Giáo trình vật liệu linh kiện điện tử điện tử dân dụng KS nguyễn hồng thắm

Giáo trình Vật liệu linh kiện điện tử giới thiệu một số nội dung cơ bản về lý thuyết vật liệu, linh kiện thông dụng sử dụng trong các thiết bị điện tử nhằm giúp cho học sinh nắm được côn

SỞ LAO ĐỘNG TB&XH TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ VĨNH LONG

Tác giả biên soạn: Ks Nguyễn Hồng Thắm

GIÁO TRÌNH

VẬT LIỆU LINH KIỆN ĐIỆN TỬ NGHỀ: ĐIỆN TỬ DÂN DỤNG

NĂM 2012

LỜI MỞ ĐẦU



Để đáp ứng nhu cầu học tập của học sinh, nhất là học sinh chuyên ngành

điện tử Giáo trình Vật liệu linh kiện điện tử (MĐ số: MĐ10) là Mô đun nghề bắt

buộc dùng để giảng dạy cho học sinh nghề Điện tử dân dụng tại Trường trung cấp nghề Vĩnh Long Mô đun này có 90 giờ, gồm 45 giờ lý thuyết và 45 giờ thực hành Giáo trình được biên soạn theo chương trình khung của Bộ Lao Động TB&XH

Mục tiêu của giáo trình này nhằm giúp các em học sinh chuyên ngành có một tài liệu cô đọng dùng làm tài liệu học tập, nhưng tôi cũng không loại trừ toàn

bộ các đối tượng khác tham khảo Tôi nghĩ rằng các em học sinh không chuyên điện tử và những người quan tâm tới Vật Liệu Linh Kiện Điện Tử sẽ tìm được trong này những điều hữu ích

Giáo trình Vật liệu linh kiện điện tử giới thiệu một số nội dung cơ bản về lý thuyết vật liệu, linh kiện thông dụng sử dụng trong các thiết bị điện tử nhằm giúp cho học sinh nắm được công dụng, tính năng kỹ thuật, nguyên tắc làm việc để làm

cơ sở hiểu biết áp dụng trong quá trình tiếp thu các môn học và mô đun chuyên ngành

Giáo trình Vật liệu linh kiện điện tử được chia làm 10 bài:

Bài 1: Vật liệu linh kiện thụ động

Bài 2: Khái niệm về chất bán dẫn, diode bán dẫn

Bài 3: Các diode đặc biệt

Bài 4: Transistor lưỡng cực (PNP, NPN)

Bài 5: Các mạch định thiên cho transistor lưỡng cực

Bài 6: Transistor trường (JFET)

Bài 7: Các kiểu định thiên cho transistor trường (JFET)

Bài 8: Các linh kiện bốn mặt tiếp giáp

Bài 9: Linh kiện quang điện tử

Bài 10: Vi mạch (mạch tích hợp)

Khi biên soạn tác giả cũng đã tham khảo nhiều tài liệu của một số trường Đại học và các viện nghiên cứu Do không có điều kiện tiếp xúc, trao đổi để xin phép việc trích dẫn của các tác giả, mong quí vị vui lòng miễn chấp

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp ở Bộ môn Điện tử Khoa Điện

Tử - Tin học đã tạo rất nhiều điều kiện cho tôi hoàn thành giáo trình này

Mặc dù đã rất cố gắng nhiều trong quá trình biên soạn giáo trình nhưng chắc chắn giáo trình sẽ còn nhiều thiếu sót và hạn chế Rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến quý báu của các em học sinh và các bạn đọc để giáo trình ngày một hoàn thiện hơn

Giáo trình này sẽ được thường xuyên cập nhật thông tin mới để chất lượng giáo trình ngày càng được nâng cao

Tác giả

Bài 1: VẬT LIỆU LINH KIỆN THỤ ĐỘNG

A MỤC TIÊU BÀI HỌC

Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng:

- Phát biểu đúng chức năng các loại vật liệu trong lĩnh vực điện tử dân dụng;

- Trình bày chính xác về cấu tạo, ký hiệu quy ước, quy luật mã màu, mã ký hiệu biểu diễn trị số của R, C, L;

- Xác định được chất lượng các linh kiện: điện trở, tụ điện, máy biến áp;

- Rèn luyện tính cần cù, chăm chỉ và ham học hỏi kiến thức mới;

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

B NỘI DUNG BÀI HỌC

1 Chức năng – nhiệm vụ của các vật liệu điện

Các đặc tính chủ yếu của vật liệu dẫn điện là:

Hợp kim sắt - nicken không bị ôxyt hoá, nên được dùng làm vật liệu không bị han rỉ Hợp kim sắt - côban được làm vật liệu từ Hợp kim sắt – mănggan chịu được mài mòn

1.1.3 Các kim loại dẫn điện tốt

- Bạc: Bạc có màu trắng mờ, dẫn điện tốt, được sử dụng làm tiếp điểm quan trọng trong các khí cụ điện, rơle, hoặc dưới dạng hợp kim làm dây chì chuẩn xác, dây lò xo xoắn trong dụng cụ đo lường chính xác

- Đồng: Đồng có màu đỏ, dẫn điện tốt, dẻo dễ kéo thành sợi, dễ dát mỏng Đồng được sử dụng nhiều trong ngành điện, điện tử, làm dây quấn thiết bị điện, làm dây truyền tải điện hoặc dây kết nối trong các thiết bị điện tử

- Nhôm: Nhôm có màu sáng trắng, nhẹ, dẫn điện khá tốt, dễ dát mỏng,

dễ kéo thành sợi Nhôm trong không khí có lớp ôxyt mỏng bao bên ngoài nên chống

được tác dụng của ôxy Nhôm được dùng làm dây dẫn (cáp nhôm ruột thép) thay thế đồng, làm tụ điện, đúc rôto của động cơ điện

1.2 Vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện có tính chất ngược lại với vật liệu dẫn điện, khi được đặt vào một trường điện, vật liệu cách điện không có các điện tích chuyển động, nên không tạo ra dòng điện tích trong vật liệu cách điện

Các đặc tính kỹ thuật của vật liệu cách điện cần quan tâm là:

- Độ bền về điện là mức điện áp chịu được trên đơn vị bề dày mà không bị đánh thủng

Dựa vào độ bền về điện của vật liệu cách điện để làm chất cách điện trong các mạch điện tử Trong hai vật liệu cách điện, vật liệu nào có độ bền về điện lớn hơn thì có độ cách điện lớn hơn Ví dụ, mica có độ bền về điện là (50-100) kV/mm, trong khi độ bền về điện của prespan là (9-12) kV/mm, nên mica thường được dùng làm vật liệu cách điện trong các tụ điện

Nhiệt độ chịu đựng của sứ rất cao, từ 15000C đến 17000

C, nên thường được dùng trong việc chế tạo điện trở công suất lớn, giá đỡ cách điện cho đường dây dẫn điện, tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây

Sắt silic thường được cán thành những lá mỏng 03 0,5 mm, dập thành những tấm E hoặc I, dùng làm lõi biến áp, sắt silic còn được dập thành những băng dài và ghép lại thành lõi sắt

Ferit có tổn hao rất nhỏ do dòng fucô gây ra, nên thường dùng cho các phần mạch điện tử làm việc ở tần số cao, như làm anten trong máy thu, lõi biến áp cao tần

Pecmaloi thường được chế tạo thành lá mỏng 0,05  0,5 mm Pecmaloi không chịu được va chạm, dập, uốn và các loại biến dạng khác Vì vậy, khi làm việc với các lõi pecmaloi phải hết sức cẩn thận, tránh tác động cơ khí mạnh

- Vật liệu từ cứng: là vật liệu từ có độ cảm ứng từ dư cao, được duy trì khi

truyền từ trường cho vật liệu đó, ví dụ như nam châm vĩnh cửu Vật liệu từ cứng có đặc điểm giòn, dễ gãy, vỡ, thường được dùng trong các dụng cụ điện thanh

Công thức định luật Ohm:

V: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đơn vị đo là Volt (V)

I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đơn vị đo là Ampe(A)

R: là điện trở của vật dẫn điện, đơn vị đo là Ohm (Ω)

Hình 1.1

2.1.1 Cấu tạo và kí hiệu qui ước

a Cấu tạo

Điện trở thường làm bằng hỗn bột hợp than hoặc kim loại được pha trộn với hỗn hợp các chất khác, rồi đem ép lại, tùy theo tỷ pha trộn điện trở có trị số lớn hay nhỏ, bên ngoài được bọc bởi lớp sơn cách điện Hai đầu có dây ra Là linh kiện không phân cực, người ta đọc trị số điện trở thông qua bản qui ước về mắc của điện trở

b Ký hiệu:

hoặc

Hình 1.2

2.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản

- Điện trở danh định: Trên điện trở không ghi giá trị thực của điện trở mà chỉ ghi giá trị gần đúng, làm tròn, đó là điện trở danh định

Đơn vị điện trở : Đơn vị điện trở là Ohm (Ω)

Bội số của Ohm là:

2.1.3 Quy luật màu, mã kí tự biểu diễn trị số điện trở

- Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch màu theo một quy ước

- Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số

trực tiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công suất, điện trở sứ

Giá trị điện trở sẽ được vẽ trên thân điện trở Đối với điện trở 4 vòng màu thì

3 vòng đầu tiên chỉ giá trị của điện trở còn vạch thứ 4 chỉ sai số của điện trở

Trường hợp đặc biệt, nếu không có vòng số 4 (loại điện trở có 3 vòng màu) thì sai số là ±20%

2.1.4 Cách đọc trị số điện trở màu

- Hình dạng điện trở 4 vòng màu:

- ngh các v ng m u

Vòng số 1: số thứ nhất Vòng số 2: Số thứ hai Vòng số 3: Bội số Vòng số 4: Sai số

Hiện nay, người ta chế tạo các loại điện trở than có năm vòng màu là loại điện trở có độ chính xác cao, lúc đó các

vòng màu có ý nghĩa như sau:

nghĩa các vòng màu:

Vòng 1: số thứ nhất Vòng 2: Số thứ hai Vòng 3: Số thứ ba Vòng 4: Bội số Vòng 5: Sai số

Trị số = (vòng số 1)(vòng số 2)(vòng số 3)(vòng số 4)(vòng số 5)

Ví dụ:

2.2 Tụ điện

Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử

dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, được sử dụng

Hình 1.7

Hình 1.6

trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu mạch truyền tín hiệu mạch xoay chiều, mạch dao động,…

2.2.1 Cấu tạo

Tụ điện gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi Chất cách điện thông dụng để làm điện môi là: giấy, dầu, mica, gốm, không khí,

Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện

Ví dụ: tụ điện giấy, tụ điện dầu, tụ điện gốm, tụ điện không khí,

2.2.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản

a Điện dung

- Khả năng chứa điện của tụ điện gọi là điện dung (viết tắt là C) Điện dung

C của tụ điện tùy thuộc vào cấu tạo và được tính bởi công thức:

- Điện dung C có đơn vị là Fara Fara là 1 là trị số điện dung rất lớn nên trong thực tế chỉ dùng các ước số của Fara là:

microfara - 1F = 10-6F nanofara – 1nF = 10-9F Picofara - 1F = 10-12F

b Điện tích tụ nạp

- Nếu nối nguồn DC vào tụ với thời gian đủ dài sẽ nạp đầy Điện tích nạp được tính theo công thức:

Q = C.V Với Q: điện tích (Coulomb – C)

C: điện dung (Fara – F)

Hình 1.8

V: điện thế nạp trên tụ (Volt – V)

c Năng lượng tụ nạp và xả

Sau khi tụ nạp đầy ( công tắc K ở vị trí 2) thì bóng đèn sáng lên và sau một thời gian thì bóng đèn tắc Hiện tượng này gọi là tụ xả điện Dòng điện do tụ xả qua bóng đèn trong thời gian đèn sáng chính là năng lượng được nạp trong tụ điện

2

2

1

W  CV với W : điện năng ( Joule - J)

C: điện dung ( Fara -F ) V: điện áp trên tụ (Volt - V)

d Điện thế làm việc

Điện thế tạo ra điện trường đủ mạnh tạo ra dòng điện trong điện môi gọi là điện thế đánh thủng Do đó, khi sử dụng tụ điện để nạp và xả điện thì điện thế đặt vào tụ phải nhỏ hơn điện thế đánh thủng Trên tụ điện người ta phải cho biết mức điện nhỏ hơn điện thế đánh thủng vài lần

Điện thế đánh thủng của điện môi tỉ lệ theo bề dầy của điện môi nên thường người ta chỉ cho trị số điện trường đánh thủng theo công thức:

d

V

E  với E: điện trường (KV/cm)

V: điện thế (KV) D: bề dày điện môi (cm)

e Thông kỹ thuật của tụ điện

Khi sử dụng tụ điện phải biết hai thông số chính của tụ điện là:

- Điện dung C

Hình 1.9

- Điện áp làm việc WV

Phải chọn điện áp làm việc của tụ điện WV lớn hơn điện áp trên thân tụ điện

Vc theo công thức:

W V >=2Vc

2.2.3 Phân loại tụ điện

Tụ điện được chia làm hai loại chính là :

- Tụ điện có phân cực tính dương và âm

- Tụ điện không phân cực tính được chia làm nhiều dạng

a Tụ Oxid hoá ( thường gọi là tụ hoá )

Tụ hoá có điện dung lớn tứ 1F  10.000F là loại có phân cực tính âm và dương Tụ được chế tạo với bản cực nhôm và cực dương có bề mặt hình thành lớp oxid nhôm và lớp bọt khí có tính cách điện để làm chất điện môi Lớp oxid nhôm rất mỏng nên điện dung của tụ lớn Khi sử dụng phải lắp đúng cực tính dương và

âm, điện áp làm việc thường nhỏ hơn 500V

Về hình dáng tụ gốm có nhiều dạng và có nhiều cách ghi giá trị số điện dung C khác nhau

c Tụ giấy

Là loại tụ không có cực tính gồm có hai bản cực là các băng kim loại dài, ở giữa có lớp cách điện là giấy tẩm dầu và cuộn lại thành ống Điện áp đánh thủng đến vài trăm volt

d Tụ mica

Là loại tụ không có cực tính, điện dung từ vài F đến vài trăm nF, điện thế làm việc rất cao đến trên 1000V Tụ mica đắt tiền hơn tụ gốm vì ít sai số, đáp tuyến cao tấn số tốt, độ bền cao Trên tụ mica được sơn các chấm màu để chỉ trị số điện dung và cách đọc giống như đọc điện trở

C = 0,01F C = 100F C = 22nF C = 1000F5%

2.3 Cuộn điện cảm

2.3.1 Cấu tạo

Là linh kiện tạo ra từ trường Cuộn dây là một dây dẫn điện có bọc bên ngoài lớp sơn cách điện thông thường - thường gọi là dây điện từ quấn nhiều vòng liên tiếp khác nhau trên một cái lõi

Lõi của cuộn dây là một ống rỗng (lõi không khí), sắt bụi, lõi điều chỉnh được hay sắt lá Tuỳ loại lõi, cuộn dây có các ký hiệu khác nhau

Ký hiệu cuộn cảm:

2.3.2 Các đại lượng đặt trưng cho cuộn dây

- Hệ số từ cảm: là đại lượng đặt trưng cho sức điện động cảm ứng khi có dòng điện biến thiên đi qua và ký hiệu là L – đơn vị Henri (H) và được tính theo công thức:

7 2

10.4

l: chiều dài lõi (m)

S: tiết diện lõi (m2

)

n: số vòng dây

µr: hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi

- Cảm kháng: là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở của cuộn dây khi có

dòng điện

ZL = 2f.L Với ZL: cảm kháng ()

L: hệ số tự cảm (H) f: tần số (Hz)

- Điện trở thuần: là điện trở trong lòng cuộn dây tiêu thụ điện năng để sinh nhiệt, điện trở này có thể đo bằng đồng hồ

- Năng lượng từ trường: Cuộn dây có thể tích luỹ năng lượng từ trường

2.3.2 Lõi từ

Sơ đồ đơn giản về ELCB sử dụng một lõi từ hình xuyến (thường là lõi ferít) để xuyên hai dây dẫn đi qua, phần dòng điện được lấy làm cảm ứng được quấn quanh lõi từ đó Ở hình này thì dây dẫn điện lại được quấn xung quay lõi từ

hình xuyến một cách đều nhau (để không gây ra sự lệch từ)

Hình 1.11

Phía dưới là một sơ đồ đấu nối của ELCB cho một mạch điện ba pha, nguồn tiêu thụ là một động cơ Đây chỉ là một sự minh hoạ giúp hiểu rằng ELCB không chỉ đơn thuần bảo vệ chống rò điện ở các mạch điện một pha trong dân dụng, mà chúng còn sử dụng trong các mạch điện 3 pha trong công nghiệp hoặc các xưởng nhỏ

Toroidal Iron Core (Lõi sắt hình xuyến)

Hình 1.12

2.3.3 Máy biến áp

Bộ biến áp là linh kiện dùng để tăng hoặc giảm điện thế (hay cường độ) của các dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số

a Cấu tạo: biến áp gồm có hai hay nhiều cuộn dây tráng sơn cách điện

quấn chung trên một lõi thép (mạch từ)

Lõi của biến áp có thể là lõi sắt, lõi Ferit hay có trường hợp là lõi không khí

Cuộn dây nhận dòng điện xoay chiều vào là cuộn sơ cấp L1, cuộn dây lấy dòng điện xoay chiều ra là cuộn thứ cấp L2

Hình 1.13: Cấu tạo máy biến áp

Ký hiệu máy biến áp:

b Nguyên lý hoạt động của biến áp

Hình 1.14

Khi cho dòng điện xoay chiều điện áp V1 vào cuộn dây sơ cấp, dòng điện I1

sẽ tạo ra từ trường biến thiên chạy trong mạch từ và sang cuộn thứ cấp, cuộn dây thứ cấp nhận được từ trường biến thiên sẽ làm từ thông qua cuộn dây thay đổi, cuộn thứ cấp cảm ứng cho ra dòng điện xoay chiều có điện áp là V2

Ở sơ cấp ta có :

t N e V

Ở cuộn thứ cấp :

V2 = e2 = - N2 Trong đó : N1 : là số vòng dây của cuộn sơ cấp

N2 : số vòng dây của cuộn thứ cấp

c Công suất của biến áp

Công suất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần

số của dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì cho công suất càng lớn

d Các tỉ lệ của biến áp

n1, n2: là số vòng dây quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp

V1, I1: là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp

V2, I2: là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp

- Tỉ lệ về điện thế: điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỉ lệ thuận với số vòng dây quấn

1 2

1

n

n V

V



- Tỉ lệ về dòng điện: dòng điện ở trên đầu hai cuộn dây tỉ lệ nghịch với điện

áp, nếu ta lấy ra điện áp cao thì cho dòng càng nhỏ

1 2 2

1

N

N I

I



- Tỉ lệ về công suất: Một biến thế lý tưởng được coi như không có tiêu hao

trên hai cuộn dây sơ cấp, thứ cấp và mạch từ nên công suất ở sơ cấp và thứ cấp bằng nhau

- Tỉ lệ về điện trở: Khi ở thứ cấp có dòng điện tiêu thụ I2 thì ở sơ cấp có dòng điện từ nguồn cung cấp vào là I1 Như vậy coi như có tải là R1 ở sơ cấp Ta có

tỉ lệ:

2

2 1 2

2.3.4 Cách đọc trị số điện cảm theo màu

Tương tự như đối với điện trở, trên thế giới có 1 số loại cuộn cảm có cấu trúc tương tự như điện trở Quy định màu và cách đọc màu đều tương tự như điện trở

Tuy nhiên, do các giá trị của điện trở thường khá linh động đối với yêu cầu thiết kế mạch nên các cuộn cảm thường được tính toán và tính theo số vòng dây nhất định (với mỗi loại dây, loại lõi khác nhau giá trị cuộn cảm sẽ khác nhau)

Cuộn cảm có thể làm bằng cách quấn các vòng dây dẫn điện: tùy công suất

và độ tự cảm để chọn thiết diện của dây dẫn và số vòng

V1 I1 = V2 I2

2.4 Rơle

Rơle là một thiết bị bảo vệ hệ thống hoặt động trên nguyên lý đóng cắt Nó

có vai trò như là một khoá

- Cấu tạo – ký hiệu:

Gồm 1 cuộn dây, một hoặc nhiều cuộn giao hoán Hoạt động giống như một nam cham điện

Hình 1.15

Ghi chú:

Pl stic c se: Vỏ nhự

Lever: đ n bẩy

Copper wire: dây đồng

Shalt: thân dây

Spring: lò xo

Spins: chân

Electro-m gnet: n m châm điện

B se: nền

- Nguyên tắc hoạt động: Biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua cuộn

dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tắc

về cơ khí như đóng mở các hành trình của các thiết bị tự động

2.4.1 Phân Loại

Có một số loại Rơle như sau:

+ Rơle điện: Đóng cắt bằng điện

+ Rơle từ : Đóng cắt bằng từ

+ Rơle nhiệt : Đóng cắt bằng nhiệt

+ Rơle thời gian: sau 1 thời gian thì Rơle sẽ đóng cắt

2.4.2 Đóng cắt Rơle

Đóng Rơle bằng cách cho điện vào hai cực của nam cham điện có tuỳ loại Rơle mà đưa điện áp vào Rơle Ví dụ như: 5 V , 12 V … Sau đây là mạch biểu thị hoạt động của Rơle

Hình 1.16

2.4.3 Ứng dụng

Rờ-le là "dùng một năng lượng nhỏ để đóng cắt nguồn năng lượng lớn hơn" Ví dụ như ta có thể dùng dòng điện 5V, 50mA để đóng ngắt dòng điện 120V,2A

Rờ-le được dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ

và chiếu sáng

Khi cần đóng cắt nguồn năng lượng lớn, rờ-le thường được ghép nối tiếp Nghĩa là một rờ-le nhỏ điều khiển một rờ-le lớn hơn, và rờ-le lớn sẽ điều khiển nguồn công suất

3 Xác định chất lượng linh kiện bằng VOM

3.1 Đo điện trở

- Chọn thang đo  vào các vị trí x1, x10,

- Chập hai đầu que đo lại, kim sẽ nhảy lên và xoay núm chỉnh 0 để kim chỉ đúng chỉ số 0 (phía phải)

- Chấm hai que đo vào hai đuôi điện trở và đọc trị số trên mặt chia độ, sau đó lấy số đọc được nhân với thang đo để cho kết quả Ohm ()

Chú ý:

- Dùng VOM đo, kim đồng hồ không lên Kết luận điện trở bị đứt

- Khi đo, giá trị đọc được lớn hơn trị thực trên thân điện trở Kết luận điện trở bị tăng trị số

- Khi đo, giá trị đọc được nhỏ hơn trị thực trên thân điện trở Kết luận điện trở bị giảm trị số

3.2 Xác định tụ điện

- Nếu tụ điện có điện dung 1 đến 10F, chọn thang x10K

- Nếu tụ điện có điện dung 10 đến 100F, chọn thang x1K, x10K

- Nếu tụ điện có điện dung trên 100F, chọn thang x100, x1K

- Nếu tụ điện có điện dung trên 1000F, chọn thang x10, x100

3.2.1 Đo tụ điện

Khi chấm hai que đo vào hai đầu tụ điện, kim nhảy lên rồi trả về , đổi ngược đầu hai que đo, kim nhảy lên rồi trả về  Kết luận tụ tốt

3.2.2 Xác định hư hỏng tụ điện

- Đo với thang nào dù lớn nhất kim vẫn không lên Kết luận tụ bị đứt

- Khi thử kim ohm kế rồi trở về đứng yên chỉ một số ohm cố định Kết luận

tụ bị rỉ

Chú ý: Khi kiểm tr độ phóng, phải đảo chiều que đo v i lần để kiểm tr độ phóng nạp

3.3 Đo cuộn điện cảm

Dùng VOM xác định tổng trở cuộn điện cảm

3.4 Đo biến thế

Dùng Ohm kế xác định biến thế tốt xấu lại có kết quả chính xác hơn Tuy nhiên nếu cuộn dây chạm nhau một phần bên trong thì không xác định được (trường hợp này khi hoạt động, sờ tay thấy nóng, nếu không kịp tắt máy, biến thế có thể bốc khối cháy)

- Đo ohm các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp: Kim ohm kế phải nhảy lên chỉ một

số ohm nào đó (nhiều, ít ohm tùy theo số vòng dây và tiết diện dây quấn) Nếu cuộn dây có nhiều dây ra cũng cần đo tạo các chấu nối dây

- Đo cách điện giữa hai cuộn sơ và thứ cấp: Một que ohm kế chấm vào một chấu sơ cấp, que kia chấm vào thứ cấp: Kim không được nhảy lên (nếu nhảy lên, biến thế đã bị chạm, thường thì kim chỉ lên 0) Nếu thứ cấp có nhiều riêng biệt, phải đo cách điện giữa cuộn thứ này với cuộn thứ khác, cũng như với cuộn sơ cấp: bất kỳ cuộn thứ nào quấn riêng đều cách điện với các cuộn khác

Với biến thế nguồn, sơ cấp 110-220V cở trăm ohm, thứ cấp dưới 10, cở dây càng lớn (ampere nhiều) đo càng ít ohm

Bài 2: KHÁI NIỆM VỀ CHẤT BÁN DẪN - ĐIỐT BÁN DẪN

A MỤC TIÊU BÀI HỌC

Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng:

- Trình bày đúng định nghĩa, tính chất của chất bán dẫn;

- Trình bày đúng sự dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết, bán dẫn N, bán dẫn P;

- Trình bày đúng về cấu tạo, kí hiệu quy ước và nguyên lý hoạt động của điốt, công dụng của điốt;

- Xác định được cực tính và chất lượng điốt;

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

B NỘI DUNG BÀI HỌC

1 Khái niệm - tính chất của chất bán dẫn

1.1 Khái niệm

Là các chất mà cấu tạo nguyên tử ở tầng ngoài cùng có bốn điện tử, chất bán dẫn có điện trở lớn hơn chất dẫn điện nhưng nhỏ hơn chất cách điện

Các chất bán dẫn điện thông dụng là : Silicium, Germanium

Từ các chất bán dẫn ban đầu (tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn

là bán dẫn loịa N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại

ta thu được Diode hay Transistor

1.2 Đặc tính của chất bán dẫn

1.2.1 Điện trở suất

m mm

m mm

Ge

Si

/10

.9,8

/10

2 12

2 14

1.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Điện trở của chất bán dấn thay đổi rất lớn theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì điện trở chất bán dẫn giảm

1.2.3 Ảnh hưởng của ánh sáng

Điện trở của chất bán dẫn đặt trong vỏ kín không có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn thì điện trở giảm xuống, độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở giảm càng lớn

1.2.4 Ảnh hưởng của độ tinh khiết

Một khối tinh khiết có điện trở rất lớn nhưng nếu pha thêm vào một tỉ lệ rất thấp thì các chất thích hợp thì điện trở của chất bán dẫn giảm xuống rõ rệt Tỉ lệ pha càng cao thì điện trở càng giảm nhỏ

2 Sự dẫn điện trong chất bán dẫn tinh khiết

Xét cấu tạo nguyên tử của chất Silicium và chất Germanium Chất Si có 14 điện tử bao quanh hạt nhân và các điện tử này xếp thành 3 lớp Chất Ge có 32 Electron bao quanh hạt nhân và các điện tử này xếp trên 4 lớp

Hình 2.1

Hai chất Si và Ge có đặc điểm chung là số Electron trên lớp ngoài cùng bằng nhau là 4 Electron ( hoá trị 4)

Khi xét sự liên kết giữa các nguyên tử người ta

chỉ xét lớp ngoài cùng Trong khối bán dẫn tinh khiết,

các nguyên tử gần nhau sẽ liên kết cùng nhau theo kiểu

cộng hoá trị Bốn điện tử của mỗi nguyên tử sẽ nối với

bốn điện tử của nguyên tử xung quanh tạo thành 4 mối

nối làm cho các điện tử được liên kết chặc chẽ với nhau

Sự liên kết này làm cho các điện tử khó tách rời khỏi

Hình 2.2

nguyên tử để trở thành điện tử tự do Như vậy, chất bán

dẫn tinh khiết có điện trở rất lớn

3 Sự dẫn điện trong chất bán dẫn N

Khi pha một lượng nhỏ chất có hó trị 5 như Phospho(P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hóa trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử thừa và trở thành điện tử tự do  Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử (mang điện âm) và được gọi là chất bán dẫn N (Negative: âm)

Hình 2.3

4 Sự dẫn điện trong chất bán dẫn P

Khi pha thêm một lượng nhỏ chất có hóa trị 3 như Indium (In) vào chất Si thì

1 nguyên tử In sẽ liên kết với 3 nguyên tử Si theo liên kết cộng hóa trị và có một liên kết bị thiếu một điện tử  trở thành lỗ trống (mang diện dương) và được gọi là chất bán dẫn P(Positive: dương)

Hình 2.3

5 Cấu tạo, ký hiệu quy ước và nguyên lý hoạt động của Diode bán dẫn

5.1 Cấu tạo của Diode bán dẫn

Khi trong một tinh thể bán dẫn Silicium hay Germanium được pha để trở thành vùng bán dẫn loại N (pha phosphor) và vùng bán dẫn loại P (pha indium) thì trong tinh thể bán dẫn hình thành mối nối P – N Ở mối nối này có sự nhạy cảm đối

Trong vùng bán dẫn loại P có nhiều lổ trống, trong vùng bán dẫn N có nhiều Electron thừa Khi hai vùng này tiếp xúc với nhau sẽ có một số Electron vùng N qua mối nối và tái hợp với lổ trống của vùng P Khi hai chất bán dẫn đang trung hoà

về điện mà vùng bán dẫn N bị mất electron (qua mặt nối sang vùng P) thì vùng bán dẫn N gần mối nối trở thành điện tích dương (ion dương), vùng bán dẫn P nhận thêm electron (từ vùng N sang) thì vùng bán dẫn P gần mối nối trở thành có điện tích âm (ion âm) Hiện tượng này tiếp diễn tới khi điện tích âm của vùng P đủ lớn đẩy electron không cho electron từ vùng N sang P

Sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối như trên gọi là hàng rào điện thế

5.2 Ký hiệu – hình dạng

Chiều dòng điện đi qua diode

Hình 2.5

5.3 Nguyên lý hoạt động của Diode

5.3.1 Phân cực ngược Diode

Dùng một nguồn điện nối vào cực âm của nguồn vào chân P của diode và cực dương của nguồn vào chân N của diode Lúc đó, điện tích âm của nguồn sẽ hút lổ trống của vùng P và điện tích dương của nguồn sẽ hút electron của vùng N làm cho

lổ trống và electron hai bên mối nối càng xa nhau hơn nên hiện tương tái hợp giữa electron và lổ trống càng khó khăn Tuy nhiên trường hợp này vẫn có dòng điện rất nhỏ đi qua diode từ vùng N sang vùng P gọi là dòng điện rỉ trị số khoảng A Hiện tượng này được giải thích là do trong chất bán dẫn P cũng có một số ít electron và trong chất bán dẫn N cũng có một số ít lổ trống gọi là hạt tải thiểu số, những hạt tải thiểu số này sẽ sinh ra hiện tượng tái hợp và tạo ra dòng điện rỉ Dòng điện rỉ gọi là dòng điện bảo hoà nghịch IS Do dòng điện rỉ có trị số rất nhỏ nên trong ta coi như diode không dẫn điện khi phân cực ngược

5.3.2 Phân cực thuận Diode (electron)

Dùng một nguồn điện DC nối cực dương của nguồn vào chân P và cực âm của nguồn vào chân N của diode

Thân đen Vòng trắng

Hình 2.7a Hình 2.7b

Lúc đó điện tích dương của nguồn sẽ đẩy lổ trống trong vùng P và điện tích

âm của nguồn sẽ đẩy electron trong vùng N làm cho electron và lổ trống lại gần mối nối hơn và khi lực tĩnh điện đủ lớn thì electron từ N sẽ sang mối nối qua P và tái hợp với lổ trống Khi vùng N mất electron trở thành mang điện tích dương thì vùng N sẽ kéo điện tích âm từ cực âm của nguồn lên thế chổ, khi vùng P nhận electron trở thành mang điện tích âm thì cực dương của nguồn sẽ kéo điện tích âm

từ vùng P về

Như vậy: ta đã có một dòng điện tử chạy liên tục từ cực âm của nguồn qua diode từ N sang P về cực dương của nguồn, nói cách khác có dòng điện qua diode theo chiều từ P sang N

2.5.4 Ứng dụng diode 5.4.1 Mạch nắn điện bán kỳ

nguồn V2 và cho ra điện áp trên tải VL dạng bán kỳ dương gần bằng V2 Khi cuộn thứ cấp cho ra bán kỳ âm thì diode D được phân cực ngược nên không có dẫn điện Không có dòng điện chạy qua diode nên IL = 0 và VL = 0

Như vậy dòng điện qua tải IL và điện áp ra trên tải VL chỉ còn lại có bán kỳ dương, do đó mạch điện được gọi là mạch nắn điện một bán kỳ

5.4.2 Mạch nắn điện chu kỳ hay toàn kỳ

Hình 2.9

Biến thế có cuộn thứ cấp ba điểm, điểm giữa chia cuộn thứ cấp ra hai phần dều nhau Khi điểm giữa nối xuống điểm chung 0V (mass) thì điện áp của hai điểm

A và B là hai điện áp đảo pha nhau

Khi A có bán kỳ dương, Diode DA được phân cực thuận nên dẫn điện và cho

ra trên tải dòng điện IL tăng theo bán kỳ dương Lúc đó, B có bán kỳ âm, Diode DDđược phân cực ngược nên ngưng dẫn

Khi A có bán kỳ âm, Diode DA được phân cực ngược nên ngưng dẫn Lúc đó

B có bán kỳ dương của diode DB được phân cực thuận nên dẫn điện và cho ra trên dòng tải dòng điện IL tăng theo bán kỳ dương

Như vậy, hai điện áp A và B là hai điện áp đảo pha nhau nên hai diode DA và

DB sẽ luân phiên dẫn điện cho ra trên tải những bán kỳ dương liên tục

5.4.3 Mạch nắn điện toàn kỳ dùng cầu diode

Thực nghiệm cho biết:

V = 0.5V  0.6V ; Vdmax = 0.8V  0.9V (chất S)

V = 0.15V  0.2V ; Vdmax = 0.4V  0.5V (chất Ge)

Hình 2.12: Đặc tuyến Volt-Ampere

Sau khi vượt qua điện áp thềm V thì dòng điện qua diode sẽ tăng lên theo hàm

số mũ:

)1.( .

.



V q D

D

e Is

I q 1 , 6 1019coulomb(C)

Thay số vào ta có : VD : Điện áp trên diode (V)

39298.10.38,1

10.6,1

T : nhiệt độ tuyệt đối (K)

Is : dòng bão hoà nghịch (A)

) 273 25 ( 298

250C K  

q

T K

267

.2539

1

V D

D

e Is

I

Khi phân cực thuận:  26mV 1

V D

D

e thi V

V S D

D

e I

I  26

Khi phân cực ngược, VD < 0 thì mV

V D

e26 << 1 nên Khảo sát hình 2.11b, ta có:

ID = Is (Is: dòng bão hoà nghịch)

Khi phân cực ngược diode rồi tăng điện áp VDC từ 0V lên theo trị số âm chỉ có dòng điện rỉ (hay dòng điện bảo hoà nghịch) Is có trị số rất nhỏ qua diode Nếu tăng cao mức điện áp nghịch đến một trị số khá cao, dòng qua diode tăng lên rất lớn sẽ làm hư diode Lúc đó nhiều electron ở vùng chung quanh mối nối bị bứt ra, đập vào các điện tử lân cận tạo hiện tượng thác đổ làm tăng mạnh dòng điện qua diode Điện thế ngược đủ để tạo ra dòng điện ngược lớn qua diode phải lớn hơn trị số

VRmax Lúc đó diode sẽ bị đánh thủng nên VRmax còn gọi là điện áp đánh thủng của diode Khi sử dụng diode phải đặc biệt chú ý đến trị số này

Ngoài ra diode có thông số kỹ thuật quan trọng đó là IFmax là dòng điện thuận cực đại Khi dẫn điện, diode bị đốt nóng P = VD * ID Nếu dòng điện ID lớn hơn trị

số IFmax sẽ bị hư do quá nhiệt

Như vậy, một diode có các thông số kỹ thuật cần biết:

- Chất bán dẫn để chế tạo để có V và VDmax

- Dòng điện thuận cực đại IFmax

- Dòng điện bảo hoà nghịch Is

- Điện áp nghịch cực đại VRmax

 Thí dụ

Bảng tr các diode nắn điện thông dụng:

7.2 Xác định hư hỏng diode

Sử dụng đồng hồ VOM, giai đo x1

Khi đo hai lần thuận – nghịch:

- Một lần kim lên, một lần kim không lên: Diode tốt

- Kim đều lên chỉ số 0: Diode nối tắt

- Kim đều không nhảy lên: Diode bị đứt

- Kim lên gần bằng nhau (hoặc cách nhau rất ít): Diode bị rĩ

Bài 3: CÁC DIODE ĐẶC BIỆT

A MỤC TIÊU BÀI HỌC

Sau khi học bài học này, người học có khả năng:

- Trình bày chính xác về cấu tạo, kí hiệu quy ước và nguyên lý hoạt động của các loại điốt;

- Xác định đúng cực tính, chất lượng của các điốt;

- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỷ và nghiêm túc trong học tập;

- Đảo bảo an toàn linh kiện và bảo quản thiết bị đo

B NỘI DUNG BÀI HỌC

1 Diode Zener 1.1 Cấu tạo – Ký hiệu

Diode zener có cấu tạo giống như diode bình thường nhưng các chất bán dẫn được pha tạp chất với tỉ lệ cao hơn bình thường Diode zener thường là loại

Silicium

Hình 3.1:Ký hiệu – hình dạng diode Zener

1.2 Đặc tính

- Trạng thái phân cực thuận: Diode zener có đặc

tính giống như diode nắn điện thông thường

- Trạng thái phân cực ngược do được pha tạp

chất với tỉ lệ cao nên điện áp nghịch VR max có trị số

thấp hơn diode nắn điện gọi là điện áp zener Vz

Ví dụ: 5V, 6V,8V,9V,12V,15V Khi phân cực ngược đến trị số Vz thì dòng điện tăng mà điện áp không tăng

Hình 3.2: Đặc tuyến diode zener

1.3 Ứng dụng: (Mạch ổn áp)

Hình 3.3:Ứng dụng diode zener Nếu V DC <V Z thì khi V DC th y đổi áp trên D Z cũng th y đổi Nếu V DC >V Z thì khi V DC th y đổi  áp trên D Z không th y đổi

- Sơ đồ trên minh họa ứng dụng của Dz, nguồn VDC nguồn có điện áp thay đổi,

Dz là diode ổn áp, Ri là trở hạn dòng

- Khi nguồn VDC > Vz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn VDC thay đổi

- Khi nguồn VDC thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz

có giá trị giới hạn khoảng 30mA

- Thông thường sử dụng VDC > 1.5  2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz < 30mA

2 Diode biến dung (Varicap)

Là loại diode bán dẫn được sử dụng như một tụ điện có trị số điện dung điều khiển được bằng điện áp

Nguyên lý làm việc của diode biến dung là dựa vào sự phụ thuộc của điện dung hàng rào điện thế của tiếp xúc P-N với điện áp ngược đặt vào nó