Cỏc kiểu ghộp tụ điện

2. Tụ điện

2.6. Cỏc kiểu ghộp tụ điện

2.6.1. Tụ điện ghộp nối tiếp

Tụ điện ghộp nối tiếp: điện dung là C1, C2 cú dũng điện nạp I nờn điện tớch hai tụ nạp được sẽ bằng nhau do Q = I.t.

Điện tớch nạp vào tụ được tớnh theo cụng thức : Q = C1U1 = C2U2  1 1 C Q U = ; 2 2 C Q U =

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 34

Gọi c là tụ tương đương của tụ C1, C2 ghộp nối tiếp thì: Q = C.U  C Q U1 = Mà U = U1 + U2  2 1 C Q C Q C Q = + do đú 2 1 1 1 1 C C C = +

Cụng thức tớnh tụ điện ghộp nối tiếp cú dạng như cụng thức tớnh điện trở ghộp song song.

Ngoài điện dung tụ cũn cú một thụng số kỹ thuật quan trọng là điện ỏp làm việc của tụ điện tương đương. Để tớnh điện ỏp làm việc cho tụ điện tương đương được đơn giản nờn chọn cỏc tụ điện ghộp nối tiếp cú cựng thụng số C và WV.

2.6.2. Tụ điện ghộp song song

Điện tớch nạp vào tụ C1 là : Q1 = C1U Điện tớch nạp vào tụ C2 là :

Q2 = C2U

Gọi điện dung C là điện dung tương đương của hai tụ C1, C2 và Q là điện tớch nạp vào tụ C thì :

Q = Q1 + Q2

CU = C1U + C2U = (C1 + C2).U  C = C1 + C2

Cụng thức tớnh điện dung tương đương của cỏc tụ điện ghộp song song cú dạng như cụng thức tớnh điện trở ghộp nối tiếp.

Trong trường hợp ghộp song song, điện ỏp làm việc khụng thay đổi, do đú nờn chon cỏc tụ ghộp song song cú điện ỏp làm việc bằng nhau.

2.6.3. Tụ điện ghộp hỗn hợp

Tương tự như ghộp điện trở

2.7. Cõu hỏi và bài tập ụn tập

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 35

Cõu 2 : Hóy trình bày phương phỏp kiểm tra cực tớnh và chất lượng của tụ điện ? Cõu 3 : Cho C1 = 20F, C2 = 50F, C3 = 33F, C4 = 100F, C5 = 47F. Hóy xỏc định điện dung tương đương của mạch trong cỏc trường hợp sau:

a. C1 nt C2 nt C3 ntC4 ntC5

b. C1 // C2 // C3 //C4 //C5

c. (C1 nt (C2 nt C3 // C4 )) //C5

3. Cuộn cảm

3.1. Cấu tạo và phõn loại 3.1.1. Cấu tạo

Cuộn cảm là một dõy dẫn điện cú bọc bờn ngoài lớp sơn cỏch điện – khỏc với dõy dẫn thụng thường – thường là dõy điện từ quấn nhiều vũng liờn tiếp trờn một lừi sắt. Nhưng lừi của cuộn cảm cũng cú thể là một ống rỗng (lừi khụng khớ, sắt bụi hay sắt lỏ tựy loại lừi mà cuộn cảm cú kớ hiệu như hình vẽ :

Cuộn cảm lừi sắt lỏ dựng cho dũng điện xoay chiều tần số thấp, lừi sắt bụi cho tần số cao và lừi khụng khớ cho tần số rất cao.

Khi cuộn cảm cú lừi thì cường độ từ trường lớn hơn rất nhiều so với cuộn cảm lừi khụng khớ. Tỷ số giữa từ trường khi cú lừi và khi khụng cú lừi là hệ số từ thẩm tương đối của vật liệu làm lừi ().

Khi cho dũng chạy vào cuộn cảm, dũng điện sẽ tạo ra một từ trường đều trong lừi cú chiều xỏc định theo quy tắc vặn nỳt chai. Lừi cú chiều dài trung bình là l cường độ từ trường sinh ra trong lừi là H thì

n.I = H.l Trong đú: n – số vũng dõy quấn I – cường độ dũng điện

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 36

l – chiều dài trung bình lừi từ H.l – gọi là từ ỏp

Do lừi cú hệ số từ thẩm tương đối  nờn cường độ từ cảm B được tớnh là : B = .H = .

l I n.

Trong biểu thức , n, l là hằng số nờn H và B chỉ thay đổi theo I. Nếu IDC thỡ H và B là từ trường đều, nếu IAC thì H và B cú cường độ thay đổi và chiều của từ trường cũng thay đổi theo chiều của dũng điện AC.

3.1.2. Phõn loại

3.2. Cỏc thụng số kỹ thuật của cuộn cảm 3.2.1. Hệ số tự cảm (độ tự cảm) L 3.2.1. Hệ số tự cảm (độ tự cảm) L

Dũng điện chạy trong cuộ dõy sẽ sinh ra một từ trường. Khi từ trường di chuyển trong cuộn dõy sẽ sinh ra một sức điện động cảm ứng.

Để tớnh mối quan hệ giữa dũng điện và từ trường, người ta đưa ra hệ số tự cảm của cuộn cảm L L = n.   e = - n . t   = -L. t I  

Hệ số tự cảm L tuỳ thuộc vào cấu tạo của cuộn cảm và được xỏc định dợa vào cụng thức :

L = 4Π.10-7.àr.n2.s/l Trong đú :

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 37

n : Số vũng dõy

l : Chiều dài của dõy dẫn s : Tiết diện dõy dẫn

3.2.2. Đặc tớnh của cuộn cảm đối với dũng điện một chiều

Khi cấp nguồn một chiều, trờn cuộn dõy sinh ra một điện thế cảm ứng bằng điện thế nguồn cung cấp nhưng ngược dấu nờn dũng điện iL = 0. Sau đú iL tăng theo hàm số mũ : IL = UDC(1-e-t/ﺡ)/R

Với ﺡ = L/R là hằng số thời gian của cuộn dõy

3.2.3. Đặc tớnh của cuộn cảm đối với dũng điện xoay chiều

- Biờn độ cực đại

Dũng điện xoay chiều cú biờn độ tức thời dược tớnh theo cụng thức : u(t) = Um sin t và i(t) = Imsint

So sỏnh biẻu thức u(t) và cụng thức tớnh điện ỏp uL trờn cuộn cảm ta cú Um = .L.Im = 2f.L.Im

Đõy là điện ỏp cực đại trờn cuộn cảm.

- Sức cản của cuộn cảm đối với dũng AC Theo định luật ohm ta cú :

I U

R = . Áp dụng trờn cuộn cảm đối với AC ta cú :

fL L I U I L U m m m m = .  = =2

So sỏnh hai trường hợp ta thấy L cú ý nghĩa như là điện trở, đối với cuộ dõy gọi là cảm khỏng, ký hiệu là XL. Ta cú : fL L XL = =2 Trong đú : L – hệ số tự cảm (H) ; f – tần số (Hz) ; XL - cảm khỏng () Cảm khỏng XL tỉ lệ với tần sồ và hệ số tự cảm L. cảm khỏng cũng cú đơn vị là  như điện trở.

- ỏp dụng định luật ohm vào mạch thuần cảm

Trong một mạch điện chỉ cú cuộn cảm và nguồn xoay chiều, ta cú thể dựng định luật ohm để tớnh toỏn cỏc thụng số của mạch. Giả sử nguồn điện xoay chiều cú :

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 38

us(t) = Umsint

Dũng điện vào vuộn dõy trể pha hơn 90o nờn :iL(t) = Imsin(t - 90o) Biờn độ cực đại là : L U X U I m L m m .  = = Biờn độ hiệu dụng : 2 . 2 . 2 m m L m L I L U X U X U I = = = = 

3.3. Phương phỏp kiểm tra chất lượng cuộn cảm

- Kiểm tra giỏ trị điện cảm của cuộn dõy ta dựng đồng hồ Megaụm, cỏc thao tỏc cũng giống như cỏc thao tỏc dựng đồng hồ Megaụm để đo điện dung của tụ, nhưng đơn vị là Henri ( H )

- Kiểm tra chất lượng của cuộn cảm ta dựng đồng hồ Megaụm để kiểm tra giỏ trị điện cảm. Hoặc dựng đồng hồ vạn năng để kiểm tra chất lương của cuộn cảm, quỏ trình đo sẽ xẩy ra một trong cỏc trường hợp sau:

Bước 1: Dựng đồng hồ thang đo ụm nhỏ nhất

Bước 2: Đặt hai que đo lờn hai đầu cuộn cảm, đồng thời quan sỏt quỏ trỡnh di chuyển của tụ. Quỏ trình đo sẽ xẩy ra một trong cỏc trường hợp sau:

- Nếu kim đồng hồ tiến về vị trớ 0 chứng tỏ cuộn cảm bị chập => chất lượng cuộn cảm đú bị hỏng

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 39

- Nếu kim tiến về vị trớ 0 sau đú trả về vị trớ và dừng lại một gỏi trị lớn, chứng tỏ cuộn cảm bị chập một số vũng => hỏng

- Nếu kết quả phộp đo bằng ∞, chứng tỏ cuộn cảm bị đứt => hỏng .

- Nếu kết quả phộp đo nhỏ =>chứng tỏ chất lượng cuộn cảm cũn tốt

3.4. Cỏch ghộp cuộn cảm 3.4.1. Ghộp nối tiếp cuộn cảm 3.4.1. Ghộp nối tiếp cuộn cảm

L = L1 + L2 + ...+Ln

3.4.2. Ghộp song song cuộn cảm

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 40 BÀI 3: LINH KIỆN BÁN DẪN

1. Khỏi niệm chất bỏn dẫn

Hai chất bỏn dẫn thụng dụng là silicium và germanium cú điện trở suất là: Si = 1014 mm2/m

Ge = 8,9.1012mm2/m

Trị điện trở suất này rất lớn so với chất dẫn điện như đồng, nhụm… nhưnhư lạ rất nhr so với chất cỏch đirnj như thủy tinh, gốm, giấy…

Điện trở của chất bỏn dẫn thay đổi rất lớn theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng lờn điện trở của chất bỏn dẫn giảm xuống, ở nhiệt độ càng cao mức điện trở càng lớn. Như vậy, điện trở của chất bỏn dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhờ vào tớnh chất này người ta chế tạo ra cỏc điện trở phụ thuộc nhiệt độ gọi là điện trở nhiệt (Themistor)

Điện trở của chất bỏn dẫn khi đặt trong vỏ kớn khụng cú ỏnh sỏng chiếu vào cú trị số rất lớn. khi chiếu ỏnh sỏng vào chất bỏn dẫn thì điện trở giảm xuống. Cường độ chiếu sỏng càng mạnh thì điện trở càng lớn. Như vậy, điện trở của chất bỏn dẫn phụ thuộc vào ỏnh sỏng. Nhờ vào tớnh chất này người ta chế tạo ra điện trở phụ thuộc ỏnh sỏng gọi là điện trở quang (photo resistor)

Một khối bỏn dẫn tinh khiết cú điện trở rất lớn nhưng nếu pha vào một tỉ lệ rất thấp cỏc chất thớch hợp thì điện trở của chất bỏn dẫn giảm xuống rừ rệt. tỉ lệ pha càng cao thì mức điện trở càng nhỏ. Như vậy, điện trở của chất bỏn dẫn phụ thuộc vào độ tinh khiết.

Nhờ vào tớnh chất này người ta chế tạo ra diode, transistor.

1.1. Chất bỏn dẫn thuần

Chất bỏn dẫn là những chất cú đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cỏch điện, về phương diện hoỏ học thì bỏn dẫn là những chất cú 4 điện tử ở lớp ngoài cựng của nguyờn tử. đú là cỏc chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si)

Từ cỏc chất bỏn dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bỏn dẫn là bỏn dẫn loại N và bỏn dẫn loại P, sau đú ghộp cỏc miếng bỏn dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor.

Si và Ge đều cú hoỏ trị 4, tức là lớp ngoài cựng cú 4 điện tử, ở thể tinh khiết cỏc nguyờn tử Si (Ge) liờn kết với nhau theo liờn kết cộng hoỏ trị như hình vẽ :

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 41

Khi xột sự liờn kết giữa cỏc nguyờn tửngười ta chỉ xột lớp ngoài cựng. Trong khụi bỏn dẫn tinh khiết, cỏc nguyờn tử gần nhau sẽ liờn kết với nhau theo kiểu cộng húa trị. Bốn electron của mỗi nguyờn tứ sẽ nối với bốn electron của cỏc nguyờn tử xung quanh tạo thành bốn mối nối làm sao chocỏc electron được liờn kết chặt chẽ với nhau. Sự liờn kết này làm cho cỏc electron khú tỏch rời khỏi nguyờn tử để trở thành electron tự do. Như vậy, chất bỏn dẫn tinh khiết cú điện trở rất lớn

1.2. Chất bỏn dẫn loại P

Ngược lại khi ta pha thờm một lượng nhỏ chất cú hoỏ trị 3 như Indium (In) vào chất bỏn dẫn Si thỡ 1 nguyờn tử Indium sẽ liờn kết với 4 nguyờn tử Si theo liờn kết cộng hoỏ trị và liờn kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) và được gọi là chất bỏn dẫn P

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 42

Quỏ trình chuyển động của cỏc lỗ trống này sẽ tạo dũng điện, cú chiều cựng chiều di chuyển của lỗ trống (dũng dương).

Chất bỏn dẫn loại N cũn gọi là chất bỏn dẫn loại õm, chất bỏn dẫn loại P cũn gọi là chất bỏn dẫn loại dương. Tuy nhiờn núi như thế khụng cú nghĩa là chất bỏn dẫn lọai N hay P mang điện tớch dương hay điện tớch õm mà cả hai loại này ở trạng thỏi bình thường đều trung hũa về điện. Gọi là chất bỏn dẫn õm hay dương ý núi khả năng cho ra electron tự do của chất bỏn dẫn loại N hay khả năng nhận electron tự do của chất bỏn dẫn loại P.

1.3. Chất bỏn dẫn loại N

Khi ta pha một lượng nhỏ chất cú hoỏ trị 5 như Phospho (P) vào chất bỏn dẫn Si thì một nguyờn tử P liờn kết với 4 nguyờn tử Si theo liờn kết cộng hoỏ trị, nguyờn tử Phospho chỉ cú 4 điện tử tham gia liờn kết và cũn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bỏn dẫn lỳc này trở thành thừa điện tử ( mang điện õm) và được gọi là bỏn dẫn N ( Negative : õm ) hình vẽ :

Quỏ trình chuyển động của cỏc điện tử tự do này sẽ tạo dũng điện, cú chiều ngược chiều di chuyển của điện tử tự do (dũng õm).

2. Diode

2.1 Cấu tạo, ký hiệu và ứng dụng của Diode a. Cấu tạo và ký hiệu a. Cấu tạo và ký hiệu

Khi đó cú được hai chất bỏn dẫn là P và N , nếu ghộp hai chất bỏn dẫn theo một tiếp giỏp P - N ta được một Diode, tiếp giỏp P -N cú đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xỳc, cỏc điện tử dư thừa trong bỏn dẫn N khuếch tỏn sang vựng bỏn dẫn P để lấp vào cỏc lỗ trống

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 43

=> tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cỏch điện giữa hai chất bỏn dẫn ( hình 2.41a ).

* Ở hình trờn là mối tiếp xỳc P - N và cũng chớnh là cấu tạo của Diode bỏn dẫn.

Nếu dựng hai chất bỏn N và P ghộp lại với nhau một tiếp giỏp P-N (hỡnh 2.41b), khi đú cỏc điện tử tự do của vựng N sẽ nhảy sang tỏi hợp với cỏc lỗ trống của vựng P.

Khi chất bỏn dẫn trung hũa về điện thì vựng gần tiếp giỏp P-N sẽ tạo thành ion dương đối với vựng N và ion õm đối với vựng P, sự chệch lệch điện tớch ở vựng tiếp giỏp P-N tạo thành hàng rào điện thế hình c).

A: Là cực Anot mang cực tớnh dương K: Là cực Kanot mang cực tớnh õm

b. Ứng dụng: Diode được dựng trong cỏc mạch chỉnh lưu, mạch hạn chế biờn độ (mạch ghim điện ỏp), bộ chỉnh lưu cụng suất...

2.2. Phõn loại

Ta cú thể phõn loại diode theo nhiều cỏch khỏc nhau.

- Phõn loại theo nguyờn lý hoath động: Diode chỉnh lưu, Diode ổn ỏp (Zener), Diode biến dung (Varricap), Diode ngược(Tunel).

- Phõn loại theo đặc điểm cấu tạo: Diode tiếp điểm và diode tiếp mặt

- Phõn loại theo cụng suất: Diode cụng suất bộ, diode cụng suất trung bình và diode cụng suất lớn.

a. Diode zener

Diode zener cú cấu tạo giống như diode thường nhưng cỏc chất bỏn dẫn được pha tạp chất với tỷ lệ cao hơn diode thường. Diode zener thường là diode silicium. Nú luụn hoạt động ở chế độ phõn cực ngược.

Người ta thường sử dụng diode zener vào việc ổn định điện ỏp một chiều. Khi điện ỏp phõn cực nghịch đặt vào diode zener tăng lờn một giỏ trị nhất định thì cú một dũng

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 44

điện lớn chạy qua diode zener. Điện ỏp mà nú bắt đầu cho dũng điện chạy qua gọi là điện ỏp đỏnh thủng Uz . Diode Zener thường được chế tạo với điện ỏp giữa khoảng 1V đến 200V. Khi cỏc điện ỏp nghịch nhỏ hơn điện ỏp Uz thì diode khụng dẫn.

- Ký hiệu, trị số và giỏ trị giới hạn

Ký hiệu và dạng cấu tạo của diode Zener được cho như hình trờn.

Ký hiệu được in lờn vỏ linh kiện, bắt đầu cú thể là cỏc chữ cỏi Z..., BZ..., hoặc là 1N.... Chữ kế tiếp ký hiệu Z... hay BZ... chỉ giỏ trị của điện ỏp đỏnh thủng UZ . Vớ dụ: Diode Z... 24V: cú UZ = 24V; Diode BZ...3V3:cú UZ = 3,3V (chữ V đúng vai trũ như dấu phẩy).

Cụng suất P của diode khụng được vượt quỏ giỏ trị giới hạn tối đa Ptot , và dũng IZ

củng khụng được vượt quỏ giỏ trị UZmax , nếu khụng diode sẻ bị phỏ hỏng.

Vớ dụ: Diode Zener ZPD 12 cú cụng suất Ptot = 0,5 W. Từ cụng suất này ta cú:

IZmax 40(mA)

Giỏ trị này chỉ đảm bảo ở nhiệt độ 250C. Khi nhiệt độ tăng thì Ptot giảm.

Đường đặc tớnh: Đường đặc tớnh của diode Zener được cho như hình vẽ: = = ) ( 12 ) (