thức cơ bản về linh kiện điện tử và các mạch điện tử cơ bản được sử dụng trên ô tô- xe máy, làm cơ sở cho người học nghiên cứu những mô đun khác trong chương trình đào tạo nghề “Cơng nghệ ơ tơ”
Giáo trình được chia làm 3 chương, trong đó:
Chương 1 Các kiến thức về cơ sở lý thuyết và các khái niệm về linh kiện thụ
động, linh kiện bán dẫn, những ứng dụng cơ bản của chúng
Chương 2 Các kiến thức về các mạch điện tử cơ bản như mạch chỉnh lưu,
mạch định thiên và mạch khuếch đại
Chương 3 Các kiến thức về các mạch điện tử trong ô tô như các mạch định
thiên, các mạch tạo điện áp đánh lửa trên ô tô, mạch tiết chế
Trong q trình biên soạn, chúng tơi đã có nhiều cố gắng nhằm biên soạn ngắn gọn, cụ thể, trực quan cho phù hợp với đối tượng học nghề Tuy nhiên do kinh nghiệm còn chưa nhiều nên chắc chắn không thể tránh những thiếu sót Chúng tơi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ độc giả và các bạn đồng nghiệp để chúng tơi tiếp tục hồn thiện giáo trình nhằm phục vụ bạn đọc tốt hơn
Mọi sự góp ý xin được gửi về:Khoa Kỹ Thuật Điện – Trường Cao đẳng
nghề Cơ điện- Xây dựng & Nông lâm Trung Bộ ĐT: 0563852418
Email: khoaktd@gmail.com
Tham gia biên soạn
1 Chủ biên: KS Lê Kim Ngọc 2 Ths Vũ Xuân Phong
Trang 2NỘI DUNG Trang
Lời giới thiệu 5
Mục lục 6
Giới thiệu về môn học 8
Chương 1: Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử 9
1 Sử dụng dụng cụ cầm tay và máy đo VOM 9
1.1 Công dụng và phương pháp sử dụng các dụng cụ cầm tay nghề điện tử 9
1.2 Công dụng và phương pháp sử dụng máy đo VOM 14
1.3 Sử dụng các dụng cụ cầm tay nghề điện tử và máy đo VOM 14
2 Vật liệu linh kiện thụ động 20
2.1 Công dụng và đặc điểm kỹ thuật của các loại vật liệu, linh kiện điện -
điện tử thường dùng trong hệ thống mạch điện ô tô
20
2.2 Linh kiện thụ động 29
2.3 Đọc mã ký tự để xác định trị số của các linh kiện thụ động 33
2.4 Xác định chất lượng linh kiện bằng VOM 34
3 Đi ốt bán dẫn 37
3.1 Cấu tạo, ký hiệu quy ước và nguyên lý hoạt động của đi ốt 37
3.2 Cách xác định cực tính và chất lượng đi ốt 45
3.3 Xác định cực tính và chất lượng của đi ốt có cực điều khiển (SCR) 46
4 Transistor bán dẫn 47
4.1 Cấu tạo, ký hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động của transitor lưỡng cực 47
4.2 Các kiểu mạch định thiên cơ bản của transitor lưỡng cực 50
4.3 Xác định chủng loại, cực tính, chất lượng và cân chỉnh chế độ làm việc của transitor lưỡng cực
54
Chương 2: Các mạch điện tử cơ bản 59
1 Mạch chỉnh lưu 59
Trang 31.4 Mạch chỉnh lưu bội áp 66
2 Transistor trường 67
2.1 Cấu tạo, ký hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động của transitor trường 67
2.2 Các kiểu mạch định thiên cơ bản của transitor trường 71
2.3 Xác định được chủng loại, cực tính, chất lượng và cân chỉnh chế độ của transitor trường
74
3 Mạch khuyếch đại 78
3.1 Công dụng, cấu tạo mạch điện và nguyên lý hoạt động của các kiểu mạch khuếch đại cơ bản
78
3.2 Kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa những hư hỏng thông thường trong các mạch khuếch đại cơ bản
81
3.3 Mạch khuếch đại ghép trực tiếp 82
Chương 3: Các mạch điện tử trong ô tô 84
1 Mạch tiết chế điện tử 84
1.1 Công dụng, sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của mạch tiết chế điện tử trong ô tô
84
1.2 Hình dạng, đặc điểm của tín hiệu tại ngõ vào và ra các khối trong mạch tiết chế điện tử
90
1.3 Phương pháp kiểm tra và thay thế các khối hư hỏng ở mạch tiết chế điện tử
92
2 Mạch tạo điện áp đánh lửa 96
2.1 Công dụng, sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của mạch tạo điện áp đánh lửa trong ô tô
96
2.2 Hình dạng, đặc điểm của tín hiệu tại ngõ vào và ra các khối trong mạch tạo điện áp đánh lửa
108
Trang 4- Vị trí của môn học: Môn học được bố trí sau khi học sinh học xong các môn học, mô-đun sau: Giáo dục thể chất, giáo dục quốc phòng, cơ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, vẽ kỹ thuật, ngoại ngữ, TH nguội cơ bản, TH Hàn cơ bản, kỹ thuật chung về ô tô
- Tính chất của môn học: là môn cơ sở nghề bắt buộc
- Ý nghĩa, vai trị mơn học: mơn học tạo kiến thức nền tảng để học viên có thể nhanh chóng tiếp cận với các môn học/modun nghề chuyên môn
Mục tiêu của môn học:
Học xong môn học này học viên có khả năng:
+ Trình bày được các khái niệm, cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý làm việc của các linh kiện điện tử và các mạch điện tử cơ bản sử dụng trên ô tô
+ Nhận dạng và đọc đúng trị số các linh kiện điện tử thụ động và tích cực + Sử dụng được sổ tay tra cứu linh kiện điện tử
+ Xác định chính xác chất lượng các linh kiện thụ động, linh kiện tích cực + Lắp ráp và sửa chữa được các mạch điện tử cơ bản thường được sử dụng
trong các thiết bị ô tô
Trang 5Mục tiêu: Học xong chương này người học có khả năng:
- Trình bày đúng cơng dụng của các dụng cụ cầm tay nghề điện tử và máy đo VOM
- Sử dụng được các dụng cụ cầm tay nghề điện tử và máy đo VOM
- Phát biểu đúng chức năng các loại vật liệu điện, điện tử thường dùng trong ơ tơ
- Trình bày chính xác về cấu tạo, ký hiệu quy ước, quy luật mã màu, mã ký tự biểu diễn trị số của R, C, L
- Nhận dạng được các loại linh kiện bán dẫn thơng dụng
Nội dung chính:
1 Sử dụng dụng cụ cầm tay và máy đo VOM
1.1 Công dụng và phương pháp sử dụng các dụng cụ cầm tay nghề điện tử
a Công dụng và phương pháp sử dụng mỏ hàn thiếc
* Cấu tạo mỏ hàn thường
Hình 1.1 : Cấu tạo bên ngồi mỏ hàn thường
Phần chính của mỏ hàn thường là bộ phận gia nhiệt Trên một ống sứ hình trụ rỗng, mặt ngoài tạo rãnh theo đường xoắn ốc, trên rãnh người ta đặt dây điện trở nhiệt, giữa ruột của ống sứ là mỏ hàn bằng đồng đỏ
Đầu dây ra của điện trở nhiệt được bao phủ bởi các vòng (khoen) sứ nhỏ chịu nhiệt và cách điện tốt, xuyên qua cần hàn rồi đấu vào dây dẫn điện để dẫn điện vào mỏ hàn
Dây dẫn Cần hàn
Bộ phận gia nhiệt
Trang 6Hình 1.2: Cấu tạo bên trong mỏ hàn thường
Khi mỏ hàn được cấp nguồn sẽ xuất hiện dòng điện chạy qua cuộn dây điện trở nhiệt (1) cuốn trên ống sứ (3), làm cho cuộn dây (4) nóng dần lên sinh ra nhiệt Nhiệt lượng này truyền qua ống sứ cách điện sang đầu mỏ hàn (5) (đầu mỏ hàn nằm trong ống sứ và cuộn dây) Đầu mỏ hàn được làm bằng đồng đỏ nên hấp thụ nhiệt Nhiệt lượng do mỏ hàn toả ra nóng hơn nhiệt độ nóng chảy của thiếc nên khi ta đưa đầu mỏ hàn vào thiếc sẽ làm cho thiếc bị nóng chảy Vậy mỏ hàn đã sinh nhiệt
* Cấu tạo mỏ hàn xung
- Mỏ hàn xung thường được sử dụng ở mạng điện lưới 110V hay 220V, mỏ hàn xung được chế tạo gồm nhiều loại công suất khác nhau : 45W, 60W, 75W và 100W, tuỳ theo đối tượng hàn mà ta chọn loại mỏ hàn xung nào cho phù hợp
Hình 1.3: Hình dạng bên ngồi mỏ hàn xung
Trang 7
Hình 1.4: Cấu tạo bên trong mỏ hàn xung
Khi sử dụng mỏ hàn xung để hàn thì dùng ngón tay ấn vào cơng tắc để nối dòng điện vào cấp cho mỏ hàn, khi hàn xong thì trả lại trạng thái bình thường, dịng điện sẽ bị ngắt
* Nguyên lý sinh nhiệt
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý sinh nhiệt mỏ hàn xung
Khi cấp nguồn cho mỏ hàn, trong cuộn dây sơ cấp W1 của biến áp (2) có
dòng điện chạy qua làm xuất hiện từ trường biến thiên Từ trường biến đởi này sẽ
móc vịng sang cuộn thứ cấp W2 của biến áp (2) Lúc này trên cuộn W2 xuất hiện
sức điện động cảm ứng từ cuộn sơ cấp W1 Khi đầu mỏ hàn (1) nối chập hai đầu
cuộn W2 làm xuất hiện dòng điện chạy qua mỏ hàn Hơn nữa, khi chế tạo người ta
đã tính toán và sử dụng cuộn dây W2 có đường kính to, ngược lại đầu mỏ hàn có
đường kính nhỏ hơn nhiều lần do đó dòng điện rất lớn chạy từ cuộn W2 qua đầu
Trang 8- Nhược điểm
Kết cấu phức tạp, giá thành cao hơn so với mỏ hàn thường
* Những điểm cần lưu ý khi hàn nối
Mỏ hàn thuộc loại gia nhiệt do vậy:
- Nên kiểm tra thường xuyên tình trạng cách điện ở mỏ hàn Nếu mỏ hàn bị điện chạm vỏ sẽ gây nguy hiểm, mất an toàn
- Khi sử dụng mỏ hàn thường, tuyệt đối tránh va chạm mạnh có thể làm vỡ sứ, hỏng cách điện, hoặc đứt dây điện trở nhiệ, làm mỏ hàn bị hỏng
- Đối với mỏ hàn xung không được ấn công tắc liên tục quá lâu, biến áp sẽ bị quá nhiệt, cháy biến áp làm hỏng mỏ hàn
Sau mỗi lần hàn nên phủ kín đầu mỏ hàn bằng một lớp thiếc mỏng để hạn chế gỉ sét ở đầu mỏ hàn
* Kỹ thuật hàn nối linh kiện
Một mối hàn đạt tiêu chuẩn kỹ thuật nếu nó tiếp xúc tốt về điện, bền chắc về cơ, nhỏ gọn về kích thước và trịn láng về hình thức
- Quy trình hàn nối
Bước 1: Xử lý sạch tại hai điểm cần hàn
Dùng dao hoặc giấy ráp cạo sạch lớp ôxit trên bề mặt tại hai điểm cần hàn Ngồi ra cịn có thể dùng axit hàn để nhanh chóng tẩy sạch lớp ơxit này
Bước 2: Tráng thiếc
Dùng mỏ hàn gia nhiệt tại điểm vừa xử lý (ở bước 1) rồi tráng phủ một lớp thiếc mỏng
Chú ý
Nếu bước 1 làm chưa tốt (chưa tẩy sạch được lớp ơxit trên bề mặt) thì tráng thiếc sẽ không dính
Bước 3: Hàn nối
Đặt hai điểm cần hàn tiếp xúc với nhau, ấn đầu mỏ hàn sát vào cả hai vật cần hàn để gia nhiệt, rồi đưa thiếc hàn vào điểm cần hàn thiếc hàn nóng chảy và bao phủ kín điểm hàn sau đó nhấc mỏ hàn và dây thiếc hàn ra hai hướng khác nhau
Trang 9vào nhựa thông rồi ấn sát vào mối hàn cần sửa cho đến khi thiếc đã hàn nóng chảy lỏng hồn toàn ta nhấc mỏ hàn ra
- Khi hàn các linh kiện bán dẫn như điốt, tranzitor, nên dùng kẹp kim loại kẹp vào chân linh kiện để tản nhiệt, tránh làm hỏng linh kiện Tỳ từng điều kiện, từng vị trí điểm hàn nên cách thân linh kiện ít nhất 1cm và sử dụng mỏ hàn có cơng suất nhỏ
- Trong quá trình hàn, việc định vị các chân linh kiện sao cho chắc chắn là rất quan trọng thông thường, với những linh kiện điện tử có từ hai chân trở lên, ban đầu ta không nhất thiết phải hàn ngay được bất cứ một chân nào trước mà nên gá sơ bộ một chân nào đó trước để định vị sau đó, hàn các chân khác cho được, cuối cùng hàn lại chân đã gá ban đầu
- Không được để mỏ hàn tiếp xúc quá lâu vào điểm hàn và chân linh kiện vì nếu để quá lâu dễ làm bong mạch in và hỏng linh kiện
- Trong khi thao tác hàn tuyệt đối không được vảy mỏ hàn làm thiếc bắn ra gây nguy hiểm cho người và thiết bị
b Công dụng và phương pháp sử dụng dụng cụ hút thiếc
* Hút thiếc bằng dây nhiều sợi:
+ Dùng mỏ hàn nóng đặt lên chùm dây hút thiếc để nhiệt độ của chùm dây nóng tương đương với mỏ hàn
+ Đưa chùm dây hút thiếc kèm theo mũi mỏ hàn ào nhựa thông để nhựa thông thấm sâu vao chùm dây hút thiếc
+ Sau đó đưa chùm dây hút thiếc có nhựa thơng và mỏ hàn nóng đặt trên chùm dây hút thiếc và đặt vào chân linh kiện cần hút thiếc thì thiếc trên chân linh kiện sẽ ngấm qua chùm dây hút thiếc Nếu cần ta rê chùm dây hút thiếc và mỏ hàn nóng đi qua đi lại quanh chân linh kiện cần hút thiếc thì thiếc cần hút sẽ bị hút hết
Sau khi hút thiếc xong thì ta dùng mỏ hàn nóng lay tách nhẹ chân linh kiện ra khỏi mạch in
Sau khi làm xong tất cả các chân linh kiện như vậy thì ta phải nhẹ nhàng nhấc linh kiện ra khỏi mạch in
Trang 10cạnh chân linh kiện đồng thời án nút lẩy bơm thì lập tức pittơng của bơm hút thiếc sẽ chạy về mức tối đa nhờ lực của lò xo và tạo ra đầu mũi bơm hút thiếc một sự chênh lệch về áp suất buộc thiếc nóng chảy ở chân linh kiện phải theo mũi bơm đi vào trong bơm Kết quả chân linh kiện hết thiếc
* Sử dụng và bảo quản:
+ Sử dụng đúng chức năng
+ Bảo quản nơi khô ráo, tránh tác động cơ học, hóa chất, mơi trường…
1.2 Công dụng và phương pháp sử dụng máy đo VOM
Đồng hồ vạn năng (VOM) là thiết bị đo không thể thiếu được với bất kỳ một kỹ thuật viên điện tử nào, đồng hồ vạn năng có 4 chức năng chính là Đo điện trở, đo điện áp DC, đo điện áp AC và đo dòng điện
Ưu điểm của đồng hồ là đo nhanh, kiểm tra được nhiều loại linh kiện, thấy
được sự phóng nạp của tụ điện, tuy nhiên đồng hồ này có hạn chế về độ chính xác và có trở kháng thấp khoảng 20k do vây khi đo vào các mạch cho dòng thấp chúng bị sụt áp
1.3 Sử dụng các dụng cụ cầm tay nghề điện tử và máy đo VOM
a Hàn nối linh kiện điện - điện tử bằng mỏ hàn thiếc
Để mối hàn đạt chất lượng tốt ta phải thực hiện như sau: - Phải làm sạch chỗ cần hàn bằng những cách sau: + Cạo sạch điểm cần hàn ; + Có thể làm sạch bằng axit lỗng ; + Dùng nhựa thơng - Mỏ hàn phải đủ nóng - Mối hàn phải trịn, đẹp chắc và bóng
- Nhựa thơng để tẩy rửa phải không được cháy
b Sử dụng VOM đo điện áp, dòng điện, điện trở
* Sử dụng VOM đo điện áp xoay chiều:
Trang 11Hình 1.6: Sử dụng đồng hồ vạn năng đo áp AC
* Chú ý :
Tuyết đối không để thang đo điện trở hay thang đo dòng điện khi đo vào điện áp xoay chiều => Nếu nhầm đồng hồ sẽ bị hỏng ngay lập tức
Trang 12
Hình 1.9: Để thang DC đo áp AC đồng hồ không lên kim (đồng hồ không hỏng)
* Sử dụng VOM đo điện áp một chiều:
Khi đo điện áp một chiều DC, ta nhớ chuyển thang đo về thang DC, khi đo ta đặt que đỏ vào cực dương (+) nguồn, que đen vào cực âm (-) nguồn, để thang đo cao hơn điện áp cần đo một nấc Ví dụ nếu đo áp DC 110V ta để thang DC 250V, trường hợp để thang đo thấp hơn điện áp cần đo => kim báo kịch kim, trường hợp
Trang 13
Hình 1.11: Để sai thang đo khi đo điện áp một chiều (báo sai giá trị)
- Nếu ta để sai thang đo, đo áp một chiều nhưng ta để đồng hồ thang xoay chiều thì đồng hồ sẽ báo sai, thơng thường giá trị báo sai cao gấp 2 lần giá trị thực của điện áp DC, tuy nhiên đồng hồ cũng không bị hỏng
- Trường hợp để nhầm thang đo
Trang 14Cách 1 : Dùng thang đo dòng
Để đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng, ta đo đồng hồ nối tiếp với tải tiêu thụ và chú ý là chỉ đo được dòng điện nhỏ hơn giá trị của thang đo cho phép, ta thực hiện theo các bước sau :
Bươc 1 : Đặt đồng hồ vào thang đo dòng cao nhất
Bước 2: Đặt que đồng hồ nối tiếp với tải, que đỏ về chiều dương, que đen về chiều âm
• Nếu kim lên thấp quá thì giảm thang đo
• Nếu kim lên kịch kim thì tăng thang đo, nếu thang đo đã để thang cao nhất
thì đồng hồ khơng đo được dịng điện này
• Chỉ số kim báo sẽ cho ta biết giá trị dòng điện
Cách 2 : Dùng thang đo áp DC
Ta có thể đo dịng điện qua tải bằng cách đo sụt áp trên điện trở hạn dòng
mắc nối với tải, điện áp đo được chia cho giá trị trở hạn dòng sẽ cho biết giá trị dịng điện, phương pháp này có thể đo được các dòng điện lớn hơn khả năng cho phép của đồng hồ và đồng hồ cũmg an tồn hơn
Cách đọc trị số dịng điện và điện áp khi đo:
Đọc giá trị điện áp AC và DC
Khi đo điện áp DC thì ta đọc giá trị trên vạch chỉ số DC V.A
Trang 15
Hình 1.13: Cách đọc giá trị dịng điện và điện áp trên VOM
* Sử dụng VOM đo điện trở
Với thang đo điện trở của đồng hồ vạn năng ta có thể đo được rất nhiều thứ
• Đo kiểm tra giá trị của điện trở ;
• Đo kiểm tra sự thơng mạch của một đoạn dây dẫn ;
• Đo kiểm tra sự thông mạch của một đoạn mạch in ;
• Đo kiểm tra các cuộn dây biến áp có thơng mạch khơng ;
• Đo kiểm tra sự phóng nạp của tụ điện ;
• Đo kiểm tra xem tụ có bị dị, bị chập khơng ;
• Đo kiểm tra trở kháng của một mạch điện ;
• Đo kiểm tra đi ốt và bóng bán dẫn ;
• Để sử dụng được các thang đo này đồng hồ phải được lắp 2 Pin tiểu 1,5V
bên trong, để xử dụng các thang đo 1kΩ hoặc 10kΩ ta phải lắp Pin 9V
Để đo tri số điện trở ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1 : Để thang đồng hồ về các thang đo trở, nếu điện trở nhỏ thì để thang x1Ω hoặc x10Ω, nếu điện trở lớn thì để thang x1kΩ hoặc 10kΩ => sau đó chập hai que đo và chỉnh chiết áp để kim đồng hồ báo vị trí 0Ω
Bước 2 : Chuẩn bị đo
Bước 3 : Đặt que đo vào hai đầu điện trở, đọc trị số trên thang đo, Giá trị đo được = chỉ số thang đo x thang đo
Ví dụ : nếu để thang x 100Ω và chỉ số báo là 27 thì giá trị là = 100x27 = 2700Ω = 2,7 kΩ
Trang 16số sẽ cho độ chính xác cao nhất
•
Hình 1.14: Đo kiểm tra điện trở bằng đồng hồ vạn năng VOM
2 Vật liệu linh kiện thụ động
2.1 Công dụng và đặc điểm kỹ thuật của các loại vật liệu, linh kiện điện - điện
tử thường dùng trong hệ thống mạch điện ô tô a Vật liệu dẫn điện
* Định nghĩa
Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do Nếu đặt những vật này vào trong một điện trường, các điện tích sẽ chuyển động theo hướng nhất định của điện trường và tạo thành dòng điện
Vật dẫn điện có thể là chất rắn, chất lỏng và trong một số điều kiện phù hợp có thể là chất khí
* Công dụng
Trang 17mm[]SRlm= (1.1)
Trong đó: - điện trở suất của vật dẫn R: điện trở của vật dẫn (Ω) S: Tiết diện của vật dẫn L: Chiều dài của vật dẫn
Như vậy điện trở suất là điện trở của một dây dẫn kim loại có tiết diện là 1mm2 khi cho dịng điện đi thẳng góc với mặt phẳng S dọc theo chiều dài là 1m của dây dẫn kim loại đó
Điện dẫn suất là đại lượng nghịch đảo của điện trở suất
1
= (1.2)
- Hệ số nhiệt của điện trở suất
01[]() OtOOttOC−=− (1.2)
Trong đó: o: Điện trở suất ở 00C ;
t : Điện trở suất ở nhiệt độ t0C
Như vậy hệ số nhiệt của điện trở suất đặc trưng cho sự thay đổi tương đối của điện trở suất khi nhiệt độ thay đổi 10C
- Hệ số nhiệt độ dãn nở dài:
Thường kim loại có hệ số nhiệt độ nở dài cao thì nóng chảy ở nhiệt độ thấp và ngược lại 1ldldttl= (1.3)
Trong đó lt chiều dài của vật dẫn ở nhiệt độ t0C
- Sức điện động nhiệt:
Khi cho hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau ở một đầu thì do mật độ điện tử tự do khác nhau nên chúng khuếch tán sang nhau, do đó giữa hai bề mặt tiếp xúc xuất hiện một điện thế tiếp xúc và trong mạch vòng của cặp kim loại tồn tại một sức điện động Độ lớn của sức điện động này phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ giữa hai cặp kim loại Vì thế người ta gọi sức điện động này là sức điện động nhiệt
Trang 18+ Trên bề mặt điện môi xuất hiện các điện tích trái dấu với điện tích trên bề
mặt bản cực Hiện tượng này gọi là hiện tượng phân cực điện môi
+ Trong điện môi xuất hiện sự chuyển dời của các điện tử tự do tạo thành dịng điện có trị số nhỏ chạy từ bản cực này sang bản cực khác Hiện tượng này gọi là hiện tượng dẫn điện của điện mơi
Ngồi ra, do ảnh hưởng của hai hiện tượng cơ bản trên, trong điện mơi cịn diễn ra haihiện tượng:
+ Khi có điện trường đặt vào sẽ làm cho một phần năng lượng điện sẽ biến thành nhiệt năng, sau một thời gian điện mơi đốt nóng lên Hiện tượng này gọi là hiện tượng tổn hao điện môi
+ Ở điều kiện to, P, f nhất định, điện mơi có một điện áp giới hạn, nếu ta đặt vào điện mơi đó 1 điện áp vượt q giới hạn thì sẽ xảy ra hiện tượng đánh thủng điện mơi Khi đó điện mơi mất tính cách điện
- Dựa vào Uđt ta xác định được độ bền cách điện của điện môi Ebđ Ebđ là khả năng chịu đựng của vật liệu khi điện áp đặt vào mà không phá hủy, nó đặc trưng bằng cường độ điện trường tại điểm đánh thủng
ddtbdtUEEh== (1.3)
h: bề dày điện môi tại điểm đánh thủng Uđt: Điện áp đánh thủng
* Bề mặt tiếp giáp
Tính chất điện của bề mặt tiếp giáp rất quan trọng Điều không thể tránh khỏi là trên bề mặt tiếp giáp giữa chất khí và chất lỏng, giữa chất khí và chất rắn, giữa chất lỏng và chất rắn, điện trường có một thành phần song song với bề mặt tiếp giáp Nếu có thành phần điện trường này, thì sẽ có dịng điện chảy trên bề mặt tiếp giáp, và nếu thành phần này lớn thì có thể sinh ra sự phóng điện trên bề mặt tiếp giáp, dẫn đến sự phóng điện về mặt Thực tế cho thấy rằng dọc theo bề mặt tiếp giáp có một lớp tiếp giáp với bề mặt dày nhất định mà tính chất của nó khác với tính chất của hai điện môi tiếp giáp với nhau qua lớp này
Trang 19vận hành quyết định (nhiệt độ làm việc, tác dụng hóa học từ ngồi, tác dụng cơ học, …) do vậy tuổi thọ của vật liệu cách điện sẽ rất khác nhau trong điều kiện vận hành khác nhau
Q trình hóa già thực chất là kết tủa của những sự biến đởi hóa chất xảy ra nhanh hoặc chậm do điều kiện vận hành tác động Tất cả các yếu tố nào ảnh hưởng đến những phản ứng hóa học xảy ra trong vật liệu cách điện đều có tác động đến sự gìa hóa của vật liệu cách điện
*Tính chất của vật liệu cách điện
- Tính hút ẩm: Các vật liệu cách điện với mức độ nhiều hay ít đều hút ẩm Sự hút
ẩm là khả năng hút vào trong nó hơi ẩm từ môi trường xung quanh Sự thấm ẩm là khả năng cho hơi nước xuyên qua
Hình 1.15: Q tình hút ẩm, xấy khơ của vật liệu
- Một mẫu vật liệu cách điện để trong môi trường ẩm (kk%) sau một thời
gian dài không hạn định sẽ đạt đến một trạng thái cân bằng ẩm nào đó (cb%) Với
những vật liệu khác nhau trong cùng một mơi trường ẩm thì độ ẩm cân bằng cũng khác nhau
- Một mẫu vật liệu khô bd% <cb% trong mơi trường ẩm kk% thì sẽ hút hơi
ẩm vào (quá trình thấm ẩm) Nếu mẫu vật liệu ướt bd% >cb% thì hơi ẩm trong
nó sẽ thốt ra ngồi (q trình sấy khơ)
Trang 20chất điện của vật liệu cách điện khi bị ẩm
- Trong trường hợp nếu hơi ẩm hút vào có khả năng tạo nên sợi, mang ẩm liện tục, mối liên kết giữa các điện cực, thì chỉ cần một lượng hơi ẩm đủ nhỏ cũng làm choi tính chất cách điện bị xấu đi rất nhiều Nếu hơi ẩm phân bố theo thể tích của vật liệu một cách rời rạc khơng liên hệ gì với nhau thì ảnh hưởng của hơi ẩm đến tính chất điện của vật liệu ít hơn
- Tính rời rạc
- Độ bền kéo, nén và uốn trong các điện môi các tham số này khác nhau rất nhiều Độ bền phụ thuộc rất nhiều vào tiết diện của mẫu vật liệu Ví dụ ; Sợi thủy tinh khi đường kính giảm thì độ bền cơ học tăng, khi đường kính giảm tới 0,01mm thì đạt đến giới hạn bền như dây đồng Độ bền cơ học giảm khi nhiệt độ tăng
- Tính giòn: Biểu thị khả năng của bề mặt vật liệu chống lại các tải cơ học động
- Độ cứng: Biểu thị khả năng của bề mặt vật liệu chống lại các biến dạng gây nên bởi lực nén truyền từ vật liệu có kích thước bé hơn
- Ngồi ra đối với các chất lỏng hoặc nửa lỏng như: Dầu, sơn, hỗn hợp các chất tráng, tẩm thì độ nhớt là một đặc tính quan trọng
-Tính chịu nhiệt
- Đánh giá khả năng chịu nóng của vật liệu cách điện và các chi tiết chịu nhiệt không bị hư hại trong một thời gian ngắn cúng như lâu dài dưới tác dụng của nhiệt độ cao và sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ được gọi là độ bền chịu nóng
- Đối với điện mơi vơ cơ: Độ bền chịu nóng được xác định bởi nhiệt độ mà tại đó điện mơi bắt đầu có sự thay đởi tính chất điện
- Đối với điện mơi hữa cơ: Độ bền chịu nóng được xác định bởi nhiệt độ mà tại đó bắt đầu có sự biến đởi về mặt cơ học
- Tính dẫn điện
Trang 21vậy, dòng điện tồn phần qua điện mơi là:
i = irị + iphâncực = irò + ihấpthụ (1.4)
- Ở điện áp một chiều dòng điện hấp thụ chỉ tồn tại lúc đóng, ngắt mạch, cịn điện áp xoay chiều dòng điện hấp thụ tồn tại trong suốt quá trình đặt dưới điện áp
Với điện áp một chiều sau khi q trình phân cực được hồn thành chỉ cịn tồn tại dịng điện rị qua điện mơi
c Vật liệu từ
Nguyên nhân chủ yếu gây nên từ tính của vật liệu là do các điện tích chuyển động ngầm theo quỹ đạo kín tạo nên những dịng điện vịng Cụ thể hơn đó là sự quay của các điện tử xung quanh trục của chúng – Spin điện tử và sự quay theo quỹ đạo của các điện tử trong nguyên tử
- Các điện tử chuyển đọng xung quanh hạt nhân tạo nên dòng điện cơ bản mà nó được đặc trưng bằng mơmen từ m Momen từ m tính bằng tích của dòng điện cơ bản với 1 diện tích S được giới hạn bởi đường viền cơ bản: m = i.S Chiều vectơ m được xác định theo quy tắc vặn nút chai và theo phương pháp góc với diện tích S Mơmen từ của vật thể là kết quả tổng hợp của tất cả các mômen từ cơ bản đã nêu trên
Ngồi các mơmen qũy đạo mà chúng ta nêu trên, các điện tử này còn quay xung quanh các trục của nó, do đó cịn tạo nên các mơmen gọi là mơmen spin Các spin này đóng vai trị quan trọng trong việc từ hóa vật liệu sắt từ
Khi nhiệt độ dưới nhiệt độ curri, việc hình thành các dịng xoay chiều này có thể nhìn thấy được bằng mắt thường, được gọi là vùng từ tính, vùng này trở nên song song thẳng hàng cùng một hướng (các mômen spin hướng song song nhau) Như vậy vật liệu sắt từ thể hiện chủ yếu sự phân cực từ hóa tự phát khi khơng có các từ trường đặt bên ngoài
Trang 22mm
H
= (1.5)
Độ từ thẩm là đại lượng cảm ứng từ B và cường độ điện trường H ở điểm
xác định trên đường cong từ hóa cơ bản Trong hệ SI: 0 = 4.10-7H/m
Độ từ thẩm phụ thuộc vào nhiệt độ
Nếu chúng ta từ hóa một vật liệu sắt từ trong một từ trường bên ngồi và sau đó bắt đầu giảm lực từ hóa thì nó sẽ trễ sau một lực từ gọi là hiện tượng từ trễ
Việc ước tính tổn thất từ trễ trên một chu kỳ trong một đơn vị thể tích được tính theo công thức kinh nghiệm dưới dây:
WH1 = .Bn
max (1.6)
: Gọi là hệ số đặc trưng đối với vật liệu Bmax là cảm ứng từ cực đại trong
một chu kỳ
• Cơng suất tiêu thụ trong vật liệu sắt từ được xác định: PH = .f Bn
max.V (1.7)
Trong đó: f: Là tần số xoay chiều và V là thể tích của vật liệu sắt từ Tởn thất cơng suất trong vì dịng xốy có thể được tính theo cơng thức:
Ped = .f2 Bn
max.V (1.8)
Trong mạch từ xoay chiều, có thể được thay thế bằng mạch L-R nối tiếp nhau (L thể hiện sự cảm ứng và rl thể hiện tất cả các dạng tổn thất, C của cuộn và điện trở của cuộn không chú ý đến) tởn hao cơng suất có thể được tính theo tg:
rltgL= (1.9)
- Đối với một số chất có cấu trúc tinh thể, sự sắp xếp theo đường thẳng không song song với các spin cùng 1 hướng phổ biến nào đó với hướng khác, thích hợp với cực tiểu thế năng trong hệ thống NHững chất này gọi là chất nhiễm sắt từ (những oxit của sắt mà gọi là ferit)
d Vật liệu bán dẫn
* Khái niệm về vật liệu bán dẫn
Trang 23lại là chất cách điện
* Tính dẫn điện của vật liệu bán dẫn
Các nguyên tố hóa học trong nhóm 4 (Si, Ge, … có cấu trúc tinh thể) ở nhiệt
độ 00K không tồn tại các điện tử tự do như vậy nó khơng dẫn điện Nếu ta đem đốt
nóng hoặc chiếu chùm tia phóng xạ vào mạng tinh thể thì nó sẽ phá vỡ liên kết và trở thành điện tử tự do Lỗ trống này sẽ bị điện tử khác nhảy vào và xuất hiện lỗ
trống mới và tạo thành tính dẫn điện bằng điện tử và lỗ trống
* Phân loại vật liệu bán dẫn - Vật liệu bán dẫn tinh khiết
Muốn trở thành dẫn điện, những electron hóa trị phải có năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm
Khi có một điện tử ở vùng dẫn sẽ có 1 lỗ trống mang điện tích dương ở vùng hóa trị Sự lấp dầy lỗ trống hình thành dịng chảy lỗ trống cùng chiều với E đồng thời với quá trình chuyển động ngược chiều của điện tử tự do ở vùng dẫn Như vậy sự xuất hiện 2 dòng chuyển động trên làm cho vật liệu từ khơng có khả năng dẫn điện bây giờ trở thành dẫn điện
- Vật liệu bán dẫn không tinh khiết
+ Bán dẫn loại N
Trang 24Chất bán dẫn thuần khiết (Si hoặc Ge) nếu pha thêm tạp chất thuộc nhóm 5 (ví dụ Asenic đối với Ge hoặc Phosphore đối với Si) với hàm lượng thích hợp sao cho các nguyên tử tạp chất này chiếm chỗ trong những nút của mạng tinh thể thì cơ chế dẫn điện sẽ thay đổi Khác với chất cơ bản (ví dụ Si), nguyên tử tạp chất (ví dụ Phosphore) lớp ngoài cùng có 5 điện tử, trong đó 4 điện tử tham gia liên kết hóa trị với các nguyên tử lân cận (tương tự như liên kết trong mạng Si thuần khiết)
Điện tử thứ 5 liên kết yếu hơn với hạt nhân và các nguyên tử xung quanh, cho nên chỉ cần cung cấp một năng lượng nhỏ (nhiệt độ, ánh sáng, ) điện tử này sẽ thoát khỏi sự ràng buộc và trở thành điện tử tự do Nguyên tử tạp chất đó bị ion hóa và trở thành ion dương, tạo nên dòng điện Như vậy bán dẫn loại N, mật độ lỗ trống ít hơn mật độ điện tử tự do
+ Chất bán dẫn loại P
Chất bán dẫn loại thuần khiết (Si hoặc Ge) nếu pha thêm tạp chất thuộc nhóm 3 của bảng tuần hoàn (ví dụ Bore đối với Si và Indium đối với Ge), do lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử tạp chất chỉ có 3 điện tử, khi tham gia vào mạng tinh thể của chất cơ bản chỉ tạo nên ba mối liên kết hoàn chỉnh, còn mối liên kết thứ 4 bị bỏ hở Chỉ cần một kích thích nhỏ (nhờ nhiệt độ, ánh sáng, ) là một trong những điện tử của các mối liên kết hoàn chỉnh bên cạnh sẽ đến thế vào liên kế hở nói trên Nguyên tử tạp chất lúc đó trở thành ion âm Tại mối liên kết mà điện tử vừa tách ra sẽ dư một điện tích dương, nghĩa là xuất hiện một lỗ trống Nếu có điện
Trang 25
Như vậy, đối với bán dẫn loại P, mật độ lỗ trống nhiều hơn mật độ điện tích
2.2 Linh kiện thụ động
a) Điện trở: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc
- Cấu tạo: Điện trở được cấu tạo bởi chất có điện trở suất cao - Công dụng: Dùng để cản trở và phân chia dòng điện
- Phân loại điện trở:
Tuỳ theo cách phân loại mà người ta chia điện trở ra nhiều loại khác nhau Dựa vào ứng dụng người ta chia điện trở ra 2 loại đó là:
* Điện trở cố định: Là loại điện trở có trị số khơng thay đởi dù có ngoại lực tác động vào
* Điện trở biến đổi về trị số: Là loại điện trở khi có ngoại lực tác động vào làm cho trị số thay đổi
D©y dÉnLí p phđ ê pôxiLớ p điện trởLõi gốmNắp kim loạ i
Hỡnh 1.18: Mặt cắt của điện trở màng cacbon
* Biến trở
Trang 26Hình 1.19: Ký hiệu biến trở
Con trượt C càng tiến về A thì giá trị điện trở càng bé và ngược lại con trượt C càng tiến về B thì giá trị điện trở càng lớn
* Điện trở nhiệt
Hình 1.20: Ký hiệu điện trở nhiệt
Dưới tác dụng của nhiệt độ làm thay đổi giá trị của điện trở
Có 2 loại điện trở nhiệt đó là điện trở nhiệt dương (khi nhiệt độ tăng lên thì giá trị điện trở cũng tăng), loại thứ 2 là điện trở nhiệt âm (khi nhiệt độ tăng giá trị điện trở giảm)
* Điện trở Varixto
Đây là loại điện trở còn gọi là điện trở Varicap tức là khi điện áp đặt vào 2 đầu của nó tăng lên thì làm giá trị điện trở giảm
Hình 1.21: Ký hiệu điện trở Varixto
* Điện trở quang
Giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng tức là khi cường độ ánh sáng tăng thì giá trị điện trở giảm
* Các thơng số kỹ thuật của điện trở
- Trị số điện trở: Là con số cho biết trị số về sự cản trở của điện trở đối với
dòng điện chạy qua nó đến mức nào Nếu trị số điện trở càng lớn thì nó thể hiện sự
cản trở dịng điện càng lớn
- Công suất chịu đựng: Là khả năng cho phép dịng điện chạy qua nó lớn
đến mức nào mà điện trở vẫn an tồn Cơng suất được xác định bởi công thức:
P = I2 R (1.10)
* Các ký hiệu ghi trên điện trở
Trên điện trở có ghi ký hiệu về trị số điện trở thơng qua vịng màu hoặc mã
Trang 27
Hình 1.22: Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử
Hình 1.23: Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp
Hình 1.24: Vạch màu của điện trở
b Tụ điện: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc
- Cấu tạo: Tụ điện được hình thành từ 2 vật dẫn (nhơm, đồng, kẽm ) để cách nhau một khoảng nhất định, ở giữa là chất cách điện cịn gọi là dung mơi
- Công dụng: Tụ điện dùng để ngăn cách không cho dòng điện 1 chiều đi qua nhưng ưu tiên dòng điện xoay chiều qua
Tụ điện còn dùng chia đường đi của các dịng điện có tần số khác nhau đối với thành phần xoay chiều
* Phân loại
* Phân loại theo trị số
- Tụ điện có trị số cố định: Là loại tụ mà trị số của nó khơng biến đởi - Tụ điện có trị số thay đổi
+ Tụ xoay : Khi tác động một ngoại lực thì làm thay đởi giá trị của tụ + Tụ tinh chỉnh: Là loại tụ dùng để tinh chỉnh đảm bảo độ chính xác cao hơn cho mạch điện hoặc hệ thống
*Phân loại theo cực tính
Trang 28* Các thông số kỹ thuật của tụ điện
- Trị số điện dung: Là con số cho biết khả năng dung nạp năng lượng đến mức nào và khả năng cản trở dòng điện thành phần 1 chiều
- Điện áp chịu đựng: Là trị số cho biết khả năng tối đa điện áp đặt lên 2 đầu của tụ điện mà tụ vẫn đảm bảo an tồn khơng bị đánh thủng
c Cuộn điện cảm: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc
Cuộn cảm tích luỹ năng lượng dưới dạng từ trường Nó được cấu tạo từ các
vòng dây điện từ cuốn một lớp hay nhiều lớp, có lõi sắt từ hoặc khơng lõi, có thể
bọc kim hoặc không bọc kim
Cuộn cảm được đặc trưng bởi các tham số cơ bản sau:
Trị số điện cảm L, hay còn gọi là hệ số tự cảm Điện cảm L của một cuộn cảm
cuốn một lớp trên lõi cách điện trịn tính theo cơng thức :
L = .D W2. 2
4 [H] (1.11) - Độ từ thẩm của lõi từ
D - Đường kính lõi cách điện [cm] l - Chiều dài của cuộn cảm [cm] W - Số vòng dây
Cuộn cảm nhiều lớp không lõi từ tính theo công thức gần dúng sau đây: tlDwD109322.8,0Ltbtb++= [H] (1.13)
Trong đó Dtb - đường kính trung bình lớp dây cuốn (cm);
t - bề dầy lớp dây cuốn (cm)
Trong kỹ thuật vô tuyến điện tử người ta sử dụng các cuộn cảm có trị số nằm trong khoảng từ vài phần ngàn microhenri (H) đến vài Henri Người ta dùng các cuộn cảm có lõi (lõi có thể là sắt từ hoặc đồng, nhôm) để thay đổi trị số điện cảm L
Hệ số phẩm chất: xác định theo công thức:
RLQ
= (2.18)
Trong đó R =rf +rđ + rbk + rt
rf - Điện trở tởn hao của cuộn dây đối với dịng cao tần
rđ - Điện trở tổn hao điện môi trong khung của cuộn cảm và bọc cách điện
Trang 29rbk - Điện trở tổn hao tính đến năng lượng tổn hao điện từ trường trong hộp bọc kim
rt- Điện trở tổn hao tính đến tởn hao trong lõi của cuộn cảm
Hình 1.25: Hình dạng của các loại cuộn dây
Hệ số phẩm chất của một cuộn cảm không chỉ phụ thuộc vào tần số mà còn phụ thuộc vào cấu tạo (vật liệu dẫn điện, cách điện, kết cấu), kích thước hình học của cuộn cảm Để tăng hệ số phẩm chất của cuộn cảm người ta chập dây thành nhiều sợi để cuốn cuộn cảm
Cuộn cảm được cuốn trên đế hình ống bằng giấy hoặc bằng nhựa thành từng ngăn, hoặc cuốn trơn, hoặc nhiều lớp "tổ ong"
2.3 Đọc mã ký tự để xác định trị số của các linh kiện thụ động a Đọc mã ký tự để xác định trị số của điện trở
Người ta đánh dấu giá trị điện trở bằng các vòng màu trên thân của nó Căn cứ vào các vịng màu đó để xác định trị số của điện trở
Bảng 1.1: Bảng quy ước màu
Tên màu Giá trị Tên màu Giá trị
Đen 0 Xanh lá cây 5
Nâu 1 Xanh da trời 6
Đỏ 2 Tím 7
Cam 3 Xám 8
Vàng 4 Trắng 9
Ý nghĩa của các vòng màu:
Vòng thứ nhất có ý nghĩa cho con số thứ nhất ; Vịng thứ hai có ý nghĩa cho con số thứ hai ;
Vòng thứ ba chỉ bội số (chỉ số con số 0 sau 2 số trên) ;
Vòng thứ tư chỉ dung sai (sai số) của điện trở với các màu quy ước ; Vòng nhũ bạc dung sai 10% ;
Vòng nhũ vàng dung sai 5% ; Vòng đỏ dung sai 2 % ; Vòng nâu dung sai 1% ;
Trang 30Nâu - Đỏ – Cam – Vàng Giá trị điện trở : 12.103 sai số 5%
b Đọc mã ký tự để xác định trị số của tụ điện
Cách đọc trị số điện dung của tụ điện
Trên tụ điện có ghi ký hiệu về trị số tụ điện thông qua vòng màu hoặc mã số hoặc trị số cụ thể
- Cách đọc trị số trực tiếp:
Trên thân tụ điện người ta có thể ghi trực tiếp giá trị tụ điện cùng với đơn vị của nó Ta chỉ cần nhìn vào thân tụ điện sẽ đọc được giá trị của tụ điện
- Cách đọc trị số tụ điện theo mã số:
- Trên thân tụ điện người ta có thể ghi mã số để thể hiện trị số ; Số thứ nhất có ý nghĩa cho con số thứ nhất ;
Số thứ hai có ý nghĩa cho con số thứ hai ;
Số thứ ba chỉ bội số( Số con số 0 sau hai số trên) ; Đơn vị là pF ;
- Cách đọc trị số tụ điện theo mã màu
Cách đọc trị số tụ điện theo mã màu giống với cách đọc trị số điện trở theo vòng màu với đơn vị là pF
c Đọc mã ký tự để xác định trị số của điện cảm: cách đọc giống như tụ điện, dơn
vị tính là mH
2.4 Xác định chất lượng linh kiện bằng VOM a Xác định chất lượng của điện trở
45 10 450 =
Trang 31Bước 1 : Để thang đồng hồ về các thang đo trở, nếu điện trở nhỏ thì để
thang x1Ω hoặc x10Ω, nếu điện trở lớn thì để thang x1kΩ hoặc 10kΩ => sau đó chập hai que đo và chỉnh triết áp để kim đồng hồ báo vị trí 0Ω
Bước 2 : Chuẩn bị đo
Bước 3 : Đặt que đo vào hai đầu điện trở, đọc trị số trên thang đo , Giá trị đo
được = chỉ số thang đo x thang đo
Ví dụ : nếu để thang x 100Ω và chỉ số báo là 27 thì giá trị là = 100 x 27 =
2700Ω = 2,7 k Ω
Bước 4 : Nếu ta để thang đo quá cao thì kim chỉ lên một chút, như vậy đọc
trị số sẽ không chính xác
Bước 5 : Nếu ta để thang đo quá thấp, kim lên quá nhiều, và đọc trị số cũng
khơng chính xác
b Xác định chất lượng của điện cảm
Ta có thể dùng thang điện trở để kiểm tra tích phóng của cuộn cảm và hư hỏng của điện cảm
Hình 1.32: Xác định chất lượng điện cảm bằng V
Bước 1: Chuyển mạch đồng hồ vạn năng về thang đo
Bước 2: Dùng que đồng hồ chập 2 chân điện cảm với nhau
Bước 3: Đặt 2 que đo đồng hồ lên 2 chân điện cảm và kiểm tra kim đồng hồ: Quá trình đo sẽ thể hiện 1 trong các hiện tượng sau đây:
- Kim nằm tại vị trí chứng tỏ điện cảm bị đứt mạch
c Xác định chất lượng của tụ điện
Ta có thể dùng thang điện trở để kiểm tra độ phóng nạp và hư hỏng của tụ điện , khi đo tụ điện , nếu là tụ gốm ta dùng thang đo x1kΩ hoặc 10kΩ, nếu là tụ hoá ta dùng thang x 1Ω hoặc x 10 Ω
Trang 32Bước 2: Dùng que đồng hồ chập 2 chân tụ với nhau.( để phóng điện ) Bước 3: Đặt 2 que đo đồng hồ lên 2 chân tụ
Bước 4: Cho tụ phóng điện rồi đảo 2 que đo
Quá trình đo sẽ thể hiện 1 trong các hiện tượng sau đây: - Kim vọt về 0 và nằm tại đó chứng tỏ tụ bị chập
- Kim ln ở vị trí chứng tỏ tụ bị khô
- Kim lên 1 giá trị nào đó rồi dừng lại chứng tỏ tụ bị rò
- Kim vọt nhanh về gần bằng 0 rồi trả từ từ về chứng tỏ tụ còn tốt
Hình 1.33: Dùng thang x 1k Ω để kiểm tra tụ gốm
Hình 1.34: Dùng thang x 10 Ω để kiểm tra tụ hoá
Ở trên là phép đo kiểm tra các tụ hoá, tụ hố rất ít khi bị dị hoặc chập mà
chủ yếu là bị khô ( giảm điện dung) khi đo tụ hoá để biết chính xác mức độ hỏng của tụ ta cần đo so sánh với một tụ mới có cùng điện dung
- Ở trên là phép đo so sánh hai tụ hoá cùng điện dung, trong đó tụ C1 là tụ
mới cịn C2 là tụ cũ, ta thấy tụ C2 có độ phóng nạp yếu hơn tụ C1 => chứng tỏ tụ C2
bị khô (giảm điện dung)
Trang 333 Đi ốt bán dẫn
3.1 Cấu tạo, ký hiệu quy ước và nguyên lý hoạt động của đi ốt a Đi ốt chỉnh lưu
Cấu tạo của điôt bán dẫn
Điôt bán dẫn được cấu tạo từ một mặt ghép n-p với mục đích sử dụng nó như một van điện Tuỳ theo diện tích của phần tiếp xúc giữa hai lớp n và p mà người ta gọi là điôt tiếp điểm hay điôt tiếp mặt Ở điôt tiếp điểm, mặt tiếp xúc giữa hai lớp bán dẫn thu nhỏ lại hầu như chỉ còn ở một điểm nhằm mục đích giảm điện dung ký sinh của mặt ghép để điơt có thể làm việc được ở tần số cao Điôt tiếp điểm được sử dụng ở các mạch để xử lý tín hiệu vô tuyến điện như tách sóng, điều chế, biến tần Khác với điơt tiếp điểm, điơt tiếp mặt thì mặt tiếp xúc của hai lớp n và p có điện tích đủ lớn nhằm chịu được dòng điện lớn để sử dụng chúng vào mục đích chỉnh lưu
H×nh 3.5
a) ký hiƯu diot th«ng th- êng b)ký hiƯu diot ỉn ¸ p
a)b)
A K
Hình 1.35: Ký hiệu đi ốt thường (a), đi ốt ổn áp (b)
Trong sơ đồ nguyên lý điôt thông thường được ký hiệu như ở hình 1.27a, cịn hình 1.27b là ký hiệu của điơt ổn áp Trên ký hiệu A-anot- cực dương ứng với lớp p, K-catot - cực âm ứng với bán dẫn loại n
Đặc tính von - ampe (V/A) của điôt
Đặc tính V/A của điôt là quan hệ giữa dịng điện qua điơt và điện áp một chiều đặt lên nó Sơ đồ để lấy đặc tính mắc như ở hình 1.32 Nếu nguồn được mắc có cực tính như trên hình 1.32a thì điơt được phân cực thuận, Vơn kế đo điện áp thuận trên điơt, ampe kế đo dịng thuận qua điơt Đặc tính có dạng như trên hình 1.32b Khi điện áp phân cực thuận tăng thì dịng thuận tăng nhanh Người ta chứng minh được rằng dòng thuận tăng theo quy luật hàm mũ:
I = I0(em.Ut)
U
1
− (1.14)
Trong đó : U - điện áp thuận; Ut 0,25mV - gọi là điện thế nhiệt; m = 12 -
hệ số hiệu chỉnh giữa lý thuyết và thực tế; I0 - dòng bão hòa ngược (gần như không
phụ thuộc U, phụ thuộc vào hạt dẫn phụ lúc cân bằng, vào bản chất của bán dẫn tạp và vào nhịêt độ môi trường) Nếu đởi chiều nguồn ngồi thì điơt phân cực ngược
Trong đoạn 0A khi phân cực ngược, dịng qua điơt là dịng ngược bão hồ I0 khá
Trang 34phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Ở đoạn AB dịng điện tăng vọt vì điện áp phân cực ngược đủ lớn để phá vỡ các liên kết hoá trị Lúc này các điện tử hoá trị nhảy từ mức hố trị lên mức dẫn, điơt mất tính chất van điện Người ta nói mặt ghép lúc này bị đánh thủng về điện Hiện tượng đánh thủng này xảy ra do hai hiệu ứng :
REb)UI0ABCVA+_a)
Hình 1.36: a )Sơ đồ lấy đặc tính của diot; b) Đặc tính Von-Ampe của diot
- Ion hố do va chạm : Do các hạt thiểu số được gia tốc trong điện trường mạnh nên chúng va chạm với các nút mạng tinh thể, làm cho các mối liên kết giữa các nguyên tử biến dạng hoặc bị ion hoá tạo thành các cặp điện tử và lỗ trống mới Các cặp này lại tiếp tục va chạm gây nên hiện tượng ion hoá mới Kết quả là các điện tử và lỗ trống tăng lên theo kiểu “thác lũ”, nên đánh thủng này gọi là đánh thủng thác lũ
- Hiệu ứng xuyên hầm (hiệu ứng tunen) : Khi điện trường ngược lớn có thể phá vỡ các mối liên kết nguyên tử trong vùng hoá trị tạo thành các điện tử và lỗ trống tham gia dẫn điện Điều này tương ứng với các điện tử từ vùng hoá trị vượt lên vùng dẫn xuyên qua vùng cấm, gọi là sự xuyên hầm
Khi đánh thủng về điện, dòng điện ngược tăng lên đáng kể trong khi điện áp hầu như không tăng
Ở đoạn BC, mặt ghép bị đánh thủng về nhiệt do bị nung nóng bởi dịng ngược q lớn và mặt ghép bị phá huỷ hồn tồn, khơng thể khôi phục lại tính van điện
Các thông số của điôt : Khi sử dụng điôt người ta quan tâm đến các thơng số sau
của điơt:
+ Dịng thuận cực đại Imax , đó là dịng thuận mà điơt cịn chịu được khi nó chưa bị thủng (về nhiệt)
+ Công suất cực đại Pmax trên điôt khi điôt chưa bị thủng
+ Điện áp ngược cực đại Ung max - điện áp phân cực ngược cực đại của điôt
Trang 35+ Tần số giới hạn fmax của điôt - là tần số lớn nhất mà tại đó điơt chưa mất tính chất van(do điện dung ký sinh)
+ Điện dung mặt ghép : Lớp điện tích l 0 tương đương với một tụ điện gọi là
điện dung mặt ghép n-p Ở tần số cao lớp điện dung này quyết định tốc độ đóng mở của điơt khi nó làm việc như một khoá điện, tức là điện dung mặt ghép n-p quyết định fmax UMUI MMI
Hình 1.37: Xác đinh tham số của diot trên đặc tuyến Von-Ampe
+ Điện trở một chiều R0 được xác định tại một điểm trên đặc tuyến (hình 1.33) R0M = MMIU (1.15) R0 M = cotg
+ Điện trở xoay chiều R của diôt được xác định tại một điểm trên đặc tuyến:
R = dIdU= cotg (1.16) S = dUdI = 1R (1.17)
S - điện dẫn của điôt, S = tg
+ Điện áp mở của điôt : Là điện áp UD để dịng thuận qua điơt đạt 0,1 Imax
b Đi ốt Zener
Như đã khảo sát ở phần trước, khi điện thế phân cực nghịch của điốt lớn, những hạt tải điện sinh ra dưới tác dụng nhiệt bị điện trường mạnh trong vùng hiếm tăng vận tốc và phá vỡ các nối hoá trị trong chất bán dẫn Cơ chế này cứ chồng chất và sau cùng ta có dịng iện ngược rất lớn Ta nói điốt đang ở trong vùng bị phá huỷ theo hiện tượng tuyệt đối và gây hư hỏng nối P-N
Trang 36Hiệu ứng này được ứng dụng để chế tạo các điốt Zener Bằng cách thay đổi nồng độ chất pha, người ta có thể chế tạo được các điốt Zener có điện thế Zener khoảng vài volt đến vài hàng trăm volt Để ý là khi phân cực thuận, đặc tuyến của điốt Zener giống hệt điốt tiếp mặt (điốt chỉnh lưu) Đặc tuyến được dùng của điốt Zener là khi phân cực nghịc ở vùng Zener, điện thế ngang qua điốt gần như không thay đơi trong khi dịng điện qua nó biến thiên một khoảng rộng
Hình 1.38: Đặc tuyến V-A của điốt Zener
* Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi nhiệt độ thay đổi, các hạt tải điện sinh ra cũng thay đởi theo:
Với các điốt Zener có điện thế Zener VZ < 5V thì khi nhiệt độ tăng, điện thế Zener giảm
Với các điốt có điện thế Zener VZ >5V (còn được gọi là điốt tuyết đở-điốt avalanche) lại có hệ số nhiệt dương (VZ tăng khi nhiệt độ tăng)
Với các điốt Zener có VZnằm xung quanh 5V gần như VZ không thay đổi
theo nhiệt độ
* Kiểu mẫu lý tưởng của điốt Zener:
Trong kiểu mẫu lý tưởng, điốt Zener chỉ dẫn điện khi điện thế phân cực
nghịch lớn hay bằng điện thế VZ Điện thế ngang qua điốt Zener không thay đổi và
bằng điện thế VZ
Khi điện thế phân cực nghịch nhỏ hơn hay bằng điện thế VZ, điốt
Trang 37Hình 1.39: Đi ốt zenner lý tưởng
Do tính chất trên, điốt zener thường được dùng để chế tạo điện thế chuẩn
c Đi ốt có cực điều khiển (SCR)
* Cấu tạo và đặc tính:
SCR được cấu tạo bởi 4 lớp bán dẫn PNPN (có 3 nối PN) Như tên gọi ta thấy SCR là một điốt chỉnh lưu được kiểm sốt bởi cởng silicium Các tíêp xúc kim loại được tạo ra các cực Anod A, Catot K và cổng G
Hình 1.40: Cấu tạo và mơ hình tương đương của SCR
Hình 1.41: Mơ hình tương đương và ký hiệu SCR
Nếu ta mắc một nguồn điện một chiều VAAvào SCR như hình sau Một dịng
điện nhỏ IG kích vào cực cởng G sẽ làm nối PN giữa cực cổng G và catot K dẫn
phát khởi dòng điện anod IAqua SCR lớn hơn nhiều Nếu ta đổi chiều nguồn VAA
(cực dương nối với catod, cục âm nối với anod) sẽ khơng có dịng điện qua SCR
cho dù có dịng điện kích IG Như vậy ta có thể hiểu SCR như một điốt nhưng có
Trang 38
Hình 1.42: Nguyên lý hoạt động của SCR
Ta thấy SCR có thể coi như tương đương với hai transistor PNP và NPN liên kết nhau qua ngõ nền và thu
Khi có một dịng điện nhỏ I kích vào cực nền của Transistor NPN T1 tức cởng
G của SCR Dịng điện IG sẽ tạo ra dòng cực thu IC1lớn hơn, mà IC1 lại chính là
dòng nền I B2của transistor PNP T2 nên tạo ra dòng thu I C2lại lớn hơn trước… Hiện tượng này cứ tiếp tục nên cả hai transistor nhanh chóng trở nên bảo hòa Dòng bảo hòa qua hai transistor chính là dòng anod của SCR Dòng điện này tùy
thuộc vào VAA và điện trở tải RA
Cơ chế hoạt động như trên của SCR cho thấy dịng IG khơng cần lớn và chỉ
cần tồn tại trong thời gian ngắn Khi SCR đã dẫn điện, nếu ta ngắt bỏ IGthì SCR
vẫn tiếp tục dẫn điện, nghĩa là ta không thể ngắt SCR bằng cực cổng, đây cũng là một nhược điểm của SCR so với transistor
Người ta chỉ có thể ngắt SCR bằng cách cắt nguồn VAA hoặc giảm VAA sao
cho dòng điện qua SCR nhỏ hơn một trị số nào đó (tùy thuộc vào từng SCR) gọi là dịng điện duy trì IH(hodding current)
Đặc tuyến Volt-Ampere của SCR:
Đặc tuyến này trình bày sự biến thiên của dòng điện anod IA theo điện thế anod-catod VAK với dịng cởng IGcoi như thơng số
Khi SCR được phân cực nghịch (điện thế anod âm hơn điện thế catod), chỉ có một dịng điện rỉ rất nhỏ chạy qua SCR
Khi SCR được phân cực thuận (điện thế anod dương hơn điện thế catod), nếu
ta nối tắt (hoặc để hở) nguồn VGG (IG=0), khi VAK còn nhỏ, ch có một dịng điện
Trang 39quay về VBO thì điện thế VAK tự động sụt xuống khoảng 0,7V như điốt thường Dòng điện tương ứng bây giờ chính là dòng điện duy trì IH Từ bây giờ, SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện và có đặc tuyến gần giống như điốt thường
Nếu ta tăng nguồn VGG để tạo dòng kích IG, ta thấy điện thế quay về nhỏ hơn
và khi dịng kích IG càng lớn, điện thế quay về VBO càng nhỏ
Hình 1.43: Đặc tuyến V-A của SCR
Các thông số của SCR:
- Dòng thuận tối đa: Là dòng điện anod IA trung bình lớn nhất mà SCR có
thể chịu đựng được liên tục Trong trường hợp dòng lớn, SCR phải được giải nhiệt đầy đủ Dòng thuận tối đa tùy thuộc vào mỗi SCR, có thể từ vài trăm mA đến hàng trăm Ampere
- Điện thế ngược tối đa: Đây là điện thế phân cực nghịch tối đa mà có xảy ra sự hủy thác (breakdown) Đây là trị số VBR ở hình trên SCR được chế tạo với điện thế nghịch từ vài chục Volt đến hàng ngàn volt
- Dòng chốt (latching current): Là dòng thuận tối thiểu để giữ SCR ở trạng thái dẫn điện sau khi SCR từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn Dòng chốt thường lớn hơn dịng duy trì chút ít ở SCR cơng suất nhỏ và lớn hơn dịng duy trì khá nhiều ở SCR có cơng suất lớn
- Dịng cổng tối thiểu (Minimun gate current): Như đã thấy, khi điện thế VAK
lớn hơn VBO thì SCR sẽ chuyển sang trạng thái dẫn điện mà khơng cần dịng kích
IG Tuy nhiên trong ứng dụng, thường người ta phải tạo ra một dịng cởng để SCR
Trang 40- Thời gian mở (turn – on time): Là thời gian từ lúc bắt đầu có xung kích đến lúc SCR dẫn gần bảo hòa (thường là 0,9 lần dòng định mức) Thời gian mở khoảng vài μS Như vậy, thời gian hiện diện của xung kích phải lâu hơn thời gian mở
- Thời gian tắt (turn – off time): Để tắt SCR, người ta giảm điện thế VAK
xuống 0Volt, tức dòng anod cũng bằng 0 Thế nhưng nếu ta hạ điện thế anod xuống 0 rồi tăng lên ngay thì SCR vẫn dẫn điện mặc dù khơng có dịng kích Thời gian tắt SCR là thời gian từ lúc điện thế VAK xuống 0 đến lúc lên cao trở lại mà SCR không dẫn điện trở lại Thời gian này lớn hơn thời gian mở, thường khoảng vài chục μS Như vậy, SCR là linh kiện chậm, hoạt động ở tần số thấp, tối đa khoảng vài chục KHz
- Tốc độ tăng điện thế dV/dt: Ta có thể làm SCR dẫn điện bằng cách tăng
điện thế anod lên đến điện thế quay VBO hoặc bằng cách dùng dịng kích cực cởng
Một cách khác là tăng điện thế anod nhanh tức dV/dt lớn mà bản thân điện thế V anod không cần lớn Thông số dV/dt là tốc độ tăng thế lớn nhất mà SCR chưa dẫn,
vượt trên vị trí này SCR sẽ dẫn điện Lý do là có một điện dung Cb nội C
b giữa hai cực nền của transistor trong mơ hình tương đương của SCR dịng iện qua tụ là:
cbb
dV
iC
dt
= Dòng điện này chạy vào cực nền của T1 Khi dV/dt đủ lớn thì icb
lớn đủ sức kích SCR Người ta thường tránh hiện tượng này bằng cách mắc một tụ
C và điện trở R song song với SCR để chia bớt dòng icb
- Tốc độ tăng dòng thuận tối đa di/dt: Đây là trị số tối đa của tốc độ tăng dòng anod Trên trị số này SCR có thể bị hư Lý do là khi SCR chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, hiệu thế giữa anod và catod còn lớn trong lúc dòng điện anod tăng nhanh khiến công suất tiêu tán tức thời có thể q lớn Khi SCR bắt đầu dẫn, cơng suất tiêu tán tập trung ở gần vùng cổng nên vùng này dễ bị hư hỏng Khả năng chịu đựng của di/dt tùy thuộc vào mỗi SCR
* SCR hoạt động ở điện thế xoay chiều