Nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật điện tử: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn sách "Kỹ thuật điện tử cơ bản" cung cấp cho người đọc các nội dung hai chương đầu bao gồm: Linh kiện điện tử thụ động, linh kiện điện tử tích cực. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật điện tử: Phần 1

v ũ QUANG HỒI KỸ THUẬT ■ Đ IỆN T Ử C ơ B Â N NHÀ XUẤT BẢN XÂY D ựN G HÀ NỘI-2 0 1 3
v ũ QUANG HỒI KỸ THUẬT ■ Đ IỆN T Ử C ơ B Â N NHÀ XUẤT BẢN XÂY D ựN G HÀ NỘI - 201 3
LỜI NÓI ĐẨU K ĩ t h u ậ t đ iệ n t ử c ó m ặ t ở m ọ i l ĩ n l i v ự c . t ừ d á n ( l i li l í* đ ế n c ú c i h ị ò i iI i l ỏ H Ịỉ n g h iệ p , t ử c ú c IÌIÚ Ỵ r iê iH Ị l ớ ( íé ii c à h ệ th ỏ m ; p h ứ c tạ p . K li o a h o e k ĩ t h u ậ t củng tiên hộ tliì cúc Hull kiệu điện lứ vù các m ạch điện tử l àu S' (lược hoàn thiện. Vì thế, hiển biết về k ĩ thuật điện từ cùa m ỗi cún bộ k ĩ thuật tlinộc m ọi i i í ị ù i i I i , / li- liớ l ủ k h ó m ; th ê t h iế u d ư ợ c , c ó c lu ĩn t Ị k h á c n h a n c h i là » lứ c đ ộ c h u y ê n S till v ề đ i ệ n t ử t u x t h e o m ó i HỠII (/11(111 n h i ề u h a x ít v à SƯ t h u m íỊÍii s till h í i v IIÔ IÌÌỊ c t ía k ĩ t h u ậ t ( tiệ n tứ . CihiiỊ từ dó. hiểu biết về vấn ( ti l ơ bùn cita k ĩ thuật điện từ lử n ít cún tliiết cho m ọ i cán bộ k ĩ thuật, tliâm chí cả đói với các cún l)ộ liủnli c hinh, lành tế. V tế... T à i liệu này Iiliằm (ĩáp ửiiiỊ nhu cần dó. T ủi liệu kliỗnt; đi MÌII vào các vân đê c h ế tạo, rú c biếu thức tính toán, thiết kê nliiriiiỊ liĩn ạ n ít cơ hớn rẽ bàn chất cức Hull kiện, I ức much thực (hum p h ố bit’ll■ M ột p h ầ n klìác i/Híiiì trọ/iíỊ của tài liệu là nliữiiiỊ kinli i/ạliiợiii khai rilen Hull kiện, inụcli diện ứiiiỊ (lililí; cíiiiiỊ nliư cách kiếm tra linh kiện, m ạch iliậi. Ví) d ê 1’iiìp nliữiiíỊ cán bộ k ĩ thuật tront; thực liùiili cơ bân. tài liệu a im ; lin’ d ru các m ạch, cách đo dạc, lắp ráp và kiểm tra các tlióniJ sô l úa Hindi. K h i biên soạn, tác ỳ ả d ã cô íỊắiHỊ trìnli bủ\' các Iiội (lililí’ Iiiợcli lục và í l ỉ h iê n I l l i c i t c íê H i Ị i t ờ i đ ọ c c ó t h ê t ự h ọ c k lii k liô n tỊ l ó (tiê u k iệ n tớ i ló p lio ặ c ílùiiiỊ đ ể tham kliảo hữu ích. Đ ối tưọ/iiỊ của tài liệu là các sinli viên, học sinh, cúc cán bộ k ĩ thuật vờ các cán bộ lùm việc có liên quan tới (tiện tử. T hiêu só t khi biên soạn là không tránh kliói. Túc 1¡i(i rất moiiiỊ nhận (lược các V kiến doin' iỊÓp của bạn đọc. M ọi tịóp V d id độc ỹ ti xin íỊÍri \ ứ (till chi: Nliủ Micít bán XÕY (lựiií’ 3 7 Lé D ại H ành Q uận H ai Bù Tnftiff - H ủ N ội Tác íiiii 3
MỞ ĐẨU Trong m ạch điện, trạng thái điện cùa một linh kiệi phđn tử) được thê hiện bới 2 thông sô trạng thái là điệi đật trên linh kiện (hay điện áp u rơi trên linh kiện) vì điện I chạy qua nó. Các phần tử tạo ra u và I gọi là nguồn điện áp (ngui hay nguồn dòng điện (nguồn dòng). Các phần tứ khò] được điện áp hay dòng điện là các phần tử tiêu thụ điệ phụ tải). Tuỳ yêu cầu sứ dụng, các linh kiện dược chê tạc nhiều dạng khác nhau và có những đặc tính kĩ thuật ứng với lĩnh vực sử dụng. Các linh kiện điện tử chia ra làm 2 loại: - Linh kiện điện tử thụ động: điện trò, tụ điện, CIIỘII đ - Linh kiện điện từ tích cực: điôt, tranzilo, thyristo. điãc, I
C hưưng 1 LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG 1.1. Đ IỆN TR Ở 1.1.1. Điện trò là gì? Đ iện trớ (resistor) là một linh kiện dùng đế hạn chê dòng điện trong một mạch điện. Đơn vị đo của điện trở là Ôm |Q Ị. Đơn vị đo nhỏ hơn ià Mili Ôm: Im Q = 10 3Q; 1Q = lOOOmQ. Các đơn vị đo lớn hơn là: K ilô Ô m : lk Q = 103Q = 1000Q M êga Ôm: 1M Q = 106Q = 1000.000Q G iga Ôm: 1GQ = 109Q = lOOOkQ = 1Ü00.000.000Q Khi đặt m ột điện áp u vào một m ạch có điện trớ R thì giá trị của điện trờ càng lớn, dòng điện cháy I càng bị hạn ch ế nhiều và có giá trị nhó. Quan hệ đó được biểu thị bởi định luật Ốm cho một đoạn mạch: 1.1.2. C ông dụng của điện trứ Đ iện trứ được sử dụng với nhiều m ục đích khác nhau: - Trong đời sống, điện trở được dùng dê c h ế tạo các dụng cụ nlnr bàn là, bếp điện, lò sưởi, bóng đòn sợi đốt...; - T rong còng nghiệp, điện trờ dược dùng để ché tạo các thiết bị: lò sấy, lò nung hoặc dùng dế hạn chế dòng diện I11Ớ m áy của động CO' điện, dùng đè điéu chinh tốc độ động cơ rôlo dây quấn...; 7
- T rong lĩnh vực điện tử, điện trở được dùng để tạo dòng điện m ong m uốn (tại m ột m ạch nhánh), đê tạo m ột sụt áp m ong m uốn (tại m ột đoạn m ạch) khi cần phân áp, đê’ phối hợp trở kháng, định hằng số thời gian... 1.1.3. C ấ u tạ o Đ iện trớ có nhiều dạng: - Đ iện trớ than trộn: Bột than trộn với keo được ép thành thoi, hai đ ầu có dây dãn ra (hình I . I a). Loại này rẻ nhưng độ chính xác thấp. - Đ iện trờ than phun: Bột than được phun theo rãnh hẹp x oắn trẽn ó n g sư (hình I . I b). Loại này có độ chính xác cao hơn nhưng giá thành ca o hơn. - Đ iện trớ dây quấn: Dây kim loại có điện trờ suất lớn được q u ấn trẽn các ống cách diện rồi tráng m en phủ toàn bộ (hình l . l c ) hoặc k h ỏ n g pliii men (hình l.ld ) . Cũng có khi dây điện trở m ánh được qu ấn trên tấm ch iu nhiệt cách điện (hình l.le ) . Vì điện trớ dây quấn có nhiều vòng dây nén gây ra cám k h án g (xem m ục 1.3). Đ ể giảm và trừ khử cảm k háng này, thường dùng hai cách: hoặc quấn dãy trên tấm dẹt chịu nhiệt cách điện (hình l . l e ) hoặc q u ấn ch ập đôi (hình 1.1 f) đc hai vòng dây cạnh nhau có dòng điện chạy ngược chiều nhau. Đ iện trở dây quấn chịu được công suất tiêu tán lớn, bén và chính xác nhưng giá thành cao. C ác điện trờ nêu trên có trị số điện trớ cô định. T rong thực tế, cò n c h ế tạo các điện trở có trị số thay đổi trong m ột phạm vi nào đó , gọi ]à các biến trở VR (variable resistor). Biến trớ là điện trớ than phun hình vòng cung hay điện trờ dân qu ấn , trẽn đ ó c ó m ộ t COI1 trượt (h a y COI1 c h ạ y ) th a y đổ i đ ư ợ c vị trí n h ờ m ộ t trụ c xoay (hình 1.1 g). Biến trớ có 3 đầu ra. Đ ấu giữa ứng với con trượt. Con trượt ch ia điện trớ vòng cu n g thành 2 phần: 1 và 2. T uỳ th eo vị trí con trượt m à trị sô điện trở phẩn 1 và 2 sẽ tăng hoặc giám nhưng tong trị số là không dổi và là giá trị củ a biến trờ. Các hình l .l h , i là hình d á n e hiến trớ than, trong đó hình l . l i là biến trở công tắc; hình l . l j , k, 1. m , 11, o là hình dáng m ột số hiến trớ dãy quàn. Biến trớ làm nhiệm vụ phân áp còn gọi là chiết áp. N goài ra, đê thay đổi trị số điện trở chính xác, còn có biên Irư vi chinh, dieu chính bàng vít, không có núm xoay (hình l.lo ) . 8
H ình 1.1: Cúc loại điện trờ cố định Ví) biến trở a) Diện trở tlian; b) Diệiì trở than phun; c - f) Điện trđdch’ Íịiũín; iỊ - o) Bien trở. 1.1.4. C ác thõn g sỏ ánh hưưng tói điện trở Trị số của điện trớ là m ột thông số cơ bản m à yêu cầu phái giữ nguyên hoặc ít thay đổi. Trên thực tế, trị số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố. - Đ iện trở phụ thuộc vào vật liệu ch ế tạo và kích thước dây điện trở: R = p- ( 1-2 ) s trong đó: p - điện trờ suất của vật liệu chế tạo điện trờ (Q m ); / - chiểu dài dày dẫn (m); s - tiện diện dây dẫn (m 2). 9
- Đ iện trờ thay đổi theo nhiệt độ: R 1 = R 0(l + a t ° ) = R 0 + R 0a t ư = R 0 + A R (1-3) trong đó: R, - điện trở ờ t°c (Q); R 0 - điện trở ở 0°c (Q ); a - hệ sô' nhiệt điện trờ (độ 1). Thông thường, kim loại có điện trở tăng lẽn khi nhiệt độ tăng (hệ số a > 0) còn chất bán dẩn có điện trở giảm khi nhiệt độ tăng ( a < 0). N ghĩa là: khi nhiệt độ tăng lên thì kim loại dẫn điện kém đi còn chất bán dẫn dần điện tốt hơn. N goài ra, trị số điện trờ còn thay đổi theo độ ẩm , theo thời gian (lão hoá), theo điện áp... 1.1.5. C ác th ôn g só cần q uan tâm khi sử d ụ n g đ iện trỏ l . T rị s ố của diện trỏ Người ta không c h ế tạo các điện trờ đủ các trị số từ n h ó đến lớn m à chi c h ế tạo các điện trờ có trị số theo tiêu chuẩn (bảng 1.1). B ản g 1.1 < lon Q kQ MQ 0,33 10 180 1 18 0,27 4,7 0,5 12 220 1,2 22 0,33 5,6 1 15 270 1,5 27 0,39 6,8 1.5 18 330 1,8 33 0,47 8,2 2 22 390 2,2 39 0,56 10 3 27 470 2,7 47. 0,68 12 3,3 33 560 3,3 56 0,82 15 3,9 39 680 3,9 68 1 18 4 47 820 4,7 82 1,2 ■2 > 4,7 56 5,6 100 1,5 5 68 6,8 120 1,8 5,6 82 8.2 150 2 6 100 10 180 2.7 6.5 120 12 220 3,3 8 150 15 3,9 10
K hi cần các điện trờ không thuộc bảng trên thì phải chọn các điện trờ gần sát nhất hoặc đấu nối các điện trở trong bảng đè' có điện trờ với giá trị m ong m uốn. 2. Đ ộ chính xác của điện trở hay sai sô'của điện trở (tính theo %) Đ iện trờ được ch ế tạo theo 5 cấp chính xác: Cấp 0 0 1 có sai số ± 0,1 % Cấp 005 có sai số ± 0,5% Hai cấp này được dùng trong m ạch có độ chính xác cao như các mạch đổng hổ đo. Cấp I có sai số ± 5% Cấp II có sai số ± 10% Cấp III có sai sô ± 20% Ba cấp này được dùng ở các m ạch diện tử thông thường. 3. C ông suất cực dại diện trở riêu thụ hay công suất tiêu tán tối đa ở d iệ n t r ở Pr = R I L = % ^ (1-4) Đ ể điện trờ làm việc trong phạm vi cho phép, không bị quá nóng đẫn đến hỏng thì công suất tiêu tán thực tế ở điện trờ phải nhỏ hơn PR khoảng ( 1 ,5 - 2 ,0 ) lần. Dải công suất điện trờ khá rộng, từ 1/8W, 1/4W, 1/2W đến vài chục w. 4. C ác tham sô' về đặc điểm cấu tạo, vật liệu c h ế tạo, v.v... 1.1.6. Kí hiệu điện trở trén bản vẽ điện (hình 1.2) a) b) Hình 1.2: Ki hiện diện trở a) Điện trở; h) Biến tr ờ 3 dẩn dây;
Trị số điện trờ và công suất tiêu tán của điện trờ thường được ghi trên bàn vẽ điện như hình 1.3. - G iá trị điện trờ tính bằng Q , chỉ ghi con sô' (hình 1.3a, d). - G iá trị điện trớ tính bằng kQ , ghi chữ k sau con số (hình 1.3b, e). - G iá trị điện trờ tính bằng M Q , ghi chữ M sau con sô' (hình 1.3c, f ). a) b) c) 2k 1M - d d) e) 680 3,9k 0.56M -C l 3 - II H ình 1.3: Cách ghì giá trị diện trở VÌ! công SIlất tiêu tán cùa diện trờ trẽn bàn r ẽ a) 5 fi - IÜW; b) 2k 12 - 5W ; c) 1M Q - 1W ; d) 6 8 0 Q - Ü^5W( 1/2W ); e) 3,9kQ - 0,25W ( 1/4W ); f) 0 ,5 6 M Q - 0,125W (1 /8 W ) T rong lòng điện trở ghi công suất tiêu tán theo sô' L a M ã. Khi cõng suất tiêu tán nhỏ hơn 1w thì dùng gạch ngang hoặc gạch chéo: - chỉ 1/2W = 0,5W / c h i 1/4W = 0,25W / / c h í 1/8W = 0 , 125W 1.1.7. C ách đ ọc giá trị điện trở Có nhiều cách ghi giá trị trên thân điện trờ. Khi thân điện trờ đù lớn, người ta in trực tiếp giá trị lên diện trở, tính bằn g Q với chữ cái chi bội số của Q (R hoặc E = 10°Q, K = ÌO^Q; M = 106Q ). Vị trí chữ cái là vị trí dấu pháy giữa số nguyên và số thập phân. C hữ tiếp theo chỉ sai số (M = 20% ; K = 10%; J = 5% ; G = 2% và F = 1%). Ở những điện trở lớn, cóng suất tiêu tán cũng được ghi ngang trên thân điện trờ. V í du: 4K 7J là 4 ,7 k Q ± 5% của 4,7 k Q Đ iện trờ 4K 7J có giá trị (4465 -T 4935)Q R3K là 0 .3 Q ± 10% cùa 3Q Đ iện trở R 3K có giá trị (0,27 -r 0,33)Q 12
Số số 0 (10“) Sai số % 1 2 \ / / \ Số có nghĩa Số có nghĩa thứ nhat thử hai H ình 1.4: Luật VÒIÌÍỊ màu trên thân cìiựn trở Với các điện trở có thân nhò, dùng cách ghi vòng mầu quanh thân điện trở như trẽn hình 1.4. Thông thường có 4 vòng: vòng 1 và vòng 2 chí con số có nghĩa thứ nhất và thứ hai. V òng thứ ba chỉ số số 0 tiếp theo (hoặc chi số mũ luỹ thừa của hệ số nhân 10x). V òng thứ tư chí sai số tính theo %. Các giá trị ứng với 3 vòng đầu như trên bảng 1.2. Bảng 1.2 Vòng mầu Giá trị Vòng mầu Giá trị Đen 0 Lục 5 (xanh lá cây) Nâu 1 Lam 6 (xanh lơ) Đỏ 2 Tím 7 Cam 3 Xám 8 Vàng 4 Trắng 9 V òng thứ tư chỉ sai số % có m àu như sau: -N â u sai số 1% - Đỏ sai số 2% - Kim nhũ (nhũ vàng) sai số 5% - Ngân nhũ (nhũ bạc) sai số 10% - M àu thân điện trớ (không có vòng thứ tư) sai số 20% Hình 1.5 và 1.6 là các ví dụ về cách đọc điện trở theo vòng màu. 13
Đò Váng Tím I Nhũ bạc i-L L 2 7 4 10% R = 27.104 ± 10% = 270Q ± 10% của 270Q R = 243Q -í- 2 9 7 n H ình 1.5: Cách (lọc điện trờ klii có 4 vòng màn Xám Lam I Đen I Màu thân . . < í I L 6 8 1 20% R = 68.101 ± 20% = 680Q ± 20% của 6 8 0 n R = 666,4 Q ■- 6 9 3 ,6 0 = H ình 1.6: Cácli đọc cỉiện trà klii có 3 vòn ¡ỉ màu Trường hợp chỉ có 3 vòng m àu m à vòng thứ ba là kim nhũ hav ngân nhũ thì đó là điện trở có giá trị nhó hơn 10Q. V òng 1 và 2 là các con số có nghĩa. V òng thứ ba là hộ số nhàn (vòng kim nhũ: X— = x lO vòng ngân nhũ: X— - = x lO “2 ). C ách đọc như ví dụ trên hình 1.7. 100 Đen Cam I Ngân nhũ M 3 0 _L 100 R = 30x — = 0,30 100 H ình 1.7: Cách đọc diện trờ nhỏ hơn 10Q 14
1.1.8. Đo điện trở bàng vạn năng ké D ùng vạn năng k ế có thể đo trực tiếp đê’ biết giá trị của điện trở. Cách đo như sau: - Chuyển thang đo về thang X lk; - Chập 2 que đo vào nhau; - Chỉnh chiết áp ADJ đế kim chỉ OQ; - Nhà 2 que đo. - D í 2 que đo vào 2 đầu điện trở cần đo và đọc trị số trên đồng hổ (tính theo kQ ). Chú ỷ khi do: - Nếu giá trị đo được nhỏ (kim lệch gần cực đại - gần vẻ 0) thì cần chuyến vé thang đ o nhò X 100Q , X 10Q , v.v... ch ỉn h 0 và đ o lại. - Nếu giá trị đo được lớn (kim ít lệch - gần về 00) thì cần chuyển véthang đ o lớn X 100k, c h ỉn h 0 và đ o lại. - Khi đo điện trờ trên m ạch, phái tách m ột đầu điện trờ ra khỏi m ạch. Nếu không, giá trị đo sẽ bị ảnh hưởng bời các phần tử khác trong m ạch do liên kết m ạch (nối tiếp, song song, phân nhánh, có nguồn...). - Khi đo điện trờ rời (hình 1.8), chỉ được cầm đấu que đo ép vào điện trở ờ m ột đầu tay (tay trái), CÒI1 tay k ia cầ m v à o c á n c á c h đ iện của que đo đê dí đầu que đo vào điện trờ. Nếu không, giá trị đo sẽ là điện trở tương đương của điện trở đo m ắc song song với điện trở người giữa hai tay. Nếu điện trở đo có giá trị lớn thì sai lệch càng n sh iêm trọng (do điện trở giữa hai Hìnlì 1.8 tay của người lớn). 1.1.9. C ác bài thực hành về điện trư Bài 1. T ập đo điện trờ bằng vạn năng k ế (m ục 1.1.8). Đ o m ột số điện trờ rời, m ột số điện trờ trên mạch in và một số biến trở. 15
Bài 2. Tính chọn (rồi đo kiểm tra -p ' u p - bằng vạn năng kê) điện trớ để có dòng điện yêu cầu (kiểm tra qua am pe kế). Mạch đo như hình 1.9 với R? các giá trị dòng yêu cầu cho trên bảng 1.3. Bỏ qua điện trờ am pe kế. H ình 1.9: Mạcli cùa hài 2 B ản g 1.3 TT U (V ) I (mA) R? a 12 10 - b 12 15 - a) Đ iện trở cần có tính theo định luật Ô m R = _u = J 2 V _ = 1 2 0 0 q = J 2k Q I 0 .0 1 A Công suất tiêu tán trên điện trở: AP = RI2 = 1 2 0 0 x 0 , 012 = 0 , 1 2 W C họn điện trờ l,2 k Q với công suất tiêu tán 2 X 1/8W = 1/4W = 0,25W . Đ o lại R và lắp m ạch đo I. Cấp nguồn và đo I. N hận xét ? b) Đ iện trở cần có là: R=—= = 800 Q I 0 ,0 1 5 T rong dái trị số điện trở (bảng 1.1) không có điện trở 8 0 0 Q . D o vậy, ta phải tìm biện pháp m ắc nối tiếp, m ắc song song hay m ắc hỗn hợp đ ế có điện trở tương đương với trị số 800Q . C ách I : Dẻ thấy, nếu m ắc nối tiếp hai điện trở 180Q và 2 2 0 Q sẽ có điện trờ 4 0 0 Q . V ậy cần m ắc nối tiếp hai điện trở 180Q, hai điện trờ 2 2 0 Q đ ế có điện trở 8 0 0 Q như trên hình 1.10. Công suất tiêu tán trên m ột điện trở 180Q là: AP] = 180 X 0 ,0 152 = 0,0405w . C họn AP, = 0 .1 2 5 W . 16
u = 12V — 0 I = 15mA 180 180 220 220 ~ r~ H " H ' H £ - 1© — H ình 1.10: Đáp án bài 2b (cách Ị) Cóng suất tiêu tán trên m ột điện trở 220Q là: AP, = 220 X 0 ,0 152 = 0,0495w . Chọn AP2 = 0,125W Cáclì 2: Có thê nối tiếp 2 điện trờ l,5 k Q và 100Q để có điện trờ l,6kQ - c i 12V Sau đó m ắc song song 2 điện trở 1,6kQ để có điện trở 0,8kQ . Sơ đồ mắc 1,5k 100 như hình 1.11. D òng qua m ỗi nhánh song song là: 1,5k 100 15mA/2 = 7,5m A H ình 1.11: Đáp chì hài 2h Công suất tiêu tán trên điện trở (cách 2) 1,5kQla: AP, = 1500 X 0 ,00752 = 0,084375W . Chọn AP, = 0,125W . Công suất tiêu tán trên điện trờ 100Q là: AP2 = 100 X 0,00752 = 0,005625W. Chọn AP2 = 0,125W. vì 1/8W là công suất nhỏ nhất được sản xuất. Cách 3: C ũng có thể dùng một điện trở l,5kQ và m ột biến trớ 4 ,7 k fi đế mắc song song như hình 1.12. - 0 ' U =12V p— 3 ? I = 15mA 1.5k HmAV- Hình 1.12: Đáp án hài 2b (cácli 3) 17