Giáo trình Điện tử công nghiệp (Trình độ Cao đẳng)

phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Tiến bộ khoa học kỹ thuật đã từng ngày đổi mới các phần tử các mạch điều khiển trong từng máy riêng lẻ cũng như công nghệ sản xuất của nhiều lĩnh vực khác nhau. Điện tử công nghiệp ngày nay không chỉ bó hẹp trong lĩnh vực công nghiệp mà còn có mặt ở hầu hết các lĩnh vực kinh tế khác nhau, khi chúng ta phấn đấu xây dựng một nền kinh tế theo phương thức công nghiệp hóa. Vì vậy giáo trình Điện tử công nghiệp là một nội dung học tập không thể thiếu của những ngành có liên quan đến vận hành, quản lý, sửa chữa các máy móc, trang bị và dây chuyền công nghệ. Nội dung giáo trình gồm 4 chương Chương 1: Tổng quan về điện tử công nghiệp. Chương 2: Mạch chỉnh lưu Chương 3: Các bộ khuếch đại Chương 4: Các bộ biến đổi điện áp xoay chiều Nội dung của giáo trình khá rộng, vì vậy tùy theo yêu cầu ngành học mà có thể đi sâu và chương này và có thể tìm hiểu khái quát ở chương kia. Trong quá trình biên soạn bản thân tôi đã cố gắng trình bày các nội dung một cách đơn giản dễ hiểu nhất, để người đọc có thể tự học. Giáo trình biên soạn cho đối tượng học sinh sinh viên học nghề tại các trường chuyên nghiệp. Trong quá trình biên soạn bản thân tôi cố gắng cập nhật những tiến bộ khoa học được áp dùng vào trong thực tế sản xuất và diễn đạt một cách đơn giản, dễ hiểu nhất. Tuy nhiên vẫn không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy rất mong sự đóng góp của đồng nghiệp, bạn bè và các em học sinh sinh viên để giáo trình được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn Lào Cai, ngày ..tháng ..năm Tác giả: Phạm Thị Huê 3 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ................................ 6 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHI ỆP.................................. 6 1.1.1. Điện tử công nghiệp.................................................................................. 6 1.1.2. Đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất................................... 6 1.2.CÁC LINH KIỆN CHUYỂN MẠCH TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP. .... 6 1.2.1. Các linh kiện điện tử thụ động .................................................................. 6 1.2.2. Các linh kiện điện tử tích cực ................................................................. 15 CHƯƠNG 2: MẠCH CHỈNH LƯU ..................................................................... 24 2.1. MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN .............................................. 24 2.1.1. Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ ................................................................ 24 2.1.2. Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ .......................................................... 25 2.1.3. Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia ............................................................... 26 2.1.4. Mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu ............................................................. 27 2.2. MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN ...................................................... 28 2.2.1. Giới thiệu chung ..................................................................................... 28 2.2.1. Chỉnh lưu có điều khiển một pha nửa chu kỳ .......................................... 29 CHƯƠNG 3: CÁC BỘ KHUẾCH ĐẠI ................................................................ 33 3.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ......................................................................... 33 3.1.1. Nguyên lý chung xây dựng một tầng khuếch đại .................................... 33 3.1.2. Các tham số cơ bản của tầng khuếch đại ................................................. 33 3.1.3. Các chế độ làm việc của tầng khuếch đại. ............................................... 34 3.1.4. Hồi tiếp trong phản hồi ........................................................................... 34 3.2. TẦNG KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR BIPOLAR........................... 34 3.2.1. Tầng khuếch đại Emitơ chung (EC) ........................................................ 34 3.2.2. Tầng khuếch đại Colectơ chung (CC) ..................................................... 35 3.2.3. Tầng khuếch đại Bazơ chung BC ............................................................ 36 3.3. GHÉP GIỮA CÁC TẦNG KHUẾCH ĐẠI ................................................... 37 3.3.1. Lý do ghép tầng ...................................................................................... 37 3.3.2. Ghép tầng dùng tụ điện ........................................................................... 38 3.3.3. Ghép tầng bằng máy biến áp ................................................................... 39 3.4. KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ....................................................................... 40 3.4.1. Khuếch đại công suất chế độ A ............................................................... 41 3.4.2. Khuếch đại công suất chế độ B. .............................................................. 42 3.5. KHUẾCH ĐẠI DÙNG VI MẠCH THUẬT TOÁN ...................................... 44 3.5.1. Khái niệm chung..................................................................................... 44 3.5.2. Một số ứng dụng của khuếch đại thuật toán ............................................ 46 CHƯƠNG 4: CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU .............................. 52 4.1. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHI ỀU MỘT PHA ................................. 52 4.1.1. Trường hợp tải thuần trở (R) ................................................................... 52 4.1.2. Trường hợp tải thuần cảm ( L) ................................................................ 54 4.1.3. Trường hợp tải RL .................................................................................. 56 4.2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHI ỀU BA PHA ..................................... 58 4.2.1. Trường hợp tải thuần trở R ..................................................................... 58 4 4.2.2. Trường hợp tải thuần cảm L ................................................................... 59 4.2.3. Trường hợp tải RL nối tiếp ..................................................................... 60 5 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Môn học: Điện tử công nghiệp Mã môn học: MH 13 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí môn học: Môn học được bố trí sau khi học xong môn học Kỹ thuật điện và Kỹ thuật an toàn. - Tính chất môn học: Điện tử công nghiệp là môn học chuyên môn nghề. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Giúp người học nhận biết được các linh kiện, biết đo và kiểm tra các linh kiện điện tử, đồng thời lắp và khảo sát được một số mạch có ứng dụng các linh kiện điện tử cơ bản. Mục tiêu của môn học: 1. Kiến thức: - Mô tả được cấu tạo, các đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của các linh kiện điện tử như: Diode, Transistor, Thyristor, Triac,... - Giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch điện đơn giản. 2. Kỹ năng: - Lắp ráp, khảo sát được các mạch chỉnh lưu, mạch khuếch đại và mạch biến đổi điện áp xoay chiều. - Sửa chữa được một số mạch điện đơn giản. 3. Năng tự chủ và trách nhiệm: - Ứng dụng các công nghệ mới vào việc xử lý các sự cố hệ thống điện; - Tích cực chủ động trong học tập. NỘI DUNG CHI TIẾT CỦA GIÁO TRÌNH MÔN HỌC 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Mục tiêu - Trình bày được các khái niệm chung về điện tử công nghiệp. - Nhận biết được các linh kiện chuyển mạch dùng trong điện tử công nghiệp. - Đo, đọc và kiểm tra được một số linh kiện chuyển mạch thông dụng. - Rèn luyện tính cẩn thận, nghiêm túc trong học tập. Nội dung chính 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHI ỆP 1.1.1. Điện tử công nghiệp Điện tử công nghiệp là môn học chuyên tìm hiểu quá trình xử lý và lắp đặt các mạch điện tử. Người học môn Điện tử công nghiệp thường được bố trí làm việc ở các nhà máy hoặc phân xưởng, các công ty, doanh nghiệp điện, điện tử. Làm việc trong các tổ cơ điện, phòng bảo dưỡng bảo trì thiết bị điện của các nhà máy, xí nghiệp. 1.1.2. Đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất Phần tử bán dẫn đóng cắt với kích thước nhỏ nhưng chịu được điện áp, dòng điện càng lớn và tổn hao công suất thấp. 1.2.CÁC LINH KIỆN CHUYỂN MẠCH TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP. 1.2.1. Các linh kiện điện tử thụ động Trong mạch điện, trạng thái điện của một linh kiện (hay phần tử) được thể hiện bởi hai thông số trạng thái là điện áp đặt trên linh kiện và dòng điện chạy qua nó. Các phần tử tạo ra điện áp hay dòng điện gọi là nguồn điện áp (nguồn áp) hay nguồn dòng điện (nguồn dòng). Các phần tử không tạo được điện áp hay dòng điện gọi là các phần tử tiêu thụ điện (các phụ tải). Tùy theo yêu cầu sử dụng, các linh kiện được chế tạo dưới nhiều dạng khác nhau và có những đặc tính kỹ thuật tương ứng với lĩnh vực sử dụng. Các linh kiện điện tử thụ động gồm: Điện trở, tụ điện, cuộn cảm. 1.2.1.1.Điện trở + Điện trở trong mạch được dùng để điều chỉnh thiên áp; hạn chế dòng điện; điều chỉnh độ khuyếch đại; tạo thành mạch hằng số thời gian; làm phụ tải cho mạch; tạo nhiệt, ổn định nhiệt;... và nhiều chức năng khác. + Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện. Nếu vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn. + Giá trị điện trở không phụ thuộc vào tần số dòng điện, nghĩa là giá trị điện trở không thay đổi khi dùng ở mạch một chiều cũng như xoay chiều. 7 + Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo công thức sau: R = S l. (1.1) Trong đó ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu l: là chiều dài dây dẫn S : là tiết diện dây dẫn R : là điện trở đơn vị là Ohm + Khi sử dụng điện trở cần quan tâm đến các thông số sau : - Giá trị điện trở - Sai số của điện trở (tính theo %) hay độ chính xác của điện trở. - Công suất tối đa cho phép (mà điện trở tiêu thụ) - Các tham số về đặc điểm cấu tạo, vật liệu chế tạo. + Điện tở được chia làm 2 loại : - Điện trở có giá trị cố định : Hình a - Điện trở có giá trị thay đổi :Hình b a b Hình 1.1: Điện trở có giá trị cố định (a) điện trở có giá trị thay đổi (b) * Cấu tạo : Điện trở than được chế tạo bằng cách cho bột than trộn với keo được ép thành thỏi, hai đầu đưa ra 2 dây gọi là chân điện trở. Loại này rẻ nhưng độ chính xác thấp. Điện trở than phun : Bột than được phun theo rãnh trên ống sứ. Loại này dùng phổ biến vì độ chính xác cao hơn. Điện trở dây quấn: Dây kim loại có điện trở suất cao được quấn trên ống cách điện rồi tráng men phủ toàn bộ hoặc chừa một khoảng để dịch một con chạy trên thân điện trở nhằm điều chỉnh trị số. Cũng có loại điện trở dây quấn không phủ men. 8 Điện trở dây quấn có nhiều vòng dây nên gây ra cảm kháng. Để giảm và trừ khử cảm kháng này người ta dùng 2 cách: hoặc quấn dây trên tấm cách điện thật dẹt, hoặc quấn chập đôi để 2 vòng dây cạnh nhau có dòng điện chạy ngược chiều. Điện trở dây quấn chịu được công suất tiêu tán lớn, bền và chính xác nhưng giá thành cao. Biến trở: Là điện trở dây quấn hay than phun hình vòng cung, trên đó có một con chạy có thể thay đổi vị trí khi xoay trục. Biến trở thường có 3 đầu ra, đầu giữa thường ứng với con chạy. Con chạy chia điện trở vòng cung thành 2 phần: 1 và 2. Tùy theo vị trí con chạy mà các điện tở phần 1 và phần 2 tăng hoặc giảm và ta có thể sử dụng tùy theo cách nối đầu ra. Biến trở làm nhiệm vụ phân áp gọi là chiết áp. * Ký hiệu a b Hình 1.2: Ký hiệu điện trở (a) biến trở (b) * Cách đọc điện trở - Đọc trực tiếp: Một số điện trở thường là điện trở có công suất lớn, được nhà sản xuất ghi giá trị điện trở và công suất tiêu tán cho phép trực tiếp lên thân điện trở . Ví dụ: x 5 y 1k  2M Các giá trị 5 ; 1K , 2M, - Đọc theo mã thập phân: Vì thân điện trở nhỏ nên khó ghi được nhiều số và đơn vị. Vì vậy người ta thống nhất đơn vị là . Để tránh ghi nhiều số người ta quy định chỉ ghi 1 số có 3 chữ số. Trong đó 2 số đầu là 2 số của trị số điện trở. Số thứ 3 là số các số 0 thêm vào tiếp theo bên phải của 2 số trước. VD: 102 = 1000  - Đọc theo mã vạch màu: Tuân thủ theo bảng quy ước mã màu quốc tế như sau: Bảng 1.1 Bảng quy ước mã màu Màu Vòng 1 Sai số Đen 0 Nâu 1 1% Đỏ 2 2% Cam 3 Vàng 4 9 Xanh lá 5 0,5% Xanh dương 6 0,25% Tím 7 0,1% Xám 8 Trắng 9 Vàng nhũ -1 5% Bạc -2 10% Không màu 20% Điện trở loại 4 vòng màu: Đây là điện trở thường gặp nhất - Vòng 1: Chỉ số thứ nhất - Vòng 2: Chỉ số thứ 2 - Vòng 3: Chỉ các số 0 thêm vào - Vòng 4: Sai số tính theo % VD: Vàng – tím – cam - nhũ bạc R = 47000 ± 10% Điện trở loại 5 vòng màu: Là điện trở có độ chính cao - Vòng 1: Chỉ số thứ nhất - Vòng 2: Chỉ số thứ 2 - Vòng 3: Chỉ số thứ 3 - Vòng 4: Chỉ các số 0 thêm vào VD: Nâu – tím - đỏ - đỏ - nâu R = 17200 ± 1% * Cách đo điện trở + Bước 1: Chỉnh thang đo về vị trí đo điện trở x1; x10; x100. + Bước 2: Chỉnh KHÔNG thang đo bằng cách chập hai đầu que đo rồi chỉnh chiết áp để kim đồng hồ chỉ giá trị không + Bước 3 : Đặt que đo vào hai đầu điện trở, đọc trị số điện trở. Giá trị đo được = chỉ số kim chỉ thị x thang đo Ví dụ: Để thang x100 và giá trị kim chỉ là 27 khi đó giá trị điện trở là 100 x 27 = 2700 = 2,7 K Chú ý: - Nếu ta để thang đo quá cao thì kim chỉ lên một chút, như vậy đọc trị số sẽ không chính xác - Nếu ta để thang đo quá thấp, kim lên quá nhiều và đọc trị số cũng không chính xác. Vậy tính toán sao cho kim lên quá 2/3 thang đo là được. - Khi đo các điện trở có trị số từ 10k trở lên thì ta không cầm tay vào hai đầu điện trở. 10 - Đối với các điện trở nằm trong mạch điện thì ta cũng đọc trị số và đo như bình thường. Kết quả thường có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng giá trị ghi trên thân. Để có kết quả chính xác ta có thể tháo 1 chân ra khỏi vỉ mạch hoặc tháo hẳn ra ngoài để đo. Điện trở màng than thường hỏng ở dạng tăng trị số, không hỏng ở dạng giảm trị số. - Đối với các điện trở nhiệt khi đo kiểm tra ta phải tác động nhiệt độ bằng cách dùng mỏ hàn nung nóng điện trở lên nếu trị số thay đổi được theo nhiệt độ thì trở kiểm tra vẫn tốt - Đối với biến trở thì ta đo chân giữa với chân cạnh và điều chỉnh nếu thấy kim thay đổi đều thì biến trở kiểm tra là tốt, nếu kim giật cục lên thì biến trở hỏng, biến trở thường hư hỏng ở dạng bụi bẩn gây tiếp xúc không tốt (rỗ màng than) gây ra nhiễu khi điều chỉnh. Khi biến trở tiếp xúc không tốt gây nhiễu khi điều chỉnh thì ta xử lý bằng cách tra dầu cách điện. Khi đo điện trở ta sử dụng nguồn pin bên trong của đồng hồ thông qua que đo đặt lên điện trở để nối kín mạch làm quay khung dây do vậy chỉ được đo điện trở khi trong mạch không có điện (đo nguội). Hai đầu que đo được đấu với nguồn Pin của đồng hồ như sau: Que đỏ của đồng hồ nối với cực âm của nguồn Pin Que đen của đồng hồ nối với cực dương của nguồn Pin 1.2.1.2. Tụ điện a, Cấu tạo: Hai vật dẫn thường là hai tấm kim loại đặt gần nhau và cách điện nhau tạo thành một tụ điện. Các tấm kim loại gọi là bản cực của tụ điện. Hình 1.3: Cấu tạo tụ điện Tùy theo chất cách điện giữa hai bản cực mà tụ được chia thành nhiều loại: Tụ không khí, tụ giấy, tụ mi ca, tụ dầu, tụ gốm, tụ sứ, tụ hóa,... b, Đặc điểm, hình dạng : Đặc điểm Điện dung của tụ điện tăng theo điện tích đối diện giữa hai bản cực, nên để tăng điện dung phải tăng diện tích bản cực. Khi đó, kích thước sẽ tăng. Để kích thước gọn lại, người ta làm hai bản cực là hai lá kim loại đặt xen kẽ giữa hai bản giấy cách điện rồi cuộn tròn lại như hình vẽ. 11 + Khi sử dụng tụ cần quan tâm đến các thông số sau: - Giá trị điện dung - Sai số của điện dung (%) - Điện áp làm việc - Các tham số khác cũng như loại tụ Hình dạng a b c d e f Hình 1.4: Hình dạng tụ(a) mi ca, (b)tụ giấy, (c)tụ gốm, (d)tụ dầu (e)tụ sứ , (f) tụ hóa c, Ký hiệu, phân loại, cách đọc và cách đo tụ. * Ký hiệu Hình 1.5: Ký hiệu tụ điện 12 * Phân loại - Theo cực tính: tụ có cực tính và tụ không cực tính. - Theo giá trị điện dung: tụ có giá trị cố định và tụ có giá trị điện dung thay đổi. * Cách đọc tụ + Đọc trực tiếp: Trường hợp 1: Cách đọc này áp dụng cho tụ có kích thước lớn như tụ hoá, tụ mica Ví dụ: trên thân tụ hoá có ghi 1000 uF -10V, +850C nghĩa là tụ có điện dung 1000 uF, điện áp một chiều lớn nhất mà tụ chịu được là 10V và nhiệt độ cao nhất mà không bị hỏng là 850C. Trường hợp 2: Cách đọc này dùng cho tụ có kích thước nhỏ, gồm các số và chữ với một số kiểu quy ước như sau Với loại tụ ký hiệu bằng 3 chữ số và 1 chữ cái: - Đơn vị là pF - Các chữ số đầu chỉ giá trị thực - Chữ số cuối cùng chỉ số số 0 thêm vào - Chữ in hoa chỉ dung sai Ví dụ: Đọc giá trị của tụ trên thân ghi 225J250V Vậy tụ có giá trị: 2200000 ± 5%.2200000 (pF) Lưu ý: Trong trường hợp tụ có giá trị chính xác thì không có phần chữ cái + Đọc thông qua mã vạch màu. Đọc tương tự như đọc điện trở Lưu ý: Các tụ thông thường là loại không phân cực. Tụ hóa là tụ có cực tính và khi làm việc phải nối đúng cực tính, nếu nối ngược tụ sẽ hỏng. * Đo và kiểm tra tụ điện Thực hiện theo các bước sau: Bước 1: Chọn thang đo điện trở x1, x10 Bước 2: Chỉnh KHÔNG thang đo Bước 3: Đặt 2 đầu que đo vào hai cực của tụ điện – quan sát kim đồng hồ Bước 4: Kết luận - Nếu kim lên rồi trở về ∞ → tụ tốt. - Nếu kim lên rồi đứng yên hoặc trở về cách ∞ một khoảng → tụ bị khô hoặc bị rò - Nếu kim lên rồi về 0 → tụ bị nối tắt. Lưu ý : + Khi đo lúc đầu bật ở thang ôm nhỏ sau đó chuyển dần lên các thang lớn hơn nếu thấy kim chưa vọt quá 2/3 thang đo. + Phép kiểm tra tụ bằng đồng hồ vạn năng chỉ là tương đối, ta dùng để kiểm tra sơ bộ. 13 + Đối với tụ thường có trị số từ 103 trở xuống khi bật về thang ôm X10K đo vào tụ nếu thấy kim không lên là tốt. d, Quá trình nạp và phóng điện của tụ. a, b, Hình 1.6: Quá trình nạp (a), phóng điện của tụ(b) Đóng khóa K về vị trí 1, tụ C được nạp điện từ nguồn điện áp U qua điện trở R. Lúc đầu Uc = 0 nên dòng điện nạp ic là lớn nhất: i c = iR = R U (1.2) Trong quá trình nạp thì uc tăng dần và dòng nạp giảm dần vì: Ic = iR = R uU R u CR  (1.3) Đường biểu diễn iC và uC theo hình mũ như hình b và phụ thuộc vào thông số R, C. Thời gian nạp đầy của tụ tăng khi R tăng và C tăng . Tích RC gọi là hằng số thời gian của mạch. CR. (1.4) Khi đóng khóa K về vị trí 2, tụ C sữ phóng điện qua R từ +C qua –C. Dòn phóng có chiều với chiều nạp. 1 K C R 2 Ic Ic U t Uc Ic Ic U 0 t Uc t 14 Lúc đầu, dòng phóng có giá tị lớn nhất: iC = R U (1.6) Trong quá trình nạp điện, điện áp uC giảm dần và dòng phóng cũng giảm. 1.2.1.3. Cuộn cảm. Cuộn cảm là cuộn dây dẫn điện có lõi bằng chất sắt từ hay không có lõi d, Ký hiệu, hình dạng và cách đo cuộn dây * Ký hiệu Hình 1.7: Ký hiệu của cuộn dây * Hình dạng Hình 1.8: Hình dạng thực tế cuộn dây Khi không có dòng điện chạy qua, cuộn cảm trở thành một nam châm điện. Từ trường của cuộn cảm mạnh hay yếu tùy theo số vòng dây cuộn cảm nhiều hay ít, dòng điện chạy qua cuộn cảm lớn hay bé và cuộn cảm có lõi sắt từ hay không. Dòng một chiều không đổi chạy qua cuộn cảm sẽ sinh ra một từ trường không đổi. Dòng một chiều biến thêm hoặc dòng xoay chiều qua cuộn cảm sẽ sinh ra một từ trường biến thiên. Từ trường này gây ra sức điện động cảm ứng trong cuộn dây. Dòng tự cảm có xu hướng chống lại sự biến thiên của dòng điện chính đã sinh ra nó. Khi dòng điện trong cuộn cảm tăng lên, dòng tự cảm ngược chiều làm dòng điện cuộn cảm tăng chậm. Khi dòng điện trong cuộn cảm giảm xuống, dòng tự cảm cùng chiều làm dòng điện cuôn cảm giảm chậm. - Do có sức điện động tự cảm khi cho dòng xoay chiều hay dòng một chiều biến thiên chạy qua cuộn cảm, nên đối với cuộn cảm ngoài điện trở do điện trở R của dây quấn tạo ra còn có trở kháng do tự cảm gây ra gọi là cảm kháng. XL = 2 fL (1.7) Trong đó: f – tần số lưới điện, Hz L – độ tự cảm cuộn dây, H XL – cảm kháng của cuộn dây,  Tổng trở toàn bộ của cuộn cảm sẽ là: Z = 22 LXR  (1.8) 15 Với dòng một chiều không đổi thì XL =0 và Z = R. Như vậy, đối với dòng một chiều và dòng biến đổi tần số thấp thì cuộn cảm có tống trở nhỏ, còn đối với dòng biến đổi tần số cao thì cuộn cảm có tổng trở lớn. * Cách đo cuộn dây Bước 1: Chọn thang đo điện trở x1; x10 hoặc x1k Bước 2: chỉnh KHÔNG thang đo Bước 3: Đặt hai đầu que đo đồng hồ vào hai đầu cuộn dây Bước 4: Kết luận Nếu kim chỉ 0 ôm thì cuộn dây bị chạm chập. Nếu kim chỉ ∞ ôm thì cuộn dây bị đứt. Nếu kim chỉ giá trị điện trở nào đó thì cuộn dây tốt. 1.2.2. Các linh kiện điện tử tích cực 1.2.2.1. Diode * Cấu tạo - Là linh kiện bán dẫn gồm 2 lớp bán dẫn P và N ghép lại với nhau. Đầu nối với chất bán dẫn P gọi là A nốt (A), đầu nới với chất bán dẫn N gọi là Ka tốt (K) * Ký hiệu )a )b Hình 1.7: Cấu tạo(a), ký hiệu (b) * Nguyên lý làm việc của diode: Khi diode được phân cực thuận nghĩa là cực dương của nguồn nối với a nôt, cực âm của nguồn nối với ka tốt khi đó diode dẫn dòng qua tải. Trị số dòng điện phụ thuộc vào điện trở của tải và của mạch điện. Hình 1.8: Phân cực thuận diode D Rt + - 16 Khi diode phân cực ngược nghĩa là cực dương của nguồn nối với ka nôt, cực âm của nguồn nối với anốt khi đó diode không dẫn dòng qua tải. Hình 1.9: Phân cực ngược diode Thực tế trong trường hợp này, vẫn có một dòng điện nhỏ qua diode theo chiều từ K sang A gọi là dòng điện ngược hay là là dòng điện rò. Vậy diode chỉ cho dòng điện chạy qua từ A sang K khi phân cực thuận và không cho dòng điện chạy qua theo chiều ngược lại. Đặc tính Vôn – Am pe của diode Một số tính chất của diode trong quá trình làm việc có thể được giải thích thông qua việc xem xét đặc tính vôn-ampe của diode trên hình vẽ. max.ngU 0.DU 0.DU Di 0.DU Di Hình 1.10: Đặc tính vôn-ampe của diode a) Đặc tính thực tế; b) Đặc tính tuyến tính; c) Đặc tính lý tưởng Đặc tính gồm hai phần, đặc tính thuận nằm trong góc phần tư I tương ứng với UAK > 0, đặc tính ngược nằm trong góc phần tư III tương ứng với UAK < 0. Trên đường đặc tính thuận, nếu điện áp anôt-catôt tăng dần từ 0 đến khi vượt qua ngưỡng điện áp UD0 cỡ 0,6 – 0,7 V, dòng có thể chảy qua diode. Dòng điện ID có thể thay đổi rất lớn nhưng điện áp rơi trên diode UAK hầu như ít thay đổi. Như vậy đặc tính thuận của diode đặc trưng bởi tính chất có điện trở tương đương nhỏ. Trên đường đặc tính ngược, nếu điện áp UAK tăng dần từ 0 đến giá trị Ung.max, gọi là điện áp ngược lớn nhất thì dòng điện qua diodevẫn có giá trị rất nhỏ, gọi là dòng rò, nghĩa là diode cản trở dòng điện theo chiều ngược. Cho đến khi UAK đạt đến giá trị Ung.max thì xảy ra hiện tượng dòng qua diode tăng đột ngột, tính chất cản trở dòng điện D Rt - + 17 ngược của diode bị phá vỡ. Quá trình này không có tính đảo ngược, nghĩa là nếu lại giảm điện áp trên anôt-catôt thì dòng điện vẫn không giảm. Ta nói diode đã bị đánh thủng. Trong thực tế, để đơn giản cho việc tính toán, người ta thường dùng đặc tính khi dẫn dòng, tuyến tính hoá diode như được biểu diễn trên hình b. Đặc tính này có thể biểu diễn qua công thức: DDDD IrUu .0.  (1.9) Trong đó: D D I U r    là điện trở tương đương của diode khi dẫn dòng. Đặc tính vôn-ampe của các diode thực tế sẽ khác nhau, phụ thược vào dòng điện cho phép chạy qua diode và điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu được. Tuy nhiên để phân tích sơ đồ các bộ biến đổi thì một đặc tính lý tưởng cho trên hình c được sử dụng nhiều hơn cả. Theo đặc tính lý tưởng, diode có thể cho một dòng điện bất kỳ chạy qua với sụt áp trên nó bằng 0. Nghĩa là, theo đặc tính lý tưởng, diode có điện trở tương đương khi dẫn bằng 0 và khi khoá bằng . * Cách đo và kiểm tra diode Bước 1: Chọn thang đo của VOM ở thang đo điện trở (x10 hay x100) Bước 2: Đặt hai đầu que đo vào hai đầu diode ta nhận được điện trở R1 Bước 3: Đảo lại phép đo ở bước 2, ta nhận được điện trở R2 Bước 4: Kết luận Nếu hai phép đo trên cho hai giá trị điện trở khác xa nhau thì diode tốt Nếu R1 = R2 = 0 Ôm thì diode bị chập. Nếu R1 = R2 = ∞ Ôm thì diode bị đứt. Nếu R1 ≠ R2 thì diode còn tốt khoảng 75%. Bước 5: Xác định cực A, K của Diode khi biết diode đó tốt Trong hai phép đo trên, tìm lại phép đo cho giá trị điện trở nhỏ, que đen ở đâu thì đó là A, cực còn lại là cực K. Lưu ý: Thực chất của phép đo trên là ta tiến hành phân cực cho diode. Dùng nguồn Pin trong VOM để cấp nguồn cho diode với que Đen nối với + Pin, que đỏ nối với - Pin. Phân cực thuận: Đặt que đen vào A, que đỏ vào K cho giá trị điện trở nhỏ Phân cực ngược: Đặt que đen vào K, que đỏ vào A được giá trị điện trở lớn. Nếu diode tốt thì ở bước phân cực ngược mà VOM để ở thang x1 kim không lên do điện trở lớn. Muốn quan sát giá trị điện trở ta phải tăng thang đo lên x100, x1k Ở lần kim lên đọc ở thang thứ ba từ dưới lên phải được (0,6; 0,7; 0,8)V thì diode mới tốt. Đối với diode phát quang thường đo ở thang x10 vì đo ở thang x1 thì diode sẽ dễ cháy. Trong trường hợp đo thang x10 không lên khi đó ta huyển về thang x1 để đo 18 1.2.2.2. Transisitor * Cấu tạo - Transistor là 1 linh kiện điện tử được ghép lại từ 3 lớp bán dẫn, sao cho 2 lớp liền nhau khác loại, tạo thành 2 tiếp giáp P – N. Tuỳ theo cách sắp xếp các vùng bán dẫn mà ta có 2 loại là loại PNP và NPN. - Miền thứ nhất của Transistor được gọi là miền Emittor, miền này được pha với nồng độ tạp chất lớn nhất. Cực nối với miền này được gọi là cực Emittor (ký hiệu: E) - Miền thứ hai của Transistor được gọi là miền Base, miền này được pha với nồng độ tạp chất nhỏ nhất. Cực nối với miền này được gọi là cực Base, (ký hiệu: B) - Miền thứ nhất của Transistor được gọi là miền Colector, miền này được pha với nồng độ tạp chất trung bình. Cực nối với miền này được gọi là cực Colector (ký hiệu: C) * Phân loại - Loại Transistor PNP được gọi là Transistor thuận, gồm 1 miếng bán dẫn N ở giữa và 2 miếng bán dẫn P ở 2 bên. Ký hiệu với mũi tên ở cực E có chiều đi vào chỉ chiều đi của dòng điện trong chất bán dẫn. (hình a) - Loại Transistor NPN được gọi là Transistor ngược, gồm 1 miếng bán dẫn P ở giữa và 2 miếng bán dẫn N ở 2 bên. Ký hiệu với mũi tên ở cực E có chiều đi ra chỉ chiều đi của dòng điện trong chất bán dẫn. (hình b) Hình 1.11: Cấu tạo, ký hiệu transistor a) Transistor thuận; b) Transistor ngược * Nguyên lý làm việc ( Xét đối với transisitor ngược NPN) Nguồn E1 phân cực thuận cho cho tiếp giáp J1, nguồn E2 phân cực ngược cho tiếp giáp J2 và phân cực thuận cho tiếp giáp J1. 19 Hình 1.12: Nguyên lý làm việc transistor ngược J1 phân cực thuận nên có dòng IB chạy từ B sang E. J2 phân cực ngược bởi E2 nhưng E2>> E1 nên điện trường do E2 tạo ra khá mạnh. Mà cực gốc mỏng nên một số điện tử tự do từ E sang B, còn lại phần lớn vượt qua cực gốc qua tiếp giáp J2 tới cực C về dương nguồn E2. Vì vậy dòng Ic qua phụ tải Rt tạo ra. Dòng E1 qua B, E gọi là dòng điều khiển, dòng E2 qua tải gọi là dòng tải, nên ta có IE = IC +IB. Khi UBE tăng thì IB tăng, IC tăng và ngược lại. Một lượn thay đổi nhỏ của IB cũng lam thay đổi một lượng lớn IC nên transistor có tác dụng khuếch đại. Nếu đảo cực tính UBE thì transistor không thể làm việc được và dòng IC=0 + Xét tương tự đối với transistỏ thuân PNP * Cách đo và kiểm tra + Tìm cực B : Dùng đồng hồ vạn năng để ở thang đo điện trở nấc X1, hoặc X10 hoặc X100. Cố định một que đo vào một chân bất kỳ trong 3 chân của Transistor. Que đo kia lần lượt đo đến hai chân còn lại (như vậy có 6 phép đo). Trong 6 phép đo đó, nếu Transistor tốt thì chỉ có hai phép đo cho giá trị điện trở tương đương nhau * Transito thuận (PNP) : - Xác định cực B: Bật đồng hồ về thang x1hoặc x10 rồi đo ngẫu nhiên vào ba chân của bóng dừng lại ở phép đo kim lên lúc này que đỏ đang ở cực B cố định que đỏ và đảo que đen sang chân còn lại thì kim phải lên bằng so với lần đo trước . Xác định cực CE. Bật đồng hồ trên thang ôm x10k đo ngẫu nhiên hai lần có đảo que vào C và E sẽ có một lần kim lên ít và một lần kim không lên, ta lấy phép đo ở làn kim không lên lúc này que đen đang ở E, que đỏ đang ở C. * Transito ngược (NPN) : E C N P N B J1 J2 E1 E2 IE IB IC Rt 20 - Xác định cực B: Bật đồng hồ về thang ôm x1 hoặc x10 rồi đo ngẫu nhiên vào ba chân, dừng lại ở lần kim lên lúc này que đen đang ở B. Cố định que đen, que đỏ đo vào chân còn lại thì kim phải lên bằng với lần đo trước . - Xác định C, E: Bật đồng hồ ở thang ôm x10k đo hai lần có đảo que vào C và E. Lấy phép đo ở lần kim không lên, lúc này que đen đang ở C, que đỏ đang ở E. Xác định theo cách trên chỉ xác định được một số Transistor như C828, D671,... Đối với một số loại transistor khác để xác định chân C, E của hai loại Transistor ta tiến hành thực hiện như sau: Hình 1.13: Sơ đồ xác định chân transistor 1.2.2.3. Thyristor (SCR) * Cấu tạo, kí hiệu Là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn ghép liên tiếp lại với nhau đưa ra 3 chân A, K, G như hình 1.13. A nốt gắn với P1; K tốt gắn với N2; cực điều khiển gắn với P2. a b Hình 1.13: Cấu tạo, ký hiệu Thyristor a) Cấu tạo; b) ký hiệu * Nguyên lý làm việc Khi phân cực thuận cho SCR muốn có dòng đi từ A sang K ta phải kích xung vào chân điều khiển G cho SCR. Khi phân cực ngược cho SCR khi đó không có dòng từ A sang K. Lưu ý: Khi thyristor đã dẫn dòng thì việc điều khiển không còn tác dụng gì vì Thyristor có tính tự giữ. Lúc này có cắt dòng điều khiển thì thyristor vẫn dẫn * Cách đo và kiểm tra SCR (Xác định tọa độ 3 chân A, K, G) + Bước 1: Chọn thang đo điện trở X1 hoặc