và vùng cấm Mức năng lượng cao nhất của vùng hóa trị ký hiệu là EV, mức năng lượng thấp nhất của vùng dẫn ký hiệu là EC và độ rộng vùng cấm ký hiệu là EG + Ch ất c ách điệ n: Cấu trúc vùng năng lượng của chất cách điện được mô tả trong hình. Độ rộng vùng cấm EG có giá trị đến vài eV (EG ≥ 2eV) Dạng mạch 2 Ngưỡng xén VDC = V Dạng mạch 3 118 b. Mạch Xén Âm: Xét tín hiệu ngõ vào là dạng sóng sin có biên độ max là ±V D ạ ng m ạch 1 119 Hình 6. 14 D ạ ng mạch 2 Hình 6. 15 D ạ ng mạch 3: 120 Hình 6. 16 3.4. Mạch xén nối tiếp Ta khảo sát tín hiệu ngõ vào ở đây là dạng hình sin có biên độ max là ±V. Các dạng mạch cơ bản được trình bày như sau: a. Mạch Xén Âm D ạ ng mạch 1 Hình 6. 17 121 D ạ ng mạch 2: Hình 6. 18 D ạ ng mạch 3: Hình 6. 19 122 b. Mạch Xén Dương: D ạ n g m ạ ch 1 : Hình 6. 20 D ạ ng mạch 2 123 Hình 6. 21 D ạ ng mạch 3: Hình 6. 22 3.5. Mạch xén ở 2 mức độc lập: Mạch này là dạng mạch ghép hai mạch xén song song với nhau. Để thực hiện mạch này, ta có thể dùng hai ngưỡng xén VB1, VB2 và kết hợp với hai Diode, hoặc có thể dùng hai Diode Zener Nhiệm vụ của mạch này là loại bỏ bớt cả hai thành phần trên và dưới của tín hiệu ngõ vào. Khảo sát một số dạng mạch xén ở hai mức độc lập cơ bản như sau: a) Dạng mạch dùng diode: Tín hiệu vào là dạng sin có vi = 9 sinωt, và giả thuyết là Vγ = 0, rd = 0 (Diode lý tưởng) 124 Hình 6. 23 Hình 6. 24 b) Dạng mạch dùng diode zener: Tín hiệu vào là dạng sin có vi = 9 sinωt, và giả thuyết là Vγ = 0, rd = 0 (Diode lý tưởng) 125 Hình 6. 25 Hình 6. 26 4. Mạch ghim áp 4.1. Khái niệm 126 Mạch kẹp hay cịn gọi là mạch ghim điện áp, mạch dịch mức DC của tín hiệu AC đạt đến một mức xác định, mà khơng bị biến dạng sóng Mạch kẹp được dựa trên cơ sở như một mạch phục hồi thành phần điện áp DC. Nó dùng để ổn định nền hoặc đỉnh của tín hiệu xung ở một mức xác định nào đó bằng hoặc khác khơng. Như vậy mạch sẽ kẹp tín hiệu ở những mức DC khác Dạng sóng điện áp có thể bị dịch một mức, do nguồn điện áp không phụ thuộc được cộng vào. Mạch kẹp vận hành dịch mức, nhưng nguồn cộng vào khơng lớn hơn dạng sóng độc lập. Lượng dịch phụ thuộc vào dạng sóng hiện thời Mạch kẹp cần có: Tụ C đóng vai trị phần tử tích năng lượng Diode D đóng vai trị khóa Điện trở R Nguồn DC tạo mức DC Hai loại mạch kẹp chính: Mạch kẹp Diode và Transistor. Dạng này ghim mức biên độ dương hoặc mức biên độ âm, và cho phép ngõ ra mở rộng chỉ theo một hướng từ mức chuẩn. Mạch kẹp khóa (đồng bộ) duy trì ngõ ra tại một số mức cố định cho đến khi được cung cấp xung đồng bộ và lúc đó ngõ ra mới được cho phép liên hệ với dạng sóng ngõ vào Điều kiện mạch kẹp: Giá trị R và C phải được chọn để hằng số thời gian = RC đủ lớn để sụt áp qua tụ không quá lớn Trong phần lý thuyết này ta xem tụ nạp đầy sau 3 n và tụ xả hết sau 3 x. Nguyên lý làm việc của các mạch ghim điện áp dựa trên việc ứng dụng hiện tượng thiên áp, bằng cách làm cho các hằng số thời gian phóng nạp tụ trong mạch khác hẳn nhau 127 4.2 Mạch kẹp sử dụng Diode lý tưởng: Loại mạch kẹp đơn giản sử dụng một Diode kết hợp với mạch RC. Tụ C đóng vai trị là phần tử tích phóng năng lượng điện trường, Diode D đóng vai trị khóa điện tử, cịn nguồn DC tạo mức chuẩn. Các giá trị R và C phải chọn thích hợp, để hằng số thời gian τ= RC đủ lớn nhằm làm sụt áp qua tụ C khơng q lớn hoặc tụ C khơng được xả điện nhanh. Tụ nạp đầy và phóng điện hết trong thời gian 3τ đến 5τ, ở đây các Diode được xem là lý tưởng a. Mạch ghim đỉnh trên của tín hiệu ở mức khơng: Hình 6. 27 Xét tín hiệu vào là chuỗi xung có biên độ max là ±Vm Đây là mạch kẹp đỉnh trên của tín hiệu ở mức điện áp là 0V. Điện trở R có giá trị lớn, với nhiệm vụ là nhằm khắc phục nhược điểm: Khi biên độ tín 128 hiệu vào giảm thì mất khả năng ghim đỉnh trên của tín hiệu vào ở mức khơng Giải thích ngun lý hoạt động: Thời điểm từ 0 đến t1, thời điểm tồn tại xung dương đầu tiên, vv = Vm, Diode D dẫn, tụ C được nạp điện qua Diode (khơng qua R, vì điện trở thuận của D rất nhỏ), cực âm của tụ tại điểm A, tụ nạp với hằng số thời gian là: Thời điểm từ t1 đến t2, thời điểm mà ngõ vào tồn tại xung âm, VV = Vm, Diode bị phân cực nghịch, D ngưng dẫn, lúc này tụ C phóng điện qua R, có dạng mạch tương đương như hình vẽ Hình 6. 28 Thời hằng phóng điện là τf = RC, thời gian này rất lớn so với khoảng thời gian từ t1 đến t2, do vậy tụ C chưa kịp xả mà vẫn cịn tích lại một lượng điện áp là Vc = Vm Do vậy, vr = vv vc = Vm Vm = 2Vm b. Mạch ghim đỉnh trên của tín iệu với mức điện áp bất kỳ Dạng mạch: 129 Hình 6. 29 Tín hiệu vào là dạng xung có tần số f = 1Hz và biên độ max là ± Vm Giả sử cho C = 0,1 µF, V DC = 5V, R = 100KΩ, V m = 10V Ta có f = 1KHz → T = = 1(ms) f Bán kỳ có thời gian t = T = 0,5 (ms) Giải thích ngun lý hoạt động: Thời điểm từ 0 đến t1, ngõ vào tồn tại xung dương Vv = Vm =10V >VDC Diode dẫn điện, tụ C được nạp điện qua Diode D với hằng số thời gian τ = rd.C ≈ Ta có: VDC + Vγ + VC = VV Giá trị điện áp mà tụ nạp đầy là: Vc = Vv Vγ VDC = 10 – 5 = 5(V) Do đó Vra = VDC Vγ = 5(V) Thời điểm từ t1 đến t2 thì ngõ vào tồn tại xung âm, Vv = Vm = 10V Diode D ngưng dẫn, tụ C phóng điện qua R, với thời hằng phóng điện: τ f = RC = 0,1 . 10 10 = 0,01(s) = 10(ms) Vậy sau 5τ thì tụ phóng hết, tức sau 5.10 = 50 (ms) 130 Thời gian này lớn gấp 20 lần từ t đến t (0,5 ms), do vậy v c vẫn giữ ở mức điện áp là 5V V r = V v V c = 10 5 = 15v Nếu đảo cực tính của nguồn VDC thì đỉnh trên ghim ở mức điện áp là 5(V) 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mạch điện tử trong cơng nghiệp Nguyễn Tấn Phước NXB Tổng hợp TP. HCM, 2003 [2] Điện tử cơng suất Nguyễn Bính NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội [3] Kĩ thuật điện tử Nguyễn Bính NXB Khoa học Xã hội, Hà Nội, 2001 [4] Electronic TechnologyNguyễn Bính NXB Khoa học Xã hội, Hà Nội, 2001 132 .. .Sóc? ?Trăng, năm 2019 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SĨC TRĂNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SĨC TRĂNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Nghề: ? ?Điện? ?cơng nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh và Điều hịa khơng khí Trình? ?độ: Trung cấp, Cao đẳng... (Ban hành kèm theo quyết định số … … /QĐ/CĐN ngày … …/… …/… … của Hiệu trưởng? ?Trường? ?Cao đẳng? ?Nghề? ?Sóc? ?Trăng) Sóc? ?Trăng, năm 2019 TUN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách? ?giáo? ?trình? ?nên các nguồn thơng tin có thể... CHƯƠNG 1: KHÁI QT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1. Khái qt chung về kỹ thuật? ?điện? ?tử Kỹ thuật? ?điện? ?tử? ?(tiếng Anh: Electronic engineering) là một ngành kỹ thuật điện? ?sử dụng các phần? ?tử ? ?điện? ?phi tuyến và hoạt động tích cực như