Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
IV. Linh kiện điện tử thụ động

IV. Linh kiện điện tử thụ động

Tải bản đầy đủ - 0trang

 Khái niệm về mạch điện

 Mạch điện :là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn



(phần tử dẫn) tạo thành những vòng kín trong đó dòng điện có thể chạy

qua. Mạch điện thường gồM các loại phần tử sau: nguồn điện, phụ tải

(tải), dây dẫn.



Hình 1.1.a

+ Nguồn điện: Nguồn điện là thiết bị phát ra điện năng. Về nguyên lý, nguồn

điện là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt

năng thành điện năng.



Hình 1.1.b

+ Tải: Tải là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng thành các

dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng v…v. (hình

1.1.c)



Hình 1.1.c

+



Dây dẫn: Dây dẫn làm bằng kim loại (đồng, nhôm ) dùng để truyền tải điện

năng từ nguồn đến tải.



 Kết cấu hình học của mạch điện

+

+

+

+



+

+



Nhánh: Nhánh là một đoạn mạch gồm các phần tử ghép nối tiếp nhau, trong

đó có cùng một dòng điện chạy từ đầu này đến đầu kia.

Nút: Nút là điểm gặp nhau của từ ba nhánh trở lên.

Vòng: Vòng là lối đi khép kín qua các nhánh.

Mắt lưới : vòng mà bên trong khơng có vòng nào khác

 Các đại lượng đặc trưng quá trình năng lượng trong mạch điện

Để đặc trưng cho quá trình năng lượng cho một nhánh hoặc một phần tử của

mạch điện ta dùng hai đại lượng: dòng điện i và điện áp u.

Cơng suất của nhánh: p = u.i

Dòng điện

• Dòng điện i về trị số bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q qua

tiết diện ngang một vật dẫn: i = dq/d



Hình 1.2.a

• Chiều dòng điện quy ước là chiều chuyển động của điện tích dương

trong điện trường.

+ Điện áp

• Hiệu điện thế (hiệu thế) giữa hai điểm gọi là điện áp. Điện áp giữa

hai điểm A và B:





Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có

điện thế thấp.



Chiều dương dòng điện và điện áp







Hình 1.2.b

Khi giải mạch điện, ta tùy ý vẽ chiều dòng điện và điện áp trong các nhánh gọi

là chiều dương. Kết quả tính tốn nếu có trị số dương, chiều dòng điện (điện



áp) trong nhánh ấy trùng với chiều đã vẽ, ngược lại, nếu dòng điện (điện áp) có

trị số âm, chiều của chúng ngược với chiều đã vẽ.

+ Cơng suất

Trong mạch điện, một nhánh, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc phát

năng lượng.

• p = u.i > 0 nhánh nhận năng lượng

• p = u.i < 0 nhánh phát nănglượng

• Đơn vị đo của cơng suất là W (Oát) hoặc KW

+ Nguồn điện áp và nguồn dòng điện

• Nguồn điện áp

Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp trên

hai cực của nguồn.



Hình 1.3.1.a



Hình 1.3.1.b



Nguồn điện áp còn được biểu diễn bằng một sức điện động e(t)

(hình1.3.1.b).

Chiều e (t) từ điểm điện thế thấp đến điểm điện thế cao. Chiều điện áp

theo quy ước từ điểm có điện thế cao đến điểm điện thế thấp:

u(t) = - e(t)

• Nguồn dòng điện

Nguồn dòng điện J (t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và

duy trì một dòng điện cung cấp cho mạch ngồi ( hình 1.3.1.c)



Hình 1.3.1.c

 Một số linh kiện điện thụ động

+



Điện trở R

• Điện trở R đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và biến đổi điện

năng sang dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, cơ năng

v…v.

• Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện trở : uR =R.i (hình1.3.2.)

• Đơn vị của điện trở là W (ơM)

• Cơng suất điện trở tiêu thụ: p = Ri2



Hình 1.3.2



+









Điện dẫn G: G = 1/R. Đơn vị điện dẫn là Simen (S)

Điện năng tiêu thụ trên điện trở trong khoảng thời gian t :







Khi i = const ta có A = R i2.t



Điện cảm L

• Khi có dòng điện i chạy trong cuộn dây W vòng sẽ sinh ra từ thơng móc

vòng với cuộn dây

(hình 1.3.3)

• Điện cảm của cuộc dây:







Đơn vị điện cảm là Henry (H).

Nếu dòng điện i biến thiên thì từ thơng cũng biến thiên và theo định luật

cảm ứng điện từ trong cuộn dây xuất hiện sức điện động tự cảm:







Quan hệ giữa dòng điện và điện áp:



Hình 1.3.3





Cơng suất tức thời trên cuộn dây:







Năng lượng từ trường của cuộn dây:



Điện cảm L đặc trưng cho q trình trao đổi và tích lũy năng lượng từ

trường của cuộn dây.

+ Điện dung C

• Khi đặt điện áp uc hai đầu tụ điện (hình 1.3.4), sẽ có điện tích q tích lũy

trên bản tụ điện.:









Nếu điện áp uC biến thiên sẽ có dòng điện dịch chuyển qua tụ điện:







Ta có:



Hình 1.3.4





Cơng suất tức thời của tụ điện:







Năng lượng điện trường của tụ điện:



Điện dung C đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng điện trường

( phóng tích điện năng) trong tụ điện.

• Đơn vị của điện dung là F (FIara)





 Phân loại và các chế độ làm việc của mạch điện

+



Phân loại theo loại dòng điện

• Mạch điện một chiều: Dòng điện một chiều là dòng điện có chiều khơng

đổi theo thời gian. Mạch điện có dòng điện một chiều chạy qua gọi là

mạch điện một chiều.

• Dòng điện có trị số và chiều khơng thay đổi theo thời gian gọi là dòng

điện khơng đổi (hình 1.4.a)

• Mạch điện xoay chiều: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều biến

đổi theo thời gian. Dòng điện xoay chiều được sử dụng nhiều nhất là

dòng điện hình sin (hình 1.4.b).



Hình 1.4.a



Hình 1.4.b



+



Phân loại theo tính chất các thơng số R, L, C của mạch điện

• Mạch điện tuyến tính: Tất cả các phần tử của mạch điện là phần tử tuyến

tính, nghĩa là các thơng số R, L, C là hằng số, khơng phụ thuộc vào dòng

điện i và điện áp u trên chúng.

• Mạch điện phi tính: Mạch điện có chứa phần tử phi tuyến gọi là mạch

điện phi tuyến. Thông số R, L, C của phần tử phi tuyến thay đổi phụ

thuộc vào dòng điện i và điện áp u trên chúng.



+



Phụ thuộc vào quá trình năng lượng trong Mạch người ta phân ra chế độ

xác lập và chế độ quá độ

• Chế độ xác lập: Chế độ xác lập là q trình, trong đó dưới tác động của

các nguồn, dòng điện và điện áp trên các nhánh đạt trạng thái ổn định. Ở

chế độ xác lập, dòng điện, điện áp trên các nhánh biến thiên theo Một

quy luật giống với quy luật biến thiên của nguồn điện

• Chế độ quá độ: Chế độ quá độ là quá trình chuyển tiếp từ chế độ xác lập

này sang chế độ xác lập khác. Ở chế độ quá độ, dòng điện và điện áp

biến thiên theo các quy luật khác với quy luật biến thiên ở chế độ xác

lập.

Phân loại theo bài tốn về mạch điện

Có hai loại bài tốn về mạch điện: phân tích mạch và tổng hợp mạch.

Nội dung bài tốn phân tích mạch là cho biết các thơng số và kết cấu mạch

điện, cần tính dòng, áp và cơng suất các nhánh.

Tổng hợp mạch là bài toán ngược lại, cần phải thành lập một mạch điện với

các thơng số và kết cấu thích hợp, để đạt các yêu cầu định trước về dòng, áp

và năng lượng.



+









 Hai định luật kiếchốp



Định luật Kiếchốp 1 và 2 là hai định cơ bản để nghiên cứu và tính tốn mạch

điện.

+ Định luật kiếchốp 1

• Tổng đại số các dòng điện tại Một nút bằng khơng:

Trong đó thường quy ước các dòng điện có chiều đi tới nút mang dấu

dương, và các dòng điện có chiều rời khỏi nút thì mang dấu âm hoặc ngược

lại.

• Ví dụ : Tại nút A hình 1.5.1, định luật Kiếchốp 1 được viết:

i1 + i2 – i3 – i4 = 0



Hình 1.5.1

+ Định luật kiếchốp 2

• Đi theo Một vòng khép kín, theo Một chiều dương tùy ý, tổng đại số các



điện áp rơi trên các phần tử R ,L, C bằng tổng đại số các sức điện động có

trong vòng; trong đó những sức điện động và dòng điện có chiều trùng với

chiều dương của vòng sẽ mang dấu dương, ngược lại mang dấu âm.

• Ví dụ: Đối với vòng kín trong hình 1.5.2, định luật Kiếchốp 2:



Hình 1.5.2



 Một số linh kiến điện chủ động

+



Diode

Khái niệm: Diode là một linh kiện chỉ cho phép dòng điện chạy qua

nó theo một chiều nhất định, chiều ngược lại thì dòng điện khơng thể

đi qua

• Cấu tạo: diode được cấu tạo từ hai lớp bán dẫn tiếp xúc với nhau.

Diode có 2 cực là Anốt và Katot. Nó chỉ cho dòng điện đi theo 1





chiều từ Anốt sang Katot. Nó được dùng như van một chiều trong

mạch điện,

• Ưng dụng: Do tính chất dẫn điện 1 chiều nên diode thường được sử

dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thánh 1 chiều, các

mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động.

(hình ảnh)

• Các loại diode thường dùng

− Diode bán dẫn

− Diode Schottky

− Diode Zener

− Diode phát quang- LED( Light Emitting Diode)

− Diode quang- Photodiode

− Diode biến dung- Varicap

− Diode ổn định dòng điện

− Diode step- recovery

− Diode ngược

• Cách kiểm tra diode

Để kiểm tra diode chỉ cần kiểm tra dòng điện chạy qua theo một

chiều và không chạy được theo chiều ngược lại là diode còn tốt.

Hoặc là bạn dùng một đồng hồ đo điện kiểm tra giá trị điện trở của

diode theo chiều dẫn thì xấp xỉ bằng 0 và chiều ngược lại thì ra vơ

cùng. Hoặc dùng thêm một điện trở hạn dòng, 1 led và nguồn rồi

đấu các linh kiện nối tiếp và áp nguồn vào; led chỉ phát sáng một

chiều gắn diode , gắn ngược chiều diode lại thì led khơng sáng thì là

diode còn tốt.

+ Transistor

• Khái niệm: là một linh kiện điện tử bán dẫn chủ động, thường đươch

sử dụng như phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.

• Cấu tạo: Transistor gồm 3 lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành 2

mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được transistor

thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được transistor ngược. về

phương diện cấu tạo transistor tương đương với 2 diode đấu ngược

chiều nhau

(hình ảnh)

• Phân loại:

− NPN( Transistor ngược)



1 Khái quát:

Transistor được làm bằng cách tạo hai phần tiếp nối bán

dẫn kề nhau. Transistor npn được cấu tạo bằng lớp n và

lớp p. Người ta gọi 1 cực của lớp n là cực thu hay cực

góp(collector) và cực n khác là cực phát(emitter), lớp p ở

giữa gọi là cực gốc(base). Mũi tên đổi hướng tùy theo

việc transistor là loại kết nối npn hay pnp. Cũng giống

như diode phần phía trước của mũi tên thế hiện hướng

của dòng điện giữa cực phát và cực gốc.

Khi cực phát của transistor trở thành cực chung giữa đầu

vào và đầu ra gọi la cấu tạo của emitter chung(common

emitter;CE) cực thu thành đầu ra còn cực gốc thành đầu

vào. Độ lợi dòng điện xi chiều CE là đặc tính transistor

quan trọng nhất, biểu thị bằng β và . Ở đây lợi dụng dòng

điện xoai chiều CE 1 chiều biểu thi bằng và được định

nghĩa như sau :

2 nguyên lý hoạt động

Thông thường linh kiện điện tử chủ động có sử dụng tác

động dẫn điện tiếp giáp PN của chất bán dẫn dể tác đọng

khếch đại gọi là transistor.







Ta cấp một nguồn một chiều UCEvào hai cực C và E trong đó (+)

nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.







Cấp nguồn một chiều UBEđi qua cơng tắc và trở hạn dòng vào hai cực

B và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.







Khi cơng tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp

điện nhưng vẫn khơng có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng

IC= 0 )







Khi cơng tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng

điện chạy từ (+) nguồn UBEqua cơng tắc => qua R hạn dòng => qua

mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB







Ngay khi dòng IBxuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối

CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB







Như vậy rõ ràng dòng IChồn tồn phụ thuộc vào dòng IB và phụ

thuộc theo một cơng thức .

IC = β.IB



Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE





IB là dòng chạy qua mối BE







β là hệ số khuyếch đại của Transistor



Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt

qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp

bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ

lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn

số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ

trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác

dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.



PNP( Transistor thuận):



Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực

tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn

dòng IB đi từ E sang B.



Ứng dụng: transistor được ứng dụng trong mạch khuếch đại, mạch điều khiển đóng

mở role…

 Một số linh kiện khác



Thyristor hay chỉnh lưu silic có điều khiển( SCR) là phần tử bán dẫn có cấu tạo tứ 4

Thyristor hay chỉnh lưu silic có điều khiển( SCR) là phần tử bán dẫn có cấu

tạo tứ 4 lớp bán dẫn, tạo ra 3 lớp tiếp giáp P-N: J1,J2,J3. Nó dùng cho chỉnh

lưu dòng điện có điều khiển.

+ Triac: là một linh kiện bán dẫn có 3 cực 5 lớp , làm việc như 2 thysistor

mắc song song ngược chiều có thể dẫn điện theo 2 chiều. ứng dụng điều

chinh điện áp xoay chiều và các công tắc tơ tĩnh

+ Thermistor: là loại điện trở có trở kháng thay đổi rõ rệt dưới tác dụng nhiệt.

Ưng dụng làm cảm biến nhiệt, hạn chế các dòng xung kích

 Cảm biến( sensor)

+ Khái niệm: Cảm biến là những thiết bị có khả năng cảm nhận

những đại lượng điện và khơng điện, chuyển đổi chúng thành

những tín hiệu điện phù hợp với thiết bị thu nhận tín hiệu, là thiết

bị khơng thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa và sản xuất

cơng nghiệp.

+ Phân loại

1. Cảm biến tiệm cận

Có 2 loại cảm biến tiệm cận thường dùng trong công

nghiệp là cảm biến tiệm cận kiểu cảm ứng và cảm biến

tiệm cận kiểu điện dung

+



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

IV. Linh kiện điện tử thụ động

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×