CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGCHƯƠNG 1LINH KIỆN THỤ ĐỘNG1. Mục đích: Trang bị cho sinh viên: • Hiểu biết về cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động, cách thức nhậndạng và ứng dụng của các linh kiện thụ động gồm: điện trở, biến trở,tụ điện, cuộn dây. 2. Yêu cầu: • Biết nhận dạng, hiểu cấu tạo và đọc được giá trị của các loại điện trở. • Biết nhận dạng, hiểu cấu tạo và đọc được giá trị của các loại tụ điện. • Biết nhận dạng, hiểu cấu tạo và đọc được giá trị của các loại điện trở. • Sử dụng được các linh kiện trên trong mạch điện đơn giản. 1.1. Điện trở [Resistor]:1.1.1. Các thông số kỹ thuật:a. Trị số danh định:Trị số này tính bằng Ohm [Ω], thường được ghi ngay trên than điện trở bằng chữhoặc bằng vòng màu. Trị số điện trở có thể từ vài Ohm đến vài triệu Ohm.b. Công suất danh định:Đó là công suất tiêu tán trên điện trở mà điện trở có thể chịu đựng được trong thờigian dài, không bị quá nóng làm biến đổi hẳn trị số điện trở.Trong công nghiệp, các điện trở được sản xuất có các trị số công suất danh định:1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 3W, 5W, 7W, 10W.Điện trở có công suất tiêu tán lớn thì có kích thước lớn.c. Điện áp làm việc tối đa:Đó là trị số lớn nhất của điện áp một chiều hoặc trị số hiệu dụng của điện áp xoaychiều có thể đặt vào hai đầu điện trở mà điện trở vẫn chịu đựng và làm việc bình thường.d. Dung sai của điện trở:Dung sai là độ sai số của điện trở. Có 3 cấp dung sai thường dùng là: 5%, 10%,20%. Ngoài ra, với những điện trở cần dung trong những mạch yêu cầu độ chính xác caonhư mạch đo lường thì mức sai số nhỏ hơn: 1%, 2%.e. Đơn vị:Đơn vị của điện trở là Ohm [Ω], các bội số:• Kilo Ohm [KΩ] = 1000 [Ω] = 103 [Ω]1CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG• Mega Ohm [MΩ] = 1000000 [Ω] = 106 [Ω]f. Công dụng và bảo quản: Công dụng:Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, rất phổ biến trong kĩ thuật điện tửnhằm mục đích: phân bố lại hiệu điện thế trong mạch điện, hạn chế dòng điện, điều chỉnhđiện áp… Bảo quản:- Không dung vượt quá trị số danh định và công suất danh định.- Tránh các tác dụng hóa học [ảnh hưởng đến chân điện trở, màng dẫnđiện của điện trở…]- Để nơi thoáng mát.1.1.2. Phân loại và cấu tạo:Người ta thường chia điện trở làm:• Điện trở có trị số không đổi.• Điện trở có trị số biến đổi được, gọi là biến trở.a. Điện trở có trị số không đổi: Tùy theo cấu tạo của điện trở mà người ta phân loại: Điện trở màng than:• Cấu tạo:Điện trở gồm một ống bằng sứ, chịu được nhiệt độ cao, người ta tạomàng than trên bề mặt lõi sứ, sau đó bọc kim loại ở hai đầu ống và hànhai chân ra. Muốn tăng giá trị điện trở người ta sẽ khía rãnh trên màngthan đã phủ theo hình xoắn ốc. Sau đó phủ lên bề mặt màng than bằnglớp sơn cách điện và in giá trị điện trở [bằng vòng màu].• Ký hiệu:R Điện trở màng kim loại:Cũng trên một than bằng sứ, người ta tạo một màng kim loại là giá trịcủa điện trở [hợp kim Nicken – Crom]. Loại này giá trị điện trở được inbằng chữ số. Điện trở dây quấn:2CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGLàm bằng dây hợp kim có điện trở suất cao, quấn trên lõi bằng sứ, bênngoài có thể để trần hoặc phủ lớp sơn cách điện chống va chạm có thểlàm đứt các vòng dây. Trị số điện trở được ghi trên lớp sơn này. Điệntrở dây quấn được dung trong những trường hợp mạch điện có dòngđiện lớn đi qua và công suất tiêu tán trên điện trở lớn.b. Điện trở có trị số biến đổi:Được gọi tên là biến trở [VR: Variable resistor] hay chiết áp [P: Potentiometer],đó là một điện trở có thể thay đổi trị số tùy theo yêu cầu sử dụng.• Cấu tạo:Trên một hình vành khăn có quấn dây điện trở hoặc màng than người tacho một con chạy tiếp xúc và để điều chỉnh vị trí của con chạy người tagắn nó vào một cơ cấu chuyển động hoặc một trục xoay ở giữa.• Trị số danh định:Là giá trị điện trở ghi trên than biến trở và giá trị này được đo ở hai đầungoài cùng của biến trở không kể vị trí của con chạy. Khi xoay trục củabiến trở sẽ làm thay đổi vị trí của con chạy tức thay đổi giá trị điện trở.1.1.3. Cách ghi giá trị trên điện trở:Người ta dùng qui luật màu để biểu thị trị số và mức sai số của điện trở Điện trở 4 vòng màu:3CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGHình 1.1 Bảng màu điện trởÝ nghĩa của các vòng màu:• Vòng 1: chỉ số thứ nhất tương ứng với bảng màu• Vòng 2: chỉ số thứ hai tương ứng với bảng màu• Vòng 3: chỉ số lượng con số 0 [zero] đặt sau hai số trên• Vòng 4: dung sai [sai số]Đơn vị đọc được là OhmVí dụ 1:Vòng 1: Nâu 1Vòng 2: Xanh lá 5Vòng 3: Cam 000Vòng 4: Vàng kim5%R = 15000 Ω = 15KΩ5%Ví dụ 2:Vòng 1: Đỏ 2Vòng 2: Tím 7Vòng 3: Đỏ 00Vòng 4: Bạc 10%R = 2700 Ω = 2,7KΩ1%Lưu ý:4CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGVới những điện trở có trị số từ 10 trở xuống, nếu vòng thứ ba là:• Đen: không có số 0 thêm vào• Vàng kim: hai số ở vị trí vòng 1 và vòng 2 được chia cho 10• Bạc: hai số ở vị trí vòng 1 và vòng 2 được chia cho 100Ví dụ 3:Vòng 1: Nâu 1Vòng 2: Đen 0Vòng 3: Đen không có số 0 thêm vàoVòng 4: Vàng kim5%R = 10 Ω5%Ví dụ 4:Vòng 1: Vàng 4Vòng 2: Tím 7Vòng 3: Vàng kim chia cho 10Vòng 4: Vàng kim5%R = = 4,7Ω5%Ví dụ 5:Vòng 1: Xanh lá 5Vòng 2: Đen 0Vòng 3: Bạc chia cho 100Vòng 4: Vàng kim5%R = = 0,5Ω5% Điện trở 5 vòng màu:Vòng 1, vòng 2, vòng 3: là các con số ghi theo bảng màu.Vòng 4: số lượng con số 0 [zero] phải them vào sau ba số trên.Vòng 5: sai số.• Nâu: 1%• Đỏ: 2%Vòng 5 được in nét to để phân biệt với vòng 1.1.1.4. Ghép điện trở:Khi cần dùng một điện trở lớn hơn hay nhỏ hơn điện trở có sẵn, người ta phảighép [đấu] nhiều điện trở lại bằng các cách sau: Ghép nối tiếp:UR3R2R15CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGHình 1.2 Ghép điện trở kiểu nối ếp1 2 31 2 31 2 3R R R RI I I IU U U U= + += = == + +[1.1] Ghép song song:U R3R2R1Hình 1.3 Ghép điện trở kiểu song song1 2 31 2 31 2 31 1 1 1R R R RI I I IU U U U= + += + += = =[1.2]1.2. Tụ điện [Capacitor]:1.2.1. Đại cương:Tụ điện là một linh kiện tử thụ động, được dùng phổ biến trong công nghiệp điệnvà điện tử. Chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyềntín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động…Tụ điện có khả năng chứa điện năng dưới hình thức điện tích bằng cách nạp điệnvào.Điện tích có thể đổi thành dòng điện bằng cách xả điện ra. Sự nạp và xả điện đượcthực hiện trong một thời gian tức khắc.Theo nguyên tắc, một tụ điện gồm có hai bản kim loại đặt song song, ở giữa làchất cách điện gọi là điện môi.• Ký hiệu:C1.2.2. Thông số kỹ thuật:a. Điện dung danh định:6CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGLà giá trị điện dung ghi trên thân tụ.b. Điện áp danh định:Là điện áp tối đa cho phép áp dụng ở hai đầu tụ điện, vượt quá trị số này tụ bịhư. Thường điện thế này ghi trên thân tụ.c. Điện trở cách điện:Trị số này biểu thị chất liệu của chất điện môi và cũng là biểu thị dòng điện rò[rỉ] qua tụ điện.d. Đơn vị:Đơn vị của điện dung là Farad [F]Farad là đơn vị rất lớn nên thường dùng các ước số sau:• Micro Farad [ F và uF] = 1/1.000.000 F = 10-6 F• Nano Farad [nF] = 1/1.000 F = 10-9 F• Pico Farad [pF] = 1/1.000.000 F = 10-12 Fe. Công dụng:• Tụ lọc nguồn• Tụ liên lạc giữa các tầng• Tụ thoát…1.2.3. Phân loại và cấu tạo:1.2.3.1. Phân loại:Người ta thường phân loại tụ điện theo chất điện môi dùng trong tụ điện. Tụ điện có điện dung cố định:• Tụ sứ là tụ điện có điện môi làm bằng sứ• Tụ hóa là tụ điện có điện môi làm bằng dung dịch hóa học• Tụ mica là tụ điện có điện môi làm bằng mica• Tụ giấy là tụ điện có điện môi làm bằng giấy… Tụ điện có điện dung thay đổi:• Tụ biến đổi• Tụ tinh chỉnh1.2.3.2. Cấu tạo:a. Tụ điện có điện dung cố định: Tụ sứ:• Cấu tạo:Trên một miếng sứ đã được nung, hình vuông hay hình tròn dẹp vàmỏng dùng làm chất điện môi, hai bên mặt sứ được tráng kim loại bạc,hình thành hai má của tụ điện. Sau đó được bọc kín và in giá trị. Trị sốcủa tụ điện vào khoảng từ vài pF đến vài chục nghìn pF• Ký hiệu:• Công dụng:Tụ thường được dùng ở mạch có tần số cao7CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG Tụ hóa:• Cấu tạo:Tụ gồm một dung dịch hóa học đặt giữa hai lá bằng nhôm làm 2 cực. Tụđược bịt kín để tránh cho dung dịch hóa học khỏi mau khô vì dung dịchbị khô thì trị số của tụ giảm đi. Trên than tụ có ghi trị số điện dung, điệnáp làm việc ký hiệu là WV [Working Voltage] và dấu cực âm [-]. Tụ cóchân dài là cực dương, chân ngắn là cực âm.• Lưu ý:Tụ hóa dùng trong mạch điện một chiều hoặc mạch điện có biến đổi trịsố điện áp nhưng không thay đổi cực tính. Khi dùng tụ hóa phải mắcđúng cực tính dương âm, không dùng tụ hóa ở mạch điện xoay chiều. Tụ giấy:Gồm có hai lá kim loại đặt xen kẽ giữa hai bản giấy dùng làm chất điệnmôi và cuộn tròn lại thành một ống. Ở hai đầu cuộn có dây dẫn nối vớilá kim loại đưa ra để hàn, tụ này có thể có vỏ bọc bằng kim loại hay ốngthủy tinh, ở hai đầu đổ nhựa bịt kín. Tụ này có ưu điểm là tuy kíchthước nhỏ nhưng điện dung lớn. Khuyết điểm là rò điện lớn, dễ bị chập. Tụ mica:Tụ gồm có những lá kim loại đặt xen kẽ với những lá mica dùng làmđiện môi. Các lá kim loại lẻ nối với nhau và nối vào một đầu ra, các lákim loại chẵn nối với nhau và cũng nối vào một đầu ra. Toàn bộ tụ đượcbao bằng vỏ chất dẻo. Tụ mica có tính năng tốt hơn tụ giấy nhưng đắthơn.b. Tụ điện có điện dung biến đổi: Tụ biến đổi [Tụ xoay]:Tụ điện môi là không khí, tụ gồm có nhiều lá động và nhiều lá tĩnh hìnhgần như bán nguyệt đặt song song và xen kẽ nhau. Các lá tĩnh thì cáchđiện với thân tụ, còn các lá động thì gắn với trục xoay. Khi xoay trục tụxoay thì phần diện tích đối diện giữa lá động và lá tĩnh sẽ thay đổi, tứcgiá trị tụ thay đổi. Khi phần diện tích đối diện giữa hai lá nhiều thì giátrị điện dung lớn và ngược lại. Tụ tinh chỉnh:8CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGDùng để chỉnh cho mạch được chính xác. Những tụ này thường có trị sốnhỏ và phạm vi biến đổi hẹp. Người ta chỉ tác động đến tụ này khi lấychuẩn, sau đó thì cố định vị trí.1.2.4. Cách ghi giá trị:• Sai số:Bảng 1.1G J K L M2% 5% 10% 15% 20%• Đối với tụ có một hoặc hai con số: con số này biểu thị giá trị điện dungcủa tụ, đơn vị đọc là pF.Ví dụ:5J C = 5 pF 5%47J C = 47 pF 5%• Đối với tụ có ba con số: số ở vị trí hang đơn vị là số lượng con số 0[zero] phải thêm vào sau hai số ở hàng chục và hàng trăm, đơn vị là pF.Ví dụ:104J C = 100000 pF 5% = 100nF 5% = 0,1F 5%1.2.5. Đặc tính của tụ điện:a. Dòng điện xoay chiều:Đối với dòng điện xoay chiều, tụ có một sức cản điện gọi là dung kháng, tỉ lệnghịch với điện dung và tần số của dòng điện, tính theo công thức:[ ]1 12CZC fCω π= = Ω[1.3]b. Dòng điện một chiều:Dòng điện một chiều có 0Cf Z= ⇒ = ∞, tức đối với dòng điện một chiều tụ cómột sức cản điện vô tận nên dòng một chiều không chạy ngang qua tụ. Khi tađặt điện thế một chiều vào hai má của tụ thì có một dòng điện xê dịch nạp vàorồi ngừng lại.1.2.6. Ghép tụ điện:a. Ghép nối tiếp:Điện dung chung của nhóm nhỏ hơn điện dung của một tụ điện và được tínhbằng công thức:9CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGUC1 C2 C3Hình 1.4. Ghép tụ điện kiểu nối tiếp1 2 31 1 1 1C C C C= + +[1.4]Điện thế chung của nhóm bằng tổng điện thế của các tụ ghép lại:1 2 3U U U U= + +[1.5]b. Ghép song song:Điện dung của nhóm bằng tổng số điện dung của các tụ ghép song song:U C3 C2 C1Hình 1.5 Ghép tụ điện kiểu song song1 2 3C C C C= + +[1.6]Điện thế chung của nhóm bằng điện thế nhỏ nhất của một trong số các tụ ghéplại. Vậy ta nên ghép song song những tụ có điện thế bằng nhau.1.3. Cuộn dây [Inductor]:1.3.1. Đại cương:• Cuộn dây là một linh kiện điện tử thụ động• Cuộn dây là một sợi dây dẫn điện quấn lại nhiều vòng trên không khí[không có lõi] hoặc trên một khung cách điện [có lõi]. Dây có thể quấnthành một lớp hay nhiều lớp.• Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh ra một từ trường cũng nhưmột nam châm vĩnh cửu.• Tùy theo tần số dòng điện chạy qua cuộn dây mà người ta dùng một cáilõi và số vòng dây quấn thích hợp.10CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG• Ký hiệu:Cuộn dây lõi ferrit Cuộn dây lõi sắt từ Cuộn dây không lõi 1.3.2. Đơn vị - Cách đọc giá trị:a. Đơn vị:Đơn vị là Henry [H]Các ước số: • Milli Henry [mH] = 10-3 H• Micro Henry [H] = 10-6 Hb. Cách đọc giá trị:Hình dạng cuộn dây tương tự điện trở, trên thân cuộn dây có in 3 vòng màu đểbiểu thị giá trị, vòng 1 có vị trí gần dây đồng hơn vòng 3. Cách đọc giá trị theoqui ước bảng màu và ý nghĩa của các vòng màu tương tự như điện trở, đơn vịlà H.1.3.3. Đặt tính của cuộn dây:a. Đối với điện xoay chiều:Cuộn dây có một sức cản điện riêng gọi là cảm kháng, công thức tính:[ ]2LZ L fLω π= = ΩL: hệ số tự cảm của cuộn dây tính bằng Henry [H]f: tần số làm việc của dòng điện tính bằng Hert [z]b. Đối với điện một chiều:Ở mạch điện một chiều:[ ]0 0Lf Z= ⇒ = Ω, cuộn dây chỉ có một sức cản điệnrất nhỏ do điện cản của sợi dây quấn thành cuộn.Trong mạch điện xoay chiều, cuộn dây làm dòng điện so le 90o sau điện thế. 1.3.4. Phân loại:Các cuộn dây được xếp loại theo tần số làm việc của dòng điện:• Cuộn dây cao tần• Cuộn dây trung tần• Cuộn dây hạ tầnCuộn dây cao tần và trung tần dùng lõi ferrit [bột sắt trộn với chất kết dính, sau đóép vào khuôn có dạng như mong muốn và đem đi nung]Cuộn dây hạ tần dùng lõi sắt từ:• Ở tần số thấp người ta dùng cuộn dây có lõi bằng sắt từ gồm nhiều lághép lại, lõi sắt của cuộn dây được chế tạo giống như của biến thế.11CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG• Cuộn dây được quấn thành nhiều lớp, trên một khung bằng giấy cứnghay bằng nhựa và lớp này cách điện với lớp kia bằng một lớp giấymỏng, phía ngoài cuộn dây được bao lại bằng một lớp giấy cứng.1.3.5. Ghép cuộn dây:a. Ghép nối tiếp:L1UL3L2Hình 1.6. Ghép cuộn cảm kiểu nối tiếp1 2 31 2 3L L L LU U U U= + += + +[1.7]b. Ghép song song: U L1L2L3Hình 1.7. Ghép cuộn cảm kiểu sons song1 2 31 2 31 1 1 1L L L LU U U U= + += = =[1.8]1.3.6. Công dụng:Cuộn dây được dùng để lọc trong các mạch lọc nguồn [máy cũ], cuộn dây kíchthích trong loa, biến áp…• Biến áp: là thiết bị gồm hai hay nhiều cuộn dây ghép hỗ cảm với nhau đểbiến đổi điện áp. Cuộn dây đấu vào nguồn gọi là cuộn sơ cấp, các cuộn dâykhác đấu vào tải tiêu thụ năng lượng điện gọi là cuộn thứ cấp.Hệ số ghép biến áp K: 12CHƯƠNG 2 CHẤT BÁN DẪN VÀ CÁC LOẠIDIODECHƯƠNG 1 LINH KIỆN THỤ ĐỘNGSố lượng từ thông liên kết từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp được địnhnghĩa bằng hệ số ghép biến áp K [Từ thông liên kết giữa hai cuộn sơ cấp vàcuộn thứ cấp/ Tổng số từ thông sinh ra do cuộn dây sơ cấp]Thông thường hệ số ghép biến áp được tính theo công thức:1 2MKL L=[1.9]M: hệ số hỗ cảm của biến ápL1, L2: hệ số tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp tương ứng.Khi K = 1 là trường hợp ghép lý tưởng, khi đó toàn bộ số từ thông sinh rado cuộn sơ cấp được đi qua cuộn thứ cấp và ngược lại.Trên thực tế sử dụng, khi K ≈ 1 gọi là hai cuộn ghép chặt, khi K