Giao trinh DIEN TU CO BAN

Giới thiệu môn học Vị trí, ý nghĩa, vai trò môn học: Với phát triển hoàn thiện không ngừng thiết bị điện lĩnh vực đời sống xà hội, mạch điện tử trở thành thành phần thiếu đợc thiết bị điện, công dụng để điều khiển khống chế thiết bị điện, thay số khí cụ điện có độ nhạy cao Nhằm mục đích: gọn hoá thiết bị điện, giảm tiêu hao lợng thiết bị, tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ thiết bị Do đó, nhận dạng đợc linh kiện, mạch điện tử, kiểm tra, thay thế, đợc linh kiện, mạch điện h hỏng yêu cầu quan trọng thiếu đợc, lĩnh vực điện tử công nghiệp, mà dây chuyền công nghiệp đợc hình thành phát triển mạnh phạm vi nớc Mục tiêu thực môn học: Sau hoàn tất môn học này, học viên có lực: Phân biệt đợc hình dạng, ký hiệu, cấu tạo, nguyên lí làm việc linh kiện điện tử thông dụng theo tiêu chuẩn đà đợc học ứng dụng linh kiện điện tử, mạch điện tử thực tế theo yêu cầu kỹ thuật Sử dụng máy đo VOM để phân loại, đo kiểm tra xác định chất lợng linh kiện mạch điện tử công nghiệp theo đặc tính linh kiện mạch ®iƯn tư Néi dung chÝnh cđa m«n häc: M«n häc có năm bài, học 90 giờ, 40 lý thuyết 50 thực hành Các học nh sau: Bài 1: Các kháI niệm Bài 2: Linh kiện thụ động Bài 3: Linh kiện bán dẫn Bài 4: Các mạch khuyếch đại dùng tranzito Bài 5: Các mạch ứng dụng dùng tranzito Bài 1: Các kháI niệm 1.1.Vật dẫn điện cách điện: 1.1.1 Vật dẫn điện cách điện: Trong kü tht ngêi ta chia vËt liƯu thµnh hai loại chính: Vật cho phép dòng điện qua gọi vật dẫn điện Vật không cho phép dòng điện qua gọi vật cách điện Tuy nhiên khái niệm mang tính tơng đối Chúng phụ thuộc vào cấu tạo vật chất, điều kiện bên tác động lên vật chất Về cấu tạo: vật chất đợc cấu tạo từ phần tử nhỏ gọi nguyên tử Nguyên tử đợc cấu tạo gồm hai phần hạt nhân mang điện tích dơng (+) electron mang điện tích âm e gọi lớp vỏ ngyên tử Vật chất đợc cấu tạo từ mối liên kết nguyên tử với tạo thành tính bền vững vật chất Hình1.1 Hình 1.1: Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử vật chất Các liên kết tạo cho lớp vỏ có e , với trạng thái nguyên tử mang tính bền vững đợc gọi trung hoà điện Các chất loại tính dẫn điện, gọi chất cách điện Các liên kết tạo cho lớp vỏ không đủ e , với trạng thái chúng dễ cho nhận điện tử, chất gọi chất dẫn điện Về nhiệt độ môi trờng: Trong điều kiện nhiệt độ bình thờng (< 250C) nguyên tử liên kết bền vững Khi tăng nhiệt độ, động trung bình nguyên tử gia tăng làm liên kết yếu dần, số e thoát khỏi liên kết trở thành e tự do, lúc có điện trờng tác động vào, vật chất có khả dẫn điện Về điện trờng ngoài: Trên bề mặt vật chất, đặt điện trờng hai bên chúng xuất lực điện trờng E Các e chịu tác động lực điện trờng này, lực điện trờng đủ lớn, e chuyển động ngợc chiều điện trờng, tạo thành dòng điện Độ lớn lực điện trờng phụ thuộc vào hiệu điện hai điểm đặt độ dày vật dẫn Tóm lại: Sự dẫn điện hay cách điện vật chất phụ thuộc nhiều vào yếu tố: Cấu tạo nguyên tử vật chất Nhiệt độ môi trờng làm việc Hiệu điện hai điểm đặt lên vật chất Độ dày vật chất a Vật dẫn điện: Trong thực tế, ngời ta coi vật liệu dẫn điện vật chất trạng thái bình thờng có khả dẫn điện Nói cách khác, chất trạng tháI bình thờng có sẵn điện tích tự để tạo thành dòng điện Các đặc tính vật liệu dẫn điện là: - Điện trở suất - Hệ số nhiệt - Nhiệt độ nóng chảy - Tỷ trọng Các thông số phạm vi ứng dụng vật liệu dẫn điện thông thờng đợc giới thiệu Bảng 1.1: Các đặc tính vật liệu cách điện gồm: - Độ bền điện - Nhiệt độ chịu ®ùng - H»ng sè ®iƯn m«i - Gãc tỉn hao - Tỉ trọng Các thông số phạm vi ứng dụng đợc trình bày Bảng 1.2: 1.2 Điện trở cách điện linh kiện mạch điện tử: - Điện trở cách điện linh kiện điện áp lớn cho phép đặt linh kiện mà linh kiện không bị đánh thủng (phóng điện) Các linh kiện có giá trị điện áp ghi thân linh kiện kèm theo đại lợng đặc trng Ví dụ: Tụ điện đợc ghi thân nh sau: 47/25vV, có nghĩa Giá trị 47 điện áp lớn chịu đựng đợc không 25v Các linh kiện không ghi giá trị điện áp thân thờng có tác dụng cho dòng điện chiều (DC) xoay chiều (AC) qua nên điện áp đánh thủng có tơng quan với dòng điện nên thờng đợc ghi công suất Ví dụ: Điện trở đợc ghi thân nh sau: 100/ 2W Có nghĩa Giá trị 100 công suất chịu đựng điện trở 2W, tỷ số điện áp đặt lên hai đầu điện trở dòng điện qua (U/I) U lớn I nhỏ ngợc lại Các linh kiện bán dẫn thông số kỹ thuật nhiều kích thớc lại nhỏ nên thông số kỹ thuật đợc ghi bảng tra mà không ghi thân nên muốn xác định điện trở cách điện cần phải tra bảng Điện trở cách điện mạch điện điện áp lớn cho phép hai mạch dẫn đặt gần mà không sảy tợng phóng điện, hay dẫn điện Trong thực tế thiết kế mạch điện có điện áp cao khoảng cách mạch điện lớn Trong sửa chữa thờng không quan tâm đến yếu tố nhiên mạch điện bị ẩm ớt, bị bụi ẩm cần quan tâm đến yếu tố để tránh tình trạng mạch bị dẫn điện yếu tố môi trờng 1.2 Các hạt mang điện dòng điện môi trờng: 1.2.1 Khái niệm hạt mang điện: Hạt mang điện phần tử nhỏ vật chất mà có mang điện gọi điện tích, nói cách khác hạt sở vật chất mà có tác dụng với lực điện trờng, từ trờng Trong kỹ thuật tuỳ vào môi trờng mà tồn loại hạt mang điện khác nhau, Chúng bao gồm loại hạt mang điện sau: - e (electron) Là điện tích nằm lớp vỏ nguyên tử cấu tạo nên vật chất, nằm lớp vỏ lực liên kết vỏ hạt nhân yếu dễ bứt khỏi nguyên tử để tạo thành hạt mang điện trạng thái tự dễ dàng di chuyển môi trờng - ion+ Là nguyên tử cấu tạo nên vật chất ®iƯn tư ë líp ngoµi cïng chóng cã xu híng lấy thêm điện tử để trở trạng thái trung hoà điện nên dễ dàng chịu tác dụng lực điện, trạng thái tự dễ dàng di chuyển môi trờng - ion Là nguyên tử cấu tạo nên vật chất thừa ®iƯn tư ë líp ngoµi cïng chóng cã xu híng cho bớt điện tử để trở trạng thái trung hoà điện nên dễ bị tác dụng lực điện, trạng thái tự chúng dễ dàng chuyển động môi trờng Bảng 1.1: Vật liệu dẫn điện tt Tên vật liệu Điện trở suÈt HÖ sè nhiÖt   mm2/m 0,0175 Đồng đỏ hay đồng kỹ thuật Thau Nhôm 0,028 B¹c Nic ken 0,07 ThiÕc 0,115 (0,03 0,06) 0,004 Nhiệt độ nóng chảy t0C Tỷ trọn g 1080 8,9 900 3,5 660 2,7 960 10,5 0,006 1450 8,8 0,0012 230 7,3 - 0,002 0,0049 Hợp kim Phạm vi ứng dụng Ghi Chủ yếu dùng làm dây dẫn đồng kẽm với - Các tiếp xúc - Các đầu nối dây - Làm dây dẫn điện - Làm nhôm tụ xoay - Làm cánh toả nhiệt - Dùng làm tụ điện (tụ hoá) - Mạ vỏ dây dẫn để sử dụng hiệu ứng mặt lĩnh vực siêu cao tần - Mạ vỏ dây dẫn để sử dụng hiệu ứng mặt lĩnh vực siêu cao tần Hợp chất - Hàn dây dẫn dùng để - Hợp kim thiếc chì có làm chất nhiệt độ nóng chảy thấp hàn gồm: nhiệt độ nóng chảy - Thiếc 60% kim loại thiếc chì - Chì 40% - Bị ôxyt hoá nhanh, tạo thành lớp bảo vệ, nên khó hàn, khó ăn mòn - Bị nớc mặn ăn mòn Có giá thành rẻ bạc Chất hàn dùng để hàn lắp ráp linh kiện điện tử Chì 0,21 0,004 330 11,4 Sắt 0,098 0,0062 1520 7,8 Maganin 0,5 0,00005 1200 8,4 10 Contantan 0,5 0,00000 1270 8,9 11 Niken Cr«m 1,1 0,00015 1400 8,2 (nhiệt độ làm việc: 900) Hợp chất gåm: - 80% ®ång - 12% mangan - 2% nic ken Hợp chất gồm: - 60% đồng - # 40% nic ken - # 1% Mangan Hỵp chÊt gåm: - 67% Nicken - 16% săt - 15% crôm - 1,5% - Cầu chì bảo vệ dòng - Dùng ac qui chì - Vỏ bọc cáp chôn - Dây săt mạ kem làm dây dẫn với tải nhẹ - Dây lỡng kim gồm lõi sắt vỏ bọc đồng làm dây dẫn chịu lực học lớn Dây điện trở Dây điện trở nung nóng - Dùng làm dây đốt nóng (dây mỏ hàn, dây bếp điện, dây bàn là) Dùng làm chát hàn (xem phần trên) - Dây sắt mạ kẽm giá thành hạ dây đồng - Dây lỡng kim dẫn điện gần nh dây đồng có hiệu ứng mặt mangan bảng 1.2: Vật liệu cách điện TT Tên vật liệu Độ bền điện (kV/mm) t0C chịu đựng Hằng số điện môi Góc tổn hao Tỷ trọng Tách đợc thành mảnh máng Ph¹m vi øng dơng Mi ca 50-100 600 6-8 0,0004 Sø 20-28 15001700 6-7 0,03 Thuû tinh 20-30 500-1700 4-10 0,00050,001 Gốm không chịu đợc điện áp cao không chịu đợc nhiệt độ lớn 1700-4500 0,02-0,03 Bakêlit 10-40 4-4,6 0,05-0,12 Êbônit 20-30 50-60 2,7-3 0,01-0,015 Pretspan 9-12 100 3-4 0,15 1,6 Giấy làm điện 20 100 3,5 0,01 1-1,2 Cao su 20 55 0,15 1,6 - Lµm vá bäc dây dẫn - Làm cách điện Lụa cách điện 8-60 105 3,8-4,5 0,04-0,08 1,5 Dïng biÕn ¸p S¸p 20-25 65 2,5 0,0002 Paraphin 20-30 49-55 Nhùa th«ng 10-15 60-70 3,5 0,01 £poxi 18-20 1460 3,7-3,9 0,013 tô 2,8 Đặc điểm 2,5 - Dùng tụ điện - Dùng làm vật cách điện thiết bị nung nóng (VD:bàn là) - Giá đỡ cách điện cho đờng dây dẫn - Dùng tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây 2,2-4 - KÝch thíc nhá nhng ®iƯn dung lín - Dïng tơ ®iƯn 1,2 1,2-1,4 0,95 1,9-2,2 Dïng làm cốt biến áp Dùng tụ điện Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động điện để chống ẩm Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động ®iƯn ®Ĩ chèng Èm 1,1 1,1-1,2 - Dïng lµm mối hàn - Hỗn hợp paraphin nhựa thông dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động điện để chống ẩm Hàn gắn kiện điện-điện tử Các loại plastic (polyetylen, polyclovinin) Dùng làm chất cách điện 1.2.2 Dòng điện môi trờng: Dòng điện dòng chuyển dời có hớng hạt mang điện dới tác dụng điện trờng a Dòng điện kim loại: Do kim loại thể rắn cấu trúc mạng tinh thể bền vững nên nguyên tử kim loại liên kết bền vững, có e - trạng thái tự Khi có điện trừơng tác động e - chuyển động dới tác tác dụng lực điện trờng để tạo thành dòng điện Vậy: Dòng điện kim loại dòng chuyển động có hớng e- dới tác dụng điện trờng Trong kĩ thuật điện ngời ta qui ớc chiều dòng điện chiều chuyển động hạt mang điện dơng nên dòng điện kim loại thực tế ngợc với chiều dòng điện qui ớc b Dòng điện chất điện phân: Chất điện phân chất dạng dung dịch có khả dẫn điện đợc gọi chất điện phân Trong thực tế chất điện phân thờng dung dịch muối, axit, bazơ Khi dạng dung dịch (hoà tan vào nớc) chúng dễ dàng tách thành ion trái dấu Vi dụ: Phân tử NaCl hoà tan nớc chúng tách thành Na + Clriêng rẽ Quá trình gọi phân li phân tử hoà tan dung dịch Khi điện trờng ion chuyển động hỗn loạn dung dịch gọi chuyển động nhiệt tự Khi có điện trờng chiều cách cho hai điện cực vào bình điện phân ion chịu tác dụng lực điện chuyển động có hớng tạo thành dòng điện hình thành nên dòng điện chất điện phân Sơ đồ mô tả hoạt động đợc trình bày hình 1.2 Hình 1.2: Dòng điện chất điện phân Các ion+ chuyển động chiều điện trờng để cực âm, ion - chuyển động ngợc chiều điện tròng cực dơng bám vào cực Lợi dụng tính chất chất điện phân mà thực tế ngời ta dùng để mạ kim loại, đúc kim loại Vậy: Dòng điện chất điện phân dòng chuyển dời có hớng ion dơng âm dới tác dụng điện trờng c Dòng điện chất khí: Chất khí hỗn hợp nhiều loại nguyên tử hay phân tử khí kết hợp tồn môi trờng trạng thái bình thờng nguyên tử, phân tử trung hoà điện Vì chất khí điện môi Để chất khí trở thành hạt mang điện ngời ta dùng nguồn lợng từ bên tác động lên chất khí nh đốt nóng xạ tia tử 10 ... Vật cho phép dòng điện qua gọi vật dẫn điện Vật không cho phép dòng điện qua gọi vật cách điện Tuy nhiên khái niệm mang tính tơng đối Chúng phụ thuộc vào cấu tạo vật chất, điều kiện bên tác động... việc Hiệu điện hai điểm đặt lên vật chất Độ dày vật chất a Vật dẫn điện: Trong thực tế, ngời ta coi vật liệu dẫn điện vật chất trạng thái bình thờng có khả dẫn điện Nói cách khác, chất trạng tháI... tích, nói cách khác hạt sở vật chất mà có tác dụng với lực điện trờng, từ trờng Trong kỹ thuật tu? ?? vào môi trờng mà tồn loại hạt mang điện khác nhau, Chúng bao gồm loại hạt mang điện sau: - e