bài giảng kỹ thuật cơ khí điện tử

Bài giảng Kỹ thuật điện tử

CHƢƠNG I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. Cấu trúc của nguyên tử
Vạn vật đều đƣợc cấu tạo nên bởi các hạt phần tử vô cùng nhỏ bé với mật độ
dày đặc và chúng chuyển động với vận tốc rất lớn nên chúng ta cảm nhận vật chất
dƣờng nhƣ là liên tục. Không phải thực hiện những thí nghiệm phức tạp các nhà vật lý
cũng chứng minh đƣợc vật chất đƣợc cấu tạo nên bởi một loại hạt nhƣng phải mất
mấy thế kỷ họ mới nhận thấy sự phức tạp của quá trình nghiên cứu, thậm chí cho đến
ngày nay chúng ta vẫn chƣa thể biết đƣợc hết các nguyên tố trong tự nhiên và liệu có
tồn tại hạt phần tử nhỏ nhất hay không?
Các nhà khoa học đã đƣa ra thuyết nguyên tử (atomic theory). Trong những năm
đầu của thế kỷ XIX thuyết nguyên tử không đƣợc chấp nhận, tuy nhiên với những thí
nghiệm trên thực tế các nhà khoa học đã chứng minh đƣợc tính đúng đắn của thuyết
nguyên tử và đã tìm thấy 92 nguyên tố trong tự nhiên, sau này có một số nguyên tố
đƣợc nhân tạo.
Mỗi nguyên tố này gồm một loại hạt phần tử duy nhất, đƣợc gọi là nguyên tử
(atom). Nguyên tử của các nguyên tố khác nhau là khác nhau. Một sự thay đổi nhỏ
nhất trong cấu trúc của nguyên tử cũng gây nên sự khác biệt lớn trong tính chất của
nguyên tố.Ví dụ: Chúng ta có thể thở trong môi trƣờng khí Oxy tinh khiết nhƣng
không thể sống trong khí Nitơ. Oxy ăn mòn kim loại nhƣng Nitơ thì không, gỗ có thể
cháy tốt trong không khí có Oxy nhƣng không thể cháy thậm chí không bắt lửa trong
môi trƣờng khí Nitơ. Cả 2 loại khí này nếu trong điều kiện nhiệt độ và áp suất phòng
đều không màu, không mùi và cùng khối lƣợng. Tuy nhiên điểm khác biệt giữa 2
nguyên tố này đó chính là Oxy có 8 proton còn Nitơ chỉ có 7 proton.
Nguyên tử gồm một hạt nhân (Nucleus) đƣợc cấu tạo bởi 2 loại hạt đó chính là
Neutron và Proton. Mật độ của các hạt này trong hạt nhân rất lớn, đƣợc “nén rất sát”
với nhau với năng lƣợng vô cùng lớn. Proton và Neutron có cùng khối lƣợng nhƣng
Proton tích điện còn Neutron không tích điện. Tất cả proton hay neutron trong vũ trụ
đều giống nhau. Số proton trong hạt nhân nguyên tử đƣợc gọi là số nguyên tử (atomic
number) đặc trƣng cho mỗi nguyên tố, quyết định các tính chất của nguyên tố đó.

1


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

Nguyên tố đơn giản nhất đó chính là Hydro có hạt nhân chỉ gồm một Proton và
thƣờng không có Neutron. Đây là nguyên tố đƣợc tìm thấy nhiều nhất trong vũ trụ.
Đôi khi hạt nhân của Hydro có 1 hoặc 2 Neutron. Sự đột biến trong cấu trúc của hạt
nhân Hydro đóng vai trò quan trọng trong vật lý nguyên tử.
Chuyển động xung quanh hạt nhân là các hạt tích điện trái dấu với các proton,
đƣợc gọi là các electron. Electron có khối lƣợng rất nhỏ nên khối lƣợng của nguyên
tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân. Electron tích điện âm, proton tích điện dƣơng. Trong
nguyên tử, số proton bằng số electron nên nguyên tử trung hòa về điện. Điện tích của
mỗi electron hay mỗi proton đƣợc gọi là điện tích đơn vị.
Một trong những ý tƣởng sớm nhất về cấu trúc nguyên tử là các electron đƣợc
gắn vào hạt nhân giống nhƣ những quả nho khô đƣợc gắn vào chiếc bánh ngọt. Sau
đó, ngƣời ta lại cho rằng các electron chuyển động theo quỹ đạo tròn xung quanh hạt
nhân và nguyên tử giống nhƣ hệ mặt trời thu nhỏ trong đó các eletron đƣợc coi nhƣ là
các hành tinh.

Hình 1.1. Mô hình hệ mặt trời của nguyên tử
Nhƣng sau này cách nhìn nhận đƣợc thay đổi. Ngày nay các nhà khoa học cho
rằng electron chuyển động với tốc độ rất lớn trên các quỹ đạo phức tạp và không thể

2


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

xác định chính xác vị trí của điện tử tại một thời điểm xác định. Các quỹ đạo đó đƣợc
gọi là các lớp electron (electron shells). Mỗi lớp electron tƣơng ứng với một mức
năng lƣợng xác định. Các electron lớp ngoài cùng đƣợc gọi là các electron hóa trị
(valence electrons). Các electron có thể chuyển động xung quanh hạt nhân là do sự
cân bằng giữa lực hút tĩnh điện và lực quán tính ly tâm.
Lực hút tĩnh điện đƣợc xác định:
F k

Trong đó:

q1q2
r2

[N]

k

: hằng số, k  9  109 [ C 2.N .m2 ]

q1

: điện tích của hạt nhân [C]

q2

: điện tích của electron [C]

r

: khoảng cách giữa electron và hạt nhân [m]

Do lực hút tĩnh điện giữa electron và hạt nhân tỷ lệ nghịch với khoảng cách nên
các electron càng ở xa hạt nhân thì càng liên kết yếu với hạt nhân và tồn tại ở mức
năng lƣợng càng cao. Electron có thể nhảy lên mức năng lƣợng cao hơn nếu nhận
đƣợc năng lƣợng kích thích hoặc xuống mức năng lƣợng thấp hơn. Các electron tồn
tại ở các mức năng lƣợng càng thấp thì trạng thái càng bền vững. Các electron hóa trị
liên kết yếu với hạt nhân nên có khả năng bứt ra khỏi liên kết nếu nhận đƣợc một
năng lƣợng kích thích đủ lớn để trở thành electron tự do (free electron). Mức năng
lƣợng cần thiết để cung cấp cho electron hóa trị trở thành electron tự do phụ thuộc
vào số lƣợng electron trong lớp hóa trị. Nếu lớp hóa trị càng ít electron thì mức năng
lƣợng kích thích cần thiết càng nhỏ, electron hóa trị dễ dàng bứt ra khỏi liên kết với
hạt nhân. Ví dụ, nhƣ trong nguyên tử Đồng chỉ có một electron hóa trị nên chỉ cần
nhận một năng lƣợng kích thích nhỏ bằng cách đốt nóng hoặc thậm chí tại nhiệt độ
phòng cũng đủ để electron tách ra khỏi nguyên tử và nhảy sang lớp hóa trị của nguyên
tử liền kề. Trong 1cm3 nguyên tử Đồng có khoảng 1023 electron tự do nên có thể nói
Đồng là vật dẫn điện tốt. Ngƣợc lại, nếu lớp hóa trị có nhiều electron (đầy hoặc gần
đầy) khi đó các electron hóa trị liên kết mạnh hơn với hạt nhân nên khó bứt ra để trở
thành electron tự do.

3


Bài giảng Kỹ thuật điện tử
Electron(tích điện

âm)

Proton (tích điện dƣơng)

Hạt nhân

Neutron (không tích điện)

Mức năng
lƣợng cao
Sự nhảy mức năng
lƣợng của electron

Mức năng
lƣợng thấp
Hạt nhân

Hình 1.2. Cấu trúc nguyên tử

(b). Chiều dòng electron

(a). Chiều dòng điện quy ƣớc

Hình 1.3. Chiều dòng điện quy ƣớc và dòng electron
4


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

Trƣớc đây ngƣời ta cho rằng, dòng điện là sự chuyển dời có hƣớng của các hạt
mang điện tích dƣơng và trên cơ sở đó ngƣời ta đã xây dựng các định luật, các công
thức và các ký hiệu. Nhƣng sau khi có thuyết nguyên tử, ngƣời ta nhận thấy rằng bản
chất sự dịch chuyển của các hạt mang điện đó là sự dịch chuyển của các electron, tức
là dòng điện là dòng chuyển dời có hƣớng của các electron và có chiều quy ƣớc
ngƣợc chiều với chiều chuyển động của electron.

Vật dẫn (Conductor) đƣợc định nghĩa là vật liệu mà các electron có khả năng
dịch chuyển một cách dễ dàng từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Tại nhiệt độ
phòng, Bạc nguyên chất có khả năng dẫn điện tốt nhất. Đồng, Nhôm, Sắt, Thép và
một số kim loại khác là những vật dẫn điện tƣơng đối tốt. Tuy nhiên do giá thành cao
nên Bạc không có ứng dụng trong thực tế mà thay vào đó Đồng và Nhôm đƣợc sử
dụng nhiều trong các hệ thống và trong các mạch điện. Một số chất lỏng cũng là
những chất dẫn điện tốt: thuỷ ngân, nƣớc muối…. Các chất khí thƣờng là các chất
kém dẫn điện do các nguyên tử và phân tử chất khí chuyển động quá xa so với nhau
nên không thể trao đổi electron. Nhƣng nếu các chất khí đƣợc ion hóa nó cũng trở
thành các chất dẫn điện tốt.
Vật cách điện (Insulator) ngăn cản sự chuyển động của dòng electron. Hầu hết
chất khí, cỏ, gỗ khô, giấy và nhựa là những chất cách điện tốt. Nƣớc nguyên chất
cũng là chất cách điện tốt nhƣng nó nó có thể dẫn điện nếu có một số lƣợng rất nhỏ
tạp chất. Metal oxide là chất cách điện tốt mặc dù Metal nguyên chất là chất dẫn điện
tốt.
Vật cách điện cũng có thể mang dòng điện. Khi xảy ra quá trình ion hóa, các
electron bứt khỏi nguyên tử, chuyển động và tạo thành dòng. Một ví dụ trong thực tế
đó là hiện tƣợng phóng sét trong không khí.
Chất bán dẫn (Semiconductors): Trong chất bán dẫn vẫn tồn tại dòng chuyển
động của các electron nhƣng với cƣờng độ yếu hơn rất nhiều so với một chất dẫn điện
tốt, về bản chất thì chất bán dẫn không phải là một chất dẫn điện tốt và cũng không
phải là một chất cách điện tốt, ví dụ: Silic, Germany, Selen, Gali,…Tuy nhiên có thể
tăng khả năng dẫn điện của chất bán dẫn bằng cách đốt nóng hoặc pha tạp chất. Trong
chất bán dẫn, ngƣời ta đã đề cập đến sự chuyển động của lỗ trống (hole - là một liên
kết bị khuyết thiếu).
5


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

1.2. Dòng điện
Cường độ dòng điện là số hạt mang điện chuyển động qua một tiết diện trong
một đơn vị thời gian. Tuy nhiên ngƣời ta nhận thấy rằng một dòng điện có giá trị rất
nhỏ ứng với một số lƣợng rất lớn các hạt mang điện. Do đó, cƣờng độ dòng điện đƣợc
xác định là lƣợng điện tích của hạt mang điện trong một đơn vị thời gian
Coulombs/second. Dòng điện có cƣờng độ 1C/s đƣợc gọi là 1Ampere và đây là đơn vị
chuẩn dòng điện (1C=6,24.1018 electron hoặc lỗ trống).
Thông thƣờng, cƣờng độ dòng điện đƣợc xác định với đơn vị miliampere (mA)
hay microampere (µA), nanoampere (nA).
1.3. Điện thế và điện áp
Điện thế (Potential) đƣợc định nghĩa là công cần thiết để dịch chuyển một đơn
vị điện tích từ một điểm ra xa vô cùng (quy ƣớc điện thế tại vô cùng bằng 0), tại mỗi
điểm điện tích có một điện thế xác định.
V

A
Volt
q

Ngoài ra cũng có thể hiểu điện thế là lực “đẩy” electron dịch chuyển, chính vì
thế điện thế đôi khi đƣợc gọi là sức điện động (EMF)
Điện áp là độ chênh lệch điện thế giữa hai điểm còn gọi là hiệu điện thế
(potential difference) là công cần thiết để dịch chuyển một đơn vị điện tích từ điểm
này tới điểm kia:
U MN  VM  VN 

AMN
Volt
q

1.4. Nguồn điện
1.4.1. Nguồn một chiều (DC):
Nguồn một chiều đƣợc định nghĩa là nguồn có độ lớn và cực tính không đổi theo
thời gian: pin và ắc quy. Hai thông số quan trọng của nguồn một chiều đó là: điện áp
và điện lƣợng. Điện lƣợng danh định là dung lƣợng điện đƣợc nạp vào nguồn, có đơn
vị là Ah (Ampe_giờ). Điện lƣợng của nguồn sẽ cạn dần trong quá trình sử dụng, nếu
một nguồn có điện lƣợng là 100Ah và cung cấp dòng I=2A thì thời gian sử dụng tối
đa:
6


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

Q 100 Ah

 50h
I
2A
E

Ký hiệu của nguồn một chiều:
Công suất nguồn một chiều:

+

t

E

P  E.I

1.4.2. Nguồn xoay chiều (AC)
Nguồn xoay chiều đƣợc định nghĩa là nguồn có độ lớn và cực tính thay đổi theo
thời gian. Ngƣời ta có thể phân loại nguồn xoay chiều nhƣ sau:
 Cực tính không đổi: Độ lớn biến thiên không tuần hoàn theo thời gian
Độ lớn biến thiên tuần hoàn theo thời gian
 Cực tính thay đổi:

Độ lớn biến thiên không tuần hoàn theo thời gian
Độ lớn biến thiên tuần hoàn theo thời gian

Sự biến thiên của điện áp xoay chiều (ac voltage) và dòng điện xoay chiều (ac
current) đƣợc gọi là dạng sóng (waveform): sóng sin, xung vuông, xung tam
giác,…Trong đó dạng sóng sin có vai trò nền tảng nhất, đôi khi ngƣời ta nói đến
nguồn AC tức là nói đến nguồn có dạng sóng sin (biến thiên điều hòa) và đƣợc gọi là
nguồn xoay chiều.
Sóng sin

Xung vuông

Xung tam giác

Hình 1.4. Một số dạng sóng cơ bản
Đối với nguồn AC biến đổi tuần hoàn theo thời gian ngƣời ta đƣa ra khái niệm
chu kỳ và tần số.
Chu kỳ T: khoảng thời gian ngắn nhất lặp lại một trạng thái.
Nhƣ vậy nếu nguồn biến đổi càng nhanh thì chu kỳ T càng nhỏ.
Đơn vị đo chu kỳ là: s, ms, µs và ns.

7

Bài giảng Kỹ thuật điện tử
e(t)

Điện áp dƣơng
Điện áp âm
e(t)
Cực tính
thay đổi

1 chu kỳ
(a). Sự biến thiên của điện áp theo thời gian

(b). Nguồn AC

Giữa hai đỉnh

Giữa hai điểm 0 Giữa 2 điểm xác định

Hình 1.5. Nguồn xoay chiều
Tần số f: đặc trưng cho tốc độ thay đổi của nguồn tuần hoàn trong một giây,
hay số trạng thái lặp lại trong một giây. (f=1/T)
Đơn vị đo của tần số là:Hz, KHz, MHz…
Nguồn điện sử dụng trong gia đình là dạng biến đổi điều hòa có phân cực và
đƣợc gọi là nguồn xoay chiều có tần số quy định là: Theo tiêu chuẩn Châu Á: 50 Hz
Theo tiêu chuẩn Châu Âu: 60 Hz
Cũng có thể phân biệt nguồn AC hay DC theo cực tính: nguồn DC (Direct
Current) có cực tính không đổi theo thời gian. Độ lớn của nguồn có thể thay đổi khi
đó giá trị điện áp, dòng điện hay công suất có thể thay đổi nhƣng các hạt mang điện

vẫn chuyển động theo một hƣớng xác định trong mạch điện. Nguồn AC (Alternating
Current) đảo cực tính sau một khoảng thời gian.

8


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

 Điện áp tức thời của nguồn xoay chiều (biến đổi điều hòa có phân cực):
e(t )  Em .sin t  Em .sin 2ft

Em : Biên độ (giá trị cực đại của điện áp xoay chiều)
Ω

: Vận tốc góc (Rad/s)

t

: Thời gian (s)

 Biên độ đỉnh (peak): Ep=Em
 Biên độ đỉnh- đỉnh (peak_peak): Ep-p=2.Em
 Điện áp hiệu dụng(root mean square): Erms=Em/ 2 là điện áp của nguồn 1
chiều tƣơng đƣơng có cùng công suất (sinh ra cùng một năng lƣợng nhiệt trong một
đơn vị thời gian) khi đặt vào cùng một tải.
 Công suất nguồn xoay chiều: P 

1 T
 e(t ).i(t ).dt
T 0

 Độ lệch pha giữa 2 tín hiệu xoay chiều:
v,i

v,i

v,i

t
(a). Đồng pha

t

t
(b). i nhanh pha so với u

(c). i chậm pha so với u

Hình 1.6. Độ lệch pha giữa u(t) và i(t)

9


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

CHƢƠNG II. LINH KIỆN THỤ ĐỘNG
Trạng thái điện của mỗi linh kiện điện tử đƣợc đặc trƣng bởi 2 thông số: điện áp
u và cường độ dòng điện i. Mối quan hệ tƣơng hỗ i=f(u) đƣợc biểu diễn bởi đặc
tuyến Volt-Ampere.
Ngƣời ta có thể phân chia các linh kiện điện tử theo hàm quan hệ trên là tuyến

tính hay phi tuyến. Nếu hàm i=f(u) là tuyến tính (hàm đại số bậc nhất hay phƣơng
trình vi phân, tích phân tuyến tính), phần tử đó đƣợc gọi là phần tử tuyến tính (R, L,
C) và có thể áp dụng đƣợc nguyên lý xếp chồng.
1
R

Điện trở: i  .u
Tụ điện: i  C.

du
dt

Cuộn dây: i 

1
u.dt
L

Nếu hàm i=f(u) là quan hệ phi tuyến (phƣơng trình đại số bậc cao, phƣơng trình
vi phân hay tích phân phi tuyến), phần tử đó đƣợc gọi là phần tử phi tuyến (diode,
Transistor).
2.1. Điện trở (Resistor)
Nhƣ đã đề cập trong chƣơng trƣớc, dòng điện là dòng chuyển dời có hƣớng của
các hạt mang điện và trong vật dẫn các hạt mang điện đó là các electron tự do. Các
electron tự do có khả năng dịch chuyển đƣợc do tác động của điện áp nguồn và trong
quá trình dịch chuyển các electron tự do va chạm với các nguyên tử nút mạng và các
electron khác nên bị mất một phần năng lƣợng dƣới dạng nhiệt. Sự va chạm này cản
trở sự chuyển động của các electron tự do và đƣợc đặc trƣng bởi giá trị điện trở.
2.1.1. Định nghĩa: Điện trở là linh kiện cản trở dòng điện, giá trị điện trở càng lớn
dòng điện trong mạch càng nhỏ.

Định luật Ohm: Cƣờng độ dòng điện trong mạch thuần trở tỷ lệ thuận với điện
áp cấp và tỷ lệ nghịch với điện trở của mạch.

10


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

I

E
R

[E]: Volt (V)
[I]: Ampere (A)
[R]: Ohm (Ω)
2.1.2. Các thông số của điện trở
a. Giá trị điện trở
Giá trị điện trở đặc trƣng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở. Yêu cầu
cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời
gian,…Điện trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngƣợc lại. Giá trị điện
trở đƣợc tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ.
Giá trị điện trở phụ thuộc vào vật liệu cản điện, kích thƣớc của điện trở và nhiệt
độ của môi trƣờng.
R  .

l
S

Trong đó: ρ: điện trở suất [Ωm]

l: chiều dài dây dẫn [m]
S: tiết diện dây dẫn [m2]
Trong thực tế điện trở đƣợc sản xuất với một số thang giá trị xác định. Khi tính
toán lý thuyết thiết kế mạch, cần chọn thang điện trở gần nhất với giá trị đƣợc tính.
b. Sai số
Sai số là độ chênh lệch tƣơng đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị danh
định, đƣợc tính theo %



Rtt  Rdd
 100%
Rdd

Trong đó: Rtt: Giá trị thực tế của điện trở
Rdd: Giá trị danh định của điện trở
11


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

c. Hệ số nhiệt điện trở (TCR-Temperature Co-efficient of Resistor):
TCR là sự thay đổi tƣơng đối của giá trị điện trở khi nhiệt độ thay đổi 1 oC, đƣợc
tính theo phần triệu



R / T
.106 ( ppm/ oC ) (parts per million)
R

Khi nhiệt độ tăng, số lƣợng các electron bứt ra khỏi quỹ đạo chuyển động tăng
và va chạm với các electron tự do làm tăng khả năng cản trở dòng điện của vật dẫn.
Trong hầu hết các chất dẫn điện khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở tăng, hệ số
  0 (PTC: Positive Temperature Co-efficient). Đối với các chất bán dẫn, khi nhiệt
độ tăng số lƣợng electron bứt ra khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do đƣợc gia
tăng đột ngột, tuy sự va chạm trong mạng tinh thể cũng tăng nhƣng không đáng kể so
với sự gia tăng số lƣợng hạt dẫn, làm cho khả năng dẫn điện của vật liệu tăng, hay giá
trị điện trở giảm, do đó có hệ số   0 (NTC: Negative Temperature Coefficient). Hệ
số nhiệt   0 càng nhỏ, độ ổn định của giá trị điện trở càng cao.

Hệ số góc=

R
T

0oK

Hình 2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới giá trị điện trở của vật dẫn
Tại một nhiệt độ xác định có hệ số nhiệt  xác định, giả sử tại nhiệt độ T1 điện
trở có giá trị là R1 và hệ số nhiệt là 1 , giá trị điện trở tại nhiệt độ T2:
R2  R11  1  T2  T1 

d.Công suất tối đa cho phép
12


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

Khi có dòng điện cƣờng độ I chạy qua điện trở R, năng lƣợng nhiệt tỏa ra trên R

P  U .I  I 2 .R

với công suất:

Nếu dòng điện có cƣờng độ càng lớn thì nhiệt lƣợng tiêu thụ trên R càng lớn làm
cho điện trở càng nóng, do đó cần thiết kế điện trở có kích thƣớc lớn để có thể tản
nhiệt tốt.
Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu
đƣợc nếu quá ngƣỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy. Công suất tối đa cho
phép đặc trƣng cho khả năng chịu nhiệt.
Pmax

2
U max
2

 I max
.R
R

Trong các mạch thực tế, tại khối nguồn cấp, cƣờng độ dòng điện mạnh nên các
điện trở có kích thƣớc lớn. Tại khối xử lý tín hiệu, cƣờng độ dòng điện yếu nên các
điện trở có kích thƣớc nhỏ do chỉ phải chịu công suất nhiệt thấp.
2.1.3. Phân loại và ký hiệu điện trở
a. Điện trở có giá trị xác định
 Điện trở than ép (Điện trở hợp chất Cacbon): Đƣợc chế tạo bằng cách trộn
bột than với vật liệu cản điện, sau đó đƣợc nung nóng hóa thể rắn, nén thành dạng
hình trụ và đƣợc bảo vệ bằng lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn.
Hợp chất Carbon

Dây dẫn

Dây dẫn
Các điện cực

Hình 2.2. Điện trở than ép
Điện trở than ép có dải giá trị tƣơng đối rộng (từ1Ω đến 100MΩ), công suất danh
định (1/8W-2W), nhƣng phần lớn có công suất là 1/4W hoặc 1/2W. Một ƣu điểm nổi
13


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

bật của điện trở than ép đó chính là có tính thuần trở nên đƣợc sử dụng nhiều trong
phạm vi tần số thấp (trong các bộ xử lý tín hiệu âm tần).
 Điện trở dây quấn đƣợc chế tạo bằng cách quấn một đoạn dây không phải là
chất dẫn điện tốt (Nichrome) quanh một lõi hình trụ. Trở kháng phụ thuộc vào vật liệu
dây dẫn, đƣờng kính và độ dài của dây dẫn. Điện trở dây quấn có giá trị nhỏ, độ chính
xác cao và có công suất nhiệt lớn. Tuy nhiên nhƣợc điểm của điện trở dây quấn là nó
có tính chất điện cảm nên không đƣợc sử dụng trong các mạch cao tần mà đƣợc ứng
dụng nhiều trong các mạch âm tần.
Nichrome

Dây dẫn

Dây dẫn
Lõi cách điện

Hình 2.3. Điện trở dây quấn
 Điện trở màng mỏng: Đƣợc sản xuất bằng cách lắng đọng Cacbon, kim loại

hoặc oxide kim loại dƣới dạng màng mỏng trên lõi hình trụ. Điện trở màng mỏng có
giá trị từ thấp đến trung bình, và có thể thấy rõ một ƣu điểm nổi bật của điện trở màng
mỏng đó là tính chất thuần trở nên đƣợc sử dụng trong phạm vi tần số cao, tuy nhiên
có công suất nhiệt thấp và giá thành cao.
Màng mỏng

Dây dẫn

Dây dẫn

Hình 2.4. Điện trở màng mỏng

14


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

b. Điện trở có giá trị thay đổi
 Biến trở (Variable Resistor) có cấu tạo gồm một điện trở màng than hoặc dây
quấn có dạng hình cung, có trục xoay ở giữa nối với con trƣợt. Con trƣợt tiếp xúc
động với với vành điện trở tạo nên cực thứ 3, nên khi con trƣợt dịch chuyển điện trở
giữa cực thứ 3 và 1 trong 2 cực còn lại có thể thay đổi. Có thể có loại biến trở tuyến
tính (giá trị điện trở thay đổi tuyến tính theo góc xoay) hoặc biến trở phi tuyến (giá trị
điện trở thay đổi theo hàm logarit theo góc xoay). Biến trở đƣợc sử dụng điều khiển
điện áp (potentiometer: chiết áp) hoặc điều khiển cƣờng độ dòng điện (Rheostat)
Trục điều khiển

2
Con trƣợt
Vành điện trở

1

VR 3
potentiometer

2
1

VR 3
Rheostat

Hình 2.5. Biến trở (VR)
 Điện trở nhiệt (Thermal Resistor -Thermistor):

Là linh kiện có giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Có 2 loại nhiệt trở:
Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm: Giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng (NTC),
thông thƣờng các chất bán dẫn có hệ số nhiệt âm do khi nhiệt độ tăng cung cấp đủ
năng lƣợng cho các electron nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn nên số lƣợng hạt dẫn
15


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

tăng đáng kể, ngoài ra tốc độ dịch chuyển của hạt dẫn cũng tăng nên giá trị điện trở
giảm
Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương: Giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng, các nhiệt
trở đƣợc làm bằng kim loại có hệ số nhiệt dƣơng (PTC) do khi nhiệt độ tăng, các
nguyên tử nút mạng dao động mạnh làm cản trở quá trình di chuyển của electron nên
giá trị điện trở tăng.

Nhiệt trở đƣợc sử dụng để điều khiển cƣờng độ dòng điện, đo hoặc điều khiển
nhiệt độ: ổn định nhiệt cho các tầng khuếch đại, đặc biệt là tầng khuếch đại công suất
hoặc là linh kiện cảm biến trong các hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ.
 Điện trở quang (Photo Resistor)
λ

λ

Quang trở là linh kiện nhạy cảm với bức xạ điện từ quanh phổ ánh sáng nhìn
thấy. Quang trở có giá trị điện trở thay đổi phụ thuộc vào cƣờng độ ánh sáng chiếu
vào nó. Cƣờng độ ánh sáng càng mạnh thì giá trị điện trở càng giảm và ngƣợc lại.
Khi bị che tối: R  n.100k  n.M
Khi đƣợc chiếu sáng: R  n.100  n.k
Quang trở thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạch tự động điều khiển bằng ánh
sáng:(Phát hiện ngƣời vào cửa tự động; Điều chỉnh độ sáng, độ nét ở Camera; Tự
động bật đèn khi trời tối; Điều chỉnh độ nét của LCD;…)
2.1.4. Cách ghi và đọc các tham số điện trở
a. Biểu diễn trực tiếp
 Chữ cái đầu tiên và các chữ số biểu diễn giá trị của điện trở: R(E) – Ω; K - K
Ω; M - M Ω;…


Chữ cái thứ hai biểu diễn dung sai:

Ví dụ: 8K2J: R=8,2KΩ; δ=5%
16

F=1%
J=5%
G=2%

K=10%
H=2,5% M=20%


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

R=8,2KΩ  0,41 KΩ=7,79KΩ  8,61KΩ
Hoặc có thể các chữ số để biểu diễn giá trị của điện trở và chữ cái để biểu diễn
dung sai. Khi đó chữ số cuối cùng biểu diễn số chữ số 0 (bậc của lũy thừa 10).
Ví dụ: 4703G: R=470K Ω; δ=2%
b. Biểu diễn bằng các vạch màu
Đối với các điện trở có kích thƣớc nhỏ không thể ghi trực tiếp các thông số khi
đó ngƣời ta thƣờng vẽ các vòng màu lên thân điện trở.
 3 vòng màu:
 2 vòng đầu biểu diễn 2 chữ số có nghĩa thực
 Vòng thứ 3 biểu diễn số chữ số 0 (bậc của lũy thừa 10)
 Sai số δ=20%
 4 vòng màu
 2 vòng đầu biểu diễn 2 chữ số có nghĩa thực
 Vòng thứ 3 biểu diễn số chữ số 0 (bậc của lũy thừa 10)
 Vòng thứ 4 biểu diễn dung sai (tráng nhũ)
 5 vòng màu:
 3 vòng đầu biểu diễn 3 chữ số có nghĩa thực
 Vòng thứ 4 biểu diễn số chữ số 0 (bậc của lũy thừa 10)
 Vòng thứ 5 biểu diễn dung sai (tráng nhũ)

17


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

Bảng quy ƣớc mã vạch màu
Màu
Đen
Nâu
Đỏ

Vạch 3
Vạch 1

Vạch 2

Vạch 5

Cam
Vàng
Lục
Lam
Tím
Xám
Trắng
Vàng kim

Vạch 4

Bạc kim

Trị số Sai số
0
1

2

1%
2%

3
4
5
6
7
8
9
-1
-2

5%
10%

2.1.5. Ứng dụng
 Điện trở đƣợc sử dụng trong các mạch phân áp để phân cực cho Transistor
đảm bảo cho mạch khuếch đại hoặc dao động hoạt động với hiệu suất cao nhất.
 Điện trở đóng vai trò là phần tử hạn dòng tránh cho các linh kiện bị phá hỏng
do cƣờng độ dòng quá lớn. Một ví dụ điển hình là trong mạch khuếch đại, nếu không
có điện trở thì Transistor chịu dòng một chiều có cƣờng độ tƣơng đối lớn.
 Đƣợc sử dụng để chế tạo các dụng cụ sinh hoạt (bàn là, bếp điện hay bóng
đèn,…) hoặc các thiết bị trong công nghiệp (thiết bị sấy, sƣởi,…) do điện trở có đặc
điểm tiêu hao năng lƣợng dƣới dạng nhiệt.
 Xác định hằng số thời gian: Trong một số mạch tạo xung, điện trở đƣợc sử
dụng để xác định hằng số thời gian.
 Phối hợp trở kháng: Để tổn hao trên đƣờng truyền là nhỏ nhất cần thực hiện

phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và đầu vào của bộ khuếch đại, giữa đầu ra của
bộ khuếch đại và tải, hay giữa đầu ra của tầng khuếch đại trƣớc và đầu vào của tầng
khuếch đại sau.

18


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

2.2. Tụ điện
2.2.1. Định nghĩa
Tụ điện gồm 2 bản cực làm bằng chất dẫn điện đƣợc đặt song song với nhau, ở
giữa là lớp cách điện gọi là chất điện môi (giấy tẩm dầu, mica, hay gốm, không khí).
Chất cách điện đƣợc lấy làm tên gọi cho tụ điện (tụ giấy, tụ dầu, tụ gốm hay tụ không
khí).
Lớp điện môi
(không khí)

Bản cực
kim loại

C

Ký hiệu
Cấu trúc tụ điện

Nếu điện trở tiêu thụ điện năng và chuyển thành nhiệt năng thì tụ điện tích năng
lƣợng dƣới dạng năng lƣợng điện trƣờng, sau đó năng lƣợng đƣợc giải phóng. Điều
này đƣợc thể hiện ở đặc tính tích và phóng điện của tụ điện.
2.2.2. Các tham số của tụ điện

a. Điện dung của tụ điện
Giá trị điện dung đặc trƣng cho khả năng tích lũy năng lƣợng của tụ điện.
C

 o S
d

Trong đó: ε: Hệ số điện môi của chất cách điện
εo=8,85.10-12(F/m): Hằng số điện môi của chân không
S: Diện tích hiệu dụng của 2 bản cực
d: Khoảng cách giữa 2 bản cực
Điện dung có đơn vị là F, tuy nhiên trong thực tế 1F là giá trị rất lớn nên thƣờng
sử dụng các đơn vị khác:
1μF=10-6F; 1nF=10-9F; 1pF=10-12F
Một số hệ số điện môi thông dụng:

19


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

Chân không

ε=1

Không khí

ε=1,0006

Gốm

ε =30-7500

Mica

ε =5,5

Dầu

ε =4

Giấy khô

ε =2,2

Polystyrene

ε =2,6

Gốm

(a) C=200pF với chất điện môi là không khí

(b) C=1,5μF với chất điện môi là gốm

b. Sai số: Là độ chênh lệch tƣơng đối giữa giá trị điện dung thực tế và giá trị
danh định của tụ điện, đƣợc tính theo %



Ctt  Cdd
Cdd

Ctt: Điện dung thực tế
Cdd: Điện dung danh định
Tùy theo yêu cầu của mạch mà dung sai của tụ điện có giá trị lớn hay nhỏ.
c. Trở kháng của tụ điện
Trở kháng của tụ điện đặc trƣng cho khả năng cản trở dòng điện xoay chiều của
tụ điện
Zc 
Xc 

1
  j. X c
j 2fC

1
: dung kháng của tụ
2fC
20


Bài giảng Kỹ thuật điện tử
f  0 : Z c   : hở mạch đối với thành phần một chiều
f   : Z c  0 : ngắn mạch đối với thành phần xoay chiều

d. Hệ số nhiệt của tụ điện (TCC – Temperature Co-efficient of Capacitor)
Là độ thay đổi tƣơng đối của giá trị điện dung khi nhiệt độ thay đổi 1oC, đƣợc
tính theo o/oo:
TCC 

C

T  10 6 ( ppm / oC )
C

TCC càng nhỏ thì giá trị điện dung càng ổn định, do đó mỗi loại tụ chỉ hoạt động
trong một dải nhiệt độ nhất định.
e. Điện áp đánh thủng
Khi đặt vào 2 bản cực của tụ điện áp một chiều, sinh ra một điện trƣờng giữa 2
bản cực. Điện áp càng lớn thì cƣờng độ điện trƣờng càng lớn, do đó các electron có
khả năng bứt ra khỏi nguyên tử trở thành các electron tự do, gây nên dòng rò. Nếu
điện áp quá lớn, cƣờng độ dòng rò tăng, làm mất tính chất cách điện của chất điện
môi, ngƣời ta gọi đó là hiện tƣợng tụ bị đánh thủng. Điện áp một chiều đặt vào tụ khi
đó gọi là điện áp đánh thủng.
Khi sử dụng tụ cần chọn tụ có điện áp đánh thủng lớn hơn điện áp đặt vào tụ vài
lần. Điện áp đánh thủng phụ thuộc vào tính chất và bề dày của lớp điện môi. Các tụ có
điện áp đánh thủng lớn thƣờng là các tụ có kích thƣớc lớn và chất điện môi tốt (Mica
hoặc Gốm).
f. Dòng điện rò
Thực tế trong chất điện môi vẫn tồn tại dòng điện có cƣờng độ rất nhỏ, đƣợc gọi
là dòng rò, khi đó có thể coi tụ điện tƣơng đƣơng với một điện trở có giá trị rất lớn, cỡ
MΩ.

Dòng rò

i C

21

du
dt


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

2.2.3. Phân loại và ký hiệu
a.Tụ có điện dung xác định
Tụ điện đƣợc phân chia thành 2 dạng chính: Tụ không phân cực (không có cực
tính) và tụ phân cực hoặc cũng có thể phân loại theo chất điện môi.
 Tụ giấy ( Paper Capacitors): Tụ giấy là tụ không phân cực gồm các lá kim
loại xen kẽ với các lớp giấy tẩm dầu đƣợc cuộn lại theo dạng hình trụ. Điện dung
C=1nF  0,1μF, điện áp đánh thủng của tụ giấy cỡ khoảng vài trăm Volt. Hoạt động
trong dải trung tần.
Ký hiệu:
C

Lá kim loại

Lá kim loại

Lớp điện môi

 Tụ gốm (Ceramic Capacitors): Tụ gốm là tụ không phân cực đƣợc sản xuất
bằng cách lắng đọng màng kim loại mỏng trên 2 mặt của đĩa gốm hoặc cũng có thể ở
mặt trong và mặt ngoài của ống hình trụ, hai điện cực đƣợc gắn với màng kim loại và
đƣợc bọc trong vỏ chất dẻo. Điện dung thay đổi trong phạm vi rộng C=n.pF  0,5μF,
điện áp đánh thủng cỡ khoảng vài trăm Volt. Hoạt động trong dải cao tần (dẫn tín hiệu
cao tần xuống đất), có đặc điểm là tiêu thụ ít năng lƣợng.
Ký hiệu:

C

 Tụ Mica (Mica Capacitors): Tụ Mica là tụ không phân cực đƣợc chế tạo
bằng cách đặt xen kẽ các lá kim loại với các lớp Mica (hoặc cũng có thể lắng đọng
màng kim loại lên các lớp Mica để tăng hệ số phẩm chất). Điện dung C=n.pF  0,1μF,
điện áp đánh thủng vài nghìn Volt. Độ ổn định cao, dòng rò thấp, sai số nhỏ, tiêu hao

22


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

năng lƣợng không đáng kể, hoạt động trong dải cao tần (đƣợc sử dụng trong máy thu
phát sóng Radio).
Ký hiệu:
Bản cực kim loại
C

Lớp điện môi
(giữa các bản cực)

Bản cực kim loại

 Tụ màng mỏng (Plastic – film Capacitors): Là tụ không phân cực, đƣợc chế
tạo theo phƣơng pháp giống tụ giấy, chất điện môi là Polyester, Polyethylene hoặc
Polystyrene có tính mềm dẻo. Điện dung C=50pF-n.10μF (thông thƣờng: 1nF-10μF),
điện áp đánh thủng cỡ khoảng vài nghìn Volt, hoạt động trong các dải tần audio (âm
tần) và radio (cao tần).

Ký hiệu:
C

 Tụ điện phân (Electrolytic Capacitors): Tụ điện phân còn đƣợc gọi là tụ oxi
hóa (hay tụ hóa), đây là loại tụ phân cực, gồm các lá nhôm đƣợc cách ly bởi dung
dịch điện phân và đƣợc cuộn lại thành dạng hình trụ. Khi đặt điện áp một chiều lên
hai bản cực của tụ điện, xuất hiện màng oxide kim loại cách điện đóng vai trò là lớp
điện môi. Tụ điện phân có điện dung lớn, màng oxit kim loại càng mỏng thì giá trị
điện dung càng lớn (0,1μF –n.1000μF), điện áp đánh thủng thấp (vài trăm Volt), hoạt
động trong dải âm tần, dung sai lớn, kích thƣớc tƣơng lớn và giá thành thấp.
23


Bài giảng Kỹ thuật điện tử

Ký hiệu:

+ _

 Tụ Tantal: Tụ Tantal cũng là tụ phân cực trong đó Tantal đƣợc sử dụng thay
cho Nhôm. Tụ Tantal cũng có giá trị điện dung lớn (0,1μF-100μF) nhƣng kích thƣớc
nhỏ, dung sai nhỏ, độ tin cậy và hiệu suất cao, điện áp đánh thủng vài trăm Volt.
Thƣờng đƣợc sử dụng trong các mục đích quân sự, trong các mạch âm tần và trong
các mạch số.
Ký hiệu:
b. Tụ xoay (Air-Varialbe Capacitors )
Có thể thay đổi giá trị điện dung của tụ điện bằng cách thay đổi diện tích hiệu
dụng giữa 2 bản cực hoặc thay đổi khoảng cách giữa 2 bản cực
 Tụ xoay: gồm các lá động và lá tĩnh đƣợc đặt xen kẽ với nhau, hình thành
nên bản cực động và bản cực tĩnh. Khi các lá động xoay làm thay đổi diện tích hiệu

dụng giữa 2 bản cực do đó thay đổi giá trị điện dung của tụ. Giá trị điện dung của tụ
xoay phụ thuộc vào số lƣợng các lá kim loại và khoảng không gian giữa các lá kim
loại (Giá trị cực đại: 50μF-1000μF và giá trị cực tiểu: n.pF). Điện áp đánh thủng cực
đại cỡ vài kV. Tụ xoay là loại tụ không phân cực và thƣờng đƣợc sử dụng trong máy
thu Radio để chọn tần
Ký hiệu:

C

24


Bài giảng Kỹ thuật điện tử
Các lá động

Trục điều khiển

Các lá tĩnh

 Tụ vi chỉnh (Trimmer): Khác với tụ xoay là điều chỉnh diện tích hiệu dụng
giữa các bản cực, tụ vi chỉnh có thể thay đổi giá trị bằng cách thay đổi khoảng cách
giữa các bản cực. Tụ vi chỉnh gồm các lá kim loại đƣợc đặt xen kẽ với nhau, ở giữa là
lớp điện môi, khoảng cách giữa các bản cực đƣợc thay đổi nhờ ốc vit điều chỉnh.
Vit điều chỉnh
Bản cực trên
Lớp điện môi
Bản cực dƣới
Đế

Hình 2.Tụ vi chỉnh

Thông thƣờng tụ vi chỉnh đƣợc nối song song với tụ xoay để tăng khả năng điều
chỉnh. Giá trị điện dung C (n.pF-200pF), điện áp đánh thủng trung bình, hiệu suất cao
(tổn hao năng lƣợng thấp). Tụ vi chỉnh cũng là tụ không phân cực.
 Tụ đồng trục chỉnh: Tụ đồng trục gồm 2 ống hình trụ kim loại đƣợc bọc lớp
nhựa lồng vào nhau. Lớp nhựa đóng vai trò là lớp điện môi. Ống ngoài cố định đóng
vai trò là bản cực tĩnh, ống bên trong có thể trƣợt đóng vai trò là bản cực động, do đó
diện tích hiệu dụng giữa 2 bản cực có thể thay đổi làm thay đổi điện dung của tụ. Giá
trị điện dung (C=n.pF-100pF), đƣợc ứng dụng trong dải cao tần.

25