2.4 Cuộn cảm (Inductor)
2.4.2 Ứng dụng của cuộn cảm
- Bộ lọc
Cuộn cảm được sử dụng rộng rãi với các tụ điện và điện trở để tạo ra các bộ lọc cho các mạch tương tự và trong xử lý tín hiệu. Một cuộn cảm cĩ chức năng như một bộ lọc thơng thấp, do trở kháng của một cuộn cảm sẽ tăng lên khi tần số của một tín hiệu tăng lên. Khi được kết hợp với một tụ điện, thì trở kháng giảm khi tần số của một tín hiệu tăng, sẽ thành một bộ lọc thơng dải chỉ cho phép một dải tần số nhất định cĩ thể vượt qua. Bằng cách kết hợp tụ điện, cuộn cảm và điện trở cĩ thể tạo ra những bộ lọc tiên tiến với rất nhiều ứng dụng.
2019 TRANG 30
Các bộ lọc được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, mặc dù tụ thường được sử dụng chứ khơng phải là cuộn cảm vì chúng nhỏ hơn và rẻ hơn.
Hình 2.18: Bộ lọc thơng thấp
- Cảm biến
Cảm biến từ sử dụng cuộn cảm để cảm nhận từ trường hay sự hiện diện của vật liệu từ tính lan truyền từ một khoảng cách. Cảm biến cảm ứng được sử dụng ở hầu hết các giao lộ với một đèn giao thơng để phát hiện số lượng lưu lượng và điều chỉnh tín hiệu cho phù hợp. Những cảm biến này làm việc đặc biệt tốt cho xe ơ tơ và xe tải, nhưng một số xe gắn máy và các loại xe khác khơng cĩ đủ đáp ứng để được phát hiện bởi các cảm biến mà khơng cĩ một chút tăng thêm bằng cách thêm một nam châm để dưới cùng của chiếc xe. Cảm biến cảm ứng được giới hạn trong hai cách, một trong hai đối tượng để được cảm nhận phải cĩ từ tính và gây ra một dịng điện chạy trong các bộ cảm biến hoặc cảm biến phải được hỗ trợ để phát hiện sự hiện diện của vật liệu tương tác với từ trường. Điều này hạn chế các ứng dụng của cảm biến cảm ứng và cĩ ảnh hưởng lớn về thiết kế sử dụng chúng.
- Máy biến áp
Tổ hợp phần điện cảm trong quỹ đạo từ trường sẽ tạo ra một máy biến áp. Các biến áp là một thành phần cơ bản của lưới điện quốc gia và được trang bị trong nhiều nguồn cung cấp điện cũng như để tăng hoặc giảm điện áp đến một mức độ mong muốn. Kể từ khi từ trường được tạo ra bởi một sự thay đổi của dịng điện, thay đổi làm dao động của dịng điện nhanh hơn (tăng tần số) sẽ làm máy biến áp hoạt động hiệu quả hơn. Tuy nhiên, khi tần số của đầu vào tăng, trở kháng của cuộn dây bắt đầu hạn chế hiệu quả của máy biến áp.
2019 TRANG 31 - Động cơ điện (Electric Motor)
Thơng thường cuộn cảm luơn đặt ở một vị trí cố định và khơng được phép di chuyển để bố trí thẳng hàng với bất kỳ các linh phụ kiện cĩ thể tạo ra từ trường ở xung quanh. Động cơ cảm ứng lực momen từ trường tác động, biến năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Động cơ cảm ứng được thiết kế sao cho từ trường quay được tạo ra đồng bộ với một nguồn điện xoay chiều đầu vào. Kể từ khi tốc độ quay được điều khiển bởi các tần số đầu vào, động cơ cảm ứng thường được sử dụng trong các mức tốc độ cố định từ nguồn trang bị trực tiếp cĩ tần số 50/60 hz. Ưu điểm lớn nhất của động cơ cảm ứng so với các thiết kế khác là khơng cần cĩ tiếp xúc điện giữa trục quay rotor và phần cịn lại của động cơ làm cho động cơ cảm ứng rất mạnh mẽ và đáng tin cậy.
Hình 2.20: Rotor của động cơ điện
- Lưu trữ năng lượng
Giống như tụ điện, cuộn cảm cĩ thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng. Điểm khác với tụ điện là cuộn cảm cĩ giới hạn về thời gian lưu trữ năng lượng, vì khi ngắt nguồn thì nguồn năng lượng dưới dạng từ trường sẽ bị mất đi một cách nhanh chĩng. Việc sử cuộn cảm cho chức năng lưu trữ năng lượng chủ yếu được dùng trong bộ chuyển đổi nguồn cung cấp, như việc cung cấp nguồn điện trong máy tính. Trong các cách cung cấp nguồn đơn giản hơn, khơng cách ly chuyển đổi nguồn cung cấp, một cuộn cảm duy nhất được sử dụng như là thành phần biến áp và lưu trữ năng lượng. Trong các mạch loại này, tỷ lệ số vịng giữa cuộn dây sơ cấp (được cung cấp nguồn) và cuộn thứ cấp (khơng được cung cấp nguồn) xác định tỷ lệ điện áp đầu vào và đầu ra.
2019 TRANG 32
Cuộn cảm cũng được sử dụng để truyền điện khơng dây (bộ sạc khơng dây) và rơle điện cơ.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Trình bày các đặc điểm, phân loại và ứng dụng của điện trở, tụ điện và cuộn dây
2. Đọc các vịng màu các loại điện trở sau
3,9±5% 10±5% 560±5% 6.8±5% 47±10% 68±5% 2.2K±5% 3,3K±5% 10K±10% 330±5% 39K±5% 680K±5% 1M±10% 1,5M±5% 56K±5% 820±5% 100K±10% 27±5%
3. Đọc giá trị các điện trở dán cĩ các ký hiệu sau 102, 220, 103, 106, 472, 681, 563, 104, 330, 271 4. Tính tổng trở tương đương của các mạch điện sau
220k
R1 R2
6,8k
R3
2019 TRANG 33
Cho nhận xét kết quả
5. Cĩ mấy loại tụ? Dựa vào yếu tố nào để phân loại tụ điện? 6. Đơn vị và các ước số của tụ điện.
7. Đọc giá trị của các tụ sau: 681, 474, 102, 223
8. Hãy cho biết đặc tính của tụ trong mạch điện một chiều và xoay chiều. 9. So sánh cuộn dây lõi sắt từ và lõi ferrit.
10. Các đơn vị của cuộn dây. 11. Đặc tính của cuộn dây.
12. Tại sao lõi của cuộn dây lõi sắt từ lại do nhiều miếng ghép lại? 13. So sánh cuộn dây và biến thế?
B A R1=1,5K R2=15K R3=150K B A R1=330 R2=330 R3=330
2019 TRANG 34 CHƯƠNG 3
CHẤT BÁN DẪN VÀ DIODE
3.1 Chất bán dẫn 3.1.1 Cấu tạo
Nẳm giữa chất dẫn điện và chất cách điện là chất bán dẫn điện. Hai chất bán dẫn tiêu biểu là Silicon (Si) và Germanium (Ge) cĩ tầng ngồi cùng chứa 4 điện tử tự do.
Các nguyên tử gần nhau khơng độc lập nhau mà liên kết thành tinh thể, sự liên kết này làm cho các điện tử càng gắn bĩ với cấu trúc của tinh thể tức khĩ cĩ thể tách rời điện tử khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự do. Tuy nhiên, với các kích thích bên ngồi như nhiệt độ, ánh sáng v.v… điện tử cĩ thể thốt ly khỏi ảnh hưởng của cấu trúc để trở thành điện tử tự do. Điện tử vừa thốt ly để lại một lỗ trống, nguyên tử khi mất điện tử mang điện tích dương, nên lỗ trống được xem như cĩ điện tích dương (+e). Ở các chất bán dẫn tinh khiết khả năng dẫn điện rất yếu, vì số điện tử tự do rất ít.
3.1.2 Phân loại:
Nếu cĩ thêm một tỉ lệ nhỏ các chất khác (thường gọi là tạp chất) vào trong chất bán dẫn tinh khiết thì đặc tính của nĩ thay đổi rất nhiều, đặc biệt là độ dẫn điện của nĩ tăng vọt lên. Các chất bán dẫn này gọi là bán dẫn tạp. Chất bán dẫn tạp chia làm hai loại: Chất bán dẫn loại N (Negative: âm) và chất bán dẫn loại P: (Positive: dương)
2019 TRANG 35
- Chất bán dẫn loại N:
Hình 3.1: Cấu tạo chất bán dẫn loại N
Chất bán dẫn loại N là chất bán dẫn tinh khiết (chỉ chứa thuần Si hoặc Ge mà khơng cĩ lẫn chất nào khác) cĩ pha thêm chất hĩa trị 5 như Antimony (Sb), Phosphor (P), Arsenic (As)… Lúc đĩ tinh thể dẫn điện tốt hơn, vì 4 điện tử của nguyên tử Si liên kết với 4 điện tử của chất pha, cịn thừa lại một điện tử khơng tham gia vào liên kết đồng hĩa trị, điện tử này trở thành điện tử tự do. Vậy trong tinh thể Si cĩ pha thêm chất hĩa trị 5 thì khả năng dẫn điện của chất bán dẫn tăng lên nhiều so với chất bán dẫn tinh khiết. Hạt dẫn điện đa số trong chất bán dẫn loại N là điện tử và hạt dẫn điện thiểu số là lỗ trống.
- Chất bán dẫn loại P:
2019 TRANG 36
Chất bán dẫn loại P là chất bán dẫn tinh khiết cĩ pha thêm chất hĩa trị 3 như Indium (In), Gallium (Ga), Boron (B)…Lúc đĩ tinh thể cĩ tính dẫn điện tốt hơn, vì nguyên tử pha cĩ 3 điện tử ở lớp ngồi cùng nên 3 điện tử đĩ chỉ liên kết được với 3 điện tử của 3 nguyên tử Si chung quanh, cịn liên kết thứ 4 với chất pha với nguyên tử Si thì lại thiếu mất một điện tử. Chỗ thiếu đĩ gọi là lỗ trống, do cĩ lỗ trống nên cĩ sự di chuyển điện tử của nguyên tử Si bên cạnh tới lấp lỗ trống và lại tạo một lỗ trống khác, khiến cho một điện tử khác lại tới lấp…Do đĩ, chất bán dẫn loại P cĩ khả năng dẫn điện. Hạt dẫn điện đa số trong chất bán dẫn loại P là lỗ trống và hạt dẫn điện thiểu số là điện tử.
3.2 Mối nối P-N 3.2.1 Giới thiệu
Hình 3.3: Mối nối P-N ở trạng thái cân bằng
Nối P-N gồm hai miền bán dẫn loại P và loại N tiếp xúc nhau trong cùng một tinh thể. Hai miền P-N đều ở trạng thái trung hịa điện. Khi tiếp xú nhau hiện tượng khuếch tán sải ra, theo đĩ điện tử ở chất bán dẫn N qua mặt nối tái hợp với lỗ trống, ngược lại một số lỗ trống ổ chất bán dẫn P qua mặt nối và tái hợp với điện tử. Sự khuếch tán đến một lúc thì ngừng lại bởi vì điện tích dương đẩy khơng cho lỗ trống khuếch tán qua mặt nối váo chất bán dẫn N và điện tích âm đẩy khơng cho điện tử khuếch tán qua mặt nối vào chất bán dẫn P.
2019 TRANG 37
Sự phân bố điện tích hai bên nối tạo thành một điện thế gọi là rào điện thế và vùng này khơng cĩ hạt dẫn điện gọi là vùng nghèo hay vùng hiếm gọi là vùng điện tích khơng gian.