ĐỀ CƯƠNG: CHƯƠNG 1 LINH KIỆN ĐIỆN ĐIỆN TỬ Ô TÔ

CHƯƠNG 1: CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ
Sau khi hoàn tất chương này, sinh khi có khả năng:


Hiểu và trình bày được các hệ thống điện trên ô tô, các thành phần chính và chức
năng của từng hệ thống



Giải thích các lý thuyết và định luật cơ bản của dòng điện. Định nghĩa các thông
số cơ bản của dòng điện



Mô tả cấu tạo và giải thích nguyên lý hoạt động của các linh kiện/bộ phận điện
được sử dụng phổ biến trên ô tô



Mô tả nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử sử dụng trên ô tô



Cách đọc sơ đồ mạch điện trên ô tô



Mô tả được các sự cố thường gặp trong mạch điện
Nội dung bài giảng



1.1 Giới thiệu về hệ thống điện điện tử trên ô tô
a. Hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động kết hợp các bộ phận cơ khí và các bộ phận điện để khởi động
động cơ. Hệ thống khởi động động cơ được thiết kế để chuyển năng lượng điện,
được cung cấp bởi ắc quy thành cơ năng thông qua máy khởi động. Hệ thống khởi
động cơ bản bao gồm các thành phần như sau: (1) Ắc quy, (2) dây và cáp điện, (3)
công tắc đánh lửa, (4) công tắc từ (hoặc rơ le), (5) máy khởi động, (6) bộ dẫn động



ăn khớp bánh đà, (7) công tắc bảo vệ khởi động.
b. Hệ thống cung cấp điện
Hệ thống cung cấp điện được sử dụng để trả lại phần năng lượng của ắc quy bị mất
trong quá trình khởi động. Thêm vào đó, hệ thống cung cấp điện phải có khả năng
phản ứng nhanh trước sự tăng vọt nhu cầu về điện của các hệ thống. Khi động cơ
hoạt động, hệ thống cung cấp điện sẽ chuyển đổi cơ năng của động cơ thành năng



lượng điện để nạp cho ắc quy và cung cấp điện cho tất cả các phụ tải.
Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp điện, bao gồm: (1) ắc quy, (2) máy phát
điện, (3) bộ tiết chế, (4) đèn báo nạp, (5) công tắc đánh lửa, (6) rờ le khởi động.
c. Hệ thống đánh lửa




Mục đích cơ bản của hệ thống đánh lửa là cung cấp tia lửa bên trong xi lanh vào



cuối hành trình nén để đốt cháy hỗn hợp hòa khí.
Các bộ phận cơ bản của hệ thống đánh lửa được mô tả trên hình 1.3, gồm có: (1)
ắc quy, (2), biến áp đánh lửa (bobin), (3) bộ điều khiển đánh lửa, (4) bộ chia điện,



(5) bugi, (6) cáp
d. Hệ thống điều khiển động cơ
Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối



cam, ga tự động (cruise control).
Hệ thống điều khiển động cơ gồm có ba nhóm: các cảm biến, ECU động cơ, và



các bộ chấp hành.
e. Hệ thống chiếu sáng, tín hiệu
Gồm các đèn chiếu sáng, các đèn tín hiệu, còi, các công tắc và các relay. Đèn sử
dụng trên xe được phân loại theo mục đích: chiếu sáng, tín hiệu và thông báo. Các
đèn sử dụng trên xe bao gồm: đèn đầu, đèn đỗ, đèn báo rẽ, đèn kích thước, đèn
cua, đèn phanh, đèn lùi, và các đèn nội thất.
f. Hệ thống thông tin



Hệ thống thông tin giám sát tình trạng hoạt động của các hệ thống chính trên xe,

cung cấp cho tài xế các thông tin về sự vận hành đúng của các hệ thống.



g. Các hệ thống khác
Bao gồm hệ thống gạt nước, hệ thống nâng hạ kính, hệ thống khóa cửa, hệ thống
chống trộm,…
1.2 Dòng điện và các định luật cơ bản về điện
1.2.1 Định nghĩa dòng điện



Dòng điện là dòng di chuyển có hướng của các electron từ nguyên tử sang nguyên
tử qua một dây dẫn điện.


Hình 1.1: Sự tạo thành dòng điện trong dây dẫn
Khi đặt một điện áp vào 2 đầu dây dẫn, một đầu dây sẽ thừa electron, đầu còn lại sẽ thừa
proton. Các electron trong dây dẫn bị hút về phía các proton, làm cho chúng di chuyển về
phía các proton. Lực hút này gọi là sức điện động, sẽ cố gắng đẩy các electron trong
nguyên tử ra khỏi quỹ đạo, và đẩy chúng đến các proton dư thừa. Khi một nguyên tử có
electron bị tách khỏi quỹ đạo, nó sẽ trở thành ion dương. Ion dương sẽ cố gắng trở về
trạng thái cân bằng điện tích bằng cách thu hút các electron của các nguyên tử cân bằng
kế cận. Một phản ứng dây chuyền xảy ra khi một nguyên tử nhận electron, và nguyên tử
khác giải phóng electron. Khi hoạt động này xảy ra liên tục, các electron tự do sẽ di
chuyển thành dòng qua dây dẫn, tạo ra dòng điện. Cường độ của dòng electron phụ thuộc
vào hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn.
1.2.2 Các thông số cơ bản của dòng điện
a. Điện áp
Điện áp hay còn gọi là áp lực điện là lực điện động (sức điện động) gây nên sự di chuyển

của các electron trong dây dẫn. Áp lực điện được tạo thành khi có một khối lượng lớn các
electron ở một đầu mạch, và có sự thiếu hụt electron ở đầu mạch còn lại. Hãy tưởng
tượng có 1 thác nước chảy từ cao xuống thấp. Phía đỉnh thác là nơi người ta gọi là “địa
thế cao”, ngược lại dưới chân thác được gọi là “địa thế thấp”, khoảng cách giữa đỉnh thác
và chân thác gọi là độ chênh lệch địa thế (hiệu địa thế). Thác nước chảy từ nơi có địa thế
cao xuống nơi có địa thế thấp hơn. Độ chênh lệch địa thế càng lớn thì thác nước chảy
càng xiết. Tương tự như vậy, đầu mạch điện tập trung một khối lượng lớn electron có
điện thế thấp, đầu mạch điện thiếu hụt electron có điện thế cao. Dòng điện chuyển dịch từ
nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp hơn. Độ chênh lệch điện áp giữa hai đầu
mạch gọi là hiệu điện thế được tính bằng vôn (V). Nếu một vôn kế nối giữa 2 cực ắc quy,
và nó hiển thị 12.6V, điều này có nghĩa là có sự chênh lệch điện áp 12.6V giữa 2 cực của
ắc quy.


Khi dòng điện đi qua tải hoặc điện trở, sụt áp sẽ xảy ra. Sụt áp thể hiện lượng điện năng
được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, chẳng hạn nhiệt năng. Sụt áp có thể đo
bằng vôn kế bằng cách mắc song song vôn kế với đối tượng cần đo.
b. Cường độ dòng điện
Dòng là cường độ của dòng electron, được đo bằng ampere (A). Dòng thể hiện số lượng
electron đi qua một điểm trong mạch trong một giây. Dòng sẽ tăng khi điện áp đặt vào
mạch tăng, trong khi điện trở của mạch không thay đổi.
c. Điện trở kháng
Điện trở kháng là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện, điện trở
kháng được đo bằng ohm. Trong một mạch điện, điện trở kháng điều khiển cường độ
dòng điện. Điện trở kháng của dây dẫn phụ thuộc vào tiết diện, chiều dài, nhiệt độ của vật
liệu làm dây dẫn.
1.2.3 Các định luật cơ bản về điện
a. Định luật Ohm
Định luật Ohm xác định mối quan hệ giữa dòng, điện áp, và điện trở kháng. Định luật
Ohm nói rằng hiệu điện thế, V, trên 2 đầu dây dẫn tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, I,

với hằng số tỷ lệ bằng điện trở kháng R của mạch không thay đổi theo V.

V  I �R
I: cường độ dòng điện, đơn vị ampere (A)
V: điện áp, đơn vị Vôn (V)
Định luật Ohm có thể phát biểu theo cách khác, như sau: Cường độ dòng điện qua dây
dẫn, I, tỷ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn và tỷ lệ nghịch với điện trở của
dây dẫn, R.

I V / R


b. Định luật Watt
Công suất là cường độ sinh công của dòng điện, công suất được biểu thị bằng Watt. Một
Watt bằng 1 Vôn nhân 1 ampere.

P  I �V
c. Cảm ứng điện từ
Khi dòng điện đi qua một dây dẫn, một từ trường sẽ được tạo thành quanh dây dẫn. Số
lượng đường sức từ và cường độ từ trường sẽ tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện qua dây
dẫn. Chiều của các đường sức từ được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.

(a) nguyên tắc bàn tay phải xác định chiều của đường sức từ, (b) từ trên vòng dây
(c) tương tác của từ trường trên các vòng dây đặt cạnh nhau
Hình 1.2: Hiện tượng tự cảm trên dây dẫn
Khi hai dây dẫn đặt cạnh nhau có dòng điện chạy qua theo cùng một chiều, chúng sẽ hút
nhau. Ngược lại, khi dòng điện chạy trong dây dẫn là ngược chiều nhau, hai dây dẫn sẽ
đẩy nhau. Khi quấn dây thành vòng tròn, từ thông sẽ tăng gấp đôi. Sự gia tăng mật độ từ
trường cũng xảy ra khi tăng số vòng dây trong cuộn. Từ trường của cuộn dây có cực bắc
và cực nam rõ rệt, các cực tính của chúng có thể được xác định bằng nguyên tắc bàn tay

phải. Nguyên tắc bàn tay phải dùng xác định cực từ của cuộn dây: đặt bàn tay phải sao
cho các ngón tay theo chiều của dòng điện (+ sang -), khi đó ngón tay sẽ chỉ về cực bắc.
Cường độ của cuộn dây điện từ phụ thuộc vào cường độ dòng điện qua cuộn dây và số
vòng của cuộn dây.


(b)

(a)

Hình 1.3: (a) từ trường tạo bởi cuộn dây (b) Xác định cực tính của cuộn dây
1.3 Các linh kiện điện
1.3.1 Công tắc
Công tắc là thiết bị phổ biến nhất để cung cấp sự điều khiển dòng điện qua tải. Một công
tắc có thể được dùng để đóng/ngắt dòng điện qua nhiều mạch điện khác nhau. Hình 1.6
mô tả một số dạng công tắc sử dụng trên ô tô.

Hình 1.5: Các công tắc sử dụng trên ô tô

Loại công tắc đơn giản nhất là công tắc một tiếp điểm, được dùng để đóng/ngắt một mạch
đơn.


Hình 1.6: Công tắc 1 tiếp điểm
Loại công tắc nhiều tiếp điểm:

Hình 1.7: Công tắc 2 tiếp điểm
1.3.2 Rờ le
Một số mạch điện sử dụng công tắc dạng điện từ có tên gọi là rờ le. Hình 1.8 minh họa
cấu tạo của một rờ le.

Hình 1.8: Cấu tạo relay
Cuộn dây của rờ le có điện trở cao, vì thế dòng trên cuôn dây thấp. Dòng điện này được
sử dụng để tạo ra từ trường đóng tiếp điểm. Các tiếp điểm được thiết kế để tải dòng lớn
đến vận hành tải. Khi có dòng qua cuộn dây (mạch điều khiển), các tiếp điểm sẽ đóng lại,
cho phép dòng lớn đi từ ắc quy đến tải. Nói một cách khác, rờ le cho phép một dòng nhỏ
đi qua để điều khiển một dòng lớn qua mạch.
1.3.3 Solenoid
Solenoid là một công tắc điện từ, vận hành theo cùng nguyên tắc của rờ le. Tuy nhiên,
solenoid sử dụng một lõi bằng sắt có thể di chuyển được. Khi dòng điện đi qua cuộn dây,
từ thông được tạo ra xung quanh cuộn dây sẽ hút lõi sắt đi vào cuộn dây. Khi dòng điện
qua cuộn dây bị ngắt, lò xo hồi vị trong solenoid sẽ đẩy lõi sắt về vị trí ban đầu. Sự di
chuyển của lõi sắt có thể sử đụng để đóng/ngắt mạch điện (trong motor khởi động), hoặc
tạo ra các chuyển động cơ khí (ví dụ, đẩy bánh răng của motor khởi động vào ăn khớp
với vành răng của bánh đà.
1.3.4 Điện trở
Điện trở cũng có thể sử dụng để điều khiển dòng điện, hoặc được dùng như thiết bị cảm
biến cho hệ thống máy tính. Bao gồm: điện trở cố định, điện trở bậc, biến trở.
a. Điện trở cố định


Điện trở cố định thường làm bằng hợp chất cacbon hoặc bằng kim loại bị ôxy hóa. Các
điện trở có một giá trị điện trở kháng thiết lập, và được dùng để giới hạn dòng điện qua
mạch. Giá trị của điện trở kháng được xác định bằng dãy vòng màu trên vỏ. Thường có 4
hoặc 5 vòng màu.
Màu sắc

Giá trị

Màu sắc

Giá trị

Màu sắc

Giá trị

Màu sắc

Giá trị

Đen

0

Cam

3

Xanh lơ

6

Trắng

6

Nâu

1

Vàng

4

Tím

7

Nhũ vàng

-1

Đỏ

2

Xanh lá

5

Xám

8

Nhũ bạc

-2

b. Điện trở bậc
Điện trở bậc thường được dùng để điều khiển tốc độ của động cơ điện. Bằng cách thay
đổi vị trí của công tắc, điện trở kháng trong mạch sẽ tăng hoặc giảm. Khi điện trở kháng
trong mạch giảm, dòng sẽ gia tăng, và tốc độ động cơ sẽ tăng. Ngược lại, khi công tắc ở
vị trí tốc độ thấp, trở kháng trong mạch sẽ tăng, làm giảm dòng, kết quả là tốc độ động cơ
giảm.


Hình 1.9: Điện trở bậc.
c. Biến trở
Biến trở cung cấp một lượng không giới hạn các giá trị của điện trở kháng trong một dải.
1.3.5 Các thiết bị bảo vệ mạch điện
a. Cầu chì
Cầu chì được sử dụng để bảo vệ mạch điện. Băng kim loại bên trong cầu chì sẽ tan chảy
hoặc uốn cong khi dòng điện qua mạch vượt quá giá trị dòng điện định mức của cầu chì.
Các cầu chì trên ô tô thường có định mức 3 đến 30A. Khi một cầu chì bị đứt, nguyên
nhân gây quá tải cần được tìm và khắc phục trước khi thay thế một cầu chì mới cùng định
mức.

(A) ống, (B) gốm, (C) lưỡi (auto-fuse), (D) Mini, (E) maxi, (F) loại F
Hình 1.10: Các dạng cầu chì trên ô tô


1.4 Các linh kiện điện tử
1.4.1 Diode bán dẫn
Diode là linh kiện bán dẫn đơn giản nhất, nó chỉ cho dòng điện đi qua theo 1 chiều. Diode
được tạo thành bằng cách ghép nối một bán dẫn loại N và một bán dẫn loại P. Bên N gọi
là cathode, bên P gọi là anod. Vùng anod và cathode nối với nhau gọi là lớp chuyển tiếp
PN (còn gọi là vùng tiếp giáp). Bên ngoài lớp vỏ của diode có sơn một đường vân, đánh
dấu cực cathode.

Hình 1.11: Diode bán dẫn
e. Một số loại diode sử dụng trên ô tô
i. Diode Zener
Cấu tạo: Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode, Diode Zener được ứng dụng trong chế
độ phân cực ngược. Khi phân cực thuận Diode Zener như diode thường, nhưng khi phân
cực ngược Diode zener sẽ giảm một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode.


Hình 1.12: Đặc tính của diode Zener
ii. Diode phát quang
Diode phát quang (Light Emitting Diode – LED) có hoạt động giống như diode, ngoại trừ
LED có khả năng phát ra ánh sáng khi nó được phân cực thuận. Trong cấu tạo của LED
có một thấu kính nhỏ cho phép thấy chùm ánh sáng khi có dòng điện đi qua diode. Khi
LED được phân cực thuận, dòng điện đi qua diode sẽ được giải phóng dưới dạng ánh
sáng. Các đèn làm từ LED có tuổi thọ cao hơn các đèn sợi đốt, do LED phát ra ánh sáng
dạng năng lượng điện không có tính chất sinh nhiệt. Các LED có thể phát sáng với các
màu khác nhau như màu đỏ, vàng và xanh lục.

Hình 1.13: Cấu tạo Diode phát quang


1.4.2 Transistor
Transistor là một bán dẫn có 3 lớp, được tạo thành bằng cách kết hợp 3 bán dẫn loại N và
P theo cách bố trí khác nhau. Nếu bán dẫn N ghép giữa 2 bán dẫn loại P sẽ tạo thành
transistor PNP, ngược lại, bán dẫn loại P ghép giữa 2 bán dẫn N sẽ tạo thành transistor
NPN. Ba lớp của của transistor gọi là vùng nền B (base), vùng phát E (emitter), và vùng
góp C (collector). Vùng nền B chứa ít tạp chất và rất mỏng, vùng phát có nhiều tạp chất
nhất, và vùng góp có tạp chất trung bình.
Để phân biệt PNP hay NPN Transistor ta căn cứ vào ký hiệu linh kiện dựa vào mũi tên

trên đầu phát. Nếu mũi tên hướng ra thì transistor là NPN, và nếu mũi tên hướng vào thì
transistor đó là PNP.

Hình 1.14: Cấu tạo của transistor NPN và PNP


Chế độ hoạt động
Dẫn bão hòa (saturation)
Khuếch đại điện thuận –
Active
Khuếch đại điện nghịch –
Reverse active

Mối nối BE
Phân cực thuận

Mối nối BC
Phân cực thuận

Phân cực thuận

Phân cực nghịch

Phân cực nghịch

Phân cực thuận

Ngưng dẫn (cut – off)
Phân cực nghịch
Phân cực nghịch

Căn cứ vào các chế độ hoạt động, transistor có hai chức năng chính:
- Chức năng khuếch đại: chế độ khuếch đại điện thuận, nghịch
- Chức năng chuyển mạch: chế độ dẫn bão hòa, chế độ ngưng dẫn.
1.5 Mạch điện và các ký hiệu quy ước trên sơ đồ mạch điện
1.5.1 Sơ đồ mạch điện
Các loại sơ đồ mạch điện: sơ đồ mạch tiêu chuẩn, sơ đồ nối dây, sơ đồ mạch cuối, sơ đồ
đường đi của dòng điện. Một vài sơ đồ mạch điện tiêu biểu


Hình 1.14: Sơ đồ mạch điện
1.5.2 Các ký hiệu quy ước trong sơ đồ mạch điện

ắc quy

diode

Tụ điện

Cầu chì

ground

Motor điện
Bobine

Cầu dao

Dây chảy

Bóng đèn

1.6 Các lỗi thường gặp trong mạch điện
1.6.1 Hở mạch
Mạch điện được gọi là gián đoạn (hở mạch) khi các vật dẫn không tạo thành mạch vòng
khép kín. Đa số hở mạch là do đứt gãy trong mạch điện, điện áp nguồn tồn tại đến điểm
hở mạch. Khi hở mạch do đứt cầu chì, cần khắc phục sự cố gây quá dòng, trước khi thay
thế cầu chì mới.
1.6.2 Ngắn mạch
Ngắn mạch là kết quả của dòng điện qua những mạch không mong muốn. Ngắn mạch
làm dòng tăng cao bất thường, có thể gây cháy dây và thiết bị.
1.6.3 Điện trở cao
Lỗi điện trở cao xuất hiện khi có sự thêm vào mạch điện trở không mong muốn. Các
nguyên nhân gây điện trở cao bao gồm: mất liên kết mối nối, mối nối bị ăn mòn, dây dẫn
bị ăn mòn. Điện trở cao làm tăng tải, giảm dòng, giảm hiệu suất.