Linh kiện Thụ động
TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Kỹ thuật điện tử CHƯƠNG CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG CƠ BẢN VÀ ỨNG DỤNG 1.1 ĐIỆN TRỞ (R) Khái quát chung Điện trở linh kiện điện tử có đặc tính cản trở dòng điện, phần tử thiết kế mạch điện tử để đạt giá trị dòng áp theo yêu cầu mạch điện Đơn vị tính điện trở Ohm, ký hiệu Ω Kilo Ohm = 1kΩ = 1.000Ω = 103Ω Mega Ohm = 1MΩ = 1.000kΩ = 1.000.000Ω = 106Ω 1.1.1 + -U I R Cho mạch điện hình 1.1 vẽ: Hình 1.1 Định luật Ohm định luật quan trọng nói lên quan hệ ba đại lượng: hiệu điện (U), cường độ dòng điện (I), điện trở (R) Định luật Ohm phát biểu sau: Cường độ dòng điện mạch tỉ lệ thuận với điện tỉ lệ nghịch với điện trở mạch Công thức: I = - U R Trong đó: I: cường độ dòng điện, đơn vị: Ampe (A) U: hiệu điện thế, đơn vị: Vôn (V) R: điện trơ, đơn vị: Ohm (Ω) Ta suy hai công thức khác định U=R.I R= U I luật Ohm là: Công suất điện trở Công suất điện trở trị số công suất tiêu tán tối đa nó, dòng điện qua điện trở Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Kỹ thuật điện tử mà cho công suất lớn trị số điện trở bị cháy Công suất điện trở thay đổi theo kích thước lớn hay nhỏ với trị số gần sau: - w Công suất có chiều dài ≈ 0,7 cm w Công suất có chiều dài ≈ cm Công suất w có chiều dài ≈ 1,2 cm Công suất w có chiều dài ≈ 1,6 cm Công suất w có chiều dài ≈ 2,4 cm Nhiệt độ sử dụng từ 20oC đến 125oC Các điện trở sử dụng với công suất 1,6w thường có kích thước nhỏ Những điện trở có công suất lớn thường điện trở dây quấn Cách chọn công suất điện trở Để điện trở không bị cháy có dòng điện chạy ngang thường trực phải biết công suất dòng điện sinh điện trở Ta có: P = U I U = R I vaø Suy ra: P = R I I = R I2 Hay: P=U I = U R U U2 = R R Choïn PR ≥ công suất điện trở (ký hiệu PR) theo công thức: P 1.1.2 Trong đó, hệ số gọi hệ số an toàn Trong trường hợp đặc biệt hệ số an toàn chọn lớn Các loại điện trở, cấu tạo ký hiệu a Ký hiệu Ký hiệu điện trở thông thường: Hình 1.2 b Phân loại + Điện trở than Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI - - - - Giáo trình Kỹ thuật điện tử Điện trở than dùng bột than ép lại dạng hình trụ có trị số điện trở từ vài Ω đến vài chục MΩ, công suất từ 1/8w đến vài w Là loại điện trở sử dụng nhiều mạch điện Điện trở than hỗn hợp bột than chất khác, tùy tỉ lệ pha trộn mà điện trở có trị số lớn hay nhỏ Bên điện trở bọc lớp cách điện Trị số điện trở ghi vòng màu theo quy ước Hoa Kỳ nên thường gọi điện trở Hoa Kỳ Hình dáng điện trở than vòng màu hình: Hình 1.3 Ưu điểm điện trở than: gọn, nhẹ, kích thước nhỏ, đầu dây chịu công suất từ 1w đến 3w Nhược điểm: điện trở than hoạt động không tốt tần số cao (dễ sinh nhiễu) + Điện trở màng kim loại Dùng chất Nicken – Crôm có trị số ổn định điện trở than, giá thành cao, công suất thường 1/2w + Điện trở oxid kim loại Dùng chất oxid – thiếc chịu nhiệt độ cao độ ẩm cao, công suất thường 1/2w + Điện trở dây quấn Dùng loại hợp kim có điện trở suất lớn quấn lõi sành, sứ (để tỏa nhiệt) để chế tạo loại điện trở cần trị số nhỏ hay cần chịu dòng điện cao, Công suất điện trở dây quấn từ vài w đến vài chục w Th + Nhiệt trở: (Thermistor – Th) Hình 1.4: Ký hiệu hình dáng nhiệt trở Là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ Có hai loại nhiệt trở: Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm loại nhiệt trở nhận nhiệt độ cao trị số điện trở giảm xuống ngược lại Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Kỹ thuật điện tử Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương loại nhiệt trở nhận nhiệt độ cao trị số điện trở tăng lên Trị số nhiệt trở ghi sơ đồ trị số đo 25oC Nhiệt trở thường dùng để ổn định nhiệt cho tầng khuếch đại công suất hay làm linh kiện cảm biến hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ Cds + Quang trở: (Photo Resistor) Hình 1.5: Ký hiệu hình dạng quang trở Quang trở thường chế tạo từ chất Sulfur Cadmium nên ký hiệu thường ghi chữ CdS Trị số điện trở quang trở lớn hay nhỏ tùy thuộc cường độ chiếu sáng vào Độ chiếu sáng mạnh điện trở có trị số nhỏ ngược lại Điện trở bị che tối khoảng vài trăm KΩ đến vài MΩ Điện trở chiếu sáng khoảng vài trăm Ω đến vài KΩ Quang trở thường dùng mạch tự động điều khiển ánh sáng, báo động … F Fusistor Đầu kim loại Ống sành + Điện trở cầu chì: (Fusistor) Hình 1.6: Ký hiệu hình dạng điện trở cầu chì Điện trở cầu chì có tác dụng bảo vệ tải cầu chì hệ thống điện nhà dùng mạch điện tử để bảo vệ cho mạch nguồn hay mạch có dòng tải lớn transistor công suất Khi có dòng điện qua lớn trị số cho phép điện trở bị nóng bị đứt Điện trở cầu chì có trị số nhỏ, khoảng vào Ω Các trị số thông dụng điện trở: 100Ω - 220Ω - 470Ω - 1KΩ - 2,2KΩ - 4,7KΩ - 10KΩ - 20KΩ 47KΩ - 100 KΩ - 200 KΩ - 470 KΩ - MΩ - 2,2 MΩ Các trị số biến trở dây quấn là: 10Ω - 22Ω - 47Ω - 100Ω - 220Ω - 470Ω - 1KΩ - 2,2 KΩ - 4,7 KΩ - 10 KΩ - 22 KΩ - 47 KΩ Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Kỹ thuật điện tử Bảng quy ước màu sắc điện trở: Vòng số Vòng số Vòng Vòng số số Màu (số thứ (số thứ (số bội) (sai số) hai) Vàng kim x 10-1 ±5% -2 Bạc x 10 ±10% Đen 0 x 10 Nâu 1 x 101 ±1% Đỏ 2 x 10 ±2% Cam 3 x 10 Vàng 4 x 104 Xanh 5 x 105 Xanh dương 6 x 106 Tím 7 x 107 Xám 8 x 108 Trắng 9 x 109 Trường hợp đặc biệt, vòng số (loại điện trở có vòng màu) sai số ±20% vàngtím đỏ (4) (7) (10-1) nâe nvàng kim bạc đỏtím cam bạc -1 (1) (0) (10 ) 10% (2) (7) (103) 10% Thí dụ: R3 = R1 = 27.10 ±10% R2 = 10.10 ±10% 47.10 ±20% R1 = 27KΩ ±10% R2 = 1Ω ±10% R3 = ±20% Hình 1.7: Các điện trở cách đọc -1 4,7KΩ 1234 Hiện nay, người ta có chế tạo loại điện trở than có năm vòng màu loại điện trở có độ xác cao hơn, lúc vòng màu có ý nghóa hình 1.8 Hình 1.8: Điện trở vòng màu - Vòng số 1: Số thứ - Vòng số 2: Số thứ hai - Vòng số 3: Số thứ ba - Vòng số 4: Bội số - Vòng số 5: Sai số 1.1.3 Hình dạng, ứng dụng điện trở a Hình dạng Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Kỹ thuật điện tử Hình 1.9: Điện trở than (thông dụng) Hình 1.10 b Ứng dụng Do tính chất điện trở người ta thường sử dụng điện trở để giới hạn dòng điện hay giảm bớt điện áp mạch điện, nguồn điện Dòng điện có cường độ I qua điện trở R gây hai đầu điện trở điện áp U R Cường độ dòng điện qua R có hình dạng pha giống với điện áp U Vậy dòng điện qua điện trở pha với điện áp Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Kỹ thuật điện tử Trong sinh hoạt, điện trở dùng để chế tạo dụng cụ điện như: bàn ủi, bếp điện, nồi cơm điện, bóng đèn … Trong công nghiệp, điện trở dùng để chế tạo thiết bị sấy, sưởi, giới hạn dòng điện khởi động động … Trong lónh vực điện tử, điện trở dùng để giới hạn dòng điện hay tạo giảm Thí dụ: Mạch giới hạn dòng điện nạp cho pin Nickel – Cadmium Dòng nạp định mức là: I = Q 4,5Ah = = 0,45A 10h 10h Trị số điện trở phải mắc nối tiếp để giới hạn dòng nạp là: R= 6V − 2,4V = 8Ω 0,45A R Nguoàn 6V + - I Bóng đèn 4,5V - 200mA Thí dụ: Mạch giảm cho tải bóng đèn hình 1.10 Hình 1.11 Điện trở dùng để giảm điện nguồn từ 6V xuống 4,5V cho tải nên điện điện trở là: UR = 6V – 4,5V = 1,5V Trị số điện trở là: R= 1.2 1,5V = 7,5Ω 200mA TỤ ĐIỆN (C) 1.2.1 Khái quát chung tụ điện Tụ điện linh kiện thụ động mạch điện tử, tụ điện có chữ viết tắt C (Capacitor) Đặc tính tụ DC: Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI UDC I + - Giáo trình Kỹ thuật điện tử K UDC Đèn sáng I + - K Đèn tắt Giữa hai cực lớp cách điện nên dòng điện qua tụ R= U → ∞Ω I Như vậy, tụ điện có sức điện Do I = nên cản vô cực Ohm DC Hình 2.1 Hình 2.2 Tuy nhiên, khảo sát tượng tónh điện lúc tụ điện nối vào nguồn điện DC ( Hình 2.1, công tắc K vị trí 1) người ta nhận thấy: Điện tích âm cực âm nguồn tích tụ cực bên Điện tích dương cực dương nguồn tích tụ cực bên Hiện tượng gọi tụ nạp điện Sau nạp đầy, nắt công tắc K điện hai cực tụ điện đo gọi UC với điện nguồn UDC (UC=UDC) Thông số kỹ thuật đặc trưng tụ điện: Khi sử dụng tụ điện phải biết hai thông số tụ điện là: Điện dung C (đơn vị F, µF) Điện làm việc WV (đơn vị V) Phải chọn điện làm việc tụ điện WV lớn điện áp lên tụ điện UC theo công thức: WV ≥ 2.UC Điện làm việc: Qua hai công thức cho thấy điện tích tụ nạp tỉ lệ thuận với điện lượng điện tụ nạp tỉ lệ thuận với bình phương điện Tuy nhiên, ta tăng điện nạp tụ lên cao điện đặt vào tụ tăng cao sinh lực điện trường đủ mạnh làm cho điện tử bị xạ thành điện tử tự có dòng điện chạy qua điện môi Lúc điện môi bị đánh thủng Điện tạo điện trường đủ mạnh tạo dòng điện điện môi gọi điện đánh thủng (Breakdown Voltage) Do đó, sử dụng tụ điện đển nạp vào xả điện điện đặt vào tụ phải nhỏ điện đánh thủng Trên tụ điện người ta phải cho biết mức điện giới hạn tụ điện gọi điện làm Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Kỹ thuật điện tử việc (working voltage) Điện làm việc phải nhỏ điện đánh thủng vài lần Điện đánh thủng điện môi tỉ lệ theo bề dày d điện môi nên thường người ta cho trị số điện trường đánh thủng theo công thức: E: điện trường (KV/cm) E= U: điện (KV) U d: bề dày điện môi (cm) d Điện trường đánh thủng chất điện môi thông dụng sau: Chất Điện trường đánh thủng E (kV/cm) Không khí khô Parafin Ebonit Giấy tẩm dầu Gốm (Ceramic) Mica 32 200 ÷ 250 600 100 ÷ 250 150 ÷ 200 500 Điện tích tụ nạp: Nếu nối nguồn DC vào tụ với thời gian đủ dài tụ nạp đầy (hình 2.1) Điện tích tụ nạp tính theo công thức: Trong đó: Q: điện tích (Coulomb) C: Q = C U điện dung (Farad) U: điện nạp tụ (Volt) Năng lượng tụ xả: Sau tụ nạp đầy (hình 2.2), thấy bóng đèn sáng lên sau thời gian bóng đén tắt Điều có dòng điện qua bóng đèn tụ điện cung cấp Hiện tượng gọi tụ xả điện Dòng điện tụ xả qua bóng đèn thời gian đèn sáng lượng nạp tụ điện tính theo công thức: Trong đó: W: điện (Joule – J) C: W = CU điện dung (Farad – F) U: điện tụ (Volt – V) 1.2.2 Cấu tạo, ký hiệu, đợn vị tụï điện Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt TRƯỜNG TCN THỚI LAI Giáo trình Kỹ thuật điện tử a Cấu tạo Tụ điện gồm có hai cực làm chất dẫn điện đặt song song nhau, lớp cách điện gôi điện môi Chất cách điện thông dụng làm điện môi tụ điện là: giấy, dầu, mica, gốm, không khí … Chất cách điện lấy làm tên gọi cho tụ điện Thí dụ: tụ điện giấy, tụ điện dầu, tụ điện gốm, tụ điện không khí … cực điện môi Hình 2.3 Cấu tạo tụ điện b Ký hiệu Hình 2.4 Ký hiệu tụ điện c Đơn vị Giá trị điện dung: Khả chứa điện tụ điện gọi điện dung (viết tắt C) Điện dung C cuûa 10 Giáo viên biên soạn: Tào Minh Đạt 10