MỤC LỤC Trang Chương 1: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG 01 1. Điện trở 01 1.1. Khái niệm 01 1.2. Ký hiệu đơn vị 01 1.3. Điện trở dây dẫn 02 1.4. Định luật Ohm 02 1.5. Định luật Kirchoff 03 1.6. Phân loại 05 1.7. Cách mắc điện trở 09 1.8. Cách đọc giá trị điện trở 10 1.9. Công suất của điện trở 12 1.10. Ứng dụng 13 2. Tụ điện 14 2.1. Khái niệm 14 2.2. Cấu tạo và ký hiệu 14 2.3. Sự dẫn điện của tụ điện 14 2.4. Điện dung 14 2.5. Điện thế làm việc 15 2.6. Cách mắc tụ điện 16 2.7. Hiện tượng nạp xả của tụ điện 17 2.8. Phân loại 18 2.9. Cách đọc trị số điện dung 20 2.10. Ứng dụng 20 3. Cuộn Cảm 20 3.1. Cấu tạo và ký hiệu 20 3.2. Hệ số tự cảm 21 3.3. Hiện tượng tự cảm 22 3.4. Hỗ cảm 22 3.5. Cách mắc cuộn cảm 22 3.6. Phân loại và ứng dụng 23 BÀI TẬP CHƯƠNG 1 25 Chương 2: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ BÁN DẪN 27 1. Diode 27 1.1. Chất bán dẫn 27 1.2. Diode bán dẫn 31 2. Transistor lưỡng cực BJT 36 2.1. Cấu tạo và ký hiệu 37 2.2. Nguyên lý hoạt động 38 2.3. Cách mắc transistor lưỡng cực BJT 38 2.4. Phân cực transistor 40 3. Transistor hiệu ứng trường FET 43 3.1. Cấu tạo và ký hiệu 43 3.2. Nguyên lý hoạt động 44 3.3. Cách mắc JFET 44 3.4. Phân cực transistor JFET 46 BÀI TẬP CHƯƠNG 2 48 Chương 3: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 52 1. Mạch chỉnh lưu 52 1.1. Mạch chỉnh lưu bán kỳ 52 1.2. Mạch chỉnh lưu toàn kỳ 53 1.3. Mạch chỉnh lưu âm dương 54 1.4. Mạch nhân áp 54 1.5. Mạch xén 55 2. Mạch dao động 59 2.1. Khái niệm chung 59 2.2. Dao động thạch anh 59 2.3. Mạch dao động đa hài 61 2.4. Mạch dao động dùng IC 555 62 3. Mạch nguồn một chiều 65 3.1. Khái niệm chung 65 3.2. Biến áp 66 3.3.Mạch lọc san phẳng 68 3.4. Ổn áp một chiều 69 BÀI TẬP CHƯƠNG 3 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 .
Giáo trình Kỹ thuật điện tử Chương 1: Biên soạn: Võ Triều An LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG Giới thiệu: Các linh kiện điện tử thụ động gồm điện trở, tụ điện, cuộn cảm sử dụng phổ biến kỹ thuật điện tử lĩnh vực điện gia dụng, sinh hoạt Do đó, việc nắm vững thơng số kỹ thuật, tính chất, cơng dụng chúng quan trọng Các linh kiện thụ động thường đa dạng chủng loại nên người sử dụng cần nắm vững để lựa chọn loại linh kiện phù hợp với yêu cầu sử dụng Mục tiêu: Cung cấp kiến thức đặc điểm cấu tạo, tính chất, chế làm việc, qui cách đóng vỏ ghi nhãn lĩnh vực ứng dụng số linh kiện điện tử thụ động mạch điện tử điện trở, tụ điện cuộn cảm Nội dung chính: Điện trở: 1.1 Khái niệm: Điện trở (Resistor) linh kiện có tính cản trở dòng điện dùng vào số chức khác tùy thuộc vào vị trí điện trở mạch điện 1.2 Kí hiệu, đơn vị: Hình 1.1 Kí hiệu điện trở Đơn vị điện trở Ohm (Ω) 1KΩ = 1.000Ω 1MΩ = 1.000.000Ω 1.3 Điện trở dây dẫn: Điện trở dây dẫn đại lượng đặc trưng cho tính cản trở dòng điện dây dẫn - Kí hiệu: R - Đơn vị: Ω Điện dẫn dây dẫn đại lượng đặc trưng cho tính dẫn điện dây dẫn Điện dẫn nghịch đảo điện trở - Kí hiệu: G - Đơn vị: S (Siemen) G= Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Từ thực nghiệm ta rút kết luận: điện trở dây dẫn nhiệt độ định phụ thuộc vào chất dây, tỉ lệ với chiều dài dây tỉ lệ nghịch với tiết diện dây R=ρ R điện trở dây dẫn (Ω) L chiều dài dây dẫn (m) S tiết diện dây dẫn (m2) ρ điện trở suất (Ωm) - Điện trở suất: số điện trở dây dẫn làm chất đó, có chiều dài 1m, tiết diện thẳng 1m2 gọi điện trở suất chất Những chất khác điện trở suất khác Điện trở suất biến đổi theo nhiệt độ Điện trở suất số chất thường gặp: Hình 1.2 Điện trở suất số chất thường gặp 1.4 Định luật Ohm: a Định luật Ohm cho đoạn mạch trở: Cường độ dòng điện đoạn mạch tỉ lệ với hiệu điện hai đầu đoạn mạch tỉ lệ nghịch với điện trở đoạn mạch I= b Định luật Ohm tổng quát đoạn mạch: Dòng điện chạy đoạn mạch AB tính cơng thức: Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An c Định luật Ohm tổng qt cho mạch kín: Dòng điện chạy mạch kín tính cơng thức: Thực ra, với đoạn mạch AB, hai đầu A, B đoạn mạch trình nhau, ta có mạch kín Khi đó, cơng thức tính dòng điện trở thành : - Ví dụ : 1.5 Định luật Kirchoff : Thực tế, ta thường gặp mạng điện phân nhánh phức tạp gồm nhiều nút vòng mạng Một nút điện chỗ nối nhánh điện phải có ba nhánh điện trở lên Vòng mạng vòng kín đoạn mạch tạo thành a Định luật Kirchoff thứ nhất: Tổng cường độ dòng điện nút Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Tại nút có n nhánh, ta quy ước dòng điện vào nút có dấu ‘+’, dòng điện khỏi nút có dấu ‘-‘ Hay nói cách khác, tổng cường độ dòng điện vào nút tổng cường độ dòng điện khỏi nút - Ví dụ : Tại nút A mạch điện sau : Ta có: I1 – I2 - I3 +I4 + I5 = hay I1 +I4 + I5 = I2 + I3 b Định luật Kirchhoff thứ hai: Trong vòng mạch kín, tống tổng đại số sức điện động tổng độ giảm điện phần tử khác Quy ước: - Sức điện động mang dấu + chiều chọn dòng điện vòng mạch xuyên vào cực dương nguồn, sức điện động mang dấu – chiều dòng điện xuyên vào cực âm nguồn - Cường độ dòng điện mang dấu + chiều với chiều chọn mang dấu – ngược chiều với chiều chọn - Ví dụ: Xét mạch điện sau: Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Ta có: - Vòng I: -V1 + I1(r1 + R1) – I2(r2 + R2) + V2 = - Vòng 2: -V2 + I2(r2 + R2) – 3(r3 + R3) + V3 = 1.6 Phân loại : Điện trở phân loại dựa vào cấu tạo hay dựa vào mục đích sử dụng mà có nhiều loại khác nhau: * Theo cấu tạo: a Điện trở than (carbon resistor): Người ta trộn bột than bột đất sét theo tỉ lệ định trị số khác Sau đó, người ta ép lại cho vào ống Bakelite Kim loại ép sát hai đầu hai dây hàn vào kim loại, bọc kim loại bên để giữ cấu trúc bên đồng thời chống cọ xát ẩm Ngoài người ta sơn vòng màu biết trị số điện trở Loại điện trở dễ chế tạo, độ tin cậy tốt nên rẻ tiền thơng dụng Điện trở than có trị số từ vài Ω đến vài chục MΩ Công suất danh định từ 0,125 W đến vài W b Điện trở màng kim loại (metal film resistor): Loại điện trở chế tạo theo qui trình kết lắng màng Ni – Cr thân gốm có xẻ rãnh xoắn, sau phủ lớp sơn Điện trở màng kim loại có trị số điện trở ổn định, khoảng điện trở từ 10 Ω đến MΩ Loại thường dùng mạch dao động có độ xác tuổi thọ cao, phụ thuộc vào nhiệt độ Tuy nhiên, số ứng dụng khơng thể xử lí cơng suất lớn có cơng suất danh định từ 0,05 W đến 0,5 W Người ta chế tạo loại điện trở có khoảng cơng suất danh định lớn từ W đến 1000 W với khoảng điện trở từ 20 Ω đến MΩ Nhóm có tên khác điện trở công suất c Điện trở oxit kim loại (metal oxide resistor): Điện trở chế tạo theo qui trình kết lắng lớp oxit thiếc SiO2 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Loại có độ ổn định nhiệt cao, chống ẩm tốt, công suất danh định từ 0,25 W đến W d Điện trở dây quấn (wire wound resistor): Làm hợp kim Ni – Cr quấn lõi cách điện sành, sứ Bên phủ lớp nhựa cứng lớp sơn cách điện Để giảm tối thiểu hệ số tự cảm L dây quấn, người ta quấn ½ số vòng theo chiều thuận ½ số vòng theo chiều nghịch Điện trở xác dùng dây quấn có trị số từ 0,1 Ω đến 1,2 MΩ, công suất danh định thấp từ 0,125 W đến 0,75 W Điện trở dây quấn có cơng suất danh định cao gọi điện trở công suất Loại gồm hai dạng: - Dạng ống có trị số 0,1 Ω đến 180 kΩ, công suất danh định từ W đến 210 W - Dạng khung có trị số Ω đến 38 kΩ, công suất danh định từ W đến 30 W * Theo mục đích sử dụng: a Điện trở cố định: Điện trở cố định loại điện trở có trị số cố định khơng thay đổi Trị số nhà sản xuất ấn định có sai số phạm vi cho phép Nhóm điện trở cố định chia loại: - Điện trở xác: dạng màng kim loại dây quấn, thiết kế để dùng mạch đòi hỏi sai số phạm vi hẹp, độ ổn định lớn, tiếng ồn thấp hệ số nhiệt độ thấp Loại dây quấn tương đối lớn có khoảng điện trở từ 0,1 Ω đến 1,2 MΩ có độ ổn định cao Các hiệu ứng điện cảm L điện dung C điện trở dây quấn khiến khơng thích hợp để dùng tần số lớn 50 kHz quấn đặc biệt để giảm điện cảm điện dung liên kết Điện trở màng kim loại không bền điện trở dây quấn song có điện cảm nhỏ Điện trở màng kim loại thường có vỏ hàn kín đúc nhựa phenol Nó có khoảng điện trở từ 10 Ω đến 5MΩ - Điện trở bán xác: thiết kế cho mạch đòi hỏi độ ổn định nhiệt độ lâu dài Điện trở thường nhỏ điện trở xác rẻ hơn, chủ yếu làm chức hạn dòng giảm áp mạch Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Hình 1.3 Cơng suất số loại điện trở - Điện trở đa dụng: loại nhỏ, rẻ tiền, thường hay dùng mạch điện tử mà dung sai ban đầu khơng quan trọng (ví dụ: 5% lớn hơn), độ ổn định dài hạn không quan trọng Không dùng điện trở nơi cần hệ số nhiệt độ điện trở thấp mức ồn thấp Khoảng điện trở từ 2,7Ω đến 100 MΩ Trị số điện trở 0,3MΩ bắt đầu bị giảm tần số xấp xỉ 100 kHz, tần số MHz tất trị số bị giảm Khoảng công suất danh định từ 0,125 W đến W - Điện trở công suất: có dạng dây quấn dạng màng, loại có khoảng cơng suất danh định cao, dùng nguồn công suất, chia áp b Điện trở có trị số thay đổi được: - Biến trở (VR = Variable Resistor): loại điện trở có trị số thay đổi Biến trở dây quấn: dùng dây dẫn có điện trở suất cao, đường kính nhỏ, quấn lõi cách điện sứ hay nhựa tổng hợp hình vòng cung 270 độ, hai đầu hàn hai cực dẫn điện A, B Tất đặt vỏ bọc kim loại có nắp đậy Trục vòng cung có quấn dây chạy có trục điều khiển đưa ngồi nắp hộp Con chạy hàn với cực dẫn điện C Biến trở dây quấn thường có trị số nhỏ từ vài Ω đến vài chục Ω Cơng suất lớn, tới vài chục W - Biến trở than: người ta tráng lớp than mỏng lên hình vòng cung bakelit Hai đầu lớp than nối với cực dẫn điện A B Ở cực C biến trở chạy kim loại tiếp xúc với lớp than Trục xoay gắn liền với chạy, xoay trục (chỉnh biến trở) chạy di động lớp than làm cho trị số biến trở thay đổi Biến trở than chia làm hai loại: biến trở tuyến tính, biến trở phi tuyến Biến trở than có trị số từ vài trăm Ω đến vài MΩ có cơng suất nhỏ Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Hình 1.4 Biến trở - Nhiệt điện trở loại điện trở mà trị số thay đổi theo nhiệt độ (thermistor) Nhiệt trở dương ( PTC = Positive Temperature Coefficient) loại nhiệt trở có hệ số nhiệt dương Nhiệt trở âm ( NTC = Negative Temperature Coefficient) loại nhiệt trở có hệ số nhiệt âm - VDR (Voltage Dependent Resistor) loại điện trở mà trị số phụ thuộc điện áp đặt vào Thường VDR có trị số điện trở giảm điện áp tăng - Điện trở quang (photoresistor) linh kiện bán dẫn thụ động khơng có mối nối P – N Vật liệu dùng để chế tạo điện trở quang CdS (Cadmium Sulfid), CdSe (Cadmium Selenid), ZnS (sắt Sulfid) tinh thể hỗn hợp khác - Điện trở quang gọi điện trở tùy thuộc ánh sáng (LDR ≡ Light Dependent Resistor) có trị số điện trở thay đổi tùy thuộc cường độ ánh sáng chiếu vào Khi bị che tối điện trở quang có trị số lớn, chiếu sáng độ dẫn điện chất bán dẫn tăng cặp điện tử tự lỗ trống hình thành nhiều tức điện trở giảm nhỏ Điện trở quang có trị số điện trở thay đổi khơng tuyến tính theo độ sáng chiếu vào Khi bóng tối điện trở quang có trị số khoảng vài megaohm, trị số điện trở quang bóng tối với nhiều trường hợp ứng dụng cần phải biết Nó cho ta dòng điện rò lớn với điện điện trở quang Dòng rò lớn dẫn đến sai lệch thiết kế mạch điện Khi chiếu sáng điện trở quang có trị số nhỏ khoảng vài chục đến vài trăm Ohm Hệ số nhiệt điện trở quang tỉ lệ nghịch với cường độ chiếu sáng Do để giảm bớt thay đổi điện trở quang theo nhiệt độ, điện trở quang cần cho hoạt Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An động với mức chiếu sáng tối đa Ở mức chiếu sáng thấp trị số điện trở quang cao cho ta sai biệt lớn so với trị số chuẩn Điện trở quang ứng dụng làm phận cảm biến quang mạch tự động điều khiển ánh sáng; mạch đo ánh sáng; mạch chỉnh hội tụ số thiết bị; mạch trò chơi điện tử,… c Một số điện trở khác: - Điện trở xi măng - Điện trở cầu chì - Điện trở chip - Điện trở dán… Hình 1.5 Một số loại điện trở khác 1.7 Cách mắc điện trở : a Mắc nối tiếp: Hình 1.6 Hai điện trở mắc nối tiếp I1: cường độ dòng điện chạy qua R1 I2: cường độ dòng điện chạy qua R2 U1: hiệu điện hai đầu R1 U2: hiệu điện hai đầu R2 Ta có: I1 = I2 = I U = U + U2 Rtđ = R1 + R2 Nếu có nhiều điện trở mắc nối tiếp thì: Rtđ = R1 + R2 + …+ Rn b Mắc song song: Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Hình 1.7 Hai điện trở mắc song song Ta có: U = U = U2 I = I1 + I2 1/Rtđ = 1/R1 + 1/R2 Nếu có n điện trở mác song song thì: 1/Rtđ = 1/R1 + 1/R2 + …+ 1/Rn 1.8 Cách đọc giá trị điện trở: a Đọc giá trị điện trở theo quy ước vòng màu: Hình 1.8 Điện trở vòng màu * Điện trở vòng màu: - Vòng A, B trị số tương ứng với màu - Vòng C hệ số nhân - Vòng D sai số * Ví dụ: - Đỏ - đỏ - đỏ - vàng nhũ = 2,2KΩ, sai số 5% - Nâu – xanh lục – đỏ - vàng nhũ = 1,5kΩ, sai số 5% - Cam – cam – vàng nhũ – bạc = 3,3Ω, sai số 10% 10 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Hình 3.7 Linh kiện thạch anh dao động thực tế b Tính chất tinh thể thạch anh: Đặc tính tinh thể thạch anh tính áp điện, theo đó, ta áp lực hai mặt lát thạch anh xuất điện xoay chiều hai mặt Ngược lại, tác dụng điện xoay chiền, lát thạch anh rung lên với tần số không đổi tạo điện xoay chiều có tần số khơng đổi Tần số rung động lát thạch anh tùy thuộc vào kích thước nó, đặc biệt độ dày mặt cắt Khi nhiệt độ thay đổi, tần số rung động thạch anh thay đổi theo có độ ổn định tốt nhiều so với mạch dao động khơng dùng thạch anh Hình 3.8 Sơ đồ tương đương tinh thể thạch anh c Ứng dụng: Do tạo dao động có tần số ổn định nên nay, mạch tạo dao động thạch anh sử dụng nhiều đồng hồ điện tử (đồng hồ đeo tay, đồng hồ để bàn), tạo xung chuẩn thiết bị đo lường, mạch đồng màu TV, thiết bị điện tử máy vi tính thiết bị kết nối với máy vi tính, nhạc cụ điện tử đàn piano điện, organ… Mạch lọc tích cực dùng thạch anh sử dụng nhiều mạch khuếch đại trung tần máy thu thông tin liên lạc, TV, radio… d Các yếu tố ảnh hưởng tới dao động thạch anh: Trong thực tế, có nhiều nguyên nhân làm thay đổi thông số định tần số mạch (nhất thơng số điện cảm) Các thơng số nhiệt độ, độ ẩm, biến dạng học, thay đổi nguồn chiều, lão hóa thơng số linh kiện Chúng gọi chung tác nhân gây ổn định 60 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Để giảm tác nhân gây ổn định này, số phương pháp đưa là: - Dùng nguồn ổn áp - Dùng linh kiện có độ ổn định nhiệt cao - Dùng linh kiện với dung sai nhỏ - Dùng phần tử ổn định nhiệt - Mắc tầng đệm đầu mạch tạo dao động để giảm ảnh hưởng tải mạch tạo dao động 2.3 Mạch dao động đa hài: a Khái niệm mạch dao động đa hài hai trạng thái: Mạch dao động đa hài mạch dùng để thay đổi hai trạng thái đơn giản Nó bao gồm hai linh kiện khuếch đại (transistor) nối chéo qua tụ trở Các điện trở để phân cực hai tụ dùng để thực trình nạp - xả Mạch tạo dạng sóng hình chữ nhật, nghĩa làm việc hai trạng thái trạng thái bão hòa trạng thái ngắt - Trạng thái ngắt: Một transistor làm việc trạng thái ngắt làm transistor làm việc với dòng điện Ic = Muốn cho dòng Ic = dòng IC = Khi điện áp UBE = nhỏ (phân cực ngược) - Trạng thái bão hòa: Một transistor làm việc trạng thái bão hòa, transistor có dòng điện cực c I C tăng lớn Hiệu điện hai cực C, E giảm xuống đến mức thấp nhất, 0.1 đến 0.2V Muốn tang IC phải tăng IB Để bảo đảm không bị ảnh hưởng hệ số khuếch đại, người ta thường tăng IB lớn gấp 2, lần mức cần thiết b Nguyên lý làm việc: Hình 3.9: Mạch dao động đa hài 61 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An - Giả sử đóng điện, transistor Q dẫn mạnh transistor lại, điện cực C Q1 giảm mạnh làm giảm dòng điện phân cực cho transistor Q Dòng điện IB2 giảm làm dòng IC2 giảm, kéo theo điện áp cực C transistor Q tăng làm tăng dòng điện phân cực cho transistor Q1 Như vậy, hai transistor khóa lẫn nhau, transistor dẫn mạnh nhanh chó tiến đến trạng thái bão hòa Transistor dẫn yếu nhanh chóng rơi vào trạng thái ngắt - Khi Q1 dẫn, ta cho dòng vào ngõ vào Input1 Q tiếp tục dẫn mà khơng thay đổi - Khi Q2 ngắt, ta cho dòng vào Input2 Q chuyển sang trạng thái dẫn I C2 tăng làm UC2 giảm Khi kéo theo IB1 giảm, làm IC1 giảm, dẫn đến UC1 tăng làm cho dòng phân cực cho transistor Q2 tăng lên Toàn hệ thống chuyển mạch Q từ ngắt chuyển sang bão hòa, Q1 từ bão hòa chuyển sang ngắt - Ta làm cho mạch đa hài chuyển mạch cách giảm dòng I B transistor dẫn Tuy nhiên, ta tác động đồng thời vào transistor transistor dẫn ngắt, nghĩa mạch rơi vào trạng thái không xác định Đây gọi trạng thái cấm c Ứng dụng: Mạch đa hài hai trạng thái ổn định thường biết đến việc điều khiển đèn led sáng luân phiên dùng việc trang trí Tuy nhiên, mạch đa hài hai trạng thái ổn định có ứng dụng quan trọng khác mạch đếm, mạch lưu trữ thông tin nhị phân, flip flop… 3.4 Mạch dao động dùng IC 555: a Giới thiệu IC 555: IC 555 họ linh kiện phổ biến thực tế, dễ dàng tạo xung vng thay đổi tần số cách tùy thích Bằng sơ đồ mạch đơn giản, ta điều chế độ rộng xung nhiên độ xác khơng cao 62 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Hình 3.10: Hình dáng IC 555 - Sơ đồ chân: Hình 3.11: Sơ đồ chân IC 555 – GND: nối đất, chân chung dùng để cấp nguồn cho IC (mức thấp) – Trigger: chân ngõ vào tầng so áp, thấp mức điện áp so sánh, (thường 2/3 mức điện áp chuẩn) – Output: ngõ lấy xung IC – Reset: chân reset IC, nối mass ngõ IC mức thấp, nối nguồn trạng thái ngõ tùy vào chân chân – Control Voltage: dùng thay đổi mức áp chuẩn IC theo mức áp bên – Threshold: chân ngõ vào so áp (kết hợp với chân 2) – Discharge: xem khóa điện tử, điều khiển trạng thái logic ngõ – VCC: chân cấp nguồn cho IC (mức cao) b Mạch dao động dùng IC 555: 63 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Hình 3.12: Mạch tạo dao động dùng IC 555 Tần số dao động mạch phụ thuộc vào giá trị điện trở R 1, R2 tụ C1 theo cơng thức sau: T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 f = 1.4 (R1 + 2R2) × C1 T = Thời gian chu kỳ tồn phần tính (s) f = Tần số dao động tính (Hz) R1 = Điện trở tính ohm (W ) R2 = Điện trở tính ohm ( W ) C1 = Tụ điện tính Fara ( W ) T = Tm + Ts T : chu kỳ toàn phần Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 Tm : thời gian điện mức cao Ts = 0,7 x R2 x C1 Ts : thời gian điện mức thấp Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện mức cao Tm thời gian có điện mức thấp Ts c Ứng dụng: IC họ 555 sử dụng rộng rãi mạch điện tử, mạch tạo xung, tạo dao động dùng linh kiện đóng ngắt thơng thường 64 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Mạch nguồn chiều: 3.1 Khái niệm chung: Bộ nguồn chiều thiết bị điện tử không ngừng cải tiến theo hướng tăng độ ổn định, độ bền, hiệu suất, giảm kích, trọng lượng, giá thành… Bộ nguồn có tác dụng cung cấp lượng cho máy điện tử làm việc, thường phải cấp điện chiều với dòng ổn định Thiết bị nguồn chia thành hai lớp: lớp thiết bị nguồn sơ cấp lớp thiết bị nguồn thứ cấp - Lớp thiết bị nguồn sơ cấp thiết bị biến đổi dạng lượng không điện (cơ năng, nhiệt năng, quang năng…) thành dạng lượng điện Việc nghiên cứu chúng không thuộc phạm vi giáo trình - Lớp thiết bị nguồn thứ cấp có nhiệm vụ biến đổi lượng điện từ dạng sang dạng khác cho phù hợp với mạch tiêu thụ nguồn Đó mạch chỉnh lưu, ổn áp, ổn dòng, mạch biến đổi dòng chiều thành dòng xoay chiều, biến đổi dòng chiều mức điện áp sang mức điện áp khác Cần lưu ý biến áp phân áp thiết bị nguồn thứ cấp có thay đổi tỉ lệ điện áp dòng điện Các thiết bị nguồn thứ cấp lấy lượng từ điện áp lưới 220V/50Hz Yêu cầu kỹ thuật thiết bị nguồn đa dạng Ví dụ, điện áp thiết bị nguồn khác có dãi biến đổi rộng từ Volt đến hàng ngàn Volt, dòng điện từ vài mA đến hàng trăm mA Các kết cấu thiết bị nguồn khác nhau: mạch nguồn bố trí phần mạch liền khối tách rời thành khối riêng máy hộp nguồn động tủ nguồn cố định phòng máy - Sơ đồ khối mạch nguồn thường có dạng sau: Hình 3.13: Sơ đồ khối mạch nguồn Biến áp Chỉnh lưu Lọc san phẳng Ổn áp Tải + Biến áp có nhiệm vụ phối hợp điện áp, tức tạo điện áp cần thiết để đưa vào chỉnh lưu, mặc khác có tác dụng ngăn điện áp lưới vào máy Các biến áp thường chế tạo công nghiệp theo điện áp công suất tiêu chuẩn Tuy nhiên tính tốn, lựa chọn tạo biến áp cho mạch nguồn thích hợp khơng khó khăn 65 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An + Mạch hỉnh lưu hay nắn điện để biến dòng điện xoay chiều thành dòng chiều Điện áp đầu mạch chỉnh lưu thường có dạng đập mạch cần qua lọc phẳng để giảm đập mạch + Tiếp theo sau mạch ổn áp chiều đưa tải Trong học trước giới thiệu mạch chỉnh lưu nên ta xét mạch biến áp, lọc phẳng ổn áp 3.2 Biến áp: 3.2.1 Khái niệm: Biến áp (transformer) dụng cụ dùng để biến đổi điện áp hay dòng điện xoay chiều giữ nguyên tần số 3.2.2 Cấu tạo – kí hiệu: Hình 3.14 Cấu tạo biến áp - Cấu tạo: biến áp gồm cuộn dây đồng tráng men cách điện quấn lõi thép từ khép kín: cuộn nhận điện áp vào gọi cuộn sơ cấp, cuộn cho lấy điện áp cuộn thứ cấp Lõi từ khối sắt mà gồm nhiều sắt mỏng ghép song song cách điện để tránh dòng điện xốy (Foucoult) làm nóng biến áp Ngồi ra, lõi biến sắt bụi hay khơng khí - Ký hiệu: Hình 3.15 Ký hiệu biến áp biến áp lõi khơng khí (a), lõi sắt bụi (b) lõi sắt (c) 66 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An 3.2.3 Nguyên lý hoạt động: Khi cho dòng điện xoay chiều có điện V1 vào cuộn sơ cấp, dòng điện I1 tạo từ trường biến thiên chạy mạch từ sang cuộn dây thứ cấp, cuộn thứ cấp nhận từ trường biến thiên làm từ thông qua cuộn dây thay đổi, cuộn thứ cấp cảm ứng cho dòng điện xoay chiều có điện V2 3.2.4 Các công thức biến áp: 67 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An 3.2.5 Phân loại ứng dụng: - Dựa theo tần số làm việc: biến áp âm tần, biến áp trung tần, biến áp cao tần - Dựa theo cấu tạo: biến áp có lõi sắt lá, biến áp có lõi sắt bụi, biến áp có lõi khơng khí… - Dựa theo mục đích sử dụng: biến áp nguồn, biến áp loa, biến áp xuất âm, biến áp xung, biến áp đảo pha,… - Ứng dụng chủ yếu biến áp làm thay đổi điện thế, dòng điện theo yêu cầu thực tế - Biến áp cộng hưởng biến cao tần, cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp mắc song song với tụ điện, hình thành mạch cộng hưởng Nếu hai cuộn có mắc tụ điện ta có biến áp cộng hưởng kép Lõi biến áp cộng hưởng làm ferrite điều chỉnh Một số biến áp cộng hưởng dùng tần số cao có lõi khơng khí Hình 3.16 Hình dáng số loại biến áp thực tế 3.3 Mạch lọc san phẳng: Trường hợp đơn giản mạch lọc phẳng dụng tụ C t để thỏa mãn hệ số đập mạch Kđ Lúc đó, cần chọn tụ để thỏa mãn: K®=1/(2f®mCt) Trị số Ct thường tụ hóa từ vài chục µF đến vài ngàn µF 68 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Hình 3.17 Mạch lọc RC mạch lọc LC Trong trường hợp mắc tụ lọc có trị số lớn (tụ lớn kích thước giá thành tăng) mà hệ số đập mạch chưa đạt yêu cầu phải mắc lọc phẳng tải mạch chỉnh lưu Mạch lọc phẳng đơn giản mạch lọc RC hình Cần chọn số thời gian =RC thỏa mãn hệ số đạp mạch tần số đạp mạch Hiệu san phẳng lớn ta chọn mức thỏa mãn bất đẳng thức sau cao: R>>1/(2f®mC) Trong đó, fđm tần số đập mạch điện áp Ở người ta thường tăng giá trị tụ C Nếu tăng giá trị tụ C đến mức lớn mà chưa đủ độ san phẳng cần thay điện trở R cuộn cảm L Khi đó, mạch lọc phẳng tốt, cuộn cảm có kích thước, trọng lượng đáng kể, giá thành cao nên sử dụng thực tế 3.4 Ổn áp chiều: 3.4.1 Khái niệm: Một mạch điện tử làm việc không tốt nguồn chiều cung cấp cho khơng giữ giá trị định danh Nguyên nhân thay đổi có nhiều, đáng quan tâm thay đổi điện áp lưới xoay chiều thay đổi tải Một cách để khác phục thay đổi điện áp nguồn điện lưới sử dụng máy ổn áp xoay chiều sản xuất công nghiệp Tuy nhiên, chưa đủ để máy điện tử làm việc bình thường Vì vậy, cần tạo mạch điện giữ cho điện áp chiều sau chỉnh lưu có giá trị ổn định phạm vi Ta gọi mạch mạch ổn áp chiều hay gọi tắt mạch ổn áp Mô hình mạch ổn áp chiều thơng thường có dạng sau: Uv Ur Mạch ổn áp 3.4.2 Ổn áp chiều tham số: Người ta diode Zener làm việc vùng phân cực ngược với diode chỉnh lưu thông thường, hiệu ứng đánh thủng tiếp xúc p - n Trong diode thông thường, 69 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An tượng đánh thủng làm hỏng diode Trong diode Zener, chế tạo đặc biệt nên làm việc khống chế dòng khơng vượt q mức cho phép khơng bị hỏng đánh thủng điện IR1 + + R1 UV URA _ _ U UZ Hình 3.18 Đặc tuyến làm việc Trong sơ đồ làm việc, diode trạng thái phân cực ngược với điện áp ổn định U z - Điện trở động: Rz = dUz/dI Điện trở động nhỏ tính ổn định cao - Điện trở chiều (tĩnh): Rz0 = Uz/Iz Nguyên lý làm việc mạch sau: Khi điện áp đầu vào thay đổi lượng ∆Uv diode ổn áp thay đổi dòng điện lớn gần giữ ngun điện áp sụt nó, dòng qua điện trở R gây nên biến thiên lớn sụt áp R tức ∆UR1 = ∆IR1 ≈ ∆Uv Điện áp tải không đổi Trường hợp điện áp vào không đổi mà trị số tải giảm nhiều có phân phối lại dòng điện: dòng qua diode giảm làm cho dòng qua điện trở khơng thay đổi nên điện áp ổn định Trong thực tế người ta chế tạo diode ổn áp có hai tham số quan trọng dòng điện danh định điện áp ổn định Ví dụ, chúng có điện áp ổn định 1,1V; 1,5V; 2,5V; 3V; 4,5V; 6V; 8,5V; 9V 3.4.3 Ổn áp chiều bù tuyến tính: Mạch ổn áp tham số đơn giản, tiết kiệm có nhược điểm độ ổn định khơng cao, trị số điện áp không thay đổi tùy ý, đặc biết dòng tải lớn 70 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Để khắc phục nhược điểm trên, người ta xây dựng mạch ổn áp kiểu bù tuyến tính Ở đó, transistor cơng suất hiệu chỉnh điện áp để bù lượng thay đổi điện áp cần ổn định Ổn áp bù tuyến tính xây dựng theo sơ đồ song song hình a nối tiếp hình b đây: R1 Uv Hình a Rt URA Uv Rt URA Hình b Hình 3.19 Ổn áp chiều bù tuyến tính song song (a) nối tiếp (b) Trong sơ đồ, - phần tử hiệu chỉnh, - phần tử so sánh khuếch đại, - phần tử lấy mẫu, - nguồn chuẩn Trong sơ đồ song song, phần tử hiệu chỉnh mắc song song với tải Sơ đồ hoạt động sau: phần tử lấy mẫu đem so sánh điện áp đầu với nguồn chuẩn phẩn tử so sánh, khuếch đai Sai lệch điện áp khuếch đại đưa đến phần tử hiệu chỉnh Phần tử tự hiệu chỉnh dòng tương tự diode tham số để điều chỉnh sụt áp điện trở R1 giữ cho điện áp khơng đổi Trong sơ đồ nối tiếp hình b phẩn tử hiệu chỉnh mắc nối tiếp với tải Phần tử tự điều chỉnh sụt áp theo tín hiệu đầu phần tử so sánh, khuếch giữ cho điện áp ổn định 71 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An Trong hai cách xây dựng ổn áp sơ đồ ổn áp song song có dòng tải qua điện trở R1 dẫn đến tổn hao nhiệt lớn, sơ đồ có hiệu suất thấp Tuy nhiên, sơ đồ lại có ưu điểm không gặp nguy hiểm tải Sơ đồ nối tiếp cho hiệu suất cao hơn, dòng tải tăng q mức (ví dụ chập mạch) phần tử hiệu chỉnh dễ bị đánh thủng Trong thực tế, thường dùng sơ đồ nối tiếp có mạch bảo vệ tải Các mạch ổn áp bù có hiệu suất không vượt 60% BÀI TẬP CHƯƠNG Mạch chỉnh lưu gì? Cho ví dụ số mạch chỉnh lưu thường gặp Vẽ sơ đồ mạch điện, dạng sóng ngõ vào, dạng sóng ngõ mạch chỉnh lưu bán kỳ Giải thích nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu bán kỳ Mắc mạch cầu chỉnh lưu toàn kỳ, khảo sát dạng sóng ngõ dao động ký Mắc mạch chỉnh lưu tồn kỳ dùng biến áp có điểm Khảo sát dạng sóng ngõ vào, ngõ dao động ký Mạch dao động gì? Mạch tạo dao động tạo dạng sóng nào? Vẽ sơ đồ mạch, giải thích nguyên lý hoạt động mạch đa hài hai trạng thái Dao động thạch anh gì? Dao động thạch anh có cơng dụng kỹ thuật điện tử? Vẽ sơ đồ chân, giải thích ý nghĩa chân IC 555 10 Lắp mạch tạo xung vuông dùng IC 555, nêu cách điều chỉnh tần số xung ngõ 11 Vẽ sơ đồ khối nguồn DC Giải thích cơng dụng khối 12 Mắc mạch ổn áp tham số (dùng diode Zener) 13 Mắc mạch ổn áp kiểu bù mắc song song 14 Mắc mạch ổn áp kiểu bù mắc nối tiếp So sánh ưu nhược điểm hai loại mạch ổn áp kiểu bù nêu 72 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An 73 Giáo trình Kỹ thuật điện tử Biên soạn: Võ Triều An DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Điện tử - Trương Thị Bích Ngà - Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM [2] Giáo trình Linh kiện điện tử - Trương Văn Tám- Đại Học Cần Thơ [3] Linh kiện bán dẫn - PGS.TS Đinh Sỹ Hiền - NXB Đại Học Quốc Gia Tp HCM - 2007 [4] Giáo trình Dụng cụ linh kiện điện tử - Hồ Trung Mỹ - Đại Học Bách Khoa Tp HCM [5] Giáo trình Linh kiện điện tử - Nguyễn Tấn Phước - Trung tâm ĐT & MT Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp HCM [6] Kỹ thuật điện tử - Lê Phi Yến & Lưu Phú & Nguyễn Như Anh - NXB KH & KT [7] Electronicsn engineers handbook - Donald G Fink & Donald Christiansen - Mc Graw Hill book company [8] Electronic devices and circuits - Theodore F.Bogart Jr university SouthernMississippi - Merrill publishing, an imprint of Macmillan publishing company 74 of