Tài liệu Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô P2 pdf

1. Chất bán dẫn Chất bán dẫn là một loại vật liệu có điện trở cao hơn điện trở của các dây dẫn tốt như đồng hoặc sắt, nhưng thấp hơn điện trở của các chất cách điện như cao su hoặc thuỷ tinh. Hai loại vật liệu bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất là Germani (Ge) và Silic (Si).Tuy nhiên trong trạng thái tinh khiết của chúng, các ch ất này không thích hợp với việc sử dụng thực tế của các chất bán dẫn.Vì lý do này chúng phải được pha với chất phụ gia, đó là một lượng nhỏ của các tạp chất phải thêm vào để nâng cao công dụng thực tế của chúng. Các đặc tính của chất bán dẫn: - Khi nhiệt độ của nó tăng lên, điện trở của nó giảm xuống. - Tính dẫn điện của nó tă ng lên khi được trộn với các chất khác. - Điện trở của nó thay đổi khi có tác dụng của ánh sáng, từ tính hoặc các ứng suất cơ học. - Nó phát sáng khi đặt điện áp vào, v.v . Có thể chia các chất bán dẫn thành hai loại: Loại N và loại P. Hình 31. Chất bán dẫn loại N và loại P - Các chất bán dẫn loại N: Một chất bán dẫn loại N gồm có một chất nền là silic (Si) hoặc germani (Ge), đã được pha tr ộn với một lượng nhỏ asen (As) hoặc phốtpho (P) để cung cấp cho nó nhiều điện tử tự do, có thể chuyển động dễ dàng qua silic hoặc germani để tạo ra dòng điện. Chữ "n" của chất bán dẫn loại n có nghĩa là "âm" Hình 32. Hoạt động của diode Một số l - Diode - Diode - LED ( d - Photo D Hình 23 - Khi c ự dương c do của c vực nối dòng đi ệ - Khi đả ắcquy hú hút lẫn n tử tự do chạy qu a 2.1 Diod Diode th một điện loại diode: chỉnh lưu t h Zener diode phát s Diode cho thấy d ực dương (+ của chất bán chất bán dẫ p-n. Do đ ó ện chạy qua ảo ngược cá út lẫn nhau nhau, vì thế hoặc các l a. de thường hường làm c n áp tối thiể - Các c gồm có trộn vớ các điệ ngược ngh ĩa l 2. Diod Các dio nhau. hường sáng) dòng điện ch +) của ắc qu n dẫn loại P n loại N và ó các điện tử a khu vực n ác cực ở ắc , và các điệ ế kéo xa khỏ ỗ dương đư cho dòng đi ểu để dòng đ chất bán dẫ ó một chất n ới gali (Ga) ện tử "khuyế với các điệ là "dương". de ode bán dẫn hạy qua mộ uy được nố P và cực dư à cực âm củ ử tự do và c ối p-n. cquy, các lỗ ện tử tự do c ỏi khu vực n ược tạo nên iện chỉ chạy điện chạy từ ẫn loại P: M nền là silic hoặc Indi ( ết" và vì cá n tử tự do. n bao gồm c ột diode như i với phía P ương của ắc ủa ắcquy đẩ các lỗ dươn ỗ dương củ của chất bá nối p-n. Kế n ở khu vực y theo một ừ phía p san Mặt khác, m (Si) hoặc g (In) để tạo r ác tích điện Chữ "p" c ủ chất bán dẫ ư thế nào. P và cực âm c quy đẩy lẫ ẩy lẫn nhau ng này hút l ủa chất bán án dẫn loại n ết quả là, mộ c nối p-n, v chiều: từ p h ng phía n. một chất bán ermani (Ge ra "các lỗ", dương chạ y ủa chất bán ẫn loại N và m (-) nối vớ ẫn nhau. V u, vì vậy đẩ lẫn nhau, n dẫn loại p n và cực dư ột lớp khôn ì vậy ngăn hía p sang p n dẫn loại p e) đã được p có thể coi l y theo chiều dẫn loại P c à loại P nối v ới phía N, c Và các điện ẩy chúng về như vậy làm và cực âm ương của ắc ng chứa các chặn dòng phía n. Cần p pha là u có với ác lỗ tử tự ề khu m cho m của c quy điện điện có - Diode silic (A) : khoảng 0,7V - Diode germani (B) : khoảng 0,3V Hình 33. Diode thường Dòng điện này sẽ không chạy nếu một điện áp được đặt vào chiều ngược lại (từ phía N sang phía P). Mặc dù một dòng điện cực nhỏ chạy thực tế, gọi là dòng điện rò ngược chiều, nó được xử lý như không chạy vì nó không tác động đến hoạt động của mạch thực. Tuy nhiên nếu điện áp rò ng ược chiều này được tăng lên đầy đủ, cường độ của dòng điện cho phép đi qua bởi diode sẽ tăng lên đột ngột. Hiện tượng này được gọi là đánh thủng diode, và điện áp này được gọi là điện áp đánh thủng. Chức năng chỉnh lưu: - Điện áp chỉnh lưu bán kỳ: Điện áp từ máy phát AC được đặt vào một diode. Vì điệ n áp được ở đoạn (a), (b) được đặt vào diode theo chiều thuận, dòng điện sẽ chạy qua diode này. Tuy nhiên, điện áp được đọan (b), (c) được đặt vào diode này theo chiều ngược, nên dòng điện không được phép đi qua diode này. Vì chỉ có một nửa dòng điện do máy phát sinh ra được phép đi qua diode này. - Chỉ Hình 35 Khi cực trên của như thể luôn chỉ Ví dụ v ề ỉnh lưu toàn 5. Ứng dụng A của máy hình minh hiện ở sơ đ chạy về mộ ề ứng dụng H n kỳ: g diode y phát là dươ họa (2). Kh đồ dưới của ột chiều qu g: Hình 34. H ơng, cực B hi sự phân c hình minh a điện trở R Hoạt động ch là âm, và d cực của các họa (2). Đi R. hỉnh lưu dòng điện c c đầu này ng ều này có n chạy như th gược lại, dò nghĩa là dòn hể hiện ở sơ òng điện chạ ng điện ra lu ơ đồ ạy uôn Các diode nắn dòng thường được sử dụng nhcác bộ chỉnh lu cho các máy phát điện xoay chiều 2.2 Diode Zener 2.2.1. Mô tả Hình 36. Diode Zenner Diode Zenner cho phép dòng điện chạy qua theo chiều thuận giống như diode thường. Tuy nhiên, nó cũng có thể cho dòng điện ngược đi qua trong một số trường hợp. 2.2.2. Các đặc điểm Hình 37. Hoạt động của diode Zenner Các diod dụng tro xuyên, b 2.3 LED 2.3.1. M LED là m điện đi q màu đỏ, 2.3.2. C Các LED - Phát nh - Phát án - Phản ứ de Zener đư ong bộ tiết c bằng cách g D (Diode ph Mô tả một diode l qua theo m vàng và x a Các đặc điể D có các đặ hiệt ít hơn v nh sáng tốt ứng với điện ược sử dụn chế cho má gắn diode Ze hát sáng) liên kết p-n ột chiều thu anh lục. ểm ặc điểm sau và có tuổi th với mức tiê n áp thấp (tố Dòng qua m điện c đầu Ze này đư thay đ như th điện á mục đ Hình 2.2.3. ng cho các m áy phát điện ener vào m n cũng giốn uận, các LE : họ dài hơn êu thụ điện ốc độ phản điện chạy t một diode Ze chạy theo ch enner lớn h ược gọi là đ đổi trong thự hế nào. Một áp hoạt động đích của nó. 38. Ứng d ụ Ví dụ về ứ mục đích kh n xoay chiều ột mạch điệ ng như diod ED có thể p các bóng đi thấp. ứng nhanh ) theo chiều t ener như mộ hiều ngược hơn điện áp điện áp Zen ực tế, bất kể t diode Zen g khác nhau ụng của diod ứng dụng hác nhau, q u. Điện áp ện. de thường. N phát sáng v iện thường. ). thuận từ phí ột diode thư lại khi điện hoạt động c ner, nó giữ n ể cường độ er có thể ấ n u tuỳ theo s de Zenner quan trọng ra được đi ề Nó phát sán với các màu . ía p sang ph ường. Một d n áp đặt vào của nó. Điề nguyên khô của dòng đ n định với c sự áp dụng h nhất là đượ ều chỉnh thư ng khi một d u khác nhau hía n dòng o hai ều ng điện các hoặc ợc sử ường dòng u như Hình 39. LED 2.3.3. Ví dụ về ứng dụng Các LED được sử dụng trong các loại đèn phanh lắp trên cao và các đèn báo, v.v . 2.4 Diode quang 2.4.1. Mô tả Diode quang là diode liên kết p-n gồm có một chất bán dẫn và một thấu kính. Nếu đặt một điện áp ngược chiều vào diode quang được chiếu ánh sáng, thì một dòng điện ngược chiều sẽ chạy qua. Cường độ của dòng điện này sẽ thay đổi theo tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng rơi trên diode quang này. Nói khác đi, diode quang có thể xác định cường độ ánh sáng bằng cách phát hiện cường độ của dòng điện ngược khi đặt điện áp ngược. Hình 40. Diode quang 2.4.2. Ví dụ về ứng dụng Các diode quang được sử dụng trong các cảm biến ánh sáng mặt trời cho các máy điều hòa không khí, v.v . Hình 41. Ứng dụng Diode quang 3. Các transistor 3.1 Các transistor thường 3.1.1. Mô tả Hình 42. Transistor Một transistor chứa ba lớp gồm có một chất bán dẫn loại P kẹp giữa hai bán dẫn loại N, hoặc một bán dẫn loại N kẹp giữa hai bán dẫn loại P. Một điện cực được gắn vào mỗi lớp nền: B (cực gốc), E (cực phát) và C (cực góp). Các transistor thường chia làm hai loại, NPN và PNP, tuỳ theo cách bố trí các chất bán dẫn. Một transistor thực hiện các chức năng sau đây: - Khuy ếch đại - Chuyển mạch 3.1.2. Hoạt động cơ bản Trong một transistor NPN khi dòng điện I B chạy từ B tới E, dòng điện Ic chạy từ C đến E. Trong transistor PNP khi dòng điện I B chạy từ E (cực phát) đến B (cực gốc), dòng điện Ic chạy từ E đến C. Dòng điện IB được gọi là dòng cực gốc, và dòng điện Ic được gọi là dòng cực góp. Do đó, dòng điện Ic sẽ chạy khi có dòng điện I B . 3.1.3. Các đặc tính Hình 43. Hoạt động Transistor Trong một transistor thường dòng điện cực góp (Ic) và dòng điện cực gốc (I B ) có mối quan hệ được thể hiện trong sơ đồ này. Các transistor thường có hai chức năng theo công dụng cơ bản: Như được thể hiện trong Hình 41, phần "A" có thể được sử dụng như một bộ khuyếch đại tín hiệu và phần "B" có thể được sử dụng như một công tắc. 3.1.4. Khuyếch đại tín hiệu Trong phạm vi "A" của đồ thị này, dòng cực góp lớn gấp 10 đến 1000 l ần dòng cực gốc. Do đó, sử dụng cực nền làm tín hiệu vào (I B ) thì tín hiệu ra ở cực góp (I C ) được khuếch đại lên. 3.1.5. Chức năng chuyển mạch Hình 44. Ứng dụng Transistor [...]... một cổng AND và một cổng NOT Tín hiệu ở đầu ra Y sẽ là 1 khi một hoặc hai đầu vào A và B là 0 Tín hiệu ở đầu ra Y sẽ là 0 nếu cả hai đầu vào A và B là 1 Hình 58 Cổng NAND 6.7 Bộ so Một bộ so sẽ đối chiếu điện áp của đầu vào dương (+) với đầu vào âm (-) Nếu điện áp của đầu vào dương A cao hơn điện áp của đầu vào âm B, đầu ra Y sẽ là 1 Nếu điện áp của đầu vào dương A thấp hơn điện áp của đầu vào âm B, đầu... được chuyển đi hay không Bình thường, Mở được thể hiện là 1 và Ngắt là 0 Khi một điện áp được sử dụng như một tín hiệu đầu vào thì cần phải lấy một điện áp nào đó làm chuẩn Sau đó, mọi điện áp trên điện áp chuẩn này là các tín hiệu 1, và dưới điện áp chuẩn là các tín hiệu 0 Chẳng hạn như, nếu đạt điện áp chuẩn là 5V, thì máy tính sẽ xác định rằng các tín hiệu 9V, 7V và 6V là 1, và các tín hiệu này thể... ứng dụng í g Trong cá ô tô, các transistor q ác quang được sử dụng tr c rong các cảm biến giảm tốc, v.v m m Hình 46 Ứng dụng transistor quang 4 IC (Mạch tích hợp) Một IC là tổ hợp của vài đến vài nghìn mạch điện chứa các transistor, các diode, các tụ điện, các điện trở, v.v chúng được gắn lên vài mm2 của chíp silic, và được đặt trong một khối bằng nhựa hoặc gốm Một IC đơn có thể có một số khả năng và. .. áp của đầu vào âm B, đầu ra Y sẽ là 0 Hình 59 Bộ so 7 Máy vi tính 7.1 Mô tả và cấu tạo Máy vi tính nhận được các tín hiệu từ các thiết bị đầu vào, xử lý các tín hiệu đó và điều khiển các thiết bị đầu ra Một máy vi tính được gọi là bộ ECU (bộ điều khiển điện tử) Trong các hệ thống chung trên xe, các bộ phận đầu vào là các cảm biến, và các bộ phận đầu ra là các bộ chấp hành 7.2 Cấu tạo Hình 62 Máy vi tính... đầu ra Y sẽ là 0 nếu một hoặc cả hai đầu vào A và B là số 1 Hình 55 Cổng NOR 6.5 Cổng AND Trong một cổng AND, đầu ra sẽ là 1 khi mọi tín hiệu vào là 1 Sẽ có một điện áp ở đầu ra Y khi điện áp được đặt vào cả hai đầu vào A và B Hình 56 Cổng AND Hình 57 Hoạt động cổng AND Một mạch điện có cùng chức năng như cổng AND: Đèn sẽ không sáng lên trừ khi cả hai công tắc A và B được đóng lại (ON) 6.6 Cổng NAND... nào đó được thiết lập giữa các đầu vào và đầu ra của tín hiệu số Một bảng thực trình bày mối quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra của tín hiệu số Hình 50 IC số 6.2 Cổng NOT Hình 51 Cổng NOT Một cổng NOT có đầu ra là một tín hiệu ngược với tín hiệu đầu vào Khi một điện áp được đặt lên cực vào A, không có điện áp nào được truyền ở cực ra Y Một mạch điện có cùng chức năng như cổng NOT: Khi công tắc A đóng... một tín hiệu vào là 1 Khi đặt một điện áp vào một hoặc hai đầu vào A và B, sẽ có một điện áp ở đầu ra Y Hình 53 Cổng OR Một mạch điện có cùng chức năng như cổng OR: Khi một hoặc cả hai công tắc A và B được đóng lại (ON), đèn này sẽ sáng lên Hình 54 Hoạt động cổng OR 6.4 Cổng NOR Một cổng NOR là tổ hợp của một cổng OR và cổng NOT Tín hiệu này tại đầu ra Y sẽ chỉ là 1 khi cả hai đầu vào A và B là 0 Tín... ROM đ à ện Vì nhớ được sử dụng để lu giữ các chương trình không cần ử c g phải tha đổi hoặc xóa đi Bộ nhớ RAM là một loạ bộ nhớ, t ay ộ M ại trong đó các dữ liệu có thể c ó được tha đổi hoặc xóa đi Bất cứ dữ liệu nào đã đượ lưu giữ s mất đi kh nguồn điện bị ay t u ợc sẽ hi cắt Vì v bộ nhớ RAM được sử dụng đ lưu giữ c dữ liệu có thể đượ thay đổi hoặc vậy c để các ợc xóa đi th hông qua cá phép tính do... U ng c một nh, m hiển và một b phận tính toán Nó t bộ h thực hiện cá lệnh do m chương trình ra lệ theo các tín ác một g ệnh c hiệu từ c cơ cấu đầu vào, và điều khiển các thiết bị đầu ra các đ à n - Giao d diện I/O: Một giao diện I/O biến đổi các dữ liệu từ các thiết bị đầu vào th o b c ị hành các tín hiệu có thể n ể được bộ CPU và bộ nhớ nhận dạng Ngoà ra, nó còn biến đổi c dữ liệu d bộ CPU xử ộ ài... các tín hiệu này thể hiện một tín hiệu đầu vào Mặt khác các tín hiệu 2V và 0V sẽ được coi là "0" và không có tín hiệu đầu vào nào sẽ được coi là tồn tại 6 Các mạch logic 6.1 Mô tả Các IC số chứa vài phần tử khác nhau Các mạch trong một IC số được gọi là các mạch logic hoặc các mạch số và lập thành một tổ hợp các loại khác nhau như các cổng NOT, OR, NOR, AND và NAND Vì các cổng này có khả năng đặc biệt . điện chạ ng điện ra lu ơ đồ ạy uôn Các diode nắn dòng thường được sử dụng nhcác bộ chỉnh lu cho các máy phát điện xoay chiều 2.2 Diode Zener 2.2.1. Mô. tr g chức năn Transistor c sử dụng tr istor, dòng c ốc (I B ). Do đ ” và ngắt “O ực gốc (I B ) được sử d ụ ứng dụng mạch. Không điện (+) đư ua mạch này rên