GIÁO TRÌNH ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ-CHƯƠNG 1 - LINH KIỆN THỤ ĐỘNG VÀ LINH KIỆN BÁN DẪN, GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Ô TÔ

CHƯƠNG 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG VÀ LINH KIỆN BÁN
DẪN
1.1 Các linh kiện thụ động
1.1.1 Điện trở.
Để đạt được giá trị dòng điện mong muốn tại 1 điểm nào đó của mạch điện hay giá trị
điện áp mong muốn giữa 2 điểm của mạch người ta dùng điện trở có giá trị thích hợp.
Ta có thể hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn
điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện
thì điện trở là vô cùng lớn.
Điện trở của dây dẫn :
Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây. được tính theo
công thức sau: R = ρ.L / S
Trong đó:

ρ: là điện trở suất phụ thuộc vào chất liệu [Ωmm2/m]
L: là chiều dài dây dẫn m
S: là tiết diện dây dẫn mm2
R: là điện trở đơn vị là Ohm Ω

Điện trở có tác dụng giống nhau trong mạch điện một chiều và xoay chiều tức là chế
độ làm việc không phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động nên nó
Khi sử dụng một điện trở các tham số cần quan tâm đến là:
- Giá trị điện trở tính bằng Ω hay K Ω
- Sai số hay dung sai là mức thay đổi tương đối của giá trị thực so với giá trị danh định
sản xuất được ghi trên nó tính theo phần trăm.
- Công suất tối đa cho phép tính bằng wat (w)
- Đặc điệm cấu tạo và loại vật liệu được dùng để chế tạo điện trở
Quy ước vạch màu và dung sai
Bảng mã màu điện trở 4 vạch màu

Màu

Tên màu
(ký hiệu)

Số thứ 1

Số thứ 2

Hệ số nhân

Giá trị của điện trở tính bằng Ω

Sai số
%

-

-

-

-

±20

Ngân nhũ (bạc)

-

-

10-2

±10

Kim nhũ (vàng)

-

-

10-1

±5

Đen (BK)

-

0

1

-

Nâu (BN)

1

1

101

±1

1


Đỏ (RD)

2

2

102

±2

Cam (OG)

3

3

103

-

Vàng (YE)

4

4

104

-

Xanh lá (GN)

5

5

105

±0,5

Xanh lơ (BL)

6

6

106

±0,25

Tím (VT)
Xám (GY)
Trắng (WH)

7
8
9

7
8
9

107
108
109

±0,1
-

Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu : ( điện trở chính xác )

Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai số có nhiều
mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối
luôn có khoảng cách xa hơn một chút.
Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4)

2


Biến trở, triết áp :
Biến trở : Là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệu là VR chúng có hình dạng
như sau

Hình 2.1a Hình dạng biến trở

Hình 2.1b Ký hiệu trên sơ đồ

Cấu tạo biến trở:

Hình 2.1c Cấu tạo biến trở
Triết áp: Triết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cần chỉnh và thường bố trí phía trước
mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh.
Ví dụ như - Triết áp Volume, triết áp Bass, Treec v.v.. , triết áp nghĩa là triết ra một phần
điện áp từ đầu vào tuỳ theo mức độ chỉnh.

Hình 2.1d Ký hiệu triết áp trên sơ đồ nguyên lý.
Trong thực tế , khi ta cần một điện trở có trị số bất kỳ ta không thể có được , vì điện
trở chỉ được sản xuất khoảng trên 100 loại có các giá trị thông dụng, do đó để có một điện trở
bất kỳ ta phải đấu điện trở song song hoặc nối tiếp.
1.1.2 Tụ điện
* Cấu tạo: Tụ điện có cấu tạo cơ bản là hai bản cực kim loại đặt song song. Tùy theo lớp cách
điện ở giữa 2 bản cực là gì thì có tên gọi tương ứng.
Ví dụ: lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, lớp các điện là giấy có tụ giấy, các điện
3


là gốm có tụ gốm, cách điện bằng hóa chất có tụ hóa…
* Có hai loại tụ chính:
- Tụ giấy, tụ gốm là các tụ không phân cực có trị số <470nF
- Tụ hóa là các tụ có phân cực có trị số > 0,47 µF
* Trị số của tụ:
Tụ hóa ghi trực tiếp trên than ví dụ 10 µF , 100 µF , 470 µF …
Tụ giấy và gốm được kí hiệu trên thân bằng 3 số. Ví dụ 103J, 223K…

3 số đầu ký hiệu cho giá trị, chữ là ký hiệu cho sai số
Cách đọc: 2 chữ số đầu giữ nguyên, số thứ 3 tương ứng với số 0 thêm vào và lấy đơn vị là pF.
Ví dụ: 103J sẽ là 10 000pF
471K sẽ là 470 pF
* Lưu ý: Có một cách ký hiệu khác: .01J; .22K thì khi đó đơn vị là µF
Ví dụ: .01J là 0,01 µF ; .022K là 0,022 µF
* Trị số điện áp ghi trên thân tụ: Là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua
giá trị này thì lớp cách điện bị đánh thủng.
* Xét đối với điện áp một chiều:
Tụ hoàn toàn cách điện vì điện áp một chiều có tần số f = 0
Dung kháng của tụ:

ZC =

1
2πfC .

Khi f = 0 thì Z C → ∞ nên tụ không dẫn điện một chiều
* Xét đối với điện áp xoay chiều:
Cho dòng điện xoay chiều đi qua vì: Điện áp xoay chiều có tần số f > 0 ⇒ Z C < ∞ . Khi đó
tụ dẫn điện như một điện trở. f càng lớn hoặc C càng lớn thì ZC càng nhỏ, dòng điện xoay
chiều đi qua càng dễ.
1.1.3 Cuộn cảm
* Khái niệm:
Một cuộn dây có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra một từ trường đó là nguyên lý hoạt
động của nam châm điện. Nếu giá trị dòng chảy trên cuộn dây thay đổi thì từ cường độ từ
trường phát sinh từ cuộn dây cũng thay đổi gây ra một sức điện động cảm ứng(tự cảm) trên
cuộn dây và có xu hướng đối lập dòng ban đầu.
Cấu tạo cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn
emay cách điện, lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi

thép kỹ thuật .

Hình 2.2a Cuộn dây lõi không khí

Hình 2.2b Cuộn dây lõi Ferit

4


* Các tham số đặc trưng của cuộn cảm.
Một cuộn dây trong mạch điện xoay chiều sẽ có điện trở một chiều bình thường do điện trở
dây cuốn tạo ra và thành phần trở kháng được xác định: ZL = R+ j2 π f.L
- Hệ số tự cảm ( định luật Faraday)
Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng
điện biến thiên chạy qua.
- Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối
với dòng điện xoay chiều: ZL = 2. π .f.L
Cảm kháng của cuộn dây tỷ lệ với hệ số tự cảm của cuộn dây và tỷ lệ với tần số dòng điện
xoay chiều, nghĩa là dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì đi qua cuộn dây càng khó,
dòng điện một chiều có tần số f = 0 Hz vì vậy với dòng một chiều cuộn dây có cảm kháng ZL
=0
* Ứng dụng của cuộn cảm để chế tạo loa. micro. biến áp . …

5


CHƯƠNG 2: LINH KIỆN BÁN DẪN
2.1 Điốt bán dẫn
2.1.1 Chất bán dẫn
Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor,

IC mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay.
Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về
phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử.
đó là các chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si)
Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn
loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay
Transistor.
Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử
Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết cộng hoá trị như hình dưới.

Hình 2.3 Chất bán dẫn tinh khiết .
2.1. 2. Chất bán dẫn loại N
* Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán dẫn Si thì
một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho chỉ
có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán
dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và được gọi là bán dẫn N ( Negative: âm ).

Hình 2.4 Chất bán dẫn N
2.1.3 Chất bán dẫn loại P
Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vào chất
bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và
6


liên kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) và được gọi là chất bán
dẫn P.

Hình 2.5 Chất bán dẫn P
2.1.4 Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn.
Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp

giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư
thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành
một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.

Hình 2.6 Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode .
Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn.

Hình 2.7 Kí hiệu và hình dạng của đi ốt bán dẫn
2.1.5 Hoạt động của điốt
Phân cực thuận cho Diode.
Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt
( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại,
khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại
Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục
tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của
7


Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V ).

Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn
điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V
Hình 2.8

Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua
Diode

Phân cực ngược cho Diode.
Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-)
vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và

ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn
khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng.

Hình 2.9 Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V

2.2 Tranzitor lưỡng cực.
2.2.1 Cấu tạo của Transistor. ( Bóng bán dẫn )
Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu
ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor
ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau .

Hình 2.10 Cấu tạo Transistor
8


Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base), lớp
bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.
Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay
cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P )
nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được.
Ký hiệu tranzitor

2.2.2. Nguyên tắc hoạt động của Transistor.
Xét hoạt động của Transistor NPN .

Hình 2.11 Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN
Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-)
nguồn vào cực E.
- Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó
cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.

- Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không
có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) nguồn
UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB
- Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn
phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB
- Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức
.
IC = β.IB
Trong đó
IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
9


β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Giải thích :
Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp PN để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và
nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp
sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các
điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C
dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng IC , IE là các dòng hạt từ cực E một phần
tái hợp tạo thành IB, một phần vượt qua tiếp giáp tạo thành dòng IC
Xét hoạt động của Transistor PNP .
Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của
các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E sang B.
2.2.3 Các dạng mắc mạch cơ bản của Transistor
Khi dùng transistor để ráp mạch khuếch đại trước hết phải phân cực cho transistor ở
chế độ tĩnh sau đó đưa tín hiệu vào ở một cực, lấy ra ở cực thứ 2 và cực thứ 3 gọi là điểm
chung. Vậy có ba cách mắc transistor.

E chung

B chung

C chung

IB là dòng vào
IE là dòng vào
IB là dòng vào
IC là dòng ra
IC là dòng ra
IE là dòng ra
UBE là điện áo vào
UBE là điện áo vào
UBC là điện áo vào
UCE là điện áp ra
UBC là điện áp ra
UCE là điện áp ra
Quan hệ giữa dòng áp vào và dòng áp ra:
- Đặc tuyến vào: Ivào = f(Uvào) khi Ira (Ura)= const
- Đặc tuyến ra: Ira = f(Ura) khi Ivào (Uvào)= const
- Đặc tuyến truyền đạt : Ira = f(Uvào) khi Ivào (Ura)= const
Phương pháp vẽ đặc tuyến
Ví dụ khảo sát mạch EC.

Nguồn ECC, EBB có thể thay đổi, ECC cấp điện cho transistor, EBB phân cực cho transistor
- Giữ nguyên nguồn ECC để UCE có giá trị nhất định, thay đổi EBB để UBE thay đổi.
Ứng với UBE thay đổi ta đo được dòng IB, IC. Ví dụ ta đo được:
10

UBE(V)
IB(µA)
IC(mA)

0
0
0

0,2
0,2
20

0,4
1
97,5

0,6
2
160

0,8
4,8
340

0,9
8
450

- Đặc tuyến ngõ vào IB=f(UBE) khi UCE = const

- Đặc tuyến ra:
Giữ cho UBE bằng một giá trị cố định(0,2V) điều chỉnh điện áp nguồn ECC để làm thay đổi
UCE thì khi đó IC biến đổi theo. Ta quan sát được:
Khi UCE =0 thì IC=0 sau đó IC tăng tuyến tính theo UCE và tiếp tục tăng rất chậm
theo UCE ta được đường đặc tuyến 1.
Tiếp theo điều chỉnh ECC để UBE có một giá trị khác(0,3V), quan sát UCE thay đổi
thì IC thay đổi ta vẽ được đặc tuyến thứ 2.
Tập hợp các đường đặc tuyến này gọi là họ đặc tuyến ra.

2.2.4 Đường tải tĩnh và điểm công tác tĩnh

Đường tải tĩnh được vẽ trên đặc tuyến ra tĩnh của transitor để nghiên cứu dòng điện và
điện áp một chiều khi mắc trong một mạch cụ thể nào đó.
Để vẽ đường tải tĩnh ta cần xác định hai điểm:
- Một điểm trên trục tung (tương ứng với điện Ura =0)
- Một điểm trên trục hoành (tương ứng với Ira = 0)
Điểm công tác tĩnh (hay điểm tĩnh, điểm phân cực) là điểm nằm trên đường tải tĩnh xác định
11


dòng điện và điện áp trên transitor khi không có tín hiệu đặt vào, nghĩa là xác định điều kiện
phân cực cho transitor.
Điểm công tác tĩnh của mạch là giao của đường tải tĩnh và đặc tuyến ra: (IB gần bằng
VCC/ RB đối với sơ đồ phân cực cố định- sơ đồ thứ nhất)

Ổn định điểm công tác tĩnh.
- Vị trí của điểm làm việc tĩnh rất quan trọng trong hoạt động của BJT
- Nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi vị trí của điểm Q:
Nhiệt độ thay đổi, sự hoá già của linh kiện theo thời gian hoạt động, sự không ổn định

của nguồn cung cấp ...
- Trong đó yếu tố về nhiệt độ là yếu tố thường xuyên tác động và có thể hạn chế được. Do
tính chất chung của bán dẫn là đặc tính điện phụ thuộc vào nhiệt độ nên dòng điện và điện áp
trên transistor phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Nghĩa là điểm làm việc tĩnh sẽ bị di chuyển
khi nhiệt độ thay đổi.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ chính là ảnh hưởng tới hai tham số là dòng ngược ICB0 và điện áp
UBE.
UBE biến đổi khoảng –2,2mV/0C đối với transistor loại Si và -1,8mV/0C đối với transistor Ge.
ICB0 tăng gấp 2 lần khi nhiệt độ tăng 100C
2.2.5 Phân cực cho Transistor
Phân cực là dùng nguồn nuôi một chiều và các điện trở để tạo được sự phân bố điện
thế giữa ba cực B,C,E của BJT sao cho các tiếp giáp J1(giữa B-E), J2(giữa B-C) có điện áp
một chiều với cực tính và giá trị thích hợp. Điện áp một chiều này sẽ thiết lập chế độ một
chiều cho BJT. Khi phân cực nếu:
- Tiếp giáp J1 phân cực thuận, J2 phân cực ngược thì BJT làm việc ở vùng khuếch đại. Khi
tính toán chế độ một chiều ở vùng này ta thường sử dụng công thức sau:
UBE= 0,7V
IC= βIB
IE= (β+1)IB
- Cả hai tiếp giáp J1, J2 đều phân cực ngược , BJT làm việc trong vùng khóa cắt dòng
- Cả hai tiếp giáp J1, J2 đều phân cực thuận, BJT làm việc trong vùng bão hòa.
Các phương pháp phân cực cho BJT
2.2.5.1 Phân cực bằng dòng cực gốc cố định.
Khi tính phân cực các tụ điện coi như hở mạch. Áp dụng định luật Kirhop2 dễ dàng
12


tính được:
IB =

ECC − U BE
RB

I C = βI B , IE= (β+1)IB
UE = 0, UB = UBE
UC = ECC - ICRC
Phương trình đường tải tĩnh:
U CE = ECC − I C RC
Bài tập: Cho sơ đồ và đặc tuyến ra như sau:

Xác định điểm công tác tĩnh Q

2.2.5.2 Phân cực ổn định cực emitơ
IB =

ECC − U BE
RB + ( β + 1) RE

I C = βI B , I = (β+1)I
E
B
UE = IERE, UB = UE+UBE
UC = ECC - ICRC
U CE = ECC − I C ( RC + RE )
(coi IC gần bằng IE)
2.2.5.3 Phân cực bằng mạch phân áp
R1, R2 tạo thành mạch phân áp để cấp điện áp cho cực B
RC dẫn điện áp dương nguồn về cực C.
RE là điện trở hồi tiếp âm dòng điện, tạo điện áp trên cực E tuỳ vào giá trị dòng IE đi
qua BJT (do vậy gọi là tự phân cực).

Dòng điện trên RE sẽ tạo một sụt áp trên nó có xu hướng chống lại sự phân cực thuận của lớp
tiếp xúc phát à ổn định nhiệt cho mạch

13


UB =

ECC
R2
R1 + R2

UE = UB -UBE
IE =

UE
RE

I C = βI B , I = (β+1)I
E
B
UC = ECC - ICRC
Phương trình đường tải tĩnh như sau:
VCC = I C RC + I E R E + U CE

2.2.5.4 Phân cực bằng mạch hồi tiếp âm điện áp
IB =

ECC − U BE
RB + ( β + 1)( RE + RC )

I C = βI B
IE= (β+1)IB
UE = IERE
UB = UE+UBE
UC = ECC – IERC

Hồi tiếp âm điện áp là một phần điện áp ra được đưa ngược trở lại đầu vào sao cho tác dụng
cuả nó ngược pha với điện áp vào.
VCC là nguồn cung cấp một chiều
RC dẫn điện áp từ dương nguồn VCC về cực góp.
Điện trở RB không nối trực tiếp với nguồn VCC mà nối giữa cực C và cực B. Nghĩa là cực B
được cấp nguồn từ VC, qua RB.
Cách xác định điểm công tác tĩnh Q cũng tương tự như phần trên
Sơ đồ này có độ ổn định nhiệt tốt hơn sơ đồ phân dòng cố định
Khi nhiệt độ tăng à dòng IC tăng lên à sụt áp trên RC tăngà điện áp tại cực C là VC giảm
xuống mà VB = VC – IB.RB do đó VB cũng giảm xuống, làm cho góc mở UBE nhỏ lại, BJT dẫn
yếu đi, tức là các dòng qua BJT giảm (IC giảm chống lại sự thay đổi ban đầu).
Quá trình hoàn toàn ngược lại khi nhiệt độ giảmà điểm công tác tĩnh sẽ ổn định khi nhiệt độ
thay đổi
Như vậy, nhờ điện trở hồi tiếp âm RB mà điểm làm việc tĩnh của mạch sẽ ổn định hơn.

2.3 Tranzitor trường.
Khác với tranzitor lưỡng cực mà đặc điểm chủ yếu là dòng điện trong chúng do cả hai
loại hạt dẫn(điện tử và lỗ trống) tạo nên, tranzitor trường hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu
ứng trường, điều khiển độ dẫn điện của đơn tinh thể bán dẫn nhờ tác động của một điện
trường ngoài. Dòng điện trong FET chỉ do một loại điện tích tạo nên.
Sự khác nhau cơ bản giữa BJT và FET chỉ rõ trên hình:

14

Hình 2.12 So sánh BJT và FET
Tranzitor trường có 3 chân cực: Cực nguồn (Source) ký hiệu là S, cực cổng(Gate) ký
hiệu là G, cực máng ký hiệu D (Drain)
- Cực nguồn là nơi mà các hạt dẫn đa số đi vào kênh và tạo ra dòng điện nguồn IS
- Cực máng D là nơi các hạt dẫn đa số đi khỏi kênh
- Cực G là cực điều khiển dòng điện chạy qua kênh
2.3.1 Cấu tạo và đặc tính của JFET.
1. Cấu tạo và ký hiệu
JFET được goi là FET có mối nối đơn, có hai loại JFET kênh N và kênh P
JFET kênh N có cấu tạo gồm thanh bán dẫn loại N, hai đầu nối với hai dây ra gọi là cực máng
D và cực nguồn S. Hai bên thanh bán dẫn N là hai vùng bán dẫn P tạo thành mối nối P- N như
điốt. Hai vùng này nối với nhau gọi là cực cửa G.
JFET kênh P có cấu tạo tương tự nhưng chất bán dẫn ngược lại kênh N

Kí hiệu

Hình 2.13 Cấu tạo JFET

2. Đặc tính
Xét JFET kênh N có cực D nối dương nguồn, cực S nối âm nguồn
* Khi cực G hở (UGS = 0)
Lúc này dòng điện sẽ đi qua kênh theo chiều từ dương nguồn và cực D và ra ở cực S để trở
về âm nguồn của UDD, kênh có tác dụng như một điện trở
Nếu tăng điện thế UDS từ 0V lên thì dòng ID tăng nhanh sau đó đến một điện thế gới hạn thì
ID không tăng nữa gọi là dòng bão hòa IDSS. Điện thế UDS có IDSS gọi là điện thế ngắt UP

15

Hình 2.14 JFET khi UGS = 0 và UDS >0
* Khi cực G có điện thế âm (UGS < 0)
Khi cực G có điện thế âm nối vào chất bán dẫn loại P trong kênh N có dòng điện chạy qua
nên có điện thế dương ở giữa bán dẫn N làm cho mối nối P-N bị phân cực ngược làm điện tử
trong bán dẫn của kênh N bị đẩy và làm thu hẹp tiết diện kênh, nên điện trở kênh dẫn tăng lên,
dòng ID giảm xuống
Khi tăng điện thế âm ở cực G thì mức phân cực ngược càng lớn làm dòng ID càng giảm
nhỏ và đến một giá trị giới hạn thì dòng ID gần như không còn. Điện thế này ở cực G gọi là
điện thế ngắt UP(điện áp khóa kênh)

Hình 2.16 Đặc tuyến ra của JFET kênh N
Hình 2.15 JFET khi cực G có điện thế âm
Hình 2.16 là đặc tuyến ra của JFET kênh N để chỉ sự thay đổi của ID theo UDS ứng với từng
điện thế UGS ở cực G( gọi là họ đặc tuyến ID/UDS)
JFET kênh P
JFET kênh P có mạch thí nghiệm như hình 2.17 với nguồn UDD cung cấp cho UDS, Điện
thế cung cấp cho cực G bây giờ là điện thế dương(UG > US). JFET kênh P có đặc tuyến
giống kênh N nhưng có các dòng điện và điện thế ngược dấu

16


a) JFET kênh P

b) Đặc tuyến ra của JFET kênh P

Hình 2.17
* Mối quan hệ giữa BJT và FET
JFET

BJT

I D = I DSS (1 − U GS / U P )

2

⇔

I C = βI B
IC = IE
UBE = 0,7V

ID =IS
IG = 0A

2.3.2 Cấu tạo và đặc tính của MOSFET.
1. MOSFET kênh liên tục

Hình 2.18 a) MOSFET liên tục kênh N
b) Kí hiệu MOSFET liên tục
Người ta chế tạo sẵn kênh dẫn điện gồm hai vùng bán dẫn N có nồng độ tạp chất cao được
nối liền nhau bằng một kênh dẫn là bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất thấp hơn. Các lớp bán
dẫn này được khuếch tán trên một nền là chất bán dẫn P, phía trên kênh dẫn điện có phủ lớp
oxit cách điện SiO2
Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N nồng độ cao gọi là cực S
và cực D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxít nhưng vẫn cách điện với kênh dẫn,
thường cực S được nối chung với nền P
17

2. Đặc tính của MOSFET kênh liên tục
* Khi UGS = 0
Kênh dẫn có tác dụng như một điện trở. Khi tăng UDS thì dòng ID tăng lên đén một giá
trị gới hạn IDSS(Dòng ID bão hòa). Điện áp UDS ở trị số IDSS gọi là điện áp ngắn UP giống JFET
* Khi UGS < 0
Lúc này cực G có điện thế âm nên đẩy các điện tử ở kênh N vào vùng nền P làm thu hẹp
tiết diện kênh dẫn điện N và dòng ID bị giảm xuống do điện trở kênh dẫn điện tăng lên. Khi
tăng điện thế âm ở cực G thì dòng ID càng nhỏ và đến một trị số giới hạn dòng ID gần như
không còn, diện thế này ở cực G gọi là điện thế ngắt UP
* Khi UGS > 0
Khi phân cực cho cực G có điện thế dương thì các điện tử thiểu số ở miền P bị thu hút vào
vùng N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng ID tăng cao hơn trị
số bão hòa IDSS. Trường hợp này dòng ID lớn dễ làm hổng MOSFET liên tục kênh N
3. MOSFET kênh gián đoạn

Hình 2.19 a) MOSFET gián đoạn kênh N

b) Kí hiệu MOSFET gián đoạn
Trong MOSFET gián đoạn thì hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao không dính liền vào
nhau nên gọi là kênh gián đoạn, mặt trên kênh dẫn điện cũng được phủ một lớp SiO2.
Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào hai vùng bán dẫn N nồng độ cao gọi là cực S và
cực D. Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp o xít và cách điện với cực D và S.
4. Đặc tính của MOSFET kênh gián đoạn
Do cấu tạo kênh bị gián đoạn nên bình thường không có dòng điện qua kênh ID=0 và
điện trở giữa D và S rất lớn.
Khi phân cực cho G có UGS >0 thì điện tích dương ở cực G sẽ hút các điện tử của của
nền P về phía giữa của hai vùng bán dẫn N và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều
hơn đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N và kênh được liên tục. Khi đó có dòng điện ID từ D
sang S. Điện thế phân cực cho cực G càng tăng thì dòng ID càng lớn. Điện thế UGS đủ lớn để
tạo thành kênh dẫn điện gọi là điện thế ngưỡng UGS(T) hay UT. Khi UGS < UT thì dòng cực máng

ID = 0mA hay không có dòng điện chạy qua kênh(kênh dẫn chưa được tạo thành)

18


Hình 2.20 Đặc tính của MOSFET kênh gián đoạn
2.4 Linh kiện quang điện tử.
2.4.1 Quang điện trở
Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh. Điện trở tối (khi
không được chiếu sáng - ở trong bóng tối) thường trên 1MΩ, trị số này giảm rất nhỏ có thể
dưới 100Ω khi được chiếu sáng mạnh

Hình 2.21
Nguyên lý làm việc của quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn làm
phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn.
Các đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong
chế tạo

* Ứng dụng của quang điện trở
1. Mạch báo động

19


Hình 2.22
Khi quang điện trở được chiếu sáng (trạng thái thường trực có điện trở nhỏ, điện thế
cổng của SCR giảm nhỏ không đủ dòng kích nên SCR ngưng. Khi nguồn sáng bị chắn ,R
tăng nhanh, điện thế cổng SCR tăng làm SCR dẫn điện, dòng điện qua tải làm cho mạch báo
động hoạt động.
Người ta cũng có thể dùng mạch như trên, với tải là một bóng đèn để có thể cháy sáng

về đêm và tắt vào ban ngày. Hoặc có thể tải là một relais để điều khiển một mạch báo động có
công suất lớn hơn
2.Mạch mở điện tự động về đêm dùng điện AC

Hình 2.23
Ban ngày, trị số của quang điện trở nhỏ. Điện thế ở điểm A không đủ để mở Diac nên
Triac không hoạt động, đèn tắt. về đêm, quang trở tăng trị số, làm tăng điện thế ở điểm A,
thông Diac và kích Triac dẫn điện, bóng đèn sáng lên.
2.4.2 Quang điốt ( photo điôt)
Ta biết rằng khi một nối P -N được phân cực thuận thì vùng hiếm hẹp và dòng thuận
lớn vì do hạt tải điện đa số (điện tử ở chất bán dẫn loại N và lỗ trống ở chất bán dẫn loại P) di
chuyển tạo nên. Khi phân cực nghịch, vùng hiếm rộng và chỉ có dòng điện rỉ nhỏ (dòng bão
hào nghịch I0) chạy qua.

20


Hình 2.24
Bây giờ ta xem một nối P-N được phân cực nghịch. Thí nghiệm cho thấy khi chiếu sáng
ánh sáng vào mối nối (giả sử diod được chế tạo trong suốt ta thấy dòng điện nghịch tăng lên
gần như tỉ lệ với quang thông trong lúc dòng điện thuận không tăng. Hiện tượng này được
dùng để chế tạo quang diod.
Khi ánh sáng chiếu vào nối P-N có đủ năng lượng làm phát sinh các cặp điện tử - lỗ
trống ở sát hai bên mối nối làm mật độ hạt tải điện thiểu số tăng lên. Các hạt tải điện thiểu số
này khuếch tán qua mối nối tạo nên dòng điện đáng kể cộng thêm vào dòng điện bảo hòa
nghịch I0 tự nhiên của điôt, thường là dưới vài trăm nA với quang điôt Si và dưới vài chục μA
với quang điốt Ge.
Quang diod cũng như quang điện trở thường được dùng trong các mạch điều khiển để
đóng - mở mạch điện (dẫn điện khi có ánh sáng chiếu vào và ngưng khi tối).
2.4.3 Quang Tranzitor (Photo tranzitor)

Quang tranzitor là nới rộng đương nhiên của quang diod.Về mặt cấu tạo, quang
transistor cũng giống như transistor thường nhưng cực nền (B) để hở. Quang transistor có một
thấu kính trong suốt để tập trung ánh sáng vào nối P-N giữa thu(C) và nền (B).
Khi cực nền để hở, nối nền - phát được phân cực thuận chút ít do các dòng diện rỉ
(điện thế V lúc đó khoảng vài chục mV ở transistor Si) và nối thu-nền được phân cực nghịch
nên transistor ở vùng tác động.
Vì nối thu-nền được phân cực nghịch nên có dòng rỉ Ico chạy giữa cực thu và cực nền.
Vì cực nền bỏ trống, nối nền - phát được phân cực thuận chút ít nên dòng điện cực thu là
Ico(1+β). Đây là dòng tối của quang transistor.

Hình 2.25
Khi có ánh sáng chiếu vào mối nối thu nền thì sự xuất hiện của các cặp điện tử và lỗ
trống trống như trong quang diod làm phát sinh một dòng điện Iλ do ánh sáng nên dòng điện
21


thu trở thành: IC=(β+1)(Ico+Iλ).
Như vậy, trong quang transistor, cả dòng tối lẫn dòng chiếu sáng đều được nhân lên
(β+1) lần so với quang diod nên dễ dàng sử dụng hơn. Hình trên trình bày đặc tính V-I của
quang transistor với quang thông là một thông số. Ta ấy đặc tuyến này giống như đặc tuyến
của transistor thường mắc theo kiểu cực phát chung.
Có nhiều loại quang transistor như loại một transistor dùng để chuyển mạch dùng
trong các mạch điều khiển, mạch đếm… loại quang transistor Darlington có độ nhạy rất cao.
Ngoài ra người ta còn chế tạo các quang SCR, quang triac…

Hình 2.26
Ứng dụng của quang tranzitor:
1. Quang kế.
Đây là mạch đơn
giản để đo cường độ ánh

sáng, biến trở 5K dùng để
chuẩn máy nhờ một quang
kế mẫu. Khi ánh sáng
chiếu vào càng mạnh, quang transistor càng dẫn mạnh, kim điện kế lệch càng nhiều. Dĩ nhiên
ở mạch trên ta cũng có thể dùng quang điện trở hay quang điốt nhưng kém nhạy hơn.
2. Đóng cắt rơle

Trong mạch đóng relais, khi quang transistor được chiếu sáng nó dẫn điện làm T1
thông dẫn đến Relais hoạt động.
Ngược lại trong mạch tắt relais, ở trạng thái thường trực quang transistor không được
22


chiếu sáng nên quang transistor ngưng và T1 luôn thông Relais ở trạng thái đóng. Khi được
chiếu sáng, quang transistor dẫn mạnh làm T1 ngưng, Relais không hoạt động (ở trạng thái
tắt).
2.4.4 Đi ốt phát quang (led)
Khi phân cực thuận một nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và tái hợp
với lỗ trống (về phương diện năng lượng ta nói các điện tử trong dải dẫn điện - có năng lượng
cao – rơi xuống dãi hoá trị - có năng lượng thấp – và kết hợp với lỗ trống), khi tái hợp thì sinh
ra năng lượng
Đối với điốt Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt. Nhưng đối với điốt cấu tạo
bằng GaAs (Gallium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại (không thấy được
dùng trong các mạch báo động, điều khiển từ xa…). Với GaAsP (Gallium Arsenide phosphor)
năng lượng phát ra là ánh sáng vàng hay đỏ. Với GaP (Gallium phosphor), năng lượng ánh
sáng phát ra màu vàng hoặc xanh lá cây. Các Led phát ra ánh sáng thấy được dùng để làm đèn
báo, trang trí… Phần ngoài của LED có một thấu kính để tập trung anh sáng phát ra ngoài
Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED. Tùy theo vật liệu cấu tạo, điện
thế thềm của LED thay đổi từ 1 đến 2.5V và dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA

23


CHƯƠNG 3: MẠCH CẤP NGUỒN
(Thời gian: LT 5t, TN 1t)

3.1 Khái niệm chung về mạch cung cấp nguồn.
Nguồn điện có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch và các thiết bị
điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều đó được lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện
thông qua một số quá trình biến đổi:

Hình 3.1 Sơ đồ khối nguồn điện
- Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị thích hợp
với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp U1 không cần biến áp.
- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một chiều không
bằng phẳng U3.
- Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều U3 thành điện áp một chiều U4 đỡ nhấp nhô
hơn.
- Bộ ổn áp một chiều (ổn dòng) có nhiệm vụ ổn đinh điện áp(dòng điện) ở đầu ra của nó
U5(It). trong nhiều trường hợp nếu không có yêu cầu cao thì không cần bộ ổn áp hay ổn dòng.

3.2 Các mạch chỉnh lưu điển hình
3.2.1 Mạch chỉnh lưu một nửa chu kỳ.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch

b Điện áp xoay chiều đầu vào

Hình 3.2 a) Sơ đồ mạch

c. Dòng điện chỉnh lưu

Giả thiết điện áp trên cuộn thứ cấp biến áp U21= U12 sinωt
Trong nửa chu kì đầu U2> 0 đi-ốt được phân cực thuận nên dẫn điện. Vậy có dòng điện qua
đi-ốt
Trong nửa chu kì sau U2< 0 đi-ốt được phân cực ngược nên không có dòng điện qua đi-ốt
24


Quá trình lại tiếp tục trong chu kì sau
Ảnh hưởng của bộ chỉnh lưu tới công suất của bộ chỉnh lưu.
- Trong mạch điện hình 3.2 điện áp ra tải là một dãy xung hình sin. Để cung cấp cho các thiết
bị điện tử, yêu cầu điện áp ra của bộ chỉnh lưu là điện áp 1 chiều tương đối bằng phẳng. muốn
vậy ta phải mắc song song với tải tụ điện C.
3.2.2 Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ dùng máy biến áp có điểm giữa
Sơ đồ nguyên lý.

Hình 3.3. Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ chỉnh lưu cân bằng H 6.1 là 2 sơ đồ chỉnh lưu nửa sóng mắc song song có tải chung.
Biến áp T có 2 cuộn dây thứ cấp OA, OB quấn ngược chiều nhau và có số vòng bằng nhau
nên cung cấp 2 dòng điện bằng và ngược pha nhau.
Nhờ biến áp nguồn điện áp mạng đưa tới sơ đồ sơ cấp được biến đổi thành điện áp hình sin
U21 và U22 ngược pha nhau trên thứ cấp.
Tương ứng với nửa chu kì (+) (U21>0, U22<0) D1 mở, D2 khóa. Trên Rt dòng nhận được
có dạng 1 chiều là điện áp nửa hình sin do U21 qua D1 mở tạo ra. Khi điện áp vào đổi dấu
(nửa chu kì âm U21<0, U22>0 ) D1 khóa D2 mở và trên Rt nhận được dòng do D2 tạo ra.
- Ðể ý là trong 2 trường hợp, dòng điện đều chạy qua Rt theo chiều từ trên xuống và dòng
điện đều có mặt ở hai bán kỳ. Ðiện thế đỉnh ở 2 đầu Rt là:
Vdcm=Vm-0, 7V (với Vm là giá trị biên, 0.7V là sụt áp trên đi-ốt)
Và áp đỉnh phân cực nghịch ở mỗi đi-ốt khi ngưng dẫn là:
Ungc=Vdcm+Vm=2Vm-0, 7V
- Dạng sóng thường trực ở 2 đầu Rt được diễn tả ở hình 6.1

- Giá trị trung bình của điện áp trên tải được xác định:
1
U0 =
π

π

∫

2U 2 sin ωtdωt =

0

2 2
U 2 = 0.9U 2
π

Với U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp trên 1 cuộn của thứ cấp biến áp
U0 = 2

Vdcm
= 0.637Vdcm
π

Ngắn gọn hơn:
- Trong trường hợp tải thuần trở thì giá trị trung bình của dòng trên tải là:

25