Điện tử công nghiệp docx

CHƯƠNG IV. THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ (Điện tử công nghiệp) I. Khái niệm chung về điện tử và bán dẫn. Điện tử công nghiệp là lĩnh vực kỹ thuật ứng dụng các dụng cụ điện tử và công nghiệp. Nguyên tắc chung cấu tạo các linh kiện điện tử, bán dẫn dựa trên hiện tượng dòng điện chạy trong chân không, chất khí và bán dẫn. Hiện nay dụng cụ điện tửm bán dẫn được sử dụng trong mọi lĩnh vực. Chương này sơ lược nghiên cứu về cấu tạo nguyên lý làm việc và ứng dụng của một số dụng cụ điện tử bán dẫn vào mạch điện. 1. Khái niệm về điện tử. a. Đèn 2 cực: • Cấu tạo: Gồm có 2 cực A và K đặt trong một bình thủy tinh kín đã hút hết không khí. A: Làm bằng Molip đen. K: Loại trực tiếp là một sợi Vôn-fram uốn dạng loxo. Loại trực tiếp: là trụ kim loại rỗng, mặt ngoài phủ một lớp oxit kiềm thổ (BaO, SrO (amtrong), trong trụ có dây Vôn-fram đốt nóng. Ký hiện đèn hai cực: • Nguyên lý làm việc: Khi K bị đốt nóng sẽ phát xạ điện tử nên có một líp mây điện tử bao quanh K một điện áp (A dương) điện tử sẽ bay từ K → A tạo thành dòng điện, nếu tăng điện áp dòng sẽ tăng nhưng đến một lúc nào đó thì bão hòa vì toàn bộ e sáng hết. Nếu đặt điện áp ngược (K dương) sẽ không có dòng điện. Như vậy nó chỉ cho dòng điện đi theo một chiều. b. Đèn 3 cực: • Cấu tạo: Giống đèn 2 cực nhưng giữa A và K them cực lớn L hình thành vành khăn. • Ký hiệu: • Nguyên lý làm việc: Nối A và K vào nguồn điện và lưới có một điện áp nhất định (thường lưới âm so với K). Khi ta thay đổi điện áp lưới ta sẽ thay đổi được dòng I A , nhưng lưới gồm K do đó sự thay đổi nhỏ của điện áp lưới sẽ làm dòng điện I a thay đổi lớn. Do đó đèn có tác dụng chỉnh lưu và khuếch đại. 2. Khái niệm về bán dẫn. a. Khái niệm về bán dẫn: - Chất bán dẫn là những chất có độ dẫn điện tốt hơn chất cách điện nhưng kém kim loại (điện trở mất từ 10 -3 ÷ 10 -10 Ωcm) và chất bán dẫn có độ dẫn điện phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng độ dẫn điện tăng và ngược lại. - Chất bán dẫn loại n: Các nguyên tố Ge, Si thuộc nhóm 4 nên ngoài cùng có 4e. Nếu ta pha vào nó một chất ở nhóm 5 (Asen, Antimon) vì nguyên tử mới có 5e do đó góp 4e vào Ge còn e thứ 5 trở thành tự do, chúng chuyển động lung tung trong tinh thể e. Nếu cho cháy 1 điện trường nó sẽ chuyển động theo một hướng tạo thành dòng điện gọi là chất bán dẫn n. - Bán dẫn loại P: Nếu cho vào Ge hay Si một trong các chất nhóm 3 như Bo, Al, … ở rãnh ngoài chúng có 3e nên khi vào mạng Ge nó không đổi 4 đôi e do đó tạo thành một lỗ trống thiếu e, các lỗ chạy lung tung trong mạng. Nếu đặt vào chúng một điện trường các lỗ sẽ chuyển động theo hướng nhất định. Chất bán dẫn này gọi là bán dẫn loại P. b. Đèn bán dẫn 2 cực: - Cho 2 chất bán dẫn loại p và n tiếp xúc nhau, khi đố loại lớp tiếp giáp, e bên n khuếch tán sang p và lỗ bên p khuếch tán sang n. Tại lớp tiếp xúc tạo thành điện trường tiếp xúc Ētx hướng từ n → p và ngăn không cho n và p khuếch tán sang nhau. - Nếu đặt điện áp thuận vào 2 chất (dương ở p, âm ở n) thì nguồn sẽ tạo 1 E ngược Ētx. Khi E ngoài trực tiếp Ētx. Khi đó e và p dễ dàng chuyển động qua mặt tiếp xúc tạo cho đèn dẫn điện. - Nếu đặt điện áp ngược thì Eng cùng chiều Ētx làm e, p khó qua mặt tiếp xúc nên không có dòng điện. Như vậy đèn 2 cực chỉ cho dòng điện theo một chiều. - Ký hiệu đèn 2 cực bán dẫn: c. Đèn bán dẫn 3 cực: • Cấu tạo: Là loại linh kiện có 3 vùng bán dẫn tiếp giáp nhau tạo thành 2 tiếp giáp p-n. - Nếu vòng n ở giữa là loại thuận. - Nếu vòng p ở giữa là loại nghịch. Đèn 3 cực có các cực là: Phát (E), Góp (C), Gốc (B). • Nguyên tắc khuếch đại của đèn 3 cực bán dẫn: Nếu ta đặt giữa hai chất bán dẫn p và n phía dưới điện áp thuận nhỏ còn giữa 2 chất n, p phía trên một điện áp ngược thì giữa phát và gốc thuận nên dòng điện đi qua từ phát sang n (En ngược Ētx) nó chia làm một dòng qua B, 1 dòng qua C. Dòng qua B rất nhỏ vì được áp ngược đặt và góp lớn. Nếu ta thay đổi điện áp đặt vào gốc thì dòng cực phát và góp sẽ thay đổi rất lớn do nó có tác dụng khuếch đại. Có thể coi cực phát như K, gốc như lưới, góp như Anot trong đèn 3 cực chân không. • Tính chất điều khiển của đèn bán dẫn 3 cực. Ngoài chế độ khuếch đại đèn 3 cực bán dẫn còn làm việc ở chế độ điều khiển hay chế độ đóng, mở (chuyển mạch). Đối với loại p-n-p. - Nếu khi U bc > 0; U cb < 0 thì đến không cho dòng điện đi qua (cắt). - Nếu U bc < 0; U cb > 0 thì đèn cho dòng điện đi qua (đóng). II. Mạch điện chỉnh lưu. Mạch chỉnh lưu dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều. 1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ: • Sơ đồ chỉnh lưu: Điện áp U 2 ở thứ cấp máy biến áp là hình sin. • Nguyên tắc: Nửa chu kỳ đầu điện thế 1 > 2, điot cho dòng đi qua 1  Đ  R t  2. Nửa chu kỳ sau điện thế 1 < 2, điot không dẫn điện phụ tải không có dòng điện. Như vậy phụ tải dòng điện chỉ đi theo 1 chiều từ 1  2 (đồ thị như hình trên). 2. Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ: • Sơ đồ: Cuộn thứ cấp có điểm giữa O nối với phụ tải, 2 đầu nối với 2 điot Đ 1 , Đ 2 . • Nguyên tắc: Nửa chu kỳ đầu điện thế 1 > O, Đ 1 cho dòng điện đi qua từ 2  Đ 1  R t  O. Nửa chu kỳ sau điện thế 2 > O, Đ 2 cho dòng điện đi qua từ 2  Đ 2  R t  O. Như vậy 2 nửa chu kỳ dòng điện đều đi qua R t theo một chiều và đồ thị như hình b. 3. Mạch chỉnh lưu cầu. • Sơ đồ: Khi điện thế 1 > 2, dòng điện đi từ 1  Đ 1  R t  Đ 3  2. Khi muốn chu kỳ sau điện thế 2 > 1, dòng đi từ 2  Đ 2  R t  Đ 4  1. Như vậy dòng điện qua R t chỉ theo một chiều. 4. Chỉnh lưu 3 pha: Hình a là sơ đồ chỉnh lưu 3 pha nửa chu kỳ dòng 3 điot, ở mạch này điện áp pha nào lớn hơn thì Đ của pha đó sẽ dẫn điện. Hình b mạch chỉnh lưu của chu kỳ. III. Mạch ổn áp. Là mạch điện đảm bảo điện áp ra của nguồn ổn định không thay đổi khi nguồn vào và phụ tải thay đổi. Các loại máy ổn áp: - ổn định điện áp xoay chiều và 1 chiều. - ổn áp điện tử, bán dẫn, cơ khí. 1. Mạch ổn áp dùng điot Zenne. a. Điot Zenne: - Cấu tạo như điot chỉnh lưu thông thường. Như điot zen nó có khách là: khi đặt điện áp theo chiều ngược lại thì tới một trị số điện áp ngược nhất định nào đó nó sẽ cho dòng điện ngược tăng vọt lên. Khi đó dòng điện tăng cao bao nhiêu nhưng điện áp vẫn ở trị số ổn định. Khi hết điện áp này thì điot trở về bình thường. - Ký hiệu: - Đặc tuyến: b. Mạch chỉnh lưu dòng điot Zenne: • Sơ đồ: R nối tiếp với Đ, R t mắc song song với Đ tại C và D. Ta có: I = I t + I Đ Với U AB là điện áp vào, U CĐ là điện áp ra yêu cầu phải ổn định khi U AB thay đổi hay I t thay đổi. • Nguyên tắc: Giả sử điện áp vào thay đổi khi đó: Do đó: Nếu U AB tăng thì I tăng và U DC tăng nhưng đặc tính điot Zenne… Khi I tăng thì R Đ giảm và R DC , U DC cùng giảm. Kết quả là U DC không đổi. . CHƯƠNG IV. THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ (Điện tử công nghiệp) I. Khái niệm chung về điện tử và bán dẫn. Điện tử công nghiệp là lĩnh vực kỹ thuật ứng dụng các dụng cụ điện tử và công nghiệp. Nguyên tắc chung. việc: Khi K bị đốt nóng sẽ phát xạ điện tử nên có một líp mây điện tử bao quanh K một điện áp (A dương) điện tử sẽ bay từ K → A tạo thành dòng điện, nếu tăng điện áp dòng sẽ tăng nhưng đến một. nghiên cứu về cấu tạo nguyên lý làm việc và ứng dụng của một số dụng cụ điện tử bán dẫn vào mạch điện. 1. Khái niệm về điện tử. a. Đèn 2 cực: • Cấu tạo: Gồm có 2 cực A và K đặt trong một bình thủy