ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SĨC TRĂNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SĨC TRĂNG
GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
Nghề: Điện cơng nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh và Điều hịa khơng khí
Trình độ: Trung cấp, Cao đẳng
(Ban hành kèm theo quyết định số … … /QĐ/CĐN ngày … …/… …/… …
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng)
Sóc Trăng, năm 2019
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH SĨC TRĂNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SĨC TRĂNG
GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
Nghề: Điện cơng nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh và Điều hịa khơng khí
Trình độ: Trung cấp, Cao đẳng
(Ban hành kèm theo quyết định số … … /QĐ/CĐN ngày … …/… …/… …
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng)
Sóc Trăng, năm 2019
TUN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng ngun 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.
LỜI GIỚI THIỆU
Điện tử cơ bản là một trong những môn học được biên soạn dựa trên
chương trình khung, chương trình dạy nghề do Bộ Lao động Thương binh và Xã
hội và Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp ban hành dành cho hệ Cao đẳng và Trung
cấp nghề Điện Cơng nghiệp, Kỹ thuật máy lạnh và Điều hịa khơng khí.
Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã
được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất, trong mỗi bài đều có ví dụ áp
dụng để làm sáng tỏ lý thuyết.
Giáo viên biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm giảng dạy, tham khảo đồng
nghiệp và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương
trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với
nhu cầu thực tế.
Nội dung của mơn học gồm có 6 chương:
Chương 1: KHÁI QT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
Chương 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Chương 3: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG
Chương 4: LINH KIỆN BÁN DẪN
Chương 5: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR
Chương 6: CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG BJT
Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các ngành thuộc
lĩnh vực điện dân dụng, điện tử cơng nghiệp.
Mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cơ giáo, bạn đọc để tác giả
sẽ hiệu chỉnh hồn thiện hơn.
Biên soạn
Lê Thị Điểm
MỤC LỤC
Trang
TÀI LIỆU THAM KHẢO
......................................................................................132
DANH MỤC HÌNH
Trang
GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: Điện tử cơ bản
Mã số mơn học: 59014521
I. Vị trí, tính chất của mơn học
Vị trí: Mơn học này có ý nghĩa bổ trợ các kiến thức cần thiết về lĩnh vực
điện tử cho học sinh – sinh viên ngành điện; làm cơ sở để tiếp thu các mơn học
khác như: PLC cơ bản, PLC nâng cao, điện tử cơng suất, kỹ thuật cảm biến. Mơn
học có thể học song song với mơn học Mạch điện.
Tính chất: Là mơn học kỹ thuật cơ sở, thuộc mơn học đào tạo nghề bắt buộc
II. Mục tiêu mơn học
Về kiến thức:
+ Giải thích và phân tích được cấu tạo ngun lý các linh kiện kiện điện tử
thơng dụng.
+ Phân tích được ngun lý một số mạch ứng dụng cơ bản của tranzito như:
mạch khuếch đại, dao động, mạch xén.
+ Trình bày được ngun lý tháo hàn và hàn.
Về kỹ năng:
+ Nhận dạng được chính xác ký hiệu của từng linh kiện, đọc chính xác trị số
của chúng.
+ Hàn và tháo mối hàn các linh kiện trong mạch điện tử an tồn.
Về thái độ:
+ Rèn luyện tính cẩn thận khoa học.
+ Rèn luyện tính ti mi, cân thân, chính xác, khoa h
̉ ̉ ̉
̣
ọc và tác phong cơng nghiệp.
III. Nội dung mơn học
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
1. Khái quát chung về kỹ thuật điện tử
Kỹ thuật điện tử (tiếng Anh: Electronic engineering) là một ngành kỹ thuật
điện sử dụng các phần tử điện phi tuyến và hoạt động tích cực như các linh kiện
bán dẫn, đặc biệt là transistor, điốt, mạch tích hợp,... để thiết kế các mạch điện,
thiết bị, vi xử lý, vi điều khiển và các hệ thống điện tử khác. Kỹ thuật điện tử
thường cũng thiết kế các phần tử điện thụ động, thường là dựa trên bảng mạch in.
2. Các ứng dụng cơ bản của kỹ thuật điện tử:
Kỹ thuật điện tử đề cập đến việc áp dụng các ứng dụng, nguyên tắc và các
thuật tốn được phát triển trong nhiều lĩnh vực liên quan, ví dụ như vật lý chất
rắn, kỹ thuật vơ tuyến, viễn thơng, hệ thống điều khiển, xử lý tín hiệu, kỹ thuật hệ
thống, kỹ thuật máy tính, kỹ thuật đo lường, Robot học, và nhiều thứ khác.
Mơn học Kỹ thuật điện tử cung cấp các kiến thức cơ bản về linh kiện điện
tử và mạch điện đơn giản bao gồm:
Cấu tạo, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của các linh kiện thụ động, bán dẫn
và IC
Cách nhận biết, đọc trị số và các thơng số kỹ thuật khác của linh kiện điện
tử thơng dụng
Mạch khuếch đại sử dụng transistor lưỡng cực, transistor trường; Mạch
khuếch đại thuật toán
Phương pháp đo kiểm linh kiện và các mạch điện cơ bản.
1
CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Vật liệu dẫn điện và cách điện
Các vật liệu sử dụng trong kỹ thuật điện tử rất đa dạng và rất nhiều.
Chúng được gọi chung là vật liệu điện tử để phân biệt với các loại vật liệu sử
dụng trong các lĩnh vực khác. Tuỳ theo mục đích sử dụng và u cầu kỹ thuật mà
lựa chọn vật liệu sao cho thích hợp đảm bảo về các chỉ tiêu kỹ thuật, dễ gia cơng
và giá thành rẻ.
Hình 2. 1
Dựa vào lý thuyết vùng năng lượng người ta chia vật chất ra làm ba loại là
chất cách điện, chất bán dẫn và chất dẫn điện. Theo lý thuyết này thì các trạng
thái năng lượng của nguyên tử vật chất được phân chia thành ba vùng năng lượng
khác nhau là: vùng hóa trị, vùng dẫn và vùng cấm.
Mức năng lượng cao nhất của vùng hóa trị ký hiệu là EV, mức năng
lượng thấp nhất của vùng dẫn ký hiệu là EC và độ rộng vùng cấm ký hiệu là EG.
+ Ch ất c ách điệ n:
Cấu trúc vùng năng lượng của chất cách điện được mơ tả trong hình. Độ
rộng vùng cấm EG có giá trị đến vài eV (EG ≥ 2eV).
2
+ Ch ất b án d ẫn:
Chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm rất nhỏ (EG < 2eV).
+ Kim loại:
Cấu trúc vùng năng lượng của tinh thể khơng có vùng cấm, do đó vùng hóa trị
hịa vào vùng dẫn nên điện tử hóa trị chính là các điện tử tự do.
Dựa vào ứng dụng, các vật liệu điện tử thường được phân chia thành 4
loại là chất cách điện (hay chất điện môi), chất dẫn điện, chất bán dẫn và vật
liệu từ (vật liệu có khả năng nhiễm từ khi đặt trong từ trường).
1.1. Vật dẫn điện
Chất dẫn điện là vật liệu có độ dẫn điện cao. Điện trở suất của chất dẫn
điện nằm trong khoảng 10 8 ÷10 5 Ω m. Trong tự nhiên chất dẫn điện có thể là
chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí.
1.2. Vật cách điện (hay chất điện mơi)
Chất cách điện, hay cịn gọi là chất điện mơi. Chất cách điện có điện trở
suất cao vào khoảng 10 7 ÷10 17 Ωm ở nhiệt độ phịng.
Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vơ cơ cũng như hữu cơ. Chúng có
thể ở thể khí, thể lỏng và thể rắn.
2. Các hạt mang điện và dịng điện trong các mơi trường
Định nghĩa: Dịng điện là dịng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện
tích.
Chiều của dịng điện là chiều di chuyển của các hạt mang điện tích dương.
2.1 Dịng điện trong kim loại:
Trong kim loại có rất nhiều các electron tự do. Do đó hạt mang điện chủ yếu
trong kim loại là các electron mang điện tích âm, chiều của dòng điện trong kim
loại ngược với chiều di chuyển của các electron.
2.2 Dòng điện trong chất điện phân
3
Trong chất điện phân tồn tại các ion sinh ra trong q trình điện phân. Do đó
hạt mang điện chủ yếu trong chất điện phân là các ion (ion dương và ion âm).
Chiều của dịng điện trong chất điện phân là chiều di chuyển của các ion dương.
2.3 Dịng điện trong chân khơng
Trong chân khơng khơng tồn tại vật chất nên chân khơng ‘khơng dẫn điện’.
2.4 Dịng điện trong chất bán dẫn
Ở điều kiện bình thường chất bán dẫn thuần khơng dẫn điện.
Hạt dẫn điện chủ yếu trong chất bán dẫn loại N là các electron và trong
bán dẫn loại P là các ‘lỗ trống’ (mang điện tích dương).
4
CHƯƠNG 3: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG
1. Điện trở
1.1. Ký hiệu, đơn vị
Điện trở là linh kiện được dùng rất nhiều trong kỹ thuật điện tử dùng để
hạn chế dịng hoặc điều chỉnh dịng điện.
Ký hiệu:
Hình 3. 1 ký hiệu điện trở
Đơn vị: Ω (Ohm).
Điện trở của dây dẫn: Một dây dẫn điện có chiều dài L, tiết diện S, điện
trở suất có điện trở là:
R =
L
S
Trong đó: : Ωm
L: m
S: m 2
R: Ω
Định luật Ohm (Quan hệ dòng – áp): Dòng điện qua 1 điện trở tỉ lệ thuận
với hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở và tỉ lệ nghịch với giá trị điện trở.
I =
U
hay U = I.R
R
5
6
1.2. Cách đọc trị số điện trở
Quy ước màu quốc tế:
Hình 3. 2
7
Bảng màu sai số thường sử dụng:
Màu
Vàng kim
Bạc
Nâu
Đỏ
Sai số
5%
10%
1%
2%
Bảng quy ước màu:
Màu
Đen
Giá trị
0
Nâu
1
Đỏ
2
Cam
Vàng
3
4
Xanh
Xanh
lá
dương
5
6
Tím
Xám
Trắng
7
8
9
* Cách đọc trị số điện trở 4 vịng màu :
Là loại thơng thường, thường là loại điện trở than có sai số tương đối lớn
từ 10% đến 20%, có 3 vạch màu đứng gần nhau chỉ giá trị, 1 vạch màu đứng hơi xa
chỉ sai số.
Hình 3. 3
Ví dụ 1:
8
Hình 3. 4
Ví dụ 2: Điện trở có các vạch màu tương ứng là vạch 1: đỏ, vạch 2: đỏ,
vạch 3: đỏ, vạch 4: vàng kim, thì điện trở có giá trị là 22.102 Ω = 2,2kΩ, sai số của
điện trở là 5%.
* Cách đọc trị số điện trở 5 vịng màu : (điện trở chính xác)
Có hình dạng giống như điện trở 4 vịng màu nhưng có đến 4 vịng màu chỉ
định giá trị và một vạch màu chỉ sai số, ba vạch đầu là giá trị số, vạch thứ 4 là
giá trị lũy thừa, vạch thứ 5 chỉ sai số với các quy ước màu như trên.
Hình 3. 5
Ví dụ 1:
9
Hình 3. 6
* Điện trở ghi giá trị bằng số:
L oạ i
g hi
g iá
t rị t
r ự c t
i ế p : Đọc bình thường với quy ước ký hiệu các bội
số là: M (MΩ), K (KΩ), R (Ω).
Ví dụ: 1M (1MΩ), 2,2K (2,2KΩ), 100R (100Ω).
L oạ i
g
hi
g
iá
t rị g
i á n
t i ế p : Giá trị được ghi bằng 3 chữ số (hoặc 4 chữ số)
và 1 chữ cái. Với loại này ta đọc như điện trở 4 vịng màu (hoặc 5 vịng màu) với
đơn vị là Ω. Chữ cái để chỉ sai số (F: 1%, G: 2%, J: 5%, K: 10%, M: 20%).
3
Ví dụ 273 J: 27.10 Ω = 27 kΩ, sai số 5%.
1.3. Cách đo trị số điện trở
Ta có thể đo điện trở bằng Ohm kế hoặc bằng đồng hồ vạn năng VOM (volt
– ohm– miliampere), dùng ở thang đo ohm với các giai đo Rx1, Rx10, Rx100, Rx1k,
Rx10k. Khi đó ta kẹp 2 đầu que đo của đồng hồ vào 2 đầu của điện trở và đọc trị
số. Lưu ý là trước khi đo thử phải chỉnh đồng hồ về giá trị 0 bằng cách chập 2
que đo và chỉnh biến trở (adj) trên đồng hồ đo để kim trở về giá trị 0.
10
Đối với các điện trở cực nhỏ người ta đo bằng cầu Weaton. Đối với các điện
trở cực lớn, người ta đo bằng mêgaohm kế loại tay quay hay loại điện tử. Lưu ý
là điện áp trên 2 đầu que đo mêgaohm kế khá lớn đến hàng trăm volt.
1.4. Cách mắc điện trở thường dùng:
a. Cách mắc nối tiếp.
Hình 3. 7
Các điện trở mắc nối tiếp có giá trị tương đương bằng tổng các điện trở thành
phần cộng lại. Rtd = R1 + R2 + R3
Dịng điện chạy qua các điện trở mắc nối tiếp có giá trị bằng nhau và bằng I I
= (U1 / R1) = (U2 / R2) = (U3 / R3)
Từ cơng thức trên ta thấy rằng , sụt áp trên các điện trở mắc nối tiếp tỷ lệ
thuận với giá trị điện trở .
b. Cách mắc song song.
Hình 3. 8
Các điện trở mắc song song có giá trị tương đương Rtd được tính bởi cơng
thức: (1 / Rtd) = (1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3)
11
Nếu mạch chỉ có 2 điện trở song song thì Rtd = R1.R2 / (R1 + R2)
Dịng điện chạy qua các điện trở mắc song song tỷ lệ nghịch với giá trị điện
trở
.
I1 = (U / R1) , I2 = (U / R2) , I3 =(U / R3)
Điện áp trên các điện trở mắc song song ln bằng nhau
c. Mắc hỗn hợp.
Hình 3. 9
Mắc hỗn hợp các điện trở để tạo ra điện trở tối ưu hơn .
Ví dụ: nếu ta cần một điện trở 9K ta có thể mắc 2 điện trở 15K song song sau
đó mắc nối tiếp với điện trở 1,5K .
d. Cầu phân thế:
Cho mạch phân thế như hình sau, ta xét mối quan hệ giữa các điện thế V1,
V2 với điện thế V.
Hình 3. 10
V1 =
R1.V
R 2.V
; V2=
R1 R 2
R1 R 2
1.5. Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng:
a. Phân loại theo cơng dụng:
12
Đi ệ
n
t rở
c ầ
u
chì: Dùng để giới hạn dòng điện khi dòng điện vượt quá
mức cho phép, điện trở cầu chì có điện trở nhỏ khoảng vài Ω, ký hiệu và hình
dạng:
Hình 3. 11
B iế
n t
rở (
V R– v a ri
a b le
r es i s to r ) : Cịn được gọi là chiết áp được cấu tạo
0
gồm 1 điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung góc quay 270 , có 1 trụ
xoay ở giữa nối với 1 con trược làm bằng than (cho biến trở dây quấn) hay làm
bằng kim loại (cho biến trở than), con trược sẽ áp lên mặt điện trở để tạo kiểu
nối tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoay trục, ký hiệu và hình dạng của
biến trở như sau:
Hình 3. 12
Các trị số của biến trở than: 100 ; 220 ; 470 ; 1k ; 2,2 ; 4,7 ; 10k ;
20k ; 47k ; 100k ; 200k ; 470k ; 1M ; 2,2M .
Các trị số của biến trở dây quấn: 10 ; 22 ; 47 ; 100 ; 200 ; 470 ; 1k ;
2,2k ; 4,7k ; 10k ; 22k ; 47k .
Qu a n
g t r ở : Là loại điện trở có khả năng thay đổi giá trị khi có ánh sáng chiếu
vào. Giá trị điện trở của quang trở tỉ lệ nghịch với cường độ ánh sáng chiếu vào.
Quang trở có thể thay đổi giá trị từ vài chục MΩ đến vài kΩ.
Ký hiệu:
13
Hình 3. 13
Hình dạng:
Hình 3. 14
N h
i ệ t t r ở : Là loại điện trở có khả năng thay đổi giá trị của nó khi nhiệt độ
xung quanh thay đổi.
Ký hiệu:
Có 2 loại thường gặp:
NTC: Giá trị nhiệt trở tăng khi nhiệt độ giảm.
PTC: Giá trị nhiệt trở tăng khi nhiệt độ tăng.
b. Phân loại theo cơng dụng:
Đi ệ
n t
rở t
h a n
: Là loại điện trở được sử dụng nhiều nhất trong các mạch
điện, nó là hỗn hợp của bột than và cao lanh, tùy theo tỉ lệ pha trộn mà điện trở
có giá trị khác nhau, bên ngồi điện thở được bọc 1 lớp cách điện. Điện trở than
có giá trị sai số tương đối lớn từ 10% đến 20%, có cơng suất từ 1/8W đến 0,5W.
Đi ệ
n trở màng kim
lo ạ
i và
o x
ide kim lo ạ
i:
Được chế tạo từ kim loại hoặc
oxide kim loại như NikenCrom tạo thành các màng mỏng tiếp xúc nhau, có trị số
ổn định hơn điện trở than, có giá trị cao. Loại này thường được dùng trong cao
tần, có cơng suất tường đối lớn từ 0,5W đến 3W.
Điện trở dây quấn: Được chế tạo bằng cách quấn dây các hợp kim, có điện
trở rất lớn. Loại này có thể được chế tạo rất chính xác từ vài W đến vài chục W,
dùng trong các thiết bị đo lường dịng điện.
1.6.Ứng dụng:
14
Trong kỹ thuật điện: Dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ, hạn chế
dịng khởi động của các động cơ…
Trong đời sống: Bàn ủi, bếp điện…
Trong cơng nghiệp: Các thiết bị sấy nóng, đốt, tơi kim loại…
Trong kỹ thuật điện tử: Các mạch điện hạn dịng, phân cực, dao động, mạch
lọc…
2. Tụ điện:
2.1. Ký hiệu, đơn vị:
Ký hiệu:
Đơn vị của tụ điện là Farad (F).
Tụ điện phẳng: Gồm 2 bản cực phẳng đặt song song và cách nhau một
khoảng d, điện dung của tụ điện là:
Tùy theo cơng dụng, mục đích và điện áp sử dụng mà người ta chế tạo ra
các loại tụ điện có điện dung khác nhau và điện áp làm việc khác nhau.
2.2. Đặc tính nạp xả của tụ:
Đ ặ
c
t ính
n
ạ
p
: Khi đóng khóa K, tụ bắt đầu nạp điện từ điện thế 0V
đến điện thế VDC theo hàm số mũ đối với thời gian t, điện thế tức thời được tính:
15
Hình 3. 15
Hình 3. 16
Trong khi điện thế nạp tụ tăng dần thì dịng điện tụ nạp cũng giảm dần, trị
số dịng điện cực đại ban đầu là
thời của tụ i c (t) =
VDC
xuống trị số cuối cùng là 0V. Dịng nạp tức
R
VDC
t
(e T )
R
Đ ặ
c
tính xả của tụ : Sau khi tụ nạp đầy, điện thế nạp được trên tụ là: VC =
VDC, bật khóa K cho tụ xả điện qua điện trở R:
16
Hình 3. 17
Điện thế trên tụ từ VDC sẽ giảm dần đến 0V theo hàm số mũ:
Sau khoảng thời gian t = T, điện thế trên tụ chỉ còn 0,37VDC tức là đã xả
hết 0,63 điện thế ban đầu là VDC.
Sau một thời gian t = τthì điện thế trên tụ chỉ cịn 0,01VDC, ta xem như tụ
đã xả hết điện.
Trong trường hợp này, dịng điện xả của tụ cũng giảm dần theo hàm số mũ
từ trị số cực đại ban đầu là:
V DC
xuống 0V.
R
Dịng xả của tụ cũng được tính theo cơng thức: i c (t) =
17
V DC
t
(e T )
R