Giáo trình: Điện tử cơ bản (Phần 1)

Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................... 3 1. Vật liệu bán dẫn ............................................................................................... 4 1.1.Chất bán dẫn thuần ...................................................................................... 4 1.2.Bán dẫn tạp................................................................................................... 4 1.3.Mặt ghép n-p ............................................................................................... 5 2. Linh kiện điện cơ bản ....................................................................................... 7 2.1. Điện trở: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc .............................................. 7 2.2. Tụ điện: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc ............................................. 18 2.3. Cuộn điện cảm: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc .................................. 34 3. Đi ốt .............................................................................................................. 42 3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đi ốt ...................................................... 42 3.2. Các loại đi ốt ............................................................................................... 45 4. Transistor ...................................................................................................... 48 4.1. Cấu tạo nguyên lý hoạt động của transitor lưỡng cực ..................................... 48 4.1.1. Cấu tạo của Transistor. .......................................................................... 48 4.1.2. Nguyên tắc hoạt động của Transistor ..................................................... 48 4.1.3 Ký hiệu & hình dạng của Transistor ...................................................... 50 4.1.4. Cách xác định chân E, B, C của Transistor ............................................ 50 4.1.5. Phương pháp kiểm tra Transistor .......................................................... 52 4.1.6. Các thông số kỹ thuật ............................................................................ 54 4.1.7. Cấp nguồn và định thiên cho Transistor ................................................. 56 4.1.8. Ba cách mắc Transistor cơ bản .............................................................. 58 4.2. Các loại transitor ......................................................................................... 61 4.2.1. Transitor hiệu ứng trường (fet – field - effect transistor) ........................ 61 4.2.2. Transistor trường điều khiển bằng tiếp xúc P - N (JFET) ....................... 62 4.2.3. Transistor trường loại MOSFET ............................................................ 65 4.2.4. Các sơ đồ mắc FET .............................................................................. 68 5. Bộ vi xử lý ..................................................................................................... 69 5.1. Khái niệm: ................................................................................................. 69 5.2 Đơn vị xử lý trung tâm CPU: ..................................................................... 70 5.3 Bộ nhớ:...................................................................................................... 71 Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 5.4 Cổng vào/ra song song ............................................................................... 71 5.5 Cổng vào/ra nối tiếp ................................................................................... 71 5.6 Bộ đếm / bộ định thời ................................................................................ 72 5.7. Nguyên lý hoạt động của một vi xử lý .......................................................... 73 CHƯƠNG 2: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN .............................................. 79 1. Mạch chỉnh lưu .............................................................................................. 79 1.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều ........ 79 1.2.Các mạch chỉnh lưu cơ bản ........................................................................ 79 2. Mạch khuyếch đại .......................................................................................... 81 2.1.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch khuyếch đại ..................................... 81 2.2. Các loại mạch khuyếch đại .......................................................................... 81 2.3. Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại ............................................... 82 2.4.Các kiểu ghép tầng ..................................................................................... 84 3. Mạch điều khiển ............................................................................................ 86 3.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển điện tử....................... 86 3.1.1 Nguyên lý mạch điều khiển điện tử: ........................................................ 86 3.1.2 Nguyên lý mạch điều khiển tín hiệu: ....................................................... 87 3.2. Các loại mạch điều khiển ............................................................................. 87 CHƯƠNG 3: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRONG Ô TÔ ......................... 92 1.Mạch chỉnh lưu cầu ba pha .............................................................................. 92 2. Mạch điều khiển điện áp máy phát điện ........................................................... 92 2.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động ...................................................................... 92 2.2 Các loại mạch điều chỉnh điện áp máy phát điện ............................................ 94 3. Mạch điều khiển đánh lửa điện tử ................................................................. 101 3.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động .................................................................... 101 3.2 Các loại mạch điều khiển đánh lửa điện tử ................................................... 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 107 Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 3 LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình “Điện tử cơ bản” được xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình khung đào tạo nghề Công nghệ ô tô đã được nhà trường phê duyệt, dựa vào năng lực thực hiện của người giáo viên kỹ thuật lành nghề. Cuốn giáo trình Điện tử cơ bản này được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu giảng dạy và học tập của sinh viên các trường Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề, trên cơ sở chương trình khung của bộ và trên cơ sở đề cương chi tiết đã được nhà trường phê duyệt. Nội dung của môn học đã được cải tiến nhờ kinh nghiệm giảng dạy lâu năm của tác giả để phù hợp với thực tiễn đào tạo. Trong quá trình thực hiện biên soạn đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp thẳng thắn, khoa học và trách nhiệm của nhiều giảng viên chuyên ngành. Xong do điều kiện về thời gian và đây là lần đầu tiên biên soạn giáo trình dựa trên chương trình khung của Bộ đã ban hành, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Rất mong nhận được những ý kiến tham gia đóng góp để giáo trình được hoàn thiện hơn, đáp ứng được yêu đào tạo kiến thức cơ bản cho học viên. Giáo trình Điện tử cơ bản đào tạo cho cấp trình độ lành nghề khối cao đẳng và công nhân kỹ thuật đã được hội đồng thẩm định của trường nghiệm thu, nhất trí đưa vào sử dụng và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo chính quy của nhà trường. NHÓM BIÊN SOẠN Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 4 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1. Vật liệu bán dẫn - Vật liệu bán dẫn là vật liệu có tính trung gian giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện. - Một vật liệu bán dẫn tinh khiết thì không dẫn điện vì có điện trở lớn. Nhưng pha thêm vào đó một tỉ lệ rất thấp các vật liệu thích hợp thì điện trở của bán dẫn giảm xuống rất rõ, trở thành vật liệu dẫn điện. - Hai chất bán dẫn thông dụng là Germani(Ge) và Silíc(Si). 1.1.Chất bán dẫn thuần Các nguyên tố thuộc nhóm IV trong bảng tuần hoàn Mendeleep như Gecmani(Ge), Silic (Si) là những nguyên tố có 4 điện tử lớp ngoài cùng. ở điều kiện bình thường các điện tử đó tham gia liên kết cộng hoá trị trong mạng tinh thể nên chúng không dẫn điện . Hình1.1 trình bày cấu trúc phẳng của mạng tinh thể Gecmani,trong đó mỗi nguyên tử đem 4 điện tử ngoài cùng của nó góp với 4 điện tử của 4 nguyên tử khác tạo thành các cặp điện tử hoá trị ( ký hiệu bằng dấu chấm đậm ). Khi được kích thích bằng năng lượng từ bên ngoài, một số điện tử có thể bứt ra khỏi liên kết và trở thành điện tử tự do dẫn điện như trong kim loại. mặt khác khi một êlectrôn được giải phóng khỏi liên kết thì ở trong tinh thể lại xuất hiện một chỗ trống thiếu electron liên kết, gọi là lỗ trống. Như vậy chất bán dẫn trở thành chất dẫn điện. Bán dẫn như vậy gọi là bán dẫn thuần hay bán dẫn đơn chất. 1.2.Bán dẫn tạp Những bán dẫn thuần như trên dẫn điện không tốt. Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn người ta trộn thêm tạp chất vào bán dẫn thuần để được bán dẫn mới có nồng độ các hạt dẫn cao gọi là bán dẫn tạp. Bán dẫn tạp có 2 loại là loại n và loại p Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Hình 1.1. Cấu trúc mạng tinh thể Gecmani Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 5 - Bán dẫn loại cho n Nếu ta trộn tạp chất thuộc nhóm V của bảng hệ thống tuần hoàn Medeleep vào bán dẫn thuần thì một nguyên tử tạp chất với 5 nguyên tử lớp ngoài cùng sẽ có 4 điện tử tham gia liên kết với 4 nguyên tử bán dẫn, còn lại là một điện tử tự do. Ví dụ trên hình 1.2 là bán dẫn Gecmani (ký hiệu Ge) được trộn với asen (As). Tạp chất ở đây đã cho điện tử nên tạo thành bán dẫn loại “cho”, ký hiệu là n. Hạt dẫn điện (hay gọi là động tử)chính ở bán dẫn loại “cho” n là điện tử với mật độ nn. - Bán dẫn loại lấy p Nếu ta trộn vào vào bán dẫn thuần chất Indi (In) thuộc nhóm III của bảng tuần hoàn thì để tạo được 4 cặp điện tử liên kết hoá trị với 4 nguyên tử bán dẫn, ngoài 3 điện tử của một nguyên tử In sẽ có một điện tử của nguyên tử Ge lân cận được lấy vào. Chỗ mất điện tử sẽ tạo thành lỗ “trống” mang điện tích dương (hình 1.3). Các “lỗ trống ” được tạo thành hàng loạt sẽ dẫn điện như những điện tích dương. Bán dẫn loại này có tạp chất lấy điện tử nên gọi là bán dẫn loại “lấy” ký hiệu là p. ở đây hạt dẫn chính là “lỗ trống” với mật độ là pp. Cần nói thêm rằng trong bán dẫn loại cho n vẫn có lẫn hạt dẫn phụ là lỗ trống với nồng độ pn, trong bán dẫn loại “lấy” p vẫn có lẫn hạt dẫn phụ là điện tử với mật độ là nP. Nghĩa là pP nP và nn>pn. 1.3.Mặt ghép n-p Mặt ghép n-p là cơ sở để tạo nên hầu hết các dụng cụ bán dẫn và vi mạch. Vì vậy việc nghiên cứu bán dẫn là nghiên cứu các quá trình vật lý trong mặt ghép n-p. a. Sự hình thành mặt ghép n-p. Mặt ghép n-p được hình thành như sau: Ge Ge Ge As Ge Ge Ge Ge Ge ®iÖn tö tù do Hình 1.2. Cấu tạo bán dẫn loại n Ge Ge Ge In Ge Ge Ge Ge Ge lç trèng Hình 1.3. Chất bán dẫn loại p Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 6 Cho hai đơn tinh thể bán dẫn n và p tiếp xúc với nhau (bằng công nghệ đặc biệt). Trong bán dẫn loại n hạt dẫn chính là điện tử, hạt dẫn phụ là lỗ trống; trong bán dẫn loại p hạt dẫn chính là lỗ trống và hạt dẫn phụ là điện tử. Do có sự chênh lệch về nồng độ hạt dẫn cùng loại giữa hai khối bán dẫn nên điện tử từ lớp n khuếch tán sang lớp p và ngược lại lỗ trống từ lớp p khuếch tán sang lớp n. Sau khi các điện tử từ lớp n khuếch tán sang lớp p thì sẽ để lại bên n một lớp ion dương ở gần bờ của vùng tiếp xúc. Tương tự như vậy, các lỗ trống khuếch tán sang n sẽ tạo nên một lớp ion âm ở bên p gần bờ vùng tiếp xúc (hình 1.4a). Khi đạt trạng thái cân bằng, hai bên của mặt tiếp xúc đã hình thành hai miền điện tích trái dấu ( miền điện tích dương ở bán dẫn n, miền điện tích âm ở bán dẫn p). Người ta gọi chung miền điện tích này là miền điện tích không gian hay miền nghèo động tử vì hầu như không có động tử. Miền này có tính dẫn điện đặc biệt gọi là mặt ghép điện tử lỗ trống hay mặt ghép n-p. Sự khuếch tán của điện tử và lỗ trống không phải diễn ra vô hạn. Khi hình thành hai lớp điện tử trái dấu thì nghiễm nhiên đã hình thành một điện trường hướng từ bán dẫn n sang bán dẫn p gọi là điện trường tiếp xúc Utx (hình 1.4a). Bề dày của lớp nghèo động tử này là l 0 = l0P + l 0n ,phụ thuộc vào nồng độ tạp chất. Nếu nồng độ tạp chất ở hai miền là như nhau thì l 0P = l 0n. Thông thường một mặt ghép chế tạo với nồng độ lỗ trống ở p lớn hơn nồng độ điện tử ở n nên l 0n>>l 0P. Điện trường tiếp xúc Utx có chiều cản các hạt dẫn chính nhưng lại gây ra dòng trôi của các hạt dẫn phụ, có chiều ngược lại với chiều của dòng khuếch tán. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi dòng khuếch tán bằng dòng trôi thì dòng qua mặt ghép sẽ bằng không. Đến đây coi như đã hình thành xong mặt Hình 1.4 Mặt ghép n-p Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 7 ghép n-p. Ở điều kiện tiêu chuẩn hiệu điện thế tiếp xúc cỡ 0,3V đối với bán dẫn Ge, cỡ 0,6V với bán dẫn Si. b. Phân cực mặt ghép bán dẫn bằng điện trường ngoài - Mặt ghép n-p phân cực thuận Nếu ta đấu lớp p với cực dương, lớp n với cực âm của một điện trường ngoài như hình 1.4b thì mặt ghép n-p được phân cực thuận. Lúc này sự cân bằng của dòng khuếch tán và dòng trôi Ikt=Itrbị phá vỡ. Điện trường ngoài có chiều ngược với điện trường tiếp xúc Utx. Nguồn ngoài lúc này chủ yếu sẽ đặt lên vùng mặt ghép l 0 vì điện trở khối của vùng này lớn, làm cho dòng khuếch tán tăng lên. Người ta nói rằng mặt ghép n-p thông (hoặc mở) và sẽ có hiện tượng phun các hạt dẫn chính qua miền tiếp xúc l 0. Trong khi đó dòng trôi do Utxgây ra là không đáng kể vì Utx giảm do điện trường ngoài tác động ngược chiều. Bề rộng của miền tiếp xúc co lại l<l 0. - Mặt ghép n-p phân cực ngược Nếu ta đổi chiều nguồn ngoài như ở hình 1.4c thì trường ngoài sẽ cùng chiều với trường tiếp xúc làm dòng khuếch tán giảm, dòng trôi tăng. Tuy nhiên dòng trôi chỉ tăng chút ít vì nồng độ của các hạt dẫn phụ nhỏ, tạo thành một dòng ngược nhỏ. Lúc này có thể coi là mặt ghép đóng (ngắt) với bề rộng của miền tiếp xúc lúc này tăng lên l>l 0. Như vậy mặt ghép n-p dẫn điện theo một chiều như một van điện, khi được phân cực thuận thì dòng thuận lớn, khi phân cực ngược thì dòng ngược rất nhỏ. 2. Linh kiện điện cơ bản 2.1. Điện trở: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc a. Định nghĩa và ký hiệu của điện trở * Định nghĩa Điện trở là linh kiện dùng làm phần tử ngăn cản dòng điện trong mạch. Trị số điện trở được xác định theo định luật Ôm: I U R  (Ω) Trong đó: U - hiệu điện thế trên điện trở [V] I - dòng điện chạy qua điện trở [A] R - điện trở [Ω] Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 8 Trên điện trở, dòng điện và điện áp luôn cùng pha và điện trở dẫn dòng điện một chiều và xoay chiều như nhau. * Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ mạch điện Trong các sơ đồ mạch điện, điện trở thường được mô tả theo các qui ước tiêu chuẩn như trong hình 1.5. R12 R159 Điện trở thường Biến trở 1/8 W 1/4 W 1/2 W 1 W 5 W 10W Điện trở công suất Hình 1.5: Ký hiệu của điện trở trên sơ đồ mạch điện Hình 1.6: Hình dáng thực tế của một số điện trở b. Phân loại Phân loại điện trở có rất nhiều cách. Thông dụng nhất là phân chia điện trở thành hai loại: điện trở có trị số cố định và điện trở có trị số thay đổi được (hay biến trở). Trong mỗi loại này lại được phân chia theo các chỉ tiêu khác nhau thành các loại nhỏ hơn như sau: * Điện trở có trị số cố định. Điện trở có trị số cố định thường được phân loại theo vật liệu cản điện như: + Điện trở than tổng hợp (than nén) Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 9 + Điện trở than nhiệt giải hoặc than màng (màng than tinh thể). + Điện trở dây quấn gồm sợi dây điện trở dài (dây NiCr hoặc manganin, constantan) quấn trên 1 ống gốm ceramic và phủ bên ngoài là một lớp sứ bảo vệ. + Điện trở màng kim, điện trở màng oxit kim loại hoặc điện trở miếng: Điện trở miếng thuộc thành phần vi điện tử. Dạng điện trở miếng thông dụng là được in luôn trên tấm ráp mạch. + Điện trở cermet (gốm kim loại). (a) (b) (c) (d) (e) Hình 1.7: Hình dạng bên ngoài của một số điện trở cố định a. Điện trở dây quấn chính xác; b. Điện trở màng; c. Điện trở oxit kim loại; d. Loại than tổng hợp; e.Loại dây quấn công suất * Điện trở có trị số thay đổi (biến trở) Biến trở có hai dạng. Dạng kiểm soát dòng công suất lớn dùng dây quấn. Loại này ít gặp trong các mạch điện trở. Dạng thường dùng hơn là chiết áp. Cấu tạo của biến trở so với điện trở cố định chủ yếu là có thêm một kết cấu con chạy gắn với một trục xoay để điều chỉnh trị số điện trở. Con chạy có kết cấu kiểu xoay (chiết áp xoay) hoặc theo kiểu trượt (chiết áp trượt). Chiết áp có 3 đầu ra, đầu giữa ứng với con trượt còn hai đầu ứng với hai đầu của điện trở. Hình 1.8: Ký hiệu của biến trở trên các mạch Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 10 Theo ứng dụng có thể chia chiết áp thành 3 loại chính: loại đa dụng, loại chính xác và loại điều chuẩn c. Cấu trúc của điện trở Cấu trúc của điện trở có nhiều dạng khác nhau. Một cách tổng quát ta có cấu trúc tiêu biểu của một điện trở như mô tả trong hình 1.9. Vật liệu cản điện Mũ chụp và chân điện trở Vỏ bọc Lõi Hình 1.9: Kết cấu đơn giản của một điện trở d. Các tham số kỹ thuật đặc trưng của điện trở * Trị số điện trở và dung sai + Trị số của điện trở là tham số cơ bản và được tính theo công thức: S L R . ρ: Điện trở suất Ωm hay Ωmm2/m L: chiều dài dây (m) S: tiết diện dây m2 hay mm2 R: Điện trở, ôm (Ω) Điện trở có đơn vị tính là ôm, viết tắt là Ω. Các bội số của ôm là: - Kilô ôm 1kΩ = 103Ω - Mêgaôm 1MΩ = 106Ω Điện trở suất có trị số thay đổi theo nhiệt độ và được tính theo công thức:  ta.10   0 : Điện trở suất của vật lệuở 0 C 0 a: hệ số nhiệt t: nhiệt độ C0 + Dung sai hay sai số của điện trở biểu thị mức độ chênh lệch giữa trị số thực tế của điện trở so với trị số danh định và được tính theo %. Dung sai được tính theo công thức: 00100. dd ddtt R RR  Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 11 Với Rttvà Rdd là giá trị điện trở thực tếvà danh định Dựa vào % dung sai, ta chia điện trở ở 5 cấp chính xác: Cấp 005: có sai số ± 0, Dùng trong mạch yêu cầu độ chính xác cao Cấp 01: có sai số ± 1 % Cấp I: có sai số ± 5 % Dùng trong kỹ thuật Cấp II: có sai số ± 10 % mạch điện tử thông thường Cấp III: có sai số ± 20 % * Công suất tiêu tán danh định (Pt.tmax) Khi có dòng điện chạy qua điện trở sẽ tiêu tán năng lượng điện dưới dạng nhiệt, với công suất là: RI R U Ptt . 2 2  (W) Tuỳ theo vật liệu cản điện được dùng mà điện trở chỉ chịu được tới một nhiệt độ nào đó. Vì vậy số W chính là thông số cho biết khả năng chịu nhiệt của điện trở. Công suất tiêu tán danh định cho phép của điện trở Pt.t.max là công suất điện cao nhất mà điện trở có thể chịu đựng được trong điều kiện bình thường, làm việc trong một thời gian dài không bị hỏng. Nếu quá mức đó điện trở sẽ nóng cháy và không dùng được. RI R U P tt . 2 max 2 max max..  Để điện trở làm việc bình thường thì: Ptt< Ptt max Thông thường người ta sẽ chọn công suất của điện trở theo công thức: PR ≥ 2Ptt. Trong đó 2 là hệ số an toàn. Trường hợp đặc biệt có thể chọn hệ số an toàn lớn hơn. Điện trở than có công suất tiêu tán thấp trong khoảng 0.125; 0.25; 0.5;1.2W Điện trở dây quấn có công suất tiêu tán từ 1W trở lên và công suất càng lớn thì yêu cầu điện trở có kích thước càng to (để tăng khả năng toả nhiệt). Trong tất cả các mạch điện, tại khu vực cấp nguồn tập trung dòng mạnh nên các điện trở phải có kích thước lớn. Ngược lại, tại khu vực xử lý tín hiệu, nơi có dòng yếu nên các điện trở có kích thước nhỏ bé. e. Cách đọc, đo và cách mắc điện trở. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 12 * Cách ghi và đọc tham số trên thân điện trở Trên thân điện trở thường ghi các tham số đặc trưng để tiện cho việc sử dụng, như là: trị số điện trở, dung sai, công suất tiêu tán (nếu có). Có thể ghi trực tiếp trên thân điện trở hoặc theo qui ước. - Cách ghi trực tiếp Nếu thân điện trở đủ lớn (ví dụ như điện trở dây quấn) thì người ta ghi đầy đủ giá trị và đơn vị đo Ví dụ: 220K 1W (điện trở có trị số 220Ω, dung sai 10%, công suất tiêu tán cho phép là 1W). - Ghi theo qui ước - Không ghi đơn vị ôm. Quy ước như sau: + Các chữ cái biểu thị đơn vị: R (hoặc E) = Ω; M = MΩ; K = KΩ. + Vị trí của chữ cái biểu thị dấu thập phân + Chữ số cuối biểu thị hệ số nhân Ví dụ: 6R8 = 6.8 Ω R3 = 0.3 Ω K47 = 0.47K Ω 150 = 150 Ω 2M2 = 2.2M Ω 4R7 = 4E7 = 4.7 Ω 332R = 33.100 Ω - Qui ước theo mã: Gồm các số để chỉ thị trị số (chữ số cuối chỉ hệ số nhân hay số số 0 thêm vào) và chữ cái để chỉ % dung sai. F = 1%; G = 2%; J = 5%; K = 10%; M =20% Ví dụ: 681J = 680Ω 5% 153K = 15000Ω 10% 4703G = 470 KΩ 2% - Qui ước mầu Khi các điện trở có kích thước nhỏ (ví dụ như điện trở than) thì người ta không thể ghi số và chữ lên được. Người ta sử dụng các vạch mầu để ghi tham số. Có 2 loại vòng mầu là loại 4 mầu và 5 mầu. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 13 Loại 4 vòng mầu: Hai vòng đầu chỉ số có nghĩa thực Vòng ba chỉ số số 0 thêm vào Vòng bốn chỉ dung sai Hình 1.10: Hình ảnh minh hoạ cách ghi quy ước vạch màu trên thân điện trở Loại 5 vòng mầu: Ba vòng đầu chỉ số có nghĩa thực Vòng bốn chỉ số số 0 thêm vào Vòng năm chỉ dung sai Bảng qui ước màu Màu Trị số thực Vạch 1,2 (3) Hệ số nhân Vạch 3 (4) Dung sai Vạch 4 (5) Đen 0 100 Nâu 1 101 1% Đỏ 2 102 2% Cam 3 103 Vàng 4 104 Lục 5 105 Lam 6 106 Tím 7 107 Xám 8 108 Trắng 9 109 Vàng kim 10-1 5 % Bạch kim 10-2 10% Không màu 20% Chú ý: + Vòng 1 là vòng gần đầu điện trở hơn vòng cuối cùng. Tuy nhiên, có nhiều điện trở có kích thước nhỏ nên khó phân biệt đầu nào gần đầu điện trở hơn, khi đó ta xem vòng nào được tráng nhũ thì vòng đó là vòng cuối. Nên để Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 14 điện trở ra xa và quan sát bằng mắt, khi đó ta sẽ không nhìn thấy vòng tráng nhũ, nghĩa là dễ dàng nhận ra được vòng nào là vòng 1. + Với điện trở 5 vòng mầu thì mầu sai số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác định đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút. Đối diện vòng cuối là vòng số 1. Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị. Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4) Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào + Trường hợp chỉ có 3 vòng màu thì sai số là ± 20% + Người ta không chế tạo điện trở có đủ các trị số từ nhỏ nhất đến lớn nhất mà chỉ chế tạo điện trở có trị số theo tiêu chuẩn (xem bảng dưới đây). Do vậy nếu cần những giá trị đặc biệt phải chọn giá trị gần trong bảng nhất hoặc phải đấu nối kết hợp nhiều điện trở với nhau để có giá trị thích hợp. * Đo điện trở Đo kiểm tra điện trở thường sử dụng bằng đồng hồ vạn năng. Để đo tri số điện trở ta thực hiện theo các bước sau : Bước 1: Chuẩn bị Để thang đồng hồ về các thang đo trở, nếu điện trở nhỏ thì để thang x1 ôm hoặc x10 ôm, nếu điện trở lớn thì để thang x1Kohm hoặc 10Kohm. Sau đó chập hai que đo và chỉnh triết áp để kim đồng hồ báo vị trí 0. Bước 2: Cách đo Hình 1.10: Chỉnh chuẩn về 0 trước khi đo điện trở Đặt que đo vào hai đầu điện trở, đọc trị số trên thang đo, Giá trị đo được = chỉ số thang đo X thang đo. Bước 3: Đọc trị số Ví dụ : Nếu để thang x 100 ohm và chỉ số báo là 27 thì giá trị là = 100 x 27 = 2700 ohm = 2,7 K ohm Chú ý: Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 15 - Nếu ta để thang đo quá cao thì kim chỉ lên một chút, như vậy đọc trị số sẽ không chính xác: Nếu ta để thang đo quá thấp, kim lên quá nhiều, và đọc trị số cũng không chính xác. - Khi đo điện trở ta chọn thang đo sao cho kim báo gần vị trí giữa vạch chỉ số sẽ cho độ chính xác cao nhất. * Các kiểu mắc điện trở - Mắc nối tiếp Giả sử mắc 3 điện trở nối tiếp nhau như hình vẽ, khi đó 3 điện trở này sẽ tương đương với 1 điện trở Rtd. Hình 1.12: Cách mắc điện trở kiểu nối tiếp Khi sử dụng điện trở thì cần quan tâm tới hai thông số kỹ thuật là trị số điện trở R và công suất tiêu tán P của nó. Bằng cách mắc nối tiếp nhiều điện trở ta sẽ có điện trở tương đương có tham số như sau: 321 RRRRtd  (1) 321 PPPP  Như vậy cách ghép nối tiếp sẽ làm tăng trị số điện trở và tăng công suất tiêu tán. - Mắc song song (a) (b) Hình 1.13: Cách mắc điện trở kiểu song song Giả sử mắc 3 điện trở song song, khi đó coi như ta có 1 điện trở tương đương Rtd Rtd có trị số điện trở và công suất tiêu tán như sau: Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 16 321 1111 RRRRtd  321 PPPP  Như vậy cách ghép song song làm tăng công suất tiêu tán nhưng làm giảm trị số điện trở. Nếu mắc điện trở kiểu hỗn hợp (vừa nối tiếp, vừa song song) thì ta tính điện trở tương đương theo các công thức (1) và (2) còn công suất tiêu tán thì bằng tổng công suất tiêu tán của các điện trở thành phần. Chú ý: Khi ghép nối điện trở nên chọn loại có cùng công suất nhiệt để tránh hiện tượng có một điện trở chịu nhiệt lớn. Khi thay thế điện trở cũng cần phải thay bằng điện trở không chỉ cùng trị số mà còn phải cùng công suất nhiệt. * Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng - Ứng dụng của điện trở Trong sinh hoạt, điện trở được dùng để chế tạo các loại dụng cụ điện như bàn là, bếp điện, bóng đèn sợi đốt Trong công nghiệp, điện trở được dùng để chế tạo các thiết bị sấy, sưởi, giới hạn dòng điện khởi động của động cơ Trong lĩnh vực điện tử, điện trở được sử dụng để giới hạn dòng điện, tạo sụt áp, phân áp, định hằng số thời gian, phối hợp trở kháng, tiêu thụ năng lượng f. Một số điện trở đặc biệt - Điện trở nhiệt (Th - Thermistor) Là một linh kiện có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Có 2 loại nhiệt trở là nhiệt trở âm và nhiệt trở dương. Trị số của nhiệt trở ghi trong sơ đồ là trị số đo được ở 250C. Ký hiệu và hình dáng của nhiệt trở: Hình 1.14: Ký hiệu điện trở nhiệt Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương là loại điện trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì trị số của nó tăng lên và ngược lại. Nếu nhiệt trở làm bằng vật liệu kim loại Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 17 thì nó có hệ số nhiệt dương. Điều này được giải thích là khi nhiệt độ tăng các nguyên tử ở các nút mạng sẽ dao động mạnh và làm cản trở quá trình di chuyển của điện tử. Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm là loại nhiệt trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì điện trở của nó giảm xuống và ngược lại khi nhiệt độ thấp hơn thì điện trở của nó tăng lên. Các chất bán dẫn thường có hiệu ứng nhiệt âm (NTC). Trong chất bán dẫn không chỉ có vận tốc của hạt dẫn, mà quan trọng hơn, cả số lượng hạt dẫn cũng thay đổi theo nhiệt độ. Tại nhiệt độ thấp, các điện tử và lỗ trống không đủ năng lượng để nhẩytừ vùng hoá trị lên vùng dẫn. Khi tăng nhiệt độ khiến các hạt dẫn đủ năng lượng để vượt qua vùng cấm, bởi thế độ dẫn sẽ gia tăng cùng với nhiệt độ. Nói cách khác khi nhiệt độ tăng thì trở kháng chất bán dẫn giảm. Với các chất NTC thì quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ theo luật: Nhiệt trở thường được sử dụng để ổn định nhiệt cho các mạch của thiết bị điện tử (đặc biệt là tầng khuếch đại công suất) để điều chỉnh nhiệt độ hay làm linh kiện cảm biến trong các hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ. Ví dụ: Trong các bộ ampli, khi hoạt động lâu các sò công suất sẽ nóng lên, nhờ sử dụng nhiệt trở mà sự thay đổi của nhiệt độ được thể hiện ở sự thay đổi của trị số điện trở làm cho dòng điện qua sò công suất yếu đi, tức là bớt nóng hơn. - Điện trở tuỳ áp (VDR - Voltage Dependent Resistor) VDR còn gọi là varistor là một linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi khi điện áp đặt lên nó thay đổi. Ký hiệu và hình dáng của VDR như hình sau: Hình 1.15: Ký hiệu điện trở tuỳ áp Khi điện áp giữa hai cực ở dưới trị số quy định thì VDR có trị số điện trở rất lớn coi như hở mạch. Khi điện áp này tăng lên thì VDR sẽ có trị số giảm xuống để ổn định điện áp ở hai đầu nó. Giá trị điện áp mà VDR ổn định được cho trước bởi nhà sản xuất, đây chính là thông số đặc trưng cho VDR. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 18 VDR thường được mắc song song với các cuộn dây có hệ số tự cảm lớn để dập tắt các điện áp cảm ứng quá cao khi cuộn dây bị mất dòng điện đột ngột tránh làm hỏng các linh kiện trong mạch. - Điện trở quang (Photo Resistor) Điện trở quang hay còn gọi là quang trở là thiết bị bán dẫn nhậy cảm với bức xạ điện từ quang phổ ánh sáng nhìn thấy (có bước sóng từ 380 và 780 nm). Hình 1.16: Hình dáng và ký hiệu điện trở quang Quang trở được tạo nên từ một lớp vật liệu bán dẫn mỏng, thường là CdS (Cadmi sulfua). Bức xạ ánh sáng ngẫu nhiên sẽ truyền một phần năng lượng của nó cho các cặp điện tử-lỗ trống, các cặp này có thể đạt mức năng lượng đủ lớn để nhẩy lên vùng dẫn. Kết quả hình thành nhiều cặp hạt dẫn tự do, khiến độ dẫn tăng và trở kháng giảm. Số lượng các hạt dẫn tạo ra sẽ tỷ lệ với cường độ bức xạ ánh sáng. Độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở có trị số càng nhỏ và ngược lại. Khi quang trở bị che tối điện trở của nó khoảng vài trăm KΩ đến vài MΩ. Khi được chiếu sáng thì giá trị điện trở này khoảng vài trăm Ω đến vài KΩ. Trong ứng dụng thực tế một điện áp ngoài sẽ được đấu vào các cực của quang trở. Cho ánh sáng chiếu vào, khi đó dòng có thể chảy qua quang trở và chảy trong mạch ngoài với cường độ tuỳ thuộc vào cường độ sáng. Quang trở thường được sử dụng trong các mạch tự động điều khiển bằng ánh sáng như: phát hiện người qua cửa, tự động mở đèn khi trời tối, điều chỉnh độ sáng và độ tối ở màn hình LCD, camera 2.2. Tụ điện: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc a. Định nghĩa, ký hiệu và phân loại - Định nghĩa: Tụ điện là dụng cụ dùng để chứa điện tích. Một tụ điện lý tưởng có điện tích ở bản cực tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt ngang qua nó theo công thức: Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 19 Q = C.U [culông] Trong đó: Q - điện tích ở trên bản cực của tụ điện [C] U - hiệu điện thế đặt trên tụ điện[v] C - điện dung của tụ điện[F] - Ký hiệu và hình dáng của tụ điện Tụ thường (Tụ không phân cực) Hình 1.17: Hình dáng và ký hiệu tụ thường Tụ phân cực Hình 1.18: Hình dáng và ký hiệu tụ phân cực Tụ biến đổi Hình 1.19: Hình dáng và ký hiệutụ biến đổi - Phân loại Người ta thường phân loại tụ điện thành loại tụ có trị số không đổi và tụ có trị số biến đổi. Trong các loại tụ này người ta lại tiếp tục phân chia theo chất điện môi làm tụ đó. + Tụ có trị số điện dung không đổi  Tụ oxit hoá (gọi tắt là tụ hoá) Ký hiệu và hình dáng của tụ hoá Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 20 Hình 1.20: Hình dáng và ký hiệu tụ hoá Tụ hoá (hay còn gọi là tụ điện phân, tụ điện giải) có điện dung lớn từ 1 μF đến 10.000 μF là loại tụ có phân loại cực tính dương và âm, điện áp làm việc nhỏ hơn 500V. Tụ hoá được chế tạo với bản cực nhôm và bề mặt cực dương có một lớp oxit nhôm và lớp bọt khí có đặc tính cách điện để làm chất điện môi. Do lớp oxit nhôm rất mỏng nên điện dung của tụ lớn và điện áp đánh thủng nhỏ. Tụ có kích thước càng lớn thì điện dung càng lớn. Khi sử dụng tụ cần chú ý cực tính của tụ để tránh làm hỏng tụ. Do có kích thước lớn nên các giá trị điện dung, điện áp làm việc, nhiệt độ, đánh dấu cực tính đều được ghi rất rõ ràng trên thân tụ hoá. Do có điện dung lớn nên tụ hoá thường được sử dụng làm tụ san phẳng điện áp trong các mạch nguồn (tụ có điện dung càng lớn càng tốt) hay tụ lọc khu vực tần số thấp.  Tụ gốm (ceramic) Tụ gốm có điện dung từ 1 pF đến 1μF là loại tụ không có cực tính và điện áp làm việc lớn đến vài trăm vôn nhưng dòng điện rò khá lớn. Tụ gốm có thường có dạng đĩa, dạng phiến, đơn khối hoặc dạng ống. Tụ gốm được cấu tạo bằng cách lắng đọng màng kim loại trên hai mặt của một đĩa gốm mỏng. Dây dẫn nối tới màng kim loại và tất cả được bọc trong vỏ chất dẻo. Về hình dáng tụ gốm có nhiều dạng và nhiều cách ghi trị số khác nhau. Ký hiệu và hình dáng của tụ gốm Hình 1.21: Hình dáng và ký hiệu tụ gốm Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 21 Tụ gốm thường được sử dụng để nối tắt tín hiệu cao tần xuống đất. Do tính ổn định không cao, gây nhiễu cho tín hiệu nên tụ gốm không được dùng cho các mạch gia công tín hiệu tương tự.  Tụ giấy Tụ giấy là loại tụ không có cực tính gồm có hai bản cực là các băng kim loại dài, ở giữa có lớp cách điện là giấy tẩm dầu và cuộn lại thành ống. Điện áp làm việc của tụ giấy có thể lên tới 1000V với giá trị điện dung từ 0,001μF - 0,1μF. Loại tụ này càng ngày càng ít được sử dụng do kích thước lớn. Hình 1.22: Hình dáng và ký hiệu tụ giấy  Tụ mica Tụ mica tráng bạc là loại tụ không có cực tính, điện dung từ 2,2pF - 10nF, điện áp làm việc rất cao, trên 1000V. Ký hiệu và hình dáng của tụ mica Hình 1.23: Hình dáng và ký hiệutụ mica Tụ mica được cấu tạo từ các lá kim loại đặt xen kẽ với các lá mica, một chân tụ là dây nối các lá kim loại chẵn và chân tụ kia là dây dẫn nối các lá kim loại lẻ, tất cả được bọc trong vở chất dẻo. Thông thường người ta dùng phương pháp lắng đọng kim loại lên các lớp mica để tăng hệ số phẩm chất của tụ. Tụ mica đắt tiền hơn tụ gốm vì ít sai số, đáp tuyến tần số cao tốt, độ bền cao. Cách ghi và đọc thông số của tụ mica giống như tụ gốm nhưng với một số loại kích thước quá nhỏ thì người ta sử dụng các chấm màu để ghi trị số điện dung và đọc như điện trở.  Tụ màng mỏng Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 22 Là loại tụ không có cực tính có chất điện dung là polyeste, polyetylen, polystyrene hay polypropylene . Tụ màng mỏng có điện dung từ vài trăm pF đến vài chục μF, điện áp làm việc từ hàng trăm đến hàng chục ngàn vôn. Hình 1.24: Hình dáng và ký hiệu tụ màng mỏng  Tụ tantan Tụ tantan là loại tụ có phân biệt cực tính với điện cực làm bằng tantan, điện dung của tụ có thể rất cao từ 0,1 μF đến 100 μF nhưng kích thước cực nhỏ. Điện áp làm việc của tụ tantan thấp chỉ vài chục vôn. Hình 1.24: Hình dáng và ký hiệutụ tantan Xét về mặt ổn định nhiệt và đặc tuyến tần số ở khu vực tần số cao thì tụ tantan tốt hơn nhiều so với tụ nhôm, do vậy với các mạch yêu cầu độ ổn định trị số điện dung cao thì người ta phải sử dụng tụ tantan thay cho tụ nhôm dù tụ này có đắt hơn tụ nhôm. + Tụ có trị số điện dung biến đổi Đây là loại tụ mà trong quá trình làm việc ta có thể điều chỉnh trị số điện dung của chúng.  Tụ xoay Tụ xoay (hay còn gọi là tụ đa dụng) được cấu tạo bởi 2 má kim loại đặt song song với nhau, trong đó có một má tĩnh và một má động. Chất điện môi có thể là không khí, mica, gốm hay màng chất dẻo Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 23 Hình 1.25: Hình dáng và ký hiệutụ xoay Khi xoay trục của tụ xoay các lá động sẽ di chuyển giữa các lá tĩnh để làm thay đổi trị số điện dung của tụ. Tụ xoay thường được sử dụng trong các mạch cộng hưởng chọn sóng để dò kênh trong máy thu thanh (với điện dung thay đổi từ 0 đến 270 pF).  Tụ vi chỉnh (trimcap) Tụ vi chỉnh (hay còn gọi là tụ điều chuẩn) có cấu tạo tương tự như tụ xoay nhưng kích thước nhỏ hơn rất nhiều, không có núm vặn điều chỉnh mà chỉ có rãnh điều chỉnh bằng tôvit. Hình 1.26: Hình dáng và ký hiệu tụ trimcap Trị số của tụ vi chỉnh thường nhỏ từ 0 đến vài chục pF. Loại tụ này thường được mắc kết hợp với tụ xoay và dùng chủ yếu để cân chỉnh mạch.  Tụ đồng trục chỉnh Đây là loại tụ có một lá tĩnh và nhiều lá động cùng gắn trên một trục, khi xoay trục sẽ cùng lúc thay đổi giá trị của nhiều tụ. ứng dụng này thường gặp trong các mạch chọn đài của máy radio, chọn cộng hưởng Hình 1.27: Hình dáng và ký hiệu tụ đồng trục chỉnh Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 24 b. Cấu tạo - Cấu tạo tụ thường Về cấu tạo, tụ không phân cực gồm các lá kim loại xen kẽ với các lá làm bằng chất cách điện gọi là chất điện môi. Tên của tụ được đặt theo tên chất điện môi như tụ giấy, tụ gốm, tụ mica, tụ dầu Hình 1.28: Cấu tạo tụ thường Giá trị của tụ thường có điện dung từ 1,8pF tới 1µF, khi giá trị điện dung lớn hơn thì kích thước của tụ khá lớn nên khi đó chế tạo loại phân cực tính sẽ giảm được kích thước đi một cách đáng kể. - Tụ điện phân Tụ điện phân có cấu tạo gồm 2 điện cực tách rời nhau nhờ một màng mỏng chất điện phân, khi có một điện áp tác động lên hai điện cực sẽ xuất hiện một màng oxit kim loại không dẫn điện đóng vai trò như lớp điện môi. Lớp điện môi càng mỏng kích thước của tụ càng nhỏ mà điện dung lại càng lớn. Đây là loại tụ có cực tính được xác định và đánh dấu trên thân tụ, nếu nối ngược cực tính lớp điện môi có thể bị phá huỷ và làm hỏng tụ (nổ tụ), loại này dễ bị rò điện do lượng điện phân còn dư. Hình 1.29: Cấu tạo tụ điện phân Ví dụ: Tụ hoá có cấu tạo đặc biệt, vỏ ngoài bằng nhôm làm cực âm, bên trong vỏ nhôm có thỏi kim loại (đồng hoặc nhôm) làm cực dương. Giữa cực Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 25 dương và cực âm là chất điện phân bằng hoá chất (thường là axitboric) nên gọi là tụ hoá. c. Đặc tính nạp và xả điện của tụ Tụ điện hoạt động dựa trên nguyên tắc nạp và xả điện được minh hoạ trong hình dưới đây: Hình 1.30: Hình ảnh minh hoạ sự nạp và xả điện của tụ Khi khoá K ở vị trí 1 tụ được nạp điện với bản cực phía trên mang điện tích dương, bản cực phía dưới mang điện tích âm. Điện áp trên tụ tăng dần từ 0 V đén điện áp nguồn VDC theo hàm mũ với thời gian t. Điện áp tức thời trên hai bản tụ được tính theo công thức: )1.()(  t DCc eVtV  Trong đó: t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s) e = 2,71828 τ =RC là hằng số thời gian nạp của tụ, đơn vị là giây (s) Sau khoảng thời gian t = τ tụ nạp được 0,63VDC và sau t = 5τ tụ nạp được 0,99V DC và coi như tụ được nạp đầy. Trong khi điện áp trên tụ tăng theo hàm mũ như phân tích ở trên thì dòng điện nạp cho tụ lại giảm dần từ trị số cực đại ban đầu R V I DC xuống trị số cuối cùng là 0A. Dòng điện nạp tức thời được tính theo công thức:  t DC c e R V ti .)(  Tụ xả điện (hình bên phải) Sau khi tụ được nạp đầy, điện áp trên tụ là VC≈VDC, chuyển khoá K sang vị trí 2 tụ xả điện qua điện trở R, dòng và áp trên tụ giảm dần từ giá trị lớn nhất về 0 theo hàm mũ với thời gian (nếu sử dụng bóng đèn thay cho điện trở R sẽ thấy Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 26 bóng đèn sáng lên và yếu dần rồi tắt hẳn). Dòng điện do tụ xả chính là nhờ nănglượng đã được nạp trong tụ. Năng lượng này được tính theo công thức: 2. 2 1 W VC với W : điện năng tính bằng Jun (J) C : điện dung của tụ tính bằng Fara (F) V: điện áp trên tụ tính bằng Vôn (V) Điện áp và dòng điện tức thời trên tụ được tính theo công thức:  t DCc eVtv .)(   t DC c e R V ti .)(  Sau một khoảng thời gian t = τ tụ xả, điện áp trên tụ còn 0,37VDC và khi t = 5τ coi như tụ xả hết, điện áp trên tụ bằng 0 d. Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện - Các tham số cơ bản của tụ điện + Trị số điện dung và dung sai Để đặc trưng cho khả năng nạp, xả điện của tụ ít hay nhiều người ta đưa ra khái niệm điện dung (dung lượng điện) để ước lượng. Điện dung của tụ được tính theo công thức: d S C . [F] với: ε là hằng số điện môi của chất cách điện. S là diện tích hiệu dụng của bản cực [m2] d là khoảng cách giữa hai bản cực [m] Hằng số điện môi của một số chất cách điện thông dụng để làm tụ điện có trị số như sau: Không khí khô ε = 1 Parafin ε = 2 Nhựa ebonit ε = 2,7 ÷ 2,9 Giấy tẩm dầu ε = 3,6 Gốm ε = 5,5 Mica ε = 4 ÷ 5 Trị số của điện dung được tính bằng F (fara) nhưng trên thực tế đơn vị này rất lớn nên không sử dụng mà thường dùng ước số của fara Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 27 Microfara 1 µF = 10-6 F Nanofara 1 nF = 10-9 F Picofara 1 pF = 10-12 F Dung sai của tụ điện biểu thị độ chính xác của trị số điện dung thực tế so với giá trị điện dung danh định của tụ điện và được tính bằng: %100. dd ddtt C CC  Tuỳ theo yêu cầu của mạch mà cần tụ có độ chính xác tương ứng, có tụ có dung sai 0,001% nhưng cũng có tụ có dung sai 150%. Với tụ sử dụng trong kỹ thuật điện tử thông thường thì tụ có dung sai từ 5 - 20% + Trở kháng của tụ điện Tụ điện là một linh kiện có tác dụng ngăn dòng một chiều chảy qua nó (ở trạng thái xác lập ổn định). Trở kháng của tụ điện được xác định một cách tổng quát như sau: cc X jCfj Z . 1 .2 1   với ; f - là tần số của tín hiệu xoay chiều tác dụng lên tụ fC Xc 2 1  gọi là dung kháng của tụ Nhận xét: Tụ điện không cho thành phần một chiều qua Khi tần số tín hiệu tác động lên tụ càng tăng, trở kháng của tụ càng giảm. Nghĩa là, tín hiệu tần số càng cao càng dễ qua tụ. Hơn nữa, tụ có trị số điện dung càng lớn càng dễ cho tín hiệu tần số thấp qua. + Điện áp làm việc Khi nạp điện cho tụ tức là đặt vào các chân tụ một điện áp, người ta gọi điện áp làm việc của tụ chính là điện áp một chiều lớn nhất mà tụ có thể chịu được, tức là nếu quá giá trị này thì tụ bị nổ (nên còn gọi là điện áp đánh thủng). Điều này được giải thích như sau: khi đặt vào tụ một điện áp lớn thì sẽ sinh ra một lực điện trường mạnh làm cho các điện tử trong nguyên tử chất điện môi bị bức xạ thành các điện tử tự do và sẽ có dòng điện chạy qua chất điện môi, lúc này chất điện môi bị đánh thủng. Do vậy khi sử dụng tụ điện để nạp và xả điện thì cần chọn tụ có điện áp đánh thủng lớn hơn điện áp đặt vào tụ vài lần. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 28 Điện áp đánh thủng của điện môi phụ thuộc vào tính chất của lớp điện môi và bề dày của nó nên các tụ chịu được điện áp lớn thường là tụ có kích thước lớn và làm bằng chất điện môi tốt (ví dụ như mica, gốm hay ebonit) + Hệ số nhiệt Mỗi loại tụ chỉ làm việc trong một môi trường làm việc có dải nhiệt độ nhất định. Ví dụ: -200C ÷ +650C -400C ÷ +650C -550C ÷ +1250C + Dòng điện rò Dòng điện rò là dòng chạy qua giữa 2 bản cực của tụ điện, nó phụ thuộc vào điện trở cách điện của chất điện môi. Khi đặt một điện áp lên tụ thì dung kháng của tụ được tính bằng: fC Xc 2 1  Như vậy dung kháng của tụ phụ thuộc vào tần số và giảm khi tần số tăng, đối với thành phần một chiều (f=0) có thể coi dung kháng của tụ là lớn vô cùng, nghĩa là không có dòng rò nhưng trên thực tế, thành phần này luôn tồn tại và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Tụ điện giải có dòng rò lớn nhất (cỡ vài mA khi điện áp đặt lên tụ lớn hơn 10V). Tụ điện mica và tụ gốm có dòng rò nhỏ nhất. - Cách ghi và đọc tham số trên tụ điện Các tham số ghi trên thân tụ điện là điện dung (có kèm theo dung sai) và điện áp làm việc. Có hai cách ghi là ghi trực tiếp và ghi theo quy ước. + Cách ghi trực tiếp Cách ghi này áp dụng cho tụ có kích thước lớn như tụ hoá, tụ mica Ví dụ: trên thân tụ hoá có ghi 100 µF, 50V, +850C nghĩa là tụ có điện dung 100 µF, điện áp một chiều lớn nhất mà tụ chịu được là 50V và nhiệt độ cao nhất mà nó không bị hỏng là 850C. + Cách ghi theo quy ước Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 29 Cách ghi này dùng cho tụ có kích thước nhỏ, gồm các số và chữ với một số kiểu quy ước như sau: Với loại tụ ký hiệu bằng 3 chữ số và 1 chữ cái Đơn vị là pF Chữ số cuối cùng chỉ số số 0 thêm vào Chữ cái chỉ dung sai Bảng ý nghĩa của chữ số thứ 3 Chữ số 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hệ số nhân 1 1 0 1 00 1 00 0 1 0. 00 0 1 00 .0 00 K h ôn g sử d ụn g K h ôn g sử d ụn g 0 ,0 1 0 ,1 Bảng quy ước dung sai cho chữ cái cuối cùng Ch÷ c¸i Dung sai Ch÷ c¸i Dung sai B +/- 0.10% J +/- 5% C +/- 0.25% K +/- 10% D +/- 0.5% M +/- 20% E +/- 0.5% N +/- 0.05% F +/- 1% P +100%,-0% G +/- 2% Z +80%, -20% H +/- 3% Ví dụ: Cách ghi Ý nghĩa 0.047 200 VDC Tụ có điện dung 0,047 μF, điện áp một chiều lớn nhất mà tụ chịu được là 200 V (tụ màng mỏng) 2.2 / 35 Tụ có điện dung 2,2 μF, điện áp chịu đựng là 35V (tụ tantan) 102J Tụ có điện dung 1000 pF = 1 nF, dung sai 5% 22K Tụ có điện dung 0,22 μF, dung sai 10% 474F Tụ có điện dung 0,47 μF, dung sai 1% Trong kỹ thuật điện tử thông thường tụ điện thường có dung sai từ ±5% đến ± 20% + Ghi theo quy ước vạch màu (gần giống như điện trở) Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 30 Hình 1.31: Hình ảnh minh hoạ cách ghi theo quy ước vạch màu Loại 4 vạch màu Vạch 1, 2 là số thực có nghĩa Vạch 3 là chỉ số số 0 thêm vào (với đơn vị pF) Vạch 4 chỉ điện áp làm việc Loại 5 vạch màu Vạch 1, 2 là số thực có nghĩa Vạch 3 là chỉ số số 0 thêm vào (với đơn vị pF) Vạch 4 chỉ dung sai Vạch 5 chỉ điện áp làm việc Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 31 Bảng quy ước màu cho tụ điện Màu Trị số thực Hệ số nhân Dung sai Điện áp làm việc [V] Đen 0 100 Nhôm Tantan Nâu 1 101 ± 1% 10 Đỏ 2 102 ± 2% 100 Cam 3 103 - 250 Vàng 4 104 - Lục 5 105 ± 0,5% 400 6,3 Lam 6 106 ± 0,2% 16 Tím 7 107 ± 0,1% 630 20 Xám 8 108 - Trắng 9 109 + 5%, -20% 25 Vàng kim 10-1 ±5% 3 Bạch kim 10-2 ±10% Hồng 35 - Đo kiểm tra tụ điện Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập, để phát hiện tụ dò rỉ hoặc bị chập ta quan sát hình ảnh sau đây + Đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm Ở hình ảnh trên là phép đo kiểm tra tụ gốm, có ba tụ C1 , C2 và C3 có điện dung bằng nhau, trong đó C1 là tụ tốt, C2 là tụ bị dò và C3 là tụ bị chập. Khi đo tụ C1 (Tụ tốt) kim phóng lên 1 chút rồi trở về vị trí cũ. (Lưu ý các tụ nhỏ quá < 1nF thì kim sẽ không phóng nạp). Khi đo tụ C2 (Tụ bị dò) ta thấy kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về vị trí cũ. Khi đo tụ C3 (Tụ bị chập) ta thấy kim lên = 0 Ω và không trở về. Lưu ý: Khi đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm ta phải để đồng hồ ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ, và phải đảo chiều kim đồng hồ vài lần khi đo. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 32 + Đo kiểm tra tụ hoá Tụ hoá ít khi bị dò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô (khô hoá chất bên trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ bị giảm, để kiểm tra tụ hoá, ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung, hình ảnh dưới đây minh hoạ các bước kiểm tra tụ hoá. Đo kiểm tra tụ hoá Để kiểm tra tụ hoá C2 có trị số 100µF có bị giảm điện dung hay không, ta dùng tụ C1 còn mới có cùng điện dung và đo so sánh. Để đồng hồ ở thang từ x1Ω đến x100Ω (điện dung càng lớn thì để thang càng thấp ) Đo vào hai tụ và so sánh độ phóng nạp, khi đo ta đảo chiều que đo vài lần. Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt, ở trên ta thấy tụ C2 phóng nạp kém hơn do đó tụ C2 ở trên đã bị khô. Trường hợp kim lên mà không trở về là tụ bị dò. Chú ý : Nếu kiểm tra tụ điện trực tiếp ở trên mạch, ta cần phải hút rỗng một chân tụ khỏi mạch in, sau đó kiểm tra như trên. - Các kiểu ghép tụ + Tụ điện ghép nối tiếp Khi ghép các tụ nối tiếp ta sẽ có trị số điện dung và điện áp làm việc của tụ tương đương như sau: 321 1111 CCCCtd  ; 321 UUUU  Như vậy ghép nối tiếp tụ điện sẽ làm tăng điện áp làm việc nhưng làm giảm trị số điện dung. + Tụ điện mắc song song Công thức tính điện dung và điện áp làm việc của tụ tương đương như sau: 321 CCCCtd  ; ),,min( 321 UUUU  Như vậy ghép song song cho làm tăng giá trị điện dung còn điện áp làm việc bằng điện áp làm việc nhỏ nhất của các tụ thành phần (do đó nên chọn các tụ có điện áp làm việc bằng nhau nếu ghép song song). Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 33 - Các ứng dụng của tụ điện + Tụ dẫn điện ở tần số cao Dung kháng của tụ được tính theo công thức fC Xc 2 1  Như vậy dung kháng của tụ tỉ lệ nghịch với tần số f của dòng điện qua nó. ở tầnsố càng cao thì dung kháng XC càng nhỏ nên dòng điện qua dễ dàng, ngược lại tần số thấp qua tụ khó hơn và có thể coi tụ chặn thành phần một chiều (khi f = 0, XC = ∞). Hơn nữa, nếu ở cùng một tần số thì tụ có điện dung lớn sẽ có dung kháng nhỏ hơn tụ có điện dung nhỏ. Dựa vào đặc tính dẫn điện phụ thuộc vào tần số người ta sử dụng tụ cho các mục đích: Tụ liên lạc: để dẫn tín hiệu xoay chiều đồng thời chặn thành phần một chiều qua các tầng. (Nếu tín hiệu xoay chiều tần số cao có thể sử dụng cả tụ phân cực và tụ thường nhưng nếu ở tín hiệu tần số thấp thì phải sử dụng tụ phân cực vì loại tụ này có điện dung lớn) Tụ thoát: dùng để loại bỏ tín hiệu không cần thiết (thường là tạp âm) xuống đất Tụ lọc: dùng trong các mạch lọc để phân chia dải tần (lọc thông cao, thông thấp hay lọc dải). Khi này có thể kết hợp tụ với điện trở hoặc với cuộn dây để tạo ra các mạch lọc thụ động. Dưới đây là một số ví dụ về sơ đồ mạch lọc thụ động RC Hình 1.32: Sơ đồ mạch lọc thụ động RC Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 34 Tụ cộng hưởng: dùng trong các mạch cộng hưởng LC để bắt tín hiệu hay triệt tín hiệu ở tần số cộng hưởng của mạch. Ví dụ: Đối với tín hiệu âm thanh thì âm bổng thuộc loại tần số cao nên tín hiệu âm bổng sẽ qua được tụ để đưa vào loa bổng còn âm trầm tần số thấp sẽ bị chặn lại và đi vào loa trầm. + Tụ nạp xả điện trong mạch lọc nguồn Giả sử có mạch nắn điện sử dụng một Diode như hình 1.34. Diode có tác dụng chỉ cho bán kỳ dương của dòng điện xoay chiều đi qua và chặn lại bán kỳ âm. Dòng điện qua tải sẽ có dạng là những bán kỳ dương gián đoạn (hình 1.34a). Nếu mắc thêm tụ song song với tải thì tụ sẽ nạp điện ở bán kỳ dương và xả điện ở bán kỳ âm, như vậy nhờ có tụ mà dòng điện qua tải được liên tục và giảm bớt hệ số đập mạch của dòng điện xoay chiều hình sin (hình 1.34b). Hình 1.34: Sơ đồ nguyên lý mạch lọc nguồn 2.3. Cuộn điện cảm: Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc a. Định nghĩa Hình 1.33. sơ đồ mạch lọc âm tần RC Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 35 Cuộn dây là một dây dẫn điện có bọc bên ngoài lớp sơn cách điện (thường được gọi là dây điện từ) quấn nhiều vòng liên tiếp trên một lõi. Lõi có thể có từ tính hoặc không có từ tính (tương ứng với khả năng gia tăng mật độ thông lượng từ hay không) Cuộn cảm cùng với tụ điện là hai loại linh kiện chống lại dòng điện xoay chiều bằng cách lưu trữ tạm thời một số lượng điện. Cuộn cảm sẽ lưu trữ một lượng điện như một từ trường. Hoạt động của thành phần này gọi là tự cảm. b. Ký hiệu Tuỳ vào loại lõi mà cuộn dây có ký hiệu như sau: Lõi không khí Lõi sắt bụi Lõi sắt từ Cuộn dây có lõi sắt lá dùng cho các dòng điện xoay chiều tần số thấp, lõi sắt bụi cho tần số cao và lõi không khí cho tần số rất cao. Hình 1.35: Hình dáng thực tế của cuộn dây * Hiện tượng cảm ứng điện từ: Cuộn dây được dùng để tạo ra cảm ứng điện từ. Cho dòng điện một chiều cường độ I chạy qua cuộn dây thì cuộn dây sẽ tương đương như một nam châm với cực tính được xác định theo chiều dòng điện I chạy trong cuộn dây đó (quy tắc vặn nút chai), khi đó ta nói cuộn dây là một nam châm điện. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 36 Nếu đặt thêm một cuộn dây thứ 2 di chuyển một cách tương đối với cuộn dây trên thì trên cuộn thứ 2 này xuất hiện một dòng điện, người ta nói có sự cảm ứng điện từ truyền từ cuộn 1 sang cuộn 2 và trên cuộn 2 có dòng điện cảm ứng. Tốc độ dịch chuyển càng nhanh thì cảm ứng từ càng mạnh. Khi cho dòng điện xoay chiều cường độ i chạy qua cuộn dây L1 thì cuộn dây sẽ tương đương một nam châm biến thiên, do đó tạo ra từ trường biến thiên xung quanh nó. Nếu đặt gần cuộn L1 một cuộn dây L2 thì 2 đầu cuộn dây L2 sẽ xuất hiện dòng điện. Ta nói rằng có sự cảm ứng về điện từ truyền từ L1 sang L2. Như vậy tác dụng của dòng xoay chiều cũng giống như tác dụng của dòng một chiều với điều kiện cuộn dây phải di chuyển, nghĩa là, từ trường biến thiên sẽ sinh ra cảm ứng điện từ với cuộn dây đặt trong khu vực đó. Khi dòng điện i1 trên cuộn L1 và i2 trên cuộn L2 cùng chiều thì gọi là cảm ứng thuận, ngược lại gọi là cảm ứng nghịch. Sau khi xuất hiện dòng điện trên cuộn L2 thì bản thân dòng điện này cũng sẽ sinh ra một từ trường biến thiên gây cảm ứng ngược trở lại cuộn L1, người ta gọi đó là hiện tượng cảm ứng tương hỗ hay hỗ cảm. c. Các tham số của cuộn dây - Hệ số tự cảm Khi cuộn dây do nhiều vòng dây quấn lại thì rõ ràng phải mất một khoảng thời gian nhất định để dòng điện di chuyển dọc theo dây và khi dòng điện chạy quanh toàn bộ cuộn dây, từ trường đạt đến mức cực đại. Như vậy, một năng lượng nhất định được lưu lại trong cuộn dây. Khả năng của cuộn dây lưu năng lượng bằng cách này là đặc điểm của độ tự cảm, viết tắt bằng L. Độ tự cảm L là một hàm phụ thuộc vào số lượng vòng dây, đường kính cuộn dây, chiều dài của cuộn dây và vật liệu làm lõi. + Với cuộn dây không có lõi: S l n L .. 2 0 + Với cuộn dây có lõi S l n L r ... 2 0 Trong đó: L: hệ số tự cảm [H] l: chiều dài lõi [m] S: diện tích lõi [m2] n: số vòng dây Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 37 μr: hệ số từ thẩm tương đối của vật liệu làm lõi đối với chân không μ0: hệ số từ thẩm của chân không μ0 = 4π.10-7 Khi cho dòng điện I qua cuộn dây n vòng sẽ tạo ra từ thông Φ. Để tính quan hệ giữa dòng điện I và từ thông Φ người ta đưa ra hệ thức: I nL    . Khi đó có thể tính sức điện động cảm ứng theo công thức: t I L t ne       . (dấu “-“ biểu thị tác dụng chống lại sự biến thiên) “Đơn vị của độ tự cảm là tỉ số giữa tỉ lệ thay đổi của dòng điện và điện áp qua một cuộn cảm. Một độ tự cảm là một Henry (H), đại diện cho hiệu điện thế một volt qua một cuộn cảm trong đó dòng điện tăng lên hoặc giảm xuống một ampe mỗi giây”. Trên thực tế, đơn vị H là một giá trị khá lớn và hiếm khi gặp, thông thường người ta sử dụng đơn vị mH và µH. - Trở kháng của cuộn dây Một cuộn dây có tác dụng như một điện trở dây quấn bình thường đối với thành phần dòng một chiều, nhưng với thành phần dòng xoay chiều thì hiện tượng tự cảm có xu thế đối lập lại dòng điện ban đầu chảy qua và sự cản trở này được đặc trưng bởi thông số cảm kháng của cuộn dây X L: LfXL ..2 [Ω] với f là tần số của dòng xoay chiều và L là độ tự cảm của cuộn dây. Khi đó trở kháng của cuộn dây là: LLL jXRZ  Và modun của hệ thức trên được tính bằng: 22 LLL XRZ  [Ω] Nhận xét: + Tần số dòng xoay chiều qua cuộn dây càng lớn thì điện kháng càng tăng + Nếu tín hiệu có chứa cả thành phần một chiều và xoay chiều cao tần thì khi tác động vào cuộn dây nó sẽ dễ dàng cho qua thành phần 1 chiều (hay tần số thấp) và chặn thành phần cao tần. (Như vậy phản ứng của cuộn dây với tín hiệu ngược với phản ứng của tụ điện) d. Các cách ghép cuộn dây - Ghép nối tiếp Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 38 Các cuộn dây ghép nối tiếp sẽ có hệ số tự cảm tương đương bằng tổng các hệ số tự cảm của các cuộn dây thành phần (tính như điện trở nối tiếp) L = L1 + L2 [H] - Ghép song song Các cuộn dây mắc song song sẽ có hệ số tự cảm tương đương được tính như điện trở mắc song song. 21 111 LLL  [H] e. Phân loại và ứng dụng của cuộn dây Có nhiều cách phân loại cuộn dây - Theo lõi của cuộn dây Cuộn dây lõi không khí (hay không lõi) là cuộn dây được quấn trên cốt bằng bìa, sứ hoặc không có cốt. Loại cuộn dây này có hệ số tự cảm nhỏ (< 1mH) và thường được sử dụng ở khu vực tần số cao hoặc siêu cao. Cuộn dây lõi không khí được sử dụng phần lớn trong các thiết bị thu phát tần số vô tuyến và các hệ thống anten. Vì không khí không tiêu thụ nhiều năng lượng ở dạng nhiệt nên có thể coi cuộn dây lõi rỗng có độ hao phí bằng 0 và có khả năng dẫn điện không hạn chế miễn là có kích cỡ lớn và đường kính sợi dây lớn. Cuộn dây lõi sắt bụi là cuộn dây có lõi làm bằng bột sắt nguyên chất trộn với chất dính không có từ tính. Loại cuộn dây này có hệ số tự cảm lớn hơn loại không lõi nhưng nhỏ hơn loại lõi sắt từ tuỳ vào hỗn hợp được sử dụng. Chúng thường được sử dụng ở khu vực tần số cao và trung tần. Cuộn dây lõi ferit thường được sử dụng ở khu vực tần số cao và trung tần, có khi cả ở khu vực tần thấp như âm tần vì ferit có độ từ thẩm cao hơn bột sắt rất nhiều. Lõi ferit có nhiều hình dạng khác nhau như: dạng thanh, hình ống, hình xuyến, chữ E, chữ C, hình nồi xem hình dưới đây: Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 39 Hình 1.36: Một số hình dạng lõi ferit và cuộn dây lõi ferit Cuộn dây lõi sắt từ sử dụng ở khu vực tần số thấp (âm tần). Loại này được làm từ lõi sắt cacbon, sắt silic hay sắt niken dây dẫn là dây đồng tráng men cách điện quấn thành nhiều lớp, các lớp được chống ẩm và cách điện với nhau. Do lõi bằng sắt từ có độ từ thẩm lớn nên cuộn dây lõi sắt từ có hệ số tự cảm cao nhưng kích thước và trọng lượng cũng rất lớn. Chú ý: Các cuộn dây có lõi sắt từ khi chịu dòng lớn có thể làm cho lõi bị bão hoà. Điều này xảy ra khi lõi bằng vật liệu sắt từ không thể tạo ra từ thông tăng khi dòng điện tăng, kết quả là làm độ tự cảm thay đổi, làm giảm dòng điện của cuộn dây. Bản thân lõi sắt từ tiêu tốn một lượng điện khá lớn dưới dạng nhiệt và nếu lõi bị nóng đến một mức nào đó nó sẽ bị gãy, nghĩa là làm hỏng cuộn dây và hạn chế khả năng quản lý dòng điện của nó. - Theo hình dáng Cuộn dây dạng thanh, trụ (solenoid): loại được sử dụng đầu tiên và phổ biến nhất do dễ chế tạo và dễ điều chỉnh độ từ thẩm. Cuộn dây hình xuyến (toroid): loại này nhiều ưu điểm hơn loại solenoid vì cần ít cuộn dây hơn để có được độ tự cảm nhất định và kích thước cũng nhỏ Hình 1.37. Hình dáng cuộn dây hình xuyến, thanh Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 40 hơn. Nhưng ưu điểm hơn cả là tất cả thông lượng trong một cuộn cảm toroid được chứa bên trong vật liệu lõi, nghĩa là không có hỗ cảm không mong muốn với các thành phần xung quanh. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là khó điều chỉnh độ từ thẩm và khó quấn hơn cuộn solenoid. Cuộn dây hình nồi: loại này có ưu điểm như toroid ở chỗ lõi có khuynh hướng ngăn chặn từ thông vượt ra ngoài kết cấu vật lý. Độ tự cảm của cuộn dây lõi nồi được tăng lên một cách đáng kể với một kích thước nhỏ. Nhược điểm chính là việc điều chỉnh rất khó khăn và phải chuyển đổi số vòng dây nhờ các van tại các điểm khác nhau của cuộn dây. - Theo sự thay đổi của hệ số tự cảm Cuộn dây có hệ số tự cảm không đổi là cuộn dây không điều chỉnh được hệ số tự cảm. Cuộn dây có hệ số tự cảm thay đổi là cuộn dây có thể thay đổi hệ số tự cảm bằng cách điều chỉnh lõi hay số vòng dây của nó. Việc di chuyển vào ra của lõi sẽ làm thay đổi độ từ thẩm bên trong cuộn dây. Chuyển động vào của lõi làm độ tự cảm tăng lên còn khi lõi chuyển động ra độ tự cảm sẽ giảm. - Theo khu vực tần số làm việc Cuộn cao tần Cuộn trung tần Cuộn âm tần - Theo ứng dụng Cuộn cộng hưởng là cuộn dây cùng với tụ điện kết hợp thành một mạch cộng hưởng để tạo dao động, chọn sóng, bẫy nhiễu Mạch cộng hưởng LC song song và nối tiếp Cuộn lọc là cuộn dây kết hợp với tụ điện để tạo thành các mắt lọc để phân chia dải tần. Dưới đây là một số mạch lọc LC thụ động và đáp ứng tần số - biên độ của chúng. Lọc thông thấp Lọc thông cao Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 41 Lọc thông dải Lọc chặn dải Cuộn chặn thường là cuộn có lõi sắt từ để chặn thành phần cao tần, lọc phẳng điện áp nguồn cung cấp, tránh cho dòng một chiều có biến động bất thường. Những cuộn cảm làm nhiệm vụ này phải có trị số lớn (vài H) Rơle điện từ đây là một ứng dụng rất phổ biến của cuộn dây cho phép điều khiển công tắc bằng điện thay vì đóng mở bằng tay. Hoạt động của rơle điện từ dựa vào hiện tượng cảm ứng từ của cuộn dây khi có dòng điện đi qua. Như đã biết, dòng điện qua cuộn dây sẽ làm cho cuộn dây hoạt động như một nam châm điện có khả năng hút lá kim loại chạm vào tiếp điểm. Khi sử dụng rơle cần chú ý điện áp hoạt động và dòng chịu đựng của các tiếp điểm, các thông số này đều được ghi trên thân của rơle. Liên lạc vô tuyến. Anten của đài phát thanh hay truyền hình ... thực chất cũng là một cuộn dây tạo nên sóng điện từ có từ trường biến thiên lan toả trong không gian. Từ trường biến thiên này sẽ cảm ứng sang các anten (cũng là những cuộn dây) ở máy thu và như vậy ta thu được thông tin từ xa mà không cần truyền tải qua đường dây. Hình 1.39. Sơ đồ mạch lọc LC Hình 1.40 Mạch lọc cao tần Hình 1.41. Hoạt động rơ le điện từ Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 42 Máy phát điện được cấu tạo với bộ phận chính là các cuộn dây bố trí trong lòng của một nam châm. Khi cho các cuộn dây quay hoặc cho nam châm quay (nhờ thuỷ lực, khí nóng, gió hay năng lượng mặt trời ...) sẽ có từ trường biến thiên và do đó sinh ra cảm ứng điện từ sang các cuộn dây, nghĩa là tạo ra các dòng điện (một pha hoặc ba pha) Biến áp là một trường hợp đặc biệt khi mắc song song hai cuộn dây qua một lõi sắt từ hay lõi ferit. 3. Đi ốt 3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đi ốt a. Cấu tạo của Diode bán dẫn Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn. Hình 1.42: Mối tiếp xúc P - N (Cấu tạo của Diode) Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn. Hình 1.43: Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn b. Phân cực thuận cho Diode - Phân cực thuận Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 43 Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vào Katôt (vùng bán dẫn N) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V (với Diode loại Si) hoặc 0,2V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V) Hình 1.44: Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc ghim ở mức 0,6V Hình 1.45: Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode * Kết luận: Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode. Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V . - Phân cực ngược Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng. Hình 1.46: Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 44 c. Phương pháp đo kiểm tra Diode Hình 1.47: Đo kiểm tra Diode Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode: + Nếu đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt + Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập. + Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt. Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt + Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò. d. Ứng dụng của Diode bán dẫn . Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động. Trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng. Hình 1.48: Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 45 3.2. Các loại đi ốt - Diode Zener Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode. Hình 1.49: Hình dáng Diode Zener ( Dz ) Hình 1.50: Ký hiệu và ứng dụng của Diode zener trong mạch. * Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi, Dz là diode ổn áp, R1 là trở hạn dòng. * Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi. * Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA. * Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => 2 lần Dz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz < 30mA. Hình 1.51: Sơđồ nguyên lý của Diode Zener Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 46 Nếu U1 < Dz thì khi U1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi Nếu U1 > Dz thì khi U1 thay đổi => áp trên Dz không đổi. - Diode thu quang. (Photo Diode ) Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P - N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode. Hình 1.52: Ký hiệu của Photo Diode Hình 1.53: Minh hoạ sự hoạt động của Photo Diode - Diode phát quang ( Light Emiting Diode : LED ) Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện . vv... Hình 1.54: Diode phát quang LED - Diode Varicap ( Diode biến dung ) Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 47 Hình 1.55: Ứng dụng của Diode biến dung Varicap ( VD ) trong mạch cộng hưởng * Ở hình trên khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào Diode Varicap thay đổi , điện dung của diode thay đổi => làm thay đổi tần số công hưởng của mạch. * Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp. - Diode xung Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu. diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần. Về đặc điểm , hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng. Hình 1.56: Ký hiệu của Diode xung - Diode tách sóng. Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P - N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu. - Diode nắn điện. Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC 50Hz, Diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 48 Hình 1.57: Diode nắn điện 5A 4. Transistor 4.1. Cấu tạo nguyên lý hoạt động của transitor lưỡng cực 4.1.1. Cấu tạo của Transistor. Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. Về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau . Hình 1.58: Cấu tạo Transistor * Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. * Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được. 4.1.2. Nguyên tắc hoạt động của Transistor * Xét hoạt động của Transistor NPN Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 49 Hình 1.59: Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạtđộng của transistor NPN Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E. Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E. Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 ) Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức: IC = β.IB Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE IB là dòng chạy qua mối BE β là hệ số khuyếch đại của Transistor Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N (cực E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P (cực B) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor. * Xét hoạt động của Transistor PNP Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E sang B. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 50 4.1.3 Ký hiệu & hình dạng của Transistor Hình 1.60 Ký hiệu của Transistor (a) (b) Hình 1.62: Hình ảnh của Transistor (a)Transistor công suất nhỏ (b) Transistor công suất lớn * Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung quốc. Transistor Nhật bản: thường ký hiệu là A..., B..., C..., D... Ví dụ A564, B733, C828, D1555 trong đó các Transistor ký hiệu là A và B là Transistor thuận PNP còn ký hiệu là C và D là Transistor ngược NPN. Các Transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số làm việc cao còn các Transistor B và D thường có công suất lớn và tần số làm việc thấp hơn. Transistor do Mỹ sản xuất thường ký hiệu là 2N... ví dụ 2N3055, 2N4073 vv... Transistor do Trung quốc sản xuất: Bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chũ cái. Chữ cái thức nhất cho biết loại bóng: Chữ A và B là bóng thuận, chữ C và D là bòng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm: X và P là bòng âm tần, A và G là bóng cao tần. Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm. Ví dụ : 3CP25 , 3AP20 vv... 4.1.4. Cách xác định chân E, B, C của Transistor Với các loại Transistor công suất nhỏ thì thứ tự chân C và B tuỳ theo bóng của nước nào sả xuất, nhưng chân E luôn ở bên trái nếu ta để Transistor như hình dưới Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 51 Nếu là Transistor do Nhật sản xuất: thí dụ Transistor C828, A564 thì chân C ở giữa, chân B ở bên phải. Nếu là Transistor Trung quốc sản xuất thì chân B ở giữa, chân C ở bên phải. Tuy nhiên một số Transistor được sản xuất nhái thì không theo thứ tự này => để biết chính xác ta dùng phương pháp đo bằng đồng hồ vạn năng. Hình 1.62: Transistor công suất nhỏ. Với loại Transistor công suất lớn (như hình dưới) thì hầu hết đều có chung thứ tự chân là: Bên trái là cực B, ở giữa là cực C và bên phải là cực E. Hình 1.63: Transistor công suất lớn thường có thứ tự chân như trên. * Đo xác định chân B và C Với Transistor công suất nhỏ thì thông thường chân E ở bên trái như vậy ta chỉ xác định chân B và suy ra chân C là chân còn lại. Để đồng hồ thang x1Ω, đặt cố định một que đo vào từng chân, que kia chuyển sang hai chân còn lại, nếu kim lên bằng nhau thì chân có que đặt cố định là chân B, nếu que đồng hồ cố định là que đen thì là Transistor ngược, là que đỏ thì là Transistor thuận.. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 52 4.1.5. Phương pháp kiểm tra Transistor Transistor khi hoạt động có thể hư hỏng do nhiều nguyên nhân, như hỏng do nhiệt độ, độ ẩm, do điện áp nguồn tăng cao hoặc do chất lượng của bản thân Transistor, để kiểm tra Transistor bạn hãy nhớ cấu tạo của chúng. Hình 1.64: Cấu tạo của Transistor Kiểm tra Transistor ngược NPN tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Anôt, điểm chung là cực B, nếu đo từ B sang C và B sang E (que đen vào B) thì tương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên, tất cả các trường hợp đo khác kim không lên. Kiểm tra Transistor thuận PNP, tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Katôt, điểm chung là cực B của Transistor, nếu đo từ B sang C và B sang E (que đỏ vào B) thì tương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kim không lên. Trái với các điều trên là Transistor bị hỏng. Transistor có thể bị hỏng ở các trường hợp . * Đo thuận chiều từ B sang E hoặc từ B sang C => kim không lên là transistor đứt BE hoặc đứt BC * Đo từ B sang E hoặc từ B sang C kim lên cả hai chiều là chập hay dò BE hoặc BC. * Đo giữa C và E kim lên là bị chập CE. * Các hình ảnh minh hoạ khi đo kiểm tra Transistor. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 53 Hình 1.65: Phép đo cho biết Transistor còn tốt Minh hoạ phép đo trên: Trước hết nhìn vào ký hiệu ta biết được Transistor trên là bóng ngược, và các chân của Transistor lần lượt là ECB (dựa vào tên Transistor). Bước 1: Chuẩn bị đo để đồng hồ ở thang x1Ω Bước 2 và bước 3: Đo thuận chiều BE và BC => kim lên . Bước 4 và bước 5: Đo ngược chiều BE và BC => kim không lên. Bước 6: Đo giữa C và E kim không lên => Bóng tốt. Hình 1.65: Phép đo cho biết Transistor bị chập BE Bước 1 : Chuẩn bị . Bước 2 : Đo thuận giữa B và E kim lên = 0 Ω Bước 3: Đo ngược giữa B và E kim lên = 0 Ω => Bóng chập BE Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 54 Hình 1.66: Phép đo cho biết bóng bị đứt BE Bước 1: Chuẩn bị . Bước 2 và 3: Đo cả hai chiều giữa B và E kim không lên. => Bóng đứt BE Hình 1.67: Phép đo cho thấy bóng bị chập CE Bước 1 : Chuẩn bị . Bước 2 và 4 : Đo cả hai chiều giữa C và E kim lên = 0 Ω => Bóng chập CE Trường hợp đo giữa C và E kim lên mộtchút là bị dò CE. 4.1.6. Các thông số kỹ thuật a. Các thông số kỹ thuật của Transistor Dòng điện cực đại: Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn này Transistor sẽ bị hỏng. Điện áp cực đại: Là điện áp giới hạn của transistor đặt vào cực CE, vượt qua điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị đánh thủng. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 55 Tấn số cắt: Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của Transistor bị giảm . Hệ số khuyếch đại: Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE Công suất cực đại: Khi hoat động Transistor tiêu tán một công suất P = UCE.ICE nếu công suất này vượt quá công suất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị hỏng . b. Một số Transistor đặc biệt * Transistor số (Digital Transistor): Transistor số có cấu tạo như Transistor thường nhưng chân B được đấu thêm một điện trở vài chục KΩ Hình 1.68: Ký hiệu Transistor số Transistor số thường được sử dụng trong các mạch công tắc , mạch logic, mạch điều khiển , khi hoạt động người ta có thể đưa trực tiếp áp lệnh 5V vào chân B để điều khiển đèn ngắt mở. Hình 1.69: Minh hoạ ứng dụng của Transistor Digital * Ký hiệu: Transistor Digital thường có các ký hiệu là DTA...(đèn thuận), DTC...(đèn ngược), KRC...(đèn ngược) KRA...(đèn thuận), RN12...(đèn ngược), RN22...(đèn thuận , UN...., KSR... . Ví dụ : DTA132 , DTC 124 vv... Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 56 * Transistor công suất dòng (công suất ngang) Transistor công suất lớn thường được gọi là sò. Sò dòng, sò nguồn vv..các sò này được thiết kế để điều khiển bộ cao áp hoặc biến áp nguồn xung hoạt động. Chúng thường có điện áp hoạt động cao và cho dòng chịu đựng lớn. Các sò công suất dòng (Ti vi mầu) thường có đấu thêm các diode đệm ở trong song song với cực CE. Hình 1.70: Ký hiệu và hình ảnh Sò công suất dòng trong Ti vi mầu 4.1.7. Cấp nguồn và định thiên cho Transistor a. Ứng dụng của Transistor Thực ra một thiết bị không có Transistor thì chưa phải là thiết bị điện tử, vì vậy Transistor có thể xem là một linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử, các loại IC thực chất là các mạch tích hợp nhiều Transistor trong một linh kiện duy nhất, trong mạch điện, Transistor được dùng để khuyếch đại tín hiệu Analog, chuyển trạng thái của mạch Digital, sử dụng làm các công tắc điện tử, làm các bộ tạo dao động v v... b. Cấp điện cho Transistor (Vcc - điện áp cung cấp) Để sử dụng Transistor trong mạch ta cần phải cấp cho nó một nguồn điện, tuỳ theo mục đích sử dụng mà nguồn điện được cấp trực tiếp vào Transistor hay đi qua điện trở, cuộn dây v v... nguồn điện Vcc cho Transistor được quy ước là nguồn cấp cho cực CE. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 57 Hình 1.71: Cấp nguồn Vcc cho Transistor ngược và thuận Ta thấy rằng: Nếu Transistor là ngược NPN thì Vcc phải là nguồn dương (+), nếu Transistor là thuận PNP thì Vcc là nguồn âm (-) c. Định thiên (phân cực) cho Transistor * Định thiên: là cấp một nguồn điện vào chân B (qua trở định thiên) để đặt Transistor vào trạng thái sẵn sàng hoạt động, sẵn sàng khuyếch đại các tín hiệu cho dù rất nhỏ. Hình 1.72 Mạch định thiên cho Transistor * Tại sao phải định thiên cho Transistor nó mới sẵn sàng hoạt động: Để hiếu được điều này ta hãy xét hai sơ đồ trên : Ở trên là hai mạch sử dụng transistor để khuyếch đại tín hiệu, một mạch chân B không được định thiên và một mạch chân B được định thiên thông qua Rđt. Các nguồn tín hiệu đưa vào khuyếch đại thường có biên độ rất nhỏ (từ 0,05V đến 0,5V) khi đưa vào chân B (đèn chưa có định thiên) các tín hiệu này không đủ để tạo ra dòng IBE (đặc điểm mối P-N phải có 0,6V mới có dòng chạy qua ) => vì vậy cũng không có dòng ICE => sụt áp trên Rg = 0V và điện áp ra chân C = Vcc Ở sơ đồ thứ 2 , Transistor có Rđt định thiên => có dòng IBE, khi đưa tín hiệu nhỏ vào chân B => làm cho dòng IBE tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm, sụt áp trên Rg cũng thay đổi => và kết quả đầu ra ta thu được một tín hiệu tương tự đầu vào nhưng có biên độ lớn hơn. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 58 Kết luận : Định thiên (hay phân cực) nghĩa là tạo một dòng điện IBE ban đầu, một sụt áp trên Rg ban đầu để khi có một nguồn tín hiệu yếu đi vào cực B, dòng IBE sẽ tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm => dẫn đến sụt áp trên Rg cũng tăng hoặc giảm => và sụt áp này chính là tín hiệu ta cần lấy ra. * Một số mạch định thiên khác - Mạch định thiên dùng hai nguồn điện khác nhau Hình 1.72: Mạch định thiên dùng hai nguồn điện khác nhau - Mạch định thiên có điện trở phân áp Để có thể khuếch đại được nhiều nguồn tín hiệu mạnh yếu khác nhau, thì mạch định thiên thường sử dụng thêm điện trở phân áp Rpa đấu từ B xuống Mass. Hình 1.73: Mạch định thiên có điện trở phân áp Rpa - Mạch định thiên có hồi tiếp Là mạch có điện trở định thiên đấu từ đầu ra (cực C) đến đầu vào (cực B) mạch này có tác dụng tăng độ ổn định cho mạch khuyếch đại khi hoạt động. Hình 1.74: Mạch định thiên có hồi tiếp 4.1.8. Ba cách mắc Transistor cơ bản a. Transistor mắc theo kiểu E chung Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 59 Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C, mạch có sơ đồ như sau: Hình 1.75: Mạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung - Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung. Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng 60% ÷ 70 % Vcc. Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp. Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể. Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào: vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân C giảm, và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào. Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử. b. Transistor mắc theo kiểu C chung Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn (Lưu ý: về phương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đương với mass), tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E, mạch có sơ đồ như sau: Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 60 Hình 1.76: Mạch mắc kiểu C chung Đặc điểm của mạch khuyếch đại C chung . Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào: Vì mối BE luôn luôn có giá trị khoảng 0,6V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào. Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện áp ra cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm. Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần : Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào. Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếch đại đêm (Damper), trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh, người ta thường dùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn. Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn (ta sẽ tìm hiểu trong phần sau). c. Transistor mắc theo kiểu B chung. Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân B được thoát mass thông qua tụ. Mạch mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 61 Hình 1.77: Mạch khuyếch đại kiểu B chung 4.2. Các loại transitor 4.2.1. Transitor hiệu ứng trường (fet – field - effect transistor) a. Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động cơ bản của FET là làm cho dòng điện cần điều khiển đi qua một môi trường bán dẫn có tiết diện dẫn điện thay đổi dưới tác dụng của điện trường vuông góc với lớp bán dẫn đó. Sự thay đổi cường độ điện trường sẽ làm thay đổi điện trở của lớp bán dẫn và do đó làm thay đổi dòng điện đi qua nó. Lớp bán dẫn này được gọi là kênh dẫn điện. Đây là điểm khác biệt so với BJT vì BJT dùng dòng điện cực gốc để điều khiển. Trong FET, dòng điện hình thành do một loại hạt dẫn duy nhất, hoặc là điện tử hoặc là lỗ trống. b. Phân loại Transistor trường có 2 loại là: + Transistor trường có điều khiển bằng tiếp xúc P - N (hay còn gọi là transistor mối nối - JFET- Junction field effect transistor) + Transistor có cực cửa cách điện (IGFET - insulated gate field effect transistor) hay MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor). MOSFET được chia làm 2 loại là MOSFET kênh có sẵn và MOSFET kênh cảm ứng Mỗi loại FET ở trên lại được chia thành loại kênh N hoặc kênh P (tuỳ theo hạt dẫn điện là điện tử hay lỗ trống) c. Ký hiệu FET trong sơ đồ mạch Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 62 Kênh N Kênh P Kênh N Kênh P Kênh N Kênh P JFET MOSFET kênh có sẵn MOSFET kênh cảm ứng Hình 1.78: Ký hiệu của FET S: source - cực nguồn mà qua đó các hạt đa số đi vào kênh và tạo ra dòng điện nguồn IS D: drain - cực máng là cực mà ở đó các hạt dẫn đa số rời khỏi kênh dẫn G: gate - cực cửa là cực điều khiển dòng điện chạy qua kênh dẫn d. Ưu điểm và nhược điểm của FET Ưu điểm: + Trở kháng vào rất cao + Tạp âm ít hơn nhiều so với transistor lưỡng cực + Độ ổn định nhiệt cao + Tần số làm việc cao Nhược điểm: + Công nghệ chế tạo phức tạp nên khó sản xuất hơn BJT + Hệ số khuếch đại thấp hơn nhiều so với BJT 4.2.2. Transistor trường điều khiển bằng tiếp xúc P - N (JFET) a. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động JFET có cấu tạo gồm có một miếng bán dẫn mỏng loại N (ta có JFET kênh loại N) hoặc loại P (ta có JFET kênh loại P) ở giữa 2 tiếp xúc P - N và được gọi là kênh dẫn điện. Hai đầu của miếng bán dẫn được đưa ra 2 chân cực gọi là cực máng (D) và cực nguồn (S). Hai miếng bán dẫn ở 2 bên của kênh được nối với nhau và đưa ra một chân cực gọi là cực cửa (G). Các JFET hầu hết là loại có cấu trúc đối xứng, nghĩa là khi đấu trong mạch có thể đổi chỗ 2 chân cực máng và nguồn mà tính chất và tham số của FET không thay đổi. Nguyên tắc làm việc: Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 63 Muốn JFET làm việc ở chế độ khuếch đại cần phải cung cấp nguồn điện một chiều giữa cực cửa và cực nguồn UGS có chiều sao cho cả 2 tiếp xúc P - N đều được phân cực ngược còn nguồn điện cung cấp giữa cực máng và cực nguồn UDS có chiều sao cho các hạt dẫn đa số phải chuyển động từ cực nguồn S đi qua kênh về cực máng để tạo nên dòng điện cực máng ID. (a) (b) Hình 1.79: Cấu tạo và ký hiệu của JFET (a) Cấu tạo của JFET kênh dẫn loại P (b) Cấu tạo của JFET kênh dẫn loại N (a) (b) Hình 1.80: Sơ đồ phân cực cho JFET (a) Sơ đồ phân cực cho JFET kênh P (b) Sơ đồ phân cực cho JFET kênh N JFET kênh N và kênh P có nguyên tắc hoạt động giống nhau. Chúng chỉ khác nhau về chiều của nguồn điện cung cấp là ngược chiều nhau. ở đây ta xét trường hợp JFET kênh loại N. Với JFET kênh loại N cần mắc nguồn cung cấp sao cho: UGS< 0 để 2 chuyển tiếp P và N phân cực ngược; UDS> 0 để điện tử di chuyển từ S tới D Điểm thắt kênh dịch chuyển về phía S khi tăng UDS Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 64 Khi UDS> 0 thì điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh từ cực nguồn S đến cực máng D sẽ tăng từ 0V tới UDS ở cực máng D, do đó chuyển tiếp P - N phân cực ngược mạnh dần về phía cực máng làm cho bề dày lớp chuyển tiếp tăng dần về phía D và tiết diện của kênh sẽ hẹp dần về phía cực máng D. (càng tăng UDS thì điểm thắt càng dịch về phía S, nghĩa là hiện tượng thắt kênh dẫn sớm xảy ra). Hình 1.81: Hình ảnh minh hoạ kênh dẫn bị thắt khi tăng UDS. b. Đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến ra UGS ngắt là điện áp ngược lớn nhất mà tại đó ID = 0, hai miền điện tích không gian của 2 chuyển tiếp P - N phủ trùm lên nhau, kênh dẫn biến mất, dòng qua kênh bằng 0. Qua đường đặc tuyến truyền đạt ta thấy: khi thay đổi điện áp trên cực cửa thì bề dày của lớp tiếp xúc P - N sẽ thay đổi làm cho tiết diện của kênh cũng thay đổi theo, kéo theo điện trở của kênh thay đổi và cường độ dòng điện qua kênh cũng thay đổi. Như vậy điện áp trên cực cửa UGS đã điều khiển được dòng điện ở cực máng I D. Khi đặt điện áp UDS lên giữa cực máng D và cực nguồn S thì sẽ có một dòng điện ID chạy qua kênh. Vì dòng điện không chảy trong vùng nghèo hạt dẫn nên ta có thể tính như sau: L U NqwbENqSI DSnDnDD  ....2....  S=2b.w là tiết diện c ủa kênh dẫn 2b là độ rộng của kênh tương ứng với khi dòng điện ID = 0 w là kích thước vuông góc với hướng b của kênh Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 65 L là chiều dài kênh dẫn UDS là điện áp đặt giữa cực máng và cực nguồn Nhận xét đặc tuyến ra: Vùng gần gốc: ID tỉ lệ tuyến tính theo UDS. JFET giống như một điện trở thuần Vùng thắt (vùng bão hoà): I D phụ thuộc vào UGS, JFET hoạt động như phần tử khuếch đại, dòng I D được điều khiển bằng điện áp UGS. Điểm A được gọi là điểm thắt của kênh, tại đó 2 tiếp xúc P - N chạm nhau và trị số điện áp UDS đạt giá trị bão hoà. Vùng đánh thủng: khi trị số UDS tăng quá cao tiếp xúc P - N bị đánh thủng, dòng điện ID tăng vọt. Điểm B được gọi là điểm đánh thủng. Trên thực tế hiện tượng này hiếm khi xảy ra. Chú ý: UGS càng âm thì điểm A và B càng gần gốc, nghĩa là quá trình bão hoà và đánh thủng sớm xảy ra khi tăng dần UDS. Bảng: Giá trị một số tham số của FET Tham số JFET MOSFET Độ hỗ dẫn S 0,1 ÷ 10 mA/V 0,1 ÷ 20 mA/V Điện trở cực máng rd 0,1 ÷ 1 MΩ 1 ÷ 50 KΩ Điện dung giữa cực máng và cực nguồn Cds 0,1 ÷ 1 pF 0,1 ÷ 1 pF Điện dung giữa cực cửa và các cực nguồn, máng Cgs, Cgd 1 ÷ 10 pF 1 ÷ 10 pF Điện trở giữa cực cửa và cực nguồn rgs > 108Ω > 1010Ω Điện trở giữa cực cửa và cực máng rgd > 108Ω > 1014Ω 4.2.3. Transistor trường loại MOSFET Đây là loại transistor trường có cực cửa cách điện với kênh dẫn điện bằng một lớp cách điện mỏng. Lớp cách điện thường Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 66 được dùng là chất oxit nên transistor trường loại này còn được gọi là transistor MOS. a. Cấu tạo của MOSFET Hình 1.82: Sơ đồ cấu tạo của MOSFET Điện cực cửa của MOSFET được cách điện đối với kênh dẫn điện bằng một màng điện môi mỏng thường là oxit silic (SiO2). Đế của linh kiện là một chất bán dẫn khác loại với chất bán dẫn làm cực S và D. (MOS - Metal - oxit - semiconductor) MOSFET có 2 loại là MOSFET kênh có sẵn (còn gọi là DMOSFET-Depleted MOSFET- loại nghèo) và MOSFET kênh cảm ứng (còn gọi là EMOSFET- Enhanced MOSFET- oại giàu). Trong mỗi loại này lại có 2 loại là kênh dẫn loại N và kênh dẫn loại P. MOSFET kênh có sẵn là loại transistor mà khi chế tạo người ta đã chế tạo sẵn kênh dẫn. Loại này có nhược điểm là có dòng rò lớn nên hiện nay người ta sử dụng loại này rất ít. Ký hiệu của loại DMOSFET như sau: Kênh N Kênh P MOSFET kênh cảm ứng là loại transistor khi chế tạo người ta không chế tạo sẵn kênh dẫn mà kênh dẫn được hình thành trong quá trình transistor làm việc. Ký hiệu của EMOSFET như sau: Kênh N Kênh P b. Nguyên tắc làm việc Nguyên tắc hoạt động của MOSFET kênh loại P và MOSFET kênh loại N giống nhau nhưng cực tính nguồn cung cấp ngược nhau. Nguyên tắc hoạt động của MOSFET kênh có sẵn (loại N) như sau: Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 67 Khi transistor làm việc thông thường cực nguồn S được nối với đế của linh kiện và nối đất nên US = 0. Các điện áp đặt vào các chân cực cửa G và cực máng D là so với chân cực S. Các chân cực được cấp nguồn sao cho dòng điện chạy từ cực S tới cực D, điện áp trên cực cửa sẽ quyết định MOSFET làm việc ở chế độ giàu hạt dẫn hay nghèo hạt dẫn. Khi UGS = 0 trong mạch vẫn có dòng điện cực máng (dòng các hạt điện tử) nối giữa cực S và cực D Khi UGS> 0 điện tử bị hút vào vùng kênh đối diện với cực cửa làm giàu hạt dẫn cho kênh, tức là làm giảm điện trở của kênh do đó tăng dòng cực máng ID. Chế độ làm việc này gọi là chế độ giàu của MOSFET Khi UGS< 0 qúa trình xảy ra ngược lại, tức là điện tử bị đẩy ra xa kênh dẫn làm điện trở của kênh tăng lên, do vậy dòng cực máng ID giảm. Chế độ này gọi là chế độ nghèo hạt dẫn của MOSFET. Hình 1.83: Họ đặc tuyến ra của MOSFET kênh có sẵn loại N Nguyên tắc hoạt động của MOSFET kênh cảm ứng (loại N) như sau: Loại MOSFET này kênh dẫn chỉ xuất hiện trong quá trình làm việc Khi UGS ≤ 0, kênh dẫn không tồn tại, dòng ID = 0. Khi UGS> 0 tại vùng đế đối diện cực cửa xuất hiện các điện tử tự do và hình thành kênh dẫn nối giữa nguồn và máng. Độ dẫn điện của kênh phụ thuộc vào UGS. Như vậy, MOSFET kênh cảm ứng chỉ làm việc với một loại cực tính của UGS và chỉ ở chế độ giàu. Dưới đây là hình minh hoạ cho các trường hợp trên với từng loại EMOSFET. Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 68 Hình 1.84: Hình ảnh minh hoạ nguyên tắc hoạt động của MOSFET Họ đặc tuyến đầu ra của EMOSFET Hình 1.85: Họ đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng loại N 4.2.4. Các sơ đồ mắc FET Cũng như BJT, FET có 3 cách mắc cơ bản trong các sơ đồ khuếch đại: sơ đồ mắc cực nguồn chung, mắc cực máng chung và mắc cực cửa chung. a. Sơ đồ mắc cực nguồn chung (SC - source common) Sơ đồ mắc cực nguồn chung của FET giống như sơ đồ mắc cực phát chung đối với BJT nhưng có điểm khác là dòng IG thực tế bằng 0 và trở kháng vào rất lớn. Đặc điểm của sơ đồ SC: + Tín hiệu vào và tín hiệu ra ngược pha + Trở kháng vào vô cùng lớn Zvào R= GS ∞≈ + Trở kháng ra Z ra = RD // rd + Hệ số khuếch đại điện áp μ ~ (150 ÷ 300 lần đối với JFET kênh N và 75 ÷ 150 lần đối với JFET kênh P) Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 69 Hình 1.86: Sơ đồ mắc nguồn chung của JFET kênh P Hình 1.87: Sơ đồ mắc cực máng chung của JFET kênh N b.Sơ đồ mắc cực máng chung (DC - drain common) Sơ đồ mắc cực máng chung giống như sơ đồ mắc cực góp chung của BJT Đặc điểm của sơ đồ DC: + Tín hiệu vào và tín hiệu ra đồng pha + Trở kháng vào cực lớn (lớn hơn cả trong sơ đồ SC) + Trở kháng ra rất nhỏ Zvào = RS // S 1 + Hệ số khuếch đại điện áp μ < 1 Sơ đồ mắc cực máng chung của JFET kênh N (Hình 1.85) c. Sơ đồ mắc cực cửa chung (GC - gate common) Hình 1.86: Sơ đồ mắc cực cửa chung của JFET kênh N Sơ