Giáo trình Điện tử cơ bản (Trường CĐ Nghề Sóc Trăng)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SÓC TRĂNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SĨC TRĂNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Nghề: Điện công nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh Điều hịa khơng khí Trình độ: Trung cấp, Cao đẳng (Ban hành kèm theo định số … … /QĐ/CĐN ngày … …/… …/… … Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng) Sóc Trăng ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SÓC TRĂNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SÓC TRĂNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Nghề: Điện cơng nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh Điều hịa khơng khí Trình độ: Trung cấp, Cao đẳng (Ban hành kèm theo định số … … /QĐ/CĐN ngày … …/… …/… … Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng) Sóc Trăng 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 Điện tử môn học biên soạn dựa chương trình khung, chương trình dạy nghề Bộ Lao động -Thương binh Xã hội Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp ban hành dành cho hệ Cao đẳng Trung cấp nghề Điện Công nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh Điều hịa khơng khí Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu nhất, có ví dụ áp dụng để làm sáng tỏ lý thuyết Giáo viên biên soạn dựa kinh nghiệm giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp tham khảo nhiều giáo trình có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung mơn học gồm có chương: - Chương 1: KHÁI QUÁT 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 tài liệu giảng dạy tham khảo tốt cho ngành thuộc lĩnh vực điện dân dụng, điện tử công nghiệp Mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để tác giả hiệu chỉnh hoàn thiện Biên soạn Lê Thị Điểm MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1 Khái quát chung kỹ thuật điện tử Các ứng dụng kỹ thuật điện tử: .1 CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN .2 Vật liệu dẫn điện cách điện 2 Các hạt mang điện dòng điện môi trường CHƯƠNG 3: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Điện trở .5 Tụ điện: 13 Cuộn cảm: 20 CHƯƠNG 4: LINH KIỆN BÁN DẪN 24 Khái niệm chất bán dẫn 24 Tiếp giáp P-N; diode tiếp mặt 26 Cấu tạo, phân loại ứng dụng diode: 28 Transistor trường: 42 SCR - Triac – Diac: 52 CHƯƠNG 5: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR 64 1.Mạch khuếch đại đơn: 64 Mạch ghép phức hợp 78 Mạch khuếch đại công suất .86 Chương 6: CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG BJT 93 Mạch dao động 93 Dao động dịch pha 102 Mạch xén 105 Mạch ghim áp 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 DANH MỤC HÌNH Trang Hình Hình ký hiệu điện trở Hình Hình 3 Hình Hình Hình Hình Hình 10 Hình 10 Hình 10 11 Hình 11 11 Hình 12 11 Hình 13 12 Hình 14 12 Hình 15 14 Hình 16 14 Hình 17 15 Hình 18 16 Hình 19 17 Hình 20 17 Hình 21 17 Hình 22 18 Hình 23 18 Hình 24 18 Hình 25 19 Hình 26 19 Hình 27 19 Hình 28 20 Hình 29 21 Hình 30 21 Hình 31 22 Hình Tinh thể chất bán dẫn 24 Hình 25 Hình 26 Hình 4 27 Hình 28 Hình 28 Hình 29 Hình 29 Hình 30 Hình 10 Chỉnh lưu bán kỳ 30 Hình 11 Chỉnh lưu tồn kỳ với biến có điểm giữa(kiểu tia) 31 Hình 12 Chỉnh lưu toàn kỳ kiểu cầu 31 Hình 13 Chỉnh lưu bội áp 32 Hình 14 32 Hình 15 33 Hình 16 34 Hình 17 35 Hình 18 36 Hình 19 37 Hình 20 38 Hình 21 39 Hình 22 39 Hình 23 40 Hình 24 41 Hình 25 43 Hình 26 43 Hình 27 44 Hình 28 44 Hình 29 45 Hình 30 45 Hình 31 46 Hình 32 47 Hình 33 47 Hình 34 48 Hình 35 49 Hình 36 49 Hình 37 50 Hình 38 52 Hình 39 53 Hình 40 54 Hình 41 55 Hình 42 57 Hình 43 57 Hình 44 58 Hình 45 58 Hình 46 59 Hình 47 59 Hình 48 60 Hình 49 60 Hình 50 61 Hình 51 61 Hình 52 62 Hình 53 62 Hình 64 Hình 65 Hình 66 Hình 67 Hình 5 67 Hình 68 Hình 69 Hình 69 Hình 69 Hình 10 70 Hình 11 71 Hình 12 71 Hình 13 72 Hình 14 73 Hình 15 74 Hình 16 75 Hình 17 76 Hình 18 77 Hình 19 78 Hình 20 79 Hình 21 80 Hình 22 81 Hình 23 82 Hình 24 82 Hình 25 83 Hình 26 84 Hình 27 85 Hình 28 86 Hình 29 87 Hình 30 87 Hình 31 88 Hình 32 88 Hình 33 89 Hình 34 89 Hình 35 90 Hình 36 90 Hình 37 91 Hình 38 92 Hình 95 Hình 97 Hình 98 Hình 99 Hình 100 Hình 6 100 Hình 101 Hình 102 Hình 103 Hình 10 103 Hình 11 104 Hình 12 104 Hình 13 106 Hình 14 109 Hình 15 109 Hình 16 110 Hình 17 110 Hình 18 111 Hình 19 111 Hình 20 112 Hình 21 112 Hình 22 113 Hình 23 113 Hình 24 114 Hình 25 114 Hình 26 115 Hình 27 117 Hình 28 118 Hình 29 118 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên môn học: Điện tử Mã số mơn học: 59014521 I Vị trí, tính chất mơn học - Vị trí: Mơn học có ý nghĩa bổ trợ kiến thức cần thiết lĩnh vực điện tử cho học sinh – sinh viên ngành điện; làm sở để tiếp thu môn học khác như: PLC bản, PLC nâng cao, điện tử công suất, kỹ thuật cảm biến Mơn học học song song với mơn học Mạch điện - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc II Mục tiêu môn học - Về kiến thức: + Giải thích phân tích cấu tạo nguyên lý linh kiện kiện điện tử thơng dụng + Phân tích ngun lý số mạch ứng dụng tranzito như: mạch khuếch đại, dao động, mạch xén + Trình bày nguyên lý tháo hàn hàn - Về kỹ năng: + Nhận dạng xác ký hiệu linh kiện, đọc xác trị số chúng + Hàn tháo mối hàn linh kiện mạch điện tử an toàn - Về thái độ: + Rèn luyện tính cẩn thận khoa học + Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, xác, khoa học tác phong công nghiệp III Nội dung môn học Mạch hạn chế nối tiếp có Diode mắc nối tiếp với tải Mạch hạn chế song song có Diode nối song song với tải Theo chức năng, mạch xén nối tiếp song song chia thành hai loại xén âm, xén dương mạch xén hai phía Xén âm cắt bỏ thành phần âm dạng sóng tín hiệu vào giữ lại thành phần dương Xén dương cắt bỏ thành phần dương dạng sóng tín hiệu vào giữ lại phần âm Xén hai phía cắt bỏ thành phần âm thành phần dương tín hiệu vào mức 3.3 Mạch xén song song: a Mạch Xén Dương: Mạch gồm phần tử điện trở R, nguồn VDC, Diode Giả sử tín hiệu vào dạng sóng sin, có biên độ max ± V Khảo sát số dạng mạch xén sau : 108 Dạng mạch Ngưỡng xén VDC = V Dạng mạch 109 b Mạch Xén Âm: Xét tín hiệu ngõ vào dạng sóng sin có biên độ max ±V Dạng mạch 110 Hình 14 Dạng mạch Hình 15 Dạng mạch 3: 111 Hình 16 3.4 Mạch xén nối tiếp Ta khảo sát tín hiệu ngõ vào dạng hình sin có biên độ max ±V Các dạng mạch trình bày sau: a Mạch Xén Âm Dạng mạch Hình 17 Dạng mạch 2: 112 Hình 18 Dạng mạch 3: Hình 19 b Mạch Xén Dương: 113 Dạng mạch 1: Hình 20 Dạng mạch Hình 21 Dạng mạch 3: 114 Hình 22 3.5 Mạch xén mức độc lập: Mạch dạng mạch ghép hai mạch xén song song với Để thực mạch này, ta dùng hai ngưỡng xén VB1, VB2 kết hợp với hai Diode, dùng hai Diode Zener Nhiệm vụ mạch loại bỏ bớt hai thành phần tín hiệu ngõ vào Khảo sát số dạng mạch xén hai mức độc lập sau: a) Dạng mạch dùng diode: Tín hiệu vào dạng sin có vi = sinωt, giả thuyết Vγ = 0, rd = (Diode lý tưởng) Hình 23 115 Hình 24 b) Dạng mạch dùng diode zener: Tín hiệu vào dạng sin có vi = sinωt, giả thuyết Vγ = 0, rd = (Diode lý tưởng) Hình 25 116 Hình 26 Mạch ghim áp 4.1 Khái niệm Mạch kẹp hay gọi mạch ghim điện áp, mạch dịch mức DC tín hiệu AC đạt đến mức xác định, mà khơng bị biến dạng sóng Mạch kẹp dựa sở mạch phục hồi thành phần điện áp DC Nó dùng để ổn định đỉnh tín hiệu xung mức xác định khác khơng Như mạch kẹp tín hiệu mức DC khác Dạng sóng điện áp bị dịch mức, nguồn điện áp không phụ 117 thuộc cộng vào Mạch kẹp vận hành dịch mức, nguồn cộng vào khơng lớn dạng sóng độc lập Lượng dịch phụ thuộc vào dạng sóng thời Mạch kẹp cần có: - Tụ C đóng vai trị phần tử tích lượng - Diode D đóng vai trị khóa - Điện trở R - Nguồn DC tạo mức DC Hai loại mạch kẹp chính: Mạch kẹp Diode Transistor Dạng ghim mức biên độ dương mức biên độ âm, cho phép ngõ mở rộng theo hướng từ mức chuẩn Mạch kẹp khóa (đồng bộ) trì ngõ số mức cố định cung cấp xung đồng lúc ngõ cho phép liên hệ với dạng sóng ngõ vào Điều kiện mạch kẹp: Giá trị R C phải chọn để số thời gian  = RC đủ lớn để sụt áp qua tụ không lớn Trong phần lý thuyết ta xem tụ nạp đầy sau 3n tụ xả hết sau 3x Nguyên lý làm việc mạch ghim điện áp dựa việc ứng dụng tượng thiên áp, cách làm cho số thời gian phóng nạp tụ mạch khác hẳn 4.2 Mạch kẹp sử dụng Diode lý tưởng: Loại mạch kẹp đơn giản sử dụng Diode kết hợp với mạch RC Tụ C đóng vai trị phần tử tích - phóng lượng điện trường, Diode D đóng vai trị khóa điện tử, cịn nguồn DC tạo mức chuẩn Các giá trị R C phải chọn thích hợp, để số thời gian τ= RC đủ lớn nhằm làm sụt áp qua tụ C không lớn tụ C không xả điện nhanh Tụ nạp đầy phóng điện hết thời gian 3τ đến 5τ, Diode xem lý tưởng 118 a Mạch ghim đỉnh tín hiệu mức khơng: Hình 27 Xét tín hiệu vào chuỗi xung có biên độ max ±Vm Đây mạch kẹp đỉnh tín hiệu mức điện áp 0V Điện trở R có giá trị lớn, với nhiệm vụ nhằm khắc phục nhược điểm: Khi biên độ tín hiệu vào giảm khả ghim đỉnh tín hiệu vào mức khơng Giải thích ngun lý hoạt động: Thời điểm từ đến t1, thời điểm tồn xung dương đầu tiên, vv = Vm, Diode D dẫn, tụ C nạp điện qua Diode (khơng qua R, điện trở thuận D nhỏ), cực âm tụ điểm A, tụ nạp với số thời gian là: Thời điểm từ t1 đến t2, thời điểm mà ngõ vào tồn xung âm, VV = -Vm, Diode bị phân cực nghịch, D ngưng dẫn, lúc tụ C phóng điện qua R, có dạng 119 mạch tương đương hình vẽ Hình 28 Thời phóng điện τf = RC, thời gian lớn so với khoảng thời gian từ t1 đến t2, tụ C chưa kịp xả mà tích lại lượng điện áp Vc = Vm Do vậy, vr = vv - vc = -Vm - Vm = - 2Vm b Mạch ghim đỉnh tín iệu với mức điện áp Dạng mạch: Hình 29 Tín hiệu vào dạng xung có tần số f = 1Hz biên độ max ± Vm Giả sử cho C = 0,1 µF, V Ta có f = 1KHz → T = = 5V, R = 100KΩ, V = 10V = 1(ms) 120 Bán kỳ có thời gian t = = 0,5 (ms) Giải thích nguyên lý hoạt động: Thời điểm từ đến t1, ngõ vào tồn xung dương Vv = Vm =10V >VDC Diode dẫn điện, tụ C nạp điện qua Diode D với 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(V) Do Vra = VDC - Vγ = 5(V) Thời điểm từ t1 đến t2 ngõ vào tồn xung âm, Vv = -Vm = -10V Diode D ngưng dẫn, tụ C phóng điện qua R, với thời phóng điện: τ = RC = 0,1 10 10 = 0,01(s) = 10(ms) Vậy sau 5τ tụ phóng hết, tức sau 5.10 = 50 (ms) Thời gian lớn gấp 20 lần từ t đến t (0,5 ms), v giữ mức điện áp 5V V =V -V = -10 -5 = -15v Nếu đảo cực tính nguồn VDC đỉnh ghim mức điện áp -5(V) 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mạch điện tử công nghiệp - Nguyễn Tấn Phước - NXB Tổng hợp TP HCM, 2003 [2] Điện tử công suất - Nguyễn Bính - NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [3] Kĩ thuật điện tử - Nguyễn Bính - NXB Khoa học - Xã hội, Hà Nội, 2001 [4] Electronic Technology-Nguyễn Bính - NXB Khoa học - Xã hội, Hà Nội, 2001 122 .. .Sóc Trăng ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SĨC TRĂNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SĨC TRĂNG GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Nghề: Điện công nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh Điều hịa khơng khí Trình độ: Trung... KIỆN ĐIỆN TỬ 1 Khái quát chung kỹ thuật điện tử Các ứng dụng kỹ thuật điện tử: .1 CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN .2 Vật liệu dẫn điện cách điện 2 Các hạt mang điện. .. điện, thiết bị, vi xử lý, vi điều khiển và hệ thống điện tử khác Kỹ thuật điện tử thường thiết kế phần tử điện thụ động, thường dựa trên bảng mạch in Các ứng dụng kỹ thuật điện tử: Kỹ thuật điện