Chương Linh kiện thụ động 1.1 Điện trở 1.1.1 Khái niệm Điện trở linh kiện dùng để ngăn cản dòng điện mạch Kí hiệu điện trở mạch điện hình 1.1 R R Hình 1.1 Kí hiệu điện trở mạch điện Đơn vị đo điện trở: Để đặc trưng cho khả cản trở dòng điện nhiều hay ít, người ta dùng đơn vị đo điện trở Ohm:  bội K, M Trong đó: 1M=103K=106 Định luật Ohm áp dụng cho điện trở phát biểu sau: Cho dòng điện I chạy qua điện trở R hai đầu điện trở tạo hiệu điện E tính biểu thức (1-1) V = RI (1-1) Hình 1.2 minh họa áp dụng định luật Ohm cho điện trở Để đánh giá lựa chọn điện trở ta phải dựa vào tham số Các tham số gồm: + Giá trị điện trở: Giá trị điện trở tham số bản, yêu cầu giá trị điện trở phải ổn định, Hình1.2 Định luật ôm áp dụng cho điện trở thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm, … Giá trị điện trở phụ thuộc vào vật liệu cản điện, vào kích thước điện trở nhiệt độ môi trường Giá trị điện trở đo Ohm bội Giá trị điện trở thường đo dòng điện chiều tần số thấp Muốn dùng điện trở tần số cao phải chọn điện trở có kết cấu, kích thước, vỏ bọc cụ thể + Dung sai hay sai số điện trở: Dung sai biểu thị mức độ chênh lệch giá trị thực tế điện trở so với giá trị danh định tính theo % Dung sai tính theo công thức sau: Trong đó: Rtt giá trị thực tế điện trở, Rdd giá trị danh định điện trở Dựa vào % dung sai người ta chia điện trở thành cấp độ xác: Cấp 005: có sai số ±0,5% Cấp 01: có sai số ±1% Cấp I: có sai số ±5% Cấp II: có sai số ±10% Cấp III: có sai số ±20% Trong mạch điện yêu cầu độ xác cao thường dùng điện trở cấp 005 01 Còn điện tử thông thường người ta dùng loại điện trở từ cấp I đến cấp III Các điện trở có độ xác cao có giá thành cao + Công suất tiêu tán cho phép Pmax: Khi có dòng điện chạy qua, điện trở tiêu tán lượng điện dạng nhiệt lượng công suất tính theo định luật Jun – Lenx là: (1-2) Công suất tiêu tán cho phép điện trở Pmax công suất lớn mà điện trở chịu đựng được, mức điện trở nóng cháy không dùng (1-3) Với yêu cầu đảm bảo cho điện trở làm việc bình thường công suất tiêu tán P < Pmax công suất tiêu tán cực đại Do tùy theo điện áp dòng điện qua điện trở lớn hay nhỏ mà sử dụng điện trở có công suất tiêu tán cho phép lớn hay nhỏ + Hệ số nhiệt điện trở TCR: Hệ số nhiệt điện trở thể thay đổi giá trị điện trở theo nhiệt độ môi trường tính công thức sau: Trong đó: R giá trị điện trở; R đại lượng thay đổi giá trị điện trở nhiệt độ thay đổi lượng T TCR giá trị biến đổi tương đối tính theo phần triệu điện trở 10C, ta viết tắt ppm/0C 1.1.2 Phân loại a Phân loại theo cấu tạo - Điện trở thông thường (không dây quấn) - Điện trở dây quấn làm dây công tan tan (điện trở thấp) hay nicrôm (điện trở cao) b Phân loại theo cấp sai số Loại có sai số cho phép ±5% dùng mạch cần nâng cao độ xác chế độ công tác Loại hai có sai số cho phép ±10% Loại ba có sai số cho phép ±20% dùng nơi ảnh hưởng đến chế độ công tác mạch ghép Trong thực tế sản xuất số loại điện trở định, yêu cầu điện trở khác cần ghép song song hay nối tiếp điện trở Khi có hai hay nhiều điện trở R1, R2,… Rn mắc nối tiếp điện trở tương đương R tổng điện trở riêng rẽ R= R1+R2+…+Rn = Ri Khi có hai hay nhiều điện trở mức song song điện trở tương đương R tính bởi: 1.1.3 Cấu tạo loại điện trở Điện trở thông thường (không dây quấn): Thường làm than hay chất đặc biệt khác dẫn điện Các chất dẫn điện bao bọc bên lớp lõi sứ, lớp bọc bị xẻ theo rãnh xoắn ốc xung quanh lõi (điện trở mặt), chúng ép lại thành điện trở (điện trở khối) Loại điện trở có kích thước nhỏ, điện cảm điện dung tạp tán nhỏ, giá thành rẻ độ ổn định công suất tiêu thụ nhỏ Hình 1.3 minh họa điện trở than Điện trở dây quấn: Thường làm dây côngtantan (điện trở thấp) hay nicrom (điện trở cao) quấn ống sứ Điện trở bao bọc Hình 1.3 Điện trở than lớp men màu nâu hay xanh Điện trở dây quấn có ưu điểm độ ổn định độ xác cao, mức tạp âm nhỏ, công suất tiêu tán lớn có nhược điểm bị giới hạn tần số điện cảm điện dung tạp tán lớn 1.1.4 Biến trở Biến trở thực chất điện trở thay đổi giá trị điện trở qua nút điều chỉnh Kí kiệu biến trở hình 1.4 minh họa Hình 1.4 Kí hiệu biến trở Biến trở cấu tạo theo dạng dây quấn hay loại than hỗn hợp Hình 1.5 cho ta hình ảnh số loại chiết áp Biến trở dây quấn cấu tạo tương tự điện trở dây quấn biến đổi Con chạy kim loại nối với trục trượt trục quay trượt vòng dây Biến trở dây quấn có giá trị thay đổi khoảng 1-200K, công suất khoảng từ 3-5W Biến trở dây quấn thường dùng mạch Hình 1.5 Một số loại chiết áp công suất lớn Biến trở than hỗn hợp có lớp vật liệu hỗn hợp phủ lên đế hình móng ngựa, hai đầu có phủ lớp bạc nối chân Biến trở than hỗn hợp có phạm vi biến đổi giá trị khoảng 10-10M, công suất khoảng 0,1 -2 W Biến trở dùng mạch công suất nhỏ 1.1.5 Cách đọc điện trở Cách đọc điện trở tùy thuộc vào cách biểu diễn điện trở 1.1.5.1 Biểu thị số chữ Thường ghi chữ R, K, M Chữ R tương ứng với đơn vị chuẩn  (Ohm), chữ K tương ứng với đơn vị bội K chữ M tương ứng với đơn vị bội M Vị trí chữ thể chữ số thập phân, giá trị số thể giá trị điện trở Nếu có chữ số thường số thứ biểu thị số lũy thừa 10 Đặc biệt chữ số thứ số giá trị thực điện trở Quy ước sai số sử dụng điện trở sau: B=0,1%; C=0,25%; D=0,5%; F=1%; G= 2%; H= 2,5%; J=5%; K= 10%; M= 20% Ví dụ 1: 4M7, tương ứng R = 4,7M 3K3, tương ứng R= 3,3 K 222R, tương ứng với R= 22x102= 2,2K 330R, tương ứng với R= 330 1K5J, tương ứng với R= 1,5K±5% 1.1.5.2 Biểu thị giá trị điện trở vạch màu Người ta thường sử dụng vòng màu để biểu thị giá trị điện trở gọi điện trở Mỹ Thường dùng vòng, vòng vòng màu để biểu diễn Các quy định màu điện trở vòng màu sau: Trường hợp đặc biệt có vòng màu, sai số điện trở 20%: Vòng 1,2 vòng giá trị; Vòng vòng biểu thị số lũy thừa 10 Trường hợp điện trở vòng màu: Vòng 1, vòng giá trị; Vòng vòng biểu thị số lũy thừa 10; Vòng vòng sai số Trường hợp điện trở vòng màu: Vòng 1, 2, vòng giá trị; Vòng vòng biểu thị số lũy thừa 10; Vòng vòng sai số Để phân biệt xác định thứ tự vòng màu ta dựa vào quy tắc sau: - Vòng gần đầu điện trở Tiết diện vòng sai số lớn - Vòng không Vàng nhũ Bạc nhũ Màu Vòng Vòng Vòng Đen 0 ±1% F Nâu 1 10 ±2% G Đỏ 2 100 Cam 3 1K Vàng 4 10K Lục 5 100K ±0,5% D Lam 6 1M ±0,25% C Tím 7 10M ±0,1% B Xám 8 Trắng 9 Vàng nhũ 0.1 ±5% J Bạc nhũ 0.01 ±10% K ±20% M Không mầu Vòng – Hệ số nhân Vòng - Sai số Ví dụ 2: Điện trở có vòng màu đỏ - đỏ - vàng – vàng nhũ có giá trị 22K±5% 1.1.6 Ứng dụng điện trở Điện trở có mặt hầu khắp mạch điện – điện tử Ứng dụng điện trở đa dạng dùng để giới hạn dòng điện, tạo sụt áp, dùng để phân cực cho linh kiện tích cực, làm gánh mạch, chia áp, định số thời gian mạch định thời,…v.v 1.2 Tụ điện Vỏ bọc Bản cực 1.2.1 Cấu tạo Chân tụ 1.2.1.1 Kí hiệu phân loại Tụ điện linh kiện có khả tích điện dạng điện trường Tụ điện linh Chất điện môi Hình 1.6 Cấu tạo tụ điện kiện có khả phóng, nạp điện Cấu tạo chung tụ điện bao gồm hai cực làm kim loại đặt song song cách điện lớp điện môi Từ hai cực kim loại nối với hai dây dẫn làm thành chân tụ điện, toàn đặt vỏ bảo vệ Hình 1.6 minh họa cấu tạo tụ điện Kí hiệu tụ điện mạch điện hình 1.7 trình bày + _ + _ Tụ có phân cực Tụ thường Tụ có điện dung thay đổi Hình 1.7 Kí hiệu mạch điện tụ điện Để đặc trưng cho khả phóng nạp điện tích tụ điện người ta đưa khái niệm điện dung Điện dung C tụ điện tính biểu thức sau: (1-4) Trong đó: C điện dung tụ [F] S diện tích cực [m2]; d khoảng cách hai cực [m]; , 0 số điện môi chất làm điện môi không khí hay chân không Đơn vị đo điện dung Fara kí hiệu F Thường sử dụng đơn vị ước số F F, nF, pF Ta có: 1F=106F=109nF=1012pF Định luật Coulomb áp dụng cho tụ điện biểu diễn qua biểu thức (1-5) sau đây: Q = UC (1-5) Trong đó: Q điện lượng tích tụ; U điện áp nạp cho tụ điện; C điện dung tụ điện Như biết, có dòng điện xoay chiều qua tụ điện xem tụ điện tương đương với điện trở ZC phụ thuộc vào tần số dòng điện điện dung tụ điện Trở kháng ta gọi dung kháng tính biểu thức sau (ta gọi định luật Ohm cho tụ điện): (1-6) Trong đó: f tần số dòng điện vào [Hz]; C điện dung tụ điện [F] Từ biểu thức ta nhận xét tần số dòng điện tăng dòng điện qua tụ dễ dàng ngược lại 1.2.1.2 Cấu tạo loại tụ điện Trước hết ta xét cấu tạo loại tụ có giá trị ổn định a Tụ giấy Chất cách điện tụ giấy làm loại giấy mỏng cách điện không thấm nước đầu làm kim loại mỏng Đối với tụ giấy có điện dung nhỏ 0,1F, điện trở cách điện 5000M; với tụ giấy có điện dung lớn 0,1F điện trở cách điện nhỏ Hệ số phẩm chất tụ Hình 1.8 Tụ giấy giấy vào khoảng 60-100 Tụ giấy sử dụng để phân đường, ngăn, nối tầng, lọc mạch điện tử có tín hiệu tần số thấp b Tụ mica Chất cách điện tụ mica làm mica có chất lượng cao, cực tụ điện làm kim loại mỏng hay lớp bạc mỏng tráng lên mặt mica Tụ điện mica có cực làm kim loại ổn định loại tráng lớp bạc Hình 1.9 Tụ Mica Tụ mica có tổn hao bé điện trở cách điện cao khoảng 10000M nên chủ yếu dùng mạch cao tần, phần tử cách ly máy radio c Tụ gốm Tụ gốm cấu tạo gồm miếng gốm nhỏ hình trụ giống khuy áo, hai mặt tráng bạc, cách điện với tạo thành hai má tụ điện (chất điện môi gốm) Tụ gốm có đặc tính kích thước nhỏ, điện áp làm việc cao Tụ gốm hình đĩa giá trị điện dung nhỏ từ 1pF đến 1F Tụ gốm kích thước nhỏ dùng mạch thông thường có điện áp làm việc cực đại cho phép 50V 10 dương, tức RBB tăng nhiệt độ tăng Căn vào điện trở RBB công suất tiêu hao cực đại xác định giá trị cực đại UBB U - BB  ( R BB PDM ) PDM công suất tiêu hao cực đại Tỉ số điện trở  Tỉ số điện trở  tỉ số RB1 RBB Cùng với điện áp điện áp thuận chuyển tiếp emitơ (UD), hệ số  xác định điện áp đỉnh UJT Uđh = UD + UBB Đối với điôt Silic UD = 0,7V Đối với điôt Gemani UD = 0,3V - Điện áp bão hoà emitơ UEbh Điện áp bão hoà emitơ UEbh điện áp đặt vào emitơ làm cho UJT chuyển vào trạng thái bão hoà Vì phụ thuộc vào dòng IE UBB vào nên nói phải nói ứng với giá trị IE UBB - Dòng đỉnh emitơ Iđh Dòng đỉnh emitơ Iđh - Dòng đáy Iđy Dòng đáy Iđy xác định giới hạn dòng emitơ Nếu điện trở nguồn điện áp kích thích nhỏ, làm cho IE lớn Iđh UJT giữ trạng thái mở sau bị kích thích - Dòng điều chế bazơ IB Đó dòng chảy vào B2 UJT vừa mở, dòng điều chế trạng thái mở UJT 7.1.5 Một ứng dụng điển hình UJT: Dao động tạo xung cưa Sơ đồ nguyên lý dạng sóng dao động mạch hình 7.3 Nguyên lý hoạt động mạch sau: 121 Tụ C nạp từ nguồn UBB qua RE, điện áp tụ Uđh UJT UJT mở tụ C phóng điện qua UJT làm cho điện áp hai cực tụ hạ xuống giá trị điện áp bão hoà UJT, UEbh Khi UJT đóng tụ C lại bắt đầu lần nạp nạp điện Quá trình tiếp diễn điện áp lấy tụ C có dạng cưa Hình 7.3 Mạch tạo dao động cưa 7.2 Thyristor Thyristor linh kiện bán dẫn có hai trạng thái bền (tắt mở) tuỳ thuộc vào tính hồi tiếp dương lớp tiếp giáp p-n Trong họ Thyristor quan trọng SCR (đèn chỉnh lưu Silic có điều khiển) 7.2.1 Cấu tạo, phân loại, ký hiệu Thyristor (SCR) chế tạo gồm lớp bán dẫn P-N-P-N đặt xen kẽ Giữa lớp bán dẫn hình thành chuyển tiếp J1, J2, J3 Thyristor dụng cụ có ba chân cực ký hiệu chữ A-anôt, K-catôt, G-cực điều khiển Cực anốt nối với phần bán dẫn P trước, catốt nối với phần bán dẫn N sau; cực điều khiển nối với phần bán dẫn P sau J1 A P1 J2 N11 N A J3 P22 N P N22 K G K Hình 7.4 Cấu tạo, ký hiệu Thyristor 122 7.2.2 Nguyên lý làm việc Có thể xem Thyistor từ Tranzito: P1N1P2 N1P2N2 sau: I Miền dẫn thuận A P1 P2 G IG1 IG2 IG3 IG4 N1 N1 G P2 Miền chặn ngược N2 U U4 U3 U2 U1 Miền chặn thuận K Hình 7.5 Sơ đồ tương đương Hình 7.6 Đặc tuyến Thyistor 7.2.3 Đặc tuyến Vôn-Ampe Thyristor Đặc tuyến chia làm miền - Trường hợp phân cực ngược Thyristor với UAK < Đặc tuyến đoạn coi diốt phân cực ngược mắc nối tiếp( J1 J3 ) Dòng qua Thyristor dòng dò ngược diốt Nếu tăng điện áp ngược đến giá trị định tiếp giáp J1và J3 bị đánh thủng, dòng ngược qua Thyristor tăng lên đột ngột Nếu biện pháp ngăn chặn, dòng ngược làm hỏng Thyristor Vùng đặc tuyến ngược Thyristor trước bị đánh thủng gọi vùng chắn ngược - Khi phân cực thuận Thyristor với UAK > + Khi cực điều khiển G hở mạch (IG = 0), tiếp giáp J1 J3 lúc phân cực thuận J2 phân cực ngược Khi UAK nhỏ, dòng qua Thyristor định chủ yếu dòng dò ngược qua J2 Xét chung cho Thyristor dòng điện chảy qua Thyristor lúc dòng dò thuận Ifx Giá trị điển hình dòng dò thuận(Ifx) dòng dò ngược (IRx) khoảng 100A Nếu IG = dòng dò thuận giữ nguyên giá trị ban đầu Khi tăng UAK lên tới giá trị xấp xỉ điện áp đánh thủng chuyển tiếp J2 (gọi điện áp đánh thủng 123 thuận UBE) dòng IC0 Thyristor đủ lớn làm cho Transistor sơ đồ tương đương mở chuyển hẳn sang trạng thái bão hoà Thyristor chuyển sang trạng thái mở, nội trở đột ngột giảm đi, điện áp sụt cực A Kcũng giảm xuống đến giá trị UE gọi điện áp dẫn thuận Phương pháp chuyển Thyristor từ khoá sang mở cách tăng dần UAK gọi kích mở điện áp thuận Nếu IG  0, nghĩa cực G cực K có điện áp cho J3 phân cực thuận Dòng IG UGK cung cấp với dòng ngược vốn có Thyristor IC0 làm cho T2 mở với điện áp UAK nhỏ nhiều giá trị kích mở lúc IG = Dòng IG lớn UAK cần thiết tương ứng để mở Thyristor nhỏ Chú ý từ đầu điện áp UGK cung cấp dòng IG lớn dòng mở cực tiểu T2 , điện áp UAK chưa đủ lớn để phân cực thuận cho T1 T2 Thyristor chưa mở Như đặc tuyến Thyristor mức dòng điều khiển IG tăng từ IG1 đến IG4 tương ứng với mức điện áp UAK giảm xuống từ U1 tới U4 Đây phương pháp kích mở Tiristo dòng cực điều khiển Điện áp dẫn thuận UF Viết UF = UBE1+ UBE2 = UBE2+ UCE1 Đối với vật liệu silic điện áp bão hoà tranzito silic vào cỡ 0,2V UBE biết vào cỡ 0,7V; suy UF = 0,9V Trên phần đặc tuyến thuận, phần mà Thyristor chưa mở gọi miền chắn thuận, miền Thyristor mở gọi miền dẫn thuận (hình 7.6) Quan sát miền chắn thuận miền chắn ngược Thyristor thấy có dạng giống đặc tuyến ngược diode chỉnh lưu thông thường Sau điều kiện kích thích mở kết thúc, muốn trì cho Thyristor mở phải đảm bảo cho dòng thuận IE lớn giá trị định gọi dòng ghim I4 (là giá trị cực tiểu dòng thuận IE) Nếu trình Thyristor mở, IG trì giá trị dòng ghim tương ứng giảm dòng IG tăng (hình 7.6) Trong sổ tay thuyết minh nhà sản xuất ký hiệu IHC để dòng ghim cực G hở mạch IHX để dòng ghim đặc biệt cực G K nối điện trở phân cực đặc biệt 7.2.4 Một số ứng dụng Thyistor Thyistor sử dụng bị chuyển mạch điện tử Nó thường ứng dụng để điều khiển nguồn điện, điều khiển công suất lò nung, điều khiển tốc độ ô tô, điều khiển mô tơ chiều, điều khiển đèn tắt- sáng v Sau giới thiệu ứng dụng Thyistor 124 K1 R2 Sơ đồ nguyên lý mạch cho hình7.7 R1 +Ucc +Ucc PD RL LED K2 Hình 7.7 Mạch báo động sử dụng Thyistor - Bình thường ánh sáng phát từ LED PD (diode thu quang) nhận, làm cho PD dẫn bão hoà nên sụt áp qua R2 nhiều dẫn đến VG SCR thấp nên SCR tắt - Khi có người ngang qua khu vực LED PD PD tắt (do bị che ánh sáng) nên không sụt áp qua R2 lúc áp +Ucc qua R2 đến G lớn đủ ngưỡng kích cho SCR làm cho SCR dẫn nên Relay hoạt động làm đóng Contac K2và làm còi báo sáng đèn Do tính tự giữ SCR, nên SCR dẫn tiếp tục có người lướt ngang qua LED PD tích tắc PD dẫn trở lại làm cho VG sụt thấp làm áp kích cho SCR Muốn làm tắt SCR ta phải hở Contac K1 7.3 TRIAC 7.3.1 Cấu tạo, phân loại, ký hiệu Cấu tạo, sơ đồ tương đương đặc tuyến Vôn-Ampe Triac trình bày hình 7.8 Từ thấy Triac tương đương với hai Thyristor mắc song song ngược chiều chung cực G Các cực gọi A1, A2 G Khi điện cực G dương so với A2 cực A1 có điện dương so với cực A2 Thyristor mở (hai Tranzito tương đương Q1 Q2 mở) Trong trường hợp A1 đóng vai trò anôt A2 đóng vai trò catôt Khi điện cực G dương so với A1 cực A2 có điện dương so với cực A1 Thyristor mở (hai Tranzito tương đương Q3 Q4 mở) Trong trường hợp A2 đóng vai trò anôt A1 đóng vai trò catôt Từ thấy Triac có khả dẫn điện theo hai chiều 125 A2 P1 N1 N2 Q1 P2 N3 P3 I A2 A2 G I1 Q3 G N4 U I2 G Q2 Q4 A1 A1 A1 Hình 7.8 Cấu tạo, ký hiệu, sơ đồ tương đương đặc tuyến Triac 7.3.2 Hoạt động Sơ đồ khống chế dùng Triac trình bày hình 7.9 A1 I1 U I2 D1 A2 Un 2 G RG t 1 Rt D2 Hình 7.9 Sơ đồ khống chế dùng Triac Nguyên lý làm việc mạch không chế: nửa chu kỳ dương: D1 thông nên có tín hiệu điều khiển vào G: UA1A2> 0, UGA2 >0 Do Tiristo dẫn theo I1, Ut > nửa chu kỳ âm D2 thông nên UA1A2 >0 ; UGA1 >0 Do Tiristo dẫn theo I2 ngược lại, Ut < Điều chỉnh RG thay đổi 1,2 Vậy Triac dụng cụ dẫn điện hai chiều có điều khiển Triac ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điện tử, ví dụ: - Kiểm tra điều khiển vận tốc môtơ điện 126 - Kiểm tra điều khiển nhiệt độ - Kiểm tra điều khiển cường độ chiếu sáng - Làm mạch quét hình tivi… 7.3.3 Ứng dụng Triac sử dụng Relay không tiếp điểm dùng để điều khiển tốc độ động 7.4 DIAC 7.4.1 Cấu tạo, phân loại, ký hiệu Cấu tạo diac tương tự cấu tạo triac khác diac cực cửa G Ký hiệu diac mạch điện: 7.4.2 Hoạt động Diac xem diode hai chiều với cấu tạo tương tự triac thyristor cực cửa Bình thường diac không dẫn điện điện áp đặt vượt qua giá trị định Tại điểm diac bắt đầu dẫn điện mạnh điểm diac bộc lộ tính chất điện trở âm Trên thực tế diac xem khoá điện áp đối xứng Các thông số cần quan tâm sử dụng diac: - Điện áp ngắt - Điện áp đối xứng Dòng điện cắt Công suất tiêu hao 127 7.4.3 Các đường đặc tuyến MT1 I MT1 P1 N1 N2 Q1 Q3 U P2 N3 P3 N4 Q4 Q2 MT2 MT2 Hình 7.12 Cấu tạo, ký hiệu, sơ đồ tương đương đặc tuyến diac 7.4.4 ứng dụng Diac sử dụng mạch chỉnh lưu pha hay ba pha; mạch điều khiển tự động 128 Chương CÁC LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ 8.1 Quang trở Quang trở loại điện trở mà hoạt động dựa hiệu ứng quang dẫn Cấu tạo quang trở làm từ chất bán dẫn nhậy quang Khi có xạ rọi vào, chất bán dẫn ánh sáng hấp thụ lượng tạo thành electron lỗ trống làm tăng tính dẫn điện làm giảm điện trở suất bán dẫn Mật độ phần tử tải điện chất bán dẫn tạo ánh sáng kích thích rọi vào Cấu tạo quang trở mô tả Hình 8.1 Cấu tạo quang trở hình 8.1 Ứng dụng quang trở: Quang trở dùng rộng rãi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, máy tính điện tử thiết bị tự động… 8.2 Điốt phát quang LED Điốt phát quang linh kiện bán dẫn có lớp tiếp giáp p-n, có biến đổi lượng điện thành lượng xạ ánh sáng tái hợp electron lỗ trống Nó dùng làm đèn thị, đèn báo thiết bị số, thiết bị điều khiển Hiện tượng phát quang giải thích sau: Khi phân cực thuận, electron từ bán dẫn n chuyển sang bán dẫn p Electron nhận lượng điện trường chuyển trạng thái từ mức lượng thấp lên mức lượng cao Electron trạng thái kích thích chuyển xuống mức lượng tự phát chuyển xuống mức lượng thấp phát xạ ánh sáng có lượng hf (h số Plăng, f: tần số ánh sáng) Khi xảy tái hợp electron với lỗ trống, electron chuyển từ vùng dẫn xuống vùng hoá trị Năng lượng photon tương ứng với chuyển 129 dời xác định độ rộng vùng cấm chất bán dẫn, tuỳ thuộc vào vật liệu làm diode phát quang Các thông số đặc trưng cho LED: - Độ dài bước sóng ánh sáng phát ra: thông thường LED không phát bước sóng mà có khoảng bước sóng tương đôi hẹp Vì vậy, loại LED thường phát màu sắc định Chỉ LED đặc biệt phát ánh sáng nằm vùng không nhìn thấy Người ta chế tạo LED nhiều màu phụ thuộc vào điện áp lối vào hay điện áp mạch điều khiển Độ dài bước sóng phát phụ thuộc vào chất chất bán dẫn chế tạo - - Công suất LED: LED phát ánh sáng mà mắt thường nhìn thấy công suất thường từ 100 đến 120mW, LED phát ánh sáng hồng ngoại công suất đạt từ 100 đến 500mW Dòng điện điện áp sụt linh kiện: LED phát ánh sáng nhìn thấy có dòng chạy qua khoảng vài mA Hình 8.2 LED anot chung Hình 8.3 LED katốt chung Ứng dụng: dùng làm đèn báo, thị thiết bị điện tử Trong kỹ thuật điện tử để tiện cho công việc hiển thị người ta tạo LED để hiển thị số ký tự LED tạo thành cách nối diode phát quang theo sơ đồ chung cực anốt (gọi anốt chung) chung cực katốt (gọi katốt chung) Đặc trưng Vôn-Ampe diode phát quang: 130 ID(mA) LED đỏ ánh sáng LED xanh, vàng E B n p p 1.6 UD(V) Hình 8.4 Đặc trưng Vôn-Ampe LED C Hình 8.5 Cấu tạo phototransistor 8.4 Photo transistor Photo transistor linh kiện quang bán dẫn, có cấu trúc transistor hoạt động photo diode có khả khuếch đại dòng quang điện ánh sáng rọi vào cực B, C, E ba miền Cấu tạo phototransistor m Đặc trưng Vôn- Ampe photo transistor mô tả hình 8.6 Tương ứng với bước sóng có đường đặc trưng riêng ID 4 UD 3 2 1 Hình 8.6 Đặc trưng Von- Ampe phototransistor Ứng dụng: photo transistor dùng điện báo quang, kỹ thuật máy tính, điện ảnh Opto – Coupler (ghép quang) 131 Opto- Coupler linh kiện bán dẫn gồm có nguồn xạ ánh sáng thu ánh sáng Nguồn phát ánh sáng diode phát quang, nguồn thu quang trở, photođiốt, photransistor, phototransitor trường Các thu phát ánh sáng đặt vào môi trường quang học chúng hoàn toàn cách biệt mạch điện Ghép quang thường dùng thiết bị ghép nối ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính để đảm bảo an toàn choi máy tính thiết bị ngoại vi có cố điện mức điện áp đưa từ thiết bị ngoại vi vào máy tính không khống chế mức điện áp phù hợp với mức điện áp chuẩn logic Ghép quang có tốc độ truyền nhanh (1Mbit/s) Hình 8.7 số loại ghép quang 132 8 7 3 6 5 U3 4 Hình 8.7 Một số loại opto-couple V1 V2 5V R R 24V 0 R1 300 Q3 R2 R R R U1 F4 2 Q2 LAMP R3 R 0 Hình 8.8 Sơ đồ điều khiển dòng chiều dùng mạch ghép quang Hình 8.8 sơ đồ điều khiển dòng chiều dùng mạch ghép quang 4N25 Khi điện áp lối vào X phần tử đảo thuộc họ CMOS CD4069 mức cao lối Y mức điện áp thấp 0V dòng vào điốt quang I1=10mA LED phát sáng làm cho phototransistor mạch 4N25 thông mạch điện áp anốt D1 thấp điốt cấm, T1 cấm T2 có điện áp 133 bazo điện áp emito dòng I2=0 đèn tắt Khi lối vào X mức thấp lối Y cao, LED không sáng, dòng tối phototransisto nhỏ colecto mức cao, D1 thông mạch, T1 T2 thông làm cho bóng đèn có điện 24V dòng 350mA phát sáng Như thông qua việc điều khiển mức logic lối vào X điều khiển dòng vào mạch ghép quang nhỏ ta điều khiển đóng ngắt dòng lớn lối Mạch có lối vào lối hoàn toàn cách biệt phương diện mạch điện 8.6 LCD (hiển thị tinh thể lỏng) LCD (Liquid Crystal Display: hiển thị tinh thể lỏng) công nghệ sử dụng làm hình máy tính xách tay máy tính điện tử cỡ nhỏ Cũng giống LED công nghệ plasma, LCD cho phép hiển thị rõ nét công nghệ sử dụng ống phóng tia điện tử (CRT) LCD tiêu hao lượng LED công nghệ plasma làm việc nguyên lý truyền phản xạ ánh sáng Một hình tinh thể lỏng xây dựng ma trận bị động ma trận tích cực Ma trận tích cực xem màng mỏng transistor (TFT) TFT khoá điện tử tụ điện nhỏ Chúng xếp thành ma trận thuỷ tinh có phủ lớp hoá chất Địa điểm ảnh xác định giao điểm hàng cột Các tụ điện thiết bị có nhiệm vụ làm tươi chu kỳ hoạt động cách nạp điện điểm ảnh nhận giá trị phóng điện qua TFT giá trị điểm ảnh Ma trận bị động LCD lưới dẫn điện mà điểm ảnh mắt lưới Tấm lưới tạo hai lớp kính mỏng: lớp tạo thành cột lớp tạo thành hàng Hai kính tạo chất dẫn điện suốt (thông thường indi- oxit sắt) Các hàng hay cột nối với mạch tích hợp Chất liệu tinh thể lỏng kẹp hai lớp kính màng mỏng phân cực ánh sáng ép vào hai kính Đối với hệ thống sử dụng ma trận bị động hình ảnh hiển thị đẹp có nhược điểm lớn thời gian đáp ứng chậm điện áp điều khiển thay đổi (Cách đơn giản để bạn thấy thời gian đáp ứng chậm bạn di chuyển chuột hình LCD bạn thấy bóng dịch chuyển theo) Công nghệ LCD ngày phát triển Tuy nhiên kích thước LCD thường bị giới hạn nhà sản xuất; ta tăng kích thước hình có nghĩa ta 134 phải tăng số lượng điểm ảnh transistor tỷ lệ số transistor hỏng hình tăng vấn đề cuối giá tăng nhiều 135 [...]... chiều dòng điện chuyển dịch chỉ tồn tại ở các thời điểm đóng hoặc ngắt điện áp  Dòng điện dò: Dòng điện rò là dòng điện được tạo ra do các điện tích tự do và điện tử phát xạ ra chuyển động dưới tác động của điện trường Kí hiệu là Idò  Dòng điện trong chất điện môi là tổng của dòng phân cực và dòng dò: I= ICM + Idò - Điện trở cách điện Rcđ: Điện trở cách điện được tính theo trị số của dòng điện dò:... hàn, bếp điện, bàn là… Điện trở, chất bôitrơn, micrôphôn… 2.3 Chất bán dẫn Linh kiện bán dẫn được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng của kỹ thuật điện tử Linh kiện điện tử được chế tạo từ chất bán dẫn Chất bán dẫn là chất mà ở những điều kiện nhất định nó trở thành dẫn điện, ở những điều kiện khác lại là cách điện Chất bán dẫn là một loại vật liệu có độ dẫn điện ở khoảng giữa của chất dẫn điện và chất... chảy - Dòng điện trong chất điện môi: Bao gồm hai loại là dòng điện dịch và dòng điện dò  Dòng điện dịch hay còn được gọi là dòng điện phân cực kí hiệu là ICM: Quá trình chuyển dịch phân cực của các điện tích liên kết trong chất điện môi sẽ tạo nên dòng điện phân cực ICM Khi ở điện áp xoay chiều dòng điện chuyển dịch tồn tại 30 trong suốt thời gian chất điện môi nằm trong điện trường Khi ở điện áp một... là độ tổn hao điện môi đo bằng oát (w) U là điện áp đặt lên tụ điện đo bằng vôn (V) C là điện dung của tụ điện dùng chất điện môi đo bằng Farad (F) ω là tần số góc đo bằng rad/s tg là góc tổn hao điện môi - Độ bền về điện của chất điện môi: Nếu ta đặt một chất điện môi vào trong một điện trường mà nó bị mất khả năng cách điện, ta gọi đó là hiện tượng đánh thủng chất điện môi Trị số điện áp khi xẩy... chất cách điện - Hằng số điện môi: Hằng số điện môi ký hiệu là ε, nó biểu thị khả năng phân cực của chất điện môi và được xác định bằng biểu thức: (2-1) Trong đó Cd là điện dung của tụ điện sử dụng chất cách điện Co là điện dung của tụ điện sử dụng không khí hoặc chân không 29 - Độ tổn hao điện môi: Độ tổn hao điện môi là công suất điện chi phí để làm nóng chất điện môi khi đặt nó trong điện trường... cung cấp điện và các tải 28 Chương 2 Chất bán dẫn Các vật liệu dùng để chế tạo, sản xuất ra các linh kiện điện tử rất đa dạng phong phú Với sự phát triển của công nghệ, rất nhiều loại vật liệu được phát hiện sử dụng trong kỹ thuật điện tử - viễn thông, chúng ta gọi chung đó là vật liệu điện tử Dựa vào ứng dụng, các vật liệu điện tử thường được phân chia thành 4 loại là chất cách điện (hay chất điện môi),... cũng như sử dụng linh kiện điện tử bán dẫn chúng ta cần biết các hiệu ứng, hiện tượng vật lý xảy ra trong bán dẫn khi có dòng 35 điện chạy qua Dưới các điều kiện khác nhau các hiệu ứng, hiện tượng vật lý xảy ra trong bán dẫn rất khác nhau Ứng dụng các hiệu ứng đó người ta đã sản xuất ra nhiều linh kiện điện tử bán dẫn nhằm thực hiện các chức năng ngày càng phức tạp trong kỹ thuật điện tử 2.3.1 Cấu trúc... nguyên tử sắp xếp theo một quy luật nhất định Lực liên kết tương hỗ khiến các nguyên tử có những vị trí xác định trong tinh thể Các nguyên tử không thể đứng riêng rẽ, tuy nhiên để tiện phân tích ta xét một nguyên tử đứng độc lập Khi đó mô hình của nguyên tử coi như bao gồm hạt nhân tích điện dương nằm ở giữa, bao quanh là những điện tử Số điện tích dương của nguyên tử như đã biết bằng số điện tử bao... lĩnh vực điện điện tử, các máy biến áp được sử dụng trong nhiều cách khác nhau Máy biến áp được áp dụng để điều chỉnh điện áp phù hợp cho hoạt động của một mạch điện hay một hệ thống điện Các máy biến áp có thể sử dụng để phối hợp trở kháng giữa một mạch điện và một tải hay giữa hai mạch điện với nhau Các máy biến áp cũng có thể được sử dụng để khống chế dòng điện một chiều giữa các mạch điện tử trong... dẫn điện, chất bán dẫn và vật liệu từ Thông số chính được dùng để phân biệt 3 loại vật liệu đầu tiên là điện trở suất ρ, có đơn vị là Ω.cm Dưới đây trình bày những nội dung cơ bản về các loại vật liệu này 2.1.Chất cách điện Chất cách điện là loại vật liệu thường có độ dẫn điện rất kém dưới tác dụng của một nguồn điện áp đặt vào nó Chất cách điện, hay còn gọi là chất điện môi Chất cách điện có điện ... dẫn Linh kiện bán dẫn sử dụng hầu hết ứng dụng kỹ thuật điện tử Linh kiện điện tử chế tạo từ chất bán dẫn Chất bán dẫn chất mà điều kiện định trở thành dẫn điện, điều kiện khác lại cách điện. .. hình nguyên tử coi bao gồm hạt nhân tích điện dương nằm giữa, bao quanh điện tử Số điện tích dương nguyên tử biết số điện tử bao quanh hạt nhân Do nguyên tử trung hòa điện Các nguyên tử chiếm mức... nguyên tử Ge (hoặc Si) góp điện tử hóa trị vào liên kết cộng hóa trị với điện tử hóa trị nguyên tử kế cận để cho nguyên tử có hóa trị Hạt nhân bên nguyên tử Ge Si mang điện tích +4 Như điện tử hóa