Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Nghề: Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính - Trình độ: Cao đẳng - Trường Cao đẳng nghề Vĩnh Long

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật điện tử - Nghề: Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính - Trình độ: Cao đẳng - Trường Cao đẳng nghề Vĩnh Long

1. ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH VĨNH LONG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VĨNH LONG GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành theo Quyết định số 171 /QĐ – CĐNVL ngày 14 tháng 8 năm 2017 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Vĩnh Long) (Lưu hành nội bộ) NĂM 2017
2. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VĨNH LONG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Tác giả biên soạn: ThS. Trương Nguyễn Thịnh Cương GIÁO TRÌNH MÔN ĐUN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NĂM 2017
3. LỜI MỞ ĐẦU  Nhầm đáp ứng nhu cầu dạy và học của học sinh trường trung cấp nghề Vĩnh Long. Nay tôi biên soạn giáo trình kỹ thuật điện tử . Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử, được biên soạn dựa trên cơ sở chương trình khung của tổng cục dạy nghề. Nội dung giáo trình gồm 7 bài. Mỗi bài học được trình bài những kiến thức căn bản nhất, thông dụng nhất nhầm tạo điều kiện tốt nhất để người học dể tiếp thu và vận dụng kiến thức này vào những môn học sau của chương trình trung cấp nghề kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy tính. Giáo trình này ngoài việc vận dụng vào nghề kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy tính, nó còn là nguồn tài liệu tham khảo cho những học viên muốn tìm hiểu về lĩnh vực điện tử. Mặc dù đã cố gắng, trong quá trình biên soạn nhưng vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và của các học viên để giáo trình ngày càng hoàn thiện tốt hơn. Xin chân thành cám ơn! Tác giả.
4. MỤC LỤC BÀI 1. TỔNG QUAN 1 1. Các đại lượng cơ bản 1 1.1. Khái niệm tín hiệu 1 1.2. Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian t 1 1.3. Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian τ 1 1.4. Dải động của tín hiệu 1 1.5. Thành phần một chiều và xoay chiều của tín hiệu 2 1.6. Các thành phần chẵn và lẻ của tín hiệu 2 1.7. Thành phần thực và ảo của tín hiệu hay biểu diễn phức của một tín hiệu hay biểu diễn phức của một tín hiệu 2 2. Tín hiệu và truyền tin 3 2.1. Thông tin di động mặt đất: 3 2.2. Thông tin di động hàng hải: 4 2.3. Thông tin di động hàng không: 5 2.4. Thông tin vệ tinh 6 Bài 2. LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 8 1. Điện trở 8 1.1. Cấu tạo và kí hiệu qui ước 8 1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản 8 1.3. Quy luật màu, mã kí tự biểu diễn trị số điện trở 9 1.4. Cách đọc trị số điện trở màu. 10 2. Tụ điện 11 2.1. Cấu tạo 11 2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản 11 3. Cuộn dây 15 3.1. Cấu tạo 15 3.2. Các đại lượng đặt trưng cho cuộn dây 15 3.3. Cách đọc trị số điện cảm theo màu 16 4. Biến áp 17 4.1. Cấu tạo 17 4.2. Nguyên lý hoạt động của biến áp 18 4.3. Công suất của biến áp 18 Câu hỏi ôn tập 19 Bài 3. LINH KIỆN TÍCH CỰC 20 1.1. Chất bán dẫn N 21
5. 1.2. Chất bán dẫn P 21 2. Diode 22 2.1. Cấu tạo của Diode, nguyên lý, đặc tuyến của diode 22 2.2. Ứng dụng diode 25 3. Transistor lưỡng cực BJT 26 3.1. Cấu tạo, nguyên lý, phân cực của BJT 26 3.2. Ứng dụng cơ bản của BJT 30 4. Transistor MOSFET 30 4.1 Cấu tạo, nguyên lý, đặc tuyến của JFET 30 4.2. Ứng dụng 32 5. Transistor trường MOSFET 33 5.1. Cấu tạo, nguyên lý, đặc tuyến của MOSFET 33 5.2. Ứng dụng 35 Câu hỏi ôn tập 36 3. Cho biết chất bán dẫn P là gì?Bài 4. MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ 36 1. Mạch khuếch đại E chung(CE: Common Emitter) 37 1.1 Sơ đồ mạch điện 37 1.2. Tính toán phân cực 37 1.3. Tính công suất khuếch đại và độ lợi 38 2. Mạch khuếch C chung (CC: Common Collector) 39 2.1. Sơ đồ mạch 39 2.2. Tính toán phân cực (học sinh xem lại mục 1.2) 40 2.3. Tính công suất khuếch đại và độ lợi 40 3. Mạch khuếch đại cực B chung(CB: Common Base) 41 3.1. Sơ đồ mạch 41 3.2. Tính toán phân cực(xem lại mục 1.2) 41 3.3. Tính công suất khuếch đại và độ lợi 41 Câu hỏi ôn tập 42 Bài 5. MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 43 1. Mạch khuếch đại đẩy kéo 43 1.1. Những vấn đề chung về tầng khuếch đại công suất đẩy kéo 43 1.2. Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo hoạt động ở chế độ B 44 1.3. Phân tích mạch điện 45 2. Mạch khuếch đại OCL 46 2.1. Sơ đồ mạch điện: 47 2.2. Tính toán công suất 47
6. 2.3 Mạch ứng dụng 49 3. Mạch khuếch đại OTL 50 3.1. Sơ đồ mạch điện 51 3.2. Tính toán công suất 51 3.3 Mạch ứng dụng thực tế 52 Câu hỏi ôn tập 53 BÀI 6. MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 54 1. Vi mạch thuật toán 54 1.1 Khái niệm chung 54 1.2. Mạch khuếch đại đảo. 54 1.3. Mạch khuếch đại không đảo. 55 1.4. Mạch cộng 56 1.5. Mạch trừ 58 Câu hỏi ôn tập 59 Bài 7. THYRISTOR 60 1. SCR (Thyristor – Silicon Controlled Rectifier) 60 1.1. Cấu tạo – Ký hiệu 60 1.2. Nguyên lý hoạt động 61 1.3. Đặc tuyến Volt-Ampere của SCR 62 1.4. Các thông số của SCR 62 1.5. Ứng dụng 63 2. DIAC (Diode AC Semiconductor Switch) 66 2.1. Cấu tạo – ký hiệu 66 2.2. Nguyên lý hoạt động 66 2.3. Ứng dụng 67 3. TRIAC (Triod AC Semiconductor Switch) 67 3.1. Cấu tạo – ký hiệu 67 3.2. Nguyên lý hoạt động 68 3.3. Đặc tính 69 3.4. Các cách kích Triac 69 3.5. Ứng dụng 70 Câu hỏi ôn tập 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
7. BÀI 1. TỔNG QUAN A. MỤC TIÊU: - Trình bày được các đại lượng; - Nhận biết được tín hiệu, dạng tín hiệu; - Tính cẩn thận, tỉ mỉ trong công việc. B. NỘI DUNG: 1. Các đại lượng cơ bản 1.1. Khái niệm tín hiệu Từ tín hiệu có nguồn gốc từ tiếng Latin: signum dùng để chỉ một vật thể, một dấu hiệu, một phần tử của ngôn ngữ hay một biểu tượng đã được thừa nhận để thể hiện một tin tức. Khái niệm tín hiệu: là sự biểu hiện vật lý của tin tức mà nó mang từ nguồn tin đến nơi nhận tin. Phương cách biểu diễn tín hiệu: tín hiệu điện: dòng điện hay điện áp. 1.2. Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian t Tính tiền định :tín hiệu được mô tả bằng hàm cụ thể Tính tuần hoàn :có sự lặp lại sau một khoảng thời gian nhất định Tính nhân quả : không có tín hiệu xuất hiện trước thời điểm t=0; 1.3. Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian τ Độ dài của tín hiệu là khoảng thời gian tồn tại của nó (từ lúc bắt đầu xuất hiện đến lúc mất đi). Độ dài mang ý nghĩa là khoảng thời gian mắc bận với tín hiệu của một mạch hay hệ thống điện tử. Nếu tín hiệu s(t) xuất hiện lúc t o có độ dài là τ thì giá trị trung bình của s(t), ký hiệu là s(t) được xác định bởi: 1.4. Dải động của tín hiệu Là tỉ số của tín giữa các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của công suất tức thời của tín hiệu.Nếu tính theo đơn vị logarit(dexiben ),dãi động được định nghĩa là : Thông số này đặc trưng cho khoảng cường độ hay khoảng độ lớn của tín hiệu tác động lên mạch hoặc hệ thống điện tử. 1
8. 1.5. Thành phần một chiều và xoay chiều của tín hiệu Một tín hiệu s(t) luôn có thể phân tích thành hai thành phần một chiều và xoay chiều sao cho: với s ~ là thành phần biến thiên theo thời gian của s(t) và có giá trị trung bình theo thời gian bằng 0 và s = là thành phần cố định theo thời gian (thành phần 1 chiều). theo công thức trị trung bình của tín hiệu thì ta có Lúc đó : 1.6. Các thành phần chẵn và lẻ của tín hiệu Một tín hiệu s(t) cũng luôn có thể phân tích cách khác thành hai thành phần chẵn và lẻ được xác định như sau : Từ đó suy ra : 1.7. Thành phần thực và ảo của tín hiệu hay biểu diễn phức của một tín hiệu hay biểu diễn phức của một tín hiệu Một tín hiệu s(t) bất kì có thể biểu diễn tổng quát dưới dạng một số phức : Trong đó là phần thực và là thành phần ảo của Theo định nghĩa ,lượng liên hiệp phức của Khi đó các thành phần thực và ảo của 2
9. 2. Tín hiệu và truyền tin Gần đây ,thông tin di đông đã trở thành một ứng dụng trong lĩnh vực thông tin vô tuyến .Phát triển của thông tin di động được bắt đầu bằng phát minh thí nghiệm về sóng điện từ của Hertz và điện báo vô tuyến của Marconi và vào thời kỳ đầu của phát minh thông tin vô tuyến ,nó được sử dụng trong dịch vụ vận tải an toàn đường biển để điều khiển các con tàu .Về sau nó gồm có thông tin vô tuyến di động mặt đất, thông tin vô tuyến di động hàng hải, thông tin vô tuyến di động hàng không. Thông tin vô tuyến di động đóng một vai trò quan trọng trong các dịch vụ viễn thông. Các dịch vụ thông tin vô tuyến đang được phát triển một cách nhanh chóng và có thể phân chia chúng thành các dịch vụ viễn thông công cộng cho thông tin dùng riêng. 2.1. Thông tin di động mặt đất: Hình 0.1Thông tin di động mặt đất. Thông tin di động mặt đất thường được phân nhóm thành hệ thống công cộng và dùng riêng Hệ thống công cộng có nghĩa là hệ thống thông tin có thể truy nhập tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN), có điện thoại xe cộ,điện thoại không dây,chuông bủ túi trong hệ thống dùng riêng cả hai loại hệ thống .Hệ thống thứ nhất là hệ thống dịch vụ công cộng chẳng hạn như cảnh sát cứu hoả ,cấp cứu ,điện lực và giao thông.Hệ thống thứ hai dùng cho các cá nhân hay công ty.ở đây,ngoài dịch vụ kinh doanh sử dụng sóng vô tuyến dành riêng còn hệ thống MCA hệ thống kinh tế truy nhập đa kênh ,sử dụng các kênh vô tuyến trong thông tin vô tuyến nội bộ các công ty hay và cá nhân chẳng hạn như máy bộ đàm và vô tuyến nghiệp dư.Ngoài những dịch 3
10. vụ kể trên còn có các dịch vụ thông tin di động mặt đất mới khác xuất hiện như chuông bỏ túi có màn hiện hình ,đầu cuối xa các đặc tính của thông tin di động được trình bày trong bảng 1.2 Bảng 1.2 Các đặc tính của các dịch vụ thông tin di động mặt đất 2.2. Thông tin di động hàng hải: Hình: Thông tin di động hàng hải 4
11. Thông tin di động hàng hải được phân chia thành hệ thống thông tin tàu thuyền giữa trạm gốc ở cảng và tàu đi dọc theo bờ biển và hệ thống thông tin vệ tinh hàng hải đến các tàu ngoài khơi xa.Thông tin điện thoại tàu thuyền được phát triển từ điện báo vô tuyến sử dụng bằng sóng ngắn trung bình ,còn hệ thống điện thoại tàu bè thực sự sử dụng băng tần VHF là hệ thống điện thoại của Great lakes ở Mỹ năm 1952.ở châu âu kênh thông tin hai hướng mở rộng được phát triển theo các kiểu của Mỹ .Các nước ở vùng biển bắc bắt đầu khai thác hệ thống này năm 1956,nhưng hệ thống này thuộc kiểu khai thác công nhân với băng tần 150Mhz. Sau đó ITU - R đã khuyến nghị kiểu truy nhập tự động và bây giờ hệ thống 450Mhz NMT được khai thác ở phía bắc và kiểu tự động băng tần 250Mhz được sử dụng ở nhật . Trong thời kỳ đầu của thông tin vệ tinh hàng hải ,hệ thống MARISATA được khai thác như một nội bộ công ty và theo đó INMARSAT được thiết lập và khai thác vào năm 1979 và rất nhiều dịch vụ như điện thoại ,telex,dữ liệu và cứu hộ hàng hải được cung cấp. Hệ thống giải pháp tổng thể GMDSS (hệ thống cứu hộ và an toàn hàng hải đang được phát triển và sẽ được sử dụng). 2.3. Thông tin di động hàng không: Hình: Thông tin di động hàng không. Trong thông tin di động hàng không có dịch vụ điện thoại vô tuyến sân bay để kiểm soát bay và hệ thống điện thoại công cộng hàng không cho hành khách. Dịch vụ có điện thoại công cộng hàng không kiểu thông tin trực tiếp giữa đài mặt đất và máy bay - được sử dụng một phần ở Mỹ ,Nhật và một sồ nước khác.Các kiểu chủ yếu của nó là ARINC và airfone là nhưng kiểu được phát triển ở Mỹ.Băng tần là 800 - 900 Mhz dùng chung với băng tần của thông tin di động mặt đất .Ðiều chế ở đây là 5
12. SSB.Về truy nhập cuộc gọi ,loại thứ nhất là chuyển vùng thông tin ,loại sau là kiểu vùng thông tin phụ thuộc. 2.4. Thông tin vệ tinh Hình: Mô hình cung cấp dịch vụ Internet qua vệ tinh cho những khu vực nhỏ. Hình: Các thành phần chính cho cơ sở hạ tầng mạng di động qua vệ tinh Hình trên trình bày nguyên lý của thông tin vệ tinh, trong đó một vệ tinh có các chức năng thu, phát và khuếch đại sóng vô tuyến được phóng vào không gian trở thành một trạm thông tin ngoài trái đất. Có nhiệm vụ thu sóng từ trái đất, khuếch đại chúng rồi phát chúng trở về một trạm khác trên mặt đất. Đường truyền từ mặt đất lên gọi là đường lên, đường truyền từ vệ tinh xuống mặt đất gọi là đường xuống. Để tránh can nhiễu giữa đường lên và đường xuống phải sử dụng các băng tần và sóng phân cực 6
13. khác nhau. Có hai loại vệ tinh: vệ tinh quỹ đạo và vệ tinh địa tĩnh. Vệ tinh địa tĩnh có ưu điểm là vị trí của nó không thay đổi so với mặt đất, nó được phóng vào quỹ đạo ở độ cao 36000km so với đường xích đạo, thời gian để vệ tinh quay quanh một vòng trái đất là 24h. Vệ tinh thông tin: bao gồm các thiết bị để phục vụ cho mục đích thông tin (thiết bị chức năng) và các thiết bị chung dùng cho việc trợ giúp các thiết bị chức năng. Thiết bị chức năng bao gồm anten để thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất và thiết bị chuyển tiếp thông tin để biến đổi và khuếch đại sóng vô tuyến thu rồi phát xuống mặt đất. Các trạm mặt đất: bao gồm các phương tiện thông tin trên mặt đất sử dụng cho thông tin vệ tinh. Các phương tiện thông tin vệ tinh được chia thành anten, hệ thống máy phát và máy thu, hệ thống điều khiển thông tin. Câu hỏi ôn tập 7
14. Bài 2. LINH KIỆN THỤ ĐỘNG A. MỤC TIÊU Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Xác định được giá trị của các điện trở, tụ điện, cuộn dây - Tính toán được biến áp - Rèn luyện được tính ham học B. NỘI DUNG 1. Điện trở Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện. Định luật Ohm được phát biểu như sau: Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch đó và tỉ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch. Công thức định luật Ohm: V V I = ; V = I. R; R = R I trong đó: Hình 1.1 V: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đơn vị đo là Volt (V). I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đơn vị đo là Ampe(A). R: là điện trở của vật dẫn điện, đơn vị đo là Ohm (Ω) 1.1. Cấu tạo và kí hiệu qui ước 1.1.1 Cấu tạo Điện trở thường làm bằng hỗn bột hợp than hoặc kim loại được pha trộn với hỗn hợp các chất khác, rồi đem ép lại, tùy theo tỷ pha trộn điện trở có trị số lớn hay nhỏ, bên ngoài được bọc bởi lớp sơn cách điện. Hai đầu có dây ra. Là linh kiện không phân cực, người ta đọc trị số điện trở thông qua bản qui ước về mắc của điện trở. 1.1.2. Ký hiệu hoặc Hình 1.2 1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản - Điện trở danh định: Trên điện trở không ghi giá trị thực của điện trở mà chỉ ghi giá trị gần đúng, làm tròn, đó là điện trở danh định. Đơn vị điện trở : Đơn vị điện trở là Ohm (Ω) 8
15. Bội số của Ohm là: 1KΩ = 1000 Ω = 103 1MΩ = 1000 KΩ = 1.000.000 Ω =106 - Sai số: Điện trở danh định không hoàn toàn đúng mà có sai số. Sai số tính theo phần trăm (%). - Công suất định mức: Công suất định mức là công suất tổn hao lớn nhất mà điện trở chịu được một thời gian dài làm việc mà không ảnh hưởng đến trị số của điện trở. 1.3. Quy luật màu, mã kí tự biểu diễn trị số điện trở - Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch màu theo một quy ước. - Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trực tiếp trên thân. Ví dụ như các điện trở công suất, điện trở sứ. Hình 1.3 - Bảng quy ước cách đọc trị số điện trở bốn vòng màu: Vòng số 1 Vòng số 2 Vòng số 3 Vòng số 4 Màu (Số thứ nhất) (Số thứ hai) (Bội số) (Sai số) Đen 0 0 x100 Nâu 1 1 x101 ±1% Đỏ 2 2 x102 ±2% Cam 3 3 x103 Vàng 4 4 x104 Xanh lá 5 5 x105 Xanh dương 6 6 x106 Tím 7 7 x107 Xám 8 8 x108 Trắng 9 9 x109 ±9% Vàng kim x10-1 ±5% Bạc kim x10-2 ±10% Giá trị điện trở sẽ được vẽ trên thân điện trở. Đối với điện trở 4 vòng màu thì 3 vòng đầu tiên chỉ giá trị của điện trở còn vạch thứ 4 chỉ sai số của điện trở. Trường hợp đặc biệt, nếu không có vòng số 4 (loại điện trở có 3 vòng màu) thì sai số là ±20%. 9
16. 1.4. Cách đọc trị số điện trở màu. - Hình dạng điện trở 4 vòng màu: - Ý nghĩa các vòng màu Hình 1.4 Vòng số 1: số thứ nhất Vòng số 2: Số thứ hai Vòng số 3: Bội số Vòng số 4: Sai số Trị số = (vòng số 1)(vòng số 2)(vòng số 3)(vòng số 4) - Ví dụ: Hình 1.5a Hình 1.5b Hình 1.5c Hiện nay, người ta chế tạo các loại điện trở than có năm vòng màu là loại điện trở có độ chính xác cao, lúc đó các vòng màu có ý nghĩa như sau: Ý nghĩa các vòng màu: Vòng 1: số thứ nhất Vòng 2: Số thứ hai Vòng 3: Số thứ ba Vòng 4: Bội số Vòng 5: Sai số Hình 1.6 10
17. Trị số = (vòng số 1)(vòng số 2)(vòng số 3)(vòng số 4)(vòng số 5) Ví dụ: Hình 1.7 2. Tụ điện Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu mạch truyền tín hiệu mạch xoay chiều, mạch dao động, 2.1. Cấu tạo Tụ điện gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi. Chất cách điện thông dụng để làm điện môi là: giấy, dầu, mica, gốm, không khí, Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện. Ví dụ: tụ điện Hình 1.8 giấy, tụ điện dầu, tụ điện gốm, tụ điện không khí, 2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản 2.2.1. Điện dung - Khả năng chứa điện của tụ điện gọi là điện dung (viết tắt là C). Điện dung C của tụ điện tùy thuộc vào cấu tạo và được tính bởi công thức: S C =  d Trong đó : hằng số điện môi tùy thuộc vào chất cách điện S: diện tích bản cực (m2) D: bề dầy lớp điện môi (m) - Điện dung C có đơn vị là Fara. Fara là 1 là trị số điện dung rất lớn nên trong thực tế chỉ dùng các ước số của Fara là: microfara - 1F = 10-6F 11
18. nanofara – 1nF = 10-9F Picofara - 1 F = 10-12F 2.2.2. Điện tích tụ nạp - Nếu nối nguồn DC vào tụ với thời gian đủ dài sẽ nạp đầy. Điện tích nạp được tính theo công thức: Q = C.V Với Q: điện tích (Coulomb – C) C: điện dung (Fara – F) V: điện thế nạp trên tụ (Volt – V) 2.2.3. Năng lượng tụ nạp và xả Hình 1.9 Sau khi tụ nạp đầy ( công tắc K ở vị trí 2) thì bóng đèn sáng lên và sau một thời gian thì bóng đèn tắc. Hiện tượng này gọi là tụ xả điện. Dòng điện do tụ xả qua bóng đèn trong thời gian đèn sáng chính là năng lượng được nạp trong tụ điện. 1 W = CV 2 với W : điện năng ( Joule - J) 2 C: điện dung ( Fara -F ) V: điện áp trên tụ (Volt - V) 2.2.4. Điện thế làm việc Điện thế tạo ra điện trường đủ mạnh tạo ra dòng điện trong điện môi gọi là điện thế đánh thủng. Do đó, khi sử dụng tụ điện để nạp và xả điện thì điện thế đặt vào tụ phải nhỏ hơn điện thế đánh thủng. Trên tụ điện người ta phải cho biết mức điện nhỏ hơn điện thế đánh thủng vài lần. Điện thế đánh thủng của điện môi tỉ lệ theo bề dầy của điện môi nên thường người ta chỉ cho trị số điện trường đánh thủng theo công thức: V E = với E: điện trường (KV/cm) d V: điện thế (KV) D: bề dày điện môi (cm) 2.2.5. Thông kỹ thuật của tụ điện Khi sử dụng tụ điện phải biết hai thông số chính của tụ điện là: - Điện dung C. - Điện áp làm việc WV. 12
19. Phải chọn điện áp làm việc của tụ điện WV lớn hơn điện áp trên thân tụ điện Vc theo công thức: W V >=2Vc 2.2.6. Phân loại tụ điện Tụ điện được chia làm hai loại chính là : - Tụ điện có phân cực tính dương và âm. - Tụ điện không phân cực tính được chia làm nhiều dạng. a. Tụ Oxid hoá ( thường gọi là tụ hoá ) Tụ hoá có điện dung lớn tứ 1F  10.000F là loại có phân cực tính âm và dương. Tụ được chế tạo với bản cực nhôm và cực dương có bề mặt hình thành lớp oxid nhôm và lớp bọt khí có tính cách điện để làm chất điện môi. Lớp oxid nhôm rất mỏng nên điện dung của tụ lớn. Khi sử dụng phải lắp đúng cực tính dương và âm, điện áp làm việc thường nhỏ hơn 500V. Ký hiệu: Hình dạng: Hình 1.10 b. Tụ gốm Tụ gốm có điện dung từ 1 đến 1F là loại tụ không có cực tính, điện thế làm việc cao đế vài trăm volt. Về hình dáng tụ gốm có nhiều dạng và có nhiều cách ghi giá trị số điện dung C khác nhau. C = 0,01F C = 100 F C = 22nF C = 1000 F 5% 13
20. c. 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 đánh thủng đến vài trăm volt. d. Tụ mica Là loại tụ không có cực tính, điện dung từ vài F đến vài trăm nF, điện thế làm việc rất cao đến trên 1000V. Tụ mica đắt tiền hơn tụ gốm vì ít sai số, đáp tuyến cao tấn số tốt, độ bền cao. Trên tụ mica được sơn các chấm màu để chỉ trị số điện dung và cách đọc giống như đọc điện trở. e. Tụ màng mỏng Điện dung từ vài trăm F đến vài chục F điện thế làm việc cao đến hàng ngàn volt. f. Tụ tang - tan Là loại tụ có phân cực tính, điện dung có điện thế rất cao nhưng kích thước nhỏ từ 0,1F đến 100F, điện thế làm việc thấp chỉ khoảng vài chục volt. Tụ tang – tan thường có dạng viên. 14
21. Cách đo tụ điện: - Tụ có trị số lớn hơn 10uF để thang đo 10 ohm - Tụ 1uf – 10uF thang đoa 100 ohm - Tụ 0,1 – 1uF thang đo 1K - Tụ 10Nf – 100nF thang đo 10K Tụ còn tốt kim vọt lên và trở về vị trí vô cùng, các trường hợp còn lại là hỏng 3. Cuộn dây 3.1. Cấu tạo Là linh kiện tạo ra từ trường. Cuộn dây là một dây dẫn điện có bọc bên ngoài lớp sơn cách điện thông thường - thường gọi là dây điện từ quấn nhiều vòng liên tiếp khác nhau trên một cái lõi. Lõi của cuộn dây là một ống rỗng (lõi không khí), sắt bụi, lõi điều chỉnh được hay sắt lá. Tuỳ loại lõi, cuộn dây có các ký hiệu khác nhau. Ký hiệu cuộn cảm: 3.2. Các đại lượng đặt trưng cho cuộn dây - Hệ số từ cảm: là đại lượng đặt trưng cho sức điện động cảm ứng khi có dòng điện biến thiên đi qua và ký hiệu là L – đơn vị Henri (H) và được tính theo công thức: n2 L =  .4 S.10−7 r l Với L: hệ số tự cảm (H). 15
22. l: chiều dài lõi (m). S: tiết diện lõi (m2). n: số vòng dây. µr: hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi. - Cảm kháng: là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở của cuộn dây khi có dòng điện. ZL = 2 f.L Với ZL: cảm kháng () L: hệ số tự cảm (H) f: tần số (Hz) - Điện trở thuần: là điện trở trong lòng cuộn dây tiêu thụ điện năng để sinh nhiệt, điện trở này có thể đo bằng đồng hồ. - Năng lượng từ trường: Cuộn dây có thể tích luỹ năng lượng từ trường. 1 W = LI 2 2 Với W: năng lượng (J) L: hệ số tự cảm (H) I: dòng điện (A) 3.3. Cách đọc trị số điện cảm theo màu Tương tự như đối với điện trở, trên thế giới có 1 số loại cuộn cảm có cấu trúc tương tự như điện trở. Quy định màu và cách đọc màu đều tương tự như điện trở. Tuy nhiên, do các giá trị của điện trở thường khá linh động đối với yêu cầu thiết kế mạch nên các cuộn cảm thường được tính toán và tính theo số vòng dây nhất định (với mỗi loại dây, loại lõi khác nhau giá trị cuộn cảm sẽ khác nhau). Cuộn cảm có thể làm bằng cách quấn các vòng dây dẫn điện: tùy công suất và độ tự cảm để chọn thiết diện của dây dẫn và số vòng. 16
23. 4. Biến áp Bộ biến áp là linh kiện dùng để tăng hoặc giảm điện thế (hay cường độ) của các dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. 4.1. Cấu tạo Biến áp gồm có hai hay nhiều cuộn dây tráng sơn cách điện quấn chung trên một lõi thép (mạch từ). Lõi của biến áp có thể là lõi sắt, lõi Ferit hay có trường hợp là lõi không khí. Cuộn dây nhận dòng điện xoay chiều vào là cuộn sơ cấp L1, cuộn dây lấy dòng điện xoay chiều ra là cuộn thứ cấp L2. Hình 1.13: Cấu tạo máy biến áp Ký hiệu máy biến áp: 17
24. 4.2. Nguyên lý hoạt động của biến áp Hình 1.14 Khi cho dòng điện xoay chiều điện áp V1 vào cuộn dây sơ cấp, dòng điện I1 sẽ tạo ra từ trường biến thiên chạy trong mạch từ và sang cuộn thứ cấp, cuộn dây thứ cấp nhận được từ trường biến thiên sẽ làm từ thông qua cuộn dây thay đổi, cuộn thứ cấp cảm ứng cho ra dòng điện xoay chiều có điện áp là V2. Ở sơ cấp ta có :  V1 = e1 = −N1. t Ở cuộn thứ cấp : V2 = e2 = - N2 Trong đó : N1 : là số vòng dây của cuộn sơ cấp N2 : số vòng dây của cuộn thứ cấp 4.3. Công suất của biến áp Công suất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì cho công suất càng lớn. 4.4. Các tỉ lệ của biến áp n1, n2: là số vòng dây quấn của cuộn sơ cấp và thứ cấp. V1, I1: là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp. V2, I2: là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp. - Tỉ lệ về điện thế: điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỉ lệ thuận với số vòng dây quấn. V1 n1 = V 2 n2 - Tỉ lệ về dòng điện: dòng điện ở trên đầu hai cuộn dây tỉ lệ nghịch với điện áp, nếu ta lấy ra điện áp cao thì cho dòng càng nhỏ. I N 1 = 2 I 2 N1 - Tỉ lệ về công suất: Một biến thế lý tưởng được coi như không có tiêu hao trên hai cuộn dây sơ cấp, thứ cấp và mạch từ nên công suất ở sơ cấp và thứ cấp bằng nhau. V1. I1 = V2. I2 18
25. - Tỉ lệ về điện trở: Khi ở thứ cấp có dòng điện tiêu thụ I2 thì ở sơ cấp có dòng điện từ nguồn cung cấp vào là I1. Như vậy coi như có tải là R1 ở sơ cấp. Ta có tỉ lệ: 2 R1 N1 = R2 N 2 Câu hỏi ôn tập 1. Trình bày bảng qui luật vòng màu của điện trở 2. Trình bày cách đo tụ điện 3. Viết công thức về các tỉ lệ của biến áp 19
26. Bài 3. LINH KIỆN TÍCH CỰC A. MỤC TIÊU BÀI HỌC - Hiểu được nguyên lý hoạt động các linh kiện tích cực - Xác định được chân các linh kiện tích cực - Xác định được linh kiện còn tốt hay hỏng - Rèn luyện tính cẩn thận tỉ mỉ, siêng năng B. NỘI DUNG BÀI HỌC 1. Chất bán dẫn - Khái niệm Là các chất mà cấu tạo nguyên tử ở tầng ngoài cùng có bốn điện tử, chất bán dẫn có điện trở lớn hơn chất dẫn điện nhưng nhỏ hơn chất cách điện. Các chất bán dẫn điện thông dụng là : Silicium, Germanium. Từ các chất bán dẫn ban đầu (tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor. - Đặc tính của chất bán dẫn + Điện trở suất = 1014 mm 2 / m Si 12 2 Ge = 8,9.10 mm / m Trị số điện trở suất này rất lớn so với chất dẫn điện như đồng ( = 0,017mm 2 / m) nhưng lại rất nhỏ so với chất điện như thuỷ tinh ( = 1018 mm 2 / m) . + Ảnh hưởng của nhiệt độ Điện trở của chất bán dấn thay đổi rất lớn theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì điện trở chất bán dẫn giảm. + Ảnh hưởng của ánh sáng Điện trở của chất bán dẫn đặt trong vỏ kín không có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn thì điện trở giảm xuống, độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở giảm càng lớn. + Ảnh hưởng của độ tinh khiết Một khối tinh khiết có điện trở rất lớn nhưng nếu pha thêm vào một tỉ lệ rất thấp thì các chất thích hợp thì điện trở của chất bán dẫn giảm xuống rõ rệt. Tỉ lệ pha càng cao thì điện trở càng giảm nhỏ. + Sự dẫn điện trong chất bán dẫn tinh khiết Xét cấu tạo nguyên tử của chất Silicium và chất Germanium. Chất Si có 14 điện tử bao quanh hạt nhân và các điện tử này xếp thành 3 lớp. Chất Ge có 32 Electron bao quanh hạt nhân và các điện tử này xếp trên 4 lớp. 20
27. Hình 2.1 Hai chất Si và Ge có đặc điểm chung là số Electron trên lớp ngoài cùng bằng nhau là 4 Electron ( hoá trị 4). Khi xét sự liên kết giữa các nguyên tử người ta chỉ xét lớp ngoài cùng. Trong khối bán dẫn tinh khiết, các nguyên tử gần nhau sẽ liên kết cùng nhau theo kiểu cộng hoá trị. Bốn điện tử của mỗi nguyên tử sẽ nối với bốn điện tử của nguyên tử xung quanh tạo thành 4 mối nối làm cho các điện tử được liên kết chặt chẽ với nhau. Sự liên kết này làm cho các điện tử khó tách rời khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự do. Như vậy, chất bán dẫn tinh khiết có điện trở rất lớn. Hình 2.2 1.1. Chất bán dẫn N Khi pha một lượng nhỏ chất có hó trị 5 như Phospho(P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hóa trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử thừa và trở thành điện tử tự do Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử (mang điện âm) và được gọi là chất bán dẫn N (Negative: âm). Hình 2.3 1.2. Chất bán dẫn P Khi pha thêm một lượng nhỏ chất có hóa trị 3 như Indium (In) vào chất Si thì 1 nguyên tử In sẽ liên kết với 3 nguyên tử Si theo liên kết cộng hóa trị và có một liên kết 21
28. bị thiếu một điện tử trở thành lỗ trống (mang diện dương) và được gọi là chất bán dẫn P(Positive: dương). Hình 2.3 2. Diode 2.1. Cấu tạo của Diode, nguyên lý, đặc tuyến của diode + Cấu tạo: Khi trong một tinh thể bán dẫn Silicium hay Germanium được pha để trở thành vùng bán dẫn loại N (pha phosphor) và vùng bán dẫn loại P (pha indium) thì trong tinh thể bán dẫn hình thành mối nối P – N. Ở mối nối này có sự nhạy cảm đối với tác động của điện, quang, nhiệt. Hình 2.4a Hình 2.4b Hình 2.4c Trong vùng bán dẫn loại P có nhiều lổ trống, trong vùng bán dẫn N có nhiều Electron thừa. Khi hai vùng này tiếp xúc với nhau sẽ có một số Electron vùng N qua mối nối và tái hợp với lổ trống của vùng P. Khi hai chất bán dẫn đang trung hoà về điện mà vùng bán dẫn N bị mất electron (qua mặt nối sang vùng P) thì vùng bán dẫn N gần mối nối trở thành điện tích dương (ion dương), vùng bán dẫn P nhận thêm electron (từ vùng N sang) thì vùng bán dẫn P gần mối nối trở thành có điện tích âm (ion âm). Hiện tượng này tiếp diễn tới khi điện tích âm của vùng P đủ lớn đẩy electron không cho electron từ vùng N sang P. Sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối như trên gọi là hàng rào điện thế. + Ký hiệu – hình dạng 22
29. + Nguyên lý hoạt động của Diode - Phân cực ngược Diode Hình 2.6a Hình 2.6b Dùng một nguồn điện nối vào cực âm của nguồn vào chân P của diode và cực dương của nguồn vào chân N của diode. Lúc đó, điện tích âm của nguồn sẽ hút lổ trống của vùng P và điện tích dương của nguồn sẽ hút electron của vùng N làm cho lổ trống và electron hai bên mối nối càng xa nhau hơn nên hiện tương tái hợp giữa electron và lổ trống càng khó khăn. Tuy nhiên trường hợp này vẫn có dòng điện rất nhỏ đi qua diode từ vùng N sang vùng P gọi là dòng điện rỉ trị số khoảng  A. Hiện tượng này được giải thích là do trong chất bán dẫn P cũng có một số ít electron và trong chất bán dẫn N cũng có một số ít lổ trống gọi là hạt tải thiểu số, những hạt tải thiểu số này sẽ sinh ra hiện tượng tái hợp và tạo ra dòng điện rỉ. Dòng điện rỉ gọi là dòng điện bảo hoà nghịch IS. Do dòng điện rỉ có trị số rất nhỏ nên trong ta coi như diode không dẫn điện khi phân cực ngược. 23
30. - Phân cực thuận Diode Dùng một nguồn điện DC nối cực dương của nguồn vào chân P và cực âm của nguồn vào chân N của diode. Hình 2.7a Hình 2.7b Lúc đó điện tích dương của nguồn sẽ đẩy lổ trống trong vùng P và điện tích âm của nguồn sẽ đẩy electron trong vùng N làm cho electron và lổ trống lại gần mối nối hơn và khi lực tĩnh điện đủ lớn thì electron từ N sẽ sang mối nối qua P và tái hợp với lổ trống. Khi vùng N mất electron trở thành mang điện tích dương thì vùng N sẽ kéo điện tích âm từ cực âm của nguồn lên thế chổ, khi vùng P nhận electron trở thành mang điện tích âm thì cực dương của nguồn sẽ kéo điện tích âm từ vùng P về. Như vậy: ta đã có một dòng điện tử chạy liên tục từ cực âm của nguồn qua diode từ N sang P về cực dương của nguồn, nói cách khác có dòng điện qua diode theo chiều từ P sang N. + Đặc tuyến của diode: Is: dòng bão hòa nghịch V: Điện thế ngưỡng VB: Điện thế đánh thủng Đầu tiên phân cực thuận diode, tăng VDC từ 0 lên, khi VD = V thì diode bắt đầu có dòng qua. V được gọi là điện thế thềm (điện thế ngưỡng, điện thế mở) và có trị số phụ thuộc chất bán dẫn. Sau khi VD vượt qua V thì dòng điện sẽ tăng theo hàm số mũ và được tính theo công thức: V D I = I (e26mV −1) D S ID VB 0 IS VD V Hình: Đặc tuyến volt – Ampe của diode 24
31. VD VD 26mv 26mv Phân cực thuận: VD> 0 => e >> 1 => ID = IS . e VD 26mv Phân cực nghịch: VD e ID = -IS Dấu trừ (-) chỉ chiều dòng điện qua diode khi phân cực nghịch ngược với chiều dòng điện qua diode khi phân cực thuận. VD 26mv Không phâncực: VD = 0 => e = 1 => ID = 0 2.2. Ứng dụng diode Nắn điện, tách sóng, ổn áp, + Mạch nắn điện bán kỳ Hình 2.8 Biến thế T là bộ giảm áp đổi nguồn điện xoay chiều 220v xuống trị số thích hợp. Khi cuộn thứ cấp cho ra bán kỳ dương thì diode D được phân cực thuận nên dẫn điện IL qua điện trở tải RL cũng có trị số biến thiên theo bán kỳ dương của nguồn V2 và cho ra điện áp trên tải VL dạng bán kỳ dương gần bằng V2. Khi cuộn thứ cấp cho ra bán kỳ âm thì diode D được phân cực ngược nên không có dẫn điện. Không có dòng điện chạy qua diode nên IL = 0 và VL = 0. Như vậy dòng điện qua tải IL và điện áp ra trên tải VL chỉ còn lại có bán kỳ dương, do đó mạch điện được gọi là mạch nắn điện một bán kỳ. + Mạch nắn điện chu kỳ hay toàn kỳ 25
32. Hình 2.9 Biến thế có cuộn thứ cấp ba điểm, điểm giữa chia cuộn thứ cấp ra hai phần dều nhau. Khi điểm giữa nối xuống điểm chung 0V (mass) thì điện áp của hai điểm A và B là hai điện áp đảo pha nhau. Khi A có bán kỳ dương, Diode DA được phân cực thuận nên dẫn điện và cho ra trên tải dòng điện IL tăng theo bán kỳ dương. Lúc đó, B có bán kỳ âm, Diode DD được phân cực ngược nên ngưng dẫn. Khi A có bán kỳ âm, Diode DA được phân cực ngược nên ngưng dẫn. Lúc đó B có bán kỳ dương của diode DB được phân cực thuận nên dẫn điện và cho ra trên dòng tải dòng điện IL tăng theo bán kỳ dương. Như vậy, hai điện áp A và B là hai điện áp đảo pha nhau nên hai diode DA và DB sẽ luân phiên dẫn điện cho ra trên tải những bán kỳ dương liên tục. + Mạch nắn điện toàn kỳ dùng cầu diode Hình 2.10 + Xác định hư hỏng diode Sử dụng đồng hồ VOM, giai đo x1. - Đo hai lần thuận – nghịch: - Một lần kim lên, một lần kim không lên: Diode tốt. - Kim đều lên chỉ số 0: Diode nối tắt. - Kim đều không nhảy lên: Diode bị đứt. - Kim lên gần bằng nhau (hoặc cách nhau rất ít): Diode bị rĩ. 3. Transistor lưỡng cực BJT 3.1. Cấu tạo, nguyên lý, phân cực của BJT + Cấu tạo Transistor là linh kiện bán dẫn gồm có 3 lớp bán dẫn tiếp giáp nhau tạo thành hai mối nối P – N. Tuỳ theo cách xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo hai loại transistor là PNP và NPN Hình: Cấu tạo transistor - Cực phát E (Emitter) 26
33. - Cực thu C (Collector) - Cực nền B (Base) Ba vùng bán dẫn được nối ra 3 chân gọi các cực E, C, B. Cực phát E và cực thu C tuy cùng chất bán dẫn nhưng do kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không thể hoán đổi nhau được. Để phân biệt với các loại transistor khác, loại PNP và NPN còn được gọi là transistor lưỡng nối viết tắc là BJT (Bipolar Junction Transistor). + Ký hiệu, hình dáng Ký hiệu: Hình: Ký hiệu transistor Để phân biệt hai loại transitor NPN và PNP người ta dùng ký hiệu mũi tên ở cực E để chị chiều dòng điện IE. Hình dáng Transistor công su ấ tHình nhỏ : CácTransistor hình d côngạng sutransistorất lớn Transistor công suất lớn ( Con sò) + Nguyên lý hoạt động của transistor, phân cực của BJT - Xét transistor loại NPN - Thí nghiệm 1: Hình 4.4 Cực E nối vào cực âm, cực C nối vào cực dương của nguồn DC, cực B để hở. Trường hợp này điện tử trong vùng bán dẫn N của cực E và C, đo tác dụng của lực tĩnh điện sẽ bị duy chuyển theo hướng từ cực E về cực C. Do cực B để hở nên điện tử từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn P của cực nền B nên 27
34. không có hiện tượng tái hợp giữa điện tử và lỗ trống và do đó không có dòng điện qua transistor. - Thí nghiệm 2 : Hình 4.5 Làm giống như thí nghiệm 1 nhưng nối cực B vào một điện áp dương sao cho: VB > VE và VB < VC Trường hợp này hai vùng bán dẫn P và N của cực B và cực E giống như một diode (gọi là diode BE) được phân cực thuận nên dẫn điện, điện tử từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ sang vùng bán dẫn P của cực B để tái hợp với lỗ trống. Khi đó vùng bán dẫn P của cực B nhận thêm điện tử nên có điện tích âm Cực B nối vào điện áp dương của nguồn nên sẽ hút một số điện tử trong vùng bán dẫn P xuống tạo thành dòng điện IB. Cực C nối vào điện áp dương cao hơn nên hút hầu hết điện tử trong vùng bán dẫn P sang vùng bán dẫn N của cực C tạo thành dòng điện IC. Cực E nối vào nguồn điện áp âm nên khi bán dẫn N bị mất điện tử sẽ bị hút điện tử từ nguồn âm lên hết thế chỗ tạo thành dòng điện IE. Chiều mũi tên trong transistor chỉ chiều dòng điện tử di chuyển, dòng điện qui ước chạy ngược dòng điện tử nên dòng điện IB và IC đi từ ngoài vào transistor, dòng IE đi từ trong transistor ra. Số lượng điện tử bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên dòng điện IB và IC đều chạy sang cực E. Tacó: IE = IB + IC - Trạng thái phân cực thuận cho hai mối nối: Về cấu tạo trnsistor NPN được xem hai diode ghép ngược. Transistor dẫn điện khi được cung cấp điện áp. Lúc đó, diode BE được phân cực thuận các diode BC được phân cực ngược - Xét transistor loại PNP - Thí nghiệm 3: 28
35. Đối với transistor PNP thì điện áp nối vào các chân ngược lại với transistor NPN. Hạt tải di chuyển trong transistor PNP là các điện tử xuất phát từ cực E trong khi đối với transistor PNP thì hạt tải di chuyển là lỗ trống xuất phát từ cực E. Transistor PNP có cực E nối vào cực dương, cực C nối vào cực âm của nguồn DC, cực B để hở. Trường hợp này lỗ trống trong vùng bán dẫn P của cực E và cực C, do tác dụng của lực tĩnh điện, sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E về cực C. Do cực B để hở nên lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn N của cực B nên không có hiện tượng tái hợp giữa lỗ trống và điện tử và không có dòng điện qua transistor. - Thí nghiệm 4 : Nối cực B vào một điện áp âm sao cho VB VC Trong trường hợp này hai vùng bán dẫn P và N của cực E và cực B giống như diode (gọi là diode BE) Được phân cực thuận nên dẫn điện, lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp với điện tử. Khi vùng bán dẫn N của cực B có thêm lỗ trống nên có điện tích dương. Cực B nối vào điện áp âm của nguồn nên sẽ hút một số lỗ trống vào vùng bán dẫn N xuống tạo thành dòng điện IB. Cực C nối vào điện áp âm cao hơn nên hút hầu hết lỗ trống trong vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P của cực C tạo thành dòng điện IC. Cực E nối vào nguồn điện áp dương nên khi vùng bán dẫn P bị mất lỗ trống sẽ hút lỗ trống từ nguồn dương lên thế chổ tạo thành dòng điện IE. Hai mũi tên trong transitor chỉ chiều lỗ trống di chuyển, dòng lỗ trống chạy ngược chiều dòng điện tử nên dòng lỗ trống có chiều cùng chiều với dòng qui ước, dòng điện IB và Ic từ trong transitor đi ra, dòng điện IE đi từ ngoài vào transistor. Số lượng lỗ trống bị hút từ cực E chạy đều qua cực B và cực C nên dòng điện IB và IC đều từ cực E chạy qua. Tacó : IE = IB + IC - Trạng thái phân cực thuận cho hai mối nối: 29
36. Về cấu tạo transistor PNP được xem như hai diode ghép ngược. Diode BE được phân cực thuận và diode BC được phân cực ngược. 3.2. Ứng dụng cơ bản của BJT - Mạch khuếch đại tín hiệu - Mạch dao động đa hài 4. Transistor MOSFET Transistor trường được viết tắc là FET (Field Effect Transistor) là loại transistor có tổng trở vào rất lớn, khác với loại transistor lưỡng nối BJT loại loại NPN và PNP có tổng trở vào tương đối nhỏ. FET có hai loại JFET và MOSFET, trong đó MOSFET chia làm hai loại là MOSFET liên tục và MOSFET gián đoạn. 4.1 Cấu tạo, nguyên lý, đặc tuyến của JFET + Cấu tạo: - JFET có hai loại JFET kênh N và JFET kênh P - Cực tháo D (Drain) - Cực nguồn S (Source) - Cực cổng G (Gate) Hình: Cấu tạo JFET JFET kênh N có cấu tạo gồm có thanh bán dẫn loại N, hai đầu nối với hai dây ra gọi là cực tháo D và cực nguồn S. Hai bên thanh bán dẫn loại N là hai vùng bán dẫn loại P tạo thành mối nối PN như diode, hai vùng nối dính nhau gọi là cực cửa G. JFET kênh P có cấu tạo tương tự nhưng chất bán dẫn ngược lại với JFET kênh N. 30
37. Ký hiệu: Hình: Ký hiệu JFET JFET kênh N và kênh P có ký hiệu như hình trên và được phân biệt bằng chiều mũi tên ở cực G. + Nguyên lý hoạt động Xét mạch thí nghiệm JFET kênh N như sơ đồ hình 6.3, cực D nối vào cực dương nguồn Vcc, cực S nối vào cực âm nguồn Vcc. Nguyên lý hoạt động của JFET kênh N và kênh P giống nhau chúng chỉ giống nhau về chiều của nguồn điện cung cấp vào các chân cực. Để cho JFET làm việc ở chế độ khuếch đại phải cung cấp nguồn điện VGS có chiều sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều được phân cực ngược, còn nguồn điện VDS có chiều sao cho các hạt dẫn đa số chuyển động từ cực nguồn S, qua kênh, về cực máng D để tạo nên dòng điện trong mạch cực máng ID. Xét nguyên lý hoạt động của JFET kênh N: Để cho hai vùng P-N phân cực ngược, phải cung cấp nguồn Vcc có cực dương vào chân cực nguồn S, cực âm vào chân cực cửa G để cho các hạt dẫn điện tử chuyển động từ cực nguồn về cực máng thì nguồn điện VD có chiều dương vào cực máng chiều âm vào cực nguồn. Hình 6.3 + Đặc tuyến và các thông số cơ bản Xét mạch sơ đồ JFET kênh N như sau, cực D nối vào cực dương nguồn Vcc cực S nối vào cực âm nguồn Vcc. V - Khi cực G để hở (VGS = 0 ) Lúc này dòng điện sẽ qua kênh theo chiều từ cực dương của nguồn vào cực D và ra ở Hình 6.9 cực S để trở về nguồn âm của Vcc. Lúc đó kênh có tác dụng như một điện trở. V Khi tăng nguồn Vcc để tăng điện thế VDS từ 0 lên thì dòng điện ID tăng lên nhanh nhưng sau đó đến một điện thế giới hạn thì dòng điện ID không tăng được nữa gọi là dòng điện bão hòa IDSS. Điện thế DDS có IDSS gọi là điện thế nghẽn VPO. Hình 6.10 31
38. V - Khi cực G có điện âm (VGS VS). JFET kênh P cũng có đặc tuyến ngõ ra và đặc tuyến truyền dẫn giống như JFET kênh N nhưng có các dòng điện và điện thế ngược dấu. Hình 6.12 4.2. Ứng dụng Trong kỹ thuật điện tử, transistor trường được sử dụng gần giống như transistor lưỡng cực. Tuy nhiên, do một số các ưu nhược điểm của FET so với BJT, đặc biệt là hệ số khuếch đại thấp, mà transistor trường thường được sử dụng ở mạch thể hiện được ưu thế của chúng. Đặc biệt trong việc tích hợp IC thì transistor trường ứng dụng rất hiệu quả vì cho phép tạo ra các IC có độ tích hợp cao. Sau đây ta xem xét một vài mạch ứng dụng của FET. + Tầng khuếch đại vi sai dùng FET Để tăng trở kháng vào (tới hàng chụ M) người ta sử dụng transistor trường như hình sau. Về nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai không có gì khác với mạch dùng transistor lưỡng cực, chỉ có trở kháng vào của mạch dùng FET thì lớn hơn nhiều (có thể tới hàng trăm lần cao hơn so với dùng BJT). + Mạch phát sóng RC dùng FET Ở tầng số khuếch đại có hệ số khuếch đị K= gm.RL, trong đó gm là độ dẫn của FET và Hình 6.4 32
39. RD Rd RL là điện trở tải của mạch. RL = RD + Rd 1 Tần số dao động của mạch: f = 2 6RC Mạch tạo dao động RC cho dao động có tần số dù thấp. Trong khối khuếch, tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào (FET mắc nguồn chung) nên mạch hồi tiếp RC phụ thuộc tần số phải dịch tín hiệu 1800 ở tần số phát sóng. 5. Transistor trường MOSFET Transistor MOSFET chia làm hai loại là MOSFET liên tục và MOSFET gián đoạn. Mỗi kênh liên tục hay gián đoạn đều có phân loại theo tính chất bán dẫn là kênh N hay kênh P. Chỉ xét MOSFET kênh N và suy ra cấu tạo kênh P. 5.1. Cấu tạo, nguyên lý, đặc tuyến của MOSFET + Cấu tạo Hình 6.6 Kênh dẫn điện là hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) được nối liền với nhau bằng vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cấp thấp (N) được khuếch tán trên một nền là chất bán dẫn loại P phía trên kênh dẫn địên có phủ lớp oxit cách điện SiO2. Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N+ gọi là cực S và D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxít nhưng vẫn cách điện với kênh N. Thường cực S được nối chung với nền P. Ký hiệu: Kênh N Kênh P + Nguyên lý: Xét mạch thí nghiệm như hình 6.7. Transistor loại MOSFET kênh sẵn có hai loại là kênh loại P và kênh loại N. 33
40. Khi transistor làm việc, thông thường cực nguồn S được nối mass nên VS=0. Các điện áp đặt vài các chân cực cửa G và cực tháo D là so với chân cực S. Nguyên tắc cung cấp nguồn điện cho các chân cực sao cho hạt dẫn đa số chạy từ cực nguồn S qua kênh về cực tháo D để tạo nên dòng điện ID. Còn điện áp đặt trên cực cửa có chiều sao cho MOSFET làm việc ở chế độ giàu hạt dẫn hoặc nghèo hạt dẫn. Hình 6.7 Nguyên lý làm việc của transistor kênh P và kênh N giống nhau chỉ có cực tính của nguồn điện cung cấp cho các chân cực là trái dấu nhau. + Đặc tuyến Xét mạch thí nghiệm sơ đồ sau: Hình 6.12 Hình 6.13a Hình 6.13b a. Khi VGS = 0 Trường hợp này kênh dẫn có tác dụng như một điện trở, khi tăng điện áp VGS thì dòng điện ID tăng lên một trị số giới hạn là IDSS (Dòng IDS bão hoà). Điện áp VDS ở trị số IDSS cũng gọi là điện áp nghẽn VPO giống như JFET. b. Khi VGS < 0 Trong trường hợp cực G có điện áp âm nên đẩy electron từ kênh N vào vùng nền P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N và dòng điện ID bị giảm xuống do điện trở kênh dẫn tăng lên. Khi tăng điện áp âm ở cực G thì dòng điện ID càng nhỏ và đến một trị số giới hạn, dòng điện ID gần như không còn. Điện áp này ở cực G còn gọi là điện áp nghẽn VPO. 34
41. c. Khi VGS >0 Trường hợp phân cực G có điện áp dương thì điện tử thiểu số ở vùng nền P bị hút vào nền N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng điện ID tăng cao hơn trị số bảo hoà IDSS. Trong trường hợp này ID lớn dễ hư MOSFET nên ít được sử dụng. Đặc tuyến ngõ ra ID/VDS và đặc tuyến truyền dẫn ID/VGS của MOSFET liên tục kênh liên tục. Hình 6.13a là đặc tuyến ngỏ ra ID/VDS và hình 6.9b là đặc tuyến truyền dẫn ID/VGS của MOSFET liên tục kênh N. Như vậy đặc tuyến truyền dẫn cho thấy, khi VGS>V thì có dòng điện qua transistor. Điện thế V cũng được gọi là điện thế thềm và trị số khoảng 1V. + Các thông số kỹ thuật Transistor trường ứng có tổng trở vào rất lớn giống đặc tính của đèn điện tử ba cực do cực G cách điện đối với kênh dẫn điện. Do đó, các thông số kỹ thuật của FET cũng giống như các thông số kỹ thuật của đèn điện tử ba cực. a. Độ truyền dẫn Độ truyền dẫn của FET là tỉ số giữa mức biến thiên của dòng điện ID và mức biến thiên của điện thế VGS khi só VGS không đổi. I D iD gm = = (mA / v) VGS vgs b. Độ khuếch đại điện thế Độ khuếch đại điện thế của FET là tỉ số giữa mức biến thiên điện thế ngõ ra VDS và mức biến thiên điện thế ngỏ vào VGS khi có ID không đổi. V v  = − DS = ds VGS vgs c. Tổng trở ngỏ ra. Tổng trở của FET là tỉ số giữa điện thế ngỏ ra vds và dòng điện cực tháo id. VDS vds r0 = = (kilo− ohm) VGS id 5.2. Ứng dụng Hình 6.8: Ứng dụng Mosfet Trong bộ nguồn xung của Monitor hoặc máy vi tính, thường dùng cặp linh kiện là IC tạo dao động và đèn Mosfet, dao động tạo ra từ IC có dạng xung vuông được đưa 35
42. đến chân G của Mosfet, tại thời điểm xung có điện áp >0V đèn Mosfet dẫn, khi xung dao động =0V Mosfet ngắt như vậy dao động tạo ra sẽ điều khiển cho Mosfet liên tục đóng ngắt tạo thành dòng điện biến thiên liên tục chạy qua cuộn sơ cấp sinh ra từ trường biến thiên cảm ứng lên các cuộn thứ cấp cho ta điện áp ra. Câu hỏi ôn tập 1. Cho biết những trường hợp hư hỏng của BJT 2. Trình bày cách đo diode 3. Cho biết chất bán dẫn P là gì? 36