CHƯƠNG 2 PHẦN a KỸ THUẬT VÔ TUYẾN ĐIỆN

CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

13

_______________________________________________________________________

CHƯƠNG 2. LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
Bất kì một thiết bị vô tuyến nào cũng đều được xây dựng từ những mạch điện
cơ bản, ví dụ như các mạch khuếch đại, tách sóng, tạo dao động,... Trong đó, các
mạch điện cơ bản này được cấu tạo từ những linh kiện điện tử. Trong kỹ thuật điện
tử, các linh kiện điện tử được chia thành hai nhóm: nhóm linh kiện thụ động và
nhóm linh kiện tích cực.
A. LINH KIỆN THỤ ĐỘNG
Nhóm linh kiện thụ động bao gồm: điện trở, tụ điện, cuộn cảm, biến áp.
1.1 ĐIỆN TRỞ

1.1.1 Khái quát chung
Điện trở là loại linh kiện có đặc tính cản trở dòng điện.
Trong mạch vô tuyến điện, điện trở được kí hiệu :

R

hoặc

R

.

Quan hệ giữa điện trở với dòng điện và điện áp được thể hiện qua công thức cơ
bản của định luật Ohm:
I=

U
U
⇒R=
R
I

(2.1)

Đơn vị: Ohm (Ω). Ngoài ra người ta còn dùng các bội số của Ohm là: kiloOhm
(1kΩ = 10 3 Ω ) và MegaOhm (1MΩ = 10 6 Ω ).
Điện trở thường có dáng hình trụ. Trị số của điện trở thường được ghi ngay
trên vỏ hoặc được ghi bằng các vòng màu theo qui ước của Hoa Kì
(Xem
bảng bên dưới)
Màu

Đen
Nâu
Đỏ

Vòng 1
(Số thứ
nhất)
0
1
2

Vòng 2
(Số thứ

hai)
0
1
2

Vòng 3
(Bội số)

Vòng 4
(Sai số)

*100
*101
*102

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

14

_______________________________________________________________________

Cam
Vàng
Xanh lá
Xanh dương
Tím
Xám

Trắng
Vàng kim
Bạc

3
4
5
6
7
8
9

3
4
5
6
7
8
9

*103
*104
*105
*106
*107
*108
*109
*10-1
*10-2

±5%
±10%

Hai tham số quan trọng nhất của điện trở là trị số điện trở và công suất chịu
đựng của nó.
Trị số càng lớn thì điện trở càng cản trở dòng điện nhiều. Công suất chịu đựng
của điện trở là trị số chỉ công suất tiêu tán tối đa của nó, nếu dòng điện qua điện
trở có công suất lớn hơn trị số này thì điện trở sẽ bị cháy. Công suất của điện trở
thường tương ứng với kích thước của nó.
1.1.2 Phân loại điện trở
• Phân loại theo cấu tạo
 Điện trở than dùng bột than ép lại dạng thanh.
 Điện trở màng kim loại dùng hợp chất Nicken – Crôm có trị số ổn định hơn
điện trở than.
 Điện trở oxit kim loại dùng chất oxit thiếc chịu được nhiệt độ cao và độ ẩm
cao.
 Điện trở dây quấn dùng các loại dây hợp kim để chế tạo ra các loại điện trở
cần trị số nhỏ hay cần dòng điện chịu đựng cao.
• Phân loại theo công dụng
 Biến trở: VR(Variable Resistor)
Biến trở còn được gọi là chiết áp. Nó được cấu tạo bao gồm một điện trở
than hay dây quấn có dạng hình cung góc quay 270 0, ở giữa có một trục xoay
nối với một con trượt làm bằng than hoặc bằng kim loại. Khi xoay, con trượt sẽ
ép lên mặt điện trở làm thay đổi trị số.

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

15

_______________________________________________________________________

Kí hiệu trong mạch điện:

VR

VR

hoặc

.

 Nhiệt trở: Th(Thermistor)
Là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ. Nhiệt trở gồm hai loại:
+ Nhiệt độ có hệ số nhiệt âm : khi nhiệt độ tăng thì trị số điện trở giảm
+ Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương : khi nhiệt độ tăng thì trị số điện trở
tăng.
Nhiệt trở thường được dùng để ổn định nhiệt độ cho các tầng khuếch đại
hoặc làm linh kiện cảm biến trong các hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt
độ
Kí hiệu trong mạch điện :

Th

.

 Quang trở (Photo Resistor)
Quang trở được chế tạo từ chất sulfur Cadmium (CdS), có trị số thay đổi

theo cường độ ánh sáng chiếu vào nó. Nó thường được dùng trong các mạch tự
động điều khiển bằng ánh sáng, mạch báo động,…
Kí hiệu trong mạch điện:

.

Cds

 Điện trở cầu chì: (Fusistor)
Điện trở cầu chì có tác dụng bảo vệ quá tải như các cầu chì của hệ thống
điện nhà, nhưng vì là điện trở nên nó còn có thêm tác dụng hạn dòng nữa. Điện
trở cầu chì thường được sử dụng trong các mạch bảo vệ nguồn hoặc các mạch
có dòng tải lớn. Nó thường có trị số nhỏ khoảng vài ohm đến vài chục ohm.
Kí hiệu trong mạch điện :

F

 Điện trở tuỳ áp: VDR (Voltage dependent resistor)
Là loại điện trở có trị số thay đổi theo điện áp đặt ở hai cực. VDR thường
được mắc song song với cuộn dây có hệ số tự cảm lớn để dập tắt các điện áp tự
cảm quá cao khi dòng điện qua cuộn dây bị mất đột ngột, tránh làm hư các linh
kiện khác trong mạch.
Kí hiệu trong mạch điện :

VDR

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

16

_______________________________________________________________________

1.1.3 Các kiểu ghép điện trở
• Ghép nối tiếp

RR1 1

RR22

Điện trở tương đương của đoạn mạch nối
tiếp được tính theo công thức sau:

RR33

n

R = ∑ Ri

(2.1)

i =1

+

E

Hình 2.1. Mạch điện trở mắc

nối tiếp.

Trong mạch ghép nối tiếp: điện trở tương
đương có trị số bằng tổng trị số các điện trở
thành phần.

• Ghép song song
+

E

RR1 1

R R2 2

Điện trở tương đượng trong đoạn
mạch mắc song song được tính theo
công thức sau:

R 3R3

1
1
1
1
=
+
+
R R1 R2 R3
Hình 2.2. Mạch điện trở mắc

Tổng quát:
song song
n
1
1
=∑
R i =1 Ri

(2.2)

1.1.4 Đặc tính của điện trở đối với dòng điện xoay chiều
Giả sử cho dòng điện xoay chiều i (t)= I cos (ωt + ϕ ) qua điện trở R. Khi đi qua
điện trở nó sẽ sinh ra một sụp áp được tính bằng công thức :
u r (t ) = R.i (t ) = RI cos(ωt + ϕ )

(2.3)

Biểu diễn qua giản đồ véc tơ :
iR(t)

uR(t)

Nhận xét: Sụt áp trên điện trở cũng là một hàm điều hoà cùng tần số và có pha
trùng với pha của dòng điện.

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

17

_______________________________________________________________________

1.1.5 Các ứng dụng của điện trở
Trong sinh hoạt, điện trở được dùng để chế tạo các dụng cụ điện như là bếp
điện, bóng đèn,…
Trong kỉ thuật vô tuyến điện, điện trở được dùng để giới hạn dòng điện hay tạo
ra sự giảm điện thế.
1.2 TỤ ĐIỆN

1.2.1 Khái quát chung
Tụ điện là loại linh kiện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng điện
trường. Nó được cấu tạo bằng hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song
với nhau, ở giữa là một lớp cách điện gọi là dung môi. Chất dung môi thông dụng
trong tụ điện là giấy, dầu, gốm, không khí, ….Chất cách điện này được lấy làm tên
gọi cho tụ. Ví dụ: tụ dầu, tụ giấy,...
Khả năng tích luỹ năng lượng điện của tụ điện được gọi là điện dung của nó, kí
hiệu là C. Đơn vị điện dung là Farad, kí hiệu F. Trong thực tế ta thường dùng ước
số của đơn vị này gồm: Micro Farad ( 1µF = 10 −6 F ), Nano Farad ( 1ηF = 10 −9 F ), Pico
Farad: ( 1 pF = 10 −12 F )
Kí hiệu trong mạch điện:

C

Hai tham số quan trọng nhất của tụ điện là điện dung và điện áp làm việc của
nó.
1.2.2 Quá trình phóng- nạp của tụ
Trong mạch điện ở hình bên khi khoá K ở vị trí 1,
Ip

tụ C được nối với nguồn điện E, tụ điện bắt đầu quá
1 2
trình nạp. Ampe kế cho thấy dòng điện nạp có trị số
giảm dần về 0. Khi tụ nạp đầy, khoá K được chuyển
Đèn
E
C
sang vị trí 2 và tụ bắt đầu phóng điện qua bóng đèn
In
Đ. Đèn sáng lên, sau đó tối dần. Chiều của dòng
điện nạp và dòng điện phóng được chỉ rõ trong hình
Hình 2.3. Thí nghiệm quá trình
vẽ. Dòng điện do tụ xả qua bóng đèn trong thời gian
phóng nạp của tụ
đèn sáng chính là năng lượng đã được nạp trong tụ.
Năng lượng đó được tính theo công thức:

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

18

_______________________________________________________________________
1
W = CU 2
(2.4)
2

Trong đó:

W: điện năng.
C :điện dung.
U :điện áp trên tụ.

Thời gian nạp, phóng tụ tỉ lệ thuận với hằng số thời gian của mạch:
τ = R.C

Trong đó:

(2.5)

R : điện trở của tụ.
C : điện dung của tụ.

Như đã nói ở trên, hai tham số quan trọng nhất của tụ điện là điện dung và điện
áp làm việc. Thực tế cho thấy khi điện áp giữa hai má tụ quá cao thì giữa chúng sẽ
phát sinh ra một lực điện trường đủ lớn làm cho các điện tử bị bức xạ thành điện
tử tự do. Dòng điện chạy qua chất điện môi sẽ xuất hiện và khi đó tụ sẽ bị đánh
thủng. Điện áp làm việc luôn nhỏ hơn điện áp đánh thủng nói trên vài lần. Trong
thực tế, khi chọn linh kiện, ta phải bảo đảm sao cho điện áp làm việc của tụ thoả
mãn công thức:
U W ≥ 2.U C

Trong đó:

(2.6)

U W : điện áp làm việc của tụ.

UC: điện áp thực tế áp lên tụ.
1.2.3 Phân loại tụ điện
Tụ điện được chia làm hai loại chính:
+ Tụ có phân cực tính dương, âm.
+ Tụ không phân cực tính dương, âm.
 Tụ oxi hoá (thường được gọi là tụ hoá):
Tụ hoá có điện dung lớn từ 1 µ F đến 10.000 µ F. Đây là loại tụ có phân cực
tính dương, âm. Tụ sử dụng lớp oxit nhôm và bọt khí làm chất điện môi. Khi sử
dụng cần lưu ý lắp đúng cực tính.
 Tụ gốm:

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

19

_______________________________________________________________________
Đây là loại tụ có điện dung nhỏ: từ 1pF đến 1 µ F, là loại tụ không phân cực

tính dương, âm. Chất điện môi của tụ là gốm.
 Tụ giấy:
Tụ giấy là loại tụ không phân cực tính, hai bản tụ là các băng kim loại dài, ở
giữa có lớp cách điện là giấy tẩm dầu và cuộn lại thành ống.
 Tụ Mica:
Tụ Mica là loại tụ không phân cực tính, điện dung nhỏ: từ vài pF đến vài η
F, điện áp làm việc rất cao đến trên 1000v
 Tụ Tang-Tan:

Tụ tang-tan là loại tụ có phân cực tính, điện dung khá cao: từ 0.1 µ F đến
100 µ F. Tụ này có kính thước khá nhỏ, điện áp làm việc chỉ khoảng vài chục
vôn.
 Tụ xoay:
Tụ xoay là loại tụ có điện dung có thể biến đổi được nhờ thay đổi vị trí
tương đối của hai má tụ với nhau. Chất điện môi của loại tụ này thường là
không khí. Tụ xoay thường được sử dụng trong các mạch điều hưởng.
1.2.4 Đặc tính của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều
• Dòng một chiều
Cường độ dòng điện I trong mạch được tính theo công thức sau:
I=

Q
⇒ Q = I .t
t

(2.7)

Mặt khác, điện tích Q tích trên tụ điện được tính theo công thức sau:
Q=C.U

(2.8)

Từ hai công thức (2.7), (2.8) suy ra:
C.U=I.t ⇒

U=

1
I .t

C

Điện áp nạp được trên tụ là sự tích tụ của dòng điện nạp vào tụ theo thời gian.
• Dòng xoay chiều

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

20

_______________________________________________________________________

Cường độ dòng điện tức thời trong mạch điện được biểu diễn theo hàm điều
hoà:
i (t ) = I cos(ωt + ϕ )

Biểu thức liên hệ giữa dòng i(t) và điện áp trên tụ vc(t) là:
1

uc =

1
i (t ).dt
C ∫0

(2.9)

Thay thế hàm i(t) dưới dấu tích phân bằng hàm phức I(t) và áp dụng công thức

tính tích phân hàm phức ta được:
 1

u c (t ) = Re 
Ie j (ωt +ϕ −π / 2 ) 
 Cω


u c (t ) =

1
cos(ω t + ϕ − π / 2)
Cω

(2.10)

Giản đồ vectơ:
i(t)
Uc(t)

Nhận xét: Điện áp trên tụ cũng là một hàm điệu hoà có tần số bằng tần số của
dòng điện nhưng chậm hơn pha một góc π /2.
Biểu thức hiệu điện thế có thể được viết lại như sau:
u c (t ) = U cos(ωt + ϕ − π / 2)

Áp dụng định luạt ohm với tụ điện cho ta công thức:
U=

Rõ ràng giá trị

1
ωC

⇒

U
1
=
I ωC

(2.11)

1
U
có ý nghĩa giống như điện trở R trong công thức = R . Giá trị
I
ωC

1
được gọi là dung kháng, kí hiệu là Xc
ωC

Xc =

1
1
=
ωC 2πfC

(2.12)

Dung kháng Xc cũng có đơn vị tính như là ohm giống như điện trở.
GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

21

_______________________________________________________________________

1.2.5 Các kiểu ghép tụ điện
• Ghép nối tiếp
C 11
C

C2
C
2

Điện dung tương đương của các tự mắc nối tiếp
được tính theo công thức sau:

C 33
C

1
1
1
1

=
+
+
C C1 C 2 C3

+

E

(2.13)

Hình 2.4a. Ghép nối tiếp
các tụ.

• Ghép song song
+

E

CC11

C 22
C

Điện dung tương đương của các tự mắc nối tiếp
được tính theo công thức sau:

CC33

1

1
1
1
=
+
+
C C1 C 2 C3

(2.14)

Hình 2.4b. Ghép song
song các tụ

1.2.6 Ứng dụng của tụ điện
Tụ điện được dùng trong các mạch dao động, mạch lọc, mạch tách sóng,…
1.3 CUỘN CẢM

1.3.1 Khái quát chung
Cuộn cảm là một linh kiện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng từ
trường. Nó được cấu tạo từ một cuộn dây được quấn bằng một dây dẫn điện có
bọc lớp cách điện bên ngoài. Lõi của cuộn dây có thể là một ống rỗng (lõi không
khí) sắt bụi hoặc sắt lá.
Ký hiệu của cuộn dây trong mạch điện:
+ Lõi không khí:
+ lõi sắt bụi:

.
.

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM

CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

22

_______________________________________________________________________

+ Lõi sắt lá :

.

Cuộn dây dùng lõi sắt lá được dùng cho các dòng điện xoay chiều có tần số
thấp, lõi sắt bụi cho tần số cao và lõi không khí cho tần số rất cao.
Khả năng tích trữ năng lượng từ trường của cuộn cảm được đặc trưng bởi tham
số điện cảm của nó (còn gọi là hệ số tự cảm), kí hiệu là L, đơn vị là Henry (H).
Trong thực tế người ta thường dùng H và ước số của nó là mH (1 H = 1000 mH).
Hai tham số quan trọng nhất của cuộn cảm là điện cảm và dòng điện chịu
đựng.
1.3.2 Quan hệ giữa từ trường và cuộn cảm
• Tạo ra từ trường bằng dòng điện

+

I
Chiều dài l

n

Khi dòng điện một chiều đi qua một cuộn dây thì

dòng điện đó sẽ tạo ra một từ trường đều bên trong lõi
từ. Chiều của từ trường được xác định bằng qui tắt
vặn nút chai. Công thức xác định:
n.I = H.l

-

(2.15)

Trong đó: n : số vòng dây
I : cường độ dòng điện

Hình 2.5. Tạo tự trường trong
khung dây

H : cường độ từ trường

l : chiều dài trung bình của lõi thép
Tích (H.l) còn được gọi là từ áp.
Cường độ từ cảm B được tính bằng công thức:
B = µ .H = µ .

n.I
l

(2.16)

µ là hệ số từ thẩm

Trong đó:

• Tạo ra dòng điện bằng từ trường:

N
Cuộn
dây

Đặt cuộn dây O thẳng góc với đường sức trong
một từ trường. Khi cuộn dây đứng yên người ta nhận
thấy không có dòng điện chạy qua nó. Nếu bây giờ ta
di chuyển cuộn dây ra khỏi từ trường, sẽ xuất hiện

B
GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM
Hình 2.6. Tạo dòng điện bằng
từ trường


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

23

_______________________________________________________________________

một dòng điện trong cuộn dây. Khi dừng lại thì dòng điện cũng biến mất. Nếu bây
giờ ta di chuyển cuộn dây theo chiều ngược lại, trong cuộn dây cũng sẽ xuất hiện
một dòng điện có chiều ngược với dòng điện ban đầu. Dòng điện này cũng sẽ biến
mất khi cuộn dây dừng lại.
Nhận xét: Khi cuộn dây di chuyển, số đường sức đi qua diện tích giới hạn bởi
nó (còn gọi là từ thông) luôn thay đổi. Vậy dòng điện trong cuộn dây chỉ xuất hiện

khi có sự biến thiên từ thông qua nó. Dòng điện đó được gọi là dòng điện cảm
ứng.
Định luật Lentz : Chiều dòng điện cảm ứng luôn luôn có khuynh hướng chống
lại sự thay đổi từ thông qua mạch bởi từ trường bên ngoài.
Sức điện động cảm ứng được tính bằng công thức:
O
e = −n

Trong đó:

∆Φ
∆t

(2.17)

n: số vòng dây
∆Φ : lượng từ thông biến thiên
∆ t: khoảng thời gian biến thiên

Hệ số tự cảm được tính bằng công thức:
L=n

∆Φ
∆I

(2.18)

Từ (2.17) & (2.18) ta có:
e = −L

∆I
∆t

(2.19)

Dòng điện khi chạy qua cuộn dây sẽ tao ra một năng lượng trữ dưới dạng từ
trường. Năng lượng đó được tính theo công thức:
W=

1 2
LI
2

(2.20)

1.3.3 Đặc tính nạp, phóng của cuộn cảm
Trong mạch điện bên, khi đóng khoá K trong cuộn cảm
sẽ sinh ra một điện áp U bằng với điện áp nguồn U DC

R
K
+

+
L

U

-

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM
Hình 2.7. Phóng nạp
điện qua cuộn dây


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

24

_______________________________________________________________________

nhưng ngược dấu để chống lại dòng điện do nguồn sinh ra. Vì vậy lúc đầu dòng
điện qua cuộn cảm bằng 0. Sau đó nó sẽ tăng lên theo hàm số mũ:
−t

U
i (t ) = DC (1 − e τ )
R

Trong đó τ =

(2.21)

L
(s) được gọi là hằng số thời gian nạp điện của cuộn cảm. Ngược
R

lại, nếu bây giờ ta ngắt khoá K ra thì dòng điện cũng không lập tức biến mất mà
nó sẽ giảm dần về 0 theo hàm số mũ.
1.3.4 Đặc tính của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều

Qua thí nghiệm trên ta thấy UL ngược dấu với điện áp cảm ứng nên:
U L = −e = L

∆I
∆t

(2.22)

Nếu cho dòng điện xoay chiều vào cuộn cảm:
i (t ) = I cos(ωt + ϕ )

Thay giá trị của i(t) vào biểu thức (2.22) và lấy đạo hàm theo t ta được:
U L (t ) = ωLI cos(ωt + ϕ + 90 0 )

Giản đồ vectơ:
uL(t)
i(t)

Nhận xét: UL(t) nhanh pha hơn dòng điện một góc 90 0 và cũng là một hàm điều
hoà có tần số góc bằng ω.
Ta có biên độ của điện áp:
U L = ωLI

Hay:
ωL =

UL
I

(2.23)

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

25

_______________________________________________________________________

Giá trị ωL có ý nghĩa như một điện trở R và được gọi là cảm kháng, kí hiệu X L,
đơn vị tính bằng ohm.
X L = ωL = 2πfL

(2.24)

1.3.5 Các cách ghép cuộn dây
• Ghép nối tiếp
LL1 1

L
L 32

L
L 23

Hệ số tự cảm tương đương của đoạn mạch với các
cuộn cảm mắc nối tiếp:
L = L1 + L2

Hình 2.8. Ghép nối tiếp Tổng quát:
cuộn cảm

n

L = ∑ Li
i =1

(2.25)

• Ghép song song
LL11

Hệ số tự cảm tương đương của đoạn mạch với các
cuộn cảm mắc nối tiếp:

L
L 21

LL31

1 1
1
1
=
+
+
L L1 L2 L3

Tổng quát:

Hình 2.9. Ghép song song
cuộn cảm

n
1
1
=∑
L i =1 Li

(2.26)

1.4 BIẾN ÁP

Biến áp (hay còn gọi là biến thế) là linh kiện dùng để tăng hoặc giảm điện thế (
hay cường độ ) của các dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
1.4.1 Cấu tạo của biến áp
Biến áp gồm có hai hay nhiều cuộn dây được sơn cách điện quấn chung trên
một lõi thép (mạch từ).
Lõi của biến áp có thể là loại sắt lá, sắt bụi hoặc lõi không khí.
Cuộn dây nhận dòng xoay chiều vào là cuộn sơ cấp L 1, cuộn dây lấy dòng điện
xoay chiều ra là cuộn thứ cấp L2.

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

26

_______________________________________________________________________

L1

L2

Cuộn
sơ cấp

Cuộn
thứ cấp

a) Lõi không khí

a) Lõi sắt lá

a) Lõi sắt bụi

Hình 2.10. Cấu tạo biến áp và các ký hiệu của máy biến áp

1.4.2 Nguyên lí làm việc
N1

Khi cho dòng điện xoay chiều điện áp U1
vào cuộn sơ cấp, dòng điện i1 sẽ tạo ra từ
trường biến thiên chạy trong mạch từ và
xuyên qua cuộn dây thứ cấp.

N2
U2

U1

Do đây là từ trường biến thiên nên từ thông
qua cuộn dây cũng biến thiên. Vì vậy mà
trong nó sẽ xuất hiện một suất điện động cảm
ứng xoay chiều (ứng với điện áp U2).

Cuộn
thứ cấp

Cuộn
sơ cấp

Hình 2.11. Nguyên lý làm việc
của biến áp

Ở cuộn sơ cấp ta có:
U 1 = e1 = − N1

∆φ
∆t

(2.27)

Ở cuộn thứ cấp ta có:
U 2 = e2 = − N 2

∆φ
∆t

(2.28)

Trong đó:
N1 là số vòng dây của cuộn sơ cấp.
N2 là số vòng dây của cuộn thứ cấp.

U1

N1

N2

i1

i1
R1

1.4.3 Tỉ lệ ( tỉ số ) biến áp
• Về điện áp
U2

R2

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM
Hình 2.12. Nguyên lý làm việc
của biến áp


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

27

_______________________________________________________________________

Do từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp là như nhau nên biểu thức tính U 1 và
U2 ở trên ta có:
U 1 N1
=
U2 N2

(2.29)

N1

Tỉ số N được gọi là tỉ lệ hay tỉ số áp biến
2
• Về dòng điện
Khi cuộn thứ cấp kín mạch qua điện trở tải R2 thì trong nó sẽ xuất hiện dòng
điện xoay chiều i2. Từ áp trong mạch được tính theo công thức:
N 1 . i1 = H . l
N 2 . i2 = H . l
Trong đó: l là chiều dài của mạch từ
Do từ áp bằng nhau nên ta có:
N 1 . i1 = N 2 . i2

i

N

1
2
⇒i = N
2
1

(2.30)

• Về công suất
Công suất tiêu thụ ở thứ cấp là:
P2 = U2 . i2
Công suất của nguồn cung cấp vào mạch sơ cấp là:
P1 = U1 . i1
Trong trường hợp lí tưởng (khi coi như không có tiêu hao năng lượng trên hai
cuộn dây sơ cấp, thứ cấp và mạch từ) ta có:
P1 = P2 ⇒ U1 . i1 = U2 . i2

(2.31)

Trong thực tế, công suất tiêu thụ ở mạch thứ cấp luôn nhỏ hơn công suất của
nguồn cung cấp cho mạch sơ cấp. Lí do vì luôn tồn tại điện trở dây dẫn của các
cuộn dây sơ và thứ cấp nên sẽ có tiêu hao năng lượng trên những cuộn dây này.
Ngoài ra dòng điện Fuco chạy trong lõi từ cũng làm tổn hao năng lượng khi nó
làm cho lõi từ nóng lên.

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

28

_______________________________________________________________________

Khi cuộn thứ cấp không có tải thì vẫn có một sự tổn hao nào đó trên biến áp
được gọi là tổn hao không tải. Thường thường tổn hao không tải chiếm khoảng
5% công suất danh định của biến áp.
Khi ở mạch thứ cấp có tải (R 2) lớn nhất theo công suất danh định thì hiệu suất
lớn nhất của nó đạt khoảng 80 – 90 %.
η max =

P2
.100%
P1

(2.32)

Trong các mạch điện vô tuyến điện hiệu suất có thể thấp hơn (khoảng 30 – 40
%)
• Về tổng trở
Xét mạch điện ở hình 2.12 với tải R2 ở mạch thứ cấp.Ta có:
R2 =

U2
i2

(2.33)

Khi ở thứ cấp có dòng tiêu thụ i2 thì ở sơ cấp có dòng i1 từ nguồn cung cấp vào.
Như vậy ta có thể coi như có tải là R1 ở mạch sơ cấp.

R1 =

U1
i1

(3.34)

R1 được gọi là tải R2 ở thứ cấp phản ánh về sơ cấp.
Ta có:
R1 U 1 i2  N1
=
=
R2
i1 U 2  N 2





2

(2.35)

1.4.4 Các ứng dụng của cuộn dây và biến áp
• Cuộn dây được sử dụng trong khá nhiều mạch điện.
Ví dụ:
+ Khi kết hợp với tụ điện, nó tạo nên khung dao động (sẽ được khảo sát kĩ ở
chương 4).
+ Trong bộ nguồn một chiều, nó có chức năng lọc thành phần xoay chiều.
+ Cuộn dây là một trong những linh kiện chính để tạo nên các dụng cụ điện tử

như micro điện động và loa điện động…
GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM


CHƯƠNG 2 : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

29

_______________________________________________________________________

• Biến áp được sử dụng
Ở những mạch điện khi cần được cung cấp những điện áp có giá trị khác với
giá trị của điện áp nguồn. Trong các mạch vô tuyến điện nó được sử dụng để phối
hợp trở kháng giữa các tầng …

Sơ cấp

Thứ cấp

Ngoài ra người ta còn chế tạo ra những biến áp có
tỉ số biến áp bằng 1/1. Những biến áp này được gọi là
biến áp cách li và chúng thường được sử dụng để tạo
nên những ổ cắm an toàn trong những khách sạn hoặc
căn hộ đắt tiền.

Trong sinh hoạt hằng ngày ta còn hay gặp một loại
biến áp đặt biệt khác trong cấu tạo của Survolter hay
ổn áp xoay chiều. Đó là biến áp tự ngẫu hay tự biến áp (hình 2.13).
Hình 2.13. Biến áp tự ngẫu

Điểm đặc biệt của loại biến áp này là cuộn sơ và thứ cấp có cùng chung một số
vòng dây. Biến áp làm việc dựa trên hiện tượng tự cảm.
Trong kĩ thuật điện người ta còn sử dụng một loại linh kiện được gọi là biến
dòng. Về cấu tạo biến dòng hoàn toàn giống biến áp. Biến dòng thường được dùng
trong các mạch đo các dòng điện lớn trong các tủ điện hoặc trong các trạm điện.

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT VTĐ - TRƯỜNG ĐHGTVT Tp HCM