1. Mạch nắn điện một bán kỳ:
Xem mạch điện biến thế làm nhiệm vụ hạ áp, tụ điện tích trữ năng lượng cịn gọi là tụ lọc nguồn, diode làm nhiệm vụ nắn điện (cịn gọi là chỉnh lưu).
Hình 2.8 Sơ đồ mạch D R C A B 110V 220V 0V Hình 2.9 Dạng sĩng ngõ ra VAC (t) VO VO (t) (t) Khi chưa cĩ tụ Khi cĩ tụ Tụ xả điện
Khi ở A cĩ bán kỳ dương ở B cĩ bán kỳ âm lúc này diode được phân cực thuận diode dẫn điện. Dịng điện qua tải và nạp vàotụ điện. Khi dịng điện AC đổi chiều, lúc này A cĩ bán kỳ âm và B cĩ bán kỳ dương → diode phân cực nghịch nên diode ngưng dẫn. Dịng điện khơng qua tải lúc này, tụ điện xả điện qua tải. Như vậy dịng điện qua tải một chiều nên người ta gọi là nắn điện một bán kỳ.
- Khi chưa cĩ tụ:
- Khi cĩ tụ:
2. Nắn điện tồn kỳ
2.1. Mạch dùng hai diode
- Khi A ở bán kỳ dương, ở B cĩ bán kỳ âm D1 dẫn, D2 ngưng. Lúc này cĩ dịng điện qua tải và nạp vào tụ thu được một bán kỳ dương ở ngõ ra. Khi dịng điện AC đổi chiều thì ở A cĩ bán kỳ âm và ở B cĩ bán kỳ dương. Lúc này D1 ngưng, D2 dẫn tạo trên tải một bán kỳ dương thứ hai. Như vậy trong khoảng thời
VDC = 0,45VAC VDC = 0,9VAC 110 V 220 V 0V C R D2 D1 A B Hình 2.10 Sơ đồ mạch VAC (t) Hình 2.11 Dạng sĩng ngõ ra VO (t) Khi chưa cĩ tụ VO (t) Khi cĩ tụ Tu xả điện
gian một chu kỳ của dịng điện AC thu được hai bán kỳ dương (Tụ nạp điện được hai lần).
- Mạch điện này thường được sử dụng cho các tải tiêu thụ dịng lớn nhưng chỉ cần tụ cĩ điện dung khơng lớn lắm. Thơng thường tụ sử dụng từ 470F
2200F (càng lớn càng tốt).
- Nếu đổi đầu diode ta sẽ cĩ nắn điện hai bán kỳ âm lúc đĩ phải đổi đầu tụ
- Khi khơng cĩ tụ: - Khi cĩ tụ: Ví dụ: Nếu VAC = 6(v). a/ Mạch nắn điện một bán kỳ: Khi chưa cĩ tụ: VDC = 0,45 .VAC = 0,45 . 6 = 2,7 (v) Khi cĩ tụ: VDC = 1,4.VAC = 1,4 . 6 = 8,4 (v) Mạch nắn điện hai bán kỳ: Khi chưa cĩ tụ: VDC = 0,9 .VAC = 0,45 . 6 = 5,4 (v) Khi cĩ tụ: VDC = 1,4.VAC = 1,4 . 6 = 8,4 (v) */ Chú ý:
Trên thị trường cĩ các diode đơi dành cho mạch nắn điện hai bán kỳ.
2.2. Mạch nắn điện tồn kỳ dùng 4 diode VDC = 0,9VAC VDC = 1,4VAC D1 D3 D2 D4 C 110V 220V 0V R Hình 2.13 Chỉmh lưu cầu Hình 2.12
Khi ở A cĩ bán kỳ dương ở B cĩ bán kỳ âm thì D2 và D4 phân cực nghịch nên ngưng dẫn. D1 và D3 phân cực thuận nên dẫn điện lúc này dịng điện qua tải và nạp vào tụ. Khi dịng điện AC đổi chiều thì ở A cĩ bán kỳ âm ở B cĩ bán kỳ dương thì D1 và D3 phân cực nghịch nên ngưng dẫn cịn D2 và D4 phân cực thuận nên dẫn điện lúc này dịng điện qua tải lần thứ hai (tụ nạp điện hai lần). Hiệu suất nắn điện của mạch tương tự như mạch nắn điện hai bán kỳ dùng hai diode tuy nhiên tiết kiệm được 1/2 cuộn dây.
Nắn điện như trên người ta cịn gọi là nắn điện kiểu cầu
*/Chú ý:
Trên thị trường đang cĩ diode cầu đưa ra 4 chân
3. Adaptor Biến thế 1A Biến thế 1A Tụ C = 2200F D1 = D2 = D3 = D4 = 1A V. Các lọai diode khác 1. Diode Zener a. Cấu tạo
Diode Zener cĩ cấu tạo giống như diode thường nhưng các chất bán được pha tạp chất cĩ nồng độ cao hơn diode thơng thường. Diode Zener thường là lọai Si. 110V 220V 0V D1 D3 D2 D4 C 0V 3V 4,5V 6V 7,5V 12V 9V DC out (Cơng tắc xoay 6 nắc) Led Hình 2.15 Adaptor Hình 2.14: Hình dáng cầu Diode
b. Ký hiệu hình dáng và đặc tuyến của diode Zener
*/ Ký hiệu:
*/ Hình dáng:
c. Đặc tính của diode Zerner
Trạng thái phân cực thuận :
Khi Diode Zener phân cực thuận cĩ đặc tính giống như diode nắn điện thơng thường.
Trạng thái phân cực ngược:
Do diode Zener cĩ nồng độ pha tạp chất với tỉ lệ cao hơn nên điiện áp nghịch VRmax cĩ trị số thấp hơn diode nắn điện.
Khi Diode Zener phân nghịch thì diode Zener tạo ra hiệu ứng Zener và cĩ điện áp là VZ. Tùy theo diode Zener mà điện áp VZ cĩ giá trị là 3V, 5V, 6V, 8V, 9V, 12V………. Khi diode Zener phân cực nghịch đến trị số dịng điện tăng mà điện áp khơng tăng nữa.
d. Ứng dụng
Ứng dụng quan trọng của diode Zener là được dùng làm linh kiện ổn định điện áp trong các mạch điện cĩ điện áp thay đổi.
Trong mạch ổn áp đơn giản (hình 2.18) thì điện áp ra trên tải VL = VZ là một trị số khơng đổi trong khi điện áp nguồn cung cấp VDC thay đổi.
A K
Hình 2.16 Ký hiệu của diode Zener
R I
VDC IZ IL RL
Hình 2.18: Mạch ổn áp đơn giản
Hình 2.17: Hình dáng và ký hiệu của Diode Zener Z.15 P N DZ.6.8 P N SD 4.7 P N ID VD
2. Diode quang (Photo diode) 2.1. Cấu tạo 2.1. Cấu tạo
Diode quang cĩ cấu tạo giống như diode thơng thường nhưng vỏ bọc cách điện cĩ một phần là kính hay thủy tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên ngịai chiếu vào mối nối P-N.
2.2. Đặc tính
Mối nối P- N phân cực nghịch khi được chiếu sáng vào mạch, tiếp giáp sẽ phát sinh hạt tải thiểu số qua mối nối và dịng điện biến đổi một cách tuyết tính với cường độ ánh sáng (Lux) chiếu vào nĩ.
Trị số điện trở của diode quang trong trường hợp được chiếu sáng và bị che tối.
Khi bị che tối: RNghịch= vơ cực ơm ; RThuận = Rất lớn
Khi bị sáng tối: RNghịch = 10K 100 K ; RThuận = Vài trăm . Diode quang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động điều khiển theo ánh sáng, báo động cháy.
2.3. Ký hiệu – Hình dáng:
3. Diode phát quang (Led: Light Emitting diode)
Thơng thường dịng điện đi qua vật dẫn sẽ phát sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Ở một số chất bán dẫn đặt biệt như (GaAs) Khi cĩ dịng điện đi qua thì cĩ hiện tượng bức xạ quang (phát ra ánh sáng). Tùy theo chất bán dẫn mà ánh sáng phát ra cĩ màu khác nhau. Dựa vào tính chất này người ta chế tạo Led cĩ màu khác nhau.
Led cĩ điện áp phân cực thuận cao hơn diode nắn điện nhưng điện áp phân cực ngược cực đại thường khơng cao.
Phân cực thuận: VD = 1,4v 1,8v (Led đỏ) P N Lỗ nhận ánh sáng Mặt nhận ánh sáng
Hình 2.20: Ký hiệu - Hình dáng của diode quang Hình 2.19
Lux ID
VD = 2v 2,5v (Led vàng) VD = 2v 2,8v (Led xanh lá)
ID= 5mA 20mA (Thường chọn 10mA)
Led thường được dùng trong mạch báo hiệu, chỉ thị trang thái của mạch như báo nguồn, trạng thái thuận hay ngược.
Câu hỏi và bài tập
1. Hãy nêu cấu tạo, vẽ ký hiệu của diode bán dẫn. 2. Hãy giải thích nguyên lý làm việc của diode bán dẫn 3. Hãy nêu phương pháp đo kiểm tra diode bán dẫn
4. Hãy vẽ mạch, dạng sĩng ngõ vào, ngõ ra của mạch chỉnh lưu một bán kỳ và giải thích nguyên lý làm việc
5. Hãy vẽ mạch, dạng sĩng ngõ vào, ngõ ra của mạch chỉnh lưu tàn kỳ dùng 4 diode và giải thích nguyên lý làm việc
6. Hãy vẽ mạch, dạng sĩng ngõ vào, ngõ ra của mạch chỉnh lưu tàn kỳ dùng 2 diode và giải thích nguyên lý làm việc
7. Hãy nêu cấu tạo, vẽ ký hiệu của diode Zener. 8. Hãy nêu đặc tính của diode Zener.
9. Hãy nêu cấu tạo, ký hiệu và đặc tính của quang diode.
A K
Bài 2: TRANSISTOR LƯỠNG CỰC
( BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR : BJT )
I. CẤU TẠO –KÝ HIỆU – HÌNH DÁNG:
1. CẤU TẠO:
Người ta dùng 3 miếng bán dẫn trong đĩ cĩ hai miếng bán dẫn cùng lọai (lọai N hoặc lọai P) cĩ hạt tải đa số khơng giống nhau. Thơng thường ở chân cĩ ký hiệu E cĩ nồng độ hạt tải cao hơn, ba miến bán dẫn này được ghép tiếp xúc với nhau hình thành nên hai mối nối P-N. Ba miếng bán dẫn được nối ra ba chân gọi là 3 cực là cực phát E, cực nền B và cực thu C.
Tùy theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo hai lọai transistor là transistor lọai PNP và NPN.
Cực phát E và cực thu C tuy cùng chất bán dẫn nhưng do kích thước và nồng độ pha tạp khác nhau nên khơng thể hĩan đổi vị trí cho nhau được.
*/ Ý nghĩa của ba cực của transistor:
- E (Emitter) cịn gọi là cực phát của các hạt tải đa số trong quá trình dẫn điện của
transistor.
- C (Collector) gọi là cực thu là nơi thu gĩp các hạt tải đa số xuất phát từ E - B (Base) cịn gọi là cực khiển là nơi điều khiển dịng hạt tải đa số từ E sang C. - Để phân biệt với các lọai transistor khác, lọai transistor NPN và PNP cịn được gọi là transistor lưỡng cực viết tắt là BJT
2. Ký hiệu:
Hình 2.23 Ký hiệu của transistor
B
E C
Ký hiệu Transistor lọai NPN
B
E C
Ký hiệu Transistor lọai PNP Hình 2.22 Cấu tạo của transistor
Collector Cực thu P N P B C E (Base : Cực nền) Emiter Cực phát
Transistor thuận lọai PNP N P N B C E (Base : Cực nền) Emiter Cực phát Colecter Cực thu Transistor nghịch lọai NPN
3. Hình dáng:
II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TRANSISTOR:
*/ Tiên đề :
- Mối nối BE phân cực thuận - Mối nối BC phân cực nghịch
Transistor dẫn điện.
1. Nguyên lý vận chuyển của transistor lọai NPN:
Để phân cực transistor lọai NPN ta mắc như sau: VB > VE ; VB < VC
→ Như vậy thì sẽ thỏa tiên đề do đĩ transistor dẫn điện như sau :
Chất bán dẫn lọai P và N của cực B và cực E được phân cực thuận (VB > VE ) nên dẫn điện, điện tử từ vùng bán dẫn lọai N của cực E sẽ khếch tán sang vùng bán dẫn lọai P củc B để tái hợp với lỗ trống , Khi đĩ cực B nhận thêm điện tử nên cĩ điện tích âm. Cực B nối vào điện thế dương của nguồn VEE nên sẽ hút một số điện tử trong vùng bán dẫn lọai P tạo thành dịng điện IB. Cực C nối vào nguồn điện thế dương của nguồn VCC cao hơn nên hút hầu hết điện tử trong vùng bán dẫn lọai P sang vùng bán dẫn lọai N của cực C tạo thành dịng điện IC. Cực E nối vào điện thế âm của nguồn VEE nên khi vùng bán dẫn lọai N mất điện tử sẽ hút điện tử từ nguồn âm lên để thế chổ tạo thành dịng điện IE .
Như vậy dịng điện qua các cực của transistor là : IB → Chạy vào cực B IC → Chạy ra cực C P N N B C E Phân cực
thuận Phân cực nghịch VEE IB VCC
IC IE
P
N N
Hình 2.25 Nguyên lý làm việc transistor loại NPN Tên D718 Hình 2.24 Hình dáng của transistor B E C E B Dạng sị (họat động ở cơng suất lớn) C181 5 C B E
IE → Chạy ra cực E
Áp dụng định luật Kiêcchơp I cho điểm nút B ta cĩ :
Do dịng điện IB rất nhỏ (khỏang vài A) nên ta cĩ thể bỏ qua
Do đĩ :
2. Nguyên lý vậnchuyển của transistor lọai PNP:
Để phân cực transistor lọai PNP ta mắc như sau: VB < VE ; VB > VC
→ Như vậy thì sẽ thỏa tiền đề do đĩ transistor dẫn điện như sau:
Chất bán dẫn lọai P và N của cực B và cực E được phân cực thuận (VB < VE) nên dẫn điện .Lổ trống từ vùng bán dẫn lọai P của cực E sẽ khuếch tán sang vùng bán dẫn lọai N củc B để tái hợp với điện tử, Khi đĩ cực B cĩ thêm lổ trống nên cĩ điện tích
dương. Cực B nối vào điện thế âm của nguồn VEE nên sẽ hút một số lổ trống trong vùng
bán dẫn lọai N xuống tạo thành dịng điện IB. Cực C nối vào nguồn điện thế âm của nguồn VCC cao hơn nên hút hầu hết lổ trống trong vùng bán dẫn lọai N sang vùng bán dẫn lọai P của cực C tạo thành dịng điện IC. Cực E nối vào điện thế dương của nguồn VEE nên khi vùng bán dẫn lọai P mất lổ trống sẽ hút lổ trống từ nguồn dương lên để thế chổ tạo thành dịng điện IE .
Như vậy dịng điện qua các cực của transistor là : IB → Chạy ra cực B
IC → Chạy vào cực C IE → Chạy vào cực E Tương tự ta cũng cĩ:
III. Phương pháp đo xác định chân và đokiểm tra:
1. Đối với transistor loại NPN:
1.1. Xác định chân B:
Đặt thang đo ở thang đo Rx1, rồi sau đĩ áp que đen vào một trong ba chân bất kỳ sau đĩ áp que đỏ vào hai chân cịn lại nếu cả hai lần áp mà kim đều lên bằng nhau thì que đen đang nằm ở chân nào thì chân đĩ chính là chân B. Cịn nếu cả hai kim khơng lên thì ta tiến hành đổi que đen sang chân khác và tiếp tục làm giống như trước cho đến khi tìm được chân B. IE = I C + IB IE I C IE I C N P P B C E Phân cực
thuận Phân cực nghịch VEE IB VCC
IC IE
N
P P
1.2. Xác định chân E và chân C:
Sau khi tìm được chân B ta chuyển thang đo sang Rx10K, sau đĩ áp que đen và que đỏ vào hai chân cịn lại rồi sau đĩ dùng tay kích vào chân B nếu kim đồng hồ lên thì que đen đang áp vào chân nào thì đĩ chính là chân C cịn lại là chân E. Cịn nguợc lại kích vào chân B mà kim khơng lên thì ta đổi vị trí của que đen và que đỏ và tiếp tục kích như trên đến khi nào tìm được chân C và chân E.
2. Đối với transistor loại PNP:
Đối với transistor loại PNP thì làm tương tự như trên nhưng que đen và que đỏ ngược lại.
3. Đo kiểm tra:
3.1. Đo mối nối BE và BC :sau hai lần đảo chiều que đo một lần kim lên và một lần kim khơng lên → transistor cịn tốt.
Nếu cả hai lần kim đều khơng lên → bị đứt mối nối P-N thường đứt mối nối BE (do khi họat động dịng phân cực quá lớn)
Nếu cả hai lần kim đều lên → transistor bị chạm mối nối P-N (thơng thường bị
chạm mối nối BC phân cực nghịch quá lớn).
3.2. Đo giữa chân E và chân C ở thang đo Rx10K Kim phải khơng lên cịn nếu kim lên thì transistor bị rỉ.
Câu hỏi và bài tập
1. Hãy nêu cấu tạo, vẽ ký hiệu của transistor lưỡng cực (BJT). 2. Hãy giải thích nguyên lý làm việc của dioTransistor loại NPN 3. Hãy giải thích nguyên lý làm việc của dioTransistor loại PNP 4. Hãy nêu phương pháp đo kiểm tra transistor lưỡng cực (BJT)
Bài 3: PHÂN CỰC ỔN ĐỊNH TRANSISTOR
Transistor cĩ rất nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử, tùy theo các ứng dụng cụ thể mà transistor cần phải cung cấp điện áp và dịng điện cho từng chân một cách thích hợp. Việc chọn điện áp nguồn và điện trở ở các chân của transistor gọi là phân cực.
I. KHÁI NIỆM –CÁC ĐỊNH NGHĨA1. Khái niệm 1. Khái niệm
Phân cực là đưa điện áp một chiều (DC) vào các chân của linh kiện để làm cho các linh kiện này hoạt động theo ý muốn của mình.
Transitor lưỡng cực (BJT) hoạt động ở 3 vùng.
- Vùng tuyến tính (vùng tác động, vùng khuếch đại) → Vùng Analog (Vùng tương tự).
- Vùng bảo hịa - Vùng ngưng dẫn
2. Các định nghĩa
2.1. Hệ số khuếch đại dịng điện
2.2. Hệ số suy giảm
*/ Chú ý :
Từ nguyên lý làm việc của transistor ta cĩ : IE = IC + IB
Theo định nghĩa ta cĩ : IC = IB
Do đĩ :
= IC
IB (: Hệ số khuyếch đại dịng điện)
= IC IE (: Hệ số suy giảm bằng 0,95 0,98 ) Vùng Digital ( vùng số) IB (A) 0V II III I Vùng tuyến tính Vùng ngưng dẫn Vùng bảo hịa IB0 IB0 IB0 IB0 Hình 2.27
IE = IB + IB IE = IB ( + 1) Mà >> 1