Điện thế làm việccủa tụ điện

2. Tụ điện

2.4.4. Điện thế làm việccủa tụ điện

Khi nạp điện, điện tớch của tụ nạp tỉ lệ thuận với điện thế. Điện thế nạp vào tụ khụng tăng quỏ cao vì khi tăng điện thế cao sẽ sinh ra một lực điện trường mạnh làm bức xạ cỏc điện tử thành cỏc điện tử tự do. Xuất hiện dũng điện chạy qua chất điện mụi, điện mụi bị đỏnh thủng thì tụ hỏng. Điện thế tạo ra điện trường đủ mạnh núi trờn làm điện thế đỏnh thủng tụ.

Do đú khi sử dụng tụ điện để nạp và phúng thìđiện ỏp một chiều phải bộ hơn điện ỏp đỏnh thủng: Uđỏnh thủng = E . d

Như vậy: Trờn mỗi tụ điện cho biết điện ỏp giới hạn của tụ gọi là điện ỏp làm việc của tụ.

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 31 2.5. Phương phỏp kiểm tra chất lượng tụ điện

- Kiểm tra chất lượng của tụ điện ta dựng đồng hồ Megaụm để kiểm tra giỏ trị điện dung. Quỏ trình đo cũng giống như thao tỏc đo điện trở.

B ước 1: Cắm hai que đo vào hai vị trớ của tụ điện trờn đồng hồ.

B ước 2: Sử dụng thang đo ụm hợp lý.

Bước 3: Đặt hai que đo lờn hai cực của tụ, đồng thời quan sỏt và ghi lại giỏ trị hiển thị trờn mặt đụng hồ

Gọi kết quả đo được bằng đồng hồ vạn năng là R1.

Gọi giỏ trị xỏc định bằng mó húa hay số thực trờn thõn của linh kiện là R2. Quỏ trình kiểm tra sẽ xảy ra một trong cỏc trường hợp sau:

+/ Nếu R1 = ( ≈) R2 thì linh kiện đú cũn tốt.

+/ Nếu R1> R2 thì linh kiện đú bị khụ → tụ bị hỏng. +/ Nếu R1< R2 thì linh kiện đú bị rũ rỉ → tụ bị hỏng. +/ Nếu R1 =0 thì linh kiện đú bị thủng → tụ bị hỏng

- Dựng đồng hồ vạn năng để kiểm tra quỏ trình phúng nạp của tụ (ỏp dụng tụ phõn cực)

Bước 1: Dựng đồng hồ thang đo ụm hợp lý. Nếu giỏ trị điện dung của tụ nhỏ thì dựng giỏ trị thang đo lớn, nếu giỏ trị điện dung của tụ lớn thì dựng thang đo nhỏ

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 32 Bước 2: Dựng phần kim loại đồng nối tắt hai cực của tụ để tụ phúng hết điện

Bước 3: Đặt hai que đo lờn hai cực của tụ điện, đồng thời quan sỏt quỏ trình 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 sau đú kim tra từ từ về vị trớ ∞, chứng tỏ chất lượng tụ đú cũn tốt

- Nếu kim đồng hồ tiến về vị trớ 0 và nằm ngay tại vị trớ 0, chứng tỏ tụ đú bị chập → chất lượng tụ đú bị hỏng

- Nếu kim đồng hồ tiến về vị trớ 0 sau đú kim trả từ từ về vị trớ ∞ được khoảng nửa đường rồi dừng lại, chứng tỏ tụ bị rũ rỉ → tụ đú chất lượng kộm

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 33

- Nếu kim đồng hồ chỉ ở vị trớ ∞, chứng tỏ tụ bị khụ → tụ đú bị hỏng

Chỳ ý: Nếu tụ cú giỏ trị điện dung càng lớn thì dựng giỏ trị thang đo ụm càng nhỏ và ngược lại.

2.6. Cỏc kiểu ghộp tụ điện 2.6.1. Tụ điện ghộp nối tiếp 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