Giáo trình điện tử cơ bản

SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 835 /QĐ – CĐN ngày 31 tháng 12 năm 2021 Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam Hà Nam, năm 2021 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 nhằm phục vụ cho giáo viên sinh viên Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Dựa theo giáo trình này, giảng dạy cho trình độ ngành/nghề khác nhà trường LỜI GIỚI THIỆU Trong thời đại phát triển khoa học kỹ thuật ngày kỹ thuật điện đóng vai trị quan trọng Kỹ thuật điện nói chung hay điện tử nói riêng ngành kỹ thuật liên quan đến việc nghiên cứu, thiết kế ứng dụng điện.Thông qua kỹ thuật điện người thiết kế thiết bị hệ thống sử dụng thành phần điện : Điện trở, tụ điện, bóng bán dẫn… Trên sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng nghề Hà Nam, với trường điểm tồn quốc, giáo viên có nhiều kinh nghiệm thực biên soạn giáo trình Điện tử phục vụ cho cơng tác dạy nghề Giáo trình thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mơ đun/ mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ Cao đẳng nghề, dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo mô đun thiết kế gồm bài: Bài mở đầu: Khái quát chung linh kiện điện tử Bài1.Linh kiện thụ động Bài Linh kiện bán dẫn Bài3 Các Mạch khuếch đại dùng tranzito Bài Các mạch ứng dụng dùng BJT Bài Mạch Ổn áp Bài Mạch điều khiển khống chế Quá trình biên soạn giáo trình, khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thày, giáo, bạn đọc để giáo trình hồn thiện Hà Nam, ngày 10 tháng 11 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Vũ Hồng Nga MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Lịch sử phát triển công nghệ điện tử PHÂN LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ 2.1 Phân loại dựa đặc tính vật lý 2.2 Phân loại dựa chức xử lý tín hiệu 2.3 Phân loại theo ứng dụng 10 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ 11 3.1 Chất cách điện (chất điện môi 11 3.2 Chất dẫn điện 11 3.3 Vật liệu từ 11 BÀI 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 12 Mã bài: MĐ13 - 01 12 ĐIỆN TRỞ 12 1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo 12 1.2 Cách đọc, đo cách mắc điện trở 15 1.3 Cách đo điện trở 17 1.4 Cách mắc điện trở 18 1.5 Các linh kiện khác nhóm ứng dụng 20 TỤ ĐIỆN 23 2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo 23 2.2 Cách đọc, đo cách mắc tụ điện 25 2.3 Các linh kiện khác nhóm ứng dụng 27 CUỘN CẢM 29 3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo 29 3.2 Cách đọc, đo cách mắc cuộn cảm 32 3.3 Các linh kiện khác nhóm ứng dụng 33 BÀI 2: LINH KIỆN BÁN DẪN 39 TIẾP GIÁP P-N; ĐIOT TIẾP MẶT 39 1.1 Tiếp giáp P-N chưa có điện trường 39 1.2 Tiếp giáp P-N có điện trường ngồi 40 CẤU TẠO, PHÂN LOẠI NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, CÁCH ĐỌC, ĐO KIỂM TRA VÀ CÁC ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA ĐIOT 40 2.1 Điôt tiếp mặt 41 2.2 Điôt nắn điện 42 2.3 Điôt tách sóng 45 2.4 Điôt zener 46 2.5 Điôt phát quang 47 2.6 Diode thu quang ( Diode quang - photo diode ) 49 TRANZITOR BJT 49 3.1.Cấu tạo, ký hiệu nguyên lý làm việc 49 3.2 Các tính chất 53 3.3 Cách đo, kiểm tra xác định chân transistor 61 3.4 Đặc tính kỹ thuật TZT 63 3.5 Các thông số kỹ thuật transistor 64 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ thông số TZT 65 3.7 Các biện pháp ổn định nhiệt cho BJT ( Ổn định điểm làm việc cho BJT ) 65 3.8 Ứng dụng TZT lưỡng cực BJT 67 TRANZITO TRƯỜNG 67 4.1 Phân loại, cấu tạo, ký hiệu nguyên lý làm việc 67 4.2 Các cách mắc, ứng dụng 75 SCR – TRIAC – DIAC 78 5.2 SCR 81 5.3 TRIAC 88 KIỂM TRA 92 BÀI : CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANZITO 94 Mã bài: MĐ 13-03 94 MẠCH KHUYẾCH ĐẠI ĐƠN 94 1.2 Mạch mắc theo kiểu B-C ( Bazơ common ) 96 1.3 Mạch mắc theo kiểu C-C ( Collector common ) 98 MẠCH GHÉP PHỨC HỢP 100 2.1 Mạch khuếch đại Cascode 100 2.2 Mạch khuếch đại Dalington 101 MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 112 3.1 Khái niệm, Phân loại, Đặc điểm mạch khuếch đại công suất 112 3.2 Mạch khuếch công suất đại đơn 114 3.3 Mạch khuếch đại đẩy kéo 118 BÀI 4: CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG TRANZITO 130 MẠCH DAO ĐỘNG 130 1.1 Mạch dao động đa hài 130 1.2 Dao động dịch pha 139 1.3 Dao động thạch anh 142 MẠCH XÉN: 147 2.1 Mạch xén trên, xén 148 2.2 Mạch xén hai mức độc lập 150 BÀI 5: MẠCH ỔN ÁP 154 MẠCH ỔN ÁP THAM SỐ 154 1.1 Mạch ổn áp dùng diode zener 155 1.2 Mạch ổn áp bù dùng TZT 156 MẠCH ỔN ÁP DÙNG IC 159 2.1 IC ổn áp dương 159 2.2 IC ổn áp âm 163 MẠCH ỔN ÁP XOAY CHIỀU 164 3.1 Nguyên lý chung 164 3.2 Một số mạch thực tế 166 BÀI 6: MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ 168 MẠCH ĐIỀU KHIỂN TẢI AC 168 1.1 Mạch điều khiển động AC dùng Diac Triac 168 1.2 Mạch điều khiển động AC dùng SCR diac 169 MẠCH ĐIỀU KHIỂN TẢI DC 171 2.1 Mạch đảo chiều quay động chiều dùng TZT 172 2.2 Mạch điều khiển tốc độ động chiều dùng IC tuyến tính 173 MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC 174 3.1 Mạch điều tốc độ động điện chiều dùng cầu chỉnh lưu, SCR Transistor 174 3.2 Mạch khống chế động điện KĐB pha quay chiều dùng IC HA17324 TZT 175 3.3 Mạch tự động khống chế đèn chiếu sáng dùng IC 741và Rơle trung gian 176 3.4 Mạch tự động đóng căt đèn chiếu sáng dùng Transistor quang 177 TÀI LIỆU THAM KHẢO 179 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Điện Tử Cơ Bản Mã mô đun: MĐ12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun Điện tử học trước môn học, mô đun như: PLC bản, kỹ thuật cảm biến; học song song với mơn học Mạch điện - Tính chất: Là mơ đun kỹ thuật sở - Ý nghĩa vai trị: Với phát triển hồn thiện khơng ngừng thiết bị điện lĩnh vực đời sống xã hội, mạch điện tử trở thành thành phần thiếu thiết bị điện, công dụng để điều khiển khống chế thiết bị điện, thay số khí cụ điện có độ nhạy cao Nhằm mục đích gọn hố thiết bị điện, giảm tiêu hao lượng thiết bị, tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ thiết bị Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Giải thích phân tích cấu tạo nguyên lý linh kiện kiện điện tử thông dụng + Nhận dạng xác ký hiệu linh kiện, đọc xác trị số chúng - Kỹ năng: + Phân tích nguyên lý số mạch ứng dụng tranzito như: mạch khuếch đại, dao động, mạch xén + Xác định xác sơ đồ chân linh kiện, lắp ráp, cân chỉnh số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật an toàn - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong cơng nghiệp BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Giới thiệu: Linh kiện điện tử phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) …tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử Linh kiện điện tử ứng dụng nhiều lĩnh vực Nổi bật ứng dụng lĩnh vực điện tử -viễn thông, CNTT Linh kiện điện tử phong phú, nhiều chủng loại đa dạng Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ, tạo vi mạch có mật độ lớn (Vi xử lý Pentium 4: > 40 triệu Transistor, …) Xu linh kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày cao, tính mạnh, tốc độ lớn… Rèn luyện tính nghiêm túc học tập thực cơng việc Mục tiêu: + Giải thích phân tích cấu tạo nguyên lý linh kiện kiện điện tử thơng dụng + Nhận dạng xác ký hiệu linh kiện, đọc xác trị số chúng + Phân tích nguyên lý số mạch ứng dụng tranzito như: mạch khuếch đại, dao động, mạch xén + Xác định xác sơ đồ chân linh kiện, lắp ráp, cân chỉnh số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật an tồn + Hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong công nghiệp Lịch sử phát triển công nghệ điện tử Mục tiêu: Trình bầy lịch sử phát triển công nghệ điện tử Các cấu kiện bán dẫn diodes, transistors mạch tích hợp (ICs) tìm thấy khắp nơi sống (Walkman, TV, ơtơ, máy giặt, máy điều hồ, máy tính, …) Những thiết bị có chất lượng ngày cao với giá thành rẻ PCs minh hoạ rõ xu hướng Nhân tố đem lại phát triển thành cơng cơng nghiệp máy tính việc thông qua kỹ thuật kỹ công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo transistor với kích thước ngày nhỏ→ giảm giá thành cơng suất Lịch sử phát triể: - 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”) - 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”) - 1906 Lee de Forest (“Triode”) Vacuum tube devices continued to evolve - 1940 Russel Ohl (PN junction) - 947 Bardeen and Brattain (Transistor) - 1952 Geoffrey W A Dummer (IC concept) - 1954 First commercial silicon transistor - 1955 First field effect transistor – FET - 1958 Jack Kilby (Integrated circuit) - 1959 Planar technology invented - 960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng - 1961 First commercial Ics Fairchild and Texas Instruments - 1962 TTL invented - 1963 First PMOS IC produced by RCA - 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor - U S patent # 3,356,858 PHÂN LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ 2.1 Phân loại dựa đặc tính vật lý Linh kiện hoạt động nguyên lý điện từ hiệu ứng bề mặt: điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS… IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI Linh kiện hoạt động nguyên lý quang điện: quang trở, Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyển hoá lượng quang điện pin mặt trời, họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử Linh kiện hoạt động dựa nguyên lý cảm biến: họ sensor nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang xạ, sinh học chủng loại IC thông minh dựa sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống công nghệ chế tạo sensor Linh kiện hoạt động dựa hiệu ứng lượng tử hiệu ứng mới: linh kiện chế tạo cơng nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ điện tử, Transistor điện tử, giếng dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm điện tử, … 2.2 Phân loại dựa chức xử lý tín hiệu Nhưng thay điều chỉnh thủ công tay người ta thực điều chỉnh tự động động để làm thay đổi vị trí chổi điện mặt lớp dây cạo vỏ - Điều chỉnh động servo DC12V qua hệ thống bánh khía trung gian - Nếu điện áp vượt định mức động servo quay theo chiều làm dịch chuyển phía tăng số vịng dây AX để làm giảm điện áp Nếu điện áp giảm xuống định mức, động servo quay theo chiều ngược lại để tăng điện áp đầu Nếu điện áp đầu điện áp định mức động servo đứng yên - Động servo động chiều đặc biệt có khả đáp ứng nhanh thay đổi điện áp nguồn 3.1.2 Mạch điện nguyên lý ổn áp điện áp xoay chiều điển hình a Sơ đồ nguyên lý: Hình 5.16 Hình 5.16 Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp điện áp xoay chiều điển hình b Tác dụng linh kiện - ĐC động servo - Cuộn dây AX MBA tự ngẫu hình xuyến AX cịn có cuộn cách ly với cuộn dây để cấp nguồn cho mạch điều khiển - Mạch nắn điện dùng cuộn có điểm ( Nếu CL bội áp khơng có điểm cầu lưu dùng cuộn hạ áp khơng có điểm ) Cấp điện áp AC từ cuộn hạ áp qua D1, D2 tạo thành cấp 12V DC cấp cho TZT ( Q1 → Q12 ) - D2 C1: chỉnh lưu lọc điện - R1 Dz2: ổn áp tham số ( thực tế dùng ổn áp dải rộng ) - Các TZT ( Q1 → Q12 ): đèn ngược Tùy loại TZT dùng mạch dải điều chỉnh điện áp mà mạch điện U tăng hay nhiều 165 - D3: ổn định chế độ làm việc cho Q1 - VR: chỉnh mức điện áp tải - K1, K2: công tắc hành trình lắp ngưỡng ngưỡng giới hạn điều chỉnh, để điện áp biến động vượt khả chổi điện chạm vào cơng tắc hành trình làm nối mass B(Q 4) B(Q8) động ngừng quay tránh cho chổi điện không bị mắc kẹt vào khoảng hở ( khoảng khơng có dây quấn AX ) tránh điện đầu c Nguyên lý làm việc Đóng Apstomat AT cấp nguồn cho toàn mạch - Giả sử Ur tăng Uđm Khi điện áp chiều sau D1 D2 tăng theo Vì điện áp +12V sau R1 ln khơng đổi nên tồn phần tăng điện áp đặt vào cực B Q1 làm cho Q1 dẫn mạch, UC(Q1) âm xuống đồng thơi UE(Q1) dương lên, Q2 Q5 khóa lại Điện áp UC(Q2) dương lên, Q3 dẫn mạnh, UC(Q3) âm xuống làm cho Q4 khóa lại, UC(Q4) dương lên đồng thời UE(Q4) âm xuống Q9 dẫn Q12 khóa lại Mặt khác, Q4 Q5 khóa, UC(Q5) dương lên, Q6 dẫn mạnh UC(Q6) âm xuống, Q7 khóa, UC(Q7) dương lên, Q8 dẫn mạnh , UC(Q8) âm xuống đồng thời UE(Q8) dương lên làm cho Q10 khóa Q11 dẫn Khi có dịng qua động từ nguồn qua D1 → R24 → RCE(Q9) → động DC ( chiều A → B) → CE(Q11) → mass Động quay theo chiều làm chổi điện dịch chuyển vể phía tăng số vòng dây cuộn AX để giảm điện áp đầu tải - Khi điện áp giảm xuống điện áp định mức trình xảy ngược lại Kết làm Q4 dẫn Q8 khóa, mở Q12 Q10, khóa Q9 Q11 Điện áp chiều sau D1 qua R24 qua RCE(Q10) → động DC ( chiều B → A ) → RCE(Q12) → mass làm động quay theo chiều làm cho chổi điện dịch chuyển phía giảm số vịng dây cuộn AX để tăng điện áp tải - Khi điện áp đạt định mức, điện áp chiều sau D2 đạt định mức Q1 Q8 nằm trung gian trạng thái khóa trạng thái bão hòa nên cầu Uytton ( Q4,Q9,Q12,Q10,Q11,Q8 ) cân bằng, khơng có dịng chạy qua động ĐC nên chổi điện đứng im * Ngồi mạch cịn có thêm nguồn acqui khơ 12V tụ điện có điện dung lớn dự trữ lượng mạng điện Khi mạng điện bị đột ngột nguồn lượng làm cho động quay, dịch chổi điện vị trí cuộn AX có số vòng lớn tránh tượng điện áp tăng đột ngột có điện trở lại Một số mạch ổn áp có chức cải tiến cách đưa thêm mạch tạo trễ vào khống chế rơle cấp áp tải Khi nguồn, rơle hở mạch cắt điện áp đầu Khi có điện áp trở lại, sau mạch điều khiển đưa chổi điện vị trí thích hợp rơle đóng lại cho điện áp đầu tránh cho tải khỏi bị “ xốc điện” 3.2 Một số mạch thực tế * Mạch điện ổn áp điện áp xoay chiều hiệu Lioa NL -1000NM 166 Hình 5.17 Mạch điện ổn áp điện áp xoay chiều hiệu Lioa NL -1000NM - IC2 ( BA6209 ): cầu cân Uytton - IC1 ( HA17324) TZT điều khiển ( KĐại thuật toán thực so sánh) - Q1, Q2: TZT định giới hạn (250V) giới hạn (150V) phạm vi điều chỉnh thay cho công tắc hành trình khí K1, K2 - IC ( AN7812 ) IC ổn áp + 12V DC 167 BÀI 6: MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ Mã bài: MĐ 13-06 Giới thiệu: Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp rắp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy,công suất tiêu thụ nhỏ Ngày nay, lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ báo giờ…đã giúp cho đời sống ngày đại tiện nghi Mục tiêu: Phân tích nguyên lý, sơ đồ dạng mạch điều khiển tải AC, DC, mạch ứng dụng SCR, BJT - Kiểm tra xác định nguyên nhân hư hỏng theo chế độ làm việc mạch điện - Sửa chữa hư hỏng tần công suất điều khiển theo yêu cầu kỹ thuật mạch điện Nội dung chính: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TẢI AC 1.1 Mạch điều khiển động AC dùng Diac Triac 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý: Hình 6.1 Mạch điện điều khiển tải AC dùng triac diac 1.1.2 Tác dụng linh kiện: - Đ: bóng đèn (tải AC) cần điều chỉnh độ sáng tối phương pháp thay đổi điện áp - (C2, R4) mắc song song triac để bảo vệ triac cần điều chỉnh điện áp chúng mang tính điện dung - Diac đưa xung vào cực G (triac) - R2 hạn chế dòng điều khiển vào G (triac) - R1, VR tạo đường nạp cho C1 điều chỉnh điện áp vào G (triac) 168 - R hạn chế dòng 1.1.3 Nguyên lý làm việc: Đóng nguồn AC cấp điện áp cho tồn mạch - Giả sử nửa chu kì đầu: (+) trên, (-) Tụ C1 nạp điện qua R VR, điện áp C1 tăng từ OV → ngưỡng mở cửa điac tụ C1 phóng điện dẫn dịng điều khiển qua diac R1 (giảm dòng dương) vào G triac Ở triac (+A, -K ) thuộc T1 làm triac dẫn Khi động có dịng qua: từ dương nguồn → bóng đèn (Đ) → triac → âm nguồn, bóng đèn sáng - Sang nửa chu kì sau: (-) trên, (+) Tụ C1 nạp điện qua R1 → VR Điện áp tụ C1 tăng từ → ngưỡng mở điac C1 phóng điện âm qua điac dẫn hạ dòng qua R1 → G triac kích xung âm Triac có ( +A, -K ) thuộc T2 làm cho triac dẫn có dòng qua động cơ: Từ dương nguồn qua triac → bóng đèn (Đ) → âm nguồn Bóng đèn sáng Triac dẫn chiều nhờ cực G kích xung âm (dương) nhờ có dịng xoay chiều qua bóng đèn Độ sáng tối bóng đèn phụ thuộc điện áp đặt vào bóng đèn góc kích mở  vào G phụ thuộc vào VR ( điều chỉnh ) ( U đ  = Ud0 cos  ) 1.1.4 Dạng sóng: Hình 6.2 Giản đồ thời gian mạch điện điều khiển tải AC dùng triac diac 1.1.5 Ứng dụng: - Dùng điều khiển đèn bàn - Dùng điều khiển động có cơng suất nhỏ như: quạt trần, quạt bàn 1.2 Mạch điều khiển động AC dùng SCR diac 1.2.1 Sơ đồ nguyên lý: Hình 6.3 Dùng chỉnh lưu có điều khiển mắc song song ngược chiều, với cách mắc thực điều chỉnh nửa chu kỳ 169 A1 M 2A224J C2 D1 1N4007 Diac R2 a DB3 R UV ~220V 100 1K G A 2P4M VR G 500K DB3 SCR1 K 2P4M K SCR2 A R1 b Diac 2A224J C1 D2 100 1N4007 B1 Hình 6.3 Mạch điều khiển động AC dùng thyristor diac (Chỉnh lưu hình tia pha có điều khiển) 1.2.2 Tác dụng linh kiện: - SCR1, SCR2: dẫn dòng nửa chu kỳ cho phụ tải ( tương đương triac ) điều chỉnh điện áp xoay chiều cho động - Diac1, diac2: đưa xung dương (+) kích vào cực G SCR1 SCR2 - R1, R2: hạn chế dòng dương (+) đưa vào cực điều khiển G SCR SCR2 ( tức dòng IG1, IG2 ) - C1, C2: nạp phóng điện kích mở cho diac1 diac2 - D1: dẫn dòng dương (+) nạp cho tụ C1 ( C2 khơng nạp nối tắt ) - D2: dẫn dịng dương (+) nạp cho tụ C2 ( C1 khơng nạp nối tắt )  D1, D2: tạo thành mạch nạp cho C1, C2 - R, VR: thay đổi giá trị điện trở mạch nạp - Rt: Điện trở tải 1.2.3 Nguyên lý làm việc: Phương pháp điều chỉnh: Nếu điều chỉnh VR có giá trị nhỏ biên độ đặt vào tải Rt ( U, I ) có giá trị lớn → tốc độ tải cực đại Cịn điều chỉnh VR có giá trị lớn ngược lại Đóng điện pha ( ~ 220V ) cho mạch - Giả sử T đầu UV có cực tính dương (+) trên, âm (- )  D1 phân cực thuận nên D1 dẫn, D2 phân cực ngược nên D2 khoá D1 dẫn điện qua R VR, tụ C1 nạp điện từ +UV ( điểm A1 ) → Rt → D1 → R → VR →C1 → -UV ( điểm B1 ) Sau thời gian t tụ C1 nạp đầy  b dương  diac1 thông đưa tín hiệu xung dương vào cực G SCR1  SCR1 phân cực thuận ( +A;-K )  SCR1 dẫn đưa điện vào tải Rt góc mở SCR1 lớnc hay nhỏ phụ thuộc vào VR Dòng điện qua Rt từ +A1 → Rt → SCR1 → -B1 Còn SCR2 khơng có xung phân cực ngược nên SCR2 bị khố 170 - Đến nửa chu kỳ sau tín hiệu vào đổi chiều: U V có chiều âm (-) trên, dương (+) ( -A1;+B1 )  D2 phân cực thuận nên D2 dẫn D1 phân cực ngược nên D1 khoá D2 dẫn điện qua VR R, tụ uv C2 nạp điện từ B1 → D2 → VR → R → C2 → -A1 Sau thời gian t tụ C2 nạp đầy C2 nạp đến U t ngưỡng mở diac2  a dương  diac2 thông đưa tín hiệu xung dương vào cực G SCR2 ( hay uG diac2 thơng dẫn dịng chảy qua R2 kích vào cực G SCR2 )  SCR2 phân t cực thuận ( +A;-K )  SCR2 dẫn đưa điện vào tải Rt Cịn SCR1 khơng có xung phân cực ngược nên khố Dịng điện qua tải Rt từ +B1 → ur SCR2 → Rt → -A1 Quá trình tiếp diễn chu kỳ sau tín hiệu t vào Như chu kỳ có dịng điện chảy qua tải Rt làm cho tải hoạt động liên tục Khi điều chỉnh VR tức điều Hình 6.4 Giản đồ thời gian chỉnh thời gian nạp cho tụ C, mạch điều khiển động AC dùng C2 tức điều chỉnh ngưỡng thyristor diac nmở Diac1 Diac2 làm cho xung kích vào cực G SCR1 SCR2 nhiều hay kết điện áp đặt lên tải Rt nhiều hay làm cho tải hoạt động nhanh hay chậm 1.2.4.Dạng sóng: Hình 6.4 1.2.5 Ứng dụng: - Mạch điện thường dùng cho động có cơng suất nhỏ trung bình - Ngồi mạch điện cịn ứng dụng với việc điều chỉnh điện áp với máy biến áp có cơng suất nhỏ - Dùng để điều khiển đèn bàn MẠCH ĐIỀU KHIỂN TẢI DC 171 2.1 Mạch đảo chiều quay động chiều dùng TZT 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý: +EC Q3 D1 D4 Q6 R3 R4 A1 Q2 Đ B1 Q1 Q4 R2 Q5 R1 B A Uđk D2 D3 Hình 6.5 Mạch điều khiển tải DC 2.1.2 Tác dụng linh kiện - EC nguồn cấp chiều - Điện áp Uđk cấp vào A B - Đ động chiều cần đảo chiều quay phương pháp đảo chiều điện áp đặt vào Uđk - Q1, Q2, Q4, Q5 đèn ngược ( NPN ) - Q3, Q6 đèn thuận ( PNP ) - R1, R2 điện trở hạn chế dòng cho Q1, Q2 - R3, R4 tải Q1 Q2 - D1, D2, D3, D4 bảo vệ tiếp giáp CE Q3, Q4, Q5, Q6 - Động nối C(Q3), C(Q4) C(Q6), C(Q5) - Các Q3, Q5, Q6, Q4 mắc tương đương cầu 2.1.3 Nguyên lý làm việc - Giả sử ban đầu Uđk (+A), (-B) +B(Q1) làm Q1 dẫn, tiếp giáp CE(Q1)  0, C(Q1) âm xuống điện áp B(Q3) âm xuống, Q3 dẫn đưa dương vào A1 mặt khác E(Q1) dương lên đặt vào B(Q5) -> Q5 dẫn làm tiếp giáp CE(Q5)  -> C(Q5) âm xuống đặt âm vào B1 Khi có dịng điện qua động từ +EC qua Q3 -> A(A1->B1) -> Q5 -> mass Cịn âm B (Q2 khóa, Q4 khóa, Q6 khóa ) - Đảo chiều quay động cơ: Đảo Uđk (-A), (+B) +B(Q2) làm Q2 dẫn, tiếp giáp CE(Q2)  0, C(Q2) âm xuống điện áp B(Q6) âm xuống, Q6 dẫn đưa dương vào B1 mặt khác E(Q2) dương lên đặt vào B(Q4) 172 -> Q4 dẫn làm tiếp giáp CE(Q4)  -> C(Q4) âm xuống đặt âm vào A1 Khi có dịng điện qua động từ +EC qua Q6 -> Đ(B1->A1) -> Q4 -> mass Động quay chiều ngược Còn âm A -> Q1 khóa, Q3 khóa, Q5 khóa - Khi Uđk = -> Q4, Q6, Q3, Q5 khóa => UA1B1 = -> Động khơng quay - Tóm lại Uđk > 0: ( +A, -B ) động quay thuận ( -A, +B ) động quay ngược Chú ý : Nếu D4 thuận +EC → D4 ngắn mạch Q5 bị ngắn mạch dòng dương tăng không vào tải DC → đường dây cháy 2.1.4 Ứng dụng Dùng để đảo chiều quay động công suất nhỏ vừa Ứng dụng hệ thống tự động nhỏ độ tin cậy cao 2.2 Mạch điều khiển tốc độ động chiều dùng IC tuyến tính 2.2.1 Sơ đồ ngun lý: Hình 6.6 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động chiều dùng IC tuyến tính 2.2.2 Tác dụng linh kiện - VR: Điều chỉnh điện áp cho IC MA 741 - IC MA 741: Khuếch đại không đảo - Q1: Làm việc trạng thái khuếch đại - D1, D2: Tạo điện áp chuẩn - R1, R2: Hạn chế dòng cho IC - Đ: Động cần điều chỉnh tốc độ 2.2.3 Nguyên lý làm việc Mạch điện hình 4.6 cho phép đưa điện áp ổn định, có giá trị thay đổi từ 3V đến 15V điều chỉnh VR1, với dòng điện từ đến 50mA Khi điện áp điều chỉnh lối vào +18V Khi điều chỉnh VR U2 thay đổi làm cho tốc độ động Đ thay đổi D1 D2 tạo điện áp chuẩn có giá trị UZ2+U1 UZ2+UD1 = 6,1V + 0,7V = 6,8V có tính chất quan trọng ổn định nhiệt dải rộng biến thiên theo nhiệt độ U Z2 UD1 ngược Điện áp chuẩn qua chia R2,R3 đặt tới cổng P IC điện áp ngưỡng khoảng 3V IC dùng mạch loại phổ biến MA741 chế độ khuếch đại chiều mắc kiểu khơng đảo, có hệ số khuếch thay đổi nhờ thay đổi giá trị điện trở hồi tiếp âm VR4 – R4 Khi P tận ( ) 173 VR4 chọn R4 thích hợp để có hệ số khuếch đại At = + VR1 = 5lần hay R4 với VR1=10k  R4 chọn giá trị 2,5k  Ta nhận điện áp cổng IC Ur1=Up At = 3V.5= 15V; qua Q1 tầng mắc CC ta nhận tương ứng Ur2=Ur1= 15V Khi P điểm tận cůng tręn VR1 IC làm việc lặp, hệ số At  Ur1  Ur2 Khi điện áp ngưỡng 3V đạt tới cổng P IC Ở ổn định điện áp U r1 Ur2 trì mạch hình 4.1 điện áp thực vịng phản hồi âm qua VR1R4 gia số  Ur2 sau IC so sánh với điện ngưỡng U p khuếch đại sai lệch kết nhận cổng lượng gia số  U’r2 có độ lớn tương đương ngược dấu, ngun lí ổn định điện áp kiểu bù Trên hình 4.6 đưa mạch điều khiển tốc độ dùng vi mạch khuếch đại Tốc độ động điều chỉnh nhờ thay đổi điện trở hồi tiếp nghĩa nhờ thay đổi điện áp khuếch đại Lúc điện áp động xác định MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC 3.1 Mạch điều tốc độ động điện chiều dùng cầu chỉnh lưu, SCR Transistor 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý: R1 100K 4,7K 250K R5 150K R2 1K R7 A671 Q1 2A224J Đ A D4 Uv ~220V D1 SCR 4,7K 2P4M K R3 C Q2 H1061 G 1N4007 D3 D2 R4 390 R6 4,7K Hình 6.7 Sơ đồ nguyên mạch điều tốc độ động điện chiều dùng cầu chỉnh lưu, SCR Transistor 3.1.2 Tác dụng linh kiện - Chỉnh lưu cầu đưa ( âm vào K, dương vào A) SCR đưa chiều vào khối điều khiển cực G SCR - R1 hạ áp giảm dòng tạo cho áp – dòng vào điều khiển cực G SCR => R1 tác dụng điện trở công suất - Q1 thuận, Q2 ngược mắc B Q1 nối C(Q2) B(Q2) nối C(Q1) Tín hiệu chân E(Q2) đưa vào G ( điều khiển ) SCR Q1 Q2 mở bão hịa khóa - Tụ C nạp điện qua ( VR nối tiếp R7 ) song song R5 174 3.1.3 Phân tích nguyên lí làm việc Ud  = Ud0 - cos  Khi VR thay đổi → Tnạp = (VR + R7 ) R5 C VR + R7 + R5 Điện áp đặt lên động cơ: Uđcơ = UAB – USCR tăng ( giảm ) USCR → Uđcơ thay đổi Tại thời điểm ban đầu tụ C chưa nạp điện ( UC = ) Khi nguồn điện nhờ cầu CL pha làm A SCR (+) K thời điểm điện áp chiều đặt vào khối điều khiển, tụ C nạp điện E(Q1) nối tiếp với C, ban đầu UC = → Q1 khóa → Q2 khóa → SCR khơng kích xung → SCR khóa Khi điện áp nạp vào tụ tăng dần đầy E(Q1) dương lên C(Q2) dương nhất, B(Q2) dương làm Q2 dẫn E(Q2) dương lên lúc có xung dương dẫn vào cực G làm cho SCR mở có dịng qua động cơ: từ +A → Đ → Đ1 → SCR(A → K) → D3 → -B(ở1/2 chu kì đầu): +B → D2 → SCR → D4 → Đ → -A ( ½ chu kì sau ) Động bắt đầu làm việc Ud  = Ud0.cos  Muốn thay đổi xung làm SCR mở nhiều hay điều chỉnh VR * Chú ý: - Điện áp đặt vào mạch điều khiển điện áp thấp - Động AC: +1/2 chu kì đầu (+A) (-B) +1/2 chu kì sau (+B ) (-A) - SCR dẫn chiều (+A,-K) + Động Đ chạy với điện áp xoay chiều điều chỉnh tốc độ 3.1.4 Ứng dụng Dùng điều chỉnh tải AC có cơng suất trung bình máy cơng cụ Điều chỉnh MBA pha cách hiệu quả, tin cậy 3.2 Mạch khống chế động điện KĐB pha quay chiều dùng IC HA17324 TZT 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý: Hình 6.8 +12V Rơle T N 1N4007 D2 D4 ~220V RN 1N4007 R4 H1061 Q2 100 14 12 13 11 10 - - + + +12V HA17324 + +12V + Rơle - - R2 R1 VR 50K 6V T 12V D3 1K 1K N DZ RN 1N4007 DZ R3 H1061 Q1 100 1N4007 D1 Hình 6.8 Sơ đồ nguyên lý mạch khống chế động điện KĐB pha quay chiều dùng IC HA17324 TZT 175 ~220V 3.2.2 Tác dụng linh kiện - IC HA17324: TZT khuếch đại thuật toán so sánh - R1: hạn chế bảo vệ cho biến trở VR - VR thay đổi ( khống chế trạng thái đầu ) thay đổi U vào - R2, Dz1, D2: tạo cầu ổn áp cho IC - D1, R3: hạn chế dòng dẫn dương vào Q1 - D2, R4: hạn chế dòng dẫn dòng dương vào Q2 -Q1, Q2: dẫn bão hịa khóa ( cơng suất ) - Rơle1, Rơle2: tải Q1 Q2 - D1, D2: bảo vệ CE Q1 Q2 khóa - T, N: công tắc tơ thuận ngược khống chế động pha 3.2.3 Nguyên lí làm việc - Khi VR di chuyển lên → điện áp chân VR tăng đặt vào chân 5, chân 10 IC, mà chân ( 2, 6, 9, 12 ) đặt 6V ổ áp Khi V pin5 > Vpin6  Vpin7= 12V → đưa vào chân 3, Vpin3 > Vpin2  Vpin1 =12V qua D1, R3 → B(Q1) dương → Q1 dẫn có dịng qua rơle1, rơle1 tác động đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cơng tắc tơ T T có điện đóng tiếp điểm thường mở mặt động lực cấp nguồn vào stato động Mở T tránh N có điện Mặt khác V pin8 > Vpin9  Upin8 = Upin13 = 12V, Upin13 > Upin12  Upin14 = 0V → làm D2 phân cực ngược khóa → Q2 khóa → N khơng có điện - Khi VR di chuyển xuống (2) trình ngược lại → T điện mở T động lực cắt nguồn Đ đồng thời N đóng N đảo chéo pha cấp Đ làm Đ quay theo chiều ngược lại - Khi VR di chuyển mà chân 3(VR) = 6V → T, N điện động Đ dừng lại 3.3 Mạch tự động khống chế đèn chiếu sáng dùng IC 741và Rơle trung gian 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý: Hình 6.9 R +12V 1K R1 VR Rơle Đ 1K D 250K ~220V 1N4007 +Vcc VN VP SW C + R2 2200F 1K - + R3 Q 100 H1061 -Vcc Hình 6.9 Sơ đồ nguyên lý mạch tự động khống chế đèn chiếu sáng dùng IC 741và Rơle trung gian 176 3.3.2.Tác dụng linh kiện - SW: Reset - R, VR: tạo đường nạp điều chỉnh thời gian nạp C - R1, R2: tạo cầu phân áp đặt vào chân (Vp) - C: tạo khoảng thời gian trễ (khi C nạp) - IC741: IC khuếch đại thuật toán ( khuếch đại so sánh ) - R3: điện trở hạn chế dòng, định thiên cho Q - Q dẫn bão hịa hay khóa - Rơle: tải Q - D: bảo vệ tiếp giáp CE(Q) khỏi bị đánh thủng khóa đột ngột - Đ: bóng đèn 3.3.3 Nguyên lí làm việc Cấp nguồn tồn mạch Tụ C nạp điện, VN < VP  VPin6  +VCC dẫn bão hịa UC(Q) âm xuống đặt vào rơle lúc có dòng qua rơle từ +V CC → Rơle → RCE (Q) → mass, rơle đóng tiếp điểm thường đóng cấp nguồn AC cho Đ Sau thời gian nạp điện  = (VR + R)C Tụ C nạp điện điện áp tụ tăng VN > VP  VPin6 = 0V làm B(Q2) âm xuống, Q khóa khơng có dòng qua rơle, rơle điện mở tiếp điểm thường mở cắt nguồn vào Đ → đèn không sáng Muốn đặt lại trạng thái ta ấn SW tụ C xả hết Khi U C = 0V, tụ C bắt đầu nạp điện trình diễn ban đầu Đây mạch hẹn thời gian tắt.Thời gian tắt cách thay đổi VR Mạch ứng dụng làm rơle điện tử mạch tự động khống chế trang bị điện Chú ý : Muốn thay đổi trạng thái hẹn tắt thành mở ta làm: - Đảo vị trí chân (741) cho chân 3(741) - Hoặc thay Q ngược (H1061) thành đèn thuận (A761) phân cực lại cho A761 3.4 Mạch tự động đóng căt đèn chiếu sáng dùng Transistor quang 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý: +9V D1 R Đ Q R3 R5 A VR D2 SCR G K R4 Q2 R2 Q1 R1 177 ~220V Hình 6.10 Sơ đồ nguyên lý mạch tự động đóng căt đèn chiếu sáng dùng Transistor quang 3.4.2 Tác dụng linh kiện - Q TZT quang ( loại ngược ) biến đổi điện trở R CE theo ánh sáng: Khi có ánh sáng chiếu vào B(Q)  Q dẫn; ánh sáng chiếu vào B(Q) yếu Q khóa - Q nối tiếp VR nối tiếp R1 phân áp cho Q1 - Q1, Q2 làm việc chế độ khóa mục đích tạo xung đk cho cực G SCR - R3 tải Q1, R5 tải Q2 - D2 đưa xung dương vào G SCR - D1 chỉnh lưu nửa chu kì dương cấp +9V cho Q, Q1, Q2 - R, D1 giảm điện áp 220 → +9V - SCR dẫn cấp điện cho đèn sáng 3.4.3 Nguyên lí làm việc - Khi có ánh sáng chiếu vào B(Q) → Q dẫn → RCE(Q) giảm   , VR hạ áp → B(Q1) dương lên → Q1 dẫn, C(Q1) âm xuống qua R1 làm B(Q2) âm xuống, Q2 khóa → C(Q2) dương lên qua D2 kích xung dương vào G(SCR) mà SCR ( +A,-K )  SCR dẫn cho dòng qua Đ, Đ sáng Dòng qua đèn ( dương nguồn → Đ → SCR → âm nguồn ) - Khi khơng có ánh sáng chiếu vào B(Q) → Q khóa → RCE(Q)>> → B(Q1) âm xuống → C(Q1) dương lên đặt vào B(Q2) → Q2 dẫn → C(Q2) khơng dương làm cho khơng có xung vào G(SCR), SCR khóa khơng có dịng qua Đ đèn Đ khơng sáng Vậy có ánh sáng chiếu vào Đ sáng ngược lại Muốn điều chỉnh độ nhạy mạch ta thay đổi VR cho phù hợp Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền Nhược điểm: Độ ổn định không cao, dễ bị nhiễu biến động nhẹ mơi trường 3.4.4 Mạch điện sau khắc phục phần nhược điểm Chọn R VR lớn nhiều so với R1 Khi có ánh sáng chiếu vào B(Q) → đèn Q dẫn điểm có điện áp bắt đầu giảm dần nhờ tụ C phóng → Q1 dẫn yếu dần → Đ sáng → UC giảm đến ngưỡng khóa Q1 ( UB(Q1) < 0,2V )  Q1 khóa lại → Đ điện, Đ tắt Khi trời sáng → Đ tắt trời tối đèn sáng 178 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục 2008 [2] Nguyễn Văn Tuân, Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử,NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [3] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục 2005 [4] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 1, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [5] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử 2, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [6] Linh kiện điện tử KS Nguyễn Tấn Phước – Nhà xuất tổng hợp TP HỒ CHÍ MINH [7] Linh kiện bán dẫn vi mạch TS Hồ Văn Sung – Nhà xuất giáo dụ [8] Cơ sở kĩ thuật điện tử số Bộ môn điện tử - Đại học Thanh Hoa BẮC KINH Vũ Đức Thọ dịch - Đỗ Xuân Thụ giới thiệu hiệu đính Nhà xuất giáo dục – 1999 [9] Giáo trình kĩ thuật mạch điện tử TS Đặng Văn Chuyết - Nhà xuất giáo dục [10] Giáo trình linh kiện điện tử ứng dụng TS Nguyễn Viết Nguyên - Nhà xuất giáo dục [11] Bài giảng thực hành điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật Nam Định [12] Các sách, báo, tạp chí, Internet có liên quan [13] Điện tử công suất Đỗ xuân Tùng - Trương Tri Ngộ - NXB Xây dựng - Hà Nội 1999 179