Giáo Trình Môn Dụng Cụ Linh Kiện Điện Tử

Bài giảng DCLKĐT Các khái niệm cơ bản


Trường ĐH GTVT TPHCM 1

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Mạch điện
Mạch điện: một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại trong đó xảy ra quá trình
truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện đo bởi các đại lượng dòng điện, điện áp.
Mạch điện được cấu trúc từ các thành phần riêng rẽ đủ nhỏ, thực hiện các chức năng
xác định được gọi là các phần tử mạch điện. Hai loại phần tử chính của mạch điện là
nguồn và phụ tải.
- Nguồn: các phần tử dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho
mạch.
VD: máy phát điện, acquy …
- Phụ tải: các thiết bị nhận năng lượng hay tín hiệu điện.
VD: động cơ điện, bóng điện, bếp điện, bàn là …
Ngoài 2 thành phần chính như trên, mạch điện còn có nhiều loại phần tử khác nhau
như: phần tử dùng để nối nguồn với phụ tải (VD: dây nối, dây tải điện…); phần tử làm
thay đổi áp và dòng trong các phần khác của mạch (VD: máy biến áp, máy biến dòng …);
phần tử làm giảm hoặc tăng cường các thành phần nào đó của tín hiệu (VD: các bộ lọc,
bộ khuếch đại…).
Trên mỗi phần tử thường có một đầu nối ra gọi là các cực để nối nó với các phần tử
khác. Dòng điện đi vào hoặc đi ra phần tử từ các cực. Phần tử có thể có 2 cực (điện trở,
cuộn cảm, tụ điện …), 3 cực (transistor, biến trở …) hay nhiều cực (máy biến áp, khuếch
đại thuật toán …).
2. Các đại lượng cơ bản

* Điện áp
Điện áp giữa 2 điểm A và B là công cần thiết để làm dịch chuyển một đơn vị điện
tích (1 Coulomb) từ A đến B.

Đơn vị: V (Volt)

U
AB
= V
A
– V
B
U
AB
= - U
BA

U
AB
: điện áp giữa A và B.
V
A;
V
B
: điện thế tại điểm A, B.
* Dòng điện
Bài giảng DCLKĐT Các khái niệm cơ bản


Trường ĐH GTVT TPHCM 2

Dòng điện là dòng các điện tích chuyển dịch có hướng. Cường độ dòng điện (còn
gọi là dòng điện) là lượng điện tích dịch chuyển qua một bề mặt nào đó (VD: tiết diện
ngang của dây dẫn …).

Đơn vị: A (Ampere)
Chiều dòng điện theo định nghĩa là chiều chuyển động của các điện tích dương (hay
ngược chiều với chiều chuyển động của các điện tích âm). Để tiện lợi, người ta chọn tuỳ
ý một chiều và kí hiệu bằng mũi tên và gọi là chiều dương của dòng điện. Nếu tại một
thời điểm t nào đó, chiều dòng điện trùng với chiều dương thì dòng điện mang dấu dương
(i > 0); còn nếu chiều dòng điện ngược chiều dương thì dòng điện mang dấu âm (i < 0).
3. Các định luật cơ bản của mạch điện
Định luật Ohm
U: điện áp giữa 2 đầu mạch
I: dòng điện chạy trong mạch
Z: tổng trở của mạch
U = Z.I
u(t) = Z.i(t)
Định luật Kirchhoff
Nhánh: 1 đoạn mạch gồm một hay nhiều phần tử 2 cực nối tiếp với nhau trên đó có
cùng một dòng điện đi qua.
Nút (đỉnh): là biên của nhánh hoặc điểm chung của các nhánh.
Vòng: là một tập các nhánh tạo thành một đường khép kín
3.2.1 Định luật Kirchhoff 1
Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kỳ bằng 0.
Σ
±
i
k
= 0
Trong đó quy ước: Các dòng điện có chiều dương đi vào
nút thì lấy dấu +, còn đi ra khỏi nút thì lấy dấu - ; hoặc ngược
lại.

Ví dụ :

i
1
– i
2
– i
3
= 0
-i
1
+ i
2
+ i
3
= 0

Định luật Kirchhoff 1 còn được phát biểu dưới dạng: Tổng các dòng điện có chiều
dương đi vào một nút bất kì thì bằng tổng các dòng điện có chiều dương đi ra khỏi nút
đó.
Z
U
I
Bài giảng DCLKĐT Các khái niệm cơ bản


Trường ĐH GTVT TPHCM 3

3.2.2 Định luật Kirchhoff 2
Tổng đại số các điện áp trên các phần tử dọc theo tất cả các nhánh trong một vòng
bằng 0.
Σ

±
u
k
= 0
Dấu của điện áp được xác định dựa trên chiều dương của điện áp đã chọn so với
chiều của vòng. Chiều của vòng được chọn tuỳ ý. Trong mỗi vòng nếu chiều vòng đi từ
cực + sang cực – của một điện áp thì điện áp mang dấu +, còn ngược lại thì điện áp mang
dấu - .
Ví dụ:
U
R3
+ U
C3
+ e
2
- U
L2
– U
R1
– e
1
= 0
U
R3
+ U
C3
- U
L2
– U
R1

= e
1
– e
2
2111
2
2
t
0
3
3
33
eeiR
dt
di
Ldti
C
1
iR −=+−+
∫



4. Các loại vật liệu điện
Chất dẫn điện
Là chất có khả năng để cho dòng điện đi qua. Các chất dẫn điện tốt: bạc, đồng,
vàng, nhôm,…
Chất cách điện
Là các chất không để cho dòng điện chạy qua. Chất cách điện tốt nhất là: thuỷ tinh,
sành, cao su, giấy,…

Chất bán dẫn
Là các chất mà cấu tạo nguyên tử ở tầng ngoài có 4 electron, chất bán dẫn có điện
trở lớn hơn chất dẫn điện nhưng nhỏ hơn chất cách điện. Các chất bán dẫn thông dụng là:
silic và gecmany.
i
1
e
1

i
3
i
2
R
1
e
2

C
3
R
3

Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 4

CHƯƠNG 1 ĐIỆN TRỞ
1. Tổng quan điện trở (Resistor)

Đặc tính điện và cấu tạo
1.1.1 Đặc tính điện
- Điện trở là linh kiện thụ động, có tác dụng cản trở dòng điện trong mạch tùy thuộc
vào trị số của nó.
- Khi có dòng điện chạy qua, dưới tác dụng nhiệt các điện trở sẽ bị nóng lên, do đó
điện trở còn được sử dụng để chuyển đổi điện năng sang nhiệt năng.
Vd: mỏ hàn, bếp điện…
- Ký hiệu:

- Đơn vị tiêu chuẩn Ω ohm
G =
R
1
: điện dẫn – Đơn vị: Ω
-1
hay Siemen (S)
- Hình dạng thực tế của điện trở:
-
1.1.2 Cấu tạo
Cấu tạo thông thường của điện trở như sau:




Đế lõi
Đầu ra
V
ỏ cách điện

Vật liệu cản điện

R

Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 5

Các tham số cơ bản của R.
1.2.1 Trị số danh định
-

Đặc trưng cơ bản của điện trở là trị số của nó. Điện trở có trị số càng lớn (hay sức
cản điện, trở kháng) sẽ cản dòng qua nó càng nhiều.
Định luật Ohm:
U
I
R
=
, A (ampere)

3 6
1 10 10
M K
Ω = Ω = Ω

- Trị số của điện trở được các nhà chế tạo ghi lên thân của điện trở bằng chữ số hay
vòng màu.
- Người ta không thể chế tạo các điện trở có đủ tất cả các trị số từ lớn đến nhỏ mà
chỉ chế tạo các điện trở có trị số tiêu chuẩn.
Thí dụ:

1 1,2 1,5 1,8
1 1,2 1,5 1,8
1 1,2

K K K K
M M
Ω Ω Ω Ω
Ω Ω

- Nếu muốn các giá trị danh định khác, ta phải mắc nối tiếp hoặc song song nhiều
điện trở.
• Mắc nối tiếp:
1 2

R R R
= + +

• Mắc song song:
1 2
1 1 1

R R R
= + +

1.2.2 Dung sai (Độ chính xác):
Là sai số của giá trị thực so với giá trị danh định.
Thí dụ:
10
R K

= Ω
có dung sai
0
0
10
±
. Giá trị thực của
[
]
9 ;11
R K K
∈ Ω Ω

- Tùy theo công dụng mà người ta chia thành các cấp chính xác như sau:
• Điện trở thường:
0
0
20 , 10%, 5%
± ± ±
.
• Điện trở chính xác:
2%, 1%, 0.5%
± ± ±

• Điện trở chính xác cao:
0.1%, 0.05%
± ±

1.2.3 Công suất.
- Công suất định mức là công suất tiêu tán tối đa của điện trở mà tại đó không làm

hỏng nó.
Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 6

- Công suất của R:
2
2
V
P RI
R
= =
(W : Watt)
- Nếu quá công suất chịu đựng thì có thể xảy ra tăng hay giảm điện trở hoặc xảy ra
hiện tượng đánh thủng.
- Công suất chịu đựng tối đa P
max
tùy thuộc vào:
• Kích thước điện trở (kích thước càng lớn -> công suất càng lớn).
• Kỹ thuật giải nhiệt.
• Tuỳ thuộc vào nhiệt độ: T
A
(nhiệt độ môi trường) và T
C
(case: nhiệt độ vỏ điện
trở)
Thí dụ: Đường cong giảm công suất.

Để làm giảm ảnh hưởng của điện trở vào nhiệt độ người ta có thể quấn lá nhôm quanh
R để tản nhiệt.
- Nếu biết P
max
ta có thể tìm V
max
: điện áp chịu đựng cực đại

max max
.
V P R
=
(Với áp DC)
Bảng qui ước về màu sắc của R:

Màu Trị số Dung sai
Đen 0
20%
±

Nâu 1
1%
±


Đ
ỏ

2

2%
±

Cam 3
Vàng 4
Lục (Xanh lá) 5
Lam (Xanh dương) 6
Tím 7
Xám 8
0
25
0
C 100
0
C
P
max
T
0
A
Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 7

Trắng 9
Vàng kim

10
-
1

5%
±

Bạc
10
-
2

10%
±

- Đọc trị số:
Voøng maøu
Maøu 1 2
3
Dung
sai

- Vòng màu thứ 3 (đối với điện trở có 3 hay 4 vòng màu) và vòng màu thứ 4 (đối
với điện trở có 5 vòng màu) chỉ hệ số mũ.
- Nếu màu vàng kim hoặc màu bạc ở vòng thứ 3 (đối với điện trở 4 vòng màu)
hoặc ở vòng thứ 4 (đối với điện trở 5 vòng màu) thì trị số tương ứng là:
Vàng kim: -1
Bạc: -2
Ví dụ: Đỏ - Xám – Nâu: 28.10
1

=> Giá trị của điện trở: 28

Ω
Nâu – Đen – Đỏ - Bạc: 10.10
2

10%
±
=> Giá trị điện trở: 1KΩ , sai số 10%.
Đỏ - Cam – Tím – Đen – Nâu: 237.10
0

1%
±
=> Giá trị điện trở: 273Ω , sai số 1%.
2. Công thức tính điện trở:

2.1 Theo vật liệu chế tạo
- Nếu là điện trở của cuộn dây: Trị số điện trở của cuộn dây dẫn phụ thuộc vào vật
liệu, tỷ lệ thuận với chiều dài và tỷ lệ nghịch với tiết diện dây.

l
R
S
ρ
=

ρ
: điện trở xuất

2
/
m m
 
Ω
 

l : chiều dài dây dẫn [m]
S : tiết diện dây [m
2
]
Thí dụ: Tìm điện trở của 1 dây dẫn dài 6.5m, đường kính dây 0.6mm, có
430
n m
ρ
= Ω
.
Dựa vào công thức ta tìm được
9.88
R
= Ω

2.2 Theo lý thuyết mạch:
Định luật Ohm:
( )
U
R
I
= Ω

Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 8

Khi có dòng điện chạy qua 1 vật dẫn điện thì ở hai đầu dây sẽ phát sinh 1 điện áp U tỷ
lệ với dòng điện I.
2.3 Theo năng lượng:
Khi có dòng điện qua R trong 1 thời gian t thì R bị nóng lên, ta nói R đã tiêu thụ 1
năng lượng: W = U.I.t

2
. .
W R I t
→ =
J hoặc W.s
Ta thấy rằng t càng lớn thì điện năng tiêu thụ càng lớn.
3. Phân loại điện trở.
3.1 Theo vật liệu điện trở:
• Than graphite: bột, màng, chất cách điện…
• Hợp kim: dây điện trở…
• Oxide kim loại
• Cermit (Ceramic metal): kim loại gốm
• Màng kim loại.
3.2 Theo cấu tạo:
Cấu tạo thông thường của điện trở như sau:
3.2.1 Điện trở than ép (nén) RTN:
Đây là loại điện trở được sử dụng nhiều nhất trong các mạch điện tử.
- Nó được chế tạo bằng cách trộn bột than chì và keo cách điện theo 1 tỷ lệ nhất
định để cho các trị số khác nhau. Sau đó được nung nóng, ép lại thành từng thỏi

khối hình trụ tròn, hai đầu có dây dẫn ra để hàn nối. Ngoài cùng người ta sơn các
vòng màu khác nhau để phân biệt trị số của điện trở.
- Đặc điểm của loại điện trở này là dễ chế tạo -> rẽ tiền -> thông dụng.
Tuy nhiên nó có dung sai khá lớn (khoảng
20%
±
). Nhiệt độ làm việc dưới 100
0
C.
Công suất 1/4W -> 4W.
3.2.2 Điện trở dây quấn RD:
- Loại này được làm bằng hợp kim NiCr (hệ số nhiệt nhỏ) quấn trên lõi cách điện
bằng Amiăng, đất nung, sành sứ…. Bên ngoài được phủ một lớp nhựa cứng và
một lớp sơn cách điện.
- Đặc điểm của điện trở dây quấn là loại điện trở cần trị số nhỏ hay cần dòng chịu
đựng cao: trị số
0,1 10
Ω → Ω
sai số nhỏ
(
)
5%
±
có thể đạt tới
0.1%
± →
chịu được
công suất lớn (vài W -> vài chục W) nên được gọi là điện trở công suất. Nhiệt độ
tối đa sử dụng khoảng 125
0

C.
Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 9

3.2.3 Các loại điện trở khác
Điện trở than màng mỏng kim loại: Dùng chất Ni – Ca có trị số ổn định hơn điện
trở than, giá thành cao. Công suất thường là 1/2W.(RKM)
Điện trở oxide kim loại: dùng chất oxide thiếc chịu được nhiệt độ cao và độ ẩm
cao. Công suất thường là 1/2W.(ROKM)
Điện trở màng vi điện tử.(RMV)
Đi
ện trở dán bề mặt (Surface mount resistor).(RBM)
……………
3.3 Phân loại theo công dụng
3.3.1 Biến trở: (Variable resistor)
Biến trở là điện trở có thể thay đổi được. Biến trở có thể ở dạng kiểm soát dòng
hay dạng chiết áp.
Biến trở dạng kiểm soát dòng công suất lớn dùng loại dây quấn. Ít gặp trong các
mạch điện tử. Chúng có ký hiệu như hình vẽ.
Biến trở thường dùng hơn là biến trở than hay còn được gọi là chiết áp. Chiết áp là
loại điện trở được sử dụng khi thường xuyên cần thay đổi trị số. Có ký hiệu như hình
vẽ.

Phần tử chính của biến trở là một con chạy trượt tiếp xúc với bề mặt của điện trở.
Kế cấu con chạy có thể theo kiểu xoay (biến trở xoay) hoặc theo kiểu trượt (biến trở
trượt).
Cấu tạo của biến trở: Người ta tráng một lớp than mỏng lên hình vành cung bằng
bakelit, 2 đầu lớp than là hai cực A, B của biến trở. Ở giữa có một con chạy bằng kim
loại tiếp xúc lớp than, con chạy xem như là cực thứ 3 của biến trở. Trục xoay được
gắn liền với con chạy. Khi trục xoay (chỉnh biến trở) -> con chạy di động trên lớp
than làm cho trị số của biến trở thay đổi.
Vậy: Khi ta chỉnh biến trở bằng tay, trị số điện trở giữa AC và BC thay đổi, nhưng
trị số của AB không đổi do nó là trị số của điện trở.
- Ngoài ra cũng có loại biến trở kép (cùng một trục điều khiển con chạy).
- Thường biến trở được chế tạo từ
5 5
M
Ω → Ω
, công suất tối đa 2W.
Loại kiểm soát dòng Loại chiết áp
Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 10

- Lưu ý: ngoài các đặc tính tương tự như điện trở cố định, chiết áp còn có thông số
cơ bản nhất là luật điện trở. Luật điện trở cho biết trị của điện trở thay đổi thế nào
khi ta xoay con chạy của chiết áp.

• Nếu quan hệ trong góc quay chiết áp và trị số thay đổi tuyến tính thì loại này gọi là
chiết áp tuyến tính. Ứng dụng để điều chỉnh âm lượng…
• Nếu quan hệ giữa góc quay chiết áp và trị số có luật thay đổi không tuyến tính
(loại loga) dùng để điều chỉnh âm lượng để đạt sự thay đổi từ từ, không bị chói tai
như dùng chiết áp loại tuyến tính.
- Cách đo điện trở: Dùng ở chế độ đo nguội, đồng hồ ở vị trị đo Ohm. Chập 2 que
đo, chỉnh về zero bằng nút Adjust. Chập 2 que đo vào 2 chân ngoài ( 1 và 3) đo trị
số cố định. Dùng 1 trong 2 chân đặt vào chân giữa (chân nối với trục xoay) từ từ
xoay trục của biến trở theo chiều kim đồng hồ và ngược lại. Nếu:
• Kim VOM lên xuống 1 cách đều đặn -> biến trở tốt.
• Kim VOM không thay đổi -> biến trở hư.
• Trong quá trình xoay có vài vị trí kim bị chựng lại hay nhảy vọt: biến trở mòn, dơ
-> tiếp xúc xấu.
3.3.2 Nhiệt trở (Thermistor)
Nhiệt trở là loại điện trở mà tính chất và các thông số của nó phụ thuộc vào nhiệt
độ.
Ký hiệu:


Công thức:
1
1 2
2
1 1
T
T T
T
R
e
R

β
 
−
 
 
=

T
1
, T
2
(
0
K)

β
: phụ thuộc vật liệu chế tạo.
Có hai loại nhiệt trở:
 Nhiệt trở dương PTC (positive Temperature Coefficient): còn được gọi là nhiệt trở
có hệ số nhiệt dương. Tính chất của PTC là điện trở tăng khi nhiệt độ tăng và ngược lại.
Góc quay
Tuyến tính
Loga

Đi
ện trở

t
0

PTC
Th
Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 11

Có rất nhiều dạng như: hình đĩa, hình hạt đậu hay hình trụ có đầu hơi nhọn…
- Ứng dụng: nhiệt trở PTC thường được dùng để bảo vệ mạch khỏi bị quá dòng (ổn
định dòng), ổn định điều kiện làm việc trong các mạch khuếch đại (đặc biệt là các
mạch khuếch đại công suất). Nếu vì lý do nào đó dòng điện trong mạch tăng lên,
PTC có nhiệt độ tăng -> R tăng -> I giảm xuống.
- Đặc tuyến:





 Nhiệt trở âm NTC (Negative temperature coefficient): NTC còn được gọi là nhiệt
độ có hệ số nhiệt âm. Tính chất của NTC là: điện trở giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại.
Nhiệt trở NTC được chế tạo từ các hợp chất như: mangan – đồng…
- Đặc tuyến:




- Ứng dụng: nhiệt trở âm được sử dụng nhiều trong kỹ thuật điện tử. Nó thường
dùng để điều chỉnh nhiệt độ, trung hoà các thành phần khác không của mạch điện
làm việc ở các khoảng t
0

khá rộng ( ổn định nhiệt cho các tầng khuếch đại công
suất).
Ngoài ra nhiệt trở còn có chức năng đặc biệt như: đo năng lượng phóng xạ, năng
lượng áng sáng mặt trời, năng lượng các tia đặc biệt …-> nó đóng vai trò một chỉ báo
trong thiết bị.
• Cách đo thử điện trở:
Đo Ohm của điện trở, sau đó làm nóng nhiệt trở:
Loại NTC: trị số của điện trở sẽ giảm.
Loại PTC: trị số của điện trở sẽ tăng.
3.3.3 Điện trở tùy áp VDR: (Volt Dependent resistor hay Varistor)
Vật liệu cấu tạo: SiC (Silicon – Carbon)


R
T
(
Ω
)
R
T

= f(t
0
)

t
0
(C)
R
T

(
Ω
)
t
0
(C)
VDR
V
V

Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 12

VDR là loại điện trở có trị số phụ thuộc và điện áp đạt vào nó:
• Khi điện áp đạt vào dưới trị số qui định thì VDR có trị số điện trở rất lớn (
R
→ ∞
)
coi như hở mạch.
• Khi điện áp tăng lên quá cao thì VDR có trị số giảm xuống còn rất thấp (
0
R
→
)
xem như ngắn mạch.
Đặc tuyến:

Ứng dụng:
• VDR thường được mắc song song với các cuộn dây bị mất dòng điện qua đột ngột,
tránh làm hỏng các linh kiện khác trong mạch.
• Giới hạn điện áp:



• Nén giản tín hiệu:




3.3.4 Điện trở cầu chì: (Fusistor)
Điện trở cầu chì thường được mắc ở các đường mạch nguồn. Khi dòng qua R lớn,
dòng sẽ làm đứt điện trở này, mạch sẽ cắt được dòng. Nhờ đó mạch bị cắt nguồn và được
bảo vệ khi có sự cố (điện thế tăng hay cắm lộn điện). Fusistor thường có trị số nhỏ
(khoảng vài
Ω
).
3.3.5 Trimmer
- Trimmer gồm:
Phần tử điện trở.
2 đầu ra.
Đặc tuyến làm việc
-I
I

V

-
V

100 VAC
R
AC

AC


AC
R
AC
Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 13

Tiếp điểm di chuyển được (con trượt).
Trục chỉnh (trục, ốc chỉnh, trục quay).
- Có 2 nhóm trimmer: loại chỉnh 1 vòng và nhiều vòng.
- Các ứng dụng của trimmer:
Loại mạch Các thí dụ sử dụng
Nguồn điện
- Chỉnh điện áp.
- Điều chỉnh giới hạn dòng.
Op – amp

- Chỉnh offset .
- Chỉnh độ lợi ( độ khuếch đại)
Mạch số
- Trì hoãn thời gian trong mạch monostable.
-
Ch
ỉnh sai số (offset) trong mạch tế b
ào quang.

Thiết bị đo
- Cân chỉnh Volt kế số.
- Chỉnh trigger, định thì và các mạch khác trong các
máy phát tín hiệu vá các dao động ký
- Loại trimmer 1 vòng hay nhiều vòng? Loại nhiều vòng chính xác hơn.
- So sánh trimmer loại cermit và dây quấn: phần tử điện trở của trimmer có thể được
tạo từ một số vật liệu. Có 2 loại vật liệu thông dụng nhất là cermit và đồng; tương
ứng là trimmer cermit và trimmer dây quấn.
Tùy theo yêu cầu sử dụng mà ta chọn lựa loại trimmer nào. Bảng sau cho ta thấy so
sánh giữa 2 loại trimmer (chỗ nào có đánh x chỉ tốt hơn).

Cermit Dây quấn
Dãi điện trở.
Hệ số nhiệt độ thấp
Tiêu tán công suất cao
Độ ổn định điện trở.
Độ chính xác chỉnh.
Điện kháng thấp trong mạch hồi tiếp.
Giá thành thấp hơn.
Kích thước nhỏ hơn.
Nhiễu trong khi chỉnh

10 5
M
Ω ÷ Ω




x
x
x
x
10 50
K
Ω ÷ Ω

x
x
x




x

Bài giảng DCLKĐT Chương 1: Điện trở


Trường ĐH GTVT TPHCM 14

4. Ứng dụng chung của điện trở

- Trong sinh hoạt, điện trở được dùng để chế tạo các dụng cụ điện như: bàn ủi, bếp
điện, bóng đèn, nồi cơm điện…
- Trong công nghiệp, điện trở dùng để chế tạo các thiết bị sấy, sưởi, giới hạn dòng
khởi động của các động cơ.
- Trong lĩnh vực điện tử, điện trở dùng để giới hạn dòng điện hay tạo sự giảm thế.

Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện


Trường ĐH GTVT TPHCM 15

CHƯƠNG 2 TỤ ĐIỆN
1. Tổng quan:
Cấu tạo của tụ điện:
Về cơ bản tụ điện gồm hai bản cực kim loại đối diện nhau và phân cách ở giữa chất
cách điện mà còn được gọi là chất điện môi (dielectric).
Chất điện môi có thể là không khí, chất khí, giấy (tẩm), màng hữu cơ, mica, thủy
tinh hoặc gốm, mỗi loại có hằng số điện môi khác nhau, khoảng nhiệt độ và độ dày khác
nhau.


Kí hiệu: C – Đơn vị Farah (F).

Điện tích giữa hai bản tụ được xác định:
q(t) = Cu(t)
Khái niệm chung
 Trị số điện dung C: khả năng chứa điện của tụ điện được gọi là điện dung (C).
 Đơn vị của C: Fara (F), F lớn nên trong thực tế thường dùng đơn vị nhỏ hơn µF,
nF, pF
pFnFFF

1296
1010101 ===
µ

- Theo quan điểm vật liệu: Điện dung C (Capacitor hay Condenser) của tụ điện tùy
thuộc vào cấu tạo và được tính bởi công thức:
S
C
d
ε
=

Với: C: điện dung {F}
S: diện tích của bản cực {m
2
}.
i C
+ -
u
Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện


Trường ĐH GTVT TPHCM 16

D: khoảng cách giữa hai bản cực {m}.

ε
: là hằng số điện môi và
0
.

r
ε ε ε
=
(
r
ε
là hằng số điện môi tương đối;
0
ε
là hằng
số điện môi không khí,
12
0
8.85 10
ε
−
= ×
(F/m).
- Theo quan điểm lý thuyết mạch: tỷ số giữa điện tích Q và điện áp đặt vào 2 vật dẫn
(hay bản cực) U.
Q
C
U
=
hay Q = C.U
Với: Q: điện tích có đơn vị là C (colomb).
C: điện dung có đơn vị là F (Fara),
F
µ
, nF, pF.

U: sụt áp ở hai bản cực có đơn vị là V (volt).
- Theo quan điểm năng lượng: tụ là kho chứa điện và lượng điện năng chứa trong tụ
được xác định:
2
1
.
2
W C V
=

Năng lượng tĩnh điện J tính theo Ws (Wast giây) hoặc J (Joule) được cho bởi
Sau đây là các giá trị hằng số điện môi của một số chất cách điện thông dụng để làm
tụ điện:

Vật liệu Hằng số điện môi tương
đối
r
ε

Điện trường đánh thủng
(KV/cm)
Chân không hay không khí 1 32
Giấy tẩm dầu 3.6 100 – 250
Gốm (sứ) 5.5 150 – 200
Mica

3
–

8

600
–

1500

Parafin 2 – 2.2 200 – 250
Màng mỏng 2.25 500
Trong bảng trên cho thấy có giá trị điện trường cực đại mà ở đó điện môi không bị
đánh thủng. Điện trường cực đại này còn gọi là điện áp đánh thủng; vì điện áp đánh thủng
tăng khi độ dày điện môi tăng nên tụ điện cố định mức điện áp càng cao thì hai bản cực
càng cách xa hơn.
 Độ chính xác: Biểu thị mức độ chênh lệch trị số thực tế của điện dung so với trị
danh định của nó, có kí hiệu như sau:
2%
G
= ±
,
, 5%
I J
= ±
,
10%
K
= ±
,
20%
M
= ±
.

Đối với các tụ không ghi giá trị sai số thì mặc định là
10%
±

Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện


Trường ĐH GTVT TPHCM 17

 Điện áp làm việc WV (Working Volt): Là điện áp mà tụ có thể chịu được khi làm
việc lâu dài. WV có các cấp như sau: 16V, 25V, 35V, 50V, 63V, 85V, 100V,
160V, 200V, 400V…
Nếu tụ không ghi giá trị WV thì mặc định là 50V.
Lưu ý: khi sử dụng không nên để tụ vượt quá giới hạn này, nếu không thì chất điện
môi của tụ có thể bị đánh thủng. Thường chọn WV > 2V
c
.
 Mạch tương đương của tụ điện:
Ngoài tụ điện ra thì thực tế nó còn có điện trở và điện cảm như trong mạch tương
đương sau:


R
s
: điện trở nối tiếp.
R
p
: điện trở song song
 Điện trở tương đương nối tiếp (ESR).
ESR: là điện trở AC của tụ điện phản ánh cả điện trở nối tiếp R

s
và điện trở song
song R
p
ở tần số cho trước để mất mát trên các phần tử này có thể được biểu diễn bằng
mất mát của 1 điện trở duy nhất R trong mạch tương đương.
 Mất mát điện môi tan
γ
:
Trong thực tế thì tụ điện có mất mát do sự phân cực hóa điện môi trong tụ điện và
điện trở của các dây dẫn. Quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tg
γ

100
Q
tg
γ
=

 Hệ số công suất pF (Power Factor) hay thừa số công suất: định nghĩa mất mát
điện trong tụ khi làm việc với điện áp AC. Trong tụ điện lý tưởng thì dòng điện
sớm pha hơn điện áp 90
0
. PF được định nghĩa là tỉ số giữa điện trở tương đương
nối tiếp R và tổng trở Z của tụ điện và PF thường có đơn vị là%.
 Hệ số tiêu tán DF (dissipation Factor) hay thừa số tiêu tán: DF là tỉ số của điện
trở tương đương nối tiếp R với dung kháng X
c
và thường có đơn vị là%. DF xấp xỉ
bằng PF khi

10%
PF
≤

 Hệ số phẩm chất Q (Quality Factor) hay thừa số phẩm chất
1
Q
DF
=
. Thường áp
dụng cho các tụ điện trong các mạch điều hợp.
 Dòng điện rĩ DC hay dòng điện rò: là dòng điện chạy qua tụ điện khi có đặt điện
áp DC vào tụ.
 Điện trở cách điện (Isulation resistance): là tỷ số của điện áp đặt vào tụ điện với
dòng rĩ và thường được biểu diễn bằng
M
Ω
.

L

R
S
R
P
C

Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện

Trường ĐH GTVT TPHCM 18



Ký hiệu của tụ điện trong sơ đồ mạch:




Tụ ghép song song:
1 2

td
C C C
= + +
áp tương đương bằng áp tụ có điện áp nhỏ nhất

Tụ ghép nối tiếp
1 2
1 1 1

td
C C C
= + +
áp tương đương bằng tổng các điện áp thành phần

Chức năng của tụ điện:
Có hai chức năng chính:
 Nạp hay xả điện: chức năng này áp dụng cho các mạch làm bằng phẳng mạch định
thì…

 Ngăn dòng điện DC: chức năng này được áp dụng vào các mạch lọc để trích ra
hay khử đi các tần số đặc biệt.
Phân loại tụ điện cố định:
a. Theo điện môi của tụ điện:
* Tụ điện giấy dầu cách điện.
* Tụ điện màng chất dẻo (plastic) hay chất dẻo kim loại, polystyrene,…
* Tụ điện mica.
* Tụ điện gốm: 1 lớp hay nhiều lớp.
* Tụ điện điện giải (còn gọi là tụ điện điện phân): nhôm, chứa khí…
b. Theo ứng dụng của tụ điện:
* Chính xác: mica, thủy tinh, gốm, màng polystyrene,…
* Bán chính xác: màng chất dẻo, màng chất dẻo kim loại. Mylar….
* Đa dụng: gốm, tụ điện điện giải cxide nhôm, oxide tantalum…
* Vi điện tử: gốm, oxide tantalum….
* Máy phát: gốm, mica, thủy tinh, chân không, chứa khí ….
Các tụ điện tiêu biểu:
T
ụ điện cố định

T
ụ đi
ện biến đổi

T
ụ điện tinh chỉnh

Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện


Trường ĐH GTVT TPHCM 19

Các tụ điện thương mại thường được phân loại theo điện môi. Các tụ điện thông
dụng nhất là tụ điện môi không khí, mica, giấy, màng chất dẻo và gốm, và kể thêm tụ
điện hoá học (gọi tắt là tụ hoá). Bảng sau cho thấy các đặc tính tiêu biểu của các tụ điện
thông dụng:

Điện môi Cấu tạo Điện dung Điện áp đánh thủng
(Volt)
Không khí Các bản đan xen kẻ 10 – 40pF 400 (khe không khí
0.02 inch)
Gốm Hình ống 0.5 – 1600pF 500 – 20.000
Gốm Hình đĩa
1pF đến 1
F
µ


Điện giải Nhôm
1 - 6800
F
µ

10 - 450
Điện giải Tantalum
0.047 - 330
F
µ

6 - 50
Mica

Các t
ấm xếp lại

140
–

5000pF

500
–

20.000

Giấy Màng được cuộn
0.001 - 1
F
µ

200 - 1600
Màng chất dẻo Cuộn lại hoặc được
kim loại hóa
100pF - 100
F
µ

50 - 600
Ngoại trừ tụ hoá ra, các tụ điện khác được nối vào mạch không cần quan tâm đến
cực tính. Chú ý là cực tính của nạp xác định cực tính của điện áp trên tụ điện.
Tụ phân cực còn gọi là tụ DC.

Một số tụ điện thông dụng:
1. Tụ hóa: (có cực tính) được chế tạo với bản cực nhôm và cực dương có bề mặt
hình thành lớp Oxit nhôm và lớp bột khí có tính cách điện để làm chất điện môi
giá trị:
1 10.000
F F
µ µ
→
.
2. Tụ gốm: (không cực tính) giá trị
1 1
pF F
µ
→
.
3. Tụ giấy (không cực tính): Hai bản cực là các băng kim loại dài, ở giữa có lớp cách
điện là giấy tẩm dầu và cuộn lại thành ống. Điện áp đánh thủng đến vài trăm Volt.
4. Tụ mica (không cực tính) pF -> nF. Điện áp làm việc rất cao.
Tụ được sơn chấm màu để chỉ giá trị điện dung.
5. Tụ màng mỏng:
pF F
µ
→
(không có cực tính): Chất điện môi là polyester (PE),
polyetylen (PS). Điện áp làm việc rất cao.
Tụ hóa
Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện

Trường ĐH GTVT TPHCM 20

6. Tụ tang: (có cực tính)
0.1 100
F F
µ µ
→

7. Tụ điện thay đổi được (Variable Capacitor).
Viết tắt là CV hay VC.
Phân loại theo ứng dụng có: loại đa dụng, điều chuẩn, chính xác…
a. Loại đa dụng:
Thường điện môi là không khí hay mica; cấu tạo dựa trên sự chỉnh thay đổi diện
tích của hai bản cực có hình bán nguyệt, số ngăn có thể từ 1 đến 5. Ứng dụng
trong các máy thu, thí dụ loại 2 ngăn thì 1 ngăn làm tụ dao động nội và 1 ngăn làm
cho tụ dao động cao tần.
Giá trị C
max
từ 10 đến 600pF (C
max
ứng với diện tích S giữa hai bản cực có trị số từ
3 đến 10). Thường thì dung sai 1% hay 1pF.
Luật thay đổi điện dung có thể thay đổi theo: tuyến tính góc quay, tuyến tính theo
tần số, tuyến tính theo bước sóng.
b. Loại điều chuẩn (tinh chỉnh, còn gọi là trimmer).
Thường là tụ thay đổi do nhà sản xuất thiết bị chỉnh trước cho mạch hoạt động
đúng. Thí dụ tụ điều chuẩn để đi kèm các cuộn dây trung tần thay cao tần HF.
Cách đọc trị số tụ

Loại tham số quan trọng nhất của tụ điện là trị số điện dung (kèm theo dung sai) và
điện áp làm việc của nó. Chúng có thể được ghi trực tiếp, ghi bằng qui ước chữ số.
a. Đối với tụ điện có cực (tụ DC).
Các cực được ghi bằng dấu + hoặc dấu
Đơn vị điện dung:
F
µ
,
F
µ
D, MFD, UF.
Điện áp làm việc: VDC (volt DC) được ghi trực tiếp bằng chữ số.
VD: 10
F
µ
/16 VDC, 470
F
µ
/15VDC, 5
F
µ
/6VDC.
b. Các loại tụ màng mỏng:
Nếu không ghi đơn vị thì qui ước đơn vị là pF.
VD: 47/630 có nghĩa là 47pF, điện áp làm việc là 630V.
Nếu số đầu có dấu chấm thì đơn vị là
F
µ

VD: .1 có nghĩa là .1

F
µ

.47 có nghĩa là .47
F
µ

Trường hợp ghi bằng chữ số:
VD:123K -> 12 *10
3
pF, K là sai số ( hay dung sai).
Ký tự chỉ dung sai:
2%; 5%; 10%; 20%
G J K M
= ± = ± = ± = ±

Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện


Trường ĐH GTVT TPHCM 21

VD: 473J -> 47.000pF = 0.47
F
µ

223 M-> 22.000pF = 0.22
F
µ

c. Các trường hợp khác:

Được qui ước bằng bảng màu (thường được áp dụng cho tụ mica, tụ giấy).




Dung sai có hai màu đen: 20%, trắng 10%

Màu Số 1 Số 2 Hệ số nhân
(pF)
Điện áp làm
việc
Hệ số nhân
(
F
µ
)
Đen 0 0 10
0
10
0

Nâu 1 1 10
1
100 10
1

Đỏ 2 2 10
2
250 10
2

Cam

3

3

10
3



Vàng 4 4 10
4
400
Lục 5 5 10
5

Lam

6

6

10
6

630

Tím 7 7 10
7
10
-3

Xám 8 8 10
-2
10
-2

Trắng 9 9 10
-1
10
-1

VD: Đen – vàng – tím – trắng – đỏ -> 4 .10
7
pF
10%
±
, 250VDC.
2. Đặc Tính Nạp - Xả Của Tụ.
Xem mạch như hình vẽ:
Tụ nạp
K ở vị trí 1: Tụ nạp từ điện thế 0V tăng dần đến điện thế V
DC
theo hàm mũ đối với thời
gian t. Điện thế tức thời trên hai đầu tụ:
( )
(

)
1
t
c DC
V t V e
τ
−
= −
với t: thời gian tụ nạp (s),
τ
= RC hằng số thời gian (s)

H
ệ số nhân

Điện áp làm việc
Dung sai Chỉ số 1 và 2
Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện


Trường ĐH GTVT TPHCM 22




Đặc tuyến nạp:

Nhận thấy sau thời gian
5
t
τ
=
tụ nạp điện thế V
c
= 0.99 VDC xem như tụ nạp đầy.
Khi điện thế tụ tăng dần thì dòng điện tụ nạp lại giảm từ giá trị cực đại
DC
V
I
R
=
về 0.
Tụ xả
Khi tụ nạp đầy
c DC
V V
≅
ta chuyển K sang vị trí 2: tụ xả điện qua R -> điện thế trên
tụ giảm dần từ V
DC
-> 0V theo hàm mũ thời gian theo t. Điện thế 2 đầu tụ xả được tính
theo công thức:
( )
.
t

c DC
V t V e
τ
−
=










Sau thời gian
5
t
τ
=
thì điện thế trên tụ chỉ còn 0.01V
DC
. xem như tụ xả hết điện.
Trường hợp tụ xả, dòng xả cũng giảm dần theo hàm số mũ từ trị số cực đại bắt đầu là
DC
V
I
R
=
xuống 0.

Dòng xả tức thời được tính theo công thức giống dòng nạp
( )
t
DC
c
V
i t e
R
τ
−
=

DC
V
R

τ

5
τ

V
c

t
0.86
V
c
(t)

i
c
(t)
τ

5
τ

V
DC
0.99
V
DC
C
R
K
1
2
Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện


Trường ĐH GTVT TPHCM 23

3. Đặc tính của tụ điện đối với AC.
Ta có:
.
Q
I Q I t
t
= ⇒ =

Đối với tụ điện, điện tích tụ nạp được tính theo công thức:
.
Q C V
=

1
. . . .
C V I t V I t
C
⇒ = ⇒ =

Điện áp nạp được trên tụ là sự tích tụ của dòng điện nạp vào tụ theo thời gian t.
Đối với dòng điện xoay chiều hình sin thì trị số tức thời của dòng điện:
i(t) = I
m
. sin
ω
t
Hệ thức liên hệ giữa điện áp V
c
và dòng điện i(t) là:
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
0
0
0
1

.
sin .
1 1
. cos . sin 90
t
C
t
C m
m m
V t i t dt
C
V t I t dt
V t I t I t
C C
ω
ω ω
ω ω
=
⇒ =
= − = −
∫
∫

Dung kháng X
c
của tụ được xác định:
1 1
.
2
C

X f C
C
π ω
= =

Với
2
f
ω
π
=
{Hz}.
Như vậy, điện áp V
C
trên tụ cũng lá 1 trị số thay đổi theo dòng điện xoay chiều hình sin.

Dựa vào kết luận trên, ta thấy ở mạch điện xoay chiều thuần điện dung, dòng điện vượt
pha trước điện áp một góc 90
o


4. Phương pháp kiểm tra tụ
Các trường hợp hư hỏng của tụ:
 Tụ bị nối tắt: hai má của tụ bị chạm vào nhau.
 Tụ bị rỉ: chất điện môi bị biến chất nên một phần dòng điện DC đi qua.
 Tụ bị giảm trị số: chất điện môi bị mất chất lượng (rắn), khô (lỏng).
 Tụ bị đứt: do dây nối ra chân tụ bị đứt.
u

U

c
u

t

U
c
I
i

Bài giảng DCLKĐT Chương 2: Tụ điện


Trường ĐH GTVT TPHCM 24

Kiểm tra tụ cố định có trị số > 0.1
F
µ
(tụ hoá)
VOM ở thang đo R x100, hay Rx1000, đưa que đen vào đầu +, đỏ vào đầu – của tụ.
Nếu:
 Kim lên nhanh rồi từ từ trả về
∞
: tụ tốt.
 Kim lên rồi đứng yên: tụ rỉ.
 Kim lên rồi dừng lại ở vị trí 0: tụ bị chấp.
 Kim không lên: tụ đứt.
 Kim chỉ hơi nhích lên rồi chạy về vị trí
∞
. Tụ khô.

Tụ có trị số càng lớn: kim lên càng nhiều, về
∞
rất chậm.
Lưu ý: trước đó phải xả điện tích trong tụ bằng cách chập hai chân tụ vào nhau.
Kiểm tra tụ có điện dung nhỏ (<0.5
F
µ
)
Do có trị số nhỏ, nên không thể dùng VOM để kiểm tra vì thời gian tụ nạp và xả quá
nhanh. Nên dùng phương pháp đo nóng như sau:




Dùng nguồn DC 12V nối với mạch như hình vẽ. Dùng VOM ở thang đo VDC, chọn
tầm đo thích hợp. Nếu:
 Kim lên từ từ về 0: tụ tốt.
 Kim lên bằng điện áp nguồn: tụ nối tắt.
 Kim lên < 10V: tụ rỉ.
 Kim không lên: tụ đứt.
Đối với tụ có trị số thay đổi:
Dùng VOM ở trị số Rx100 hay Rx1K. Dùng 2 đầu que đo đưa vào hai cực của biến
tụ, xoay. Nếu:
 Kim chỉ 00 suốt quá trình xoay: tụ tốt.
 Kim nhảy 1 vài vị trí: tụ bị chạm.
5. Các ứng dụng của tụ điện.
- Tụ dẫn điện ở tần số cao: tách tín hiệu tần số cao và tần số thấp ra để đưa vào 2 loa
bổng và trầm.
- Tụ nạp xã điện trong mạch lọc: qua mạch lọc có chứa tụ tín hiệu xoay chiều sẽ được
liên tục và ít bị méo.

VOM
+
-

+

-

V
DC
C
Bài giảng DCLKĐT Chương 3: Cuộn cảm


Trường ĐH GTVT TPHCM 25

CHƯƠNG 3 CUỘN CẢM
1. Cuộn dây
Cấu tạo.
Cuộn cảm gồm nhiều vòng dây quấn sát nhau, ngay cả chồng lên nhau nhưng không
chạm nhau do dây đồng có tráng men cách điện.

Cuộn dây lõi không khí Cuộn dây lõi Ferit


Tùy theo lõi cuộn cảm là không khí, sắt bụi hay sắt lá mà cuộn cảm được ký hiệu
như sau:

L1 là cuộn dây lõi không khí, L2 là cuộn dây lõi ferit,
L3 là cuộn dây có lõi chỉnh, L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật

Các tham số cơ bản của cuộn cảm:
Khi sử dụng cuộn cảm người ta quan tâm đến các số chính sau:
1.2.1 Hệ số tự cảm L:
là khả năng tích trữ năng lượng từ trường của cuộn dây, đơn vị là Henry (H).
1H = 10
3
mH = 10
6

H
µ
.
dI
V L
dt
=