TIỂU LUẬN GIỚI THIỆU 15 LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

1.2 Các thông số của điện trở Điện trở của dây dẫn : Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở.. Ký hiệu của điện trở trong mạch điện Điện trở của dây dẫn ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2018

Điện trở1.1 Khái niệm

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếumột vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điệntrở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

1.2 Các thông số của điện trở

Điện trở của dây dẫn :

Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện

của điện trở Yêu cầu cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít

thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian, Điện trở dẫn điệncàng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngược lại

Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ,

hoặc GΩ

Ký hiệu của điện trở trong mạch điện

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiếtdiện của dây, được tính theo công thức sau:

R = ρ.L / S

Trong thực tế điện trở được sản xuất với một số thang giá

trị xác định Khi tính toán lý thuyết thiết kế mạch điện, cần

chọn thang điện trở gần nhất với giá trị được tính

1.3 Phân loại và ký hiệu điện trở

a Điện trở có giá trị xác định

- Điện trở than ép (cacbon film): Điện trở than ép có dải giá

trị tương đối rộng (1Ω đến 100MΩ), công suất danh định 1/8W –2W, phần lớn có công suất là 1/4W hoặc 1/2W Ưu điển nổi bậtcủa điện trở than ép đó chính là có tính thuần trở nên được sửdụng nhiều trong phạm vi tần số thấp

- Điện trở dây quấn được chế tạo bằng cách quấn một đoạn

dây không phải là chất dẫn điện tốt (Nichrome) quanh một lõihình trụ

- Điện trở màng mỏng: Được sản xuất bằng cáchlắng đọng

Cacbon, kim loại hoặc oxide kim loại dưới dạng màng mỏngtrên lõi hình trụ

b Điện trở có giá trị thay đổi

- Biến trở(Variable Resistor) có cấu tạo gồm một điện trở

màng than hoặc dây quấn có dạng hình cung, có trục xoay ởgiữa nối với con trượt

- Nhiệt trở Là linh kiện có giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt

độ

- Điện trở quang

1.4 Cách ghi và đọc tham số điện trở

Quy ước mầu Quốc tế

Bảng màu điện trở

Cuộn cảm

Cuộn cảm được biết đến là một linh kiện điện tử thụ độngdùng để chứa từ trường và là thiết bị điện được cấu tạo bởi mộtcuộn dây dẫn quấn thành nhiều vòng Trong đó, lõi của cuộncảm có thể là vật liệu dẫn từ hay lõi thép kỹ thuật

Mặc dù cuộn cảm không phải là một thành phần quenthuộc trong mạch điện tử Nhưng nó lại là một trong nhữngthành phần khá rắc rối và có nhiều công dụng trong mạch điện

Công dụng của cuộn cảm

Trong mạch điện tử, cuộn cảm là vật dụng dùng để dẫn

dòng điện một chiều Ghép nối hay ghép song song với tụ để

tạo thành mạch cộng hưởng Trong mạch điện, cuộn cảm có tácdụng chặn dòng điện cao tần

Dựa vào cấu tạo và phạm vi ứng dụng mà người ta phânchia cuộn cảm thành những loại chính sau: cuộn cảm âm tần,cuộn cảm trung tần và cuộn cảm cao tần

Cấu tạo của cuộn cảm.

Cuộn cảm cao tần, và âm tần bao gồm một số vòng dây

quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cách điện,lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từnhư Ferrite hay lõi thép kỹ thuật

Cuộn dây lõi không khí Cuộn dây lõi Ferit

Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm

Hệ số tự cảm: đây là đại lượng đặc trung cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua

Hệ số tự cảm được tính bằng công thức:

L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l

Cảm kháng: là một trong những đại lượng đặc trưng cho

sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay

chiều

Cảm kháng được tính bằng công thức: ZL = 2.3,14.f.L

Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường và được tính theo công thức:

2 Nguyên lý hoạt động

+ Trường hợp cực G để hở hay V G = OV

Khi cực G và VG = OV có nghĩa là transistor T1 không cóphân cực ở cực B nên T1 ngưng dẫn Khi T1ngưng dẫn IB1 = 0,IC1 = 0 và T2 cũng ngưng dẫn Như vậy trường hợp này Thyristorkhông dẫn điện được, dòng điện qua Thyristor là IA = 0 vàVAK ≈ VCC

Tuy nhiên, khi tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn làđiện áp VAK tăng theo đến điện thế ngập VBO(Beak over) thì điện

áp VAK giảm xuống như diode và dòng điện IA tăng nhanh Lúcnày Thyristor chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứngvới lúc điện áp VAK giảm nhanh gọi là dòng điện duy trìIH(Holding) Sau đó đặc tính của Thyristor giống như một diodenắn điện

Trường hợp đóng khóa K: VG = VDC – IGRG, lúc này Thyristor

dễ chuyển sang trạng thai dẫn điện Lúc này transistor T1 đượcphân cực ở cực B1 nên dòng điện IG chính là IB1 làm T1 dẫn điện,cho ra IC1 chính là dòng điện IB2 nên lúc đó I2 dẫn điện, cho radòng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 và IC2 = IB1

Nhờ đó mà Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà khôngcần có dòng IG liên tục.

IC1 = IB2 ; IC2 = IB1

Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transistor sẽ đượckhuếch đại lớn dần và hai transistor chạy ở trạng thái bão hòa.Khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ (≈ 0,7V) và dòng điện quaThyristor là:

Thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực Gcàng lớn thì áp ngập càng nhỏ tức Thyristor càng dễ dẫn điện

+ Trường hợp phân cực ngược Thyristor.

Phân cực ngược Thyristor là nối A vào cực âm, K vào cựcdương của nguồn VCC Trường hợp này giống như diode bị phân

cự ngược Thyristor sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng rỉ rất nhỏ

đi qua Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì Thyristor sẽ bịđánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược Điện áp ngược

đủ để đánh thủng Thyristor là VBR Thông thường trị số VBR vàVBO bằng nhau và ngược dấu

3 Đặc tuyến

IG = 0 ; IG2 > IG1 > IG

5 Các thông số kỹ thuật

Dòng điện thuận cực đại: Đây là trị số lớn nhất dòng

điện qua mà Thyristor có thể chịu đựng liên tục, quá trị số này

Thyristor bị hư Khi Thyristor đã dẫn điện VAK khoảng 0,7V nêndòng điện thuận qua có thể tính theo công thức:

Điện áp ngược cực đại: Đây là điện áp ngược lớn nhất có

thể đặt giữa A và K mà Thyristor chưa bị đánh thủng, nếu vượtqua trị số này Thyristor sẽ bị phá hủy Điện áp ngược cực đạicủa Thyristor thường khoảng 100V đến 1000V

Dòng điện kích cực tiểu: I Gmin : Để Thyristor có thể dẫn

điện trong trường hợp điện áp VAK thấp thì phải có dòng điệnkích cho cực G của Thyristor Dòng IGmin là trị số dòng kích nhỏnhất đủ để điều khiển Thyristor dẫn điện và dòng IGmin có trị sốlớn hay nhỏ tùy thuộc công suất của Thyristor, nếu Thyristor cócông suất càng lớn thì IGmin phải càng lớn Thông thường IGmin từ1mA đến vài chục mA

Thời gian mở Thyristor: Là thời gian cần thiết hay độ

rộng của xung kích để Thyristor có thể chuyển từ trạng tháingưng sang trạng thái dẫn, thời gian mở khoảng vài micrô giây

Thời gian tắt: Theo nguyên lý Thyristor sẽ tự duy trì trạng

thái dẫn điện sau khi được kích Muốn Thyristor đang ở trạngthái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho IG = 0 vàcho điện áp VAK = 0 để Thyristor có thể tắt được thì thời giancho VAK = OV phải đủ dài, nếu không VAK tăng lên cao lại ngaythì Thyristor sẽ dẫn điện trở lại Thời gian tắt của Thyristorkhoảng vài chục micrô giây

Diode bán dẫn

1 Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P-N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion

này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.

Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode

Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn

2 Phân cực thuận cho Diode.

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P )

và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tácdụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khiđiện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si )hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điệngiảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăngđiện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênhlệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức0,6V )

Diode (Si) phân cực thuận – Khi Dode dẫn điện áp thuận

đựơc gim ở mức 0,6V

Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode

3 Phân cực ngược cho Diode.

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vàoKatôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sựtương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra vàngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiuđược điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánhthủng

Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V

Laser

Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification byStimulated Emission of Radiation, và có nghĩa là "khuếch đạiánh sáng bằng phát xạ kích thích" Electron tồn tại ở các mứcnăng lượng riêng biệt trong một nguyên tử Các mức nănglượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt củaelectron xung quanh hạt nhân Electron ở bên ngoài sẽ có mứcnăng lượng cao hơn những electron ở phía trong Khi có sự tácđộng vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron nàycũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượngcao hay ngược lại

Phân loại laser

Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đóngười ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser Laser chất rắn

có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạtchất laser

Một số loại laser chất rắn thông dụng

Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay mộtbước sóng) duy nhất Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi điqua mặt phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau.Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có.Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khảnăng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, picogiây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thờigian cực ngắn

Transistor (BJT)

Trong điện tử, transistor (transfer-resistor) là một linh kiện bán dẫn Khihoạt động trong mạch điện, transistor có vai trò như một cái van cách li hay điềuchỉnh dòng điện, điện áp trong mạch Từ vai trò này, transistor được ứng dụngrộng rãi.

Cấu tạo

Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau Do đó có

2 loại transistor là NPN và PNP tương ứng với 2 cách sắp xếp 3 lớp bán dẫntrên

Xét trên phương diện cấu tạo, transistor tương đương với 2 diode

Chú ý rằng không thể thay thế transistor bởi diode bằng cách mắc như sơ

đồ trên Transistor và Diode là 2 linh kiện điện tử hoàn toàn khác nhau

Như hình vẽ, transistor có 3 cực là B (Base), C (Collector) và E (Emitter)tương ứng với 3 lớp bán dẫn Sự phân hóa thành 3 cực này là do đặc tính vật lícủa 3 lớp bán dẫn là khác nhau.

Bạn có thể dựa trên cấu tạo của transistor để đo điểm tra bất kì một loạitransistor nào Hãy thử tự mình tìm hiểu cách đo xem

Kí hiệu trong mạch điện

Về bản chất, transistor là linh kiện được đóng/mở bằng cường độ dòngđiện qua cực Base Trên thực tế, theo định luật Ôm, cường độ dòng điện I trongmạch tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt vào 2 đầu mạch Do vậy, nhiều ngườinhầm lẫn rằng transistor được điều khiển đóng/mở bằng điện áp đặt vào cựcBase Họ quên mất rằng cường độ dòng điện trên mạch còn tỉ lệ nghịch với điệntrở R Ở đây, hiệu điện thế và điện trở chỉ là 2 yếu tố quyết định cường độ dòngđiện qua cực Base.

Kết luận sơ lược về hoạt động của transistor NPN

Khi xuất hiện dòng IB, transistor cho phép dòng điện đi từ Collector đếnEmitter

Trong lúc xuất hiện dòng IB, transistor mở với:

o IC tăng giảm tỉ lệ thuận với IB

o IE = IB + IC

o UB luôn gần bằng UE Chênh lệch UB - UE càng lớn khi dòngđiện qua transistor càng lớn

Transistor thuận PNP

Transistor loại PNP tương tự loại NPN như tôi đã trình bày ở trên, nhưng

có một số điểm ngược lại như sau:

Dòng điện được điều khiển qua transistor PNP là dòng điện đi từ Emitter

IGBT có tên tiếng anh đầy đủ là Insulated Gate Bipolar Transistor Trong đó,

Transistor gồm một cực điều khiển cách ly là một linh kiện bán dẫn với tổngcông suất 3 cực.

Công nghệ IGBT là sự kết hợp hoàn hảo giữa khả năng đóng cắt siêunhanh của MOSFET cùng với khả năng chịu tải lớn của transistor thường

Các transistor kích xung sò công suất IGBT bên trong bếp từ được sắp xếpgần nhau trong bếp từ Mỗi transistor đều được kết nối với đường 18V, chân racủa vi xử lý, IC LM339, IC LM358

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IGBT

- IGBT là sự kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năngchịu tải lớn của transistor thường Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiểnbằng điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ

+ Cấu trúc bán dẫn của IGBT:

+ Cấu trúc tương đương của IGBT với 1 Transistor n-p-n và 1 Mosfet

+ Sơ đồ tương đương của IGBT:

+ Kí hiệu của IGBT:

- Về cấu trúc bán dẫn thì IGBT rất giống với Mosfet điểm khác nhau là cóthêm lớp p nối với colecto tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emito vớicolecto có thể coi IGBT tương đương với một transitor p-n-p với dòng bazođươc điều khiển bởi một Mosfet

- Dưới tác dụng của điện áp điều khiển Uge > 0 kênh dẫn với các hạt mangđiện là các điện tử được hình thành giống như ở cấu trúc Mosfet các điện tử dichuyển về phía colecto vượt qua lớp tiếp giáp n-p như ở cấu trúc giữa bazo vàcolecto ở transistor thường tạo nên dòng colecto

Đặc tính đóng cắt của IGBT

- Do cấu trúc n-p-n mà điện áp thuận giữa C và E trong chế độ dẫn dòng ởIGBT thấp hơn hẳn so với Mosfet Tuy nhiên do cấu trúc này làm cho thời gianđóng cắt của IGBT chậm hơn so với Mosfet, đặc biệt là khi khóa lại Trên hình

vẽ thể hiện cấu trúc tương đương của IGBT với Mosfet và một Tranzitor p-n-p.

Ký hiệu dòng qua IGBT gồm hai thành phần: i1 dòng qua Mosfet, i2 dòng quaTranzitor Phần Mosfet trong IGBT có thể khóa lại nhanh chóng nếu xả hếtđược điện tích giữa G và E, do đó dòng i1= 0, tuy nhiên i2 sẽ không suy giảmnhanh chóng được do lượng điện tích lũy trong (tương đươngvới bazo của cấutrúc p-n-p) chỉ có thể mất đi do quá trình tự trung hòa điện tích Điều này xuấthiện vùng dòng điện kéo dài khi khóa IGBT

GTO ( gate turn off thyristor)Cổng GTO thyristor tắt

Mặt cắt ngang đơn giản của thyristor

GTO

Một thyristor turn-off (GTO) là một loại thyristor đặc biệt , là một thiết bị

ngược với các thyristor bình thường, là các công tắc có thể điều khiển hoàn toàn

có thể được bật và tắt bằng dây dẫn thứ ba của chúng, cổng dẫn

Cấu tạo GTO:

Xem xét cấu trúc dưới đây của GTO, gần như tương tự như thyristor Nócũng là một bốn lớp, ba thiết bị nối tiếp PNPN giống như một thyristor tiêuchuẩn Trong đó, lớp n + ở đầu cực âm có độ pha tạp cao để đạt hiệu suất phátcao Kết quả là điện áp sự cố của đường giao nhau J3 thấp, thường nằm trongkhoảng 20 đến 40 volt

Mức độ doping của cổng loại p được đánh giá cao bởi vì mức độ dopingphải thấp để duy trì hiệu suất phát cao, trong khi có tính chất TẮT tốt, độdoping của khu vực này phải cao Ngoài ra, cổng và cathodes nên được đánh giácao interdigited với các hình thức hình học khác nhau để tối ưu hóa khả năng tắthiện tại

Nguyên tắc hoạt động của GTO

Hoạt động ON của GTO tương tự như một thyristor thông thường Khi cựcdương cực dương được thực hiện tích cực đối với cực âm bằng cách áp dụngdòng điện dương, thì lỗ phun hiện tại từ cổng phía trước thiên vị là điểm tiếpxúc p-base cathode

Điều này dẫn đến sự phát xạ electron từ cực âm tới cực dương cựcdương Điều này gây ra việc tiêm lỗ từ cực dương vào vùng cơ sở Việc bơmcác lỗ và electron liên tục cho đến khi GTO đi vào trạng thái dẫn điện

Trong trường hợp của thyristor, dẫn đầu bắt đầu bằng cách chuyển ON khuvực của cathode tiếp giáp với cổng đầu cuối Và do đó, bởi plasma lan rộng cáckhu vực còn lại đi vào dẫn