Giáo trình điện tử căn bản - Chương 7-8

Giáo trình điện tử căn bản là tài liệu học tập dành cho sinh viên khoa công nghệ thông tin.

www.hocnghe.com.vn Chương VII - Cuộn dây & Biến áp Cấu tạo cuộn cảm Cuộn cảm gồm số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn sơn emay cách điện, lõi cuộn dây khơng khí, vật liệu dẫn từ Ferrite hay lõi thép kỹ thuật Cuộn dây lõi không khí Cuộn dây lõi Ferit Ký hiệu cuộn dây sơ đồ : L1 cuộn dây lõi khơng khí, L2 cuộn dây lõi ferit, L3 cuộn dây có lõi chỉnh, L4 cuộn dây lõi thép kỹ thuật Các đại lượng đặc trưng cuộn cảm a) Hệ số tự cảm ( định luật Faraday) Hệ số tự cảm đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng cuộn dây có dịng điện biến thiên chạy qua L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l { L : hệ số tự cảm cuôn dây, đơn vị Henrry (H) { n : số vòng dây cuộn dây { l : chiều dài cuộn dây tính mét (m) { S : tiết diện lõi, tính m2 { µr : hệ số từ thẩm vật liệu làm lõi b) Cảm kháng Cảm kháng cuộn dây đại lượng đặc trưng cho cản trở dòng điện cuộn dây dòng điện xoay chiều ZL = 2.3,14.f.L Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn { Trong : ZL cảm kháng, đơn vị Ω { f : tần số đơn vị Hz { L : hệ số tự cảm , đơn vị Henry Thí nghiệm cảm kháng cuộn dây với dòng điện xoay chiều * Thí nghiệm minh hoạ : Cuộn dây nối tiếp với bóng đèn sau đấu vào nguồn điện 12V có tần số khác thông qua công tắc K1, K2 , K3 , K1 đóng dịng điện chiều qua cuộn dây mạnh ( Vì ZL = ) => bóng đèn sáng nhất, K2 đóng dịng điện xoay chỉều 50Hz qua cuộn dây yếy ( ZL tăng ) => bóng đèn sáng yếu đi, K3 đóng , dịng điện xoay chiều 200Hz qua cuộn dây yếu ( ZL tăng cao nhất) => bóng đèn sáng yếu => Kết luận : Cảm kháng cuộn dây tỷ lệ với hệ số tự cảm cuộn dây tỷ lệ với tần số dòng điện xoay chiều, nghĩa dòng điện xoay chiều có tần số cao qua cuộn dây khó, dịng điện chiều có tần số f = Hz với dịng chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = c) Điện trở cuộn dây Điện trở cuộn dây điện trở mà ta đo đồng hồ vạn năng, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt điện trở phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở cịn gọi điện trở tổn hao điện trở sinh nhiệt cuộn dây hoạt động Tính chất nạp , xả cuộn cảm * Cuộn dây nạp lương : Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp lượng dạng từ trường tính theo cơng thức W = L.I / Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn z W : lượng ( June ) z L : Hệ số tự cảm ( H ) z I dịng điện Thí nghiệm tính nạp xả cuộn dây Ở thí nghiệm : Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần ( cuộn dây sinh cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột ngột ) bóng đèn sáng từ từ, K1 vừa ngắt K2 đóng , lương nạp cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => hiên tượng cuộn dây xả điện Loa ( Speaker ) Loa ứng dụng cuộn dây từ trường Loa 4Ω - 20W ( Speaker ) Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Cấu tạo hoạt động Loa ( Speaker ) Cấu tạo loa : Loa gồm nam châm hình trụ có hai cực lồng vào , cực N cực S xung quanh, hai cực tạo thành khe từ có từ trường mạnh, cuôn dây gắn với màng loa đặt khe từ, màng loa đỡ gân cao su mềm giúp cho màng loa dễ dàng dao động vào Hoạt động : Khi ta cho dòng điện âm tần ( điện xoay chiều từ 20 Hz => 20.000Hz ) chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo từ trường biến thiên bị từ trường cố định nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động => màng loa dao động theo phát âm Chú ý : Tuyệt đối ta khơng đưa dịng điện chiều vào loa , dịng điện chiều tạo từ trường cố định cuộn dây loa lệch hướng dừng lại, dịng chiều qua cuộn dây tăng mạnh ( điện áp cảm ứng theo chiều ngược lai ) cuộn dây bị cháy Micro Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Micro Thực chất cấu tạo Micro loa thu nhỏ, cấu tạo Micro giống loa Micro có số vịng quấn cuộn dây lớn loa nhiều trở kháng cuộn dây micro lớn khoảng 600Ω ( trở kháng loa từ 4Ω - 16Ω ) màng micro cấu tạo mỏng để dễ dàng dao động có âm tác động vào Loa thiết bị để chuyển dòng điện thành âm cịn micro ngược lại , Micro đổi âm thành dòng điện âm tần 6.Rơ le ( Relay) Rơ le Rơ le ứng dụng cuộn dây sản xuất thiết bị điện tử, nguyên lý hoạt động Rơle biến đổi dịng điện thành từ trường thơng qua quộn dây, từ trường lại tạo thành lực học thông qua lực hút để thực động tác khí đóng mở cơng tắc, đóng mở hành trình thiết bị tự động vv Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Cấu tạo nguyên lý hoạt động Rơ le Biến áp Biến áp thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm cuộn sơ cấp ( đưa điện áp vào ) hay nhiều cuộn thứ cấp ( lấy điện áp sử dụng) quấn lõi từ thép lõi ferit Ký hiệu biến áp * Tỷ số vòng / vol bién áp z Gọi n1 n2 số vòng quộn sơ cấp thứ cấp z U1 I1 điện áp dòng điện vào cuộn sơ cấp z U2 I2 điện áp dòng điện từ cuộn thứ cấp Ta có hệ thức sau : U1 / U2 = n1 / n2 Điện áp hai cuộn dây sơ cấp thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn U1 / U2 = I2 / I1 Dòng điện hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa ta lấy điện áp cao cho dịng nhỏ * Cơng xuất biến áp Công xuất biến áp phụ thuộc tiết diện lõi từ, phụ thuộc vào tần số dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động tần số cao cho cơng xuất lớn * Phân loại biến áp * Biến áp nguồn biến áp âm tần: Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Biến áp nguồn Biến áp nguồn hình xuyến Biến áp nguồn thường gặp Cassete, Âmply , biến áp hoạt động tần số điện lưới 50Hz , lõi biến áp sử dụng Tơnsilic hình chữ E I ghép lại, biến áp có tỷ số vịng / vol lớn Biến áp âm tần sử dụng làm biến áp đảo pha biến áp loa mạch khuyếch đại công xuất âm tần,biến áp sử dụng Tônsilic làm lõi từ biến áp nguồn, tônsilic biến áp âm tần mỏng để tránh tổn hao, biến áp âm tần hoạt động tần số cao , có số vòng vol thấp hơn, thiết kế biến áp âm tần người ta thường lấy giá trị tần số trung bình khoảng 1KHz - đến 3KHz * Biến áp xung & Cao áp Biến áp xung Cao áp Biến áp xung biến áp hoạt động tần số cao khoảng vài chục KHz biến áp nguồn xung , biến áp cao áp lõi biến áp xung làm ferit , hoạt động tần số cao nên biến áp xung cho công xuất mạnh, so với biến áp nguồn thông thường có trọng lượng biến áp xung cho công xuất mạnh gấp hàng chục lần Chương VIII - Chất bán dẫn & Diode Chất bán dẫn Chất bán dẫn nguyên liệu để sản xuất loại linh kiện bán dẫn Diode, Transistor, IC mà ta thấy thiết bị điện tử ngày Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Chất bán dẫn chất có đặc điểm trung gian chất dẫn điện chất cách điện, phương diện hố học bán dẫn chất có điện tử lớp ngồi ngun tử chất Germanium ( Ge) Silicium (Si) Từ chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo hai loại bán dẫn bán dẫn loại N bán dẫn loại P, sau ghép miếng bán dẫn loại N P lại ta thu Diode hay Transistor Si Ge có hố trị 4, tức lớp ngồi có điện tử, thể tinh khiết nguyên tử Si (Ge) liên kết với theo liên kết cộng hố trị hình Chất bán dẫn tinh khiết Chất bán dẫn loại N * Khi ta pha lượng nhỏ chất có hố trị Phospho (P) vào chất bán dẫn Si nguyên tử P liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hố trị, ngun tử Phospho có điện tử tham gia liên kết dư điện tử trở thành điện tử tự => Chất bán dẫn lúc trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) gọi bán dẫn N ( Negative : âm ) Chất bán dẫn N Chất bán dẫn loại P Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Ngược lại ta pha thêm lượng nhỏ chất có hố trị Indium (In) vào chất bán dẫn Si nguyên tử Indium liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị liên kết bị thiếu điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) gọi chất bán dẫn P Chất bán dẫn P Tiếp giáp P - N Cấu tạo Diode bán dẫn Khi có hai chất bán dẫn P N , ghép hai chất bán dẫn theo tiếp giáp P - N ta Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, điện tử dư thừa bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào lỗ trống => tạo thành lớp Ion trung hoà điện => lớp Ion tạo thành miền cách điện hai chất bán dẫn Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo Diode * Ở hình mối tiếp xúc P - N cấu tạo Diode bán dẫn Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Ký hiệu hình dáng Diode bán dẫn Phân cực thuận cho Diode Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , tác dụng tương tác điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) 0,2V ( với Diode loại Ge ) diện tích miền cách điện giảm không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn dịng qua Diode tăng nhanh chênh lệch điện áp hai cực Diode không tăng (vẫn giữ mức 0,6V ) Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim mức 0,6V Đường đặc tuyến điện áp thuận qua Diode * Kết luận : Khi Diode (loại Si) phân cực thuận, điện áp phân cực thuận < 0,6V chưa có dịng qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V có dịng qua Diode sau dịng điện qua Diode tăng nhanh sụt áp thuận giữ giá trị 0,6V Phân cực ngược cho Diode Khi phân cực ngược cho Diode tức cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), tương tác điện áp ngược, miền cách điện rộng ngăn cản dòng điện qua mối tiếp giáp, Diode chiu điện áp ngược lớn khoảng 1000V diode bị đánh thủng Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Diode bị cháy áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V Phương pháp đo kiểm tra Diode Đo kiểm tra Diode z z Đặt đồng hồ thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, : Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên => Diode tốt z Nếu đo hai chiều kim lên = 0Ω => Diode bị chập z Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => Diode bị đứt z z Ở phép đo Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập D3 bị đứt Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim lên chút Diode bị dò Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Ứng dụng Diode bán dẫn * Do tính chất dẫn điện chiều nên Diode thường sử dụng mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành chiều, mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động mạch chỉnh lưu Diode tích hợp thành Diode cầu có dạng Diode cầu mạch chỉnh lưu điện xoay chiều Diode Zener * Cấu tạo : Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener ứng dụng chế độ phân cực ngược, phân cực thuận Diode zener diode thường phân cực ngược Diode zener gim lại mức điện áp cố định giá trị ghi diode Hình dáng Diode Zener ( Dz ) Ký hiệu ứng dụng Diode zener mạch z Sơ đồ minh hoạ ứng dụng Dz, nguồn U1 nguồn có Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn điện áp thay đổi, Dz diode ổn áp, R1 trở hạn dòng z z z Ta thấy nguồn U1 > Dz áp Dz luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi Khi nguồn U1 thay đổi dịng ngược qua Dz thay đổi, dịng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => lần Dz lắp trở hạn dòng R1 cho dòng ngược lớn qua Dz < 30mA Nếu U1 < Dz U1 thay đổi áp Dz thay đổi Nếu U1 > Dz U1 thay đổi => áp Dz không đổi 10 Diode Thu quang ( Photo Diode ) Diode thu quang hoạt động chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P - N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode Ký hiệu Photo Diode Minh hoạ hoạt động Photo Diode 11 Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED ) Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Diode phát phang Diode phát ánh sáng phân cực thuận, điện áp làm việc LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA Led sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv Diode phát quang LED 12 Diode Varicap ( Diode biến dung ) Diode biến dung Diode có điện dung tụ điện, điện dung biến đổi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode Ứn dụng Diode biến dung Varicap ( VD ) mạch cộng hưởng z z Ở hình ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi , điện dung diode thay đổi => làm thay đổi tần số công hưởng mạch Diode biến dung sử dụng kênh Ti vi mầu, mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng điện áp 13 Diode xung Trong nguồn xung đầu biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu diode xung diode làm việc tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường thay vào vị trí diode xung được, ngựơc lại diode xung thay cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao diode thường nhiều lần Về đặc điểm , hình dáng Diode xung khơng có khác biệt với Diode thường, nhiên Diode xung thường có vịng dánh dấu đứt nét đánh dấu hai vòng Xuan Vinh : 0912421959 www.hocnghe.com.vn Ký hiệu Diode xung 14 Diode tách sóng Là loại Diode nhỏ thuỷ tinh cịn gọi diode tiếp điểm mặt tiếp xúc hai chất bán dẫn P - N điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu 15 Diode nắn điện Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện chỉnh lưu nguồn AC 50Hz , Diode thường có loại 1A, 2A 5A Diode nắn điện 5A Xuan Vinh : 0912421959 ... nguyên tử P liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hố trị, ngun tử Phospho có điện tử tham gia liên kết dư điện tử trở thành điện tử tự => Chất bán dẫn lúc trở thành thừa điện tử ( mang điện. .. điện xoay chiều, nghĩa dòng điện xoay chiều có tần số cao qua cuộn dây khó, dịng điện chiều có tần số f = Hz với dịng chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = c) Điện trở cuộn dây Điện trở cuộn dây điện. .. nguyên tử Indium liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị liên kết bị thiếu điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) gọi chất bán dẫn P Chất bán dẫn P Tiếp giáp P - N Cấu