giáo trình điện tử cơ bản

TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Mã số mô đun: MĐ13 Thời gian mô đun: 100h BÀI 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Vật dẫn điện và cách điện. - Vật dẫn điện và cách điện. Dẫn điện là khả năng của một môi trường cho phép sự di chuyển của các hạt điện tích qua nó, khi có lực tác động vào các hạt, ví dụ như lực tĩnh điện của điện trường. Sự di chuyển có thể tạo thành dòng điện. Cơ chế của chuyển động này tùy thuộc vào vật chất. Sự dẫn điện có thể diễn tả bằng định luật Ohm, rằng dòng điện tỷ lệ với điện trường tương ứng, và tham số tỷ lệ chính là độ dẫn điện: Với: là mật độ dòng điện là cường độ điện trường σ là độ dẫn điện Độ dẫn điện cũng là nghịch đảo của điện trở suất ρ:σ = 1/ρ, σ và ρ là những giá trị vô hướng. Trong hệ SI σ có đơn vị chuẩn là S/m (Siemens trên mét), các đơn vị biến đổi khác như S/cm, m/Ω·mm² và S·m/mm² cũng thường được dùng, với 1 S/cm = 100 S/m và 1 m/Ω·mm² = S·m/mm² = 10 6 S/m. Riêng ở Hoa kì σ còn có đơn vị % IACS (International Annealed Copper Standard), phần trăm độ dẫn điện của đồng nóng chảy, 100 % IACS = 58 MS/m. Giá trị độ dẫn điện của dây trần trong các đường dây điện cao thế thường được đưa ra bằng % IACS. Độ dẫn điện của 1 số kim loại ở 25°C: Bạc: 62 · 10 6 S/m (max. σ các kim loại) Đồng: 58 · 10 6 S/m Vàng: 45,2 · 10 6 S/m Nhôm: 37,7 · 10 6 S/m Thiếc: 15,5 · 10 6 S/m Sắt: 9,93 · 10 6 S/m Crôm: 7,74 · 10 6 S/m Chất cách điện là các chất dẫn điện kém, có điện trở suất rất lớn (khoảng 10 6 - 10 15 Ωm). Các vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống, nhằm mục đích ngăn chặn sự tiếp xúc của dòng điện với người hoặc với các dòng điện khác. Nhiều chất cách điện là các chất điện môi, tuy nhiên cũng có những môi trường cách điện không phải là chất điện môi (như chân không). Các loại vật liệu cách điện gồm có: cách điện rắn (ví dụ: gỗ, nhựa, vỏ bọc dây diện), cách điện lỏng (ví dụ: dầu máy biến áp), cách điện khí (không khí, khí SF6). - Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử. 2. Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường - Dòng điện trong kim loại. GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 1 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Bằng nhiều thí nghiệm người ta đã xác nhận rằng tính dẫn điện của kim loại được gây nên bởi chuyển động của các êlêctrôn tự do. Khi không có điện trường (chưa đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế) các êlêctrôn tự do chỉ chuyển động hỗn loạn. Chuyển động của êlêctrôn tự do giống như chuyển động nhiệt của các phần tử trong một khối khí, do đó, tính trung bình, lượng êlêctrôn chuyển động theo một chiều nào đó luôn bằng lượng êlêctrôn chuyển động theo một chiều nào đó luôn bằng lượng êlêctrôn chuyển động theo chiều ngược lại. Vì vậy, khi không có điện trường , trong kim loại không có dòng điện. Khi có điện trường trong kim loại (đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế) các êlêctrôn tự do chịu tác dụng của lực điện trường và chúng có thêm chuyển động theo một chiều xác định, ngược với chiều điện trường, ngoài chuyển động nhiệt hỗn loạn. Đó là chuyển động có hướng của êlêctrôn. Kết quả là xuất hiện sự chuyển dời có hướng của các hạt mang điện, nghĩa là xuất hiện dòng điện. Vậy Dòng điên trong kim loại là dòng êlectrôn tự do chuyển dời có hướng. Vận tốc của chuyển động có hướng này rất nhỏ, bé hơn 0,2 mm/s; không nên lẫn lộn vận tốc này với vận tốc lan truyền của điện trường (300 000 km/s); vận tốc này rất lớn nên khi đóng mạch điện thì ngọn đèn điện dù có rất xa cũng hầu như lập tức phát sáng. - Dòng điện trong chất lỏng, chất điện phân. Trong dung dịch điện phân có các ion dương và ion âm. Nếu đặt điện trường vào thì các ion sẽ dịch chuyển tạo nên dòng điện. - Dòng điện trong chân không. Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không đó. BÀI 2. LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Như đã đề cập trong phần trước, các linh kiện điện tử cơ bản trong một mạch điện tử bao gồm:điện trở, tụ điện, cuộn cảm. Do đây là các linh kiện cơ bản nên việc đầu tiên khi làm quen với các linh kiện này đó là cách nhận biết các loại linh kiện khác nhau, đồng thời đọc được giá trị các loại linh kiện khác nhau. A. Điện trở - Kí hiệu, phân loại, cấu tạo. + Kí hiệu + Cấu tạo Điện trở có các loại cơ bản : điện trở không phải dây quấn và điện trở dây quấn , điện trở nhiệt … 1. Điện trở không phải dây quấn Điện trở thường làm bằng hỗn hợp than hoặc kim loại trộn với chất kết dính rồi đem ép lại , vỏ được phủ lớp sơn than hay hỗn hợp kim loại trên một lõi sứ . Hai đầu có dây ra . GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 2 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Điện trở không phải dây quấn có hai loại : trị số cố định và trị số biến đổi (chiết áp) 2. Điện trở dây quấn Điện trở dây quấn có lõi bằng sứ và dây quấn là loại hợp kim có điện trở lớn (nicron,mangnin…)hai đầu cũng có dây dẫn và bên ngoài thường được bọc bằng một lớp nien ailicát để bảo vệ . Điện trở dây quấn có hai loại : trị số cố định và chiết áp dây quấn . 3. Điện trở nhiệt Có hai loại : - Hệ số nhiệt dương khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở tăng . - Hệ số nhiệt âm khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở giảm . Các loại này thường dùng trong các mạch làm việc ổn định với nhiệt độ như mạch khuếch đại công suất âm tầng . + Phân loại Như đã đề cập,nói một cách nôm na, điện trở đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện. Chính vì thế, khi sử dụng điện trở cho một mạch điện thì một phần năng lượng điện sẽ bị tiêu hao để duy trì mức độ chuyển dời của dòng điện. Nói một cách khác thì khi điện trở càng lớn thì dòng điện đi qua càng nhỏ và ngược lại khi điện trở nhỏ thì dòng điện dễ dàng được truyền qua.Khi dòng điện cường độ I chạy qua một vật có điện trở R, điện năng được chuyển thành nhiệt năng với công suất theo phương trình sau: P = I 2 .R trong đó: P là công suất, đo theo W I là cường độ dòng điện, đo bằng A R là điện trở, đo theo Ω Chính vì lý do này, khi phân loại điện trở, người ta thường dựa vào công suất mà phân loại điện trở. Và theo cách phân loại dựa trên công suất, thì điện trở thường được chia làm 3 loại: *Điện trở công suất nhỏ * Điện trở công suất trung bình * Điện trở công suất lớn. Tuy nhiên, do ứng dụng thực tế và do cấu tạo riêng của các vật chất tạo nên điện trở nên thông thường, điện trở được chia thành 2 loại: * Điện trở: là các loại điện trở có công suất trung bình và nhỏ hay là các điện trở chỉ cho phép các dòng điện nhỏ đi qua. *Điện trở công suất: là các điện trở dùng trong các mạch điện tử có dòng điện lớn đi qua hay nói cách khác, các điện trở này khi mạch hoạt động sẽ tạo ra một lượng nhiệt năng khá lớn. Chính vì thế, chúng được cấu tạo nên từ các vật liệu chịu nhiệt. Để tiện cho quá trình theo dõi trong tài liệu này, các khái niệm điện trở và điện trở công suất được sử dụng theo cách phân loại trên. - Cách đọc, đo và cách mắc điện trở. + Cách đọc, đo điện trở. GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 3 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Cách đọc giá trị các điện trở này thông thường cũng được phân làm 2 cách đọc, tuỳ theo các ký hiệu có trên điện trở. Dưới đây là hình về cách đọc điện trở theo vạch màu trên điện trở. Đối với các điện trở có giá trị được định nghĩa theo vạch màu thì chúng ta có 3 loại điện trở: Điện trở 4 vạch màu và điện trở 5 vạch màu và 6 vạch màu. Loại điện trở 4 vạch màu và 5 vạch màu được chỉ ra trên hình vẽ. Khi đọc các giá trị điện trở 5 vạch màu và 6 vạch màu thì chúng ta cần phải để ý một chút vì có sự khác nhau một chút về các giá trị. Tuy nhiên, cách đọc điện trở màu đều dựa trên các giá trị màu sắc được ghi trên điện trở 1 cách tuần tự: Đối với điện trở 4 vạch màu - Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở - Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở - Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở - Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở Đối với điện trở 5 vạch màu - Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở - Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở - Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 4 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN - Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở - Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở Ví dụ như trên hình vẽ, điện trở 4 vạch màu ở phía trên có giá trị màu lần lượt là: xanh lá cây/xanh da trời/vàng/nâu sẽ cho ta một giá trị tương ứng như bảng màu lần lượt là 5/6/4/1%. Ghép các giá trị lần lượt ta có 56x10 4 Ω=560kΩ và sai số điện trở là 1%. Tương tự điện trở 5 vạch màu có các màu lần lượt là: Đỏ/cam/tím/đen/nâu sẽ tương ứng với các giá trị lần lượt là 2/3/7/0/1%. Như vậy giá trị điện trở chính là 237x10 0 =237Ω, sai số 1%. + Cách mắc điện trở Trong thực tế , khi ta cần một điện trở có trị số bất kỳ ta không thể có được , vì điện trở chỉ được sản xuất khoảng trên 100 loại có các giá trị thông dụng, do đó để có một điện trở bất kỳ ta phải đấu điện trở song song hoặc nối tiếp. 1. Điện trở mắc nối tiếp Điện trở mắc nối tiếp Các điện trở mắc nối tiếp có giá trị tương đương bằng tổng các điện trở thành phần cộng lại. Rtd = R1 + R2 + R3 Dòng điện chạy qua các điện trở mắc nối tiếp có giá trị bằng nhau và bằng = ( U1 / R1) = ( U2 / R2) = ( U3 / R3 ) Từ công thức trên ta thấy rằng, sụt áp trên các điện trở mắc nối tiếp tỷ lệ thuận với giá trị của điện trở. Cách tính giá trị điện trở ngược so với tụ điện. 2. Điện trở mắc song song Điện trở mắc song song Các điện trở mắc song song có giá trị tương đương Rtd được tính bởi công thức (1 / Rtd) = (1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3) Nếu mạch chỉ có 2 điện trở song song thì Rtd = R1.R2 / ( R1 + R2) Dòng điện chạy qua các điện trở mắc song song tỷ lệ nghịch với giá trị điện trở. I1 = ( U / R1) , I2 = ( U / R2) , I3 =( U / R3 ) Điện áp trên các điện trở mắc song song luôn bằng nhau, điểm này cũng ngược so với cách mắc của tụ điện. 3. Điện trở mắc hỗn hợp GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 5 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Điện trở mắc hỗn hợp Tính điện trở tương đương ở cách mắc hỗn hợp được tính theo kiểu gộp các nhóm song song thành một điện trở nối tiếp. Chẳng hạn với mạch điện mắc hỗn hợp ở hình trên Rtd = (R1.R2)/(R1+R2) + R3 - Các linh kiện cùng nhóm khác và ứng dụng. Các linh kiện cùng nhóm. GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 6 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Quang trở. GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 7 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN ứng dụng Điện trở được dùng để: 1. Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp, Ví dụ có một bóng đèn 9V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 4V trên điện trở. Điện trở hạn dòng Ở hình trên ta có thể tính được trị số và công suất của điện trở cho phù hợp như sau: Bóng đèn có điện áp 9V và công suất 2W vậy dòng tiêu thụ là I = P / U = (2 / 9 ) = Ampe đó cũng chính là dòng điện đi qua điện trở. - Vì nguồn là 12V, bóng đèn 9V nên cần sụt áp trên R là 3V vậy ta suy ra điện trở cần tìm là R = U/ I = 3 / (2/9) = 27 / 2 = 13,5 Ω - Công xuất tiêu thụ trên điện trở là : P = U.I = 3.(2/9) = 6/9 W vì vậy ta phải dùng điện trở có công xuất P > 6/9 W 2. Tạo cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước. Cầu phân áp để lấy ra áp U1 tuỳ ý Từ nguồn 12V ở trên thông qua cầu phân áp R1 và R2 ta lấy ra điện áp U1, áp U1 phụ thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2.theo công thức . U1 / U = R1 / (R1 + R2) => U1 = U.R1(R1 + R2) Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý muốn. 3. Phân cực để transistor hoạt động 4. Dùng trong các mạch tạo dao động, các vi mạch GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 8 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN B. TỤ ĐIỆN 1. Điện dung danh định Đại lượng đặt trưng cho khả năng chứa điện tích của tụ điện gọi là điện dung của tụ điện. Kí hiệu : C . Đơn vị : Fara ( F ) 2 . Dung kháng của tụ điện Tụ điện ngăn không cho dòng điện một chiều đi qua nhưng có thể có một dòng nạp ban đầu và lại ngừng ngay khi tụ điện vừa mới nạp đầy. Đối với dòng điện xoay chiều thì dòng điện này tác động lên tụ điện với hai nữa chu kì ngược nhau , làm cho tụ điện có tác dụng dẫn dòng điện đi qua . Tụ có điện dung nhỏ cho tần số cao đi qua dễ . Tụ có điện dung lớn cho tần số thấp đi qua dễ . Dung kháng của tụ được tính theo công thức : Xc = 1/2лfC Trong đó : Xc là điện kháng của tụ (Ω) f là tần số dòng điện xoay chiều qua tụ ( Hz ) C là điện dung ( F ) , л = 3,14 3. Sai số 4. Điện áp công tác Là điện áp lớn nhất cho phép đặt lên hai đầu của tụ điện mà tụ điện vẫn làm việc bình thường . 5. Tổn hao 6. Điện trở cách điện Sau khi tích điện , tụ điện không giữ điện được lâu dài. Độ cách điện giảm sinh ra dòng điện rò . Dòng điện rò lớn hay nhỏ phụ thuộc vào chất điện môi . 7 . Hệ số nhiệt của tụ điện Sự biến đổi của điện dung tính theo % khi nhiệt độ thay đổi 1°C gọi là hệ số nhiệt của tụ điện . 8 . Điện cảm tạp tán Do kết cấu của tụ điện các phiến , dây dẫn tạo thành điện cảm tạp tán ảnh hưởng khi tụ làm việc với dòng điện xoay chiều ở tần số cao . Để mạch điện làm việc ổn định thì tần số công tác lớn nhất của tụ điện phải nhỏ hơn 2 -:- 3 lần tần số cộng hưởng của tụ điện ( điện dung của tụ và điện cảm tạp tán hình thành mạch cộng hưởng ). - Kí hiệu, phân loại, cấu tạo + Kí hiệu GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 9 - TRƯỜNG TCN HƯNG YÊN CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN + Cấu tạo Cấu tạo của tụ gồm hai phiến dẫn điện có dây dẫn ra . Ở giữa hai phiến là chất cách điện (điện môi) , toàn bộ được đặt trong vỏ bảo vệ . Tụ có các loại khác nhau : tụ giấy , tụ nica , tụ gốm , tụ hóa … Tụ có loại điện dung cố định và loại điện dung biến đổi . + Phân loại Tụ điện được chia thành 2 loại chính : - Loại không phân cực với nhiều dạng khác nhau . - Loại phân cực có cực tính xác định khi làm việc và có thể bị hỏng nếu nối ngược cực . - Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện GIÁO VIÊN: VŨ VĂN DẦN - 10 - . nhau một chút về các giá trị. Tuy nhiên, cách đọc điện trở màu đều dựa trên các giá trị màu sắc được ghi trên điện trở 1 cách tu n tự: Đối với điện trở 4. người hoặc với các dòng điện khác. Nhiều chất cách điện là các chất điện môi, tuy nhiên cũng có những môi trường cách điện không phải là chất điện môi (như