Dtcn gt lkdt docx 9741

UBND TỈNH BÌNH ĐỊNH ̀ TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ QUY NHƠN GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 99/QĐ-CĐKTCNQN ngày 14 tháng năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cơng nghệ Quy Nhơn Bình Định, năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Giáo trình biên soạn giáo viên khoa Điện tử trường Cao đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn, sử dụng cho việc tham khảo giảng dạy nghề Điện tử công nghiệp trường Cao đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn Mọi hình thức chép, in ấn đưa lên mạng Internet không cho phép Hiệu trưởng trường Cao đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn vi phạm pháp luật LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp cho hệ Cao Đẳng Trung Cấp , giáo trình “Linh kiện điện tử” giáo trình mơn học đào tạo chun ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Bộ Lao động Thương binh Xã hội Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học công nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học củng cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hồn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trường Cao Đẳng kỹ thuật công nghệ Quy Nhơn, 172 An Dương Vương, TP Quy Nhơn MỤC LỤC CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Vật liệu dẫn điện 1.2 Vật liệu cách điện 1.3 Các hạt mang điện dịng điện mơi trường CHƯƠNG 2: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 11 2.1 Điện trở 11 2.2 Tụ điện 14 2.3 Cuộn cảm 16 CHƯƠNG 3: LINH KIỆN BÁN DẪN 18 3.1 Khái niệm chất bán dẫn 18 3.2 Tiếp giáp P-N 20 3.3 Diode 20 3.4 Transistor BJT 23 3.5 Transistor UJT 28 3.6 Transistor Trường 32 3.7 TRIAC 41 3.8 DIAC 44 CHƯƠNG 4: LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ 47 4.1 Điện trở quang (Phortoresistor) 47 4.2 Diode quang 49 4.3 Transistor quang (Phototransistor) 50 4.4 Các ghép quang 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Linh kiện điện tử Mã môn học: MH 09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí dạy từ đầu khóa đào tạo, bố trí dạy trước học môn học chuẩn bị sang nội dung thực hành - Tính chất: Là mơn học bổ trợ kiến thức cho học viên linh kiện điện tử Mục tiêu mơn học: - Kiến thức: + Phân tích cấu tạo, nguyên lý linh kiện điện tử thơng dụng + Nhận dạng xác ký hiệu linh kiện, đọc xác trị số chúng - Kỹ năng: + Đo, kiểm tra hư hỏng linh kiện điện tử - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện cho học viên thái độ nghiêm túc, cẩn thận, xác học tập thực công việc Nội dung môn học: Số T T Thời gian (giờ) Tên chương, mục Tổng số Lý thuyết Bài tập Kiểm tra Chương 1: Các khái niệm 12 12 0  Chương 2: Linh kiện thụ động 24 11 12 Chương 3: Linh kiện bán dẫn 36 23 12 Chương 4: Linh kiện quang điện tử 18 12 0  Tổng cộng 90 58 30 CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mã bài: MH 09 -01 Thời gian: 12 (LT: 4, TH: 0, Tự học: 8) Giới thiệu: Vật liệu dùng lĩnh vực điện tử gồm có vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu từ tính Mục tiêu: - Trình bày khái niệm, đặc tính vật dẫn điện vật cách điện - Trình bày chất dịng điện mơi trường - Phân biệt vật dẫn điện vật cách điện - Rèn luyện thái độ nghiêm túc học tập, cẩn thận, tỉ mỉ qun sát 1.1 Vật liệu dẫn điện 1.1.1 Khái niệm Vật liệu dẫn điện chất có vùng tự nằm sát với vùng đầy, chí chồng lên vùng đầy Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự lớn, nhiệt độ bình thường điện tử hóa trị vùng đầy chuyển sang vùng tự dễ dàng, tác dụng lực điện trường điện tử tham gia vào dịng điện Chính vật dẫn có tính dẫn điện tốt 1.1.2 Phân loại Vật liệu dẫn điện vật rắn, lỏng điều kiện định khí - Vật liệu thể rắn kim loại hợp kim Vật dẫn kim loại chia làm loại có điện dẫn cao loại có điện trở cao Kim loại có điện dẫn cao dùng làm dây dẫn, cáp điện, dây quấn máy điện, loại có điện trở cao dùng dụng cụ đốt nóng điện, đèn thắp sáng, biến trở - Vật liệu thể lỏng kim loại nóng chảy dung dịch điện phân 1.1.3 Đặc tính kỹ thuật vật liệu dẫn điện Khi nghiên cứu đặc tính dẫn điện vật liệu cần quan tâm đến tính chất sau: Điên dẫn suất điện trở suất Điện dẫn suất vật liệu tính theo cơng thức sau: Trị số nghịch đảo điện dẫn suất gọi điện trở suất ρ, vật dẫn có tiết diện khơng đổi S độ dài l thì: Đơn vị điện trở suất Ω.mm2/m Hệ số nhiêt điện trở suất Điện trở suất kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ, khoảng nhiệt độ hẹp quan hệ điện trở suất với nhiệt độ gần đường thẳng, giá trị điện trở suất cuối đoạn nhiệt độ ∆t tính theo cơng thức sau: ρ𝑡 = ρ0(1 + α𝑃 ∆𝑡) Trong đó: ρ𝑡 = ρ0(1 + α𝑃 ∆𝑡) ρ𝑡 : điện trở suất nhiệt độ t0 ρ0 α𝑃 : điên trở suất nhiệt độ ban đầu t0 : hệ số nhiệt điện trở suất Nhiệt dẫn suất Nhiệt dẫn suất kim loại dẫn điện có quan hệ với điện dẫn suất kim loại kim loại khác nhiệt độ bình thường với điện dẫn suất tính S/m cịn nhiệt dẫn suất tính W/độ.m Hiệu điện tiếp xúc sức nhiệt động Khi cho hai kim loại khác tiếp xúc chúng phát sinh hiệu điện Nguyên nhân sinh hiệu điện tiếp xúc cơng điện tử kim loại khác đồng thời dó số điện tử tự khác mà áp lưc điện tử kim loại khác khơng giống Hệ số nhiệt dãn nở dài vật dẫn kim loại Hệ số dãn nở nhiệt theo chiều dài vật dẫn kim loại trị số hệ số dãn nở dài theo nhiệt độ nhiệt độ nóng chảy Khi hệ số cao dễ nóng chảy nhiệt độ thấp cịn kim loại có hệ số nhỏ khó nóng chảy Tính học vật liệu Tính chất học hay cịn gọi tính khả chống lại tác dụng lực bên kim loại Tính học bao gồm tính đàn hồi, tính dẻo, tính hai, độ cứng, chịu đươc va chạm 1.1.4 Một số vật liệu dẫn điên thông dụng Sau bảng nêu số tính chất trọng lượng riêng 200C[kg/dm3], điện dẫn suất [1/Ω.1/cm], nhiệt dẫn suất [W/cm/0C], độ bền đứt kéo [kg/mm2] điện hóa so với H[V] số vật liệu đồng, nhôm, kẽm, 1.2 Vật liệu cách điện 1.2.1 Khái niệm Vật liệu khơng cho phép dịng điện qua chúng gọi là vật liệu cách điện. Chúng có khả ngăn giảm truyền điện, nhiệt âm đến thiết bị khu vực khác Cách đơn giản để xác định vật liệu cách điện cần xác định vật liệu khơng phải chất dẫn điện tốt Điện tích vật liệu cách điện khơng di chuyển tự có điện trở cao  mà dịng điện khơng thể qua Lý sử dụng vật liệu cách điện là để tách rời phận dẫn điện thiết bị với khỏi phận nối đất. Các thành phần nối đất bao gồm vỏ cấu trúc học cần thiết phép thiết bị xử lý vận hành Nhiệm vụ cách điện cho dòng điện theo đường mạch điện sơ đồ quy định 1.2.2 Phân loại Phân loại theo trạng thái vật lý: - Vật liệu cách điên thể khí: khơng khí khơ, carbon dioxide, argon, nitơ, - Vật liệu cách điện thể lỏng: Dầu hạt lanh, dầu khoáng hydrocarbon tinh chế - Vật liệu cách điện thể rắn: Mica, gỗ, đá phiến, thủy tinh, sứ, cao su, bông, lụa, tơ nhân tạo, Phân loại theo thành phần hóa học: Vật liệu cách điện hữu cơ: gồm vật liệu có nguồn gốc thiên nhiên cao su, lụa, phíp, xeluliot nhóm vật liệu nhân tạo nhứa phenol, amino, xilicon 1.2.3 Tính chất Vật liệu cách điện nên có tính chất sau: - Vật liệu phải có độ bền học cao để mang lực căng trọng lượng dây dẫn - Vật liệu có điện trở cao để ngăn dòng điện rò rỉ từ dây dẫn xuống đất - Tính chất điện tính chất hóa học vật liệu không bị ảnh hưởng nhiệt độ Vật liệu cách điện vật liệu khơng cho dịng điện chạy qua Các đặc tính kỹ thuật vật liệu cách điện: Độ bền điện mức điện áp chịu đơn vị bề dày mà không bị đánh thủng Nhiêt độ chịu được, Hằng số điện mơi, - Góc tổn hao: tg - Tỷ trọng 1.3 Các hạt mang điện dòng điện mơi trường 1.3.1 Dịng điện kim loại - Trong kim loại, nguyên tử bị electron hóa trị trở thành ion dương ion dương xếp cách tuần hoàn trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại: + Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử chuyển động hỗn loạn mạng tinh thể, gọi electron tự + Sự trật tự mạng tinh thể cản trở chuyển động electron + Electron chuyển động ngược chiều điện trường tác dụng lực điện trường - Bản chất dịng điện kim loại: + Khi khơng có điện trường ngồi kim loại khơng có dịng điện + Khi có điện trường ngồi kim loại xuất dòng điện ( Dòng điện kim loại dịng chuyển dời có hướng electron tự tác dụng điện trường ngồi) 1.3.2 Dịng điện chất điện phân  Các dung dịch muối, axit, bazơ hay muối nóng chảy gọi chất điện phân    - Hạt tải điện chất điện phân ion dương, ion âm bị phân li từ phân tử muối, axit, bazơ    - Dòng điện chất điện phân dòng ion dương ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược điện trường    - Chất điện phân khơng dẫn điện tốt kim loại mật độ ion chất điện phân nhỏ mật độ electron kim loại, khối lượng kích thước ion lớn khối lượng kích thước electron nên tốc độ chuyển động có hướng chúng nhỏ  - Hiện tượng dương cực tan xảy anion tới anôt kéo ion kim loại điện cực vào dung dịch    - Dịng điện chất điện phân khơng tải điện lượng mà tải vật chất theo Tới điện cực có electron tiếp, lượng vật chất động lại điện cực, gây tượng điện phân    - Hiện tượng điện phân áp dụng công nghệ luyện kim, hóa chất, mạ điện, … 1.3.3 Dịng điện chất khí  - Chất khí vốn khơng dẫn điện Chất khí dẫn điện có hạt tải điện (electron, ion) tác nhân ion hóa sinh Dịng điện chất khí dịng chuyển dời có hướng electron ion điện trường  - Quá trình dẫn điện khơng tự lực chất khí xảy ta phải dùng tác nhân ion hóa từ bên ngồi để tạo hạt tải điện chất khí - Khi dùng nguồn điện áp lớn để tạo phóng điện qua chất khí, ta thấy có tượng nhân hạt tải điện    - Q trình phóng điện tự lực chất khí q trình phóng điện tiếp tục giữ khơng cịn tác nhân ion hóa tác động từ bên ngồi Có cách để dịng điện tạo hạt tải điện chất khí:        + Dịng điện qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng cao, khiến phân tử khí bị ion hố        + Điện trường chất khí lớn, khiến phân tử khí bị ion hố nhiệt độ thấp        + Catơt bị dịng điện nung nóng đỏ, làm cho có khả phát electron Hiện tượng gọi tượng phát xạ nhiệt electron        + Catơt khơng nóng đỏ bị ion dương có lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi catôt trở thành hạt tải điện Cấu tạo: Sơ đồ tương đương triac Hình 3.19 Các cực MT1, MT2 G MT2 đóng vai trị anốt, MT1 đóng vai trò ca tốt VMT2> VG > VMT1 MT1 đóng vai trị anốt, MT2 đóng vai trị catốt VMT2< VG < VMT1 Hình 3.35 Cấu tạo, sơ đồ tương đương Triac Thực chất Triac chế tạo ghép song song SCR với sau: Ký hiệu: Hình 3.36 Ký hiệu Triac Nguyên lý hoạt động - Khi khơng có tín hiệu vào cực G, TRIAC ln ngắt ln có diode phân cực ngược: + Nếu VMT2 > VMT1 , chuyển tiếp N2P1 đảm bảo trạng thái ngắt + Nếu VMT2 < VMT1 , chuyển tiếp N2P2 đảm bảo trạng thái ngắt 43 Hình 3.37 Đặc tuyến Vơn-Ampe TRIAC TRIAC dẫn điện áp MT1 MT2 vượt giá trị ngưỡng VB0 Cũng giống SCR, giá trị ngưỡng VB0 điều khiển dỏng cực G Sự dẫn theo hướng: MT1 dương MT2 P2N2P1N1 tạo đường dẫn, cịn MT2 dương MT1 dòng chảy qua P1N1 P2N2 TRIAC dẫn có điện áp phân cực dịng điều khiển có chiều hình 3.7.2 Đo kiểm tra TRIAC 3.7.2.1 Lý thuyết liên quan Trong trình sử dụng, TRIAC bị hư hỏng nhiều nguyên nhân khác Để kiểm tra TRIAC, trước hết ta dung mắt thường quan sát xem TRIAC có bị biến dạng như: nứt, bể, cháy sét hay không Nếu bị biến dạng khả hư hỏng cao Tuy nhiên, có trường hợp, khơng bị biến dạng TRIAC hư hỏng Để kiểm tra TRIAC ta dung đồng hồ VOM dựa vào câu tạo TRIAC để kiểm tra 3.7.2.2 Trình tự thực 44 Bước 1: Hiệu chỉnh đặt đồng hồ VOM ở thang thang điện trở đủ lớn Nếu dòng yếu ko đủ kích cho chân G Bước 2: Đặt que nguồn âm vào A1 (B1, MT1…) que nguồn dương vào A2 (B2, MT2 ) đo VOM không nhảy kim Vẫn giữ nguyên que đo kích điện áp cho chân G từ que đỏ (nghiêng que đo dụng cụ khác) đó trên hình VOM kim dịch kim bỏ kích cho chân G, VOM kim giữ ngun => Triac cịn tốt Nếu bỏ kích chân G mà VOM kim vơ cùng => Triac hỏng Có trường hợp ban đầu chỉ đưa vào hai que đo vào A1, A2 kim dịch => Triac hỏng Bước : Thao tác đổi que đo ngược lại bước Nếu giống thì Triac tốt Nếu có có khác Triac hỏng 3.7.2.3 Thực hành Người học thực hành đo kiểm tra TRIAC VOM vị trí thực hành 3.8 DIAC Cấu tạo: Diac tương tự Triac khơng có cực khống chế G, gồm cực MT1 MT2 hoàn toàn đối xứng Khi lắp vào mạch AC, ta không cần phân biệt thứ tự Thực tế sử dụng Diac, ta nhớ quan tâm hai thơng số: dịng tải áp giới hạn Thực tế áp giới hạn Diac khoảng 30V - 40V (cụ thể ta tra cứu sổ tay linh kiện để biết xác) Hình 3.38 Cấu tạo, sơ đồ tương đương DIAC DIAC (Diode Alternative Current) có cấu tạo gồm lớp PNPN, hai cực A1 A2, cho dòng chảy qua theo hai chiều tác động điện áp đặt hai cực A1 A2 DIAC gọi công tắc bán dẫn xoay chiều hai cực (Diode AC Semiconductor Switch) Cấu tạo DIAC tương đương bốn BJT mắc hình 45 Kí hiệu Hình 3.39 Ký hiệu DIAC Nguyên lý hoạt động Khi A1 có điện dương J1 J3 phân cực thuận J2 phân cực ngược VCC có giá trị nhỏ DIAC trạng thái ngưng dẫn (khóa) Nếu tăng VCC đủ lớn để VD =VBO DIAC chuyển sang trạng thái mở, dịng qua DIAC tăng nhanh, có đặc tuyến hình Khi A1 có điện âm tượng tương tự xuất dịng điện có chiều ngược lại, đặc tuyến sau: Hình 3.40 Đặc tuyến Vơn – Ampe DIAC (Break over): điện ngập, dòng điện qua DIAC điểm VBO dòng điện VBO ngập IBO Điện áp VBO có trị số khoảng từ 20V đến 40V Dịng tương ứng IBO có trị khoảng từ vài chục microampe đến vài trăm microampe Ta thường dùng DIAC mạch tạo xung kích cổng TRIAC Mạch mơ tả ngun lý hoạt động Diac hình sau: 46 Ta thấy U đạt đến giá trị UBO - UBO dịng I tăng vọt với giá trị |UBo| xác lập, tức ngưỡng ổn áp Giống đặc tuyến làm việc Diốt zene ổn áp dương ổn áp âm Vì vậy, ta ghép đối tiếp (nối tiếp đối đầu ) Diode Zene để thay Diac cần thiết: Thay Diac nối tiếp đối đầu hai Diode Zener Một số lưu ý sử dụng Diac: - Diac khơng phân biệt vai trị chân - Diac cho phép dẫn dịng tối đa qua khoảng 2A ( chủ yếu dùng để dẫn tín hiệu điều khiển) - Ở ngồi thực tế diac có nhiều màu sắc khác đen , đỏ, xanh da trời, nhiên việt nam diac màu xanh da trời phổ biến - Diac sử dụng độc lập mạch điện, thường phải kết hợp với transistor, Thyristor triac để tạo mạch điện tử mong muốn Câu hỏi ôn tập Câu Trình bày cấu tao, ký hiệu, cách đo kiểm tra Diode Câu Trình bày cấu tao, ký hiệu, cách đo kiểm tra Transistor Câu Trình bày cấu tao, ký hiệu, cách đo kiểm tra FET Câu Trình bày cấu tao, ký hiệu, cách đo kiểm tra SCR Câu Trình bày cấu tao, ký hiệu, cách đo kiểm tra Triac 47 CHƯƠNG 4: LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ Mã bài: MH 09 – 04 Thời gian: 18 (LT: 04, TH: 04, Tự học: 10) Giới thiệu: Linh kiện quang điện tử linh kiện cảm biến có đặc tính đổi dạng lượng ánh sáng thành dòng điện hay ngược lại đổi dịng điện thành ánh sáng Những linh kiện có đặc tính đổi từ ánh sáng thành dịng điện như: quang trở, quang diode, quang transistor, tế bào quang điện, quang SCR, quang triac,… ; linh kiện có đặc tính đổi dịng điện thành ánh sáng diode phát quang ( Led ), Led hồng ngoại Mục tiêu: - Phân biệt linh kiện quang điện tử theo đặc tính linh kiện - Sử dụng bảng tra để xác định đặc tính kỹ thuật linh kiện theo nội dung học - Phân biệt loại linh kiện quang máy đo VOM/ DVOM theo đặc tính linh kiện - Có ý thức chủ động, sáng tạo học tập 4.1 Điện trở quang (Phortoresistor) 4.1.1 Cấu tạo, ký hiệu, đặc tính Quang trở gọi điện trở tùy thuộc ánh sáng LDR (viết tắt Light Dependen Resiztor ) có trị số thay đổi theo độ sáng chiếu vào quang trở Khi bị che tối quang trở có điện trở lớn, chiếu sáng điện trở giảm nhỏ Quang trở thường chế tạo từ chất sunfua cadminan nên lấy kí hiệu CDS, Selenid Cadmium (CdSe) sunfit chì (Pbs)…trong loại quang trở Cds có độ nhạy phổ gần mắt người nên thông dụng Chất silicium nhạy tia hồng ngoại, chất germanium nhạy ánh sáng thấy tia tử ngoại Quang trở chế tạo bán dẫn cách điện nối hai đầu kim loại đặt vỏ nhựa, mặt có lớp thủy tinh suốt để nhận ánh sáng bên ngồi tác động vào Hình 4.1 Ký hiệu hình dạng điện trở Quang Đặc tính điện trở quang 48 Quang trở trở có trị số điện trở thay đổi khơng tuyến tính theo độ sáng chiếu vào Độ chiếu sáng mạnh điện trở có trị số nhỏ ngược lại Điện trở bị che tối khoảng vài trăm KΩ đến vài MΩ Điện trở bị chiếu sáng khoảng vài trăm Ω đến vài KΩ Quang trở có hai loại: loại sử dụng ánh sáng thường loại sử dụng ánh sáng hồng ngoại Hình 4.2 Đặc tính điện trở quang 4.1.2 Lắp ráp mạch ứng dụng điện trở quang 4.1.2.1 Lý thuyết liên quan Quang trở sử dụng nhiều mạch điện tử, mạch tự động điều khiển ánh sáng, đóng mở, đèn mờ, cảnh báo lửa - Mạch tự động sáng trời tối Hình 4.3 Mạch tự động sáng trời tối Khi trời sáng cds có trị số điện trở nhỏ nên transistor khơng dẫn đèn led tắt Trời tối cds có trị số điện trở lớn nên transistor dẫn đèn led sáng Hình 4.3 Mạch tự động sáng trời tối - Mạch điều khiển qua tải dùng triac Hình 4.4 Mạch điều khiển dòng điện qua tải dùng triac, Diac kết hợp với quang trở để tác động theo ánh sáng Khi cds bị che tối có trị số điện trở lớn làm điện áp tụ C tăng cao đến mức (khoảng 32V) đủ để Diac dẫn điện Triac kích dẫn điện cho dịng điện qua tải Tải loại đèn chiếu sáng lối hay chiếu sáng bảo vệ, trời tối đèn tự động sáng Khi trời sáng CDS có trị số nhỏ làm điện áp tụ nhỏ không đủ để dẫn diac 49 Hình 4.4 Mạch điều khiển qua tải dùng triac 4.1.2.2 Trình tự thực Bước 1: Nhận kiểm tra tình trạng kỹ linh kiện; Bước 2: Lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý hình 4.3, hình 4.4; Bước 3: Cấp nguồn vận hành mạch 4.1.2.3 Thực hành Các nhóm thực lắp ráp mạch ứng dụng điện trở quang vị trí thực hành 4.2 Diode quang 4.2.1 Cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý làm việc Có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn PN diode thường, chất bán dẫn dùng loại có hiệu ứng quang điện cao Tiếp giáp PN đặt vỏ cách điện có mặt nhựa hay thuỷ tinh suốt để nhận ánh sáng chiếu vào, có loại dùng thấu kính hội tụ để tập trung ánh sáng Hình 4.5 Ký hiệu hình dạng diode quang 4.2.2 Nguyên lý làm việc Đối với diode thường phân cực thuận dòng điện thuận qua diode lớn Khi phân cực ngược dịng điện ngược nhỏ qua diode Đối với diode quang: - Khi phân cực thuận hai trường hợp diode chiếu sáng hay che tối dòng điện thuận qua diode không thay đổi - Khi phân cực ngược diode chiếu sáng dịng điện ngược tăng lớn nhiều lần bị che tối Dòng điện qua diode bị phân cực ngược biến đổi cách tuyến tính với cường độ sáng ( lux) chiếu vào diode - Trị số điện trở diode quang trường hợp chiếu sáng bị che tối 50 - Khi bị che tối: Rngược = ∞ Ω, Rthuận = lớn - Khi chiếu sáng Rngược = 10 KΩ => 100 KΩ, Rthuận = vài trăm Ω Hình 4.6 Đặc tính diode quang 4.2.2 Lắp ráp mạch ứng dụng diode quang 4.2.2.1 Lý thuyết liên quan Diode quang sử dụng rộng rãi hệ thống tự động điều khiển theo ánh sáng, báo động cháy, điều khiển từ xa (Remote control )… Hình 4.7 Mạch điều khiển từ xa dùng diode quang Khi diode quang bị che tối, transistor không phân cực nên ngưng dẫn, OPAMP có điện ápV-i > V+i nên Vra = 0V Led không sáng Khi diode quang chiếu sáng transistor phân cực thuận nên dẫn điện, OP-AMP có điện áp Vi+> V-i nên Vra = VCC đèn Led sáng 4.2.2.2 Trình tự thực Bước 1 : Nhận kiểm tra tình trạng kỹ thuật linh kiện ; Bước 2 : Lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý ; Bước 3 : Cấp nguồn vận hành mạch 4.3.2.3 Thực hành Các nhóm thực lắp ráp mạch ứng dụng diode quang vị trí thực hành 4.3 Transistor quang (Phototransistor) 4.3.1 Cấu tạo, ký hiệu 51 Cấu tạo : transistor quang coi gồm có quang diode transistor Trong quang diode làm nhiệm vụ cảm biến quang điện transistor làm nhiệm vụ khuếch đại Hình 4.8 Cấu tạo Transistor quang Ký hiệu : Hình 4.9 Ký hiệu Transistor quang Độ khuếch đại photo transistor từ 100 dến 1000 lần độ khuếch đại khơng tuyến tính theo cường độ ánh sáng chiếu vào mối nối Tần số làm việc photo transistor khoảng vài trăm KHz, tần số làm việc photo diode khoảng vài MHz Độ nhạy photo transistor gấp vài trăm lần so với photo diode Nguyên lý hoạt động: Khi cực để hở, nối nền-phát phân cực thuậnchút dịng điện rỉ điện VBE lúc khoảng vài chục mV transistor Si) nối thu-nền phân cực nghịchnên transistor vùng tác động.Vì nối thu-nền phân cực nghịch nên có dịng rỉ Icochạy cực thu cực nền.Vì cực bỏ trống, nối nền-phát phân cực thuận chút nên dịng điện cực thu Ico(1+β) Đây dòng tối quang transistor 52 Hình 4.10 Đặc tuyến Von- Ampe Transistor quang Khi có ánh sáng chiếu vào mối nối thu xuất cặp điện tử lỗ trống quang diod làm phát sinh dòng điện Iλdo ánh sáng nên dòng điện thu trở thành: IC=(β+1)(Ico+Iλ)Như vậy, quang transistor, dòng tối lẫn dòng chiếu sáng nhân lên(β+1) lần so với quang diod nên dễ dàng sử dụng 4.3.2 Lắp ráp mạch ứng dụng diode quang 4.3.2.1 Lý thuyết liên quan Trường hợp bỏ hở cực B mạch làm việc theo nguyên lý transistor quang, bỏ hở cực E mạch làm việc theo nguyên lý quang diode Hình 4.11a Dùng transistor quang để ghép darlington với transisitor công suất để điều khiển rơle RY Khi chiếu sáng quang transistor dẫn làm transistor công suất dẫn cấp điện cho rơle Hình 4.11b Lấy điện VC quang transistor để phân cực cho cực B transistor công suất Khi quang transistor chiếu sáng dẫn điện làm VC giảm, cực B transistor công suất không phân cực nên ngưng dẫn rơle RY khơng cấp điện Hình 4.11c Dùng transistor cơng suất loại PNP Khi quang transistor chiếu sáng dẫn điện tạo sụt áp điện trở R để phân cực cho B cực transistor công suất loại PNP dẫn điện cấp điện cho rơle 53 Hình 4.11 Các mạch ứng dụng quang transistor Đồng hồ ánh sáng ( quang kế ): Trong nhiếp ảnh phịng thí nghiệm cần quang kế ta lắp mạch đơn giản hình 20-2d Ở dùng quang transitor loại Darlington Biến trở 5KΩ để chỉnh điểm chuẩn cho quang kế Hình 4.12 Quang kế 4.3.2.2 Trình tư thực Lắp ráp mạch ứng dụng hình 4.11a Bước 1: Nhận kiểm tra tình trạng kỹ thuật linh kiện; Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ nguyên lý; Bước 3: Cấp nguồn vận hành mạch 4.3.2.3 Thực hành Các nhóm tiến hành lắp ráp mạch hình 4.11a vị trí thực hành 4.4 Các ghép quang 4.4.1 Bộ ghép quang transistor ( OPTO – Transistor ) Thứ cấp ghép quang photo transistor loại silic Đối với ghép quang transistor có chân transistor khơng có cực B, trường hợp ghép quang transistor có chân cực B nối ngồi hình 4.11 b 54 Hình 4.13 Bộ ghép quang transistor Bộ ghép quang khơng có cực B có lợi điểm hệ số truyền đạt lớn, nhiên loại có nhược điểm độ ổn định nhiệt Nếu nối cực B E điện trở ghép quang transistor ghép quang ổn định với nhiệt độ hệ số truyền đạt lại bị giảm sút 4.4.2 Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor có nguyên lý ghép quang với quang Transistor với hệ số truyền đạt lớn vài trăm lần nhờ tính chất khuếch đại dịng mạch darlington Bộ ghép quang có nhược điểm bị ảnh hưởng nhiệt độ lớn nên thường chế tạo có điện trở nối chân B E Transisitor sau để ổn định nhiệt Hình 4.14 Quang Dalinton Transistor Thí dụ vài thơng số đặc trưng ghép quang transisitor Loại quang transistor 4N35: IF = 10 mA + hệ số truyền đạt dòng điện 100% - BUCEo =30V Loại quang Darlington Transistor ILD 32 có: IF = 10 mA - hệ số truyền đạt dòng điện 500% - BUCEo =30V 4.4.3 Bộ ghép quang với quang Thyristor (OPTO- Thyristor) Bộ ghép quang Thyristor có cấu tạo bán dẫn hình 4.13 gồm có quang doide transistor ghép theo nguyên lý SCR Khi có ánh sáng hồng ngoại Led sơ cấp chiếu vào quang diode có dòng IB cấp cho Transistor NPN Transistor NPN dẫn điều khiển Transistor PNP dẫn điện Như quang thyristor dẫn trì trạng thái dẫn mà khơng cần kích liên tục sơ cấp 55 Hình 4.13: Ký hiệu cấu trúc bán dẫn tương đương opto thyristor Để tăng khả chống nhiễu người ta nối chân G K điện trở từ vài KΩ đến vài chục KΩ 4.4.4 Bộ ghép quang với quang Triac ( OPTO – Triac ): OPTO – Triac có cấu trúc bán dẫn tương đương hình 4.15 Hình 4.15: Bộ ghép quang với quang TRiac (OPTO – Triac) Bài tập : Câu 1 : Trình bày cấu tạo, ký hiệu đặc tính điện trở quang Câu 2 : Trình bày cấu tạo, ký hiệu thông số diode quang Câu 3 : Trình bày cấu tạo, ký hiệu thơng số transistor quang Câu 4 : Trình bày ghép quang 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Đình Duy, Lê Văn La, Cao Văn Hưng, 2014, Tài liệu hướng dẫn thực hành Điện – Điện tử bản, NXB Đại học quốc gia; [2] Trần Thu Hà, 2013, Giáo trình điện tử bản, NXB Đại học quốc gia; [3] Lê Mạnh, 2014, Giáo trình linh kiện điện tử vi mạch điện tử, NXB Đại học quốc gia; [4] Trần Thanh Trang, 2017, Linh kiện điện tử, NXB Đại Học Quốc Gia; [5] Khoa Điện tử, 2014, Giáo trình Linh kiện điện tử - lưu hành nội bộ; 57