Đang tải... (xem toàn văn)
GIÁO TRÌNH ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ,LINH KIỆN THỤ ĐỘNG,LINH KIỆN BÁN DẪN, KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Ô TÔ
CHƯƠNG 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG VÀ LINH KIỆN BÁN DẪN 1.1 Các linh kiện thụ động 1.1.1 Điện trở Để đạt giá trị dòng điện mong muốn điểm mạch điện hay giá trị điện áp mong muốn điểm mạch người ta dùng điện trở có giá trị thích hợp Ta hiểu cách đơn giản - Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vô lớn Điện trở dây dẫn : Điện trở dây dẫn phụ vào chất liệu, độ dài tiết diện dây tính theo công thức sau: R = ρ.L / S Trong đó: ρ: điện trở suất phụ thuộc vào chất liệu [Ωmm2/m] L: chiều dài dây dẫn m S: tiết diện dây dẫn mm2 R: điện trở đơn vị Ohm Ω Điện trở có tác dụng giống mạch điện chiều xoay chiều tức chế độ làm việc không phụ thuộc vào tần số tín hiệu tác động nên Khi sử dụng điện trở tham số cần quan tâm đến là: - Giá trị điện trở tính Ω hay K Ω - Sai số hay dung sai mức thay đổi tương đối giá trị thực so với giá trị danh định sản xuất ghi tính theo phần trăm - Công suất tối đa cho phép tính wat (w) - Đặc điệm cấu tạo loại vật liệu dùng để chế tạo điện trở Quy ước vạch màu dung sai Bảng mã màu điện trở vạch màu Màu Tên màu (ký hiệu) Số thứ Số thứ Hệ số nhân Giá trị điện trở tính Ω Sai số % - - - - ±20 Ngân nhũ (bạc) - - 10-2 ±10 Kim nhũ (vàng) - - 10-1 ±5 Đen (BK) - - Nâu (BN) 1 101 ±1 Đỏ (RD) 2 102 ±2 Cam (OG) 3 103 - Vàng (YE) 4 104 - Xanh (GN) 5 105 ±0,5 Xanh lơ (BL) 6 106 ±0,25 Tím (VT) Xám (GY) Trắng (WH) 9 107 108 109 ±0,1 - Cách đọc trị số điện trở vòng mầu : ( điện trở xác ) Vòng số vòng cuối , vòng ghi sai số, trở vòng mầu mầu sai số có nhiều mầu, gây khó khăn cho ta xác điịnh đâu vòng cuối cùng, nhiên vòng cuối có khoảng cách xa chút Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4) Biến trở, triết áp : Biến trở : Là điện trở chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệu VR chúng có hình dạng sau Hình 2.1a Hình dạng biến trở Hình 2.1b Ký hiệu sơ đồ Cấu tạo biến trở: Hình 2.1c Cấu tạo biến trở Triết áp: Triết áp tương tự biến trở có thêm cần chỉnh thường bố trí phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh Ví dụ - Triết áp Volume, triết áp Bass, Treec v.v , triết áp nghĩa triết phần điện áp từ đầu vào tuỳ theo mức độ chỉnh Hình 2.1d Ký hiệu triết áp sơ đồ nguyên lý Trong thực tế , ta cần điện trở có trị số ta có , điện trở sản xuất khoảng 100 loại có giá trị thông dụng, để có điện trở ta phải đấu điện trở song song nối tiếp 1.1.2 Tụ điện * Cấu tạo: Tụ điện có cấu tạo hai cực kim loại đặt song song Tùy theo lớp cách điện cực có tên gọi tương ứng Ví dụ: lớp cách điện không khí ta có tụ không khí, lớp điện giấy có tụ giấy, điện gốm có tụ gốm, cách điện hóa chất có tụ hóa… * Có hai loại tụ chính: - Tụ giấy, tụ gốm tụ không phân cực có trị số 0,47 µF * Trị số tụ: Tụ hóa ghi trực tiếp than ví dụ 10 µF , 100 µF , 470 µF … Tụ giấy gốm kí hiệu thân số Ví dụ 103J, 223K… số đầu ký hiệu cho giá trị, chữ ký hiệu cho sai số Cách đọc: chữ số đầu giữ nguyên, số thứ tương ứng với số thêm vào lấy đơn vị pF Ví dụ: 103J 10 000pF 471K 470 pF * Lưu ý: Có cách ký hiệu khác: 01J; 22K đơn vị µF Ví dụ: 01J 0,01 µF ; 022K 0,022 µF * Trị số điện áp ghi thân tụ: Là điện áp cực đại mà tụ chịu được, vượt qua giá trị lớp cách điện bị đánh thủng * Xét điện áp chiều: Tụ hoàn toàn cách điện điện áp chiều có tần số f = Dung kháng tụ: ZC = 2πfC Khi f = Z C → ∞ nên tụ không dẫn điện chiều * Xét điện áp xoay chiều: Cho dòng điện xoay chiều qua vì: Điện áp xoay chiều có tần số f > ⇒ Z C < ∞ Khi tụ dẫn điện điện trở f lớn C lớn ZC nhỏ, dòng điện xoay chiều qua dễ 1.1.3 Cuộn cảm * Khái niệm: Một cuộn dây có dòng điện chạy qua sinh từ trường nguyên lý hoạt động nam châm điện Nếu giá trị dòng chảy cuộn dây thay đổi từ cường độ từ trường phát sinh từ cuộn dây thay đổi gây sức điện động cảm ứng(tự cảm) cuộn dây có xu hướng đối lập dòng ban đầu Cấu tạo cuộn cảm gồm số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn sơn emay cách điện, lõi cuộn dây không khí, vật liệu dẫn từ Ferrite hay lõi thép kỹ thuật Hình 2.2a Cuộn dây lõi không khí Hình 2.2b Cuộn dây lõi Ferit * Các tham số đặc trưng cuộn cảm Một cuộn dây mạch điện xoay chiều có điện trở chiều bình thường điện trở dây tạo thành phần trở kháng xác định: ZL = R+ j2 π f.L - Hệ số tự cảm ( định luật Faraday) Hệ số tự cảm đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng cuộn dây có dòng điện biến thiên chạy qua - Cảm kháng cuộn dây đại lượng đặc trưng cho cản trở dòng điện cuộn dây dòng điện xoay chiều: ZL = π f.L Cảm kháng cuộn dây tỷ lệ với hệ số tự cảm cuộn dây tỷ lệ với tần số dòng điện xoay chiều, nghĩa dòng điện xoay chiều có tần số cao qua cuộn dây khó, dòng điện chiều có tần số f = Hz với dòng chiều cuộn dây có cảm kháng ZL =0 * Ứng dụng cuộn cảm để chế tạo loa micro biến áp … CHƯƠNG 2: LINH KIỆN BÁN DẪN 2.1 Điốt bán dẫn 2.1.1 Chất bán dẫn Chất bán dẫn nguyên liệu để sản xuất loại linh kiện bán dẫn Diode, Transistor, IC mà ta thấy thiết bị điện tử ngày Chất bán dẫn chất có đặc điểm trung gian chất dẫn điện chất cách điện, phương diện hoá học bán dẫn chất có điện tử lớp nguyên tử chất Germanium ( Ge) Silicium (Si) Từ chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo hai loại bán dẫn bán dẫn loại N bán dẫn loại P, sau ghép miếng bán dẫn loại N P lại ta thu Diode hay Transistor Si Ge có hoá trị 4, tức lớp có điện tử, thể tinh khiết nguyên tử Si (Ge) liên kết với theo liên kết cộng hoá trị hình Hình 2.3 Chất bán dẫn tinh khiết 2.1 Chất bán dẫn loại N * Khi ta pha lượng nhỏ chất có hoá trị Phospho (P) vào chất bán dẫn Si nguyên tử P liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho có điện tử tham gia liên kết dư điện tử trở thành điện tử tự => Chất bán dẫn lúc trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) gọi bán dẫn N ( Negative: âm ) Hình 2.4 Chất bán dẫn N 2.1.3 Chất bán dẫn loại P Ngược lại ta pha thêm lượng nhỏ chất có hoá trị Indium (In) vào chất bán dẫn Si nguyên tử Indium liên kết với nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị liên kết bị thiếu điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) gọi chất bán dẫn P Hình 2.5 Chất bán dẫn P 2.1.4 Tiếp giáp P - N Cấu tạo Diode bán dẫn Khi có hai chất bán dẫn P N , ghép hai chất bán dẫn theo tiếp giáp P - N ta Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, điện tử dư thừa bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào lỗ trống => tạo thành lớp Ion trung hoà điện => lớp Ion tạo thành miền cách điện hai chất bán dẫn Hình 2.6 Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo Diode Ở hình mối tiếp xúc P - N cấu tạo Diode bán dẫn Hình 2.7 Kí hiệu hình dạng ốt bán dẫn 2.1.5 Hoạt động điốt Phân cực thuận cho Diode Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , tác dụng tương tác điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) 0,2V ( với Diode loại Ge ) diện tích miền cách điện giảm không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn dòng qua Diode tăng nhanh chênh lệch điện áp hai cực Diode không tăng (vẫn giữ mức 0,6V ) Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim mức 0,6V Hình 2.8 Đường đặc tuyến điện áp thuận qua Diode Phân cực ngược cho Diode Khi phân cực ngược cho Diode tức cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), tương tác điện áp ngược, miền cách điện rộng ngăn cản dòng điện qua mối tiếp giáp, Diode chiu điện áp ngược lớn khoảng 1000V diode bị đánh thủng Hình 2.9 Diode bị cháy áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V 2.2 Tranzitor lưỡng cực 2.2.1 Cấu tạo Transistor ( Bóng bán dẫn ) Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N , ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận , ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều Hình 2.10 Cấu tạo Transistor Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực , lớp gọi cực gốc ký hiệu B ( Base), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát (Emitter) viết tắt E, cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P ) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên không hoán vị cho Ký hiệu tranzitor 2.2.2 Nguyên tắc hoạt động Transistor Xét hoạt động Transistor NPN Hình 2.11 Mạch khảo sát nguyên tắc hoạt động transistor NPN Ta cấp nguồn chiều UCE vào hai cực C E (+) nguồn vào cực C (-) nguồn vào cực E - Cấp nguồn chiều UBE qua công tắc trở hạn dòng vào hai cực B E , cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E - Khi công tắc mở , ta thấy rằng, hai cực C E cấp điện dòng điện chạy qua mối C E ( lúc dòng IC = ) Khi công tắc đóng, mối P-N phân cực thuận có dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE cực (-) tạo thành dòng IB - Ngay dòng IB xuất => có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB - Như rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB phụ thuộc theo công thức IC = β.IB Trong IC dòng chạy qua mối CE IB dòng chạy qua mối BE β hệ số khuyếch đại Transistor Giải thích : Khi có điện áp UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp PN để tạo thành dòng điện, xuất dòng IBE lớp bán dẫn P cực B mỏng nồng độ pha tạp thấp, số điện tử tự từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn số lượng lỗ trống nhiều, phần nhỏ số điện tử vào lỗ trống tạo thành dòng IB phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp UCE => tạo thành dòng IC , IE dòng hạt từ cực E phần tái hợp tạo thành IB, phần vượt qua tiếp giáp tạo thành dòng IC Xét hoạt động Transistor PNP Sự hoạt động Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN cực tính nguồn điện UCE UBE ngược lại Dòng IC từ E sang C dòng IB từ E sang B 2.2.3 Các dạng mắc mạch Transistor Khi dùng transistor để ráp mạch khuếch đại trước hết phải phân cực cho transistor chế độ tĩnh sau đưa tín hiệu vào cực, lấy cực thứ cực thứ gọi điểm chung Vậy có ba cách mắc transistor E chung B chung C chung IB dòng vào IE dòng vào IB dòng vào IC dòng IC dòng IE dòng UBE điện áo vào UBE điện áo vào UBC điện áo vào UCE điện áp UBC điện áp UCE điện áp Quan hệ dòng áp vào dòng áp ra: - Đặc tuyến vào: Ivào = f(Uvào) Ira (Ura)= const - Đặc tuyến ra: Ira = f(Ura) Ivào (Uvào)= const - Đặc tuyến truyền đạt : Ira = f(Uvào) Ivào (Ura)= const Phương pháp vẽ đặc tuyến Ví dụ khảo sát mạch EC Nguồn ECC, EBB thay đổi, ECC cấp điện cho transistor, EBB phân cực cho transistor - Giữ nguyên nguồn ECC để UCE có giá trị định, thay đổi EBB để UBE thay đổi Ứng với UBE thay đổi ta đo dòng IB, IC Ví dụ ta đo được: 10 (bão hoà) T1 thông (bão hoà), T2 tắt tự chuyển đổi trạng thái cho nhau, đầu nhận dãy xung vuông Xem mạch bình thường, xung có biên độ ổn định, xét thời điểm mạch trạng thái T1 tắt, T2 thông (bão hoà) Lúc tụ C2 (trước nạp điện) phóng điện từ +C2 qua T2, nguồn E, qua điện trở R3 đến -C2 đặt điện áp âm lên cực gốc T1 làm cho uB1 < giữ T1 tắt khoảng thời gian Đồng thời với trình đó, tụ C1 nạp điện từ +E qua R1 đến +C1, -C1 qua rBET2 đến -E nhanh chóng đến điện áp E (do mạch có R1[...]... đôi điện áp - Sơ đồ mạch: Hình 3.5 -Nguyên lý : Giả sử ở bán kì âm của dòng điện vào ở B(+) ở A (-) , khi đó D1 dẫn điện do được phân cực thuận và nạp cho tụ C1 một điện áp bằng điện áp đỉnh VDC Tiếp đến bán kì dương của dòng điện vào ở B (-) và ở A(+) Lúc này D1 phân cực nghich nên không dẫn điện, D2 phân cực thuận nên dẫn Do tụ C1 được mắc nối tiếp với nguồn AC, nên điện áp vào D2 gồm điện áp UC1... anot D2 bằng điện áp trên C1 cộng với điện áp nguồn Do đó dòng qua D2 nạp cho tụ C2 một điện áp bằng 2Umax Bán kì tiếp đó điểm A trở lại bán kì âm D1 và D3 dẫn, D4 và D2 không dẫn Lúc này điện áp nạp cho tụ C3 là điện áp của tụ C2 = 2 VDC, còn điện áp nguồn thì qua D1 nạp cho C1 Bán kì tiếp theo đó điểm A đổi sang bán kì dương D1 và D3 không dẫn, D2 và D4 dẫn Điện áp nạp cho tụ C4 lúc này là điện áp của... cộng điện áp nguồn Như vậy D2 đã nạp vào tụ C2 một điện áp bằng 2VDC cấp cho tải Mạch nhân ba điện áp -Sơ đồ : Hình 3.6 - Nguyên lý hoạt động: Bằng cách nối thêm một đi ốt và một tụ điện vào mạch Schenkel ở trên ta ở trên ta có mạch nhân ba điện áp Ở bán kỳ âm D1 dẫn, D2 không dẫn, D3 dẫn, dòng qua D1 nạp cho C1 một lượng là VDC, đồng thời dòng qua D3 nạp cho tụ C3 Ở bán kỳ dương D1 không dẫn, D2 dẫn,. .. D3 không dẫn, dòng qua D2 nạp cho C2 một lượng là 2VDC 27 Điện áp cấp cho tải chính là tổng điện áp trên C2 và C3, do đó Vout=2VDC+VDC = 3VDC Mạch chỉnh lưu nhân bốn điện áp - Sơ đồ mạch : Hình 3.7 - Nguyên lý hoạt động: Giả sử tại thời điểm ta bắt đầu xét, điểm A có bán kỳ âm, D1 sẽ dẫn điện nạp cho tụ C1 điện áp tối đa là điện áp đỉnh Umax Bán kì tiếp theo ở A(+), D1 ngưng, D2 dẫn, điện áp đưa vào... có thể dưới 10 0Ω khi được chiếu sáng mạnh Hình 2. 21 Nguyên lý làm việc của quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn làm phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo * Ứng dụng của quang điện trở 1 Mạch báo động 19 Hình 2.22 Khi quang điện trở được... và dòng cực đại qua đi-ốt là: max , 3.2.3 Mạch chỉnh lưu cầu Sơ đồ nguyên lý Hình 3.4 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu Nguyên lý hoạt động - Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D2 và D4 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D1 và D2 phân cực nghịch xem như hở mạch Dùng kiểu mẫu điện thế ngưỡng, mạch điện được vẽ lại như hình 8.2 - Ở bán kỳ âm của nguồn điện, D1 và D3 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D2, D4 phân... 3.2 .1 Mạch chỉnh lưu một nửa chu kỳ Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch b Điện áp xoay chiều đầu vào Hình 3.2 a) Sơ đồ mạch c Dòng điện chỉnh lưu Giả thiết điện áp trên cuộn thứ cấp biến áp U 21= U12 sinωt Trong nửa chu kì đầu U2> 0 đi-ốt được phân cực thuận nên dẫn điện Vậy có dòng điện qua đi-ốt Trong nửa chu kì sau U2< 0 đi-ốt được phân cực ngược nên không có dòng điện qua đi-ốt 24 Quá trình. .. khoảng vài mA 23 CHƯƠNG 3: MẠCH CẤP NGUỒN (Thời gian: LT 5t, TN 1t) 3 .1 Khái niệm chung về mạch cung cấp nguồn Nguồn điện có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch và các thiết bị điện tử hoạt động Năng lượng một chiều đó được lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua một số quá trình biến đổi: Hình 3 .1 Sơ đồ khối nguồn điện - Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay... thời gian tụ đang nạp điện và nạp đến giá trị bằng biên độ điện áp đầu ra Um của bộ chỉnh lưu T2 là khoảng thời gian và điện áp bộ chỉnh lưu giảm từ Um và đòng thời tụ phóng điện vào tải Hình 3 .10 c Mạch lọc tụ điện 29 Như vậy dạng sóng đầu ra gồm điện áp một chiều Udc và hài Ur chính là sự nạp và phóng của tụ điện Điện áp gợn sóng Ur được tính theo công thức: I dc Ur = 4 3 fC Điện áp một chiều Udc:... thành kênh dẫn điện gọi là điện thế ngưỡng UGS(T) hay UT Khi UGS < UT thì dòng cực máng ID = 0mA hay không có dòng điện chạy qua kênh(kênh dẫn chưa được tạo thành) 18 Hình 2.20 Đặc tính của MOSFET kênh gián đoạn 2.4 Linh kiện quang điện tử 2.4 .1 Quang điện trở Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh Điện trở tối (khi không được chiếu sáng - ở trong bóng tối) thường trên 1MΩ, trị số ... ta thấy: - Ðiện đỉnh Vdcm ngang qua hai đầu RL là: Vdcm =Vm-2VD=Vm-1.4V - Ðiện đỉnh phân cực nghịch VRM đi-ốt là: VRM=Vdcm+VD=Vm-VD 26 VRM =Vm-0, 7V - Điện trung bình đầu RL là: 2Vdcm π - Dòng... phương trình: UGS = -EG ( 4-2 ) ( 4-2 ) phương trình đường tải tĩnh Điểm cắt ( 4-2 ) với đặc tính ( 4-1 ) cho ta điểm làm việc Q Từ ( 4-1 ) xác định ID điện áp phân cực: UDS = UD = ED- IDRD 4.3.1.2Sơ đồ... có UGS = UG- US= 0-IDRS UGS= - IDRS ( 4-3 ) Giao điểm đường thẳng ( 4-3 ) với đặc tính truyền dẫn cho ta điểm làm việc Q ID xác định nhờ phương trình ( 4-1 ) Từ xác định giá trị: UD = ED- IDRD; US