cách sử dụng linh kiện bán dẫn trong điện tử

Một chút tính toán để biết cách dùng Led. Đặc tính của môn điện tử là "tính tính toán toán". Khi đã nghĩ ra một mạch điện rồi thì phải biết: * Biết tính toán dòng, áp, công suất tiêu thụ, tính an toàn, độ bền * Biết tìm linh kiện, làm bo mạch in. * và phải biết ráp mạch * và nếu giỏi nữa thì phải biết dùng kiến thức của mình tạo ra kinh tế cho bản thân. Ở đây tôi trình bày các mạch điện kinh điển dùng Led và một số tính toán có liên quan (để việc tính toán nhanh và dễ làm tôi dùng phần mềm PSpice của OrCAD). Do có ý là chỉ dùng các linh kiện dễ tìm, tôi chọn kiểu mạch điều khiển kích sáng chủ yếu dùng transistor và chỉ dùng thêm một vài loại ic logic thông dụng. Trước hết là vấn đề kiểm tra các Led mà Bạn có: Khi dùng Ohm kế để kiểm tra Led Bạn nhớ các điểm sau: (1) Lấy thang đo Rx1 để có dòng chảy ra trên dây đo lớn, lúc này dòng ngắn mạch (chập 2 dây đo lại) , dòng chảy trên dây đo sẽ lớn nhật và thường ở thang Rx1 là 150mA (con số này có ghi trên máy đo). (2) Do dây đo màu đỏ nối vào cực âm của pin (pin 3V trong máy đo), nên dòng điện tử chảy ra từ dây đen và do dây màu đỏ nối vào cực dương của pin nên dòng điện tử sẽ bị hút vào ở dây đỏ. (3) Khi đo Led (hay nói chung là khi Bạn đo các linh kiện có tính phi tuyến như diode, transistor, IC) Bạn nên xem kết quả trên vạch chia LV, vạch LV cho Bạn biết mức volt hiện có trên vật đo và khi đọc kết quả trên vạch chia LI, vạch LI cho Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua vật đo. Vậy với Led, khi dây đen đặt trên chân Cathode và dây đỏ trên chân Anode, Led sẽ sáng. Đọc kết quả trên vạch chia LV Bạn biết điện áp có trên 2 chân của Led và đọc trên vạch chia LI, Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua Led. Đảo chiều 2 dây đo Led sẽ không sáng, vì nó bị phân cực ngược, khi mối nối bán dẫn PN bị phân cực ngược nó sẽ không cho dòng chảy qua. Tóm tắt cách đo Led bằng hình động sau: Bạn thấy gì: Khi dây đen đặt trên chân cathode của led và dây đỏ trên anode thì Led sáng (vì Led được cho phân cực thuận) và khi đảo dây lại thì Led tắt (vì Led bị phân cực nghịch). Lúc đo theo phân cực thuận, Bạn hãy nhìn kim dừng trên vạch chia LV sẽ biết mức ghim áp của Led. Các Led chiếu sáng thông thường thường có mức ghim áp khoảng 2V, với loại Led siêu sáng có mức ghim áp khoảng 3V. Ghi nhận: Với các VOM kế có lỗ cắm dùng đo hệ số khuếch đại dòng của các transistor, Bạn có thể cắm Led vào các lỗi này để kiểm tra Led, làm như vậy sẽ nhanh hơn. Tiếp theo chúng ta sẽ dùng trình PSpice của OrCAD để khảo sát các mạch điện kinh điển dùng Led. Thực hành 1: Dùng luật Ohm để tính trị của điện trở hạn dòng R (Xem sơ đồ mạch thực hành 1). Trong mạch này dùng 3 chủng loại linh kiện, đó là: Led chiếu sáng, điện trở và nguồn điện năng của pin. Trong mạch Bạn luôn phải nhớ dùng điện trở hạn dòng hay còn gọi là điện trở định dòng làm việc cho Led. Các Led chiếu sáng thường có mức ghim áp là 2V (loại Led siêu sáng có mức ghim áp là 3V) và dòng làm việc lấy 10mA là đủ sáng. Vậy chúng ta có thể dùng luật Ohm để tính được trị của điện trở R. Dùng trình PSpice để tính nhanh, từ các trị in ra trong hình, chúng ta thấy với Led có tính ghim áp là 1.18V và trong mạch dùng điện trở hạn dòng R1 là 1K thì dòng chảy qua led sẽ là 10.82mA, lúc này công suất tiệu thụ trên Led là 12.76mW, rất nhỏ so với công suất làm nóng điện trở R1 là 117.1mW. Vậy nếu muốn giảm dòng chảy qua Led Bạn cho tăng trị của điện trở R1. Điều tối kỵ: Không bao giờ, không bao giờ cho Led nối thẳng vào nguồn pin, không có điện trở hạn dòng, dòng qua Led quá lớn, Led sẽ bị cháy và hư tức khắc (nếu không tin, Bạn có thể làm thử để lấy kinh nghiệm). Thực hành 2: Khảo sát các Led mắc nối tiếp. Chúng ta tạo ra 4 nhánh với số Led tăng dần, và dùng PSpice để tìm kết quả về dòng và áp trên mạch, chúng ta nhận thấy: * Điện áp của các Led được cho cộng vào nhau. * Do điện trở hạn dòng không thay đổi trị số, nên dòng ở các nhành có nhiều Led sẽ giảm. * Dòng cung cấp của nguồn pin bằng tổng các dòng qua các nhánh cộng lại. Vậy khi mắc nhiều Led nối tiếp chúng ta phải nhớ điều chỉnh lại trị của điện trở hạn dòng để dòng qua Led đủ lớn để cho Led sáng mạnh (dòng làm việc của các Led chiếu sáng thường lấy trong khoảng từ 5mA đến 10mA là đủ). Thực hành 3: Khảo sát các Led vừa mắc nối tiếp vừa mắc song song. Bạn mô tả mạch điện muốn ráp trong trình PSpice, và kết quả phân tích của PSpice cho chúng ta số liệu như hình sau: Qua các số liệu chúng ta thấy: Dòng qua nhánh 2 Led là 4.87mA, và dòng tồng cộng là 9.74mA. Nhánh 3 Led không có dòng. * Các nhánh có Led cùng loại, có số Led bằng nhau mắc song song thì có dòng làm sáng Led. * Nhánh có số Led nhiều hơn, như nhánh 3 Led, nó cần mức áp cao hơn mức ghim áp của nó, do đó nhánh này thiếu áp và sẽ không được cấp dòng, nên các Led không sáng. Tóm lại, Bạn cần nhớ chỉ dùng cùng loại Led cho mắc nối tiếp và rồi mắc song song, số Led trên các nhánh phải bằng nhau, lúc đó các nhánh này mới có dòng và Led sẽ sáng . Thực hành 4: Hãy làm quen với tụ điện và mạch RC. Trong mạch điện tụ điện là kho chứa điện, do vậy khi có một tụ điện Bạn phải biết: * Điện dung của tụ, đơn vị tính là Faraday, thường dùng ở cấp uF (micro Farad), hay nF (nano Farad) hay pF (pico Farad). * Sức chịu áp của tụ, trên tụ thường ghi mức áp làm việc (WV, Working Volt), đừng cho tụ nạp ở mức áp quá cao, tụ sẽ bị nổ. Hình vẽ cho thấy hình dạng các loại tụ điện: Thường có 3 nhóm: (1) Nhóm tụ hóa, loại tụ có dung lượng lớn (chứa được nhiều điện tích), loại tụ này có cực tính, khi mắc vào mạch dấu dường ghi trên tụ phải cho bên có mức áp cao. (2) Nhóm tụ thường, loại tụ này có điện dung nhỏ, nhưng sức chịu áp cao. Loại tụ thường không có cực tính. (3) Nhóm tụ xoay, loại tụ này có điện dung thay đổi được, nó thường dùng trong các mạch cộng hưởng dùng làm bẩy sóng. Để hiểu nguyên lý làm việc của tụ trong mạch, tôi trình bày bằng hình động, trong hình cho thấy 2 quá trình: Quá trình nạp điện và quá trình xả điện. * Khi S1 đóng và S2 hở, lúc này tụ C1 ở quá trình cho nạp điện, dòng điện tích từ nguồn pin cho bơm vào tụ, dòng chảy qua điện trở R1 và mức volt trên tụ tăng dần lên cho đến lúc đầy, tụ đầy được hiểu là mức áp trên tụ đã lên rất gần bằng 12V của nguồn. * Khi S2 đóng và S1 hở, lúc này tụ C1 ở quá trình xả điện, dòng điện sẽ chảy qua điện trở R2 và mức áp trên tụ sẽ giảm dần xuống. Khi mức áp trong tụ bằng 0V, chúng ta nói tụ đã xả hết điện. Vậy xuất hiện câu hỏi: Khi nào và bao lâu thì tụ C1 mới nạp đầy? Và phải bao lâu thì tụ C1 mới xả hết điện? [...]... và loại PNP Mô hình bán dẫn cho thấy người ta sắp xếp các chân bán dẫn loại N, loại P để tạo ra các mối nối EB cà CB và tạo ra các transistor nhị cực NPN hay PNP Trong hình N là chất bán dẫn Silicon pha Phospho (Phospho với 5 điện tử hóa trị tạo nối), nên khi gắn vào tinh thể Silicon sẽ để dư ra một điện tử tự do, và chính điện tử dư ra này là phần tử dẫn điện trong chất bán dẫn loại N, khi cho N... thu gốp các hạt điện phun ra từ chân E Trên đây là hình vẽ cấu trúc bán dẫn của một transistor NPN Trong chất bán dẫn loại N phần tử làm công việc dẫn điện là các hạt điện tử (dư ra do phospho cho) và trong chất bán dẫn loại P phần tử dẫn điện là các lỗ trống trên các nối (do Indium tạo ra), các lỗ được cho đồng nghĩa là các hạt tải điện dương (nên ghi bằng dấu +) Vậy nếu chân E phun ra dòng, dòng này... P là chất bán dẫn Silicon cho pha Indium ( Indium có 3 điện tử nối hóa trị nên khi gắn vào tinh thể Silicon sẽ có một nối trống vì thiếu điện tử) , chính các lỗ trống này tạo ra điều kiện dẫn điện trong chất bán dẫn loại P Bạn thấy chân E có kích thước thu nhỏ, vì sao? Vì nó là chân dùng cho phun ra các hạt tải điện, chân C có kích thước rộng là vì nó là chân được dùng để thu gốp các hạt điện phun ra... dẫn điện tốt, nó là chân phun ra các hạt tải điện Với chất bán dẫn loại N thì phun ra các hạt điện tử dư (do chất pha phospho cung cấp) với chất bán dẫn loại P thì phun ra các lỗ (các nối trống do Indium tạo ra) E là Emitter, nghĩa là chân phát, chân phun ra các hạt tải điện * Chân C được pha vừa, nó có tính dẫn điện khá, nó là chân thu gôm các hạt tải điện phun ra từ chân E, nghĩa la các hạt tải điện. .. thì xem như tụ đã nạp đầy hay tụ đã xả hết điện Thực hành 5: Bây giờ nói đến linh kiện có tính tích cực đây, đó là transistor Transistor là một linh kiện rất quan trọng, nó tạo ra cuộc cách mạng lông trời lỡ đất của ngành điện tử Transistor được xếp vào loại linh kiện tích cực vì nó có tính khuếch đại Ở đây chúng ta chỉ dùng transistor như những khóa điện bán dẫn đóng mở mạch theo mức áp cao hay thấp... mạch điện, chúng ta dùng ký hiệu của transistor để vẽ mạch, với các ký hiệu của các linh kiện bán dẫn, Bạn nhớ chiều chỉ của mũi tên, mũi tên chỉ vào chân nào chân đó được hiều là chân có chất bán dẫn loại N Transistor là linh kiện thuộc nhóm tích cực (các linh kiện như điện trở, tụ điện, biến áp thuộc nhóm linh kiện thụ động), có thể dùng transistor để khuếch đại tín hiệu, nghĩa là biến một tín hiệu... thấy cách đo hệ số khuếch đại dòng HFE trên một VOM có chân cắm transistor Sau đây là hình vẽ cho thấy 4 vùng làm việc của một transistor NPN Khi transistor làm việc qua lại nhanh giữa vùng ngưng dẫn và vùng bão hòa, người ta nói lúc này transistor làm việc như một khóa điện bán dẫn, ngưng dẫn tương tự như một khóa điện hở và bão hòa tương đương với một khóa điện đóng kín Khi transistor làm việc trong. .. đèn LP2 sáng (đèn LP1 tắt) Trong mạch: + Các điện trở R1 (10K), R3 (10K) dùng để định mức dòng cho chân B + Điện trở R2 (1K) dùng để hạn dòng cho Led D1 + Diode D2 dùng dập xung nghịch, mỗi khi Q2 tắt, cuộn dây relay sẽ phát ra điện áp ngịch, lúc này D2 dẫn điện và dập mức áp nghịch để giữ an toàn cho transistor Tóm lại, Bạn có thể dùng transistor NPN như một khóa điện bán dẫn, nó cấp dòng cho tải trên... lúc này Q1 ngưng dẫn, Q1 ngưng dẫn sẽ tạo điều kiện cho tụ C1 nạp lại điện, dòng nạp qua R1 và với R1 nhỏ (1K), tụ C1 rất mau nạp đầy mức áp của nguồn Sau khi Q1 tự trở lại bão hòa nó sẽ tạo điều kiện cho tụ C1 xả điện, dòng xả qua R2 (47K) trả điện về nguồn, lúc này trên chân B của Q2 sẽ có áp âm (khởi đầu là -12V và sẽ giảm dần) và Q2 sẽ bị tạm thời đẩy vào trạng thái ngưng dẫn Chú ý trong hình động:... hiệu đồng bộ, tín hiệu quét ngang quét dọc, tín hiệu hình, tín hiệu âm thanh Trong ngành điện tử, người ta chế tạo máy hiện sóng (OscilloScope) và dùng nó để xem các tín hiệu trên một bo mạch Có thể nói máy hiện sóng chính là con mắt thứ ba của người thợ điện tử dùng để nhìn thấy tín hiệu trên một mạch điện và làm nghề điện tử là nghề gia công tín hiệu Bây giờ trở lại nói tiếp về mạch khuếch đại dùng . đến linh kiện có tính tích cực đây, đó là transistor. Transistor là một linh kiện rất quan trọng, nó tạo ra cuộc cách mạng lông trời lỡ đất của ngành điện tử. Transistor được xếp vào loại linh kiện. của các linh kiện bán dẫn, Bạn nhớ chiều chỉ của mũi tên, mũi tên chỉ vào chân nào chân đó được hiều là chân có chất bán dẫn loại N. Transistor là linh kiện thuộc nhóm tích cực (các linh kiện. trở, tụ điện, biến áp thuộc nhóm linh kiện thụ động), có thể dùng transistor để khuếch đại tín hiệu, nghĩa là biến một tín hiệu có công su t yếu ra một tín hiệu có công su t mạnh hơn, transistor còn