Giáo trình điện tử cơ bản (nghề công nghệ ô tô cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

BÙI KIM DƯƠNG (Chủ biên)
LÊ VĂN LƯƠNG – NGUYỄN QUANG HUY

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
Nghề: Cơng nghệ Ơ tơ
Trình độ: Cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2018


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng 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.
MÃ TÀI LIỆU: MH 08


LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay điện tử cơ bản đã phát triển rất mạnh và dược ứng dụng rộng
rãi trong mọi lĩnh vực khoa học và đời sống. Chính vì vậy kiến thức điện tử cơ
bản rất cần thiết cho sinh viên trong q trình đào tạo ngành cơng nghệ ơtơ,
cũng như mọi ngánh khác. Giáo trình này biên soạn để làm tài liệu giảng dạy
cho môn học điện tử cơ bản cho sinh viên hệ cao đẳng chuyên ngành công nghệ
ơtơ, ngồi ra cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh chuyên ngành khác.
Về nội dung giáo trình được đề cập một cách có hệ thống kiến thức quan trọng

theo chương trình khung 2010 cho mơn điện tử cơ bản, ngành công nghệ ôtô.
Các chương mục đã được xắp xếp theo một trật tự nhất định để đảm bảo tính hệ
thống chun mơn.
Giáo trình bao gồm:
Chương 1: Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử
Chương 2: Các mạch điện tử cơ bản
Chương 3: Các mạch điện tử cơ bản trong ôtô
Do thời gian có hạn, là một giáo viên chun ngành cơng nghệ ôtô, hiểu
biết về chuyên ngành điện tử còn hạn chế, chắc chắn rằng giáo trình khơng tránh
khỏi thiếu sót, rất mong đóng góp ý kiến của các bạn đọc để kỳ tái bản sau được
hoàn hảo hơn.
Xin chân trọng cảm ơn Tổng cục Dạy nghề, cũng như sự giúp đỡ quý báu
của đồng nghiệp đã giúp tác giả hoàn thành giáo trình này.
Hà Nội, ngày…..tháng…. năm 2018


MỤC LỤC
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ......................................................................... 1
LỜI GIỚI THIỆU ....................................................................................... 2
MỤC LỤC .................................................................................................... 3
CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC ................................................................. 4
Chương 1: Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử ............ 6
1.1 Vật dẫn điện và cách điện ............................................................... 6
1.3 Đi ốt ............................................................................................... 35
1.4 TRANSTOR.................................................................................. 41
1.5 Bộ vi xử lý ..................................................................................... 47
Chương 2: Các mạch điện tử cơ bản .................................................. 58
2.1 Mạch chỉnh lưu ............................................................................. 58
2.2 Mạch khuếch đại .......................................................................... 59
2.3 Mạch điều khiển ............................................................................ 65

Chương 3: Các mạch điện tử cơ bản trong ôtô .................................. 69
3.1 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha ........................................................... 69
3.2 Mạch điều khiển điện áp máy phát điện ....................................... 70
3.3 Mạch điều khiển đánh lửa điện tử ................................................. 75


CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
Mã số của môn học: MH 08
Thời gian thực hiện môn học: 45 giờ (Lý thuyết: 42 giờ; Thực hành, thí
nghiệm, thảo luận, bài tập: 0 giờ; Kiểm tra: 3 giờ)
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC:
- Vị trí: Mơn học được bố trí giảng dạy song song với các môn học/ mô đun
sau: MH 08, MH 09, MH 10, MH 11, MH 12, MH13, MH 14, MH 15, MH 16, MĐ
18, MĐ 19
- Tính chất: Là mơn học kỹ thuật cơ sở .
II. MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC:
- Về kiến thức:
+ Hệ thống được kiến thức cơ bản về mạch điện
+ Trình bày được yêu cầu, nhiệm vụ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
các loại máy điện dùng trong phạm vi nghề Cơng nghệ Ơ tơ
+ Trình bày được cơng dụng và phân loại các loại khí cụ điện
- Về kỹ năng:
+ Vẽ được sơ đồ dấu dây, sơ đồ lắp đặt các mạch điện cơ bản
+ Tuân thủ đúng quy định về an toàn khi sử dụng thiết bị điện
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Rèn luyện tác phong làm việc cẩn thận
III. NỘI DUNG MÔN HỌC
Thời gian (giờ)
Số

TT

Tên chương, mục

Khái niệm cơ bản về
I
vật liệu và linh kiện điện tử
1
.1

Vật liệu bán dẫn

Thực hành,
Tổng Lý
thí nghiệm, Kiểm tra*
số thuyết thảo luận, (LT hoặc TH)
Bài tập
2
0

1
9

2

2

01

1

Linh kiện điện cơ bản

4

4

1

Đi ốt

3

3

Transistor

7

6

Bộ vi xử lý

4

4

1
5

1
4

.2
.3
1
.4
1
.5
I

I
Các mạch điện tử cơ
bản

1

1

2

Mạch chỉnh lưu

5

5

2

Mạch khuếch đại

5

5

2

Mạch điều khiển

5

4

1

I
Các mạch điện tử cơ
II bản trong ô tô

1
0

0
9

01

3
Mạch chỉnh lưu cầu ba

.1 pha

2

2

3
Mạch điều chỉnh điện
.2 áp máy phát điện

4

4

3
Mạch điều khiển đánh
.3 lửa điện tử

4

3

4
5

4
2

.1
.2

.3

Tổng cộng

03


Chương 1: Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử
Mục tiêu:
- Nêu được đặc điểm cơ bản của vật liệu dẫn điện, bán dẫn
bản

- Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các linh kiện điện tử cơ
- Tra cứu sổ tay và lựa chọn được linh kiện điện tử thay thế phù hợp
- Tuân thủ các quy định, quy phạm về vật liệu và linh kiện điện tử.
Nội dung:
1.1 Vật dẫn điện và cách điện
Trong kỹ thuật người ta chia vật liệu thành hai loại chính:
Vật cho phép dịng điện đi qua gọi là vật dẫn điện
Vật khơng cho phép dịng 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 khơng 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. (hình2.1)

Hình 1.1: Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử của vật chất

Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngồi cùng có số lượng proton bằng số lượng
electron , với trạng thái đó nguyên tử mang tính bền vững và được gọi là trung
hồ về điện. Các chất loại này khơng có tính dẫn điện, gọi là chất cách điện
Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngồi 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 (< 250C)
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 ngồi tác động vào, vật chất có
khả năng dẫn điện.
Về điện trường ngồi: 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
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 dịng điện
1.1.1 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 thơng số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu dẫn điện thông thường
được giới thiệu trong (Bảng 1.1)


Bảng 1.1: Vật liệu dẫn điện
Điện trở suẩt
tt

Tên vật liệu

 mm2/m

Hệ số
nhiệt 

Nhiệt
độ nóng
chảy
t0C

Tỷ
trọng

1

Đồng đỏ

hay đồng
kỹ thuật

0,0175

0,004

1080

8,9

2

Thau

(0,03 - 0,06)

0,002

900

3,5

Hợp kim

Phạm vi ứng dụng

Ghi chú

Chủ yếu dùng làm dây dẫn

đồng với kẽm

- Các lá tiếp xúc
- Các đầu nối dây

3

Nhôm

0,028

0,0049

660

- Làm dây dẫn điện

2,7

- Làm lá nhôm trong tụ xoay
- Làm cánh toả nhiệt
- Dùng làm tụ điện (tụ hoá)
4

Bạc

5

Nic ken

0,07

6

Thiếc

0,115

10,5

- Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử
dụng hiệu ứng mặt ngoài
trong lĩnh vực siêu cao tần

0,006

1450

8,8

- Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử
dụng hiệu ứng mặt ngoài
trong lĩnh vực siêu cao tần

Có giá thành rẻ hơn bạc

0,0012

230

7,3

- Hàn dây dẫn.

Chất hàn dùng để hàn trong
khi lắp ráp linh kiện điện tử

Hợp chất dùng
để làm chất hàn
gồm:
- Chì 40%

Chì

0,21

- Bị hơi nước mặn ăn mịn

960

- Thiếc 60%
7

- Bị ơxyt hố nhanh, tạo
thành lớp bảo vệ, nên khó
hàn, khó ăn mịn

0,004

330

11,4

- Hợp kim thiếc và chì có
nhiệt độ nóng chảy thấp hơn
nhiệt độ nóng chảy của từng
kim loại thiếc và chì..
- Cầu chì bảo vệ q dịng

Dùng làm chát hàn (xem


- Dùng trong ac qui chì

phần trên)

- Vỏ bọc cáp chôn
8

9

Sắt

Maganin

0,098

0,5

0,0062

0,00005

1520

1200

7,8

8,4

Hợp chất gồm:

- Dây săt mạ kem làm dây
dẫn với tải nhẹ

- Dây sắt mạ kẽm giá thành
hạ hơn dây đồng

- Dây lưỡng kim gồm lõi sắt
vỏ bọc đồng làm dây dẫn
chịu lực cơ học lớn

- Dây lưỡng kim dẫn điện
gần như dây đồng do có
hiệu ứng mặt ngồi

Dây điện trở

- 80% đồng
- 12% mangan
- 2% nic ken
10

Contantan

0,5

0,000005

1270

8,9

Hợp chất gồm:

Dây điện trở nung nóng

- 60% đồng
- # 40% nic ken
- # 1% Mangan

11

Niken Crôm

1,1

0,00015

1400
(nhiệt
độ làm
việc:
900)

8,2

Hợp chất gồm:
- 67% Nicken
- 16% săt
- 15% crơm
-1,5% mangan

- Dùng làm dây đốt nóng
(dây mỏ hàn, dây bếp điện,
dây bàn là)


- Các đặc tính của vật liệu cách điện .
Độ bền về điện.
Nhiệt độ chịu đựng.
Hằng số điện mơi.
Góc tổn hao.
Tỉ trọng.
Các thông số và phạm vi ứng dụng được trình bày ở (Bảng 1.2)


Bảng 1.2: Vật liệu cách điện

TT

1

2

Tên
vật liệu
Mi ca

Sứ

Độ
bền về
điện
(kV/mm)

t0
C chịu
đựng

H
ằng số
điện
mơi

Góc
tổn hao

50-100

600

6-8

0,0004

20-28

15001700

6-7

T
ỷ
trọng

0,03

2,8

Đặc điểm

Tách được thành
từng mảnh rất
mỏng

Phạm vi ứng dụng

- Dùng trong tụ điện

- Dùng làm vật cách điện trong thiết bị
nung nóng (VD:bàn là)
- Giá đỡ cách điện cho đường dây dẫn

2,5

- Dùng trong tụ điện, đế đèn, cốt cuộn
dây

3

Thuỷ tinh

20-30

5001700

4-10

0,00050,001

2,2-4

4

Gốm

không chịu
được điện
áp cao

không
chịu
được
nhiệt độ
lớn

17004500

0,02-0,03

4

5

Bakêlit

10-40

4-4,6

0,05-0,12

1,2

6

Êbônit

20-30

50-60

2,7-3

0,01-0,015

1,2-1,4

7

Pretspan

9-12

100

3-4

0,15

1,6

Dùng làm cốt biến áp

8

Giấy làm tụ
điện

20

100

3,5

0,01

1-1,2

Dùng trong tụ điện

9

Cao su

20

55

3

0,15

1,6

- Làm vỏ bọc dây dẫn

- Kích thước nhỏ
nhưng điện dung

lớn

- Dùng trong tụ điện

- Làm tấm cách điện


Lụa cách điện

8-60

105

3,8-4,5

0,04-0,08

1,5

Dùng trong biến áp

Sáp

20-25

65

2,5

0,0002

0,95

Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ
điện để chống ẩm

Paraphin

20-30

49-55

Nhựa thông

10-15

60-70

Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ
điện để chống ẩm

1,9-2,2
3,5

0,01

1,1

- Dùng làm sạch mối hàn
- Hỗn hợp paraphin và nhựa thông dùng

làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện
để chống ẩm

Êpoxi
Các loại
plastic
(polyetylen,
polyclovinin)

18-20

1460

3,7-3,9

0,013

1,1-1,2

Hàn gắn các bộ kiện điện-điện tử
Dùng làm chất cách điện


1.1.2 Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử
Điện trở cách điện của linh kiện là điện áp lớn nhất cho phép đặt trên
linh kiện mà linh kiện khơng bị đánh thủng (phóng điện).
Các linh kiện có giá trị điện áp ghi trên thân linh kiện kèm theo các đại
lượng đặc trưng.
Ví dụ: Tụ điện được ghi trên thân như sau: 47/25vV, có nghĩa là giá trị
điện dung của tụ là 47 và điện áp lớn nhất có thể chịu đựng được khơng

q 25v.
Các linh kiện khơng ghi giá trị điện áp trên thân thường có tác dụng cho
dòng điện một chiều (DC) và xoay chiều (AC) đi qua nên điện áp đánh thủng
có tương quan với dịng điện nên thường được ghi bằng cơng suất.
Ví dụ: Điện trở được ghi trên thân như sau: 100/ 2W Có nghĩa là giá
trị là 100 và cơng suất chịu đựng trên điện trở là 2W
Các linh kiện bán dẫn do các thơng số kỹ thuật rất nhiều và kích thước
lại nhỏ nên các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng tra mà không ghi trên
thân nên muốn xác định điện trở cách điện cần phải tra bảng.
Điện trở cách điện của mạch điện là điện áp lớn nhất cho phép giữa hai
mạch dẫn đặt gần nhau mà không sảy ra hiện tượng phóng điện, hay dẫn điện.
Trong thực tế khi thiết kế mạch điện có điện áp càng cao thì khoảng cách giữa
các mạch điện càng lớn. Trong sửa chữa thường không quan tâm đến yếu tố
này tuy nhiên khi mạch điện bị ẩm ướt, bị bụi ẩm... thì cần quan tâm đến yếu
tố này để tránh tình trạng mạch bị dẫn điện do yếu tố môi trường.
1.1.3 Các hạt mang điện và dịng điện trong các mơi trường
Khái niệm hạt mang điện
Hạt mang điện là phần tử cơ bản nhỏ nhất của vật chất mà có mang
điện gọi là điện tích, nói cách khác đó là các hạt cơ sở của vật chất mà có tác
dụng với các lực điện trường, từ trường.
Trong kỹ thuật tuỳ vào môi trường mà tồn tại các loại hạt mang điện
khác nhau, Chúng bao gồm các loại hạt mang điện chính sau:
- e-- (electron) : Là các điện tích nằm ở lớp vỏ của nguyên tử cấu tạo
nên vật chất, khi nằm ở lớp vỏ ngoài cùng lực liên kết giữa vỏ và hạt nhân yếu
dễ bứt ra khỏi nguyên tử để tạo thành các hạt mang điện ở trạng thái tự do dễ
dàng di chuyển trong môi trường.
13


- ion+ : Là các nguyên tử cấu tạo nên vật chất khi mất điện tử ở lớp

ngoài cùng chúng có xu hướng lấy thêm điện tử để trở về trạng thái trung hoà
về điện nên dễ dàng chịu tác dụng của lực điện, nếu ở trạng thái tự do thì dễ
dàng di chuyển trong mơi trường.
- ion-- : Là các nguyên tử cấu tạo nên vật chất khi thừa điện tử ở lớp
ngồi cùng chúng có xu hướng cho bớt điện tử để trở về trạng thái trung hoà
về điện nên dễ bị tác dụng của các lực điện, nếu ở trạng thái tự do thì chúng
dễ dàng chuyển động trong mơi trường.
Dịng điện trong các mơi trường
Dịng điện là dịng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện dưới tác
dụng của điện trường ngồi.
1.1.3.1 Dịng điện trong kim loại
Do kim loại ở thể rắn cấu trúc mạng tinh thể bền vững nên các nguyên tử
kim loại liên kết bền vững, chỉ có các e- ở trạng thái tự do. Khi có điện trừơng
ngồi tác động các e- sẽ chuyển động dưới tác tác dụng của lực điện trường
để tạo thành dòng điện.
Vậy: Dòng điện trong kim loại là dịng chuyển động có hướng của các
e- dưới tác dụng của điện trường ngoài.
Trong kĩ thuật điện người ta qui ước chiều của dòng điện là chiều chuyển
động của các hạt mang điện dương nên dòng điện trong kim loại thực tế
ngược với chiều của dòng điện qui ước.
1.1.3.2 Dòng điện trong chất điện phân
Chất điện phân là chất ở dạng dung dịch có khả năng dẫn điện được gọi
là chất điện phân. Trong thực tế chất điện phân thường là các dung dịch muối,
axit, bazơ.
Khi ở dạng dung dịch (hoà tan vào nước) chúng dễ dàng tách ra thành
các ion trái dấu. Vi dụ: Phân tử NaCl khi hoà tan trong nước chúng tách ra
thành Na+ và Cl- riêng rẽ. Quá trình này gọi là sự phân li của phân tử hồ tan
trong dung dịch.
Khi khơng có điện trường ngoài các ion chuyển động hỗn loạn trong
dung dịch gọi là chuyển động nhiệt tự do. Khi có điện trường một chiều ngoài

bằng cách cho hai điện cực vào trong bình điện phân các ion chịu tác dụng
của lực điện chuyển động có hướng tạo thành dịng điện hình thành nên dịng
điện trong chất điện phân. Sơ đồ mơ tả hoạt động được trình bày ở (hình 2.2)
14


Hình 1.2: Dịng điện trong chất điện phân

Các ion+ chuyển động cùng chiều điện trường để về cực âm, các ionchuyển động ngược chiều điện trưòng về cực dương và bám vào bản cực. Lợi
dụng tính chất này của chất điện phân mà trong thực tế người ta dùng để mạ
kim loại, đúc kim loại.
Vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dịng chuyển dời có hướng của
các ion dương và âm dưới tác dụng của điện trường ngồi.
1.1.3.3 Dịng điện trong chất khí
Chất khí là hỗn hợp nhiều loại nguyên tử hay phân tử khí kết hợp tồn tại
trong mơi trường,ở trạng thái bình thường các ngun tử, phân tử trung hồ
về điện. Vì vậy chất khí là điện mơi.
Để chất khí trở thành các hạt mang điện người ta dùng nguồn năng lượng
từ bên ngoài tác động lên chất khí như đốt nóng hoặc bức xạ bằng tia tử ngoại
hoặc tia Rơn ghen . Một số nguyên tử hoặc phân tử khí mất điện tử ở lớp
ngồi trở thành điện tử tự do và các nguyên tử hoặc phân tử mất điện tử trở
thành các ion+ , đồng thời các điện tử tự do có thể liên kết với các nguyên tử
hoặc phân tử trung hoà để trở thành các ion- . Như vậy lúc này trong môi
trường khí sẽ tồn tại các thành phần nguyên tử hoặc phân tử khí trung hồ về
điện, ion+ , ion- . Lúc này chất khí được gọi đã bị ion hố.
Khi khơng có điện trường ngồi các hạt mang điện chuyển động tự do
hỗn loạn gọi là chuyển động nhiệt không xuất hiện dịng điện.
Khi có điện trường ngồi đủ lớn các ion và điện tử tự do chịu tác dụng
của điện trường ngồi tạo thành dịng điện gọi là sự phóng điện trong chất khí
(hình 2.2)

Vậy: Dịng điện trong chất khí là dịng chuyển dời có hướng của các
ion dương, âm và các điện tử tự do, dưới tác dụng của điện trường ngoài.
15


Hình 1.3: Sơ đồ mơ tả thí nghiệm dịng điện trong chất khí.

Ở áp suất thấp chất khí dễ bị ion hố để tạo thành dịng điện gọi là dịng
điện trong khí kém. Trong kĩ thuật ứng dụng tính chất dẫn điện trong khí kém
mà người ta chế tạo nên đèn neon và một só loại đèn khác, đặc biệt trong kĩ
thuật điện tử người ta chế tạo ra các đèn chống đại cao áp ở các nơi có điện áp
cao gọi là (spac).
1.1.3.4 Dịng điện trong chân khơng
Chân khơng là mơi trường hồn tồn khơng có ngun tử khí hoặc phân
tử khí có nghĩa áp suất khơng khí trong môi trường = 0 at (at : atmôt phe là
đơn vị đo lường của áp suất). Trong thực tế không thể tạo ra được mơi trường
chân khơng lí tưởng. Mơi trường chân khơng thực tế có áp suất khoảng 0,001
at, lúc này số lượng nguyên tử, phân tử khí trong mơi trường cịn rất ít có thể
chuyển động tự do trong môi trường mà không sảy ra sự va chạm lẫn nhau.
Để tạo ra được môI trường này trong thực tế người ta hút chân khơng của một
bình kín nào đó, bên trong đặt sẵn hai bản cực gọi là Anod và katot.
Khi đặt một điện áp bất kì vào hai cực thì khơng có dịng điện đi qua vì
mơi trường chân khơng là mơi trường cách điện lí tưởng.
Khi sưởi nóng catơt bằng một nguồn điện bên ngồi thì trên bề mặt catôt
xuất hiện các e- bức xạ từ catôt.
Khi đặt một điện áp một chiều (DC) tương đối lớn khoảng vài trăm votl
vào hai cực của bình chân không. Với điện áp âm đặt vào Anod và điện áp
Dương đặt vào catơt thì khơng xuất hiện dịng điện.
Khi đổi chiều đặt điện áp; Dương đặt vào Anod và Âm đặt vào catơt thì
xuất hiện dịn điện đi qua mơi trường chân khơng trong bình. Ta nói đã có

dịng điện trong mơi trường chân khơng đó là các e- bức xạ từ catôt di chuyển
ngược chiều điện trường về Anod.
16


Vậy: Dịng điện trong mơI trường chân khơng là dịng chuyển dời có
hường của các e- dưới tác dụng của điện trường ngồi.
Trong kĩ thuật, dịng điện trong chân khơng được ứng dụng để chế tạo ra
các đèn điện tử chân không, hiện nay với sự xuất hiện cả linh kiện bán dẫn
đèn điện tử chân không trở nên lạc hậu do cồng kềnh dễ vỡ khi rung sóc va
đập, tổn hao công suất lớn, điện áp làm việc cao. Tuy nhiên trong một số
mạch điện có cơng suất cực lớn, tổng trở làm việc cao,hay cần được phát sáng
trong qua trình làm việc thì vẫ phải dùng đèn điện tử chân khơng. Như đèn
hinh, đèn cơng suất.
1.1.3.5 Dịng điện trong chất bán dẫn
Chất bán dẫn là chất nằm giữa chất cách điện và chất dẫn điện, cấu trúc
nguyên tử có bốn điện tử ở lớp ngồi cùng nên dễ liên kết với nhau tạo thành
cấu trúc bền vững. Đồng thời cũng dễ phá vỡ dưới tác dụng nhiệt để tạo thành
các hạt mang điện.
Khi bị phá vỡ các mối liên kết, chúng trở thành các hạt mang điện dương
do thiếu điện tử ở lớp ngoài cùng gọi là lỗ trống. Các điện tử ở lớp vỏ dễ dàng
bứt khỏi nguyên tử để trở thành các điện tử tự do.
Khi đặt điện trường ngoài lên chất bán dẫn các e- chuyển động ngược
chiều điện trường, Các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường để tạo
thành dòng điện trong chất bán dẫn.
Vậy: Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hường của các
e- và các lỗ trống dưới tác dụng của điện trường ngoài.
Chất bán dẫn được trình bày ở trên được gọi là chất bán dẫn thuần
khơng được ứng dụng trong kĩ thuật vì phải có các điều kiện kèm theo như
nhiệt độ điện áp... khi chế tạo linh kiện. Trong thực tế để chế tạo linh kiện bán

dẫn người ta dùng chất bán dẫn pha thêm các chất khác gọi là tạp chất để tạo
thành chất bán dẫn loại P và loại N
Chất bán dẫn loại P là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu trong chất bán
dẫn là các lỗ trống nhờ chúng được pha thêm vào các chất có 3 e- ở lớp ngoài
cùng nên chúng thiếu điện tử trong mối liên kết hoá trị tạo thành lỗ trống
trong cấu trúc tinh thể.
Chất bán dẫn loại N là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu là các e- nhờ
được pha thêm các tạp chất có 5 e- ở lớp ngồi cùng nên chúng thừa điện tử
trong mối liên kết hoá trị trong cấu trúc tinh thể để tạo thành chất bán dẫn loại
N có dịng điện đi qua là các e- .
17


Linh kiện bán dẫn trong kĩ thuật được cấu tạo từ các mối liên kết P, N
như Diót, tran zitor… được gọi là các linh kiện đơn hay linh kiện rời rạc, các
linh kiện bán dẫn được chế tạo kết hợp với nhau và với các linh kiện khác để
thực hiện hồn chỉnh một chức năng nào đó và được đóng kín thành một khối
được gọi là mạch tổ hợp (IC: Integrated Circuits). Các IC được sử dụng trong
các mạch tín hiệu biến đổi liên tục gọi là IC tương tự, các IC sử dụng trong
các mạch điện tử số được gọi là IC số. Trong kĩ thuật hiện nay ngoài cách
phân chia IC tương tự và IC số người ta cịn phân chia IC theo hai nhóm
chính là IC hàn xuyên lỗ và IC hàn bề mặt SMD: Surface Mount Device,
Chúng khác nhau về kích thước và nhiệt độ chịu đựng trên linh kiện. Xu
hướng phát triển của kỹ thuật điện tử là không ngừng chế tạo ra các linh kiện
mới, mạch điện mới trong đó chủ yếu là công nghệ chế tạo linh kiện mà nền
tảng là công nghệ bán dẫn
1.1.4 Vật liệu bán dẫn
1.1.4.1 Khái niệm tính chất điện của bán dẫn
Chất bán dẫn là một vật liệu có điện trở cao hơn so với chất dẫn điện tốt
như đồng hay sắt, nhưng thấp hơn so với chất cách điện như thuỷ tinh hay cao su

(hình 1.1)
(Ω.m)
Một chất bán dẫn có các tính chất sau:
- Khi nhiệt độ tăng điện trở suất  của nó
thay đổi. Điện trở suất bán dẫn tinh khiết giảm
mạnh khi nhiệt độ tăng. Do đó ở nhiệt độ thấp,
bán dẫn dẫn điện rất kém (giống như điện
mơi), cịn ở nhiệt độ cao bán dẫn dẫn điện khá
tốt (giống như kim loại)

1020

môi

1010
105 Bán dẫn

- Điên trở suất  của chất bán dẫn có giá
trị trung gian giữa kim loại và điện môi.
- Bán dẫn có những tính chất khác biệt so
với kim loại
- Khi hồ trộn nó với một chất nhất định
tính dẫn điện của nó tăng.
- Điện trở của nó thay đổi mạnh khi có
ánh sáng chiếu vào.
- Chất bán dẫn điển hình và được dùng
18

Điện

1015

100
10-5

Kim

loại
10-10

Hình 1.1: Điện trở
suất  vật liệu


phổ biến nhất là silic (Si). Ngồi ra, cịn có các chất bán dẫn đơn chất khác như
Ge, Se, các bán dẫn hợp chất như GeAs, CdTe, ZnS…, nhiều ô xít, sunfua,
sêlenua, telunua…và một số chất polime.
1.1.4.2 Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết
Ta xét trường hợp bán dẫn điển hình là Si, nếu trong mang tinh thể chỉ có một
loại ngun tử là Si, thì ta gọi đó là chất bán dẫn tinh khiết Silíc là một nguyên tố có
hố trị 4, tức là lớp điện tử lớp ngồi cùng của ngun tử có bốn êlectron. Trong tinh
thể, mỗi nguyên tử Si liên kết với bốn nguyên tử lân cận thơng qua các liên kết cộng
hố trị.
Như vậy, xung quanh mỗi nguyên tử Si có tám êlectron tạo thành lớp
êlectron đầy (hình 1.2). Do đó liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể Si rất bền
vững.
Ở nhiệt độ thấp, gần 00K các êlectron hoá
trị liên kết chặt chẽ với các nguyên tử ở nút mạng.
Do đó, trong tinh thể khơng có hạt tải điện tự do,
bán dẫn Si không dẫn điện.

Ở nhiệt độ tương đối cao, nhờ dao động
nhiệt của các phân tử, một số êlectron hoá trị thu
Hình 1.2
thêm năng lượng và được giải phóng khỏi các liên
Trong tinh thể Si ở nhiệt
kết, trở thành các êlectron tự do. Chúng có thể
độ thấp khơng có hạt
tham gia vào sự dẫn điện giống như êlectron trong
kim loại. Đồng thời khi một êlectron bứt khỏi liên
mạng điện tự do
kết, thì một liên kết trống xuất hiện. Được gọi là
lỗ trống. Lỗ trống mang một điện tích nguyên tố dương, vì liên kết thiếu êlectron.
Một êlectron ở mối liên kết gần đó có thể chuyển
đến lấp đầy liên kết bị trống và tạo thành lỗ trống
L
ở vị trí khác, tức là lỗ trống cũng có thể dịch
ỗ ống
chuyển trong tinh thể.
Vậy, ở nhiệt độ cao, có sự phát sinh ra các
cặp êlectron - lỗ trống (hinh 1.3)
Bên cạnh đó ln xảy ra q trình tái hợp
êlectron- lỗ trống, trong đó một êlectron tự do
chiếm một mỗi liên kết bị trống và lại trở thành
êlectron liên kết. Quá trình này làm mất đi đồng
thời một êlectron tự do và một lỗ trống (một cặp
19

Êl

Hình 1.3: Si ở nhiệt độ

tương đối cao, có sự phát sinh
cặp êlectron- lỗ trống


êlectron- lỗ trống). Ở một nhiệt độ xác định, có sự cân bằng giữa quá trình phát
sinh và qúa trình tái hợp.
Khi có điện trường đặt vào, êlectron chuyển động ngược chiều điện trường,
gây nên dòng điện trong bán dẫn.
Vậy, dịng điện trong bán dẫn là dịng chuyển dời có hướng của các êlectron
và lỗ trống.
Ở bán dẫn tinh khiết, số êlectron và số lỗ trống bằng nhau. nói chính xác
hơn trong bán dẫn tinh khiết, mật độ êlectron và mật độ lỗ trống bằng nhau. Sự
dẫn điện trong trường hợp này gọi là sự dẫn điện riêng của bán dẫn. Bán dẫn tinh
khiết còn được gọi là bán dẫn loại i.
Nhiệt độ càng cao thì số êlectron và lỗ trống càng lớn. Do đó độ dẫn điện
của bán dẫn tinh thiết tỷ lệ thuận với nhiệt độ, độ dẫn điện tăng khi nhiệt độ tăng.
Ở nhiệt độ phòng, bán dẫn Si tinh khiết dẫn điện kém, vì nó có rất ít êlectron
tự do và lỗ trống.
Trong các cảm biến của ôtô cũng như các linh kiện khác, người ta ứng
dụng sự phụ thuộc của điện trở bán dẫn vào nhiệt độ để làm điện trở bán dẫn. Đó
là các dụng cụ, các cảm biến gồm một mẫu bán dẫn nối với hai dây dẫn. Nhiệt
điện trở dùng để đo nhiệt độ, để điều chỉnh và khống chế nhiệt độ.
Cặp êlectron - lỗ trống còn phát sinh khi ta chiếu ánh sáng có bước sóng
thích hợp vào bán dẫn. Do đó điện trở suất của bán dẫn giảm khi có ánh sáng thích
hợp chiếu vào. Đó là hiện tượng quang dẫn. Hiện tượng này được ứng dụng làm
quang điện trở bán dẫn. Điện trở của nó giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào
tăng.
1.1.4.3 Sự dẫn điện của bán dẫn có tạp chất
Nếu bán dẫn Si có pha tạp chất, tức là các ngun tử Si, cịn có các ngun
tử khác, thì tính dẫn điện của bán dẫn thay đổi rất nhiều. Chỉ cần một lượng rất

nhỏ tạp chất (với tỷ lệ vài phần triệu), độ dẫn điện của bán dẫn có thể tăng hàng
vạn, hàng triệu lần. Khi đó cùng với sự dẫn điện riêng, cịn có sự dẫn điện do tạp
chất.

20


1.1.4.4 Chất bán dẫn loại P
Nếu ta thêm vào tinh thể Silicium một chất có hố trị 3 (vịng ngồi cùng
có 3 điện tử) như Indium (hình 1.4), thì ngun tử In dễ nối với ba điện tử Si theo
liên kết cộng hố trị, cịn liện kết thứ tư bị bỏ trống nên rễ kết hợp với điện tử ở
xung quanh và tạo ra lỗ trống (hole) mang điện dương (hình 1.5). chính lỗ trống tự
do này làm cho độ dẫn điện của Si tăng lên nhiều lần.

Si

Si
Lỗ trống

in

Si

Hình 1.4: Nguyên tử IN

In

Hình 1.5: Mạng điện dương

Tạp chất In pha vào bán dẫn Si đã tạo nên lỗ trống làm cho số lỗ trống số

êlectron dẫn, tức là mật độ lỗ trống lớn hơn mật độ êlectron. lỗ trống là hạt tải điện
cơ bản (hay đa số), êlectron là hạt tải điện khơng cơ bản (hay thiểu số). Đó là bán
dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại P.
Nếu ta pha hai loại tạp chất, chẳng hạn P và In, vào bán dẫn Si, thì bán dẫn
này có thể là loại P hay n tuỳ theo tỷ lệ giữa hai loại tạp chất.
Các chất thường sử dụng làm tạp chất như: Indium (In), bo (B), phốt pho
(P), arsenic (As), gallium (Ga),…
Như vậy bằng cách chộn loại tạp chất và nồng độ tạp chất pha vào bán dẫn,
ta có thể tạo ra bán dẫn thuộc loại mong muốn. Đây chính là một tính chất rất đặc
biệt của bán dẫn, khiến cho nó có nhiều ứng dụng.

21


1.1.4.5 Chất bán dẫn loại N
Giả sử trong mạng tinh thể Si có lẫn một nguyên tử phốt pho (P).Nguyên tử
phốt pho có năm êlectron ở lớp ngồi (hình 1.6a). Trong đó bốn êlectron tham ra
liên kết cộng hố trị với nguyên tử Si ở xung quanh. Êlectron còn lại liên kết yếu
với nguyên tử P, nên ngay ở nhiệt độ thấp,
nó đã có thể rễ dàng bứt khỏi nguyên tử P và
trở thành êlectron tư do (hình 1.6b). Nguyên
tử P trở thành một ion dương, nằm tại nút
a)
mạng.
Như vậy tạp chất P đã tạo nên thêm
các êlectron dẫn, mà khơng làm tăng thêm số
lỗ trống. Do đó bán dẫn Si pha P có số
êlectron nhiều hơn số lỗ trống, tức là mật độ
êlectron lớn hơn mật độ lỗ trống. Ta gọi
êlectron là hạt tải điện cơ bản hay đa số, lỗ

trống là hạt tải điện không cơ bản hay thiểu
số. Bán dẫn như vậy được gọi là bán dẫn
êlectron hay bán dẫn loại N.

Si

Si
Êlectron

P+

Si
b)

Hình 1.6:Tạp chất P tạo
thêm êlectron tự do

1.1.4.6 Lớp chuyển tiếp P-N
a. Sự hình thành lớp chuyển tiếp P-N
Lớp chuyển tiếp P-N được hình thành
khi ta cho hai mẫu bán dẫn khác loại, loại p
và loại n, tiếp xúc với nhau (hình 1.7).

+
+
+
+
+
+

P

N

Et

Hình 1.7: Lớp chuyển tiếp p-n
Khi có tiếp xúc, lỗ trống và êlectron
khuếch tán từ mẫu p sang mẫu n và ngược
lại. Tuy nhiên do ở bán dẫn p, lỗ trống là hạt tải điện đa số, nên dòng khuếch tán
từ bán dẫn p sang n chủ yếu là dòng lỗ trống. Lỗ trống từ p sang n tái hợp với
êlectron tự do. Do đó ở phía bán dẫn n gần mặt phân cách hai mẫu bán dẫn khơng
cịn hạt tải điện tự do nữa. Ở đó chỉ có các ion tạp chất mang điện dương. Tương
tự từ phía n sang phía p, dịng khuếch tán chủ yếu là êlectron. Phía p, gần mặt
phân cách hai mẫu, có các ion tạp chất mang điện âm.

Kết quả của sự khuếch tán là ở mặt phân cách giữa hai mẫu bán dẫn, bên
phía n có một lớp điện tích dương, bên phía bán dẫn p có một lớp điện tích âm.
Tai đó suất hiện một điện trường trong Et hướng từ n sang p, có tác dụng ngăn cản
sự khuếch tán ở các hạt mang điện đa số (và thúc đẩy sự khuếch tán của các hạt
22


tiểu số). Cường độ của điện trường Et tăng dần làm dòng khuếch tán các hạt tải
điện đa số giảm dần. Sự khuếch tán dừng lại khi cường độ điện trường này đạt giá
trị ổn định. Ta nói rằng ở chỗ tiếp xúc hai loai bán dẫn đã hình thành lớp chuyển
tiếp p - n. Lớp chuyển tiếp có điện trở lớn, vì ở đó hầu như khơng có hạt tải điện
tự do.
b. Dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n
Ta mắc hai đầu của bán dẫn lớp chuyển

tiếp p - n vào một nguồn điện có hiệu điện thế U,
sao cho cực dương của nguồn nối với bản dẫn p,
cực âm của nguồn nối với bán dẫn n như trên
(hình 1.8).

+

N

P

Et
En

Hình 1.8: Lớp chuyển

Điện trường ngồi En do nguồn điện gây

tiếp -n mắc vào nguồn

ra ngược chiều với điện trường Et của lớp chuyển
tiếp, làm yếu điện trường trong. Do đó, dịng
chuyển dời của các hạt tải điện đa số được tăng
cường, gây nên dịng điên I có cường độ lớn chạy
theo chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n. Đó là
dịng điện thuận được gây nên bởi hiệu điện thế
thuận của nguồn điện. Dòng này tăng nhanh khi
hiệu điện thế U tăng. Đây là trường hợp lớp
chuyển tiếp p - n mắc theo chiều thuận, còn gọi là
lớp chuyển tiếp p - n phân cực thuận.

điện theo chiều thuận
N
P
_
Ing

Et
En

Hình 1.9: Lớp chuyển tiếp
p-n mắc vào nguồn điện
chiều ngược

Như vậy, khi lớp chuyển tiếp được phân cực
thuận, các hạt tải điện đa số ở hai phía đều đi đến
lớp chuyển tiếp và vượt qua lớp này, gây nên sự
phun lỗ trống vào bán dẫn loại n, và phun êlectron
vào bán dẫn p.
Ta đổi cực của nguồn điện mắc vào mẫu bán
dẫn, tức là mắc cực dương vào bán dẫn n cực âm
vào bán dẫn p (hình1.9).
Điện trường ngồi En cùng chiều với điện
trường trong Et . Vì thế, chuyển dời của các hạt
tải điện đa số hoàn toàn bị ngăn cẳn. Qua lớp
chuyển tiếp chỉ có dịng các hạt tải điện thiểu số
gây nên dòng điện I chạy từ n sang p, có cường độ
23

_

Ith

Hình 1.10: Đặc tuyến
von-ampe của lớp chuyển
tiếp p-n

+


nhỏ và hầu như không thay đổi khi ta tăng điện thế U. Đó là dịng điện ngược, do
điện thế ngược của nguồn gây nên. Đây là trường hợp lớp chuyển tiếp p - n mắc
theo chiều ngược (hay phân cực ngược).
Như vậy, dòng điện qua lớp chuyển tiếp p - n mắc theo chiều thuận (từ p
sang n) có cường độ lớn, dòng điện qua lớp chuyển tiếp p - n mắc theo chiều
ngược có cường độ rất nhỏ. Lớp chuyển tiếp p - n dẫn điện tốt theo một chiều, từ p
sang n. Lớp chuyển tiếp p - n có tính chất chỉnh lưu.
1.4.6.3 Đặc tính vơn- ampe của lớp chuyển tiếp p-n
Khảo sát sự biến thiên của cường độ dịng điện theo hiệu điện thế, có thể
thu được đường đặc trưng vơn - ampe, cịn gọi là đặc tuyến vôn - ampe, của lớp
chuyển tiếp p - n như trên (hình 1.10)
Tính chất của lớp chuyển tiếp p - n được ứng dụng trong nhiều dụng cụ bán
dẫn như điốt, tranzito...1.2 Linh kiện điện cơ bản
1.2.1. Điêṇ trở
1.2.1.1 Cấu tạo, ký hiệu
Điện trở thường có dạng hình
ống, trên ống sơn các vòng mầu vòng
thứ nhất nằm gần sát với một đầu của
điện trở, vòng cuối cùng là vòng nhũ
hay vòng nhũ bạc.

Điện trở là linh kiện dùng để
ngăn cản dịng điện trong mạch. Nói
một cách khác là nó điều khiển mức
dịng và điện áp trong mạch.

Hình 1.11: Hình dáng thực tế
của điện trở

Để đạt được một giá trị dịng
điện mong muốn tại một điểm nào đó
của mạch điện hay giá trị điện áp
mong muốn giữa hai điểm của mạch
người ta phải dùng điện trở có giá trị
thích hợp. Tác dụng của điện trở
không khác nhau trong mạch điện một
chiều và cả mạch xoay chiều, nghĩa là
chế độ làm việc của điện trở khơng

Hình 1.12: Ký hiệu điện trở

24