1. Điện trở
1.1. Khái niệm
Điện trở là hiểu một cách đơn giản là vật cản trở dòng điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vơ cùng lớn.
Điện trở của dây dẫn: phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo cơng thức sau:
R = .L / S Trong đó:
R () là điện trở đơn vị là Ohm L (m) là chiều dài dây dẫn S (m2) là tiết diện dây dẫn
(m) là điện trở suất phụ thuộc vào chất liệu
Vật liệu Điện trở suất Vật liệu Điện trở suất
Bạc 0.016 Kẽm 0.060
Đồng 0.017 Thép 0.100
Vàng 0.020 Chì 0.210
Nhôm 0.026 Niken 0.420
Điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ: = o(1+at)
o: điện trở suất ở 0oC, a: hệ số nhiệt, t: nhiệt độ oC
1.2. Hình dáng và ký hiệu:
Ở đây ta chỉ xét điện trở dùng trong các thiết bị điện tử, thường có hình dạng và ký hiệu như sau:
Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.
43 | P a g e
1.3. Cách đọc trị số điện trở theo vạch màu: (theo bảng quy ước màu)
Bảng quy ước màu
Màu sắc Giá trị Cấp nhân Sai số Màu sắc Giá trị Cấp nhân Sai số
Đen 0 100 Xanh lơ 6 106 0,25%
Nâu 1 101 1% Tím 7 107 0,1% Đỏ 2 102 2% Xám 8 Cam 3 103 Trắng 9 Vàng 4 104 Nhũ vàng 10-1 5% Xanh lá 5 105 0,5% Nhũ bạc 10-2 10% + Cách đọc trị số điện trở 4 vịng màu: Ví dụ: vịng 1: đỏ, vịng 2: tím, vịng 3: cam, vịng 4: nhũ vàng
+ Cách đọc trị số điện trở 5 vịng màu (điện trở chính xác):
Ví dụ: vịng 1: đỏ, vịng 2: tím, vịng 3: vàng, vịng 4: đỏ, vịng 5: nâu
+ Các trị số điện trở thơng dụng:
Các nhà sản xuất chỉ đưa ra một số giá trị điện trở thông dụng:
1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91 100, 110, 120, 130, 150, 160, 180, 200, 220, 240, 270, 300, 330, 360, 390, 430, 470, 510, 560, 620, 680, 750, 820, 910…
1.4. Phân loại điện trở.
- Điện trở than: ép dạng thanh hoặc trụ chế tạo từ bột than (cacbon, chất dẫn
điện rất tốt) trộn với chất liên kết (thường là pheno, chất khơng dẫn điện). Nung nóng 1 2 3 4 5
2 7 4 x102 1% = 27,4 K 0,274K 1 2 3 4
44 | P a g e
để làm hoá thể rắn hỗn hợp trên theo dạng hình trụ và được bảo vệ bằng một lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn. Trở kháng của sản phẩm cuối cùng phụ thuộc vào tỉ lệ của cacbon so với chất không dẫn điện cũng như khoảng cách giữa các đầu dây. Điện trở hợp chất carbon có độ ổn định cao, là loại điện trở phổ biến nhất, có cơng suất danh định từ 1/8W đến 1W hoặc 2W. Loại điện trở này có trị số có thể rất nhỏ hoặc rất lớn, giá trị từ 10Ω đến 20MΩ. Mặt khác, nó mang tính thuần trở, các yếu tố điện dung cũng như điện cảm hầu như không đáng kể. Điều này làm cho điện trở hợp chất carbon được sử dụng rộng rãi trong các bộ xử lý tín hiệu radio.
- Điện trở màng kim loại: (còn gọi là điện trở dạng phim - film resistor) chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr trên thân gốm có xẻ rãnh xoắn sau đó phủ lớp sơn, loại này có độ ổn định cao hơn loại than nhưng giá thành cũng cao hơn vài lần.
- Điện trở oxit kim loại: kết lắng màng oxit thiếc trên thanh SiO2, có khả năng chống nhiệt và chống ẩm tốt, công suất danh định 1/2W
- Điện trở dây quấn: thường dùng khi yêu cầu giá trị điện trở rất thấp, chịu dịng lớn và cơng suất từ 1W đến 25W (trường hợp đặc biệt chúng chính là bộ đốt nóng bằng điện và có cơng suất lên tới hàng ngàn Watt). Nó được cấu tạo bằng cách sử dụng một đoạn dây dẫn làm từ chất khơng dẫn điện tốt, ví dụ như nicrome. Dây dẫn sẽ quấn quanh một vật hình trụ giống như một cuộn dây (nên còn được gọi là điện trở cuộn dây). Trở kháng khi đó phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn, đường kính và chiều dài dây dẫn. Nhược điểm chính của điện trở loại này là nó hoạt động như một bộ cảm ứng điện từ, nghĩa là không phù hợp với các mạch tần số cao.
- Điện trở mạch tích hợp: là các điện trở được chế tạo ngay trên một chip bán
dẫn tạo thành một IC. Độ dài, loại vật liệu và độ tập trung của các chất pha trộn thêm vào sẽ quyết định giá trị của điện trở.
+ Biến trở: Là loại điện trở có thể điều chỉnh để thay đổi giá trị, ký hiệu là VR
(variable resistor) chúng thường có hình dạng như sau:
Hình dạng biến trở
45 | P a g e
1.5. Công suất của điện trở
Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một cơng suất P tính theo cơng thức: P = U.I = U2/ R = I2.R
Theo công thức trên ta thấy, công suất tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào dòng điện đi qua điện trở và điện áp trên hai đầu điện trở.
Nếu đem một điện trở có cơng suất danh định nhỏ hơn cơng suất tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy.
Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có cơng suất danh định ≥ 2 lần cơng suất mà nó sẽ tiêu thụ.
Ví dụ: trong hình 1.1 khi bật điện, các điện trở đều tiêu thụ một công suất là:
P = U2 / R = 122 / 120 = 1,2W
Do đó điện trở R2 (120Ω / 1W) bị cháy do quá công suất.
1.6. Điện trở mắc nối tiếp – song song:
+ Điện trở mắc nối tiếp ( hình 1.2)
R = ∑ Ri I = Ii U = ∑ Ui Theo hình bên ta có: R = R1 + R2 + R3 I = I1 = I2 = I3 U = U1 + U2 + U3 = E
+ Điện trở mắc song song ( hình 1.3) 1 / R = ∑ 1 / Ri U = Ui I = ∑ Ii Theo hình bên ta có: 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 U = U1 = U2 = U3 = E I = I1 + I2 + I3 = U / R 1.7. Ứng dụng của điện trở: + Phân áp: R1 120Ω 2W R2 120Ω 1W E 12 V R1 R2 E R3 R1 R2 E R3 Hình 1.1 Hình 1.3
46 | P a g e VCC
R1
R2
V2
Ví dụ có một đèn LED 3V-10mA, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp đèn với điện trở R để sụt áp bớt 9V trên điện trở như hình 1.4. Tính giá trị R, PR
R = (12 – 3) / 10 = 0,9KΩ
PR = 9. 10 = 90mW = 0,09W chọn R
công suất danh định 0,125W hoặc 0,25W
+ Phân dịng: VCC R3 R4 I4 I3 I Ví dụ có một đèn 6V-0,5W, gắn vào nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp đèn với điện trở R để sụt áp bớt 6V trên điện trở như hình 1.5. Tính giá trị R, PR I = 5 / 60 A R = (12 – 6) / (5 / 60) = 72KΩ PR = 6. (5 / 60) = 0,5W chọn R công I3 = I. R4 / (R3 + R4) = I – I4 I4 = I. R3 / (R3 + R4) = I – I3 R E 12V LED 3V-10mA R2 E 12V 6V 0,5W R1 V1 = Vcc. R1 / (R1 + R2) = Vcc – V2 V2 = Vcc. R2 / (R1 + R2) = Vcc – V1 Hình 1.4 Sơ đồ phân áp Sơ đồ phân dịng Hình 1.5
47 | P a g e
suất danh định 1W.
Nếu chúng ta chỉ có các điện trở cơng suất 0,5W thì ta phải mắc 2 điện trở song song: R1 = R2 = 144KΩ
+ Phân cực cho các linh kiện bán dẫn
Ví dụ mạch phân cực Transistor:
E1
E2 Rc
Rb
+ Tham gia vào các mạch tạo dao động RC, RL, IC555…
Vi Vo Vi Vo VCC OUT GND DIS RST THR CON TRI Vcc R1 R2 C 0.01 Vo 555 Mạch dao động RC Mạch dao động RL Mạch dao động dùng IC555
48 | P a g e 2. Tụ điện
2.1. Cấu tạo của tụ điện
Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi. Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá.
Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hóa
2.2. Hình dáng thực tế của tụ điện
Tụ gốm Tụ hoá
2.3. Điện dung
Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức : C = . S / d
Trong đó:
C: điện dung tụ điện (F)
: hằng số điện môi của lớp cách điện
d: bề dày của lớp cách điện (m) S: diện tích bản cực của tụ điện (m2) 1F = 103mF = 106 µF = 109 nF = 1012 pF Mắc nối tiếp: 1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + … Mắc song song: C = C1 + C2 + …
49 | P a g e 2.4. Sự phóng nạp của tụ điện Ví dụ xét mạch điện sau: E C K1 K2 R
Tụ nạp điện: khi cơng tắc K1 đóng, dịng điện từ nguồn E đi qua bóng đèn để nạp vào tụ, dịng nạp này làm bóng đèn l sáng, khi tụ nạp đầy thì dịng nạp giảm bằng 0 vì vậy bóng đèn tắt.
Tụ phóng điện: Khi tụ đã nạp đầy, nếu công tắc K1 mở, cơng tắc K2 đóng thì dịng điện từ cực dương (+) của tụ phóng qua bóng đèn về cực âm (-) làm bóng đèn loé sáng, khi tụ phóng hết điện thì bóng đèn tắt.
Nếu điện dung tụ càng lớn thì bóng đèn l sáng càng lâu hay thời gian phóng nạp càng lâu.
Điện thế tức thời trên 2 đầu tụ:
Khi nạp: τ) t e - E(1 v(t) Khi xả: τ t Ee v(t) = RC
Dòng điện tức thời qua tụ:
Khi nạp: τ t e R E i(t) Khi xả: τ t e R E i(t) E t Điện thế nạp Điện thế xả 5 Đồ thị nạp, xả điện thế 2 đầu tụ
50 | P a g e
Tụ điện trong mạch xoay chiều:
Dòng điện tức thời: i(t) = Imsint. Điện áp nạp trên tụ: t 0 i(t)dt C 1 (t) C v Dung kháng: Cω 1 C X
2.5. Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện.
Tụ hóa: giá trị điện dung của tụ hố được ghi trực tiếp trên thân tụ, điện dung từ 1 – 10.000 µF, có cực tính, điện thế giơi hạn < 500V
Tụ giấy, tụ gốm: trị số có thể đọc trực tiếp hoặc ghi bằng ký hiệu, điện dung từ 1pF – 1µF, khơng có cực tính, điện thế giới hạn khoảng vài trăm volt
Ví dụ: trên tụ ghi Sai số:
.01 0,01µF J = ± 5%
22 22pF K = ± 10%
100 100 pF M = ± 20%
102 10.102pF
Tụ mica: điện dung từ 1pF – dưới 1µF, khơng có cực tính, điện thế giới hạn trên 1000V, đọc theo chấm màu tương tự như điện trở
2.6. Ứng dụng của tụ điện.
Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, dùng để truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động...
3. Cuộn dây
3.1. Cấu tạo của cuộn cảm.
Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cách điện, lõi cuộn dây có thể là khơng khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferit hay lõi thép kỹ thuật.
Cuộn dây lõi khơng khí Cuộn dây lõi Ferit
51 | P a g e
3.2. Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm.
+ Hệ số tự cảm (định luật Faraday)
Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dịng điện biến thiên chạy qua.
L = (µr.n2.S.4ð.10-7) / l
L: hệ số tự cảm của cn dây (H) n: số vòng dây của cuộn dây. l: chiều dài của cuộn dây (m) S: tiết diện của lõi (m2)
µr: hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi Mắc nối tiếp: L = L1 + L2 + …
Mắc song song: 1 / L = 1 / L1 + 1 / L2 + … + Cảm kháng
Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều
XL = L = 2ðfL
+ Dòng điện tức thời: i(t) = Imsint + Điện áp trên cuộn dây:
dt di L (t) L v
+ Điện trở thuần của cuộn dây
Là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần cịn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động.
3.3. Tính chất nạp xả của cuộn cảm
Cuộn dây nạp năng lượng:
Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo công thức
W = L.I 2 / 2 W: năng lượng (J) L: Hệ số tự cảm (H) I: dịng điện (A)
Thí nghiệm về tính nạp xả của cuộn dây:
Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần (do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dịng điện tăng đột ngột) vì vậy bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2
52 | P a g e
đóng, năng lượng nạp trong cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng, đó là hiện tượng cuộn dây xả điện.
3.4. Ứng dụng
+ Loa:
Cấu tạo của loa ( hình 1.6): Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng vào nhau, cực N ở giữa và cực S ở xung quanh, giữa hai cực tạo thành một khe từ có từ trường khá mạnh, một cuôn dây được gắn với màng loa và được đặt trong khe từ, màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động ra vào.
Hoạt động: Khi ta cho dòng điện âm tần (từ 20 Hz 20KHz) chạy qua cuộn
dây, cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên và bị từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động màng loa dao động theo và phát ra âm thanh.
Chú ý: Tuyệt đối ta khơng được đưa dịng điện một chiều vào loa, vì dịng điện một chiều chỉ tạo ra từ trường cố định và cuộn dây của loa chỉ lệch về một hướng rồi
53 | P a g e
dừng lại, khi đó dịng một chiều qua cuộn dây tăng mạnh (do khơng có điện áp cảm ứng theo chiều ngược lại) vì vậy cuộn dây sẽ bị cháy.
+ Micro:
Thực chất cấu tạo Micro là một chiếc loa thu nhỏ, về cấu tạo Micro giống loa nhưng Micro có số vịng quấn trên cuộn dây lớn hơn loa rất nhiều vì vậy trở kháng của cuộn dây Micro là rất lớn khoảng 600 (trở kháng loa từ 4 - 16) ngoài ra màng Micro cũng được cấu tạo rất mỏng để dễ dàng dao động khi có âm thanh tác động vào. Loa là thiết bị để chuyển dòng điện thành âm thanh cịn Micro thì ngược lại, Micro đổi dao động âm thanh thành dòng điện âm tần.
+ Rơle (Relay):
Khi cho dòng điện vào cuộn dây rơle sẽ tạo ra lực hút để đóng mở tiếp điểm, ứng dụng để điều khiển đóng ngắt.
+ Biến áp
Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một cuộn sơ cấp (đưa điện áp vào) và một hay nhiều cuộn thứ cấp (lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi ferit.
U
Hình dáng và kết cấu rơle
54 | P a g e
Ký hiệu của biến áp
Lõi thép Lõi ferit Lõi khơng khí
Tỉ số biến áp lý tưởng: I1 I2 U2 U1 n2 n1 II. DIODE 1. Chất bán dẫn
Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diện hố học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngồi