Môn học Linh kiện điện tử là kiến thức bước đầu và căn bản trong quá trình đào tạo các chuyên ngành điện tử. Tài liệu “Linh kiện điện tử” được biên soạn từ các giáo trình do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm giảng dạy ở các trường Đại học, Cao đẳng, Trung học chuyên nghiệp và dạy nghề. Tài liệu này được dùng cho học sinh học chuyên ngành Điện tử viễn thông – Công nghệ thông tin. Nội dung bài giảng gồm có 4 chương: Chương 1. Linh kiện thụ động: Giới thiệu về cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và hình dạng thực tế của các loại linh kiện thụ động. Chương 2. Điốt bán dẫn: Giới thiệu về cấu tạo, ký hiệu trên mạch điện, nguyên lý hoạt động, một số mạch ứng dụng của các loại điốt. Chương 3. Transistor: Giới thiệu về cấu tạo, ký hiệu trên mạch điện, nguyên lý hoạt động, một số mạch cơ bản, đặc tuyến và ứng dụng của các loại transistor. Chương 4. Các linh kiện khác: Giới thiệu về cấu tạo, ký hiệu trên mạch điện, nguyên lý hoạt động, một số mạch ứng dụng của một số loại bán dẫn như UJT,SCR, DIAC, TRIAC, IC, và linh kiện SMD. Trong quá trình biên soạn, chắc chắn tài liệu này không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được các ý kiến đóng góp quý báu của đồng nghiệp và bạn đọc.
Chơng Các linh kiện thụ động I Điện trở Khái niệm - Điện trở linh kiện dùng làm phần tử cản điện mạch - Đại lợng đặc trng cho cản trở dòng điện vật dẫn điện trở vật dẫn + Trên điện trở dòng áp pha + Đơn vị ®o cđa ®iƯn trë lµ Ω + Béi sè cđa Ω lµ: 03 Ω 1K Ω =1 1M Ω =103K Ω =10 Ω; 1G Ω =103M Ω =106K Ω = 109 Các tham số a Công suất danh định (Công suất tiêu tán Pttmax) Khi có dòng điện chạy qua, điện trở tiêu tán lợng điện dới dạng nhiệt công suất là: Ptt = R.I = U2 R (W) Ptt Cho phÐp sức chịu đựng đợc w vợt làm biến đổi trị số điện trở (có thể cháy điện trở) Pmax = R.I 2max = U 2max R (W) Trong công nghiệp điện trở đợc sản xuất với giá trị công suất danh định nh : 1/8W; 1/4W; 1/2W; 1W; 2W; 5W; 7,5W; 10W; 100W Trong điện trở than có trị số từ 1/8 đến 10W Điện trở dây tới 100W b Trị số điện trở danh định cấp xác - Trị số điện trở danh định: Là trị số điện trở đo đợc điều kiện hình bình thờng với mức sai số cho phép Đơn vị điện trở đợc tính , K , M - Mức sai số: Biểu thị mức độ chênh lệch trị số thực tế điện trở với trị số danh định điện trở Điện trở thông thờng có mức sai số: 20% (cấp 3), 10% (cấp 2), 5% (cấp 1) Trong mạch yêu cầu có độ xác cao (Ví dụ, mạch đo cần điện trở có mức sai số nhỏ hơn: 0,5% (cÊp 02), ±1% (cÊp 01), ±0, 01% (cÊp 001) c Điện áp công tác tối đa Là trị số lớn điện áp chiều trị số hiệu dụng điện áp xoay chiều đặt vào đầu điện trở mà điện trở chịu đựng đợc làm việc bình thờng d Hệ số nhiệt Là trị số biến đổi điện trở tơng đối nhiệt độ tăng lên 10C dơng điện trở tăng theo tăng nhiệt độ âm điện trở giảm theo giảm nhiệt độ TCR = 1.R ppm 10 ( ) R.∆T C Trong ®ã : TCR : Cho biết biến đổi tơng đối trị số điện trở nhiệt độ thay đổi lợng T R : Là đại lợng thay đổi trị số điện trở nhiệt độ thay đổi lợng T TCR : Đợc tính đơn vị phần triệu /10C TCR nhỏ độ ổn định cao Các phơng pháp đấu điện trở - Mắc nối tiếp: hình 1.1 R1 R2 R3 Rtd ; Hình 1.1.Mắc nối tiếp điện trở Điện trở tổng cộng tổng điện trở thành phần Rtđ = R1+ R2 + + Rn = (1.1) n ∑R i =1 i Khi mắc nối tiếp làm cho tổng trở mạch tăng lên làm giảm dòng điện chạy qua giữ nguyên điện áp tác động đến chúng - Mắc song song: hình 1.2 R1 Rtd R2 ; R3 Hình 1.2.Mắc song song n 1 1 = + + + =∑ ®iƯn trë R td R1 R2 Rn i =1 Ri (1.2) - Khi thực mắc hỗn hợp điện trở nh hình 1.3, ta có điện trở tơng đơng toàn m¹ch: R td = R1 + R2 + R3 R2 R1 220 100 R4 470 ; Rtđ 820 Hình 1.3 Mắc hỗn hợp điện trở R3R R3 + R R td = 220Ω + 470Ω + 100Ω.820Ω = 779,13 100 + 820 Các loại điện trở a Các điện trở cố định - Ký hiệu: R Hình 1.4 - Cấu tạo đặc điểm: * Điện trở than: Điện trở than trộn: Gồm bột than tán nhỏ; chất cách điện keo sau trộn đều, đem ép lại thành thỏi đầu có dây dẫn để hàn nối; loại rẻ dễ chế tạo nhng có độ xác thấp; mức tạp âm cao Điện trở than phun: Gồm ống sứ gốm sành; có phun lớp bột than mỏng Lớp than đợc gọt theo hình xoắn ốc để tăng độ dài tăng điện trở mạt than; hai đầu có bọc ống kim loại có dây dẫn để hàn; loại có tính ổn định cao trị số tạp âm nhỏ dễ vỡ * Điện trở màng mỏng: Đợc làm lớp mỏng kim loại màng mỏng oxits, trị số từ đến hàng trục M Công suất nhỏ thờng đợc ứng dụng công nghệ chế tạo vi mạch * Điện trở dây cuốn: Gồm ống hình trụ gốm có dây kim loại có điện trở suất cao; hệ số nhiệt nhỏ Dây điện trở tráng men không tráng men; vòng sát theo rãnh Loại đợc dùng mạch có dòng điện lớn qua công suất tiêu tán điện trở lớn Giá trị điện trở nhỏ - Các loại điện trở cố định : hình 1.5 Mµng than 1/20W Mµng than 1/3W Mµng than 1/3W Mµng kim loại1/2W Màng than 1/2W ôxit kim loại 1/2W Màng than 1W D©y quÊn 1W D©y quÊn 3W D©y quÊn 7W Hình 1-5 Các loại điện trở b Điện trở biến đổi (Chiết áp/Biến trở) VR VR - Kí hiệu: hình 1.6 Hình 1.6 - Cấu tạo : Biến trở gồm cuộn dây điện trở hình vành khuyên thẳng ; có chạy thay đổi đợc vị trí tiếp xúc với điện trở Để điều chỉnh vị trí chạy ngời ta thờng gắn vào cấu chuyển động trục quay hay cần gạt Hai đầu điện trở biến trở chạy đợc gắn với dây dẫn để hàn nối - Nguyên lý: Khi điều chỉnh vị trí chạy điện trở tơng đối chạy hai đầu biến trở thay đổi theo quy luật Sự biến đổi đợc dùng để diều chỉnh tham số mạch điện - øng dơng: + KiĨu A(tun tÝnh): dïng cho c¸c mạch cân âm stereo, điều chỉnh dòng quét mành máy thu hình, điều chỉnh thời gian rơ le thời gian + Kiểu B (Loga): Dùng mạch điều chỉnh âm sắc + Kiểu C (Hàm mũ): Dùng mạch điều chỉnh âm lợng c Các điện trở đặc biệt * Điện trở nhiệt: (Thermister) - Ký hiƯu: h×nh 1.7 Th H×nh 1.7 - Cấu tạo đặc điểm: Là loại điện trở bột Ðp cã hƯ sè nhiƯt rÊt lín cã d¹ng thanh, bản, đĩa, vành, cúc; có thermister hệ số nhiệt âm hệ số nhiệt dơng Chúng đợc dùng mạch bù nhiệt mạch ổn định VDR nhiệt * Điện trở nhạy áp (Varitor) - Ký hiệu: hình 1.8 Hình 1.8 - Cấu tạo đặc điểm: Là loại điện trở bột ép chế tạo tinh thể cacbitsilic chất kết dính Có đặc tính giá trị điện trở giảm nhanh có điện áp đặt vào đầu điện trở Varitor tăng Do đặc tuyến có tính phi tuyến nên đợc dùng mạch ổn áp, hạn chế điện áp, ổn dòng cuộn lái tia, ổn áp, cuộn cao áp * Điện trở quang: - Kí hiệu: Hình 1.9 - Cấu tạo đặc điểm: Là điện trở bán dẫn giá trị điện trở phụ thuộc vào ánh sáng chiếu lên nó; đợc dùng mạch điều khiển ánh sáng d Hình dạng thực tế điện trở Các phơng pháp biểu diễn trị số điện trở a Phơng pháp dùng chữ số - Đơn vị: : E; K Ω : K; M Ω :M - §èi với trị số nguyên: Viết kí hiệu đơn vị sau sè VÝ dô: 56K Ω => 56K - Đối với trị số lẻ: ghi số nguyên trớc tiếp ghi đơn vị đo sau ghi phần lẻ Có thể dùng chữ để biểu diễn mức sai sè: F ( ± 1%); G( ± 2%); J( ± 5%); K( ± 10%); M( ± 20%) - VÝ dô: 103F = 10000 Ω ± 1% = 100 K± 1%) 153K = 153000 Ω ± 10% NÕu cã chữ số thờng số thứ biểu thị số luỹ thừa 10 Đơn vị - Ví dụ: 472R => R = 47.10 Đặc biệt chữ số thứ số giá trị thực điện trở - Ví dụ: 330R => R= 330 b Phơng pháp dùng vòng màu Thờng dùng vòng, vòng vòng để biểu diễn giá trị điện trở Bảng quy luật màu: Màu Giá trị Số Màu Giá mũ Số mũ trị Đen 10 Lam 10 N©u 101 Tím 10 Đỏ 10 Xám 10 Cam 10 Tr¾n 10 g Vµn 10 Nhò vµng 10 −1 Lơc 10 Nhũ trắng 10 g Luật màu sai số: STT Màu Trị số STT Màu Trị số Vàng 20% Lục (lá cây) ± 0,5% Nhò vµng ± 10% Lam trêi) Nhò tr¾ng ± 5% TÝm ± 0,1% Đỏ 2% Xám 0,05% Nâu 1% (da 0,25% Các quy định màu điện trở vòng màu nh sau: 10 * Trờng hợp điện trở vòng màu có sai số 20%: - Vßng 1: Sè cã nghÜa thø nhÊt - Vßng 2: Số có nghĩa thứ hai - Vòng 3: Biểu thị hƯ sè nh©n víi 10i ( i = -2, -1, 6) * Trờng hợp điện trở vòng màu: - Vßng 1: Sè cã nghÜa thø nhÊt - Vßng 2: Sè cã nghÜa thø hai - Vßng 3: BiĨu thị hệ số nhân với 10i ( i = -2, -1, 6) - Vòng 4: Là vòng sai số * Trờng hợp điện trở vòng màu gồm vòng giá trị, vòng biểu thị hệ số nhân víi 10i ( i = -2, -1, 6), vßng biểu thị sai số * Để xác định thứ tự vòng màu vào ba đặc điểm : - Vòng gần đầu điện trở - Độ rộng vòng cuối lớn - Vòng không nhũ vàng, nhũ bạc Ví dụ: Điện trở vòng là: cam- trắng - đỏ nhũ vàng: 39.10 10% c Phơng pháp chữ số Con số cuối bội số; số số thêm vào sau sè ®øng tríc VÝ dơ : 472 = 4700 Ω = 4,7K d Phơng pháp ghi trực tiếp Là cách ghi đầy đủ tham số đơn vị đo điện trở Cách ghi thờng dùng điện trở có kích thớc tơng đối lớn nh điện trở dây Ví dụ: Trên thân ®iƯn trë ghi 220K Ω 10%, 2W cã nghÜa lµ điện trở có trị số 220k : dung sai 10% công suất tiêu tán cho phép 2W Trong thực tế ngời ta thờng sản xuất điện trở với giá trị nh sau :1,0 ; 1,1; 1,2 ; 1,5 ; 1,8 ; 2,0 ; 2,2 ; 2,4 ; 2,7 ; 3,0 ; 3,3 ; 11 3,6 ; 3,9 ; 4,3 ; 4,7 ;5,0 ; 5,1 ; 5,6 ; 6,2 ; 6,8 ; 7,5 ; 8,2 vµ 9,1 víi béi sè 10i II Tơ điện Khái niệm kí hiệu a Định nghĩa Tụ điện dụng cụ dùng để chứa điện tích Một tụ điện lý tởng có điện tích cực tỷ lệ thuận với sụt áp đặt ngang qua theo công thức: Q = C.U (culông) Trong đó: Q- Điện tích cực tụ điện (C) U- Sụt áp đặt tụ điện (U) C- Điện dung tụ điện (F) b Cấu tạo Cấu tạo chung gồm hai cực làm kim loại có điện tích S đặt đối xứng khoảng (d) môi trờng điện môi (chất cách điện) Từ hai cực nối với hai dây dẫn làm hai chân tụ, toàn đặt vỏ bảo vệ, xem hình 1.10 Bản cực Chân tụ Chất điện môi Vỏ bọc Hình 1.10 c Kí hiệu: hình 1.11 + _ + _ Tơ cã ®iƯn dung Tơ cã phân thay đổi cực Hình 1.11 Để đặc trng cho khả tích điện tụ điện ngời ta đa khái niệm điện dung đơn vị đo điện dung lµ: F , µF , nF , pF Tơ th êng 12 1F = 10 µF = 19 nF = 1012 pF C¸c tham sè cđa tụ điện a Điện dung danh định * Trị số ®iƯn dung(C): TrÞ sè ®iƯn dung tØ lƯ víi tØ số điện tích hữu dụng cực S với khoảng cách hai cực Điện dung đợc tÝnh theo c«ng thøc: C= ε r ε 0S [ F] d Trong đó: C điện dung tụ(F) r : Hằng số điện môi chất điện môi : Hằng số điện môi không khí hay chân không S: Diện tích hiệu dụng kim loại( m ) d: Khoảng cách hai cực(m) * Dung sai tụ: Đây tham số độ xác trị số ®iƯn dung thùc tÕ so víi trÞ sè danh ®Þnh Dung sai tụ điện đợc tính theo % đợc xác định theo công thức: C tt C dd 100% C dd - Tụ điện không đổi có trị số điện dung danh định đo đợc điều kiện bình thờng với mức sai số cho phép - Trị số điện dung đợc tính Fara(F) c sè: µ F = 10-6F; nF = 10-9F; pF = 10-12 F b Điện áp danh định Là trị số lớn điện áp chiều tổng điện áp chiều biên độ điện áp xoay chiều mắc nối tiếp đặt vào hai đầu tụ mà tụ chịu đựng đợc làm việc lâu dài Đối với loại tụ chuyên dùng mạch điện xoay chiều trị số trị số tối đa cho phép điện áp hiệu dụng 50Hz Nếu dùng mạch làm việc với tần số cao trị số điện áp phải giảm bớt c Điện trở cách điện 13 Do đó, vi mạch tích hợp có độ tin cậy cao, kích thớc nhỏ, chứa đợc nhiều phần tử : - IC bËc chøa 10 linh kiÖn - IC bËc chøa 11 ÷ 100 linh kiƯn - IC bËc chøa 101 ÷ 1000 linh kiƯn - IC bậc chứa đến 10000 lớn Vì IC loại có giá thành hạ, tiêu thụ lợng điện Có nhiều cách phân loại vi mạch tích hợp Ta xét số cách phân loại mạch thông dụng: * Phân loại theo tính chất liệu đợc xử lý IC: ta có hai loại: - IC tuyến tính: Là loại IC có khả xử lý liệu xảy liên tục - IC số: Là loại IC có khả xử lý liệu xảy rời rạc * Phân loại theo công nghệ chế tạo: - Vi mạch bán dẫn (hay gọi vi mạch đơn khối): Trong vi mạch bán dẫn, phần tử tích cực thụ động đợc chế tạo đơn tinh thể bán dẫn Si (N) Si(P) làm chất Tấm đơn tinh thể bán dẫn đợc ca cắt theo mặt tinh thể cho có lợi tính chất điện Việc chế tạo vi mạch bán dẫn chủ yếu dựa trình quang khắc theo phơng pháp plana, plana - epitaxi hay siloc Hiện vi mạch bán dẫn loại vi mạch đợc dùng rộng rãi nên phần sau chóng ta sÏ chØ xem xÐt chđ u lo¹i vi mạch - Vi mạch màng mỏng: tích hợp linh kiện thụ động đế thuỷ tinh cách điện hay ceramic phơng pháp bốc lắng đọng chân không, phần tử tích cực đợc hàn gắn vào mạch nh linh kiện rời rạc Khuyết điểm loại vi mạch không ổn định tham số tính chất dẫn điện bán dẫn phụ thuộc vào trạng thái mặt Ưu điểm loại chế tạo đợc điện trở tụ điện có chất lợng cao sai số nhỏ - Vi mạch màng dày: Trong tích hợp linh kiện thụ động đế chất bán dẫn phơng pháp quang khắc qua 101 khuôn, linh kiện tích cực đợc hàn vào nh linh kiện rời rạc Loại vi mạch màng dày có độ ổn định với môi trờng bên cao vi mạch mỏng Hai loại vi mạch màng mỏng vi mạch màng dày có độ cách điện phần tử cao - Vi mạch lai: Trong tích hợp linh kiện tích cực linh kiện thụ động đế thuỷ tinh ceramic theo hai công nghệ chế tạo vi mạch bán dẫn vi mạch mỏng Đây loại u việt kết hợp đợc u điểm vi mạch bán dẫn vi mạch màng mỏng, có nghĩa chế tạo phần tử tích cực thụ động có tham số điện tốt Trong mạch này, linh kiện transistor, điôt đợc chế tạo đế bán dẫn phơng pháp plana plana epitxi Trên bề mặt đế bán dẫn có phủ lớp điện môi (SiO 2), linh kiện thụ động nh điện trở, tụ điện, cuộn cảm đợc chế tạo phơng pháp màng mỏng lớp SiO Các điôt transistor đợc cách điện phơng pháp cách điện mạch tổ hợp bán dẫn, linh kiện thụ động đợc cách điện với đế bán dẫn cách điện với lớp ôxit SiO Vi mạch lai cho ta điện trở có độ ổn định cao, có hệ sô nhiệt thấp Các tụ điện màng mỏng có điện dung riêng cao, dòng điện rò nhỏ Vi mạch lai cho ta phần tử điện cảm màng mỏng Ngoài vi mạch lai cho độ tin cậy cao loại vi mạch bán dẫn Tuy nhiên, công nghệ chế tạo vi mạch lai phức tạp nên giá thành cao hơn, điều hạn chế việc sử dụng công nghệ * Phân loại theo loại transistor có IC: ta cã hai lo¹i - Vi m¹ch lìng cực: Trong transistor đợc tích hợp transistor lỡng cực Vi mạch lỡng cực có thành phần tử thụ động phần tử tích cực có tốc độ chuyển mạch cao (cỡ 5ns đến 20 ns), công suất tiêu tán nhiệt từ vài W đến vài trăm mW, nhng mức độ tích hợp thấp khoảng 100 phần tử vi mạch kích thớc transistor phần tử thụ động lớn - Vi mạch MOS: Là vi mạch, transistor đợc tích hợp loại Transistor trờng, thông thờng Transistor trờng loại MOS 102 Vi mạch MOS có độ tích hợp bậc 3, bậc 4(cỡ 10000 phần tử IC) Các vi mạch MOS không cần tích hợp điện trở dùng Transistor MOS làm điện trở trị số điện trở đợc điều chỉnh điện áp đặt ngang qua cực G cực máng D Vi mạch MOS có khả chống nhiễu cao nhng thời gian chuyển mạch chậm, công suất tiêu thụ thấp IC lỡng lỡng cực nhiều * Dựa theo số phần tử đợc tích hợp IC: Ta chia thành loại - Vi mạch loại SSI: số phần tử đợc tích hợp 1000 Cách chia không đợc xác chênh lệch số phần tử IC hai đầu khoảng chia không phân biệt nhiều Trong loại IC đơn khối đợc sản xuất sử dụng nhiều công nghệ chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, thời gian chuyển mạch nhanh số phần tử tích hợp cao c Mạch chức Mạch chức mạch sử dụng hiệu ứng xảy phận chất rắn hay bề mặt nó, đầu đầu vào để hoàn thành chức nh sơ đồ điện mà không cần linh kiện Ví dụ mạch chức chỉnh lu dòng chiều (hình 4.7): Lớp điện trở, lớp điện môi mỏng, lớp dới lớp bán dẫn làm nhiệm vụ máy phát sức nhiệt động Lớp điện môi phải đảm bảo cách điện tốt nhng phải dẫn nhiệt tốt Hợp kim Vào Chất điện môi Bán dÉn a) Bé chØnh lu dßng mét chiỊu D Ra = C L C b) Mạch điện tơng đ103 ơng Hình 4.12 Mạch chức chỉnh lu dòng chiều Nguyên lý hoạt động mạch chức hình 4.12a nh sau: Khi đặt điện áp xoay chiều lên đầu vào, dòng xoạy chiều chạy qua lớp ®iƯn trë vµ nung nãng líp ®ã NhiƯt ®é cđa lớp điện trở truyền qua lớp cách điện mỏng vào lớp nhiệt điện Phần lớp nhiệt điện đợc nung nóng, phần dới không đợc nung nóng nên sinh sức nhiệt điện động Nh vậy, đầu vào đặt điện áp xoay chiều đầu có điện áp chiều có độ gơn sóng nhỏ Chức tơng đơng với chỉnh lu nh hình 4.7b Mạch chức mục tiêu kỹ thuật vi điện tử ngày tín hiệu đợc truyền phần tử mang điện phần tử không mang điện nh ánh sáng, nh đômen từ Mét sè m¹ch dïng vi m¹ch tuyÕn tÝnh * Vi mạch ổn áp: Nhận lối vào điện áp không ổn định tạo lối điện áp ổn định nh vi mạch họ 78XX, 79XX có điện áp cố định: - Họ 78XX ổn định điện áp dơng; họ 79XX ổn định điện áp âm Ví dụ: + 7805: điện áp cố định +5V + 7812: điện áp cố định +12V + 7909: điện áp cố định -9V - Hoặc vi mạch ổn áp có điện áp ổn định điều chỉnh đợc nh: + LM317: điện áp ®iỊu chØnh tõ 1,2V ®Õn 37V + LM337T: ®iƯn ¸p ®iỊu chØnh tõ 1,2V ®Õn 37V + A723C: ®iƯn ¸p ®iỊu chØnh tõ 2V ®Õn 37V * Bé ổn áp từ 1,25 V đến 25 V: Vi mạch LM 317 cung cấp cho đầu dòng điện đến 15A dải điện áp từ 1,2V ®Õn 37V Lu ý r»ng sè linh kiƯn tèi thiĨu bên vi mạch phải nh hình 4.13 dới 104 ứng dụng công suất lớn phải dùng cánh toả nhiệt Vi mạch LM có chân số đầu vào, chân số chân điều chỉnh vỏ chân thứ đầu Trong hình 4.13, điện áp vào cần phải lọc trớc đa vào LM317 Có thể bỏ tụ C1 điện áp vào đợc cung cấp từ nguồn đặt gần LM317 Điện trở R dùng ®Ĩ ®iỊu chØnh ®iƯn ¸p UV (> 28V) C2 = LM 317 + R1 = 5K R1 = UR (1,25 đến 25V) 240 + C1 = Hình 4.13 Vi mạch ổn áp loại LM 317 Vi mạch tích hợp số Vi mạch số gồm mạch logic để thực thuật toán logic hàm logic khác Các vi mạch số thiết bị trạng thái, trạng thái gần với vôn đất (còn gọi mức thấp ký hiệu L), trạng thái gần với điện áp cung cấp cho mạch (gọi mức cao ký hiệu H) Các mạch tích hợp số xử lý bít nhị phân riêng lẻ từ nhiều bít nhị phân Hầu hết vi mạch số đợc sử dụng vi mạch số chế tạo sở transistor lỡng cực transitor trờng Mỗi vi mạch số hầu nh thực đợc chức hoàn chỉnh Nên chúng cần linh kiện mắc thêm bên Các tham số vi mạch số: - Mức logíc: Mức logic Các mức logic trị số điện áp tơng ứng với mức logic thấp mức logic cao, tuỳ loại mà có trị số điện áp khác - Nguồn nuôi: nguồn cung cấp phải đảm bảo độ ổn định cao - Khả ghép tải 105 - Tốc độ chuyển mạch hay gọi độ tác động nhanh vi m¹ch: + Lo¹i cùc nhanh ttb ≤ ns + Loại nhanh ttb = ữ 10 ns + Loại trung bình ttb = 10 ữ 100 ns + Loại chậm ttb > 100 ns - Công suất tiêu thụ: Công suất tiêu thụ vi mạch số phụ thuộc vào tín hiệu đặt lên - Dải nhiệt độ làm việc: Mỗi hãng sản xuất có tiêu nhiệt độ khác Các sơ đồ hàm logic transistor lỡng cực transistor trờng gồm loại: - Transistor logic với liên kết trực tiếp ( TL) - §iƯn trë - transistor logic (RTL) - §i«t - transistor logic (DTL) - Transistor - transistor logic (TTL) - Logic MOS - Logic CMOS Trong kü thuËt số đại hầu nh sử dụng phần tử logíc đó, đầu cấp nguồn lối vào lối logic cần quan tâm Nghiên cứu sơ đồ hàm logic để ta hiĨu vỊ cÊu tróc bªn cđa chóng mét cách khái quát để chọn sơ đồ thích hợp Hai họ vi mạch số quan trọng đợc sư dơng nhiỊu nhÊt lµ hä TTL/LS vµ hä CMOS Họ TTL vi mạch tích hợp c¸c transistor lìng cùc víi mét transistor nhiỊu tiÕp xóc gốc - phát Mỗi tiếp xúc BE lối vào Còn họ CMOS tích hợp transistor trờng loại MOS kênh cảm ứng loại P N ®Êu bï S¬ ®å TTL cã tèc ®é chun mạch cao ( ttb = ữ 15ns), công suất tiêu thụ thấp ( 15 ữ 45 W) có khả chịu tải lớn (hệ số tải n >10) Dòng vào MOS nhỏ điện trë lèi vµo cđa transistor MOS rÊt lín cho phÐp chế tạo vi mạch có khả chịu 106 tải cao (n = 10 ữ 20), có độ phòng vệ nhiễu cao công suất tiêu thụ nhỏ Hình dạng thực tế số linh kiện bán dẫn Những điểm cần lu ý sử dụng vi mạch tích hợp Các vi mạch đợc sử dụng rộng rãi kỹ thuật tơng tự (vi mạch tuyến tính) kỹ thuật số (vi mạch số) Khi sử dụng vi mạch tích hợp cần lu ý số điểm sau: - Phải đọc đợc ký hiệu vi mạch: thân vi mạch thờng ghi tên hãng sản xuất, ký hiệu chức vi mạch, ký hiệu sản phẩm có thơng phẩm, ngày tháng năm sản xuất -Biết tra cứu vi mạch sổ tra cứu để biết chức IC biết chức chân IC -Chú ý chân nguồn cung cấp cho IC làm viêc -Khi đấu vào mạch phải ®Êu ch©n ngn cung cÊp tríc, sau ®ã míi cho tín hiệu vào mạch - Nguồn cung cấp phải có độ ổn định cao - Đấu nối IC vào mạch phải ý dùng mỏ hàn nhọn, có công suất thấp khoảng 30 W đến 60W, tránh làm nóng IC Đặc biệt IC số cần lu ý số điểm sau: 107 Vi mạch số đợc sử dụng rộng rãi thiết bị vô tuyến điện tử, đặc biệt máy vi tính, hệ thống điều khiển xử lý tin Các vi mạch số thờng gặp họ TTL, CMOS, MOS, vv IC thực chức hoàn chỉnh nh cổng, hệ đếm, giải mã, hệ nhớ, ghi dịch, hệ vi xử lý - Các họ mạch số TTL cã c¸c hä nh: SN74 = K155, KM 1155 SN54 = 133 SN4L SN 54H - Các họ mạch số CMOS cã c¸c hä: CD40 XX = K176 CD 40 XXA = 564 MC145XXA = K561 RAM- bé nhí ®äc/ viÕt ROM- bé nhí chØ ®äc PROM – Bé nhí đọc thảo chơng trình Khi chọn vi mạch ta cần quan tâm tới tham số sau: công suất tiêu thụ, khả chịu tải, thời gian chuyển mạch, khả chống nhiễu, điện áp nguồn nuôi, mức logíc Đối với vi mạch loại TTL/LS cần lu ý: - Điện áp cung cấp VCC không vợt 5,25 V - Các đầu tín hiệu vào không vợt VCC không thấp đất - Các đầu vào không dùng đến họ TTL/LS đợc coi nh trạng thái cao (H)nhng đầu vào đợc giả thiết cố định mức cao phải nối tới VCC - Đặt đầu cổng không dùng đến mức cao để tiết kiệm ®iƯn - Dïng Ýt nhÊt mét tơ khư ghÐp ®èi với nhóm từ đến 10 cổng, từ đến đếm ghi - Tránh dây dẫn dài mạch Đối với vi mạch MOS CMOS: 108 - Điện áp đầu vào không vợt VDD ( trừ hai IC 4049 4050) - Tất đầu vào không dùng đến phải nối với V DD đất, không gây rối loạn mạch dòng tiêu thụ lớn - Không đợc nối tín hiệu đầu vào tới mạch dùng vi mạch CMOS ngắt nguồn cung cấp - Phải ý tránh tợng tích điện tĩnh lối vào vi mạch CMOS MOS cách: Không nên cất vi mạch CMOS hộp tính dẫn điện; nên đặt chân IC xuống khay nhôm cha đấu chúng vào mạch; mỏ hàn nên dùng nguồn ácquy, không nên dùng mỏ hàn điện xoay chiều Khi lắp ráp vi mạch số ta cần ý: - Đầu dây dẫn dây dẫn thờng mạch in nhng dây dẫn phải ngắn để tránh nhiễu Nếu dây dẫn dài 25cm phải dùng dây bọc kim cáp đồng trục - Những lối vào không sử dụng đến ta không nên để hở nhiễu lọt vào, qua lối vào thừa cổng Và Phủ định nên mắc song song với lối vào sử dụng Các lối vào thừa phần tử Và cổng Và - Hoặc Phủ định phải mắc song song với lối vào sử dụng - Xung nhịp: Tốc độ chuyển mạch vi mạch số cần đủ lớn Để mạch điện làm việc ổn định xung nhịp cần có độ dốc sờn 400ns, không đạt tiêu chuẩn cần tạo lại dạng xung nhịp - Lắp đặt vi mạch số có hai cách: + Lắp IC đế cắm: Ưu điểm IC không bị nóng nhng dễ gây hiệu ứng tiếp xúc đế cắm IC có nhiều chân, làm giảm độ tin cậy mạch + Hàn trực tiếp IC vào mạch: Ưu điểm phơng pháp đảm bảo tiếp xúc tốt song dễ làm nóng IC trình hàn, làm thay đổi tham số IC + Các IC số thờng có vỏ nhựa dẹp có 14, 16 24 chân Khi vẽ mạch in cần phải ý đến vị trí tơng đối mạch dẫn nguồn với dây chung phải nhớ tụ lọc nguồn dây chung Điện dung tụ tuỳ thuộc vào họ IC 109 + Khi dùng vi mạch CMOS cần ý đến cấu trúc bên vi mạch để tránh phá hoại điện tích tĩnh lắp rắp Khi hàn chân vi mạch vào mạch in ta nên hàn chân nối nguồn trớc sau hàn chân Tất chân dẫn vào không dùng nên nối vào mạch nguồn mạch chung Bất kỳ chế độ làm việc nào, điện áp lối vào vi mạch không đợc cao điện áp chân nguồn, nh đảm bảo dòng điện thuận qua điôt bảo vệ lối vào Khi ngắt mạch, phải ngắt tín hiệu vào sau cắt nguồn nghiêm cấm việc đa tín hiệu vào tríc nèi ngn cung cÊp Khi nèi ghÐp c¸c vi mạch khác loại với phải chý ý điện áp nguồn cung cấp, mức logic, nên sử dụng mạch đệm để bảo đảm việc nối ghép tốt VI Linh kiện lắp ráp bề mặt SMD(SMD – Surface Mounted Devices) 1.Kh¸i qu¸t chung Víi kü tht lắp ráp bề mặt, điện trở, tụ điện, điôt, transistor, ICs đợc lắp đặt trực tiếp mạch in, chân linh kiện không cần đam xuyên qua lỗ mạch in hàn với mạch in mặt bên nh loại linh kiện trớc ( hình 4.14) Linh kiện SMD lắp đặt hai bên mạch in ( hình 4.15) Mạch in phải dày khoảng từ 0,8 đến 1mm Kỹ thuật SMD ban đầu đợc sử dụng kü tht cao cÊp (Hi- tech.) víi m¹ch lai gốm từ năm 1970 Ngời ta tính năm 1990 50% linh kiện đợc sử dụng linh kiện SMD Hình 4.15 Hình 4.14 110 Trong đó: Linh kiện thông thờng Linh kiện SMD Đờng mạch in Tấm mạch in Đờng mạch in Keo Kỹ thuật SMD có u điểm : - Mạch điện mạch in nhỏ (có thể tới 70%) thiết bị điện tử nhỏ - Bỏ qua công đoạn nh với linh kiện thông thờng lắp ráp nh cắt chân, uốn chân linh kiện - Bỏ chân nối linh kiện sức bền học đợc gia tăng (chống lại rung ) - Giá tiền chuyên chở cất giữ linh kiện - Trong công đoạn làm mạch in: hầu hết không cần phải khoan lỗ - Lúc sản xuất hàng loạt xác suất h hỏng lúc lắp ráp linh kiện nhỏ (ví dụ : với linh kiện thông thờng, chân IC không đâm trúng vào lỗ mạch in, bị cong ) có máy lắp ráp SMD tù ®éng víi vËn tèc tõ 30000 SMD ®Õn 360000 SMD Giá tiền lắp lắp ráp linh kiện giảm 1/2 đến 1/5 - Với đờng mạch in ngắn linh kiện chân hay chân ngắn ta có nhiều u điểm lĩnh vực cao tần Tuy nhiên kỹ thuật SMD có trở ngại: - Với IC nhiều chân ( 148), đờng mạch in chạy xuyên qua hai chân IC - Việc thiết kế mạch in phức tạp - Linh kiƯn nhá, diƯn tÝch m¹ch in bÐ cho ta thoát nhiệt tốt - Nhiều linh kiện SMD không ghi rõ số liệu, tên tuổi Kỹ thuật lắp ráp linh kiện SMD mạch in 111 Hình 4.16 mô tả công đoạn lắp đặt linh kiện SMD với linh kiện thông thờng mạch in Đầu tiên linh kiện loại thông thờng đợc lắp tay hay tự động Khúc cuối chân linh kiện đợc uốn cong Sau mạch in đợc lật lại, keo đợc nhỏ giọt vào vị trí mà linh kiện SMD đợc đặt lên, keo đợc làm khô với sức nóng Linh kiện SMD đợc dán cứng với mạch in để sau qua trình hàn với bể hàn nóng b) a) Mạch in Lắp đặt linh kiện SMD d) c) Làm khô keo Flux e) f) Hàn g) Hình 112 4.16 Linh kiện SMD * Điện trở - Loại 5% 2% R Ký hiÖu 000 1,0…9,1 XRX 10…91 XXR 100…10M XXX Sè thứ ba số không Ví dụ: 474 = 470000 Ω = 470 k Ω - Lo¹i 1% R Ký hiÖu 100 Ω …988 XXXR Ω XXXX 1k Ω …1M Ω VÝ dô: 1004 = 1M Ω Sè thø t số số không: - Loại MELF Loại điện trở có vỏ MELF đợc ghi trị số theo vạch màu nh điện trở thông thờng -Tụ điện Tụ gèm: Tơ gèm víi linh kiƯn SMD cã trÞ sè từ 0,47pF đến F Trị số không đợc ghi linh kiện Tụ tantal: Trị số điện dung tõ 0,1 µ F 68 µ F Ký hiƯu: XXX Số thứ ba số số không Vi dụ: 224 = 220000pF = 0,22 F Nếu có vạch trắng hay chữ M cho biết điện cực + Ngoài cho điện trở tụ điện, ngời ta dïng c¸ch m· ho¸ b»ng hai dÊu hiƯu gåm mét mÉu tù vµ mét sè MÉu tù cho ta 113 trị số hiệu dụng số cho số số không đứng sau số hiệu dụng Trị số xác định pF cho tụ điện cho điện trë VÝ dô: E = 1,5 x 1000 = 1500 pF hay 1500 Ω A1 = x 10 = 10 pF hay 10 Ω … Mét sè linh kiện SMD thực tế Câu hỏi ôn tập chơng IV Cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý, ứng dụng UJT? 2.Cấu tạo, ký hiệu nguyên lý hoạt động SCR 3.Nêu tính chất chuyển mạch tính chất van SCR đặc tuyến Vôn -Ampe? Cấu tạo, ký hiệu, hoạt động, đặc tuyến ứng dụng Triac? Cấu tạo, ký hiệu, hoạt động, đặc tuyến ứng dụng Diac? Hãy phân biệt ký hiƯu vµ tÝnh chÊt cđa Triac vµ Diac thĨ đặc tuyến vôn - Ampe ? Hãy nêu phơng pháp kích mở SCR , Triac, Diac? Phân tích số mạch ứng dụng SCR, Triac? Nêu khái niệm, phân loại IC? 10 Thế IC số, IC tơng tự? 11 Khái niệm SMD? Kỹ thuật lắp ráp SMD 114 115 ... tinh thể bán dẫn Si: điện tử lỗ trống vùng hoá trị; điện tử vùng dẫn b Đồ thị vùng lợng bán dẫn Si Kết dòng điện chất bán dẫn gồm thành phần tơng đơng (do cặp sinh đôi điện tử - lỗ trống) đóng... (C) U- Sụt áp đặt tụ điện (U) C- Điện dung tụ điện (F) b Cấu tạo Cấu tạo chung gồm hai cực làm kim loại có điện tích S đặt đối xứng khoảng (d) môi trờng điện môi (chất cách điện) Từ hai cực nối... Chất điện môi Vỏ bäc H×nh 1.10 c KÝ hiƯu: h×nh 1.11 + _ + _ Tụ có điện dung Tụ có phân thay đổi cực Hình 1.11 Để đặc trng cho khả tích điện tụ điện ngời ta đa khái niệm điện dung đơn vị đo điện