Giáo trình điện tử ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

GIÁO TRÌNH
ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

ThS. NGUYỄN HÀ THOẠI PHI

Tháng 04/2014
1


MỤC LỤC
Lời nói đầu
Chương 1: Các Linh Kiện Điện Tử Cơ Bản R, L, C .................................................. 8
1.1 Điện trở R .................................................................................................................. 8
1.1.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của điện trở ................................................. 8
1.1.2 Ký hiệu, hình dạng thực tế và công suất của điện trở. ....................................... 9
1.1.3 Cách ghi và đọc giá trị trên thân điện trở ........................................................... 9
1.1.4 Phân loại và ứng dụng của điện trở .................................................................. 11
1.2 Tụ điện C ................................................................................................................. 13
1.2.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của tụ điện................................................. 13
1.2.2 Tụ điện khơng phân cực tính dương và âm. ..................................................... 13
1.2.3 Tụ điện có phân cực tính dương và âm. ........................................................... 14
1.2.4 Ứng dụng của tụ điện và điện trở. .................................................................... 14
1.3 Cuộn cảm L. ............................................................................................................ 15
1.3.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của cuộn cảm. ........................................... 15
1.3.2 Ký hiệu và hình dạng thực tế của cuộn cảm. ................................................... 15
1.3.3 Ứng dụng của cuộn cảm. .................................................................................. 16
Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 19
Chương 2: Diode Bán Dẫn Và Các Mạch Điện Ứng Dụng...................................... 20

2.1 Chất bán dẫn ............................................................................................................ 20
2.1.1 Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn................................................................. 20
2.1.2 Chất bán dẫn loại N .......................................................................................... 21
2.1.3 Chất bán dẫn loại P .......................................................................................... 21
2.2 Diode bán dẫn .......................................................................................................... 22
2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của diode bán dẫn. ............................... 22
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của diode bán dẫn. ......................................................... 22
2.2.3 Các thông số kỹ thuật của diode bán dẫn ......................................................... 23
2.2.4 Phân loại diode và ứng dụng. ........................................................................... 23
2.3 Mạch điện ứng dụng của diode. .............................................................................. 26
2.3.1 Mạch chỉnh lưu một bán kỳ ............................................................................. 26
2.3.2 Mạch chỉnh lưu hai bán kỳ ............................................................................... 27
2.3.3 Mạch nguồn ổn áp dương dùng IC họ 78XX ................................................... 29
2.3.4 Mạch nguồn ổn áp âm dùng IC họ 79XX ........................................................ 29
2.3.5 Mạch nguồn điều chỉnh được điện áp dùng IC họ LM317. ............................. 30
2


Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 32
Chương 3: Transistor Lưỡng Cực BJT ..................................................................... 40
3.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của transistor BJT ....................................... 40
3.2 Nguyên lý làm việc của transistor BJT. .................................................................. 41
3.2.1 Transistor loại PNP. ......................................................................................... 41
3.2.2 Transistor loại PNP. ......................................................................................... 43
3.3 Các mạch điện ứng dụng dùng transistor loại NPN ................................................ 44
3.3.1 Mạch điều khiển đóng/mở Relay từ nhiều nơi ................................................. 44
3.3.2 Mạch dao động đa hài bất ổn dùng 2 transistor NPN ...................................... 45
3.3.3 Mạch nghịch lưu dùng transistor NPN ghép Darlington. ................................ 46
3.3.4 Mạch nạp điện cho bình ắcquy ........................................................................ 46
3.4 Các mạch điện ứng dụng dùng transistor loại PNP ................................................. 47

3.4.1 Mạch báo chuông tự động dùng quang trở ...................................................... 47
3.4.2 Mạch ổn định điện áp tự động AVR 1 pha ...................................................... 48
3.4.3 Mạch nguồn ổn áp 12VDC/15A dùng transistor MJ2955 ............................... 49
3.5 Các thông số kỹ thuật và các đường đặc tuyến của transistor ................................. 51
3.5.1 Các thông số kỹ thuật của transistor ................................................................ 51
3.5.2 Các đường đặc tuyến của transistor ................................................................. 51
3.6 Tính tốn phân cực cho transistor ........................................................................... 53
3.6.1 Phân cực cho cực B bằng hai nguồn điện áp riêng .......................................... 54
3.6.2 Phân cực cho cực B bằng nguồn điện áp VCC .................................................. 54
3.6.3 Phân cực cho cực B bằng cầu phân áp RB1, RB2 ............................................. 56
3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với các thông số của transistor .................................. 57
3.8 Các biện pháp ổn định nhiệt .................................................................................... 57
3.8.1 Dùng điện trở RE để ổn định nhiệt (hồi tiếp âm dòng điện)............................. 57
3.8.2 Dùng điện trở RB hồi tiếp từ cực C (hồi tiếp âm điện áp) ................................ 58
3.8.3 Dùng cầu phân áp có điện trở nhiệt Th ............................................................ 58
Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 60
Chương 4: Transistor Hiệu Ứng Trường FET ......................................................... 63
4.1 Khái niệm chung về transistor trường FET ............................................................. 63
4.1.1 Nguyên lý hoạt động. ....................................................................................... 63
4.1.2 Phân loại ........................................................................................................... 63
4.1.3 Ưu nhược điểm của transistor trường FET. ..................................................... 63
4.2 Transistor trường JFET ........................................................................................... 64
4.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của JFET....................................................... 64
3


4.2.2 Đặc tuyến của JFET ......................................................................................... 65
4.2.3 Phân cực cho JFET........................................................................................... 67
4.3 Transistor trường MOSFET kênh liên tục (DE-MOSFET) .................................... 69
4.3.1 Cấu tạo của MOSFET kênh liên tục ................................................................ 69

4.3.2 Nguyên lý hoạt động và đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục ...................... 69
4.3.3 Phân cực cho MOSFET kênh liên tục .............................................................. 71
4.4 Transistor trường MOSFET kênh cảm ứng (E-MOSFET) ..................................... 71
4.4.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của MOSFET kênh cảm ứng ............... 71
4.4.2 Nguyên lý làm việc của MOSFET kênh cảm ứng ........................................... 73
4.4.3 Mạch điện ứng dụng dùng MOSFET kênh cảm ứng ....................................... 74
4.4.4 Các thông số kỹ thuật của MOSFET kênh cảm ứng ........................................ 77
Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 78
Chương 5: Họ Linh Kiện Bán Dẫn 4 Lớp Thyristor................................................ 83
5.1 SCR (Silicon Controlled Rectifiers) ................................................................... 83
5.1.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của SCR ............................................... 83
5.1.2 Nguyên lý hoạt động của SCR ......................................................................... 83
5.1.3 Các thông số kỹ thuật của SCR ........................................................................ 84
5.1.4 Các phương pháp khóa SCR trong mạch điện một chiều. ........................ 85
5.1.5 Mạch điện ứng dụng của SCR ...................................................................... 86
5.2 Diac .......................................................................................................................... 87
5.2.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của Diac. .............................................. 87
5.2.2 Nguyên lý hoạt động của Diac. ........................................................................ 88
5.3 Triac ......................................................................................................................... 89
5.3.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của Triac. ............................................. 89
5.3.2 Nguyên lý hoạt động của Triac. ....................................................................... 89
5.3.3 Các phương pháp kích dẫn Triac ................................................................. 90
5.3.4 Đặc tính Vơn – Ampe và các thơng số kỹ thuật của Triac ....................... 91
5.3.5 Mạch điện ứng dụng của Triac ..................................................................... 91
5.4 Transistor đơn nối UJT. ........................................................................................... 92
5.4.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của UJT. .............................................. 92
5.4.2 Đặc tuyến của UJT......................................................................................... 93
5.4.3 Các thông số kỹ thuật của UJT ........................................................................ 95
5.4.4 Ứng dụng của UJT ......................................................................................... 95
Câu hỏi ôn tập ................................................................................................................ 99

4


Chương 6: Bộ Khuếch Đại Thuật Toán Op-amp ................................................... 100
6.1 Khái niệm bộ khuếch đại thuật toán Op-amp. ....................................................... 100
6.2 Cấu tạo bộ khuếch đại thuật toán Op-amp ............................................................ 101
6.3 Đặc tính và các thơng số kỹ thuật của một Op-amp lý tưởng ............................... 102
6.4 Các chức năng của Op-amp ................................................................................... 103
6.4.1 Mạch khuếch đại đảo. .................................................................................... 103
6.4.2 Mạch khuếch đại không đảo .......................................................................... 104
6.4.3 Mạch lặp điện áp ............................................................................................ 104
6.4.4 Mạch cộng điện áp ......................................................................................... 105
6.4.5 Mạch khuếch đại tích phân ............................................................................ 105
6.4.6 Mạch khuếch đại vi phân ............................................................................... 105
6.4.7 Mạch Schmitt trigger...................................................................................... 105
6.4.8 Mạch so sánh điện áp ..................................................................................... 106
6.5 Các mạch điện ứng dụng của Op-amp .................................................................. 106
6.5.1 Mạch điện điều khiển Relay dùng quang trở và Opamp................................ 106
6.5.2 Mạch bảo vệ quá áp và thấp áp dùng Op-amp ............................................... 106
Câu hỏi ôn tập .............................................................................................................. 108
Chương 7: IC 555 Và Các Mạch Điện Ứng Dụng .................................................. 110
7.1 Khái niệm IC 555 .................................................................................................. 110
7.1.1 Công dụng của IC 555.................................................................................... 110
7.1.2 Cấu tạo của IC 555. ........................................................................................ 110
7.1.3 Nguyên lý hoạt động của IC 555. .................................................................. 110
7.1.4 Các thông số cơ bản của IC 555..................................................................... 112
7.1.5 Sơ đồ chân, hình dạng thực tế và chức năng các chân của IC555. ................ 112
7.2 Các mạch điện dao động dùng IC 555................................................................... 113
7.2.1 Mạch dao động đa hài bất ổn dùng IC 555. ................................................... 113
7.2.2 Mạch dao động đơn ổn dùng IC 555. ............................................................. 114

7.2.3 Mạch dao động lưỡng ổn dùng IC 555 .......................................................... 115
7.3 Các mạch điện ứng dụng của IC 555..................................................................... 116
7.3.1 Mạch điều khiển loa dùng nhiệt trở Thermistor và IC 555. ........................... 116
7.3.2 Mạch nghịch lưu Inverter dùng IC 555 .......................................................... 117
7.3.3 Mạch bơm nước tự động dùng IC 555 ........................................................... 118
Câu hỏi ôn tập .............................................................................................................. 119
Chương 8: Linh Kiện Quang Điện Tử ..................................................................... 121
8.1 Quang transistor..................................................................................................... 121
5


8.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quang transistor ................................... 121
8.1.2 Thông số kỹ thuật của quang transistor ......................................................... 121
8.1.3 Mạch điện ứng dụng của quang transistor ..................................................... 122
8.2 Quang Triac ........................................................................................................... 123
8.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quang Triac .......................................... 123
8.2.2 Thông số kỹ thuật của quang Triac ................................................................ 123
8.2.3 Mạch điện ứng dụng của quang Triac ............................................................ 123
8.3 LED 7 đoạn ............................................................................................................ 124
8.3.1 Cấu tạo LED 7 Đoạn ...................................................................................... 124
8.3.2 Bảng mã LED 7 đoạn ..................................................................................... 125
8.4 LED ma trận .......................................................................................................... 127
8.4.1 Cấu tạo LED ma trận...................................................................................... 127
8.4.2 Nguyên lý hoạt động của LED ma trận.......................................................... 128
Câu hỏi ôn tập .............................................................................................................. 130
Tài Liệu Tham Khảo ................................................................................................. 131

6

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, các loại linh kiện điện tử và các mạch điện tử ứng dụng đang được
phát triển với tốc độ nhanh chóng và đa dạng trong nhiều lĩnh vực. Do đó, các sinh
viên khi học về điện tử cần được đào tạo theo một trình tự bài bản mới có thể nắm bắt
được vững vàng và nhanh chóng khối lượng kiến thức ngày càng lớn của lĩnh vực điện
tử.
Để đáp ứng được nhu cầu đó, Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng hy vọng sẽ giúp
các sinh viên mới bắt đầu bước vào lĩnh vực điện tử có được kiến thức cơ bản về các
linh kiện điện tử và các mạch điện tử ứng dụng.
Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng được biên soạn dùng cho sinh viên chuyên ngành
Cơ Điện Tử và chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử. Nội dung của
giáo trình đề cập đến cấu tạo, ký hiệu, hình dạng thực tế, nguyên lý hoạt động và các
mạch điện tử ứng dụng của các linh kiện điện tử.
Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng gồm có 8 chương:
Chương 1: Giới thiệu về các linh kiện thụ động điện trở, tụ điện, cuộn cảm.
Chương 2: Trình bày về chất bán dẫn loại P, loại N. Diode bán dẫn và các mạch
điện tử ứng dụng của diode.
Chương 3: Trình bày cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động và các mạch điện tử
ứng dụng của transistor lưỡng cực BJT.
Chương 4: Trình bày cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động và các mạch điện tử
ứng dụng của transistor trường MOSFET kênh cảm ứng.
Chương 5: Trình bày về các linh kiện điện tử bán dẫn có nhiều lớp tiếp giáp.
Chương 6: Trình bày về bộ khuếch đại thuật tốn Op-Amp.
Chương 7: Trình bày về IC 555 và các mạch điện tử ứng dụng của IC 555.
Chương 8: Trình bày về các linh kiện quang điện tử.
Do thời gian biên soạn ngắn nên cuốn Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng chắc chắn
còn nhiều vấn đề cần bổ sung và hoàn thiện. Rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng
góp của mọi người.
Địa chỉ liên hệ: Bộ mơn Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử, khoa Cơ Điện Điện Tử trường Đại Học Lạc Hồng.

7


Chương 1: Các Linh Kiện Điện Tử Cơ Bản R, L, C
Giới thiệu chương
Chương 1 giới thiệu về các linh kiện điện tử cơ bản, đó là các linh kiện điện trở,
tụ điện và cuộn cảm. Đây là các linh kiện không thể thiếu được trong các mạch điện
tử. Chúng ln giữ một vai trị rất quan trọng trong hầu hết các mạch điện tử.
Các linh kiện này được trình bày một cách cụ thể từ định nghĩa, cấu tạo, ký hiệu
trong các sơ đồ mạch, các cách phân loại thông dụng, các tham số cơ bản và các cách
nhận biết chúng trên thực tế.

1.1 Điện trở R
1.1.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của điện trở
Định nghĩa: Điện trở là linh kiện dùng để ngăn cản dòng điện trong mạch. Trị số
điện trở được xác định theo định luật Ơm:
R=

U
I

(1.1)

Trong đó: R có đơn vị tính là Ohm [Ω], U đơn vị tính là vơn [V], I đơn vị tính là
[A].
Trên điện trở, dịng điện và điện áp ln cùng pha và điện trở dẫn dịng điện một
chiều và xoay chiều như nhau.
Cấu tạo: Điện trở có nhiều dạng cấu tạo khác nhau, một cách tổng quát ta có cấu
tạo tiêu biểu của một điện trở như mơ tả trong hình 1.1

1 - Ruột điện trở làm bằng vật liệu cản trở dòng điện (Carbon Composition)
2 - Vỏ điện trở làm bằng chất cách điện
3 - Chân điện trở làm bằng kim loại
4, 5, 6, 7 - Các vịng màu thể hiện giá trị của điện trở
Hình 1.1: Cấu tạo của điện trở
Đơn vị tính: Điện trở có đơn vị tính là Ohm (Ω). Các bội số thường dùng của
điện trở là kilo Ohm (kΩ), mê ga Ohm (MΩ).
1kΩ = 103Ω
1MΩ = 103kΩ = 106Ω
8


1.1.2 Ký hiệu, hình dạng thực tế và cơng suất của điện trở

Hình 1.2: Ký hiệu và hình dạng thực tế của điện trở
Công suất của điện trở: Điện trở có nhiều loại cơng suất khác nhau (0.25W,
0.25W, 0.5W, 1W, 2W, 3W, 5W, 7W, 10W, 20W). Điện trở có cơng suất càng lớn thì
kích thước sẽ càng lớn và chịu được dịng điện có giá trị càng lớn chạy qua.

Hình 1.3: Cơng suất và kích thước của các loại điện trở

1.1.3 Cách ghi và đọc giá trị trên thân điện trở
Trên thân điện trở thường ghi các tham số đặc trưng cho điện trở như: trị số của
điện trở và % dung sai, công suất tiêu tán (thường từ vài phần mười Watt trở lên).
Người ta có thể ghi trực tiếp hoặc ghi theo nhiều qui ước khác nhau.
Cách ghi trực tiếp: Là cách ghi đầy đủ các tham số chính và đơn vị đo của
chúng. Cách ghi này thường dùng đối với các điện trở có kích thước tương đối lớn như
điện trở dây quấn.
Ghi theo qui ước: Có rất nhiều các quy ước khác nhau, ở đây ta xem xét một số
cách quy ước thông dụng.

- Không ghi đơn vị Ôm: Đây là cách ghi đơn giản nhất và nó được qui ước như
sau: R (hoặc E) = Ω, K = kΩ, M = MΩ
- Quy ước theo mã: Mã này gồm các chữ số và một chữ cái để chỉ % dung sai.
Trong các chữ số thì chữ số cuối cùng chỉ số số 0 cần thêm vào. Các chữ cái chỉ %
dung sai qui ước gồm:
F = 1 %, G = 2 %, J = 5 %, K = 10 %, M = 20 %.
- Quy ước màu:
Thơng thường người ta sử dụng 4 vịng màu, đơi khi dùng 5 vịng màu (đối với
loại có sai số nhỏ khoảng 1%).
9


1.1.3.1 Bảng quy định màu sắc của điện trở
Bảng 1.1: Quy định màu sắc trên thân điện trở
Màu

Vòng màu thứ 1
(Hàng chục)

Vòng màu thứ 2
(Đơn vị)

Vòng màu thứ 3
(Số nhân)

Vòng màu thứ 4
(Sai số)

Đen

0

0

1

20%

Nâu

1

1

10

1%

Đỏ

2

2

100

2%

Cam

3

3

1000

Vàng

4

4

10000

Lục

5

5

100000

Lam

6

6

1000000

Tím

7

7

10000000

Xám

8

8

100000000

Trắng

9

9

1000000000

Vàng kim

-

-

0,1

5%

Bạch kim

-

-

0,01

10%

Loại điện trở có 4 vòng màu được qui ước:
- Hai vòng màu 1, 2 là chỉ số có nghĩa thực của nó.
- Vịng màu thứ 3 là chỉ số số 0 cần thêm vào (hay gọi là số nhân).
- Vòng màu thứ 4 chỉ phần trăm sai số (%).

Hình 1.4: Điện trở có 4 vịng màu
Ví dụ: Đỏ tím nâu vàng kim = 27.101 ± 5% (Ω) = 270 (Ω) ± 5%
Loại điện trở có 5 vịng màu được qui ước:
- Ba vịng màu 1, 2, 3 chỉ các số có nghĩa thực.
- Vịng màu thứ 4 là số nhân để chỉ số số 0 cần thêm vào.
- Vòng màu thứ 5 chỉ phần trăm sai số (%).

Hình 1.5: Điện trở có 5 vịng màu
Ví dụ: Cam cam trắng đen nâu = 339.100 ± 1% (Ω) = 339 (Ω) ± 1%
Loại điện trở có giá trị nhỏ hơn 10Ω được qui ước:
- Hai vòng màu 1, 2 là chỉ số có nghĩa thực của nó.

- Vịng màu thứ 3 là màu vàng kim (nhân 0,1).
- Vòng màu thứ 4 chỉ phần trăm sai số (%).

10


Hình 1.6: Điện trở có giá trị nhỏ hơn 10Ω
Ví dụ: Vàng tím vàng kim vàng kim = 47.0,1 ± 5% (Ω) = 4,7 (Ω) ± 5%
Loại điện trở có giá trị nhỏ hơn 1Ω được qui ước:
- Hai vòng màu 1, 2 là chỉ số có nghĩa thực của nó.
- Vịng màu thứ 3 là màu bạch kim (nhân 0,01).
- Vòng màu thứ 4 chỉ phần trăm sai số (%).

Hình 1.7: Điện trở có giá trị nhỏ hơn 1Ω
Ví dụ: Vàng tím bạch kim vàng kim = 47.0,01 ± 5% (Ω) = 0,47 (Ω) ± 5%

1.1.3.2 Bảng quy định các giá trị điện trở có trên thực tế
Về lý thuyết, linh kiện điện trở có thể có giá trị bất kỳ từ thấp nhất đến cao
nhất. Trong thực tế, các linh kiện điện trở có khoảng điện trở từ 0,1 Ω đến 100 MΩ.
Các giá trị điện trở tiêu chuẩn được cho trong bảng sau:
Bảng 1.2: Các giá trị điện trở có trên thực tế
1.0

1.2

2.2

2.7

3.3

3.9

4.3

4.7

5.1

5.6

1.5

1.8

6.8
7.5
8.2
9.1
Các điện trở thường được chế tạo với giá trị là các giá trị tiêu chuẩn nhân với
bội số của 10.
Ví dụ: điện trở: 10 Ω; 100 Ω; 1,5 kΩ; 2,7 kΩ; 5,6 kΩ….

1.1.4 Phân loại và ứng dụng của điện trở
1.1.4.1 Điện trở có giá trị thay đổi được (biến trở)
Biến trở có hai dạng. Dạng kiểm sốt dịng cơng suất lớn dùng dây quấn. Loại
này ít gặp trong các mạch điện trở. Dạng thường dùng hơn là chiết áp.
Cấu tạo của biến trở so với điện trở cố định chủ yếu là có thêm một kết cấu con
chạy gắn với một trục xoay để điều chỉnh trị số điện trở. Con chạy có kết cấu kiểu
xoay (chiết áp xoay) hoặc theo kiểu trượt (chiết áp trượt).

11


Chiết áp có 3 đầu ra, đầu giữa ứng với con trượt còn hai đầu ứng với hai đầu của
điện trở.

Hình 1.8: Ký hiệu và hình dạng thực tế của biến trở

1.1.4.2 Quang trở LDR
Quang trở (LDR ≡ Light Dependent Resistor) là loại điện trở có giá trị thay
đổi tùy thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó.
Khi có ánh sáng chiếu đến, quang trở có trị số điện trở nhỏ (khoảng 2kΩ). Khi
khơng có ánh sáng chiếu đến, quang trở có trị số điện trở lớn (khoảng 20kΩ)
Vật liệu dùng để chế tạo điện trở quang là CdS (Cadmium Sulfid), CdSe
(Cadmium Selenid), ZnS (sắt Sulfid) hoặc các tinh thể hỗn hợp khác.

Hình 1.9. Kí hiệu và hình dạng thực tế của quang trở
Điện trở quang được ứng dụng làm bộ phận cảm biến quang trong các mạch tự
động điều khiển bởi ánh sáng; mạch đo ánh sáng; mạch chỉnh hội tụ của một số thiết
bị; mạch trò chơi điện tử …

1.1.4.3 Điện trở nhiệt Thermistor
Đây là một linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Khi ở nhiệt
độ bình thường thì Thermistor là một điện trở, nếu nhiệt độ càng tăng cao thì điện trở
của nó càng giảm.

Hình 1.10: Ký hiệu và hình ảnh thực tế của Thermistor
Điện trở nhiệt thường được dùng để ổn định nhiệt cho các mạch của thiết bị điện
tử, để đo và điều chỉnh nhiệt độ trong các cảm biến.

12


1.2 Tụ điện C
1.2.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của tụ điện
Định nghĩa: Tụ điện là linh kiện dùng để chứa điện tích. Một tụ điện lý tưởng có
điện tích ở bản cực tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt ngang qua nó theo cơng thức:
Trong đó:

Q = C.U
Q - điện tích ở trên bản cực của tụ điện [C]

(1.2)

U - hiệu điện thế đặt trên tụ điện [V]
C - điện dung của tụ điện [F]
Cấu tạo: Tụ điện có cấu tạo bao gồm một lớp vật liệu cách điện nằm giữa hai
bản cực là 2 tấm kim loại. Hai bản cực của tụ điện được nối với 2 dây dẫn bằng kim
loại đưa ra bên ngồi, đó là 2 chân của tụ điện.

1, 2 – Hai chân của tụ điện; 3 – Chất cách điện; 4 – Bản cực làm bằng kim loại;
5 – Lớp nhơm bảo vệ; 6 – Lớp vỏ bằng nhựa
Hình 1.11: Cấu tạo của tụ điện
Đơn vị tính của tụ điện: Điện dung C của tụ điện có đơn vị tính theo hệ SI là
Farad [F], thông thường ta chỉ dùng các ước số của Farad là micơ Fara (µF) và picơ
Fara (pF).
1F = 106µF = 1012pF

1.2.2 Tụ điện khơng phân cực tính dương và âm
- Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện khơng phân cực tính

Hình 1.12: Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện khơng phân cực tính

13


- Xác định giá trị của tụ điện không phân cực tính
Tụ điện khơng phân cực tính thường có kích thước nhỏ, giá trị điện dung C có
đơn vị tính là pF và được ghi theo quy ước.
Tụ gốm có kích thước nhỏ thường được ghi theo qui ước sau:
Ví dụ trên tụ ghi 204 có nghĩa là trị số của điện dung C = 20x104pF = 20.0000pF.
Tụ có ghi số trên thân 103K có nghĩa là tụ có điện dung: C = 10000 pF ± 10%.

1.2.3 Tụ điện có phân cực tính dương và âm.
- Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện có phân cực tính.

Hình 1.13: Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ điện có phân cực tính

- Các thơng số của tụ điện có phân cực tính.
Hai tham số quan trọng nhất thường được ghi trên thân tụ điện có phân cực tính
là: trị số điện dung C và điện áp làm việc Ulv.
Ví dụ: trên thân tụ hóa ghi 2200µF/25V có nghĩa là tụ có: C = 2200µF, Ulv = 25V

1.2.4 Ứng dụng của tụ điện và điện trở
1.2.4.1 Mạch Reset mức cao dùng RC
Sơ đồ nguyên lý mạch Reset mức cao dùng RC:

Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý mạch Reset mức cao dùng RC
Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn, điện áp 5VDC sẽ nạp cho tụ, điện áp trên tụ bằng 5V còn điện áp

trên điện trở R bằng 0V. Do SW mở nên điện áp ngõ ra là 0V bằng với điện áp trên
điện trở.
Khi nhấn nút SW tụ thực hiện xả điện qua nút nhấn Reset, điện áp trên tụ bằng
0V còn điện áp trên điện trở R bằng 5V dẫn đến điện áp ngõ ra bằng 5V.
14


1.2.4.2 Mạch Reset mức thấp dùng RC
Sơ đồ nguyên lý mạch Reset mức thấp dùng R, C:

Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý mạch Reset mức thấp dùng RC
Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn, điện áp 5VDC sẽ nạp cho tụ, điện áp trên tụ bằng 5V còn điện áp
trên điện trở R bằng 0V. Do SW mở nên điện áp ngõ ra là 5V tức bằng điện áp trên tụ.
Khi nhấn nút SW tụ thực hiện xả điện qua nút nhấn Reset, điện áp trên tụ bằng
0V còn điện áp trên điện trở R bằng 5V dẫn đến điện áp ngõ ra bằng 0V.

1.3 Cuộn cảm L.
1.3.1 Định nghĩa, cấu tạo và đơn vị tính của cuộn cảm.
Định nghĩa: Cuộn dây còn gọi là cuộn tự cảm, là linh kiện điện tử dùng để tạo
thành phần cảm kháng trong mạch. Cảm kháng của cuộn dây được xác định theo công
thức:
XL = 2πfL = ωL (Ω)
(1.3)
Trong đó: L - điện cảm của cuộn dây (đo bằng Henry), phụ thuộc vào hình dạng,
số vòng dây, cách sắp xếp và cách quấn dây.
f - tần số của dòng điện chạy qua cuộn dây (Hz)
Cấu tạo: Cuộn cảm là dây dẫn quấn nhiều vòng liên tiếp trên 1 cái lõi.
Đơn vị tính: Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích trữ năng
lượng từ trường của cuộn cảm. Có đơn vị tính là Henri (H), miliHenri (mH).

1 mH = 10-3 H; 1 µH = 10-6 H

1.3.2 Ký hiệu và hình dạng thực tế của cuộn cảm.
Tùy thuộc vào tần số làm việc mà lõi của cuộn cảm có thể là một ống rổng (lõi
khơng khí), sắt bụi hay sắt lá.

15


Hình 1.16: Ký hiệu và hình dạng thực tế của cuộn cảm

1.3.3 Ứng dụng của cuộn cảm.
Cuộn cảm được ứng dụng làm micro điện động, loa điện động, rờle, má y
biến áp, cuộn dây trong đầu đọc đĩa….
Trong mạch điện tử, cuộn cảm có thể được ở mạch lọc nguồn, mạch lọc tần số,
mạch dao động cộng hưởng, mạch tạo dạng sóng…

1.3.3.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha.

Hình 1.17: Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của máy biến áp một pha

Máy biến áp một pha là dụng cụ dùng để biến đổi điện áp hay dòng điện xoay
chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
Cấu tạo máy biến áp một pha gồm 2 cuộn dây đồng, tráng men cách điện
quấn trên một lõi thép từ khép kín. Cuộn nhận điện áp vào gọi là cuộn sơ cấp,
cuộn dây cho lấy điện áp ra là cuộn thứ cấp. Lõi từ không phải là một khối sắt mà
gồm nhiều lá sắt mỏng ghép song song cách điện nhau để tránh dịng điện xốy
(Foucoult) làm nóng máy biến áp.
Các cơng thức của máy biến áp 1 pha
- Tỉ lệ về điện áp:

V2
N
= 2
V1
N1

(1.4)

I2
N
= 1
I1
N2

(1.5)

- Tỉ lệ về dòng điện:

16


- Tỉ lệ về công suất:
P1 =V1.I1; P2 =V2 .I2

(1.6)

P1 = P2

(1.7)

P2 < P1

(1.8)

+ Lý tưởng ta có:
+ Thực tế:
- Hiệu suất:
η=

P1
.100%
P2

(1.9)

1.3.3.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của micrô và loa.
Micrơ và loa có cấu tạo gồm: Một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây được
quấn trên một màng rung đặt trong vùng từ trường của một nam châm vĩnh cửu.
Ngun lý hoạt động của micrơ: Micrơ có tác dụng chuyển đổi tín hiệu âm
thanh thành tín hiệu dịng điện. Khi có âm thanh tác động vào màng rung, màng rung
sẽ dao động làm cuộn dây dao động theo. Do cuộn dây dao động trong vùng từ trường
của nam châm vĩnh cửu nên ở hai đầu cuộn dây sẽ xuất hiện một tín hiệu dịng điện có
tần số tương ứng.
Nguyên lý hoạt động của loa: Loa có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dịng điện
thành tín hiệu âm thanh. Khi có tín hiệu dịng điện cấp đến ở 2 đầu của cuộn dây, cuộn
dây sẽ cảm ứng tạo ra một từ trường, từ trường của cuộn dây tương tác với từ trường
của nam châm vĩnh cửu tạo ra một lực từ tác động lên cuộn dây làm cuộn dây dao
động. Do cuộn dây dao động dẫn đến màng rung dao động theo và âm thanh được phát
ra.

Hình 1.18: Cấu tạo cơ bản của micrô và loa
17


1.3.3.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của relay
Cấu tạo: Relay gồm có 2 phần là cuộn hút và cặp tiếp điểm.
- Cuộn hút: Tạo ra năng lượng từ trường lớn hơn lực kéo của lò xo để hút thanh
thép di chuyển. Tùy vào điện áp làm việc mà người ta chia Relay ra làm 2 loại:
+ Relay DC: Cuộn dây của Relay làm việc với điện áp một chiều 5V, 12V, 24V.
+ Relay AC: Cuộn dây của Relay làm việc với điện áp xoay chiều 110V, 220V.
- Cặp tiếp điểm:
+ Khi khơng có từ trường (khơng cấp điện cho cuộn dây): Chân chung được tiếp
xúc với NC thường đóng nhờ lực của lị xo.
+ Khi có năng lượng từ trường (cấp điện cho cuộn dây): Lực từ trường lớn hơn
lực kéo của lò xo, thanh thép di chuyển, chân chung được tiếp xúc với NO thường mở.
+ Trong Relay có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc 4 cặp tiếp điểm.
Công dụng: Relay là thiết bị đóng cắt cơ bản, được sử dụng rất nhiều trong cuộc
sống và trong các thiết bị điện tử.

Hình 1.19: Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của relay

18


CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Hãy cho biết các thành phần cấu tạo của điện trở?
2. Trình bày về các cách phân loại điện trở và nêu ứng dụng của chúng?
3. Cho biết các tham số cơ bản của tụ điện?
4. Nêu các cách phân loại tụ điện, cho một vài ví dụ?
5. Định nghĩa về cuộn cảm và nêu các tham số chính của nó?

6. Trình bày về đặc điểm của cuộn cảm lõi khơng khí và phạm vi sử dụng của chúng?
7. Trình bày các đặc điểm của cuộn cảm lõi fe-rit và ứng dụng của chúng?
8. Hãy cho biết các đặc tính của cuộn cảm lõi sắt từ và ứng dụng?
9. Nêu định nghĩa, cấu trúc và tham số chính của biến áp?
10. Trình bày về biến áp cộng hưởng?
11. Nêu các yêu cầu và đặc điểm chính của biến áp âm tần?
12. Đặc điểm của biến áp nguồn?
13. Dựa vào % dung sai, điện trở được phân chia làm….
a. 3 loại;

b. 4 loại;

c. 5 loại;

d. 6 loại

14. Cấu trúc của biến trở khác với điện trở cố định chủ yếu là do…
a. Vỏ bọc và lõi

b. Vật liệu cản điện

c. Số chân của cấu kiện.

d. Có thêm con chạy để điều chỉnh trị số điện trở.

15. Biến áp âm tần được thiết kế để làm việc ở dải tần số….
a. Từ 0Hz đến 20.000Hz;

b. Từ 20KHz đến 1MHz

c. Từ 20Hz đến 20.000Hz;

d. Từ 6MHz đến 1GHz

19


Chương 2: Diode Bán Dẫn Và Các Mạch Điện Ứng Dụng
Giới thiệu chương
Chương 2 trình bày về các tính chất vật lý điện của lớp tiếp xúc P-N. Lớp tiếp
xúc P-N là bộ phận chính của các linh kiện bán dẫn.
Cũng trong chương này chúng ta sẽ được giới thiệu về một linh kiện bán dẫn
chỉ có một lớp tiếp xúc P-N đó là diode bán dẫn. Diode bán dẫn có nguyên lý dẫn
điện một chiều và ta cũng nghiên cứu về đặc tuyến Vơn-Ampe của nó. Ngồi ra
chương 2 cịn giới thiệu một số loại diode thơng dụng và các mạch điện ứng dụng của
diode.

2.1 Chất bán dẫn
Trong ngành vật liệu điện người ta chia ra làm bốn nhóm vật liệu: Vật dẫn điện,
vật cách điện, vật bán dẫn điện và vật dẫn từ. Ở đây chúng ta sẽ khảo sát nhóm vật liệu
thứ ba là vật liệu bán dẫn điện.
Trong tự nhiên có rất nhiều các chất bán dẫn điện, nghành kỹ thuật điện tử chỉ sử
dụng hai chất bán dẫn cơ bản là Silic (Si) và Gecmani (Ge).

2.1.1 Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẩn

Hình 2.1: Cấu tạo nguyên tử của chất bán dẫn Si và Ge
Xét cấu tạo nguyên tử của chất bán dẩn Silicium (Si) và chất Gecmanium (Ge).
Chất Si có 14 electron bao quanh nhân và các electron này xếp trên ba lớp. Chất Ge có
32 electron bao quanh nhân và các electron này xếp trên 4 lớp.

Hai chất Si và Ge có đặc điểm chung là số electron trên lớp ngoài cùng bằng
nhau là 4 electron (hóa trị 4).
Khi xét sự liên kết giữa các nguyên tử, người ta chỉ xét lớp ngồi cùng.

Hình 2.2: Chất bán dẫn tinh khiết
20


Trong khối bán dẫn tinh khiết các nguyên tử gần nhau sẽ liên nhau theo kiểu
cộng hóa trị. Bốn electron của mỗi nguyên tử sẽ nối với bốn electron của nguyên tử
xung quanh tạo thành bốn mối nối làm cho các electron được liên kết chặt chẽ với
nhau. Sự liên kết này làm cho các electron khó tách rời khỏi nguyên tử để trở thành
electron tự do. Như vậy chất bán dẫn tinh khiết có điện trở rất lớn.

2.1.2 Chất bán dẫn loại N
Nếu pha vào chất bán dẫn Si tinh khiết một lượng rất lớn các chất có cấu tạo
ngun tử với 5 electron ở lớp ngồi cùng (hóa trị 5) như chất Acsenic hay Photpho.
Các nguyên tử của chất Photpho có 5 electron thì bốn electron sẽ liên kết với bốn
electron của bốn nguyên tử Si khác nhau, cịn lại một electron thừa ra khơng liên kết
với các electron của chất bán dẫn sẽ trở thành electron tự do.
Như vậy, khi pha thêm một nguyên tử Photpho ta sẽ có được một electron tự do,
pha thêm càng nhiều ngun tử Photpho thì sẽ có càng nhiều electron tự do. Chất bán
dẫn có electron tự do được gọi là chất bán dẫn loại N (loại âm).

Hình 2.3: Chất bán dẫn loại N

2.1.3 Chất bán dẫn loại P

Hình 2.4: Chất bán dẫn loại P
21

Nếu pha vào chất bán dẫn Si tinh khiết một lượng rất ít các chất có cấu tạo
ngun tử với ba electron ở lớp ngồi cùng (hóa trị 3) như chất Indium hay Bo. Các
nguyên tử của chất Indium có ba electron nên khi liên kết với bốn electron của bốn
nguyên tử Si khác nhau sẽ có một mối nối thiếu một electron, chổ thiếu electron này
gọi là lỗ trống. Lỗ trống của mối nối thiếu electron sẽ dễ dàng nhận một electron tự do.
Như vậy, khi pha thêm một nguyên tử chất Indium sẽ có một lỗ trống, pha thêm
càng nhiều ngun tử chất Indium thì càng có nhiều lỗ trống. Chất bán dẫn có lỗ trống
gọi là chất bán dẫn loại p (loại dương).

2.2 Diode bán dẫn
2.2.1 Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của diode bán dẫn
Diode có cấu tạo gồm 2 lớp bán dẫn P và N đặt tiếp xúc với nhau. Chân nối với
lớp bán dẫn loại P gọi là chân Anode (A), chân nối với lớp bán dẫn loại P gọi là chân
Kathode (K).

Hình 2.5: Cấu tạo, ký hiệu và hình dạng thực tế của diode bán dẫn

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của diode bán dẫn
- Phân cực thuận cho diode
Khi chân A của diode được nối phía cực dương của nguồn điện, cịn chân K của
diode được nối với phía cực âm của nguồn điện thì lúc này diode được phân cực thuận
và diode sẽ dẫn điện. Dòng điện từ cực dương của nguồn đi qua diode, qua tải về cực
âm của nguồn.
Điện áp rơi trên diode là VAK = 0,7V cịn điện áp rơi trên tải Vtải = 11,3V.

Hình 2.6: Phân cực thuận cho diode
22

- Phân cực ngược cho diode
Khi chân A của diode được nối phía cực âm của nguồn điện, cịn chân A của
diode được nối với phía cực âm của nguồn điện thì lúc này diode được phân cực ngược
và diode sẽ không dẫn điện.
Điện áp rơi trên diode là VKA = Vnguồn = 12V còn điện áp rơi trên tải Vtải = 0V.

Hình 2.7: Phân cực ngược cho diode

Tóm lại:
- Diode chỉ dẫn điện theo một chiều từ chân A sang chân K, diode không
dẫn điện theo chiều ngược lại.
- Khi diode dẫn điện, điện áp rơi trên diode bằng 0,7V. Khi diode không
dẫn điện, điện áp rơi trên diode bằng điện áp nguồn
2.2.3 Các thông số kỹ thuật của diode bán dẫn
Bảng 2.1: Thông số các diode thông dụng
Mã số

Chất bán dẫn

IFmax

VRmax

1N4004

Si

1A

500V

1N4007

Si

1A

1000V

1N5408

Si

3A

1000V

Khi sử dụng diode, ta cần quan tâm đến các thông số kỹ thuật sau đây:
- Chất bán dẫn chế tạo: Thông số này quyết định giá trị điện áp rơi trên diode khi
diode dẫn điện. Nếu chất bán dẫn là Si thì VAK = 0,7V cịn nếu chất bán dẫn là Ge thì
VAK = 0,2V.
- Dịng điện thuận cực đại IFmax: Thông số này cho biết giá trị dòng điện tối đa
cho phép chạy qua diode khi diode được phân cực thuận.
- Điện áp nghịch cực đại VRmax: Thông số này cho biết giá trị điện áp ngược tối
đa cho phép đặt lên 2 đầu diode khi diode được phân cực nghịch.

2.2.4 Phân loại diode và ứng dụng
2.2.4.1 Diode phát quang (LED)
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là diode phát quang) là các

diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như
diode, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.
23


LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường, trong
khoảng 1,5V đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì khơng cao. Do đó,
LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế nghịch gây ra.
LED

Hình 2.8: Ký hiệu và hình dạng thực tế của diode LED
Tùy theo từng loại LED phát ra ánh sáng khác nhau mà điện áp phân cực cho
LED hoạt động sẽ có giá trị khác nhau.
Bảng 2.2: Màu sắc và giá trị điện áp làm việc của Led
Màu sắc

Điện áp làm việc

Đỏ

1.8 V đến 2.1 V

Cam

2.2 V

Vàng

2.4 V

Lục

2.6 V

Lam

3.0 V đến 3.5 V

Trắng

3.0 V đến 3.5 V

Dịng điện trung bình cung cấp để LED sáng là: ILED = 20mA
Ứng dụng: LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện
tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông …
Khi sử dụng diode Led, ta phải có một điện trở Rs mắc nối tiếp với Led để phân
áp và hạn chế dịng điện qua Led.

Hình 2.9: Cách mắc Led trong sơ đồ mạch điện

2.2.4.2 Diode ổn áp Zener
Zener
1N4678

Hình 2.10: Ký hiệu và hình ảnh thực tế của diode Zener.
Cấu tạo: Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường, cũng có hai lớp bán
dẫn P - N ghép với nhau.
24

Ứng dụng: Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược. Khi phân
cực thuận Diode zener sẽ hoạt động như diode thường nhưng khi phân cực ngược
Diode zener sẽ ghim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên thân diode
Zener.
Nguyên lý hoạt động ổn áp của diode Zener:
IRs

URs
Rs

Điện áp
ngõ vào
Uv

Iz
Pzmax
Uz

It
Rt

Ut

Hình 2.11: Nguyên lý ổn áp của diod Zener
Ta có:
UV = URs + Ut
IRs = Iz + It

(2.1)
(2.2)

I Rs =

U Rs
RS

(2.3)

It =

Ut
Rt

(2.4)

Pzmax
Uz

(2.5)

Izmax =

Izmin = 0
(2.6)
- Khi điện áp trên tải nhỏ hơn điện áp ngưỡng của diode Zener: Ut < Uz thì diode
Zener sẽ khơng thực hiện ổn định điện áp. Lúc này:
Iz = Izmin = 0
(2.7)

It =

Ut
Rt

(2.8)

IRs = It
(2.9)
- Khi điện áp trên tải bằng điện áp ngưỡng của diode Zener: Ut = Uz thì diode
Zener cũng sẽ khơng thực hiện ổn định điện áp. Lúc này:
Iz = Izmin = 0
(2.10)

It =

Ut
Rt

(2.11)

IRs = It
(2.12)
- Khi điện áp trên tải lớn hơn điện áp ngưỡng của diode Zener: Ut > Uz thì diode
Zener sẽ thực hiện ổn định điện áp. Lúc này:
(2.12)
Ut = Uz
25