Giáo trình Điện tử cơ bản (Áp dụng cho Trình độ Cao đẳng)

iên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơng nghệ ơ tơ ở trình độ Cao đẳng, giáo trình Điện tử c bản là một trong những giáo trình mơn học/mơđun đào tạo chuyên ngành. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. Khi biên soạn, nhĩm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới cĩ liên quan đến nội dung chư ng trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời cĩ tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 30 giờ gồm cĩ: MH08-01: Khái niệm c bản và giới thiệu về đồng hồ VOM MH08-02: Linh kiện thụ động MH08-03: Linh kiện bán dẫn MH08-04: Các mạch điện tử c bản MH08-05: Các mạch điện tử trong ơ tơ Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và cơng nghệ phát triển cĩ thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tơi cĩ đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng khơng tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đĩng gĩp ý kiến của các thầy, cơ giáo, bạn đọc để nhĩm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hồn thiện h n. Các ý kiến đĩng gĩp xin gửi về Khoa Điện tử - Điện lạnh Trường Cao đẳng nghề cơng nghiệp Thanh Hĩa, tỉnh Thanh Hĩa. Thanh Hĩa, ngày .. tháng .. năm 2019 Tổ bộ mơn 6 7 MỤC LỤC 8 9 10 11 GIÁO TRÌN MƠN ỌC Tên mơn h : Điện tử c bản M mơn h : MH 07 Vị trí, tính hất, ý nghĩa và vai trị ủa mơn h : + Vị trí ủa mơn h : Mơn học được bố trí dạy sau khi học xong các mơn học c sở như: Tin học, điện kỹ thuật và học trước khi học các mơ đun chuyên sâu như: Kỹ thuật chung về ơ tơ, bảo dưỡng và sửa chữa điện thân xe, chẩn đốn kỹ thuật ơ tơ... nghĩa và vai trị ủa mơn h : Điện tử c bản là mơn học nĩi về tất cả các linh kiện cần thiết để tạo nên các mạch điện tử, bằng cách ghép nối các linh kiện trong một mạch điện tử và làm cho nĩ hoạt động. Vì thế, việc hiểu đặc điểm cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của linh kiện, đánh giá đầy đủ các đặc tính, ứng dụng các giá trị của chúng là việc đầu tiên một người thợ sửa chữa, lắp ráp thiết bị điện tử phải tìm hiểu. Đối với học viên học cơng nghệ ơ tơ thì cuốn sách này sẽ giúp tìm hiểu các thơng số kỹ thuật, tính năng và ứng dụng của các linh kiện điện tử sử dụng trong các mạch điện c bản, mạch đánh lửa của ơ tơ. Nếu mục đích của cơng việc là cĩ kiến thức và kỹ năng để sửa chữa thì việc làm hiệu quả nhất của học viên là hiểu rõ các tính năng, thực hiện được cách đo kiểm tra các thơng số các linh kiện, ứng dụng thực tế và thay thế các vật liệu, linh kiện đã bị hỏng. Hy vọng rằng cuốn giáo trình này đề cập được phần lớn những lĩnh vực mà học viên cần biết để sao cho những mạch điện tử trở thành đối tượng dễ hiểu, dễ lắp ráp, sửa chữa và đem lại cho học viên những thơng tin cần biết . Tính hất ủa mơn h : Là mơn học bắt buộc M ti ủa mơn h : Về kiến thứ - Phân tích được đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt động của các linh kiện kiện điện tử thơng dụng. - Nhận dạng chính xác ký hiệu của linh kiện, đọc chính xác trị số của chúng. Về kỹ năng - Đo, kiểm tra được hư hỏng của các linh kiện điện tử - Đọc, phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện tử c bản Về năng t hủ và hị tr h nhi m: - Rèn luyện tính tỷ mỉ chính xác và an tồn vệ sinh cơng nghiệp - Làm việc độc lập, làm việc theo nhĩm, chịu trách nhiệm cá nhân và trách nhiệm đối với nhĩm. Nội ng ủa mơn h : MH08-01: Khái niệm c bản và giới thiệu về đồng hồ VOM MH08-02: Linh kiện thụ động MH08-03: Linh kiện bán dẫn MH08-04: Các mạch điện tử c bản MH08-05: Các mạch điện tử trong ơ tơ 12 ÀI 1: ÁI NIỆM C ẢN VÀ GIỚI T IỆU V Đ NG VOM Mã bài: MH08-01 Giới thi Trong bài học này sẽ nêu lên các tính chất, ứng dụng của d ng điện, các vật liệu điện sử dụng trong đời sống dân dụng và cơng nghiệp. Ngồi ra c n giới thiệu về chức năng của đồng hồ VOM, đây là dụng cụ thường xuyên sử dụng đối với người kỹ thuật viên để kiểm tra và sửa chữa các linh kiện, cách mạch điện - điện tử... M ti - Nêu được khái niệm về d ng điện, d ng điện một chiều - Nêu được các tính chất c bản của vật liệu điện, vật liệu cách điện, vật liệu từ. - Nêu được chức năng của đồng hồ VOM. - Hiểu, vận dụng đồng hồ VOM để kiểm tra linh kiện, mạch điện - điện tử - Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập. 1 ÁI NIỆM V ỊNG ĐIỆN 1 1 ịng i n và ịng i n một hiề Khi ta nối vật tích điện với vật khơng tích điện bằng vật dẫn thì các điện tích sẽ chuyển dời từ qua sang hình 1-1a , tạo thành d ng điện tích qua vật dẫn . Các điện tích chuyển dời được chính là do lực điện trường tác dụng lên chúng theo một hướng nhất định. Trên hình 1-1, hướng điện trường là từ về B. nh 1-1 ịng i n tí h h n i tr ng v t n t thành ịng i n nh 1-2 Ng n i n tr ịng i n a và b m tr ịng n ớ b Khi nối hai bản cực của tụ điện hình 1-1) bằng một dây dẫn . Tụ điện sẽ phĩng điện, các điện tích dư ng chuyển dời từ bản qua về và các điện âm chuyển dời từ qua về . Như vậy, trong dây dẫn cũng cĩ d ng điện tích chuyển dời cĩ hướng dưới tác dụng của lực điện trường. 13 - Định nghĩa: ng điện tích chuyển dời cĩ hướng dưới tác dụng của lực điện trường gọi là d ng điện. - Điều kiện duy trì d ng điện, nguồn điện Muốn cĩ d ng điện tích chuyển động, trong vật dẫn phải cĩ lực điện trường. hình 1-1a và b, d ng điện chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn. Khi điện tích quả cầu giảm đi, điện tích quả cầu tăng lên, điện thế ở và trở nên bằng nhau. Hiệu điện thế giữa chúng bằng khơng, nên khơng cĩ lực điện trường tác dụng lên điện tích nữa, các điện tích ngừng di chuyển từ về , d ng điện thế cũng mất. Muốn duy trì d ng điện liện tục trong vật dẫn , ta phải đưa các điện tích từ về . Khi đĩ giữa và vẫn duy trì một điện trường và các điện tích lại tiếp tục di chuyển từ qua về hình 1-2a . Điều đĩ cũng tư ng tự nước chảy từ bình sang bình hình 1-2b qua ống O. Nếu khơng cĩ b m b m nước từ lên thì nước chảy qua O. Khi độ chênh mực nước h giữa và c n. au một thời gian, mực nước ở và bằng nhau, nước thơi chảy qua O. Nhờ b m, nước được đưa từ về , duy trì độ chênh mực nước h, và do đĩ duy trì liên tục d ng nước qua ống O. Như vậy, điều kiện duy trì d ng nước là cĩ độ chênh mức nước h. Tư ng tự điều kiện duy trì d ng điện trong vật dẫn là phải duy trì độ chênh điện thế giữa đầu và cuối vật dẫn, tức phải cĩ một điện áp đặt vào vật dẫn. Thiết bị duy trì độ chênh điện thế để tạo ra d ng điện trong mạch điện gọi là nguồn điện. Nguồn điện trong mạch điện cũng cĩ vai tr như b m trong mạch thủy lực. - Như ta đã biết, trong kim loại cĩ các điện tử tự do, bình thường, các điện tử tự do tham gia vào chuyển động nhiệt h n loại và dao động xung quanh các nút mạng tinh thể hình 1- a , nên kim loại trung h a về điện và trong kim loại khơng cĩ d ng điện nh 1- Đi n t t tr ng kim i a và ịng i n tr ng kim i b và Khi đặt kim loại vào trong một điện trường hình 1- b các điện tử sẽ chịu tác dụng một lực điện trường theo cũng một hướng ngược chiều với chiều điện trường vì điện tử tích điện âm , nên chúng sẽ di chuyển theo hướng ngược với chiều điện trường, tạo thành d ng điện. Vậy, 14 Theo quy ước, chiều d ng điện là chiều chuyển dời của các điện tích dư ng, tức theo chiều của điện trường, trong khi đĩ, d ng điện tử lại di chuyển ngược với chiều điện trường. Vậy chiều di chuyển của d ng điện tử trong kim loại ngược với chiều quy ước của d ng điện hình 1-3c). - ản chất d ng điện trong dung dịch điện phân ản chất d ng điện trong dung dịch điện phân: Thực nghiệm chứng tỏ rằng các dung dịch điện phân là vật dẫn tốt. Nhúng vào dung dịch điện phân hai thanh kim loại làm điện cực rồi nối tới nguồn điện, ta thấy cĩ d ng điện qua mạch hình 1-4). nh 1- ịng i n a ng ị h i n h n Cực nối tới cực dư ng nguồn gọi là anốt, cực nối tới cực âm nguồn gọi là catốt. Ta biết trong dung dịch điện phân, các phân tử muối, axit, ba kiềm đều bị phân tích thành các phần tử mang điện, gọi là ion. Đĩ là hiện tượng điện ly. Chẳng hạn, muối ăn tan trong nước sẽ điện ly theo phư ng trình sau: CaCl Na+ + Cl- Các ion dư ng như Na+ gọi là calion, các ion âm như Cl-). ọi là anion. ình thường, các ion trong dung dịch tham gia chuyển động nhiệt. Chúng chuyển động h n loại, nên khơng tạo thành d ng điện. Khi đặt vào nguồn điện, lực điện trường sẽ bắt các ion chuyển dời cĩ hướng: anion chuyển về phía anốt, c n cation về phía catốt tức ion dư ng chuyển động theo chiều điện trường, c n ion âm chuyển động ngược chiều điện trường . Kết quả là trong dung dịch, cĩ d ng điện, chiều quy ước từ anốt về catốt Vậy d ng điện trong chất điện phân là d ng các ion chuyển dời cĩ hướng do tác dụng của lực điện trường. Hiện tượng điện phân: Khi d ng điện qua dung dịch muối ăn, anion Cl- đi về cực dư ng anốt c n cation Na + đi về cực âm catốt . Tại cực dư ng Cl- nhường bớt điện tử cho điện cực vì cực dư ng luơn luơn thiếu điện tử và trở thành nguyên tử clot rung h a. cực âm, cation Na+ thu thêm điện tử ở điện cực vì cực âm luơn luơn thiếu điện tử trở thành nguyên tử Na giải phĩng ở cực âm. Kết quả là phân tử muối ăn bị d ng điện phân tích thành clo ở cực dư ng và natri ở cực âm. Nếu dung dịch điện phân là một muối của đồng thì ở cực âm, ta sẽ thu được kim loại đồng. Như vậy, khi d ng điện qua chất điện phân, sẽ xảy ra hiện tượng phân tích chất điện phân, giải phĩng kim loại hoặc hyđrơ ở cực âm. Đĩ là hiện tượng điện phân ng điện qua dung dịch càng lớn và càng lâu, thì lư ng kim loại giải phĩng ở âm cực càng lớn. Như vậy, giữa điện tích qua dung dịch điện phân và lượng chất được giải phĩng, cĩ mối quan hệ tỷ lệ. uan hệ này đã được arađây thiết lập từ thực nghiệm vào các năm 1833-1834. 15 Hiện tượng cực dư ng tán: Ta xét trường hợp cực dư ng làm bằng kim loại cùng loại với dung dịch điện phân, chẳng hạn ta điện phân dung dịch đồng sun at hay 1 loại muối đồng tan nào đĩ , với cực dư ng làm bằng đồng. Khi đĩ cation Ca++ đi về cực âm catốt và nhận thêm điện tử, trở thành nguyên tử đồng bám vào catốt, Các anion O4 -- đi về cực dư ng và phản ứng tạo thành muối đồng: SO4 -- + Cu = CuSO4 + 2e - Đồng sun at vừa được tạo thành lại tan vào dung dịch, bổ sung lượng muối đồng vừa được phân tích. Kết quả là cực dư ng bằng đồng bị h a tan dần vào dung dịch, c n cực âm thì cĩ một lớp mới được giải phĩng, c n lượng muối đồng trong dung dịch khơng thay đổi. Đĩ là hiện tượng cực dư ng tan. * - Trong luyện kim, hiện tượng điện phân được ứng dụng để tinh chế và điều chế một số kim loại. Muốn tinh chế kim loại, người ta ứng dụng hiện tượng cực dư ng tan. Chẳng hạn, để tinh chế đồng, người ta dùng thanh đồng cần tinh chế làm cực dư ng, dung dịch điện phân là muối đồng tan. Khi d ng điện qua dung dịch, thanh đồng bị h a tan dần, và ở cực âm sẽ hình thành một lớp đồng tinh khiết. Để điều chế kim loại, luyện kim bằng d ng điện, người ta tiến hành điện phân quặng kim loại nĩng chảy hoặc các dung dịch muối của chúng. Chẳng hạn, để luyện nhơm, người ta điện phân quặng bâu xit nhơm ơxit l2O3) nĩng chảy trong criolit để luyện natri, người ta điện phân muối ăn NaCl nĩng chảy. - Mạ là phư ng pháp dùng d ng điện để phủ lên các đồ vật một lớp kim loại khơng gỉ như: bạc, vàng... Muốn mạ một vật nào đĩ, cần làm sạch bề mặt cần mạ rồi nhúng vào bình điện phân làm thành cực âm. Cực dư ng là thỏi kim loại của lớp mạ như bạc, vàng, tùy theo muốn mạ lớp kim loại nào . ung dịch điện phân là một muối tan của kim loại mạ. Khi d ng điện qua dung dịch, một lớp kim loại mạ sẽ phủ kín bề mặt cần mạ, c n cự dư ng bị m n dần. Tùy theo cường độ và thời gian d ng điện qua mà ta cĩ lớp kim loại phủ mỏng hay dày. - Ta làm thí nghiệm như sau: đặt hai bản cực song song cách nhau trong khống khí rồi nối vào nguồn điện hình 1-5). Đặt điện kế để phát hiện d ng điện trong mạch. Kim điện kế chỉ số khơng, báo cho biết trong mạch khơng cĩ d ng điện. Như vậy, bình thường chất khí khơng dẫn điện. Nếu ta đốt nĩng khơng khí giữa hai bản cực hoặc chiếu vào đĩ một chùm bức xạ mạnh thì kim điện kế lệch đi,báo cho biết trong mạch cĩ d ng điện. nh 1- Thí nghi m về n i n ủa hất khí Điều đĩ được giả thích như sau: ình thường chất khí cĩ rất ít điện tử tự do, nên chất khí khơng dẫn điện. Khi cĩ tác nhân ion hĩa các nguyên tử bị kích thích và một số điện tử thốt ra trở thành điện tử tự do, nguyên tử trở thành ion dư ng. 16 Một số nguyên tử trung h a lại nhận them điện tử tự do trở thành ion âm. ưới tác dụng của điện trường, ion dư ng chuyển động về cực âm catốt K , c n điện tử và ion âm chuyển động về cực dư ng anốt , tạo nên d ng điện. Vậy d ng điện trong chất khí là d ng các điện tử và các ion chuyển dời cĩ hướng trong điện trường. * thí nghiệm vẽ trên hình 1-5, nếu ta tăng dần điện áp giữa hai bản cực -K đo bằng vơn mét V , thì quá trình phĩng điện qua chất khí trải qua các giai đoạn sau: 1- iai đoạn phĩng điện tối: đĩ là giai đoạn điện áp c n thấp, d ng điện qua chất khí do các điện tử và ion hình thành dưới tác dụng của yếu tố kích thích bên ngồi. Lúc đầu, điện áp tăng d ng điện cũng tăng. au đĩ, tất cả các điện tử và ion sinh ra đã tham gia chuyển động thành d ng điện cả thì d ng điện khơng tăng nữa, ta cĩ d ng điện bão h a. Đặc điểm của giai đoạn phĩng điện tối là chất khí khơng phát sáng, và nếu bỏ tác nhân ion hĩa thì d ng điện cũng hết, nên c n gọi là phĩng điện khơng tự duy trì. 2- Giai đoạn phĩng điện tia lửa: c n gọi là giai đoạn phĩng điện phát sáng. Đĩ là giai đoạn điện áp đã khá cao, điện trường giữa hai điện cực – K đủ mạnh, gia tốc các điện tử và ion gây va chạm với các phần tử khí, làm bật ra các điện tử tự do và do đĩ tạo thành ion mới. Kết quả là mật độ điện tử và ion tăng đột ngột, d ng điện tăng lên rất lớn, khối khí bị đốt nĩng và phát sáng. ấy giờ nếu ta bỏ nguồn gây ion đi, d ng điện trong mạch vẫn c n phĩng điện tự duy trì . 3- Phĩng điện hồ quang: giai đoạn phĩng điện hồ quang xảy ra khi khối khí bị đốt nĩng dữ dội, điện tử tự do được tạo ra rất nhiều, chuyển động trong điện trường mạnh. Chúng chuyển động rất nhanh, đến đập vào anốt nĩng đến sáng chĩi đến 000 . Đặc điểm của dạng phĩng điện này là nhiệt độ rất cao,phát ra ánh sáng chĩi, giàu tia tử ngoại và cực dư ng bị m n đi nhanh chĩng và khơng cần tác nhân ion hĩa bên ngồi, nên cũng thuộc dạng phĩng điện tự duy trì. Trong thực tế người ta cĩ thể tạo thành hồ quang như sau: nối hai điện cực than với một nguồn điện khoảng 0- 0V, cho tiếp xúc với nhau rồi tách chúng ra một khoảng ngắn hình 1- . Ngay lập tức một tia lửa sáng chĩi bật lên giữa hai điện cực, tạo thành hồ quang. uan sát ta sẽ thấy cực dư ng anốt rất sáng và bị m n dần, c n cực am anốt cĩ một khoảng h i tối h n, gọi là khoảng tối âm cực. nh 1-6: T thành h ang i n Nguyên tắc này được ứng dụng làm đèn hồ quang. Hồ quang cũng sinh ra khi ta đĩng ngắt cầu dao điện. Với điện áp lớn thì hồ quang này rất nguy hiểm. Vì thế ở các thiết bị đĩng cắt điện áp cao, d ng điện lớn, cần cĩ biện pháp dập nhanh hồ quang một cách tin cậy. 17 nh 1- àn i n h ang Hồ quang điện cĩ ứng dụng rất phong phú trong kỹ thuật. Hình 1-7; vẽ s đồ hàn điện hồ quang. Nguồn điện hàn do máy phát điện hoặc máy biến áp hàn cung cấp, một cự nguồn nối với kim loại cần hàn, cực kia nối tới mỏ hàn. Hồ quang sinh ra ở ch hàn làm chảy que hàn lấp kín mối hàn. ue hàn cĩ phủ thuốc hàn để đánh sạch mối hàn. Thực tế, người ta dùng ngay que hàn làm đầu mỏ hàn 2. Theo nguyên tắc này, ta cĩ thể cắt hoặc khoan kim loại bằng hồ quang. uá trình phĩng điện trong chất khí là c sở để chế tạo các đền cĩ khí như đèn ống, đèn gadơtrơn, tiratrơn, nêơn v.v... 1.2. Quy ớ ủa ịng i n Theo quy ước, chiều d ng điện là chiều chuyển động của các điện tích dư ng. Như vậy, trong vật dẫn, d ng điện sẽ đi từ n i cĩ điện thế cao từ , hình 1-2a) đến n i cĩ điện thế thấp đến . Ngược lại, trong nguồn điện, d ng điện đi từ cực cĩ điện thế thấp đến cực cĩ điện thế cao h n. Cực cĩ điện thế cao của nguồn gọi là cực dư ng , cực kia là cực âm - hình 1-8) nh 1-8 ớ về hiề ịng i n nh 1-9 Đ thị ủa ịng i n th th i gian 1 C ng ộ ịng i n và m t ộ ịng i n a. C Để xác định độ lớn của d ng điện, người ta dùng đại lượng gọi là cường độ d ng điện, được định nghĩa như sau: Định nghĩa: Cường độ d ng điện là lượng điện tích qua tiết diện của dây dẫn trong một đ n vị thời gian tính bằng sec . Nếu trong thời gian t, lượng điện tích qua tiết diện dây dẫn q, thì cường độ d ng điện xác định bằng biểu thức: t q I  (1.1) đây, là cường độ d ng điện. Trong hệ đ n vị đo lường hợp pháp Việt Nam, q tính ra culơng, t ra sec thì tính ra ampe, ký hiệu . Nếu q 1C, t 1s thì 1 . Vậy ampe là cường độ của 18 d ng điện mà m i giây cĩ điện tích 1 culơng qua tiết diện dây dẫn. ội số của ampe là kilơampe k ước số miliampe m và microampe A). 1kA = 1000A = 10 3 A 1mA = 0,001A = 10 -3 A 1A = 0,000001A = 10-6A = 10-3mA -1: Tụ điện tích điện đến .10-6, rồi phĩng trong thời gian 0,001s. Tính cường độ d ng điện trung bình trong thời gian phĩng. : p dụng 1-1 để tính trị số cường độ d ng điện phĩng trung bình: t q I  = 5. 10 -3 A -2: Tính điện tích nạp vào bộ ắc quy trong 0 phút, biết d ng điện nạp là 10 . i: đây t 0phut 1 00s. từ 1-1 rút ra biểu thức tính điện tích nạp vào acquy: q = I.t = 10. 1800 = 18000C cường độ d ng điện cũng thường được gọi tắt là d ng điện. b. Mật độ d ng điện là đại lượng đo bằng tỷ số giữa d ng điện qua dây dẫn và tiết diện dây: s I δ (1.2) đây  đen - ta là ký hiệu của mật độ d ng điện. Nếu 1 thì  . Vậy ý nghĩa của  là mật độ d ng điện chính là cường độ d ng điện qua một đ n vị tiết diện dây dẫn. Trong thực hành, tính ra tính ra mm2, nên đ n vị của mật độ d ng điện là /mm2. -3: ruột cáp bằng nhơm, tiết diện 2 mm2 cĩ d ng điện làm việc cho phép là 0 . Tính mật độ d ng điện cho phép. p dụng 1-2 , ta xác định được mật độ d ng điện cho phép trong ruột cáp. s I δ = 2,8 A/mm 2 Như vậy, m i mm2 tiết diện ruột cáp cho phép d ng điện 2, đi qua. 2 ÁI NIỆM V V T LIỆU ĐIỆN Tất cả những vật liệu dùng để chế tạo máy điện, khí cụ điện, dây dẫn hoặc những vật liệu dùng làm phụ kiện đường dây được gọi là vật liệu điện. Vật liệu điện được chia thành nhĩm, gồm: - Vật liệu dẫn điện - Vật liệu cách điện - Vật liệu dẫn từ. au đây sẽ giới thiệu khái quát về đặc điểm, tính chất cũng như phạm vi ứng dụng của từng loại. 2 1 V t i n i n Vật liệu dẫn điện là những vật liệu cho d ng điện đi qua nĩ, hầu hết những vật liệu này đều ở thể rắn, là những kim loại hoặc hợp kim. Ngồi ra cũng cĩ một 19 số vật liệu dẫn điện ở thể khí như h i thủy ngân hoặc thể lỏng như các dung dịch điện phân . Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận mang điện trong hệ thống điện, trong máy mĩc, trong thiết bị, khí cụ điện. Vật liệu dẫn điện cĩ các tính chất c bản sau: - Điện dẫn suất của vật liệu          1 (1.3) - Hệ số nhiệt của điện trở suất - Nhiệt dẫn suất - Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động - iới hạn bền khi kéo và độ dãn dài tư ng đối khi đứt. Đi n tr là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở d ng điện của vật liệu. ét về mặt kết cấu, điện trở của vật liệu điện được tính như sau: (1.4) l: chiều dài của vật dẫn m : là tiết diện của vật dẫn m2] : là điện trở suất, phụ thuộc vào bản chất của vật liệu m R: là điện trở của vật dẫn ựa vào biểu thức trên ta thấy: Nếu cĩ hai vật dẫn khác nhau khác chất , nhưng cĩ cùng chiều dài, cùng tiết diện thì vật nào cĩ điện trở suất lớn h n thì vật đĩ sẽ cĩ điện trở cao h n, nghĩa là d ng điện chạy qua nĩ sẽ khĩ khăn h n. Đi n tr ất là đại lượng đặc trưng cho tính dẫn điện hay cách điện của vật liệu. Nĩ phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Nếu vật cĩ điện trở suất càng nhỏ thì dẫn điện càng tốt và ngược lại. iá trị điện trở suất của một số vật liệu thơng dụng cho trong bảng sau: ảng 1 Đi n tr ất ủa kim i V t i m ng ng Đồng Đồng thau Cu n Nhơm 1,75.10 -8 (7-8). 10 -8 2,9. 10 -8 Làm dây dẫn,tiếp điểm, thanh cái... Vonfram Constantan (60%Cu+ 40%Ni) Maiso (Cu+ Zn+ Ni) Maganin (86%Cu + 12% Mn+2% Ni) 5,6. 10 -8 (49 - 51). 10 -8 30. 10 -8 42. 10 -8 ùng làm bộ phận đốt nĩng trong thiết bị gia nhiệt Thủy tinh ầu máy biến áp Nhựa PVC ứ 10 9 10 10 -10 13 10 13 -10 14 10 13 ùng làm vật liệu cách điện s l R  20 Khi chế tạo dây dẫn, thỏi đồng lúc đầu được cán nĩng thành dây cĩ đường kính (6,5-7,2) mm, sau đĩ được rửa sạch trong dung dịch axít sun uric loảng để khử đồng ơxít CuO sinh ra trên bề mặt khi đốt nĩng đồng, cuối cùng kéo nguội thành sợi cĩ đường kính cần thiết đến (0,03 - 0,02) mm. nh 1-10: V t i hế t ộng i n c. - Các vật liệu dẫn điện đều cĩ những đặc điểm sau đây: - Điện trở suất thấp - Hầu hết đều là kim loại và hợp kim - Cĩ độ bền tốt, d o, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi  Khi cần chọn lựa vật liệu dẫn điện người ta thường căn cứ vào: - Tùy vào nhu cầu sử dụng mà người ta chọn vật liệu cĩ điện trở suất phù hợp. Ví dụ: như khi chế tạo dây dẫn thường dùng đồng, nhơm cĩ  bé , c n khi làm các dây đốt nĩng thì dùng các loại hợp kim như constantan, maiso cĩ  lớn h n . - Tùy vào quy trình làm việc mà chọn vật liệu cĩ độ bền c , thích hợp, ví dụ: Để tăng đĩ bền kéo cho dây dẫn người ta dùng dây cĩ lõi thép, tiếp điểm thì dùng đồng thau, đồng thanh. + Căn cứ vào mức độ dẫn điện của vật liệu, người ta chia VL Đ thành 2 nhĩm chính: - vì điện trở suất  nhỏ nên điện trở cũng nhỏ theo, các vật liệu này thường làm dây dẫn, các bộ phân mang điện chính như tiếp điểm, thanh cái kim loại đặc trưng cho nhĩm này là đồng, nhơm hoặc hợp kim của đồng. - nhĩm này cĩ điện trở tư ng đối lớn nên dùng làm các bộ phận đốt nĩng trong các thiết bị gia nhiệt hoặc dây tĩc bĩng đèn như maganin, von ram đặc điểm chung của nhĩm này là khả năng chịu nhiệt rất cao cĩ thể lên đến hàng nghìn oC.  - : cĩ mầu đỏ, điện trở suất nhỏ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, độ bền c cao, tốc độ ăn m n chậm, dễ gia cơng, dễ hàn nối. Đồng là một trong những kim loại chủ lực để chế tạo dây dẫn điện, dây quấn máy điện, các bộ phận trong máy điện, khí cụ điện Đồng tiêu chuẩn là đồng ở trạng thái ủ, ở 20oC cĩ điện trở suất là: 17,241.10 -8 m. Người ta thường dùng số liệu này làm gốc để đáng giá điện dẫn suất của các kim loại và hợp kim khác. 21 Tính chất c của dây dẫn bằng đồng được cho trong bảng 2: ảng 2 Tính hất ủa n Tính chất Đ n vị đo Đồng MT MM iới hạn bền kéo khơng nhỏ h n KG/mm2 36 - 39 26 - 28 Độ dãn dài tư ng đối khi đứt khơng nhỏ h n % 0,5 - 2,5 18 - 35 Điện trở suất khơng nhỏ h n m 1,79. 10 -8 1,754.10 -8 ua bảng trên ta thấy ảnh hưởng rất mạnh của quá trình gia cơng đến tính chất c của vật liệu làm dây dẫn, cũng như ảnh hưởng của nhiệt luyện đến điện trở suất của kim loại. Trong một số trường hợp, ngồi đồng tinh khiết c n sử dụng cả hợp kim đồng với một lượng nhỏ thiếc, silic, phốtpho, beri, crơm, magiê, cadimi.v.v làm vật dẫn. Cĩ hai loại hợp kim đồng thường sử dụng là đồng thau và đồng thanh. Là hợp kim của đồng với các nguyên tố kim loại khác trừ kẽm. Nếu trong đồng thanh chỉ cĩ hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh đa nguyên, nếu cĩ nhiều h n hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh đa nguyên. Đồng thanh cĩ đặc tính dễ cắt gọt và tính chống ăn m n cao, một số đồng thanh c n cĩ tính chống mài m n làm hợp kim đỡ sát, chế tạo ổ trục. Đồng thanh cĩ tính chất đúc tốt, đồng thanh với những thành phần thích hợp nĩ cĩ những tính chất c học tốt h n đồng. Điện trở suất của đồng thanh cao h n đồng tinh khiết, đồng thanh cũng được sử dụng rộng rãi để chế tạo l xo dẫn điện,làm các tiếp điểm đặc biệt là tiếp điểm trượt. là hợp kim của đồng với kẽm với thành phần kẽm chứa trong đồng thau khơng quá . Nếu thành phần kẽm chứa ít h n 2 thì đồng thau cĩ độ d o nhưng độ bền giảm. Nếu thành phần kẽm chứa nhiều h n 2 thì đồng thau cĩ độ bền tăng nhưng giảm độ d o. Đồng thau được sử dụng nhiều trong ngành điện v.v nh 1-11 Nh m hế t n 22 Tính chất của hợp kim đồng kỹ thuật bảng : ảng 3: Tính hất h kim ủa kim i ng Hợp kim Trạng thái Điện dẫn so với đồng iới hạn bền kéo kg/mm2) Độ dãn dài tư ng đối khi đứt Đồng thanh cadimi (0,9% cd) kéo nguội 95 83 - 90 Đến 1 Đến 50 4 Đồng thanh 0, %Cd; 0,6%Sn) kéo nguội 55 - 60 50 - 55 29 Đến 55 4 Đồng thanh (2,5%Al; 2%Sn) kéo nguội 15 - 18 15 - 18 37 Đến 45 4 Đồng thanh phốt pho kéo nguội 10 - 15 10 - 15 40 105 60 3 Đồng thau kéo nguội 25 25 32 – 35 Đến 60 - 70 5 2- a. Nhơm: Sau đồng, nhơm là vật liệu quan trọng thứ hai được sử dụng trong kỹ thuật điện, nhơm cĩ điện dẫn suất cao nĩ chỉ thua bạc, đồng và thiếc , trong lượng riêng nhỏ 2, /cm3 , tính chất vật liệu và hĩa học cho ta khả năng dùng nĩ làm dây dẫn điện. m sau: u điểm: - iá thành thấp - Trọng lượng nh nên được dùng để chế tạo, tụ điện, các đường dây tải điện trên khơng, những đường cáp này để cĩ điện trở nhỏ, đường kính dây phải lớn nên giảm được hiện tượng phĩng điện vầng quang. Nhơm cĩ mầu bạc trắng là kim loại tiêu biểu cho các kim loại nh nghĩa là kim loại cĩ khối lượng riêng nhỏ h n 5 G/cm 3 . Khối lượng riêng của nhơm đúc gần bằng 2, /cm3, nhơm cán là 2, G/cm 3, nh h n đồng , lần. Hệ số nhiệt độ, dãn nở dài, nhiệt dung và nhiệt nĩng chảy của nhơm đều lớn h n đồng. nh 1-12 Nh m hế t n 23 * Nhược điểm: - Cùng một tiết diện và độ dài, nhơm cĩ điện trở cao h n đồng 1, lần - Khĩ hàn nối h n đồng, ch nối tiếp xúc khơng hàn dễ hình thành lớp ơxít cĩ trị số điện trở suất khá cao phá hủy ch tiếp xúc. Khi cho nhơm và đồng tiếp xúc nhau, nếu bị ẩm sẽ hình thành pin cục bộ cĩ trị số suất điện động khá cao, d ng điện từ nhơm sang đồng phá hủy mối tiếp xúc rất nhanh. Là hợp kim của nhơm với các nguyên tố kim loại khác nhau như đồng, silic, mangan, magiê... Tùy theo thành phần và đặc tính cơng nghệ của hợp kim nhơm,người ta chia nĩ thành hai nhĩm: - Nhĩm hợp kim nhơm biến dạng - Nhĩm hợp kim nhơm đúc Nhĩm hợp kim nhơm biến dạng được dùng để chế tạo các tấm nhơm, các băng, các dây nhơm, cũng như các chi tiết cĩ thể rèn, dập và ép được... Nhĩm hợp kim nhơm đúc dùng để sản xuất các chi tiết đúc như vỏ động c điện và các chi tiết máy cĩ hình dạng từ đ n giản đến phức tạp... 3- Chì nhận được từ các mỏ như: alen Pb , xeru ít PbCO , ngle ít Pb O v.v và thường qua nhiều phư ng pháp để thu được chì thơ. ản phẩm thu được chì thơ gồm 2 - chì. Chì được tinh luyện theo phư ng pháp khơ, thong qua nĩng chảy hay theo phư ng pháp điện phân để loại bỏ tạp chất và cuối cùng thu được chì với mức độ tinh khiết là , – , chì kỹ thuật được cung cấp dưới dạng thỏi - kg và được dùng trong cấu tạo cáp điện và nhiều lĩnh vực khác. Chì dùng trong ắc quy cung cấp dưới dạng thỏi - 45)kg. Chì cĩ ký hiệu hĩa học là: Pb, trọng lượng riêng là: 11. /cm3, nĩng chảy ở nhiệt độ 2 oC. Chì là kim loại cĩ mầu tro sáng, nặng, h i xanh da trời mầu xám là kim loại cơng nghiệp rất mềm. Người ta cĩ thể uốn cong dễ dàng hoặc cắt bằng dao cắt cơng nghiệp. Ch mới cắt sẽ ánh kim loại sáng nhưng nĩ sẽ mờ đi nhanh do oxy hĩa bề mặt Pb2O và PbO . Chì cĩ điện trở suất lớn và cĩ thể chuyển sang trạng thái siêu dẫn. -250,70C điện trở của chì cĩ 0,01 11 /cm. Chì cĩ sức bền với thời tiết xấu do cĩ những tổ hợp bảo vệ hình thành trên bề mặt PbCO3, PbSO4 v.v . Chì khơng bị tác dụng của axít HCl H2SO4 axít sun uar photphoric hoặc amoniắc, sút, clo. Chì h a tan dễ dàng trong a xít HNO3 pha lỗng hay a xít axetic. ự bay h i của chì rất độc. Chì là kim loại dễ dát mỏng, cĩ thể được dát và kéo thành những lá mỏng. 24 Chì khơng cĩ sức đề kháng ở dao động, đặc biệt ở nhiệt độ cao nĩ rất dễ bị nứt khi cĩ áp lực va đập dao động . b. H Là hợp kim của chì với các nguyên tố: b Te và n với một hàm lượng nhỏ thì cĩ cấu trúc sẽ mịn h n và chịu được sự rung động song ít bền với sự ăn m n. Hợp kim chì – thiếc: là chất hàn mềm cĩ nhiệt độ nĩng chảy 000C Chì dẫn điện tốt, mềm dẽo, nhiệt nĩng chảy thấp. Chì và hợp kim của chì chì thiếc, chì kẽm được dùng làm dây chảy, dây để hàn nối. c. 4-Vofram - Ký hiệu là: - Là điện trở chủ yếu làm sợi tĩc của bĩng đèn cĩ tim. - Điện trở suất: 0,55m (55*10-8m) - Nhiệt độ nĩng chảy: 00C cao nhất trong các kim loại - Hệ số nhiệt độ: 0,00 - Là kim loại rắn, rất nặng, cĩ mầu xám, vo ram được dùng làm tiếp điểm. Nhược điểm: - Khĩ gia cơng - điều kiện bình thường dễ tạo thành màng oxít - Cần cĩ áp lực lớn để giảm điện trở tiếp xúc. 5-Constantan: (60%Cu + 40%Ni) Cĩ hệ số nhiệt độ thấp nên điện trở ít phụ thuộc nhiệt, sử dụng làm điện trở chuẩn trong ph ng thí nghiệm, nhiệt ngẫu, biến trở khởi động. Khơng làm điện trở tỏa nhiệt quá nhiệt độ 4500C là hợp kim của đồng và niken). Điện trở suất: 0,49m (49*10-8m) Nhiệt độ nĩng chảy: 12 00C nh 1-13 hả h Chì và hợp kim chì được dùng để làm lớp vỏ bảo vệ cáp điện nhằm chống lại ẩm ướt. Vỏ chì ở cáp điện được chế tạo từ chì kỹ thuật. Đơi khi lớp vỏ này sử dụng như dây dẫn thứ ví dụ: trường hợp cáp cĩ dây dẫn . Chì c n được dùng chế tạo ắc quy điện cĩ các tấm bản chì PbAc1, PbAc2. u điểm: n định khi làm việc Độ mài m n c nhỏ do vật liệu cĩ độ cứng cao. Cĩ khả năng chống tác dụng của hồ quang làm dính tiếp điểm do khĩ nĩng chả...là 12V, các tiếp điểm chịu d ng là . Hình 2-42: Cấ t r a C hỏi ơn t Câu 1: Trình bày khái niệm về cuộn cảm. Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm. Câu 2: Trình bày đặc điểm cấu tạo, ký hiệu cuộn cảm Câu 3: Trình bày ứng dụng cuộn cảm trong mạch điện. Câu 4: Trình bày cách đo kiểm tra cuộn cảm bằng đồng hồ VOM. 56 C U I ƠN T P CHO ỌC VIÊN Câu 1: Trình bày kí hiệu quy ước của: điện trở, iến trở, điện trở nhiệt, các loại tụ điện và cuộn cảm trên s đồ mạch điện nguyên lý. Câu 2: Trình bày các đặc tính kỹ thuật của điện trở, tụ điện các đặc tính trên cĩ ý nghĩa như thế nào trong cơng việc của người thợ sửa chữa. Câu 3: Trình bày kí hiệu của các loại cuộn cảm, biến áp trên s đồ nguyên lý. Câu 4: iá trị các điện trở là: R1 220  5%; R2 , K  5%; R3 K  10%; R4 100K  10% Chọn v ng mầu trên thân điện trở tư ng ứng với các giá trị trên. Câu 5: Trình bày các quy định ký mã số biểu diễn trị số tụ điện, cách đọc trị số tụ điện cho một vài ví dụ cụ thể ứng với m i loại. Câu . Câu 6: Trình bày cách nhận dạng, chất lượng các loại biến trở bằng VOM. Câu 7: Nếu cĩ 2 linh kiện thụ động cĩ hình dáng bên ngồi khi quan sát bằng mắt ta chưa nhận dạng chính xác được là loại linh kiện gì muốn xác định chính xác được các linh kiện trên phải dùng phư ng pháp nào. Câu 8*: Cho s đồ như hình 2.43, giải thích hoạt động của s đồ khi cơng tắc cùng đĩng ở vị trí 1 và cùng đĩng ở vị trí 2. Hình 2-43 Câu 9: Khi hệ số v ng dây n của biến áp lớn h n 1 thì biến áp: a. Là loại làm tăng điện áp vào hay làm giảm điện áp vào. b. Là loại làm tăng d ng điện vào hay làm giảm d ng điện vào. ỏ ắ Tìm Câu 10: Cĩ cùng một số điện trở, trị số điện trở sẽ tăng khi: a. Mắc song song các điện trở b. Mắc nối tiếp các điện trở c. Vừa mắc song song và nối tiếp các điện trở Câu 11: Cĩ cùng một số tụ điện, trị số tụ điện sẽ tăng khi: a. Mắc song song các tụ điện a. Mắc nối tiếp các tụ điện c. Vừa mắc song song và nối tiếp các tụ điện Câu 12: Tụ điện bị chạm khi đo: a. Kim vọt lên 0 b. Kim vọt lên rồi trả về hết c. Kim vọt lên nhưng trả về khơng hết d. Kim vọt lên và trả về lờ đờ e. Kim khơng lên 57 Câu 13: Hãy phân biệt tính chất của điện trở, tụ điện và của cuộn dây trong các trường hợp sau: a. Trong mạch điện xoay chiều tần số thấp b. Trong mạch điện xoay chiều tần số cao. c. Trong mạch điện một chiều. 58 ÀI 3: LIN IỆN ÁN ẪN Mã bài: MH8-03 Giới thi : Trong khoảng đầu thế kỷ trước, người ta đã chú ý đến chất bán dẫn điện. Vì những ưu việt của linh kiện bán dẫn, như ít tiêu hao năng lượng, tuổi thọ cao, kích thước nhỏ....cho nên thế hệ đèn điện tử chân khơng đã được thay thế hầu hết bằng linh kiện bán dẫn. Vì vậy linh kiện bán dẫn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật cũng như đời sống hiện nay. M ti : - Phân biệt được các linh kiện bán dẫn cĩ cơng suất nhỏ theo các đặc tính của linh kiện. - ử dụng bảng tra cứu để xác định đặc tính kỹ thuật linh kiện. - Phân biệt được được các loại linh kiện bằng máy đo VOM/ VOM theo các đặc tính của linh kiện. - Kiểm tra đánh giá chất lượng linh kiện bằng VOM/ VOM trên c sở đặc tính của linh kiện. - Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập Nội ng hính: 1. ÁI NIỆM C ẤT ÁN ẪN Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như diode, Transistor, C mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay. Chất bán dẫn là những chất cĩ đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phư ng diện hố học thì bán dẫn là những chất cĩ điện tử ở lớp ngồi cùng của nguyên tử. đĩ là các chất ermanium Ge) và Silicium (Si) 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 đĩ ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được iode hay Transistor. i và e đều cĩ hố trị , tức là lớp ngồi cùng cĩ điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử i e liên kết với nhau theo liên kết cộng hố trị như hình dưới. Hình 3-1 Chất b n n tinh khiết 1.1. Chất b n n i P Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất cĩ hố trị như ndium n vào chất bán dẫn i thì 1 nguyên tử ndium sẽ liên kết với nguyên tử i theo liên kết cộng hố trị và liên kết bị thiếu một điện tử > trở thành l trống mang điện dư ng và được gọi là chất bán dẫn P. 59 Hình 3-2: Chất b n n i P 1.2. Chất b n n i N Khi ta pha một lượng nhỏ chất cĩ hố trị như Phospho P vào chất bán dẫn i thì một nguyên tử P liên kết với nguyên tử i theo liên kết cộng hố trị, nguyên tử Phospho chỉ cĩ điện tử tham gia liên kết và c n dư một điện tử và trở thành điện tử tự do > Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử mang điện âm và được gọi là bán dẫn N Negative: âm ). Hình 3- Chất b n n i N 2. DIO E ÁN ẪN Khi đã cĩ được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một iode, tiếp giáp P - N cĩ 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 l trống > tạo thành một lớp on trung hồ về điện > lớp on này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn. Hình 3-4: M i tiế xú P - N => Cấ t ủa i hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của iode bán dẫn Hình 3-5: ý hi và h nh ng ủa i b n n 60 2.1. Một h nh ng ủa iode khác Hình 3-6: C ng i kh th ng gặ 2.2. C i i a. Diode Zener iode ener cĩ cấu tạo tư ng tự iode thường nhưng cĩ hai lớp bán dẫn P- N ghép với nhau, iode ener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận iode ener như diode thường nhưng khi phân cực ngược iode ener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode. Hình 3-7: Diode zener Diode zener cĩ tính ổn áp. Trong mạch diode ener luơn ở trạng thái phân cực nghịch và làm việc ở trạng thái bị đánh thủng. Khi diode ener bị đánh thủng, nĩ sẽ cĩ tính ghim áp, lúc này mức áp đưa vào cĩ thay đổi nhưng mức áp lấy ra trên diode ener là khơng đổi. Trong mạch diode ener luơn dùng với một điện trở hạn d ng để tránh bị quá cơng suất. Trong nhiều mạch điện người ta dùng diode ener khơng cĩ điện trở hạn d ng để làm mạch bảo vệ tránh trường hợp thiết bị bị quá áp. 61 Trong mạch này, người ta dùng diode cho mắc ngang cuộn dây của relay để bảo vệ transistor. ảo vệ ra sao Chúng ta biết, khi transistor dẫn điện, nĩ cấp d ng cho cuộn dây để tạo ra sức hút nam châm, hút lá kim để thay đổi vị trí của tiếp điểm. Nhưng khi transistor ngưng dẫn, nĩ cắt d ng cấp cho cuộn dây của relay, chính ngay lúc này, từ cuộn dây của relay sẽ "bung ra điện áp ứng", mức áp này thường cĩ biên độ rất cao và dễ đánh thủng làm hư các mối nối bán dẫn. Để tránh điều tai hại này, người ta mắc ngang cuộc dây một diode dùng chống mức áp nghịch, diode sẽ vào trạng thái dẫn điện do cĩ tính ghim áp, diode đã giữ cho mức áp ngang cuộn dây khơng thể tăng cao. b. Diode Thu quang. (Photo Diode) iode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode cĩ một miếngthuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N , d ng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode. Hình 3-8 nh ảnh minh h a ủa i th ang c. Diode Phát quang (Light Emiting Diode: LED) iode phát phang là iode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LE khoảng 1, > 2,2V d ng qua Led khoảng từ m đến 20mA. Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái cĩ điện . vv Diode ịng t i a Đi n ng 1N4001 1A 50V 1N4002 1A 100V 1N4007 1A 1000V 1N5401 3A 100V 1N5408 3A 1000V 62 Hình 3-9 nh ảnh i h t ang - ắ è ảng tham khả th ng ùng h i L i M IF max VF typ. VF max. VR max. ịng àm vi Gĩc hiế ớ sĩng Standard Red 30mA 1.7V 2.1V 5V 5mcd@ 10mA 60 0 660nm Standard Bright red 30mA 2.0V 2.5V 5V 80mcd@ 10mA 60 0 625nm Standard Yellow 30mA 2.1V 2.5V 5V 32mcd@ 10mA 60 0 590nm Standard Green 25mA 2.2V 2.5V 5V 32mcd@ 10mA 60 0 5650nm High intensity Blue 30mA 4.5V 5.5V 5V 60mcd@ 20mA 60 0 430nm Super bright Red 30mA 1.85V 2.5V 5V 500mcd@ 20mA 60 0 660nm Low current Red 30mA 1.7V 2.0V 5V 5mcd@ 2mA 60 0 625nm IF max. dịng lớn nhất VF typ. Mức ghim áp làm việc VF max. mức ghim áp lớn nhất VR max. điện áp ngược  7  7 63 e. D ( D ) iode biến dung là iode cĩ điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào iode. Hình 3-10 ng ng ủa i biến ng tr ng m h ộng h ng hình trên khi ta chỉnh triết áp VR, điện áp ngược đặt vào iode Varicap thay đổi , điện dung của diode thay đổi > làm thay đổi tần số cơng hưởng của mạch. iode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp. e. Diode xung Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng iode xung để chỉnh lưu. diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KH , diode nắn điện thơng thường khơng thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngự c lại diode xung cĩ thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung cĩ giá thành cao h n diode thường nhiều lần. Về đặc điểm , hình dáng thì iode xung khơng cĩ gì khác biệt với iode thường, tuy nhiên iode xung thường cĩ v ng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vịng Hình 3-11 ý hi ủa i x ng 2.3. Đ và ki m tra i Hình 3-12 ớng n h i  Đặt đồng hồ ở thang x 1 , đặt hai que đo vào hai đầu iode, nếu :  Đo chiều thuận que đen vào nơt, que đỏ vào Katơt > kim lên, đảo chiều đo kim khơng lên là > iode tốt 64  Nếu đo cả hai chiều kim lên 0 > là iode bị chập.  Nếu đo thuận chiều mà kim khơng lên > là iode bị đứt.  Nếu để thang 1K mà đo ngược vào iode kim vẫn lên một chút là iode bị d . 2.4. C m h ứng ng ùng i a. ắ Trong phần này mạch tư ng đư ng được sử dụng để nghiên cứu các cấu hình mạch mắc nối tiếp các diode với tín hiệu vào dc. Hình 3-1 Cấ h nh i mắ n i tiế Mạch điện nối tiếp trong hình -13, ta thay diode bằng một điện trở R như hình 3-14, khi đĩ chiều d ng điện chạy trong điện trở R cùng chiều với chiều d ng điện thuận của diode và VE  nên diode ở trạng thái dẫn. b. ắ song song Hình 3-1 Cấ h nh ng ng 2.5. Lặ m h ng n một hiề n giản - Hình 3-1 m h ng n một hiề Khi thiết kế mạch nguồn điện một chiều, việc lựa chọn s đồ chỉnh lưu là quan trọng nhất. Trong thực tế nguời ta thường chọn mạch chỉnh lưu cầu để chỉnh lưu trong mạch nguồn điện một chiều. 65 C U I ƠN T P CHO ỌC VIÊN ỏ ỉ Câu 1. Phát biểu định nghĩa về chất bán dẫn, trình bày các tính chất của chất bán dẫn. Câu 2. Trình bày sự dẫn điện trong chất bán dẫn tinh khiết, chất bán dẫn tạp N, chất bán dẫn tạp P. Câu 3. Trình bày cấu tạo,kí hiệu quy ước của điốt tiếp điểm, điốt tiếp mặt. Câu 4. Trình bày nguyên lý hoạt động của điốt các nhận xét quan trọng rút ra từ phân tích nguyên lý hoạt động của điốt là gì. Câu 5*. Cho s đồ hình .1 , s đồ nào điốt được phân cực thuận: Hình 3-16 M h i n h n h i Câu 6. Cho mạch điện như hình .1 . Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch. Hình 3-17: M h ng n một hiề Câu 7. Trình bày phư ng pháp xác định các cực nốt, Katốt của điốt bằng VOM. Câu 8. Một điốt cĩ nội trở: a. Rth = Rngh b. Rngh >> Rth c. Rth = Rngh = 0 Cho biết chất lượng của điốt ứng với các trường hợp trên. Câu 9. Khi sử dụng điốt mà d ng qua điốt quá lớn sẽ xẩy ra hiện tượng gì. iải thích vì sao. Câu 10. Nếu phải đấu nối tiếp một số điốt thì phải đấu song song với các điốt một điện trở vì sao. Trị số điện trở đĩ cĩ giá trị lớn hay nhỏ. 66 ỏ ắ Câu 11. ự dẫn điện của chất bán dẫn sẽ tăng khi: a. chất bán dẫn thuần khiết b. Chất bán dẫn tạp c. Nhiệt độ giảm d. Nhiệt độ tăng Câu 12. Điốt bán dẫn là linh kiện: a. Chỉ dẫn điện một chiều b. ẫn điện cả hai chiều xoay chiều c. ẫn điện cĩ điều kiện Câu 13. Điều kiện để cho điốt dẫn điện: a. UA > UK b. UA = UK c. UA < UK Câu 14. Cơng dụng của điốt: a. Chỉnh lưu d ng điện xoay chiều thành d ng điện một chiều b. Tách sĩng c. Tạo dao động d. Khuếch đại ỹ Câu 15. Chọn các trường hợp đúng nhất để điền vào các ch trống: a. Khi đo một điốt cĩ các giá trị như sau: - Rth  Rng thì điốt................... - Rth = Rng thì điốt .................. - Rth = Rng =  thì điốt .................. b. Khi đo một điốt: - Cĩ trị số Rth thì cực .......... anơt, catơt của điơt là que .............. của đồng hồ đo. - Cĩ trị số Rng thì cực........... anơt, catơt của điơt là que............... của đồng hồ đo. ỏ ổ , , diode thu phát quang Câu 16. Trình bày cấu tạo và kí hiệu quy ước của các điốt ổn áp, biến dung. Câu 17. Trình bày cấu tạo và kí hiệu quy ước của điốt tunen Câu 18. Trình bày cấu tạo và kí hiệu quy ước của điốt phát sáng và thu sáng. Câu 19. Trình bày nguyên lý hoạt động, các tham số c bản, cơng dụng của điốt ổn áp. Câu 20. Đặc tuyến Von - mpe của điốt tunen cĩ những đặc điểm nào khác với điốt thơng thường. 67 Câu 21. Trình bày các tính chất c bản của điốt biến dung và lĩnh vực ứng dụng Câu 22. Trình bày cách xác định các cực của điốt phát sáng và thu sáng Câu 23. Trình bày phư ng pháp xác định chất lượng điốt ổn áp biến dung, tunen. ỏ ắ Tìm câu trả lời đúng. Câu 24. Điốt ổn áp dùng để: a. Nắn điện b. Khuếch đại c. Tạo bộ ổn định điện áp d. Tự động điều chỉnh của các mạch điều hưởng Câu 25. Điốt biến dung dùng để: a. Tách sĩng b. Tạo dao động siêu cao tần c. Điều chỉnh điện dung trong các mạch cộng hưởng d. Làm chuyển mạch ánh sáng Câu 26. Điốt đường hầm cĩ các đặc tính: a. Đặc tuyến von - ampe khơng phụ thuộc vào nhiệt độ b. Đặc tuyến biểu lộ cĩ trị số điện trở âm c. Đặc tuyến von - ampe cĩ dạng hình chữ Câu 27 * . Mạch điện ổn áp bằng điốt ener. Vì sao người ta gọi mạch ổn định điện áp bằng điốt ener là mạch ổn áp tham số. Dz Uv R Ur Hình 3-18 Câu 28*: Tìm một vaì ứng dụng thực tế của điốt quang. 68 3. TR N I TOR LƯỠNG CỰC BJT 3.1. Cấ t , ký hi và h n i 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 phư ng diện cấu tạo Transistor tư ng đư ng với hai Diode đấu ngược chiều nhau. a. b. Hình 3-19: Cấ t , ký hi transistor Hình a: transistor thuận Hình b: transistor ngược a lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base , lớp bán dẫn rất mỏng và cĩ nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn bên ngồi được nối ra thành cực phát Emitter viết tắt là E, và cực thu hay cực gĩp Collector viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C cĩ cùng loại bán dẫn loại N hay P nhưng cĩ kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên khơng hốn vị cho nhau được. 3.2. Nguyên lý h t ộng  Xé oạ Tr or P . Hình 3-20: Nguyên ý h t ộng ủa trani t r NPN ắ ransistor NPN - Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đĩ nguồn vào cực C và - nguồn vào cực E. 69 - Cấp nguồn một chiều BE đi qua cơng tắc và trở hạn d ng vào hai cực và E, trong đĩ cực vào chân , cực -) vào chân E. - Khi cơng tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn khơng cĩ d ng điện chạy qua mối C-E (lúc này dịng IC = 0). - Khi cơng tắc đĩng, mối P-N được phân cực thuận do đĩ cĩ một d ng điện chạy từ nguồn BE qua cơng tắc > qua R hạn d ng > qua mối E về cực - tạo thành d ng IB. - Ngay khi dịng IB xuất hiện > lập tức cũng cĩ d ng C chạy qua mối C-E làm bĩng đèn phát sáng, và d ng IC mạnh gấp nhiều lần d ng B - Như vậy rõ ràng d ng C hồn tồn phụ thuộc vào d ng B và phụ thuộc theo một cơng thức. IC = β IB (3.1)  Trong đĩ C là d ng chạy qua mối C-E  IB là d ng chạy qua mối -E  β là hệ số khuyếch đại của Transistor Giải thí h: Khi cĩ điện áp CE nhưng các điện tử và l trống khơng thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành d ng điện, khi xuất hiện d ng BE do lớp bán dẫn P tại cực 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 lớn h n số lượng l trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đĩ thế vào l trống tạo thành dịng IB c n phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp CE > tạo thành d ng CE chạy qua Transistor. * Xét h t ộng ủa Tran i t r PNP ự hoạt động của Transistor PNP hồn tồn tư ng tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện CE và UBE ngược lại. ng C đi từ E sang C c n dịng IB đi từ E sang . 3.3. Chế ộ h n và ổn ịnh nhi t a. ắ z ( ) Tín hiệu vào hai cực E-B, tín hiệu ra lấy trên hai cực C- , cực chung cho cả tín hiệu vào và tín hiệu ra. Cực đấu mát với tín hiệu xoay chiều. Cách mắc s đồ C được minh hoạ trên Hình -21. Trên hình vẽ mũi tên chỉ chiều của d ng điện trên các cực của tran ito. Để thấy rỏ quan hệ giữa cực của tran ito trong cách mắc C người ta dùng hai đặc tuyến: đặc tuyến vào và đặc tuyến ra. Đặc tuyến vào cho Hình -22.a mơ tả quan hệ giữa dịng vào IE với điện áp vào BE, ứng với các giá trị khác nhau của điện áp ra CB. Hình 3-21 h mắ C tran i t r th n PNP 70 Đặc tuyến ra (Hình 3-22 mơ tả quan hệ giữa d ng điện C với điện áp ra CB ứng với các giá trị khác nhau của d ng điện vào E. Trên đặc tuyến này được chia làm 3 vùng: vùng tích cực, vùng cắt, vùng bão hồ a. Đặc tuyến vào b. Đặc tuyến ra Hình 3-22: Đặ t ến ủa h mắ C Hình 3-23: ịng b h à ng ICO Vùng tích cực được dùng để khuếch đại tín hiệu nên c n được gọi là vùng khuếch đại , trong vùng tích cực chuyển tiếp emit được phân cực thuận, chuyển tiếp colect được phân cực ngược. phần thấp nhất của vùng tích cực đường E = 0), dịng IC là d ng bão hồ ngược, d ng CO rất nhỏ cỡ  và thường được kí hiệu thay cho CBO (Hình 3-23) Khi tran ito hoạt động trong vùng tích cực cĩ quan hệ gần đúng E = IC. Vùng cắt là vùng mà ở đĩ d ng C 0. Trong vùng cắt chuyển tiếp emit và colect đều phân cực ngược. Vùng bão hồ là vùng ở bên trái đường CB 0 trên đặc tuyến ra. Trong vùng bão hồ chuyển tiếp emit và colect đều phân cực thuận b. ắ E ( E) Tín hiệu vào hai cực - E, tín hiệu ra lấy trên hai cực C - E, cực E chung cho cả tín hiệu vào và tín hiệu ra. Cực E đấu mát với tín hiệu xoay chiều. a. b. Hình 3-24: h mắ CE a. Transistor NPN; b. Transistor PNP 71 Trong cách mắc CE, đặc tuyến ra là quan hệ giữa d ng C và điện áp ra CE, ứng với khoảng giá trị của d ng vào B. Đặc tuyến vào là quan hệ giữa d ng vào B và điện áp vào BE,ứng với khoảng giá trị của điện áp ra CE. Chú ý rằng trên hình -25, độ lớn của B khoảng  , c n độ lớn của C cở m .Vùng tích cực của cách mắc CE là miền ở bên phải của nét đứt CEbh và phía trên đờng B = 0. Hình 3-25 Đặ t ến ủa h mắ CE a. Đặc tuyến vào b. Đặc tuyến ra Vùng phía trái đường CEbh là vùng bão hồ. Vùng cắt là vùng ở phía dới đường B = 0. Trong vùng tích cực chuyển tiếp emit được phân cực thuận, chuyển tiếp colect được phân cực ngược, vùng này được dùng để khuếch đại điện áp, d ng điện hoặc cơng suất. Theo đặc tuyến Hình -25.b khi IB = 0 thì dịng IC ± 0. điều này được giãi thích như sau: (3.2) Hệ số  : Trong chế độ một chiều, để đánh giá khả năng điều khiển của dịng IB đối với d ng C, người ta định nghĩa hệ số đại d ng điện  : c. ắ ( ) Tín hiệu vào hai cực - C, tín hiệu ra lấy trên hai cực E - C. Cực C đấu mass với tín hiệu xoay chiều. đồ cách mắc CC được cho trên Hình 3-26. 72 a. Tranzito NPN; b. Tranzito PNP Hình 3-26 h mắ CC Đặc tuyến vào và đặc tuyến ra của cách mắc CC tư ng tự như cách mắc CE, bằng cách thay C bởi E, UCE bởi EC. 3.4. C tham bản và tham tới h n ủa transistor Khi sử dụng tran ito cần lưu ý các tham số của nĩ, các tham số này đều cĩ ghi trong sổ tay tra cứu. au đây là các tam số chính. - ng gĩp lớn nhất cho phép Cm)): Nếu d ng gĩp một chiều vợt quá trị số cho phép thì tran ito cĩ thể bị hỏng. - Điện áp gĩp lớn nhất cho phép cm): Cả hai điện áp CE và U CB đều phải dưới mức cho phép, nếu vợt quá thì tran ito cĩ thể bị hỏng. - Cơng suất tiêu tán tối đa cho phép Ptt)): Là mức cơng suất lớn nhất tiêu tán ở tiếp giáp gốc – gĩp trong một thời gian dài mà tran ito vẫn làm việc bình thường. - Hệ số khuếch đại d ng điện ở mạch gốc chung hay ở mạch phát chung : hay càng lớn thì khả năng khuếch đại tín hiệu của nĩ càng lớn. - Tần số cắt C: Là tần số khi tran ito làm việc thì hệ số khuếch đại d ng điện của nĩ giảm đi 0, lần trị số lúc nĩ làm việc ở tần số thấp. tần số cao h n thì hệ số khuếch đại d ng điện càng giảm nhanh. Người ta c n xác định tần số tới hạn T là tần số mà hệ số khuếch đại d ng điện của tran ito c n bằng 1. - ng gĩp ngược hay d ng d Co: Là d ng gĩp khi mạch vào hở mạch, đối với mạch gốc chung ta cĩ d ng Co tức là Cbo . Với mạch phát chung ta cĩ Ce. ng này càng nhỏ thì tran ito càng tốt, tran ito silic cĩ d ng d nhỏ rất nhiều so với tran ito gecmani. - iới hạn nhiệt độ làm việc: Nhiệt độ càng tăng thì Co tăng, Cm, UCm, Ptt đều giảm và tran ito làm việc khơng ổn định. o đĩ, phải cĩ giới hạn nhiệt độ của tran ito. Tran ito chế tạo bằng silíc cĩ giới hạn nhiệt độ làm việc cao h n tran ito chế tạo bằng gecmani. Hệ số tạp âm: Hệ số tạp âm của các loại tran ito đều cĩ ghi trong sổ tay và tính theo d . Tran ito cĩ hệ số tạp âm càng nhỏ thì trị số d càng lớn. Đối với m i tran ito cĩ một vùng làm việc trên đặc tuyến ra, nếu tran ito hoạt động trong vùng này sẽ cĩ tỷ lệ tín hiệu ra trên tín hiệu vào là lớn nhất với độ méo nhỏ nhất. Vùng này sẽ bị giới hạn bởi một vài tham số như dịng IC lớn nhất ICmax đối với cách mắc CE . 73 Hình 3-27 Vùng h t ộng ủa tranzit r Với tran ito cĩ đặc tuyến ra ở hình 3-27. Cĩ ICmax = 50 mA, UCemax = 20V. Đường CEbh trên đặc tuyến là giá trị nhỏ nhất của CE, thơng thường CEbh = 0,3V. Cơng suất tiêu hao lớn nhất được định nghĩa: PCmax = UCE. IC (3.3) Với tran ito cho trên Hình -27. thì PCmax = 300mW. Ví dụ: chọn C = ICmax = 50mA suy ra UCE V. Chọn CE = UCemax = 20V, suy ra IC 1 m . Nếu chọn C nằm giữa hai khoảng trên, C = 25mA thì UCE = 12V. Với điểm trên ta cĩ thể vẽ được đường cong cơng suất cĩ thể lấy thêm các điểm khác . Như vậy, vùng hoạt động của tran ito bị giới hạn bởi các tham số: ICEO  IC  ICmax UCEbh UCE  UCEmax UCE. IC  PCmax Chú ý với cách mắc C thì: PCmax = UCB. IC (3.3) 3.5. Nh n ng và tran i t r a. N Hình 3-28 nh ng tran i t r th tế * Hiện nay trên thị trường cĩ nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thơng dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung quốc. Tran i t r Nh t bản: Thường ký hiệu là ..., ..., C..., ... Ví dụ: A564, B733, C828, D1555 trong đĩ các transistor ký hiệu là và là transistor thuận PNP c n ký hiệu là C và D là transistor ngược NPN. Các transistor và C thường cĩ cơng xuất nhỏ và 74 tần số làm việc cao c n các transistor và thường cĩ cơng xuất lớn và tần số làm việc thấp h n. Tran i t r Mỹ ản x ất: thường ký hiệu là 2N... ví dụ: 2N3055, 2N4073 vv... Tran i t r Tr ng ản x ất: ắt đầu bằng số , tiếp theo là hai chũ cái. Chữ cái thức nhất cho biết loại bĩng: Chữ và là bĩng thuận , chữ C và là b ng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm: và P là bĩng âm tần, và là bĩng cao tần. Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm ví dụ: CP2 , 3AP20 vv.. b. o transistor - Hãy tìm chân B. ùng đồng hồ VOM chọn thang đo Rx1 . Lấy que đỏ định vị vào 1 chân bất kỳ, que đen di chuyển 2 chân c n lại kiểm tra khi nào kim lên cả 2 lần đo, lúc đĩ que đỏ đang định vị ở chân nào chân đĩ là chân B. au khi đo xác định chân . dùng đồng hồ VOM chọn thang đo Rx10k . Một tay kích vào chân , một tay tiếp xúc que đỏ, dùng 2 que đo 2 chân c n lại cĩ đảo chiều quan sát thấy kim đồng hồ lên cả 2 lần. lần kim lên nhiều que đỏ đang định vị chân nào chân đĩ là chân C, chân c n lại là chân E. ùng đồng hồ VOM chọn thang đo Rx1 . Đo kiểm tra giống như trên. ue đen sẽ định vị thay cho que đỏ. c. ã Lấy thang đo ohm Rx10 , chập hai dây đo, chỉnh kim về vạch 0 Ohm. Cắm transistor C1 1 vào đúng chân C, , E của l cắm NPN trên máy đo. Kim lên, ạn đọc kết quả trên vạch chia HEF. Kim chỉ 200, cĩ nghĩa là độ lợi d ng điện của transistor 2 C1 1 là 200 lần nĩ cĩ nghĩa d ng điện C chảy ra trên chân C lớn h n d ng điện B chảy ra trên chân là 200 lần . Tham số HFE c n gọi là hệ số beta của transistor. Với transistor PNP cũng làm tư ng tự, cắm transistor vào chân C, , E của bộ chân cắm PNP và đọc kết quả trên vạch chia HFE, ạn sẽ biết được độ lợi d ng điện HFE của transistor. Hình 3-29: x ịnh ộ i ủa tran i t r 75 C U I ƠN T P CHO ỌC VIÊN Câu 1. Trình bày cấu tao, kí hiệu quy ước và nguyên lý hoạt động của tran ito lưỡng cực JT Câu 2: Tranzito cĩ mấy kiểu mắc mạch c bản. Trình bày cụ thể các kiểu mạch trên và phân biệt các thành phần d ng điện,điện áp ngõ vào và ngõ ra trong m i cách mắc. Câu 3: Các thành phần d ng điện quan trọng nhất của JT và các hệ thức liên hệ giữa các d ng điện này. Câu 4: Mạch định thiên cho JT nhằm mục đích gì. Cĩ mấy kiểu mạch định thiên. trình bày cụ thể các kiểu mạch định thiên trên. Câu 5: Đặc tuyến tải 1 chiều của JT là gì. Cách xác định đặc tuyến này. Hãy chỉ ra điểm làm việc một chiều trên đường tải này nếu thay đổi giá tri RC thì điểm làm việc tĩnh sẽ thay đổi nh thế nào trên đặc tuyến. Câu 6: Đặc tuyến Von – mpe vào và ra của JT trong kiểu mắc EC, C, CC biểu hiện quan hệ đến các tham số nào của tran ito. Câu 7: Trình bày cách nhận dạng các loại transistor JT bằng mã số ghi trên thân tranzito. Câu 8: Khi dùng VOM để xác định các cực E, , C của tran ito thì sử dụng thang đo nào. trình bày cách xác định các cực E, ,C của transistor bằng VOM. Câu 9: Để nhận biết transistor tốt, xấu thì dùng phư ng phàp nào. Trình bày cụ thể phư ng pháp đĩ. Câu 10: Tìm câu trả lời đúng: a. Tran ito PNP sẽ dẫn điện khi: - VE < VB < VC - VE > VB > VC - VE > VB < VC - |VC | > |VB |> |VE| b. Tran ito NPN sẽ dẫn điện khi: - VC > VB > VE - VC > VB > VE - VC < VB < VE - |VC | > |VB | > |VE| c. Tran ito JT dùng để: - Khuếch đại - Tạo dao động - Chỉnh lưu d ng xoay chiều - Tách sĩng Câu 11*: Cho mạch CE, trình bày cách điều chỉnh cho 1, Q2, Q3 thơng mạnh, thơng yếu trong từng trường hợp trên Hình a, Hình b và Hình c. R2 R4 R3 +Ucc Q1 R1 Hình a R2 Q2 R4 R3 +Ucc R1 Hình b R2 Q3 R4 - Ucc R3 R1 Hình c 76 Câu 12*: Cho mạch như Hình dưới đây: Ur 10MF 10MFUv 20V 2k 1k 430k 0 - Tính các trị số của: IB, IC, UCE, VC, VE, VB, UCE. 77 4. TR N I TOR TRƯỜNG (FET) 4.1. JFET a. q Hình 3-30. đưa ra một cấu trúc JFET kiểu kênh N: trên đế tinh thể bán dẫn Si - N người ta tạo xung quanh một lớp bán dẫn P cĩ tạp chất nồng độ cao h n so với đế và đưa ra điện cực là cực nguồn ource , cực máng (Drain và cực cửa ate . Như vậy hình thành một kênh dẫn điện loại n nối giữa hai cực và , cách ly với cực cửa dung làm cực điều khiển bởi một lớp tiếp xúc P-N bao quanh kênh dẫn. Hồn tồn tư ng tự, nếu xuất phát từ đế bán dẫn lại P, ta cĩ loại kênh JFET kênh P với các kí hiệu quy ước như hình 3-30. Hình 3-30 Cấ t JFET ki k nh N Hình 3-31 ý hi ớ JFET k nh P và k nh N b. Ng - n - A JFE a. Học đặc tuyến ra b. Đặc tuyến truyền đạt Hình 3-32: ặ t ến ra ủa JFET - Vùng gần gốc, khi UDS nhỏ, D tăng nhanh tuyến tính theo DS và ít phụ thuộc vào UGS. Đây là vùng làm việc ở đĩ JFET giống như một điện trở thuần cho tới lúc đường cong bị uốn mạnh điểm trên Hình 3-32a. ứng với đường GS = 0V). - Vùng ngồi điểm được gọi là vùng thắt vùng bão hồ khi DS đủ lớn, D phụ thuộc rất yếu vào DS mà phụ thuộc mạnh vào GS. Đây là vùng ở đĩ JFET 78 làm việc như một phần tử khuếch đại, d ng D được điều khiển bằng điện áp GS. uan hệ này đúng cho tới điểm . - Vùng ngồi điểm gọi là vùng đánh thủng, khi DS cĩ giá trị khá lớn, D tăng đột biến do tiếp giáp P- N bị đánh thủng thác lũ xẩy ra tại khu vực gần cực do điện áp ngược đặt lên tiếp giáp P-N tại vùng này là lớn nhất. ua đồ thị đặc tuyến ra, ta rút ra mấy nhận xét sau: - Khi đặt trị số GS âm dần, điểm uốn xác định ranh giới hai vùng tuyến tính và bão hồ dịch về phía gốc toạ độ. Hồnh độ điểm ứng với một trị số nhất định của GS cho xác định một giá trị điện áp gọi là điện áp bão hồ cực máng UDS0 c n gọi là điện áp thắt kênh). Khi |UGS| tăng, DS0 giảm. - Tư ng tự với điểm : ứng với các giá trị GS âm h n, việc đánh thủng tiếp giáp P-N xảy ra sớm h n, với những giá trị DS nhỏ h n. Đặc tuyến truyền đạt của JFET giống hệt đặc tuyến anốt lưới của đèn cực chân khơng, xuất phát từ một giá trị GS0, tại đĩ D 0, gọi là điện áp khố c n kí hiệu là P . Độ lớn của GS0 bằng DS0 ứng với đường GS 0 trên họ đặc tuyến ra. Khi tăng GS, ID tăng gần như tỷ lệ do độ dẫn điện của kênh tăng theo mức độ giảm phân cực ngược của tiếp giáp P-N. Lúc UGS = 0, ID = ID0. iá trị Do là dịng tỉnh cực máng khi khơng cĩ điện áp cực cửa.  C tham hủ ế ủa JFET g m hai nh m: ng cực máng cực đại cho phép Dmax là d ng điện ứng với điểm trên đặc tuyến ra đường ứng với giá trị GS 0 iá trị Dmax khoảng  50 mA; Điện áp máng - nguơn cực đại cho phép và điện áp cửa nguồn Gsmax cỡ vài chục vơn. Điện áp khố GS0 (hay Up bằng giá trị DS0 ứng với đường GS = 0) cĩ: Điện trở trong hay điện trở vi phân đầu ra ri thể hiện độ dốc của đặc tuyến ra trong vùng bão hồ. + Đặc tuyến truyền đạt: Cho biết tác dụng điều khiển của điện áp cực cửa tới d ng cực máng, giá trị điển hình với JFET hiện nay là 0, 10) mA/V Cần chú ý giá trị h dẫn đạt cực đại 0 lúc giá trị điện áp GS lân cận điểm 0 xem dạng đặc tuyến truyền đạt của JFET Hình -32b) Điện trở vi phân đầu vào: rVào do tiếp giáp P - N quyết định, cĩ giá trị khoảng 10G . tần số làm việc cao, người...để điều khiển d ng qua cuộn kích từ bằng transistor cơng suất. Điện áp máy phát được đưa qua một cầu phân áp để dẫn ngắt enner. Tín hiệu này được cho qua một bộ điều khiển trung gian để cuối cùng ngắt dẫn transistor Hình 5-6: ng n ý h t ộng ủa một tiết hế b n n 142 điều khiển d ng qua cuộn kích từ, duy trì điện áp tại mức hiệu chỉnh. au đây là ví dụ về hoạt động của một tiết chế bán dẫn. - Khi bật / , cĩ d ng điện: accu → đèn báo nạp và R5 → R1: phân cực thuận cho T2 và T3 làm T2 và T3 dẫn. accu → đèn báo nạp và R5 → kt → F → T2, T3 → mát: cung cấp d ng kích từ ban đầu cho máy phát. - Khi rotor máy phát quay, từ thơng qua stator biến thiên làm sinh ra d ng điện xoay chiều pha. ng điện này được chỉnh lưu bởi TriO để tắt đèn báo nạp và cung cấp vào đầu dư ng của kt. - Khi tốc độ rotor đủ lớn làm cho điện áp phát ra lớn h n điện áp hiệu chỉnh, điện áp r i trên R3 trong cầu phân áp R2,R3 đủ lớn làm cho enner z dẫn → T1 dẫn → T2, T3 ngắt → ngắt d ng qua kt → điện áp máy phát giảm xuống. uá trình lặp lại để ổn định điện áp tại mức hiệu chỉnh. - D2 dùnh để dập sức điện động tự cảm sinh ra trong kt khi T2, T3 dẫn và ngắt. 2.4. ộ tiết hế vi m h a. vi ộ tiết chế vi mạch chủ yếu gồm cĩ vi mạch, cánh tản nhiệt và giắc nối. Việc sử dụng vi mạch làm cho bộ tiết chế cĩ kích thước nhỏ gọn. b. Các lo - Loại nhận biết ắc qui: Loại tiết chế vi mạch này nhận biết ắc qui nhờ cực cực nhận biết từ ắc qui và điều chỉnh điện áp ra theo giá trị qui định. - Loại nhận biết máy phát: Loại tiết chế vi mạch này xác định điện áp bên trong của máy phát và điều chỉnh điện áp ra theo giá trị qui định.  á ầ r rê ắ ắ Hình 5-7: Đ ra tr n tiết hế vi m h  ứ ă ế ế ạ : ộ tiết chế vi mạch cĩ các chức năng sau đây. - Điều chỉnh điện áp. - Cảnh báo khi máy phát khơng phát điện và tình trạng nạp khơng bình thường. 143 ộ tiết chế vi mạch cảnh báo bằng cách bật sáng đèn báo nạp khi xác định được các sự cố sau đây. - Đứt mạch hoặc ngắn mạch các cuộn dây rotor. - Cực bị ngắt. - Cực bị ngắt. - Điện áp tăng vọt quá lớn điện áp ắc qui tăng do ngắn mạch giữa cực F và cực E .  á í ế ế ạ - Đặc tính tải của ắc qui Điện áp ra khơng đổi hoặc ít thay đổi nhỏ h n hoặc bằng 0,1 tới 0,2 V khi tốc độ máy phát thay đổi. - Đặc tính phụ tải bên ngồi. Điện áp ra nhỏ đi khi d ng điện phụ tải tăng lên. ự thay đổi điện áp, thậm chí ở tải định mức hoặc d ng điện ra cực đại của máy phát vào khoảng giữa 0, tới 1 V. Nếu tải vượt quá khả năng của máy phát thì điện áp ra sẽ sụt đột ngột. - Đặc tính nhiệt độ Nhìn chung điện áp ra sẽ giảm đi khi nhiệt độ tăng lên. Vì điện áp ra sụt ở nhiệt độ cao Ví dụ vào mùa hè tăng lên ở nhiệt độ cao, vào mùa đơng thì giảm xuống . Việc nạp đầy đủ phù hợp với ắc qui được thực hiện ở mọi thời điểm. Hình 5-8: Đặ tính ủa tiết hế vi m h c. ầ ằ au đây sẽ giải thích c chế mà bộ tiết chế vi mạch giữ được điện áp tạo ra ổn định và nguyên lí hoạt động của nĩ để đạt được chức năng này. đây sử dụng bộ tiết chế vi mạch loại nhận biết ắc qui làm ví dụ: 144 - Hoạ ườ : - O ắ Hình 5-9: hi kh i n ON Khi bật khố điện lên vị trí ON, điện áp ắc qui được đặt vào cực . Kết quả là mạch M. C bị kích hoạt và Transistor Tr1 được mở ra làm cho d ng kích từ chạy trong cuộn dây rotor. trạng thái này d ng điện chưa được tạo ra do vậy bộ tiết chế làm giảm sự phĩng điện của ắc qui đến mức cĩ thể bằng cách đĩng ngắt Transistor Tr1 ngắt quãng. thời điểm này điện áp ở cực P 0 và mạch M. C sẽ xác định trạng thái này và truyền tín hiệu tới Transistor Tr2 để bật đèn báo nạp. - ( ỉ ) Động c khởi động và tốc độ máy phát tăng lên, mạch M. C mở Transistor Tr1 để cho d ng kích từ đi qua và do đĩ điện áp ngay lập tức được tạo ra. thời điểm này nếu điện áp ở cực lớn h n điện áp ắc qui, thì d ng điện sẽ đi vào ắc qui để nạp và cung cấp cho các thiết bị điện. Kết quả là điện áp ở cực P tăng lên. o đĩ mạch M. C xác định trạng thái phát điện đã được thực hiện và truyền tín hiệu đĩng Transistor Tr2 để tắt đèn báo nạp. Hình 5-10: hi m h t ang h t i n 145 - ( ỉ ) Hình 5-11: hi i n m h t a h n i n hi h nh Nếu Transistor Tr1 tiếp tục mở, điện áp ở cực tăng lên. au đĩ điện áp ở cực vượt quá điện áp điều chỉnh, mạch M. C xác định tình trạng này và đĩng Transistor Tr1. Kết quả là d ng kích từ qua cuộn dây rotor giảm, điện áp ở cực điện áp được tạo ra giảm xuống. au đĩ nếu điện áp ở cực giảm xuống tới giá trị điều chỉnh thì mạch M. C sẽ xác định tình trạng này và mở Transistor Tr1. o đĩ d ng kích từ của cuộn dây rotor tăng lên và điện áp ở cực cũng tăng lên. ộ tiết chế vi mạch giữ cho điện áp ở cực điện áp ở cực ắc qui ổn định điện áp điều chỉnh bằng cách lặp đi lặp lại các quá trình trên. iode 1 hấp thụ sức điện động ngược sinh ra trên cuộn rotor do đĩng mở transistor Tr1. - Hoạ ườ - R Khi máy phát quay, nếu cuộn dây Rotor bị đứt thì máy phát khơng phát ra điện và điện áp ở cực P 0. Khi mạch M. C xác định được tình trạng này này mở Transistor Tr2 để bật đèn báo nạp cho biết hiện tượng khơng bình thường này. Hình 5-12: hi R t r bị ứt 146 - R ( ắ ) Hình 5-13: hi R t r bị ngắn m h Khi máy phát quay nếu cuộn dây rotor bị chập điện áp ở cực được đặt trực tiếp vào cực F và d ng điện trong mạch sẽ rất lớn. Khi mạch M. C xác định đự c tình trạng này nĩ sẽ đĩng Transistor Tr1 để bảo vệ và đồng thời mở Transistor Tr2 để bật đèn báo nạp để cảnh báo vì tình trạng khơng bình thường này. - K ự S ị ắ Khi máy phát quay, nếu cực ở tình trạng bị hở mạch thì mạch M. C sẽ xác định khi khơng cĩ tín hiệu đầu vào từ cực do đĩ mở Transistor Tr2 để bật đèn báo nạp. Đồng thời trong mạch M. C, cực sẽ làm việc thay thế cho cực để điều chỉnh Transistor Tr1 do đĩ điện áp ở cực đự c điều chỉnh để ngăn chặn sự tăng điện áp khơng bình thường ở cực . Hình 5-14: hi bị ngắt 147 - K ự B ị ắ Khi máy phát quay, nếu cực ở tình trạng bị hở mạch, thì ắc qui sẽ khơng được nạp và điện áp ắc qui điện áp ở cực sẽ giảm dần. Khi điện áp ở cực giảm, bộ tiết chế vi mạch làm tăng d ng kích từ để tăng d ng điện tạo ra. Kết quả là điện áp ở cực tăng lên. Tuy nhiên mạch M. C điều chỉnh d ng kích từ sao cho điện áp ở cực khơng vượt quá 20V để bảo vệ máy phát và bộ tiết chế vi mạch. Khi điện áp ở cực thấp 11 tới 1 V mạch M. C sẽ điều chỉnh để bật đèn báo nạp và điều chỉnh d ng kích từ sao cho điện áp ở cực giảm đồng thời bảo vệ máy phát và bộ tiết chế vi mạch. Hình 5-15: hi bị ngắt - K ĩ ự ắ ạ ữ ự F ự E Khi máy phát quay, nếu cĩ sự ngắn mạch giữa cực F và cực E thì điện áp ở cực sẽ được nối thơng với mát từ cực E qua cuộn dây rotor mà khơng qua cực transistor Tr1. Kết quả là điện áp ra của máy phát trở lên rất lớn vì d ng kích từ khơng được điều khiển bởi transistor, điện áp ở cực sẽ vượt điện áp điều chỉnh. Mạch M. C xác định được cực này và mở transistor Tr2 để bật đèn báo nạp để chỉ ra sự khơng bình thường này. Hình 5-16: hi h n F n i m t 148 d. Về c bản hoạt động của loại này cũng giống như loại nhận biết ắc qui nhưng bộ tiết chế vi mạch loại nhận biết điện áp máy phát khơng cĩ cực để xác định điện áp ắc qui. Như vậy mạch M. C trực tiếp xác định điện áp tạo ra bởi máy phát từ cực và điều chỉnh điện áp máy phát cũng như điều chỉnh đèn báo nạp. Hình 5-17: Tiết hế vi m h nh n biết i n m h t e. Vai tr của cực M ộ phận sưởi điện PTC ộ phận sưởi này được dùng để hâm nĩng nước làm mát động c khi hiệu suất sưởi khơng đủ đặt trong lõi sưởi . Đối với xe cĩ bộ phận sưởi điện PTC, nếu bộ phận sưởi PTC được sử dụng khi động c chạy ở trạng thái khơng tải thì điện năng tiêu thụ sẽ lớn h n điện năng do máy phát tạo ra. Vì lí do này người ta trang bị thêm cực M. Cực M truyền tình trạng phát điện của máy phát tới EC động c thơng qua transistor Tr được lắp đồng bộ với transistor Tr1 để điều khiển d ng kích từ. EC động c điều khiển chế độ khơng tải của động c và bộ phận sưởi điện PTC theo tín hiệu được truyền từ cực M. t ộng: Hình 5-18: m h t M 149 Vì transistor Tr được nối đồng bộ với transistor Tr1 nên khi Tr1 mở thì Tr cũng mở. Cực M sẽ phát ra tín hiệu thay đổi dưới dạng xung. Khi bộ phận sưởi điện PTC làm việc. Hình 5-19: hi bộ h n i àm vi Khi bộ phận sưởi điện PTC khơng làm việc: Hình 5-20: hi bộ h n i khơng àm vi 150 3 M C T O ĐIỆN ÁP ĐÁN L 3 1 h i ni m a yếu tố quan trọng của động c xăng là: h n hợp khơng khí-nhiên liệu h a khí tốt, sức nén tốt, và đánh lửa tốt. Hệ thống đánh lửa tạo ra một tia lửa mạnh, vào thời điểm chính xác để đốt cháy h n hợp h a khí. Hệ thống đánh lửa trên động c cĩ nhiệm vụ biến nguồn điện 12v, 24 v thành các xung điện thế cao. Các xung điện thế cao này được phân bố đến các bugi tạo tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu. Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phĩng điện qua khe hở bugi ở tất cả các chế độ làm việc. Yê ầ á ử - : Trong hệ thống đánh lửa, tia lửa được phát ra giữa các điện cực của các bugi để đốt cháy h n hợp h a khí. H a khí bị nén cĩ điện trở lớn, nên cần phải tạo ra điện thế hàng chục ngàn vơn để đảm bảo phát ra tia lửa mạnh, cĩ thể đốt cháy h n hợp h a khí. - : Hệ thống đánh lửa phải luơn luơn cĩ thời điểm đánh lửa chính xác vào cuối kỳ nén của các xy lanh và gĩc đánh lửa sớm phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động c . - : Hệ thống đánh lửa phải cĩ đủ độ tin cậy để chịu đựng được tác động của rung động và nhiệt của động c . Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp do bơ bin tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt cháy h n hợp h a khí đã được nén ép. H n hợp h a khí được nén ép và đốt cháy trong xi lanh. ự bốc cháy này tạo ra động lực của động c . Nhờ cĩ hiện tượng tự cảm và cảm ứng tư ng h , cuộn dây tạo ra điện áp cao cần thiết cho đánh lửa. Cuộn s cấp tạo ra điện thế hàng trăm vơn c n cuộn thứ cấp thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vơn. 3.2. ấ trú h ng nh -21 kh i ấ trú ủa m h t i n nh a a. Hệ thống đánh lửa bán dẫn: hầu hết các loại ơ tơ hiện nay sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn vì loại này tạo tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng tốt ở các chế độ làm việc của động c , tuổi thọ cao. 151 nh -22 m h i n bản ủa h th ng nh a b n n nh -2 ng n ý h th ng nh a b n n 3 Q tr nh h t tri n ủa h th ng nh a ằ Kiểu hệ thống đánh lửa này cĩ cấu tạo c bản nhất. Trong kiểu hệ thống đánh lửa này, d ng s cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng c . ng s cấp của bơ bin được điều khiển cho chạy ngắt quãng qua tiếp điểm của vít lửa. ộ điều chỉnh đánh lửa sớm li tâm tốc và chân khơng điều khiển thời điểm đánh lửa. ộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cựơn thứ cấp đến các bugi. Hình 5-23: th ng nh a b ng vít 152 Trong kiểu hệ thống đánh lửa này tiếp điểm của vít lửa cần được điều chỉnh thường xuyên hoặc thay thế. Một điện trở phụ được sử dụng để giảm số v ng dây của cuộn s cấp, cải thiện đặc tính tăng trưởng d ng của cuộn s cấp, và giảm đến mức thấp nhất sự giảm áp của cuộn thứ cấp ở tốc độ cao. b. Trong kiểu hệ thống đánh lửa này transistor điều khiển d ng s cấp, để nĩ chạy một cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện được phát ra từ bộ phát tín hiệu. ĩc đánh lửa sớm được điều khiển bằng c như trong kiểu hệ thống đánh lửa bằng vít hoặc cĩ thể dùng các cảm biến vị trí như loại quang, Hall. Hình 5-2 th ng nh a b n n c. E A ( ằ ) Trong kiểu hệ thống đánh lửa này khơng sử dụng bộ đánh lửa sớm chân khơng và li tâm. Thay vào đĩ, chức năng E của ộ điều khiển điện tử EC sẽ điều khiển gĩc đánh lửa sớm. Hình 5-25: th ng nh a b n n E (DI ) Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng bơ bin đ n hoặc đơi cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi. Thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi E của EC động c . Trong các động c gần đây, hệ thống đánh lửa này chiếm - ưu thế. 153 Hình 5-2 th ng nh a I  ề ĩ á ử ớ Trong động c xăng, h n hợp h a khí được đánh lửa để đốt cháy nổ , và áp lực sinh ra từ sự bốc cháy sẽ đẩy píttơng xuống. Năng lượng nhiệt được biến thành động lực cĩ hiệu quả cao nhất khi áp lực nổ cực đại được phát sinh vào thời điểm trục khuỷu ở vị trí 100 sau Điểm Chết Trên T C . Động c khơng tạo ra áp lực nổ cực đại vào thời điểm đánh lửa nĩ phát ra áp suất cực đại chậm một chút, sau khi đánh lửa. Vì vậy, phải đánh lửa sớm, sao cho áp suất cực đại được tạo ra vào thời điểm 100 T C. Thời điểm đánh lửa để động c cĩ thể sản ra áp suất cực đại phải thường xuyên thay đổi, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của động c . Vì thế, hệ thống đánh lửa phải cĩ khả năng thay đổi gĩc đánh lửa sớm để động c tạo ra áp lực nổ một cách cĩ hiệu quả nhất, phù hợp với điều kiện làm việc của động c . Hình 5-27: G nh a ớm Hình 5-28: Quá trình cháy  á oạ áy ị í - G oạ áy rễ ự bốc cháy nổ của h n hợp h a khí khơng phải xuất hiện ngay sau khi đánh lửa. Thoạt đầu, một khu vực nhỏ hạt nhân ở sát ngay tia lửa bắt đầu cháy, và quá trình bắt cháy này lan ra khu vực xung quanh. uãng thời gian từ khi h n 154 hợp h a khí được đánh lửa cho đến khi nĩ bốc cháy được gọi là giai đoạn cháy trễ khoảng đến trong s đồ . iai đoạn cháy trễ đo gần như khơng thay đổi, và nĩ khơng bị ảnh hưởng của điều kiện làm việc động c . - G oạ r yề ọ ử au khi hạt nhân ngọn lửa hình thành, ngọn lửa nhanh chĩng lan truyền ra xung quanh. Tốc độ lan truyền này được gọi là tốc độ lan truyền ngọn lửa, và thời kỳ này được gọi là thời kỳ lan truyền ngọn lửa ~C~ trong s đồ Khi cĩ một lượng lớn h a khí được nạp vào, h n hợp h a khí trở nên cĩ mật độ cao h n. Vì thế, khoảng cách giữa các hạt trong h n hợp h a khí giảm xuống, nhờ thế, tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng lên. Ngồi ra, luồng h n hợp h a khí xốy lốc càng mạnh thì tốc độ lan truyền ngọn lửa càng cao. Khi tốc độ lan truyền ngọn lửa cao, cần phải định thời đánh lửa sớm. o đĩ cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc của động c .  ề ờ á ử Hệ thống đánh lửa điều khiển thời điểm đánh lửa theo tốc độ và tải trọng của động c sao cho áp lực nổ cực đại xuất hiện ở 100 ATDC. Trước đây, các hệ thống đánh lửa sử dụng bộ đánh lửa sớm li tâm và bộ đánh lửa sớm chân khơng để điều khiển đánh lửa sớm hoặc muộn. Tuy nhiên, ngày nay hầu hết các động c đều sử dụng hệ thống E .  ề eo ơ Động c được coi là phát cơng suất hiệu quả nhất khi áp suất cực đại xuất hiện ở 100 T C, khi đĩ thời điểm đánh lửa tối ưu là 100 T C, với tốc độ 1000 v/ph. iả sử tốc độ động c tăng lên đến 2000 v/ph, giai đoạn cháy trễ vẫn gần như khơng đổi với mọi tốc độ động c . Vì thế gĩc quay của trục khuỷu sẽ tăng lên so với khi động c chạy với tốc độ 1000 v/ph. Nếu vẫn sử dụng thời điểm đánh lửa như trong mục cũ cho tốc độ 2000 v/ph thì thời điểm mà động c sản ra áp lực nổ cực đại sẽ bị trễ h n 100 ATDC. Vì vậy, để sản ra áp lực nổ cực đại tại 100 T C khi động c đang chạy 2000 v/ph thì thời điểm đánh lửa phải sớm h n để bù cho gĩc quay của trục khuỷu đã bị trễ. uá trình định thời điểm đánh lửa này được gọi là đánh lửa sớm. Hình 5-29: Điề khi n g nh a ớm 155  ề eo ả rọ ơ Khi động c mang tải thấp thì áp lực nổ cực đại được coi là xuất hiện 100 ATDC, khi thời điểm đánh lửa tối ưu được đặt sớm 200 BTDC. Khi tải trọng của động c tăng, mật độ h a khí cũng tăng và giai đoạn lan truyền ngọn lửa giảm xuống. Vì thế, nếu cứ sử dụng thời điểm đánh lửa như cũ thì thời điểm mà động c sản ra áp suất cực đại sẽ bị sớm h n 100 ATDC. Để sản ra áp lực nổ cực đại tại thời điểm 100 T C khi động c mang tải nặng thì thời điểm đánh lửa phải muộn h n để bù cho gĩc quay của trục khuỷu đã bị sớm. Ngược lại, khi tải trọng của động c thấp thì thời điểm đánh lửa phải sớm h n. ổ Kích nổ trong động c do sự tự bốc cháy gây ra, khi h n hợp h a khí tự bắt lửa trong buồng đốt. Động c trở nên dễ bị kích nổ khi thời điểm đánh lửa sớm. Hiện tượng tiếng gõ mạnh cĩ ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của động c như tăng tiêu hao nhiên liệu, giảm cơng suất phát. Các hệ thống đánh lửa gần đây cĩ điều khiển làm giảm gĩc đánh lửa sớm khi kích nổ, khi cảm biến phát hiện cĩ kích nổ thì điều khiển cho thời điểm đánh lửa muộn, c n khi khơng phát hiện ra kích nổ nữa thì điều khiển cho thời điểm đánh lửa sớm h n. ằng cách ngăn ngừa kích nổ như vậy, hệ thống này giúp tăng tiết kiệm nhiên liệu và tăng cơng suất phát. 3.4. Cấ t h th ng nh a a. Bơ bin ơ bin tạo ra điện áp cao đủ để phĩng tia hồ quang giữa hai điện cực của bugi. Các cuộn s cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi. ố v ng của cuộn thứ cấp lớn h n cuộn s cấp khoảng 100 lần. Một đầu của cuộn s cấp được nối với C đánh lửa, c n một đầu của cuộn thứ cấp được nối với bugi. Các đầu c n lại của các cuộn được nối với ắc quy. t ộng ủa bơ bin - D Khi động c chạy, d ng điện từ ắc quy chạy qua C đánh lửa, vào cuộn s cấp, phù hợp với tín hiệu thời điểm đánh lửa T do EC động c phát ra. Kết quả là các đường sức từ trường được tạo ra chung quanh cuộn dây cĩ lõi ở trung tâm. Hình 5- 0 t ộng ủa b bbin - Ngắt ịng i n và ộn ấ 156 Khi động c tiếp tục chạy, C đánh lửa nhanh chĩng ngắt d ng điện vào cuộn s cấp, phù hợp với tín hiệu T do EC động c phát ra. Kết quả là từ thơng của cuộn s cấp giảm đột ngột. Vì vậy, tạo ra một sức điện động theo chiều chống lại sự giảm từ thơng hiện cĩ, thơng qua tự cảm của cuộn s cấp và cảm ứng tư ng h của cuộn thứ cấp. Hiệu ứng tự cảm tạo ra một thế điện động khoảng 00 V trong cuộn s cấp, và hiệu ứng cảm ứng tư ng h kèm theo của cuộn thứ cấp tạo ra một sức điện động khoảng 0 kV. ức điện động này làm cho bugi phát ra tia lửa. ng s cấp càng lớn và sự ngắt d ng s cấp càng nhanh thì điện thế thứ cấp càng lớn. I C đánh lửa thực hiện một cách chính xác sự ngắt d ng s cấp đi vào bơ bin theo tín hiệu đánh lửa T do EC động c phát ra. Khi tín hiệu T chuyển từ ngắt sang dẫn, C đánh lửa bắt đầu cho d ng điện vào cuộn s cấp. au đĩ, C đánh lửa truyền một tín hiệu khẳng định F cho EC phù hợp với cường độ của d ng s cấp. Tín hiệu khẳng định F được phát ra khi d ng s cấp đạt đến một trị số đã được ấn định F1. Khi d ng s cấp vượt quá trị số qui định F2 thì hệ thống sẽ xác định rằng lượng d ng cần thiết đã chạy qua và cho phát tín hiệu F để trở về điện thế ban đầu. ạng sĩng của tín hiệu F thay đổi theo từng kiểu động c . Nếu EC khơng nhận được tín hiệu F, nĩ sẽ quyết định rằng đã cĩ sai sĩt trong hệ thống đánh lửa. Để ngăn ngừa sự quá nhiệt, EC sẽ cho ngừng phun nhiên liệu và lưu giữ sự sai sĩt này trong chức năng chẩn đốn. Tuy nhiên, EC động c khơng thể phát hiện các sai sĩt trong mạch thứ cấp vì nĩ chỉ kiểm sốt mạch s cấp để nhận tín hiệu F. Trong một số kiểu động c , tín hiệu F được xác định thơng qua điện thế s cấp. Hình 5- 1 t ộng ủa IC nh a 157 - ề ị ổ Khi d ng s cấp đạt đến một trị số đã định, C đánh lửa sẽ khống chế cường độ cực đại bằng cách điều chỉnh d ng. Hình 5- 2 C iề khi n ủa IC nh a - Để điều chỉnh quãng thời gian gĩc đĩng tồn tại của d ng s cấp thời gian này cần phải giảm xuống khi tốc độ của động c tăng lên trong một số kiểu động c gần đây, chức năng kiểm sốt này được thực hiện thơng qua tín hiệu T . Khi tín hiệu T chuyển từ dẫn sang ngắt, C đánh lửa sẽ ngắt d ng s cấp. Vào thời điểm d ng s cấp bị ngắt, điện thế hàng trăm vơn được tạo ra trong cuơn s cấp và hàng chục ngàn vơn được tạo ra trong cuộn thứ cấp, làm cho bugi phĩng tia lửa. c. Bugi Điện thế cao trong cuộn thứ cấp làm phát sinh ra tia lửa giữa điện cực trung tâm và điện cực nối mát của bugi để đốt cháy h n hợp h a khí đã được nén trong xy lanh. - C ấ nh a ự nổ của h n hợp h a khí do tia lửa từ bugi được gọi chung là sự bốc cháy. Tuy nhiên, sự bốc cháy khơng phải xảy ra tức khắc, mà diễn ra như sau: Tia lửa xuyên qua h n hợp h a khí từ điện cực trung tâm đến điện cực nối mát. Kết quả là phần h n hợp h a khí dọc theo tia lửa bị kích hoạt, phản ứng hố học ơxy hố xảy ra, và sản sinh ra nhiệt để hình thành nhân ngọn lửa . Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt h n hợp h a khí bao quanh, và phần h n hợp này lại kích hoạt chung quanh nĩ. Hình 5-32: Bugi 158 Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa được mở rộng ra trong một quá trình lan truyền ngọn lửa để đốt cháy h n hợp h a khí. Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt toả ra từ tia lửa. Kết quả là nhân ngọn lửa bị tắt và động c khơng nổ. Hiện tượng này được gọi là sự dập tắt điện cực. Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực này lớn thì nhân ngọn lửa sẽ bị tắt. Hình 5-33: C ấ nh a - Đặ tính nh a q - H á ự í ĩ Các điện cực tr n khĩ phĩng điện, trong khi đĩ các điện cực vuơng hoặc nhọn lại dễ phĩng điện. ua quá trình sử dụng lâu dài, các điện cực bị làm tr n dần và trở nên khĩ đánh lửa. Vì vậy, cần phải thay thế bugi. Các bugi cĩ điện cực mảnh và nhọn thì phĩng điện dễ h n. Tuy nhiên, những điện cực như thế sẽ chĩng m n và tuổi thọ của bugi sẽ ngắn h n. Vì thế, một số bugi cĩ các điện cực được hàn đắp platin hoặc iridium để chống m n. Chúng được gọi là các bugi cĩ cực platin hoặc iridium. Hình 5-34: Đặ tính nh a Khoảng thời gian thay thế bugi: Kiểu bugi thơng thường: sau 10.000 đến 0.000 km Kiểu cĩ điện cực platin hoặc iridium: sau 100.000 đến 240.000 km 159 Khoảng thời gian thay bugi cĩ thể thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động c , và nước sử dụng. - K e ở ự á yê ầ Khi bugi bị ăn m n thì khe hở giữa các điện cực tăng lên, và động c cĩ thể bỏ máy. Khi khe hở giữa cực trung tâm và cực nối mát tăng lên, sự phĩng tia lửa giữa các điện cực trở nên khĩ khăn. o đĩ, cần cĩ một điện áp lớn h n để phĩng tia lửa. Vì vậy cần phải định kỳ điều chỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi. - Nếu cĩ thể cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực tăng lên thì bugi sẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt h n. Vì thế, trên thị trường cĩ những bugi cĩ khe hở rộng đến 1,1 mm. - Các bugi cĩ điện cực platin hoặc iridium khơng cần điều chỉnh khe hở vì chúng khơng bị m n chỉ cần thay thế - ự ạ Khi bugi đạt đến một nhiệt độ nhất định, nĩ đốt cháy hết các muội than đọng trên khu vực đánh lửa, giữ cho khu vực này luơn sạch. Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ tự làm sạch. Tác dụng tự làm sạch của bugi xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 00 C. Nếu các điện cực chưa đạt đến nhiệt độ tự làm sạch này thì muội than sẽ tích luỹ trong khu vực đánh lửa của bugi. Hiện tượng này cĩ thể làm cho bugi khơng đánh lửa được tốt. Hình 5-35: Nhi t ộ t àm h và t b n a - ự é ử Nếu bản thân bugi trở thành nguồn nhiệt và đốt cháy h n hợp h a khí mà khơng cần đánh lửa, thì hiện tượng này được gọi là nhiệt độ tự bén lửa . Hiện tượng tự bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 00 C. Nếu nĩ xuất hiện, cơng suất của động c sẽ giảm sút vì thời điểm đánh lửa khơng đúng, và các điện cực hoặc píttơng cĩ thể bị chảy từng phần. 160 3.5 t ộng ủa h th ng nh a Hình 5-36: Nguyên ý h t ộng ủa h th ng nh a 1. ộ phát tín hiệu phát ra tín hiệu đánh lửa. 2. ộ đánh lửa C đánh lửa nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy d ng s cấp. . Cuơn đánh lửa, với d ng s cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra d ng cao áp. . ộ chia điện sẽ phân phối d ng cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi . ugi nhận d ng cao áp và đánh lửa để đốt cháy h n hợp h a khí Thời điểm đánh lửa sớm được điều khiển bởi bộ đánh lửa sớm li tấm và bộ đánh lửa sớm chân khơng. - B á ử ớ â Bộ đánh lửa sớm li tâm điều khiển đánh lửa sớm theo tốc độ của động c . Thơng thường, vị trí các quả văng của bộ đánh lửa sớm li tâm được xác định bằng l xo của nĩ. Khi tốc độ của trục bộ chia điện tăng lên cùng với tốc độ của động c , lực ly tâm vượt quá lực của l xo, cho phép các quả văng tách xa ra. Kết quả là vị trí của rotor tín hiệu dịch chuyển vượt quá một gĩc đã định và cho đánh lửa sớm. Hình 5-37 ộ nh a ớm i t m 161 - ộ nh a ớm h n khơng ộ đánh lửa sớm chân khơng điều khiển đánh lửa sớm theo tải trọng của động c . Màng được liên kết với tấm ngắt thơng qua thanh đẩy. uồng màng được nối thơng với cửa trước của đường ống nạp. Khi bướm ga hé mở, áp suất chân khơng từ cửa trước sẽ hút màng để làm quay tấm ngắt. Kết quả là bộ phát tín hiệu dịch chuyển, và gây ra đánh lửa sớm. Hình 5- 8 ộ nh a ớm h n khơng b. E A Hình 5- 9 th ng nh a b n n E 1. EC động c nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính tốn thời điểm đánh lửa tối ưu, và gửi tín hiệu đánh lửa tới C đánh lửa. EC động c cũng cĩ tác dụng điều khiển đánh lửa sớm . 2. C đánh lửa nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy d ng s cấp. . ơ bin, với d ng s cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra d ng cao áp . ộ chia điện sẽ phân phối d ng cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi. . ugi nhận d ng cao áp và đánh lửa để đốt cháy h n hợp h a khí 162 c. Hình 5- 0 th ng nh a tr tiế Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp ĐLTT , bộ chia điện khơng c n được sử dụng nữa. Thay vào đĩ, hệ thống ĐLTT cung cấp một bơ bin cùng với một C đánh lửa độc lập cho m i xy-lanh. Vì hệ thống này khơng cần sử dụng bộ chia điện hoặc dây cao áp nên nĩ cĩ thể giảm tổn thất năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độ bền. Đồng thời nĩ cũng giảm đến mức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì khơng sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp. Chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa được thực hiện thơng qua việc sử dụng E đánh lửa sớm bằng điện tử . EC của động c nhận được các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính tốn thời điểm đánh lửa, truyền tín hiệu đánh lửa đến C đánh lửa. Thời điểm đánh lửa được tính tốn liên tục theo điều kiện của động c , dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã được lưu giữ trong máy tính, dưới dạng một bản đồ E . o với điều khiển đánh lửa c học của các hệ thống thơng thường thì phư ng pháp điều khiển bằng E cĩ độ chính xác cao h n và khơng cần phải đặt lại thời điểm đánh lửa. Kết quả là hệ thống này giúp cải thiện tiết kiệm nhiên liệu và tăng cơng suất phát ra. 163 ( hình bên -41) Hình 5- 1 C thành h n ủa h th ng nh a tr tiế ỷ ( E) Phát hiện gĩc quay trục khuỷu tốc độ động c ( ) Nhận biết xy lanh, kỳ và theo dõi định thời của trục cam. 3 ổ ( ) Phát hiện tiếng gõ của động c 4 ( A) Phát hiện gĩc mở của bướm ga 5 ( / I ) Phát hiện lượng khơng khí nạp. 6 ( W) Phát hiện nhiệt độ nước làm mát động c 7 I Đĩng và ngắt d ng điện trong cuộn s cấp vào thời điểm tối ưu. ửi các tín hiệu F đến EC động c . 8 E U Phát ra các tín hiệu T dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, và gửi tín hiệu đến bơ bin cĩ C đánh lửa. 9. Bugi: Phát ra tia lửa điện để đốt cháy h n hợp h a khí. Hình 5- 2 ng n ý ủa h th ng nh a tr tiế 164 B ĩ I á ử Thiết bị này bao gồm C đánh lửa và bơ bin kết hợp thành một cụm. Trước đây, d ng điện cao áp được dẫn đến xy lanh bằng dây cao áp. Nhưng nay, thì bơ bin cĩ thể nối trực tiếp đến bugi của từng xy lanh thơng qua việc sử dụng bơ bin kết hợp với C đánh lửa. Hình 5-43: ơ bin kết h với IC nh a 1. EC động c nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và xác định thời điểm đánh lửa tối ưu. EC của động c cũng cĩ tác động đến việc điều khiển đánh lửa sớm 2. EC động c gửi tín hiệu T đến bơ bin cĩ C đánh lửa. Tín hiệu T được gửi đến C đánh lửa theo thứ tự đánh lửa 1-3-4-2). . Cuộn đánh lửa, với d ng s cấp được ngắt đột ngột, sẽ sinh ra d ng cao áp. . Tín hiệu F được gửi đến EC động c khi d ng s cấp vượt quá một trị số đã định. . ng cao áp phát ra từ cuộn thứ cấp sẽ được dẫn đến bugi và gây đánh lửa. Hình 5-44: ủa h th ng nh a 1NZ-FE Khoảng cách dẫn điện cao áp được rút ngắn nhờ cĩ nối trực tiếp bơ bin với bugi, làm giảm tổn thất điện áp và nhiễu điện từ. Nhờ thế độ tin cậy của hệ thống đánh lửa được nâng cao. au đây là một thí dụ về vận hành dựa trên của động c 1N -FE, dùng bơ bin kết hợp với C đánh lửa. 165 3.6 i m tra h th ng nh a a. ầ - Cho động c chạy để hâm nĩng lên và nối tắt các cực TE1 và E1 trên LC1, hoặc TC và C trên LC . - Nối k p của đèn soi thời điểm đánh lửa vào mạch nguồn của cuộn đánh lửa. - Kiểm tra thời điểm đánh lửa với bướm ga đĩng hồn tồn - Thời điểm đánh lửa ban đầu được cài đặt bằng cách nối tắt các cực TE1 và E1 trên LC1, hoặc TC và C trên LC . - Cĩ hai kiểu k p của đèn soi thời điểm đánh lửa: kiểu d theo Đĩng/Ngắt d ng s cấp và kiểu theo điện áp thứ cấp. - Vì thời điểm đánh lửa sẽ được đặt sớm khi bướm ga mở, nên bướm ga cần được kiểm tra xem đã đ ng hồn tồn chưa. Thời điểm đánh lửa ban đầu khơng chuẩn xác cĩ thể làm giảm cơng suất động c , tăng tiêu hao nhiên liệu hoặc kích nổ. Hình 5-45: i m tra th i i m nh a Hình 5-46: Th b gi b ugi sẽ khơng đánh lửa khi bị nứt, điện cực bị m n, bẩn hoặc khe hở quá lớn. Khi khe hở quá nhỏ, tia lửa cĩ thể bị dập tắt. Trong trường hợp này, nhiên liệu khơng được đốt cháy, ngay cả khi cĩ tia lửa. Nếu sử dụng bugi với vùng nhiệt khơng phù hợp thì cĩ thể dẫn đến tích luỹ muội than hoặc chảy điện cực. c - Tháo tất cả giắc nối của kim phun để khơng cĩ phun nhiên liệu. 166 - Tháo bơ bin với bộ đánh lửa và bugi - Nối lại bugi vào bơ bin. - Nối giắc nối với bugi, và nối mát cho bugi. Kiểm tra xem bugi cĩ đánh lửa hay khơng khi khởi động động c . Việc kiểm tra này nhằm xác định xem xy lanh nào khơng được đánh lửa. Khi kiểm tra bugi, khơng cho quay khởi động động c lâu quá -10 giây. 167 TÀI LIỆU T M ẢO 1 ổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch (R. H.WARRING - - ) 2 iáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng ( ễ - Nhà ) [3 ổ tay tra cứu các tran ito Nhật ản ( ễ , X ) [4] ụng cụ bán dẫn – tác giả Đổ uân Thụ – Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. [5] Kỹ thuật mạch điện tử – tác giả Phạm uân Khánh, ồ uốc ảo, Nguyễn Viết Tuyến, Nguyễn Thị Phước Vân – Nhà xuất bản iáo dục [6] Căn bản điện tử – Tác giả Đổ Thanh Hải – nhà xuất bản Thanh niên.