Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2023)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:239

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái quát chung về linh kiện điện tử; Linh kiện thụ động; Linh kiện bán dẫn; Các Mạch khuếch đại dùng tranzito; Dao động tạo xung và biến đổi dạng xung;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2023)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCG-TCHC ngày … tháng .... năm ..... của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ giới 1
Quảng Ngãi, năm 2023 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được 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. 2
LỜI GIỚI THIỆU Kỹ thuật điện tử là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng các linh kiện thụ động, các phần tử điện phi tuyến và hoạt động tích cực như linh kiện bán dẫn, đặc biệt là Transistor, Diode, mạch tích hợp,... để thiết kế các mạch điện, thiết bị, vi xử lý, vi điều khiển và các hệ thống điện tử khác làm việc ở chế độ chuyển mạch vào quá trình biến đổi điện năng. Ở Việt Nam cho đến nay đã có khá nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo, sách hướng dẫn bài tập về kỹ thuật điện tử đã được biên soạn và biên dịch của nhiều tác giả, của các chuyên gia đầu ngành về điện tử. Tuy nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quá trình đào tạo của nhà trường phải bám sát chương trình khung vì vậy giáo trình Kỹ thuật điện tử được biên soạn bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng Cơ giới dựa trên cơ sở chương trình khung đào tạo đã được ban hành, trường Cao đẳng Cơ giới với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm cùng nhau tham khảo các nguồn tài liệu khác nhau để thực hiện biên soạn giáo trình Kỹ thuật điện tử phục vụ cho công tác giảng dạy. Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun MĐ12 của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng nghề và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo, sau khi học tập xong mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp các môn học, mô đun khác của nghề. Quảng Ngãi, ngày .... tháng năm 20...... Tham gia biên soạn 1. Phan Ngọc Bảo Chủ biên 2. ………….............. 3. ……….............…. 3
MỤC LỤC TT NỘI DUNG TRANG 1. Lời giới thiệu 1 2. Mục lục 2 3. Bài mở đầu: Khái quát chung về linh kiện điện tử 5 4. 1. Khái quát chung về linh kiện điện tử 6 5. 2. Các ứng dụng cơ bản của linh kiện điện tử 7 6. 3. Vật dẫn điện và cách điện 8 7. 4. Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường 16 8. Bài 2: Linh kiện thụ động 21 9. 1. Điện trở 21 10. 2. Tụ điện 33 11. 3. Cuộn cảm 42 12. Bài 3: Linh kiện bán dẫn 55 13. 1. Khái niệm chất bán dẫn 55 14. 2. Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt 60 15. 3. Cấu tạo, phân loại và các ứng dụng cơ bản của điôt. 63 16. 4. Tranzito BJT 70 17. 5. Tranzito trường 76 18. 6. Diac - SCR - Triac 87 19. Bài 4: Các Mạch khuếch đại dùng tranzito 107 20. 1. Mạch khuếch đại đơn 108 21. 2. Mạch ghép phức hợp 113 22. 3. Mạch khuếch đại công suất 118 23. Bài 5: Dao động tạo xung và biến đổi dạng xung 135 24. 1. Mạch tạo xung vuông 135 25. 2. Mạch tạo xung răng cưa - xung nhọn 140 26. 3. Mạch dao động đa hài 141 27. 4. Mạch dao động sine 150 28. 5. Mạch xén và ghim áp 152 29. Bài 6: Mạch ổn áp 158 4
30. 1. Mạch ổn áp, thông số 158 31. 2. Mạch ổn áp dùng IC 162 32. 3. Mạch ổn áp xoay chiều 166 5
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã mô đun: MĐ12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun Kỹ thuật điện tử học trước các môn học, mô đun PLC, máy điện..... đặc biệt là học trước các mô đun kỹ thuật chuyên ngành như Điện tử công suất, Kỹ thuật số, Lập trình vi điều khiển... - Tính chất: Là mô đun kỹ thuật cơ sở. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Với sự phát triển và hoàn thiện không ngừng của thiết bị điện trên mọi lĩnh vực đời sống xã hội, mạch điện tử trở thành một thành phần không thể thiếu được trong các thiết bị điện, công dụng chính của nó là để điều khiển khống chế các thiết bị điện, thay thế một số khí cụ điện có độ nhạy cao. Nhằm mục đích gọn hoá các thiết bị điện, giảm tiêu hao năng lượng trên thiết bị, tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ của thiết bị ... Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản về cách nhận biết và sử dụng những linh kiện điện tử cơ bản. - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Cao đẳng nghề Điện công nghiệp Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức: A1. Giải thích và phân tích được cấu tạo, nguyên lý các linh kiện kiện điện tử thông dụng. A2. Nhận dạng được chính xác ký hiệu của từng linh kiện, đọc chính xác trị số của chúng. A3. Phân tích được nguyên lý một số mạch ứng dụng cơ bản của Transistor như: mạch khuếch đại, dao động, mạch xén... A4. Mô tả được đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của các linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO. - Kỹ năng: B1. Xác định được chính xác sơ đồ chân linh kiện, lắp ráp, cân chỉnh một số mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật và an toàn. B2. Vận dụng được các kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung và biến đổi dạng xung. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Hình thành tư duy khoa học phát triển năng lực làm việc theo nhóm C2. Rèn luyện tính chính xác khoa học và tác phong công nghiệp 1. Chương trình khung nghề điện công nghiệp trình độ Cao đẳng. 6
Thời gian đào tạo (giờ) Trong đó Mã Thực Tên môn MH/ hành/thực học, mô Số tín chỉ Tổng MĐ/ Lý tập/Thí Kiểm đun số HP thuyết nghiệm/bài tra tập/thảo luận I Các môn học chung/đại cương 18 435 157 255 23 MH 01 Chính trị 3 75 41 29 5 MH 02 Pháp luật 2 30 18 10 2 MH 03 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 4 MH 04 Giáo dục quốc phòng - An ninh 3 75 36 35 4 MH 05 Tin học 3 75 15 58 2 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 5 120 42 72 6 II Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề II.1 Các mô đun, môn học kỹ thuật 18 360 160 180 20 cơ sở MH 07 Ngoại ngữ chuyên ngành 4 60 30 27 3 MH 08 An toàn điện 2 30 15 14 1 MĐ 09 Điện cơ bản 4 90 45 40 5 MĐ 10 Vẽ kỹ thuật – vẽ điện 2 45 15 27 3 MĐ 11 Khí cụ điện 2 45 20 22 3 MĐ 12 Kỹ thuật Điện tử 4 90 35 50 5 II.2 Các mô đun, môn học chuyên 78 2005 543 1389 73 môn MĐ 13 Điều khiển điện khí nén 4 90 30 55 5 MH 14 Điện tử công suất 3 60 20 37 3 MĐ 15 Máy điện 4 90 48 37 5 MĐ 16 Kỹ thuật quấn dây máy điện 5 120 40 75 5 MH 17 Cung cấp điện 5 90 60 26 4 MĐ 18 Trang bị điện 7 180 30 140 10 MĐ 19 Kỹ thuật số 4 75 37 35 3 MĐ 20 Kỹ thuật cảm biến 3 75 30 42 3 MĐ 21 PLC 5 120 47 67 6 MĐ 22 Truyền động điện 4 90 37 48 5 7
MĐ 23 Kỹ thuật lắp đặt điện 5 120 20 92 8 MĐ 24 Lập trình vi điều khiển 4 90 32 53 5 MĐ 25 Kỹ thuật lạnh giảm 4 85 25 56 4 MĐ 26 ĐKLT cỡ nhỏ - điều khiển thông 4 90 37 48 5 minh MH 27 Tổ chức sản xuất 2 30 20 8 2 MĐ 28 Đồ án môn học / Đào tạo tại 7 240 30 210 doanh nghiệp MĐ 29 Thực tập tốt nghiệp 8 360 0 360 Tổng cộng 114 2800 860 1824 116 2. Chương trình chi tiết mô đun Tên các bài Thời gian (giờ) Số trong mô Tổng Lý Thực Kiểm TT đun số thuyết hành tra Bài mở đầu: Khái quát chung về linh kiện 1 2 2 điện tử 2 Linh kiện thụ động 8 3 5 3 Linh kiện bán dẫn 30 10 18 2 4 Các Mạch khuếch đại dùng transistor 15 6 9 Bộ dao động tạo xung và biến đổi dạng 5 20 7 11 2 xung 6 Mạch ổn áp 15 7 7 1 Cộng: 90 35 50 5 3. Điều kiện thực hiện môn học: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ.... 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ nghề điện, điện tử,… 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch điện tử cơ bản trong dân dụng, nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 8
4.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy mô đun như sau: 4.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Viết/ Tự luận/ A1, A2, C1, C2 1 Sau 10 giờ. Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết và Tự luận/ A2, A3, B1, C1, C2 3 Sau 40 giờ thực hành Trắc nghiệm/ thực hành 9
Kết thúc môn Vấn đáp và Vấn đáp và A1, A2, A3, A4, B1, 1 Sau 90 giờ học thực hành thực hành B2, C1, C2 trên mô hình 4.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của mô đun nhân với trọng số tương ứng. Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân. 5. Hướng dẫn thực hiện mô đun 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng Điện công nghiệp 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 5.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra. - Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các hệ truyền động dùng điện tử công suất, các loại thiết bị điều khiển. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. 10
- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc mô đun. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 6. Tài liệu tham khảo: [1] Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, NXB Giáo dục năm 2008. [2] Nguyễn Văn Tuân, Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử, NXB Khoa học và kỹ thuật năm 2004. [3] Đỗ Xuân Thụ, Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục năm 2005. [4] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử căn bản 1, NXB Khoa học và kỹ thuật năm 2004. [5] Nguyễn Đình Bảo, Điện tử căn bản 2, NXB Khoa học và kỹ thuật năm 2004. [6]- Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, lý thuyết, thiết kế, ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật năm 2008. [7]- Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật năm 2004 11
BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Mã bài: MĐ12-01 Giới thiệu: Linh kiện điện tử là các phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) …tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử. Linh kiện điện tử được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Nổi bật nhất là ứng dụng trong lĩnh vực điện tử - viễn thông, CNTT. Linh kiện điện tử rất phong phú, nhiều chủng loại đa dạng. Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ, tạo ra những vi mạch có mật độ rất lớn (Vi xử lý Pentium 4: > 40 triệu Transistor,…) Xu thế các linh kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày càng cao, tính năng mạnh, tốc độ lớn… Bài học này giúp cho người học hiểu được khái quát về các linh kiện điện tử. Cách thức hoạt động của dòng điện trong các môi trường và những ứng dụng cơ bản của linh kiện điện tử. Mục tiêu: - Trình bày được khái quát về linh kiện điện tử, ứng dụng của linh kiện điện tử - Vận dụng được các ứng dụng cơ bản của linh kiện điện tử - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học. Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức 12
 Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có Kiểm tra định kỳ thực hành: không có Nội dung chính: 1. Khái quát chung về linh kiện điện tử 1.1. Lịch sử phát triển công nghệ điện tử: Lịch sử phát triển : - 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”) - 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”) - 1906 Lee de Forest (“Triode”)Vacuum tube devices continued to evolve - 1940 Russel Ohl (PN junction) - 1947 Bardeen and Brattain (Transistor) - 1952 Geoffrey W. A. Dummer (IC concept) - 1954 First commercial silicon transistor - 1955 First field effect transistor – FET - 1958 Jack Kilby (Integrated circuit) - 1959 Planar technology invented - 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng - 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments - 1962 TTL invented - 1963 First PMOS IC produced by RCA - 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor Các linh kiện thụ động như điện trở, tụ điện, cuộn cảm và những linh kiện bán dẫn như diodes, transistors và mạch tích hợp (ICs) có thể tìm thấy khắp nơi trong cuộc sống (Walkman, TV, ôtô, máy giặt, máy điều hoà, máy tính,…). Những thiết bị này có chất lượng ngày càng cao với giá thành rẻ hơn. 13
Nhân tố chính đem lại sự phát triển thành công của nền công nghiệp điện tử là việc thông qua các kỹ thuật và kỹ năng công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo được các transistor với kích thước ngày càng nhỏ→ giảm giá thành và công suất. 1.2. Phân loại linh kiện điện tử: 1.2.1. Phân loại dựa trên đặc tính vật lý: Linh kiện hoạt động trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề mặt: điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS… IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn ULSI (Ultra Large Scale Integration) là những vi mạch chứa khoảng vài triệu transistor.. đến vi mạch mật độ tích hợp cực cao GSI (Giant Scale Integration) là những vi mạch chứa khoảng vài trăm triệu transistor hoặc hơn. Linh kiện hoạt động trên nguyên lý quang điện: Quang trở, Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyển hoá năng lượng quang điện như pin mặt trời, họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử. Linh kiện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến: Họ sensor nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang bức xạ, sinh học và các chủng loại IC thông minh dựa trên cơ sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo sensor. Linh kiện hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và hiệu ứng mới: các linh kiện được chế tạo bằng công nghệ Nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ một điện tử, Transistor một điện tử, giếng và dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm một điện tử, … 1.2.2. Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu (hình 1.1) Hình 1.1: Phân loại linh kiện dựa trên chức năng xử lý tín hiệu 1.2.3. Phân loại chung: Linh kiện thụ động (passive): R,L,C… Linh kiện tích cực (active): DIOT, BJT, JFET, MOSFET… Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý… Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang 2. Các ứng dụng cơ bản của linh kiện điện tử: 14
Vi mạch và ứng dụng: (hình 1.2; hình 1.3) - Processors: CPU, DSP, Controllers - Memory chips: RAM, ROM, EEPROM - Analog: Thông tin di động ,xử lý audio/video - Programmable : PLA, FPGA - Embedded systems: Thiết bị ô tô, nhà máy, Network cards System-on-chip (SoC). Hình 1.2: Ứng dụng của vi mạch Hình 1.3: Ứng dụng của linh kiện điện tử 15
3. Vật dẫn điện và cách điện. 3.1 Khái quát chung: Trong kỹ thuật người ta chia vật liệu thành hai loại chính: Vật cho phép dòng điện đi qua gọi là vật dẫn điện Vật không cho phép dòng điện đi qua gọi là vật cách điện Tuy nhiên khái niệm này chỉ mang tính tương đối. Chúng phụ thuộc vào cấu tạo vật chất, các điều kiện bên ngoài tác động lên vật chất Về cấu tạo: Vật chất được cấu tạo từ các phần tử nhỏ nhất gọi là nguyên tử. Nguyên tử được cấu tạo gồm hạt nhân (gồm proton là hạt mang điện tích dương (+) , neutron là hạt không mang điện) và lớp vỏ của nguyên tử (là các electron mang điện tích âm e -- ). Vật chất được cấu tạo từ mối liên kết giữa các nguyên tử với nhau tạo thành tính bền vững của vật chất. (hình1.4) Hình 1.4. Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử của vật chất Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngoài cùng có số lượng proton bằng số lượng electron, với trạng thái đó nguyên tử mang tính bền vững và được gọi là trung hoà về điện. Các chất loại này không có tính dẫn điện, gọi là chất cách điện Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngoài cùng có số lượng proton khác số lượng electron thì trở thành ion, chúng dễ cho và nhận điện tử, các chất này gọi là chất dẫn điện Về nhiệt độ môi trường: Trong điều kiện nhiệt độ bình thường (< 25 0C) các nguyên tử liên kết bền vững. Khi tăng nhiệt độ, động năng trung bình của các nguyên tử gia tăng làm các liên kết yếu dần, một số e -- thoát khỏi liên kết trở thành e -- tự do, lúc này nếu có điện trường ngoài tác động vào, vật chất có khả năng dẫn điện. Về điện trường ngoài: Trên bề mặt vật chất, khi đặt một điện trường hai bên chúng sẽ xuất hiện một lực điện trường E. Các e-- sẽ chịu tác động của lực điện trường này, nếu lực điện trường đủ lớn, các e-- sẽ chuyển động ngược chiều điện trường, tạo thành dòng điện. Độ lớn của lực điện trường phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai điểm đặt và độ dày của vật dẫn. Tóm lại: Sự dẫn điện hay cách điện của vật chất phụ thuộc nhiều vào các yếu tố: Cấu tạo nguyên tử của vật chất Nhiệt độ của môi trường làm việc Hiệu điện thế giữa hai điểm đặt lên vật chất 16
Độ dày của vật chất Vật dẫn điện: vật liệu dẫn điện là vật chất ở trạng thái bình thường có khả năng dẫn điện. Nói cách khác, là chất ở trạng thái bình thường có sẵn các điện tích tự do để tạo thành dòng điện 3.2. Các đặc tính của vật dẫn điện, vật cách điện. - Các đặc tính của vật liệu dẫn điện. + Điện trở suất + Hệ số nhiệt + Nhiệt độ nóng chảy + Tỷ trọng Các thông số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu dẫn điện thông thường được giới thiệu trong (Bảng 1-1) - Các đặc tính của vật liệu cách điện . + Độ bền về điện. + Nhiệt độ chịu đựng. + Hằng số điện môi. + Góc tổn hao. + Tỉ trọng. Các thông số và phạm vi ứng dụng được trình bày ở (Bảng 1-2) 17
Bảng 1-1. Vật liệu dẫn điện Điện trở Nhiệt độ Hệ số nhiệt Phạm vi ứng tt Tên vật liệu suất nóng chảy Tỷ trọng Ghi chú dụng mm2/m t0C Đồng đỏ Chủ yếu dùng 1 hay đồng 0,0175 0,004 1080 8,9 kỹ thuật làm dây dẫn - Các lá tiếp xúc 2 Thau (0,03 - 0,06) 0,002 900 3,5 - Các đầu nối dây - Làm dây dẫn điện - Bị ôxyt hoá nhanh, tạo - Làm lá nhôm thành lớp bảo vệ, nên khó trong tụ xoay 3 Nhôm 0,028 0,0049 660 2,7 hàn, khó ăn mòn - Làm cánh - Bị hơi nước mặn ăn toả nhiệt mòn - Dùng làm tụ điện (tụ hoá) - Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử dụng hiệu ứng 4 Bạc 960 10,5 mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần 18
- Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử dụng hiệu ứng 5 Nic ken 0,07 0,006 1450 8,8 Có giá thành rẻ hơn bạc mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần - Hàn dây dẫn. - Hợp kim thiếc và chì có nhiệt độ nóng Chất hàn dùng để hàn 6 Thiếc 0,115 0,0012 230 7,3 chảy thấp hơn trong khi lắp ráp linh kiện nhiệt độ nóng điện tử chảy của từng kim loại thiếc và chì.. - Cầu chì bảo vệ quá dòng - Dùng trong Dùng làm chất hàn (xem 7 Chì 0,21 0,004 330 11,4 ac qui chì phần trên) - Vỏ bọc cáp chôn 19
- Dây săt mạ kem làm dây dẫn với tải nhẹ - Dây sắt mạ kẽm giá - Dây lưỡng thành hạ hơn dây đồng 8 Sắt 0,098 0,0062 1520 7,8 kim gồm lõi - Dây lưỡng kim dẫn điện sắt vỏ bọc gần như dây đồng do có đồng làm dây hiệu ứng mặt ngoài dẫn chịu lực cơ học lớn 9 Maganin 0,5 0,00005 1200 8,4 Dây điện trở Dây điện trở 10 Contantan 0,5 0,000005 1270 8,9 nung nóng - Dùng làm 1400 dây đốt nóng Niken - (nhiệt độ 11 1,1 0,00015 8,2 (dây mỏ hàn, Crôm làm việc: dây bếp điện, 900) dây bàn là) 20