Giáo trình Điện tử cơ bản (Ngành Công nghệ ô tô)

NN N
N T ÀN P Ố ẢI P ÒNG
TRƯỜNG C O ĐẲNG CƠNG NG IỆP ẢI P ỊNG

Năm 2018

GIÁO TRÌNH
ĐIỆN T C
ẢN
NG

CƠNG NG Ệ Ơ TƠ
TRÌN

ĐỘ C O ĐẲNG

ải Phịng, năm 2019
3


TU ÊN Ố ẢN QU

N

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

4

LỜI GIỚI T IỆU
Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơng nghệ ơ tơ ở trình độ
Cao đẳng, giáo trình Điện tử c bản là một trong những giáo trình mơn học/mơđun
đào tạo chun ngành. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và
kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc.
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có
liên quan đến nội dung chư ng trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội
dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất
đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng
thời gian đào tạo 30 giờ gồm có:
MH08-01: Khái niệm c bản và giới thiệu về đồng hồ VOM
MH08-02: Linh kiện thụ động
MH08-03: Linh kiện bán dẫn
MH08-04: Các mạch điện tử c bản
MH08-05: Các mạch điện tử trong ô tô
Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và
công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới
cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tơi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để
người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng.
Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo
nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý
kiến của các thầy, cơ giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hồn thiện
h n. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện tử - Điện lạnh Trường Cao đẳng
nghề công nghiệp Thanh Hóa, tỉnh Thanh Hóa.
Thanh Hóa, ngày ….. tháng ….. năm 2019
Tổ bộ môn

5

6


MỤC LỤC

7


8


9


10


GIÁO TRÌN MƠN ỌC
Tên mơn h : Điện tử c bản
M
mơn h : MH 07
Vị trí, tính hất, ý nghĩa và vai trị ủa mơn h :
+ Vị trí ủa mơn h : Mơn học được bố trí dạy sau khi học xong các môn
học c sở như: Tin học, điện kỹ thuật và học trước khi học các mô đun chuyên
sâu như: Kỹ thuật chung về ô tô, bảo dưỡng và sửa chữa điện thân xe, chẩn đoán
kỹ thuật ô tô...
nghĩa và vai trò ủa môn h : Điện tử c bản là mơn học nói về tất
cả các linh kiện cần thiết để tạo nên các mạch điện tử, bằng cách ghép nối các
linh kiện trong một mạch điện tử và làm cho nó hoạt động. Vì thế, việc hiểu

đặc điểm cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của linh kiện, đánh giá đầy
đủ các đặc tính, ứng dụng các giá trị của chúng là việc đầu tiên một người thợ
sửa chữa, lắp ráp thiết bị điện tử phải tìm hiểu.
Đối với học viên học cơng nghệ ơ tơ thì cuốn sách này sẽ giúp tìm hiểu
các thơng số kỹ thuật, tính năng và ứng dụng của các linh kiện điện tử sử dụng
trong các mạch điện c bản, mạch đánh lửa của ô tô.
Nếu mục đích của cơng việc là có kiến thức và kỹ năng để sửa chữa thì
việc làm hiệu quả nhất của học viên là hiểu rõ các tính năng, thực hiện được
cách đo kiểm tra các thông số các linh kiện, ứng dụng thực tế và thay thế các
vật liệu, linh kiện đã bị hỏng.
Hy vọng rằng cuốn giáo trình này đề cập được phần lớn những lĩnh vực
mà học viên cần biết để sao cho những mạch điện tử trở thành đối tượng dễ
hiểu, dễ lắp ráp, sửa chữa và đem lại cho học viên những thơng tin cần biết.
Tính hất ủa môn h : Là môn học bắt buộc
M ti
ủa mơn h :
Về kiến thứ
- Phân tích được đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt động của các linh kiện
kiện điện tử thơng dụng.
- Nhận dạng chính xác ký hiệu của linh kiện, đọc chính xác trị số của chúng.
Về kỹ năng
- Đo, kiểm tra được hư hỏng của các linh kiện điện tử
- Đọc, phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện tử c bản
Về năng
t hủ và hị tr h nhi m:
- Rèn luyện tính tỷ mỉ chính xác và an tồn vệ sinh cơng nghiệp
- Làm việc độc lập, làm việc theo nhóm, chịu trách nhiệm cá nhân và trách
nhiệm đối với nhóm.
Nội ng ủa môn h :
MH08-01: Khái niệm c bản và giới thiệu về đồng hồ VOM

MH08-02: Linh kiện thụ động
MH08-03: Linh kiện bán dẫn
MH08-04: Các mạch điện tử c bản
MH08-05: Các mạch điện tử trong ô tô

11


ÀI 1:

ÁI NIỆM C

ẢN VÀ GIỚI T IỆU V Đ NG
Mã bài: MH08-01

VOM

Giới thi
Trong bài học này sẽ nêu lên các tính chất, ứng dụng của d ng điện, các vật
liệu điện sử dụng trong đời sống dân dụng và cơng nghiệp. Ngồi ra c n giới thiệu
về chức năng của đồng hồ VOM, đây là dụng cụ thường xuyên sử dụng đối với
người kỹ thuật viên để kiểm tra và sửa chữa các linh kiện, cách mạch điện - điện
tử...
M ti
- Nêu được khái niệm về d ng điện, d ng điện một chiều
- Nêu được các tính chất c bản của vật liệu điện, vật liệu cách điện, vật liệu từ.
- Nêu được chức năng của đồng hồ VOM.
- Hiểu, vận dụng đồng hồ VOM để kiểm tra linh kiện, mạch điện - điện tử
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập.
1

ÁI NIỆM V
ÒNG ĐIỆN
1 1 òng i n và òng i n một hiề

Khi ta nối vật tích điện với vật khơng tích điện bằng vật dẫn thì các
điện tích sẽ chuyển dời từ qua sang
hình 1-1a , tạo thành d ng điện tích
qua vật dẫn . Các điện tích chuyển dời được chính là do lực điện trường tác dụng
lên chúng theo một hướng nhất định. Trên hình 1-1, hướng điện trường là từ về
B.

nh 1-1

ịng i n tí h h

nh 1-2 Ng

n i n

n

tr

i tr ng v t

n

òng i n a và b m

t

thành òng i n

tr

òng n ớ

b

Khi nối hai bản cực của tụ điện hình 1-1) bằng một dây dẫn . Tụ điện sẽ
phóng điện, các điện tích dư ng chuyển dời từ bản qua về và các điện âm
chuyển dời từ qua về . Như vậy, trong dây dẫn cũng có d ng điện tích
chuyển dời có hướng dưới tác dụng của lực điện trường.
12


- Định nghĩa: ng điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụng của lực điện
trường gọi là d ng điện.
- Điều kiện duy trì d ng điện, nguồn điện
Muốn có d ng điện tích chuyển động, trong vật dẫn phải có lực điện trường.
hình 1-1a và b, d ng điện chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn. Khi điện tích
quả cầu giảm đi, điện tích quả cầu tăng lên, điện thế ở và trở nên bằng
nhau. Hiệu điện thế giữa chúng bằng khơng, nên khơng có lực điện trường tác
dụng lên điện tích nữa, các điện tích ngừng di chuyển từ về , d ng điện thế
cũng mất.
Muốn duy trì d ng điện liện tục trong vật dẫn , ta phải đưa các điện tích từ
về . Khi đó giữa và vẫn duy trì một điện trường và các điện tích lại tiếp
tục di chuyển từ qua về
hình 1-2a . Điều đó cũng tư ng tự nước chảy từ

bình sang bình
hình 1-2b qua ống O. Nếu khơng có b m b m nước từ lên
thì nước chảy qua O. Khi độ chênh mực nước h giữa và c n. au một thời
gian, mực nước ở và bằng nhau, nước thôi chảy qua O. Nhờ b m, nước được
đưa từ về , duy trì độ chênh mực nước h, và do đó duy trì liên tục d ng nước
qua ống O. Như vậy, điều kiện duy trì d ng nước là có độ chênh mức nước h.
Tư ng tự điều kiện duy trì d ng điện trong vật dẫn là phải duy trì độ chênh điện
thế giữa đầu và cuối vật dẫn, tức phải có một điện áp đặt vào vật dẫn. Thiết bị duy
trì độ chênh điện thế để tạo ra d ng điện trong mạch điện gọi là nguồn điện. Nguồn
điện trong mạch điện cũng có vai tr như b m trong mạch thủy lực.
Như ta đã biết, trong kim loại có các điện tử tự do, bình thường, các điện tử tự
do tham gia vào chuyển động nhiệt h n loại và dao động xung quanh các nút mạng
tinh thể hình 1- a , nên kim loại trung h a về điện và trong kim loại khơng có
d ng điện

nh 1-

Đi n t t

tr ng kim

i a và òng i n tr ng kim

i b và

Khi đặt kim loại vào trong một điện trường hình 1- b các điện tử sẽ chịu
tác dụng một lực điện trường theo cũng một hướng ngược chiều với chiều điện
trường vì điện tử tích điện âm , nên chúng sẽ di chuyển theo hướng ngược với
chiều điện trường, tạo thành d ng điện. Vậy,

13


Theo quy ước, chiều d ng điện là chiều chuyển dời của các điện tích dư ng,
tức theo chiều của điện trường, trong khi đó, d ng điện tử lại di chuyển ngược với
chiều điện trường. Vậy chiều di chuyển của d ng điện tử trong kim loại ngược với
chiều quy ước của d ng điện hình 1-3c).
ản chất d ng điện trong dung dịch điện phân
ản chất d ng điện trong dung dịch điện phân:
Thực nghiệm chứng tỏ rằng
các dung dịch điện phân là vật
dẫn tốt. Nhúng vào dung dịch
điện phân hai thanh kim loại làm
điện cực rồi nối tới nguồn điện,
ta thấy có d ng điện qua mạch
hình 1-4).
nh 1òng i n a ng ị h i n h n
Cực nối tới cực dư ng nguồn gọi là anốt, cực nối tới cực âm nguồn gọi là
catốt.
Ta biết trong dung dịch điện phân, các phân tử muối, axit, ba kiềm đều bị
phân tích thành các phần tử mang điện, gọi là ion. Đó là hiện tượng điện ly. Chẳng
hạn, muối ăn tan trong nước sẽ điện ly theo phư ng trình sau:
CaCl

Na+ + Cl-

Các ion dư ng như Na+ gọi là calion, các ion âm như Cl-). ọi là anion.
ình thường, các ion trong dung dịch tham gia chuyển động nhiệt. Chúng chuyển
động h n loại, nên không tạo thành d ng điện. Khi đặt vào nguồn điện, lực điện
trường sẽ bắt các ion chuyển dời có hướng: anion chuyển về phía anốt, c n cation

về phía catốt tức ion dư ng chuyển động theo chiều điện trường, c n ion âm
chuyển động ngược chiều điện trường . Kết quả là trong dung dịch, có d ng điện,
chiều quy ước từ anốt về catốt
Vậy d ng điện trong chất điện phân là d ng các ion chuyển dời có hướng do
tác dụng của lực điện trường.
Hiện tượng điện phân:
Khi d ng điện qua dung dịch muối ăn, anion Cl- đi về cực dư ng anốt c n
cation Na+ đi về cực âm catốt . Tại cực dư ng Cl- nhường bớt điện tử cho điện
cực vì cực dư ng luôn luôn thiếu điện tử và trở thành nguyên tử clot rung h a.
cực âm, cation Na+ thu thêm điện tử ở điện cực vì cực âm ln ln thiếu
điện tử trở thành nguyên tử Na giải phóng ở cực âm.
Kết quả là phân tử muối ăn bị d ng điện phân tích thành clo ở cực dư ng và
natri ở cực âm. Nếu dung dịch điện phân là một muối của đồng thì ở cực âm, ta sẽ
thu được kim loại đồng. Như vậy, khi d ng điện qua chất điện phân, sẽ xảy ra hiện
tượng phân tích chất điện phân, giải phóng kim loại hoặc hyđrơ ở cực âm. Đó là
hiện tượng điện phân
ng điện qua dung dịch càng lớn và càng lâu, thì lư ng kim loại giải phóng
ở âm cực càng lớn. Như vậy, giữa điện tích qua dung dịch điện phân và lượng chất
được giải phóng, có mối quan hệ tỷ lệ. uan hệ này đã được arađây thiết lập từ
thực nghiệm vào các năm 1833-1834.
14


Hiện tượng cực dư ng tán:
Ta xét trường hợp cực dư ng làm bằng kim loại cùng loại với dung dịch điện
phân, chẳng hạn ta điện phân dung dịch đồng sun at hay 1 loại muối đồng tan nào
đó , với cực dư ng làm bằng đồng. Khi đó cation Ca ++ đi về cực âm catốt và
nhận thêm điện tử, trở thành nguyên tử đồng bám vào catốt, Các anion O 4-- đi về
cực dư ng và phản ứng tạo thành muối đồng:
SO4-- + Cu = CuSO4 + 2eĐồng sun at vừa được tạo thành lại tan vào dung dịch, bổ sung lượng muối

đồng vừa được phân tích. Kết quả là cực dư ng bằng đồng bị h a tan dần vào dung
dịch, c n cực âm thì có một lớp mới được giải phóng, c n lượng muối đồng trong
dung dịch khơng thay đổi. Đó là hiện tượng cực dư ng tan.
*
Trong luyện kim, hiện tượng điện phân được ứng dụng để tinh chế và điều
chế một số kim loại.
Muốn tinh chế kim loại, người ta ứng dụng hiện tượng cực dư ng tan. Chẳng
hạn, để tinh chế đồng, người ta dùng thanh đồng cần tinh chế làm cực dư ng, dung
dịch điện phân là muối đồng tan. Khi d ng điện qua dung dịch, thanh đồng bị h a
tan dần, và ở cực âm sẽ hình thành một lớp đồng tinh khiết.
Để điều chế kim loại, luyện kim bằng d ng điện, người ta tiến hành điện
phân quặng kim loại nóng chảy hoặc các dung dịch muối của chúng. Chẳng hạn, để
luyện nhôm, người ta điện phân quặng bâu xit nhơm ơxit l 2O3) nóng chảy trong
criolit để luyện natri, người ta điện phân muối ăn NaCl nóng chảy.
Mạ là phư ng pháp dùng d ng điện để phủ lên các đồ vật một lớp
kim loại không gỉ như: bạc, vàng...
Muốn mạ một vật nào đó, cần làm sạch bề mặt cần mạ rồi nhúng vào bình
điện phân làm thành cực âm. Cực dư ng là thỏi kim loại của lớp mạ như bạc,
vàng, tùy theo muốn mạ lớp kim loại nào .
ung dịch điện phân là một muối tan của kim loại mạ. Khi d ng điện qua
dung dịch, một lớp kim loại mạ sẽ phủ kín bề mặt cần mạ, c n cự dư ng bị m n
dần. Tùy theo cường độ và thời gian d ng điện qua mà ta có lớp kim loại phủ
mỏng hay dày.
Ta làm thí nghiệm như sau: đặt hai bản cực
song song cách nhau trong khống khí rồi nối vào
nguồn điện hình 1-5). Đặt điện kế để phát hiện
d ng điện trong mạch. Kim điện kế chỉ số không,
báo cho biết trong mạch khơng có d ng điện.
Như vậy, bình thường chất khí khơng dẫn điện.
Nếu ta đốt nóng khơng khí giữa hai bản cực hoặc

chiếu vào đó một chùm bức xạ mạnh thì kim điện
nh 1- Thí nghi m về
n i n ủa hất khí
kế lệch đi,báo cho biết trong mạch có d ng điện.
Điều đó được giả thích như sau: ình thường chất khí có rất ít điện tử tự do,
nên chất khí khơng dẫn điện. Khi có tác nhân ion hóa các ngun tử bị kích thích
và một số điện tử thốt ra trở thành điện tử tự do, nguyên tử trở thành ion dư ng.
15


Một số nguyên tử trung h a lại nhận them điện tử tự do trở thành ion âm. ưới tác
dụng của điện trường, ion dư ng chuyển động về cực âm catốt K , c n điện tử và
ion âm chuyển động về cực dư ng anốt , tạo nên d ng điện.
Vậy d ng điện trong chất khí là d ng các điện tử và các ion chuyển dời có
hướng trong điện trường.
*
thí nghiệm vẽ trên hình 1-5, nếu ta tăng dần điện áp giữa hai bản cực -K
đo bằng vơn mét V , thì q trình phóng điện qua chất khí trải qua các giai đoạn
sau:
1- iai đoạn phóng điện tối: đó là giai đoạn điện áp c n thấp, d ng điện qua
chất khí do các điện tử và ion hình thành dưới tác dụng của yếu tố kích
thích bên ngồi. Lúc đầu, điện áp tăng d ng điện cũng tăng. au đó, tất cả
các điện tử và ion sinh ra đã tham gia chuyển động thành d ng điện cả thì
d ng điện khơng tăng nữa, ta có d ng điện bão h a.
Đặc điểm của giai đoạn phóng điện tối là chất khí khơng phát sáng, và nếu bỏ
tác nhân ion hóa thì d ng điện cũng hết, nên c n gọi là phóng điện khơng tự duy
trì.
2- Giai đoạn phóng điện tia lửa: c n gọi là giai đoạn phóng điện phát sáng.
Đó là giai đoạn điện áp đã khá cao, điện trường giữa hai điện cực – K đủ
mạnh, gia tốc các điện tử và ion gây va chạm với các phần tử khí, làm bật

ra các điện tử tự do và do đó tạo thành ion mới. Kết quả là mật độ điện tử
và ion tăng đột ngột, d ng điện tăng lên rất lớn, khối khí bị đốt nóng và
phát sáng. ấy giờ nếu ta bỏ nguồn gây ion đi, d ng điện trong mạch vẫn
c n phóng điện tự duy trì .
3- Phóng điện hồ quang: giai đoạn phóng điện hồ quang xảy ra khi khối khí
bị đốt nóng dữ dội, điện tử tự do được tạo ra rất nhiều, chuyển động trong
điện trường mạnh. Chúng chuyển động rất nhanh, đến đập vào anốt nóng
đến sáng chói đến 000 . Đặc điểm của dạng phóng điện này là nhiệt độ
rất cao,phát ra ánh sáng chói, giàu tia tử ngoại và cực dư ng bị m n đi
nhanh chóng và khơng cần tác nhân ion hóa bên ngồi, nên cũng thuộc
dạng phóng điện tự duy trì.
Trong thực tế người ta có thể tạo thành hồ
quang như sau: nối hai điện cực than với một
nguồn điện khoảng 0- 0V, cho tiếp xúc với
nhau rồi tách chúng ra một khoảng ngắn hình
1- . Ngay lập tức một tia lửa sáng chói bật lên
giữa hai điện cực, tạo thành hồ quang. uan
sát ta sẽ thấy cực dư ng anốt rất sáng và bị
m n dần, c n cực am anốt có một khoảng h i
nh 1-6: T thành h
ang i n
tối h n, gọi là khoảng tối âm cực.
Nguyên tắc này được ứng dụng làm đèn hồ quang.
Hồ quang cũng sinh ra khi ta đóng ngắt cầu dao điện. Với điện áp lớn thì hồ
quang này rất nguy hiểm. Vì thế ở các thiết bị đóng cắt điện áp cao, d ng điện lớn,
cần có biện pháp dập nhanh hồ quang một cách tin cậy.
16


nh 1-

àn i n h

ang

Hồ quang điện có ứng dụng rất phong phú trong kỹ thuật. Hình 1-7; vẽ s đồ
hàn điện hồ quang. Nguồn điện hàn do máy phát điện hoặc máy biến áp hàn cung
cấp, một cự nguồn nối với kim loại cần hàn, cực kia nối tới mỏ hàn. Hồ quang sinh
ra ở ch hàn làm chảy que hàn lấp kín mối hàn. ue hàn có phủ thuốc hàn để đánh
sạch mối hàn. Thực tế, người ta dùng ngay que hàn làm đầu mỏ hàn 2.
Theo nguyên tắc này, ta có thể cắt hoặc khoan kim loại bằng hồ quang.
trình phóng điện trong chất khí là c sở để chế tạo các đền có khí như
đèn ống, đèn gadơtrơn, tiratrơn, nêơn v.v...
1.2. Quy ớ ủa ịng i n
Theo quy ước, chiều d ng điện là chiều chuyển động của các điện tích dư ng.
Như vậy, trong vật dẫn, d ng điện sẽ đi từ n i có điện thế cao từ , hình 1-2a)
đến n i có điện thế thấp đến . Ngược lại, trong nguồn điện, d ng điện đi từ cực
có điện thế thấp đến cực có điện thế cao h n. Cực có điện thế cao của nguồn gọi là
cực dư ng , cực kia là cực âm - hình 1-8)

nh 1-8

ớ về hiề

òng i n

nh 1-9 Đ thị ủa òng i n th

th i gian

1

C ng ộ òng i n và m t ộ òng i n
a. C
Để xác định độ lớn của d ng điện, người ta dùng đại lượng gọi là cường độ
d ng điện, được định nghĩa như sau:
Định nghĩa: Cường độ d ng điện là lượng điện tích qua tiết diện của dây dẫn
trong một đ n vị thời gian tính bằng sec .
Nếu trong thời gian t, lượng điện tích qua tiết diện dây dẫn q, thì cường độ
d ng điện xác định bằng biểu thức:
I

q
t

(1.1)

đây, là cường độ d ng điện.
Trong hệ đ n vị đo lường hợp pháp Việt Nam, q tính ra culơng, t ra sec thì
tính ra ampe, ký hiệu . Nếu q 1C, t 1s thì
1 . Vậy ampe là cường độ của

17


d ng điện mà m i giây có điện tích 1 culông qua tiết diện dây dẫn. ội số của
ampe là kilôampe k ước số miliampe m và microampe A).
1kA = 1000A = 103A
1mA = 0,001A = 10-3A
1A = 0,000001A = 10-6A = 10-3mA

-1: Tụ điện tích điện đến .10-6, rồi phóng trong thời gian 0,001s. Tính
cường độ d ng điện trung bình trong thời gian phóng.
: p dụng 1-1 để tính trị số cường độ d ng điện phóng trung bình:
I

là 10 .

q
= 5. 10-3 A
t

-2: Tính điện tích nạp vào bộ ắc quy trong 0 phút, biết d ng điện nạp

i: đây t
0phut 1 00s. từ 1-1 rút ra biểu thức tính điện tích nạp
vào acquy: q = I.t = 10. 1800 = 18000C
cường độ d ng điện cũng thường được gọi tắt là d ng điện.
b.
Mật độ d ng điện là đại lượng đo bằng tỷ số giữa d ng điện qua
dây dẫn và tiết diện dây:
δ

I
s

(1.2)

đây  đen - ta là ký hiệu của mật độ d ng điện. Nếu
1 thì  . Vậy ý
nghĩa của  là mật độ d ng điện chính là cường độ d ng điện qua một đ n vị tiết

diện dây dẫn. Trong thực hành, tính ra
tính ra mm2, nên đ n vị của mật độ
d ng điện là /mm2.
-3: ruột cáp bằng nhơm, tiết diện 2 mm2 có d ng điện làm việc cho
phép là 0 . Tính mật độ d ng điện cho phép.
p dụng 1-2 , ta xác định được mật độ d ng điện cho phép trong ruột
cáp.
δ

I
= 2,8 A/mm2
s

Như vậy, m i mm2 tiết diện ruột cáp cho phép d ng điện 2,
2

đi qua.

ÁI NIỆM V V T LIỆU ĐIỆN

Tất cả những vật liệu dùng để chế tạo máy điện, khí cụ điện, dây dẫn hoặc
những vật liệu dùng làm phụ kiện đường dây… được gọi là vật liệu điện. Vật liệu
điện được chia thành nhóm, gồm:
- Vật liệu dẫn điện
- Vật liệu cách điện
- Vật liệu dẫn từ.
au đây sẽ giới thiệu khái quát về đặc điểm, tính chất cũng như phạm vi ứng
dụng của từng loại.
21 V t i

n i n

Vật liệu dẫn điện là những vật liệu cho d ng điện đi qua nó, hầu hết những
vật liệu này đều ở thể rắn, là những kim loại hoặc hợp kim. Ngoài ra cũng có một
18


số vật liệu dẫn điện ở thể khí như h i thủy ngân hoặc thể lỏng như các dung dịch
điện phân . Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận mang điện trong hệ
thống điện, trong máy móc, trong thiết bị, khí cụ điện.
Vật liệu dẫn điện có các tính chất c bản sau:

1
   



- Điện dẫn suất của vật liệu

(1.3)

- Hệ số nhiệt của điện trở suất
- Nhiệt dẫn suất
- Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động
- iới hạn bền khi kéo và độ dãn dài tư ng đối khi đứt.
Đi n tr là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở d ng điện của vật liệu.
ét về mặt kết cấu, điện trở của vật liệu điện được tính như sau:
R

l

s

(1.4)

l: chiều dài của vật dẫn m
: là tiết diện của vật dẫn m2]
: là điện trở suất, phụ thuộc vào bản chất của vật liệu m
R: là điện trở của vật dẫn
ựa vào biểu thức trên ta thấy: Nếu có hai vật dẫn khác nhau khác chất ,
nhưng có cùng chiều dài, cùng tiết diện thì vật nào có điện trở suất lớn h n thì vật
đó sẽ có điện trở cao h n, nghĩa là d ng điện chạy qua nó sẽ khó khăn h n.
Đi n tr
ất là đại lượng đặc trưng cho tính dẫn điện hay cách điện của vật
liệu. Nó phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Nếu vật có điện trở suất càng nhỏ thì
dẫn điện càng tốt và ngược lại.
iá trị điện trở suất của một số vật liệu thông dụng cho trong bảng sau:
ảng 1 Đi n tr
V t i
Đồng
Đồng thau Cu

1,75.10-8
n

-8

(7-8). 10
2,9. 10-8

Vonfram

5,6. 10-8

Constantan (60%Cu+ 40%Ni)

(49 - 51). 10-8

Maiso (Cu+ Zn+ Ni)

30. 10-8

Maganin (86%Cu + 12% Mn+2% Ni)

42. 10-8

Thủy tinh

109

Nhựa PVC
ứ

i
ng

m

Nhôm

ầu máy biến áp

19

ất ủa kim

1010-1013
1013-1014
1013

ng

Làm dây dẫn,tiếp điểm, thanh
cái...
ùng làm bộ phận đốt nóng
trong thiết bị gia nhiệt

ùng làm vật liệu cách điện


c.
-



-

-

Các vật liệu dẫn điện đều có những đặc điểm sau đây:
Điện trở suất thấp

Hầu hết đều là kim loại và hợp kim
Có độ bền tốt, d o, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi…

Khi cần chọn lựa vật liệu dẫn điện người ta thường căn cứ vào:
Tùy vào nhu cầu sử dụng mà người ta chọn vật liệu có điện
trở suất phù hợp. Ví dụ: như khi chế tạo dây dẫn thường dùng đồng, nhơm có 
bé , c n khi làm các dây đốt nóng thì dùng các loại hợp kim như constantan,
maiso… có  lớn h n .
Tùy vào quy trình làm việc mà chọn vật liệu có độ bền c ,
thích hợp, ví dụ: Để tăng đó bền kéo cho dây dẫn người ta dùng dây có lõi thép,
tiếp điểm thì dùng đồng thau, đồng thanh.
+
Căn cứ vào mức độ dẫn điện của vật liệu, người ta chia VL Đ thành 2 nhóm
chính:
vì điện trở suất  nhỏ nên điện trở cũng nhỏ
theo, các vật liệu này thường làm dây dẫn, các bộ phân mang điện chính như tiếp
điểm, thanh cái… kim loại đặc trưng cho nhóm này là đồng, nhơm hoặc hợp kim
của đồng.
nhóm này có điện trở tư ng đối lớn nên
dùng làm các bộ phận đốt nóng trong các thiết bị gia nhiệt hoặc dây tóc bóng đèn
như maganin, von ram… đặc điểm chung của nhóm này là khả năng chịu nhiệt rất
cao có thể lên đến hàng nghìn oC.

:
có mầu đỏ, điện trở suất nhỏ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt,
độ bền c cao, tốc độ ăn m n chậm, dễ gia công, dễ hàn nối. Đồng là một trong
những kim loại chủ lực để chế tạo dây dẫn điện, dây quấn máy điện, các bộ phận
trong máy điện, khí cụ điện…
Khi chế tạo dây dẫn, thỏi đồng lúc
đầu được cán nóng thành dây có đường

kính (6,5-7,2) mm, sau đó được rửa sạch
trong dung dịch axít sun uric loảng để
khử đồng ơxít CuO sinh ra trên bề mặt
khi đốt nóng đồng, cuối cùng kéo nguội
thành sợi có đường kính cần thiết đến
nh 1-10: V t i
hế t
ộng
i n
(0,03 - 0,02) mm.
Đồng tiêu chuẩn là đồng ở trạng thái ủ, ở 20oC có điện trở suất là:
17,241.10-8 m. Người ta thường dùng số liệu này làm gốc để đáng giá điện
dẫn suất của các kim loại và hợp kim khác.
20


Tính chất c của dây dẫn bằng đồng được cho trong bảng 2:
ảng 2 Tính hất

Tính chất
iới hạn bền kéo không nhỏ h n
Độ dãn dài tư ng đối khi đứt

Đ n vị đo

ủa

n

Đồng

MT

MM

KG/mm2

36 - 39

26 - 28

%

0,5 - 2,5

18 - 35

m

1,79. 10-8

1,754.10-8

không nhỏ h n
Điện trở suất không nhỏ h n

ua bảng trên ta thấy ảnh hưởng rất mạnh của q trình gia cơng đến tính
chất c của vật liệu làm dây dẫn, cũng như ảnh hưởng của nhiệt luyện đến điện trở
suất của kim loại.
Trong một số trường hợp, ngoài đồng tinh khiết c n sử dụng cả hợp kim
đồng với một lượng nhỏ thiếc, silic, phốtpho, beri, crơm, magiê, cadimi.v.v… làm

vật dẫn. Có hai loại hợp kim đồng thường sử dụng là đồng thau và đồng thanh.
là hợp kim
của đồng với kẽm với thành phần
kẽm chứa trong đồng thau khơng
q
. Nếu thành phần kẽm
chứa ít h n 2
thì đồng thau có
độ d o nhưng độ bền giảm. Nếu
thành phần kẽm chứa nhiều h n
2
thì đồng thau có độ bền tăng
nhưng giảm độ d o. Đồng thau
được sử dụng nhiều trong ngành
nh 1-11 Nh m hế t
n
điện v.v…
Là hợp kim của đồng với các nguyên tố kim loại khác trừ kẽm. Nếu trong
đồng thanh chỉ có hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh đa nguyên, nếu có
nhiều h n hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh đa ngun.
Đồng thanh có đặc tính dễ cắt gọt và tính chống ăn m n cao, một số đồng
thanh c n có tính chống mài m n làm hợp kim đỡ sát, chế tạo ổ trục.
Đồng thanh có tính chất đúc tốt, đồng thanh với những thành phần thích hợp
nó có những tính chất c học tốt h n đồng. Điện trở suất của đồng thanh cao h n
đồng tinh khiết, đồng thanh cũng được sử dụng rộng rãi để chế tạo l xo dẫn
điện,làm các tiếp điểm đặc biệt là tiếp điểm trượt.

21

Tính chất của hợp kim đồng kỹ thuật bảng
ảng 3: Tính hất h
Hợp kim
Đồng thanh

Trạng thái
kéo nguội

cadimi

:

kim ủa kim

Điện dẫn
so với đồng

i

ng

iới hạn bền
kéo kg/mm2)

Độ dãn dài
tư ng đối khi
đứt

Đến 1

50

83 - 90

Đến

4

55 - 60

29

55

50 - 55

Đến

4

15 - 18

37

45

15 - 18

Đến

4

10 - 15

40

60

10 - 15

105

3

25

32 – 35

60 - 70

25

Đến

95

(0,9% cd)
Đồng thanh 0,

kéo nguội

%Cd; 0,6%Sn)
Đồng thanh

kéo nguội

(2,5%Al; 2%Sn)
Đồng thanh phốt

kéo nguội

pho
Đồng thau

kéo nguội

5

2a. Nhôm: Sau đồng, nhôm là vật liệu quan trọng thứ hai được sử dụng trong
kỹ thuật điện, nhôm có điện dẫn suất cao nó chỉ thua bạc, đồng và thiếc , trong
lượng riêng nhỏ 2,
/cm3 , tính chất vật liệu và hóa học cho ta khả năng dùng
nó làm dây dẫn điện.
Nhơm có mầu bạc trắng là kim loại
tiêu biểu cho các kim loại nh nghĩa là
kim loại có khối lượng riêng nhỏ h n 5
G/cm3 . Khối lượng riêng của nhôm đúc
gần bằng 2, /cm3, nhôm cán là 2,
G/cm3, nh h n đồng , lần. Hệ số nhiệt
độ, dãn nở dài, nhiệt dung và nhiệt nóng

chảy của nhôm đều lớn h n đồng.
nh 1-12 Nh m hế t

m sau:

n

u điểm:
- iá thành thấp
- Trọng lượng nh nên được dùng để chế tạo, tụ điện, các đường dây tải điện
trên khơng, những đường cáp này để có điện trở nhỏ, đường kính dây phải lớn nên
giảm được hiện tượng phóng điện vầng quang.
22


* Nhược điểm:
- Cùng một tiết diện và độ dài, nhơm có điện trở cao h n đồng 1, lần
- Khó hàn nối h n đồng, ch nối tiếp xúc khơng hàn dễ hình thành lớp ơxít
có trị số điện trở suất khá cao phá hủy ch tiếp xúc.
Khi cho nhôm và đồng tiếp xúc nhau, nếu bị ẩm sẽ hình thành pin cục bộ có
trị số suất điện động khá cao, d ng điện từ nhôm sang đồng phá hủy mối tiếp xúc
rất nhanh.
Là hợp kim của nhôm với các nguyên tố kim loại khác nhau như đồng, silic,
mangan, magiê...
Tùy theo thành phần và đặc tính cơng nghệ của hợp kim nhơm,người ta chia
nó thành hai nhóm:
- Nhóm hợp kim nhơm biến dạng
- Nhóm hợp kim nhơm đúc
Nhóm hợp kim nhôm biến dạng được dùng để chế tạo các tấm nhôm, các
băng, các dây nhôm, cũng như các chi tiết có thể rèn, dập và ép được...

Nhóm hợp kim nhôm đúc dùng để sản xuất các chi tiết đúc như vỏ động
c điện và các chi tiết máy có hình dạng từ đ n giản đến phức tạp...
3Chì nhận được từ các mỏ như: alen Pb , xeru ít PbCO , ngle ít
Pb O v.v… và thường qua nhiều phư ng pháp để thu được chì thơ. ản phẩm
thu được chì thơ gồm 2 chì.
Chì được tinh luyện theo phư ng pháp khơ, thong qua nóng chảy hay theo
phư ng pháp điện phân để loại bỏ tạp chất và cuối cùng thu được chì với mức độ
tinh khiết là
, – ,
chì kỹ thuật được cung cấp dưới dạng thỏi
kg
và được dùng trong cấu tạo cáp điện và nhiều lĩnh vực khác.
Chì dùng trong ắc quy cung cấp dưới dạng thỏi
- 45)kg.
Chì có ký hiệu hóa học là: Pb, trọng lượng riêng là: 11.
/cm 3, nóng chảy
ở nhiệt độ 2 oC.
Chì là kim loại có mầu tro sáng, nặng, h i xanh da trời mầu xám là kim loại
công nghiệp rất mềm. Người ta có thể uốn cong dễ dàng hoặc cắt bằng dao cắt
công nghiệp. Ch mới cắt sẽ ánh kim loại sáng nhưng nó sẽ mờ đi nhanh do oxy
hóa bề mặt Pb2O và PbO . Chì có điện trở suất lớn và có thể chuyển sang trạng
thái siêu dẫn. -250,70C điện trở của chì có 0,01 11 /cm.
Chì có sức bền với thời tiết xấu do có những tổ hợp bảo vệ hình thành trên bề
mặt PbCO3, PbSO4 v.v… .
Chì khơng bị tác dụng của axít HCl H2SO4 axít sun uar photphoric hoặc
amoniắc, sút, clo.
Chì h a tan dễ dàng trong a xít HNO3 pha lỗng hay a xít axetic. ự bay h i
của chì rất độc. Chì là kim loại dễ dát mỏng, có thể được dát và kéo thành những lá
mỏng.
23

Chì khơng có sức đề kháng ở dao động, đặc biệt ở nhiệt độ cao nó rất dễ bị
nứt khi có áp lực va đập dao động .
b. H
Là hợp kim của chì với các nguyên tố: b Te và n với một hàm lượng nhỏ
thì có cấu trúc sẽ mịn h n và chịu được sự rung động song ít bền với sự ăn m n.
Hợp kim chì – thiếc: là chất hàn mềm có nhiệt độ nóng chảy 000C
Chì dẫn điện tốt, mềm dẽo, nhiệt nóng chảy thấp. Chì và hợp kim của chì
chì thiếc, chì kẽm… được dùng làm dây chảy, dây để hàn nối.
c.
Chì và hợp kim chì được dùng để làm lớp vỏ
bảo vệ cáp điện nhằm chống lại ẩm ướt. Vỏ chì ở
cáp điện được chế tạo từ chì kỹ thuật.
Đơi khi lớp vỏ này sử dụng như dây dẫn thứ
ví dụ: trường hợp cáp có dây dẫn . Chì c n được
dùng chế tạo ắc quy điện có các tấm bản chì
nh 1-13
hả
h
PbAc1, PbAc2.
4-Vofram
- Ký hiệu là:
- Là điện trở chủ yếu làm sợi tóc của bóng đèn có tim.
- Điện trở suất: 0,55m (55*10-8m)
- Nhiệt độ nóng chảy:
00C cao nhất trong các kim loại
- Hệ số nhiệt độ: 0,00
- Là kim loại rắn, rất nặng, có mầu xám, vo ram được dùng làm tiếp điểm.
u điểm:

n định khi làm việc
Độ mài m n c nhỏ do vật liệu
có độ cứng cao. Có khả năng chống
tác dụng của hồ quang làm dính tiếp
điểm do khó nóng chảy.
Độ ăn m n bề mặt nhỏ, nghĩa là
ăn m n điện tạo thành những vết rổ và
gờ do bị làm nóng cục bộ.

nh 1-1

t

n

i

t b ng v n ram

Nhược điểm:
- Khó gia cơng
- điều kiện bình thường dễ tạo thành màng oxít
- Cần có áp lực lớn để giảm điện trở tiếp xúc.
5-Constantan: (60%Cu + 40%Ni)
Có hệ số nhiệt độ thấp nên điện trở ít phụ thuộc nhiệt, sử dụng làm điện trở
chuẩn trong ph ng thí nghiệm, nhiệt ngẫu, biến trở khởi động. Khơng làm điện trở
tỏa nhiệt quá nhiệt độ 4500C là hợp kim của đồng và niken).
Điện trở suất: 0,49m (49*10-8m)
Nhiệt độ nóng chảy: 12 00C
24

6- Maganin: là hợp kim của
Cu 12 Mn 2 Ni có điện trở suất
cao, hệ số nhiệt bé dùng làm điện trở mẫu thời gian làm việc lâu dài thì nhiệt độ
làm việc không quá 00C , điện trở đo lường. Điện trở suất: 0,42m (42*108
m).
22 V t i

h i n

Phần điện của các thiết bị có phần dẫn điện và phần cách điện. Phần dẫn điện
là tập hợp các vật dẫn khép kín mạch để cho d ng điện chạy qua. Để đảm bảo
mạch làm việc bình thường, vật dẫn cần được cách ly với các vật dẫn khác trong
mạch, vật dẫn của mạch khác hoặc vật dẫn nào đó trong khơng gian. Ngồi ra c n
phải cách ly vật dẫn với các nhân viên làm việc với mạch điện. Như vậy vật dẫn
phải được bao bọc bởi các vật liệu cách điện.
Vật liệu cách điện c n được gọi là điện môi. Điện môi là những vật liệu làm
cho d ng điện đi đúng n i quy định. Có thể phân chia vật liệu cách điện như sau:

- Vật liệu cách điện thể rắn: như thủy tinh, sứ, cao su, mica…
- Vật liệu cách điện thể lỏng: như véc ni, dầu máy biến áp…
- Vật liệu cách điện thể khí: khơng khí, hyđrơ, khí tr …

- Vật liệu cách điện vô c : mica, amiăng…
- Vật liệu cách điện hữu c : cao su, vải sợi, các hợp chất cao phân tử…
 Hiện tượng đánh thủng điện môi:
Trong điều kiện bình thường, vật liệu cách điện có điện trở rất lớn nên nó
làm cách ly các phần mang điện với nhau. Nhưng nếu các vật liệu này đặt vào mơi
trường có điện áp cao thì các mối liên kết bên trong vật liệu sẽ bị phá hủy làm nó

mất tính cách điện đi. Khi đó, người ta nói vật liệu cách điện đã bị đánh thủng.
iới hạn điện áp cho phép mà vật liệu cách điện c n làm việc được, được
gọi là độ bền cách điện của vật liệu điện.
 Độ bền cách điện:
Độ bền cách điện phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. iá trị độ bền cách
điện cho trong bảng sau:
V t i
Khơng khí
iấy tẩm dầu
Cao su
Nhựa PVC
Thủy tinh
Mica
ầu biến áp
ứ
Carton

25

Độ bền
h i n
Eb kV/mm
3
10 – 25
15 – 20
32,5
10 – 15
50 – 100
5 –18
15 – 20

8 – 12

Giới h n i n
1
3,6
3–6
3,12
6 – 10
5,4
2 – 2,5
5,5
3 – 3,5

an t àn 


iá trị điện áp đánh thủng

đt

được tính:

U®t = Eb®.d

(1.5)

Ebđ: độ bền cách điện của vật liệu kV/mm
d: bề dày tấm vật liệu cách điện mm
Như vậy để vật liệu làm việc an tồn mà khơng bị đánh thủng thì điện áp đặt
vào vật phải bé h n đt một số lần tùy vào các chất khác nhau.

Tỉ số giữa điện áp đánh thủng và điện áp cho phép vật liệu c n làm việc gọi là
hệ số an toàn ().
Với:



Udt
U cp

(1.6)

Ucp: điện áp cho phép vật liệu làm việc kV
: giới hạn an toàn, phụ thuộc vào bản chất vật liệu.
2

V t i

nt

a.

i
Vật liệu từ là vật liệu có khả năng
từ hóa tức là chịu biến đổi về từ tính
dưới tác động của từ trường ngoài và
khử từ khác nhau.
b.
i
Người ta lại phân chia vật liệu từ
thành 2 loại:

Vật liệu từ cứng
Vật liệu từ mềm

nh1-1

ng

ng m h t

àm m

biến


(Soft magnetic materials)
Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm ban đầu từ vài trăm, đến vài ngàn, các vật liệu
có tính từ mềm tốt có thể đạt tới vài chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn.
Chú ý: Độ từ thẩm (permeability) là đại lượng đặc trưng cho khả năng phản
ứng của vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngồi.
Tơn Silic: Là hợp kim của sắt khoảng
, với Silic i , hoặc chứa thêm
khoảng ,
nhôm (Al)
Hợp kim Permalloy: Là hợp kim của niken (Ni) và sắt (Fe)
ừ ề
- Lõi biến thế, lõi dẫn từ, cuộn cảm
- Nam châm điện
- Cuộn chặn, cảm biến đo từ trường

(Hard magnetic materials)

Là vật liệu sắt từ, khó khử từ và khó từ hóa. Ý nghĩa của tính từ "cứng" ở đây
chính là thuộc tính khó khử từ và khó bị từ hóa, chứ khơng xuất phát từ c tính của
vật liệu từ.
26


Hợp kim lNiCo: Là hợp kim được sử dụng trong nam châm vĩnh cửu
Vật liệu từ cứng errite: Là các gốm errite
Vật liệu từ cứng có thể dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu hoặc được
sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các ổ đĩa cứng, các băng từ.
ỤNG Đ NG
VOM
1 h i ni m h ng
Đồng hồ vạn năng kim VOM là loại đồng hồ có nhiều chức năng được tích
hợp lại trong một thiết bị đo, ta chỉ cần thay đổi vị trí của chuyển mạch và các đầu
vào ra trên đồng hồ là có thể đo được các đại lượng như: Điện trở, điện áp xoay
chiều, một chiều, d ng điện xoay chiều, một chiều, cường độ âm thanh, điện
dung...
u điểm của đồng hồ VOM là đo nhanh, kiểm tra được nhiều loại linh kiện,
thấy được sự phóng nạp của tụ điện, tuy nhiên đồng hồ này có hạn chế về độ chính
xác và có trở kháng thấp khoảng 20K/Vol do vậy khi đo vào các mạch cho d ng
thấp chúng bị sụt áp.
3.2 Cấ t và
- ấ ạo

h

nh 1-1

Đ ng h v n năng

A. Vạch chia tỉ lệ 2. iá trị mở rộng
thang đo
B. Vạch chia tỉ lệ 3. Núm điều chỉnh
DCV.A
‘0 kim chỉ thị
C. Vạch chia tỉ lệ
4. Vị trí tắt
AC10V
D. Vạch chia tỉ lệ
5. Phần đo C.V
AC15A

7. Đầu ra

1. Kim chỉ thị

11.

27

6. Đầu ra O TP T

P

12. Thang đo C1

8. Đầu ra – 13. Công tắc chọn
COM(N)
thang đo

9. Phần đo 14. Núm chỉnh ‘0 m
DC.mA
10. Phân đo
15. Phần đo C.V
Đầu
AC15A

ra 16. Nắp bảo vệ trước,
sau)