(NB) Giáo trình Điện tử cơ bản với mục tiêu giúp các bạn có thể giải thích và phân tích được cấu tạo nguyên lý các linh kiện kiện điện tử thông dụng; Nhận dạng được chính xác ký hiệu của từng linh kiện, đọc chính xác trị số của chúng; Phân tích được nguyên lý một số mạch ứng dụng cơ bản như mạch chỉnh lưu, mạch khuếch đại tín hiệu...
Lịch sử phát triển công nghệ điện tử
Các cấu kiện bán dẫn như diode, transistor và mạch tích hợp (IC) hiện diện rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày, từ Walkman, TV, ôtô đến máy giặt, máy điều hòa và máy tính Những thiết bị này không chỉ có chất lượng ngày càng cao mà còn có giá thành ngày càng rẻ hơn.
PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này
Yếu tố quan trọng nhất góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp máy tính là việc ứng dụng các kỹ thuật và kỹ năng tiên tiến để chế tạo transistor với kích thước ngày càng nhỏ Sự thu nhỏ này không chỉ giúp giảm giá thành sản phẩm mà còn tối ưu hóa công suất, từ đó thúc đẩy sự đổi mới và tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ thông tin.
- 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”)
- 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”)
- 1906 Lee de Forest (“Triode”) Vacuum tube devices continued to evolve
- 1955 First field effect transistor – FET
- 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng
- 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments
- 1963 First PMOS IC produced by RCA
- 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor
Phân loại linh kiện điện tử
2.1 Phân loại dựa trên đặc tính vật lý
Linh kiện điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề mặt, bao gồm các thành phần như điện trở bán dẫn, diode, BJT, JFET, MOSFET và điện dung MOS Các mạch tích hợp (IC) có thể được phân loại từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI, cho thấy sự phát triển vượt bậc trong công nghệ điện tử hiện đại.
Linh kiện quang điện hoạt động dựa trên nguyên lý quang điện bao gồm nhiều loại như quang trở, photodiode, pin quang, APD, CCD, cũng như các linh kiện phát quang như LED và laser Ngoài ra, còn có các linh kiện chuyển hóa năng lượng quang điện như pin mặt trời và các linh kiện hiển thị, cùng với IC quang điện tử.
Các linh kiện hoạt động dựa trên nguyên lý của các cảm biến như cảm biến nhiệt, điện, từ, và hóa học, cùng với các cảm biến cơ, áp suất, quang bức xạ, sinh học Ngoài ra, còn có các loại IC thông minh được phát triển dựa trên sự kết hợp giữa công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo cảm biến.
Các linh kiện nano hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và các hiệu ứng mới, với cấu trúc siêu nhỏ Những linh kiện này bao gồm bộ nhớ một điện tử, transistor một điện tử, giếng và dây lượng tử, cũng như linh kiện xuyên hầm một điện tử.
2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu (hình 0.1)
Hình 0.1: Phân loại linh kiện dựa trên chức năng xử lí tín hiệu
2.3 Phân loại theo ứng dụng
Hình 0.2: Ứng dụng của vi mạch
Hình 0.3: Ứng dụng của linh kiện điện tử
Vi mạch và ứng dụng: (hình 0.2; hình 0.3)
- Memory chips: RAM, ROM, EEPROM
- Analog: Thông tin di động, xử lý audio/video
- Embedded systems: Thiết bị ô tô, nhà máy , Network cards
Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET…
Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý…
Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển
Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang
Giới thiệu về vật liệu điện tử
Chất cách điện, hay còn gọi là chất điện môi, là những vật liệu dẫn điện kém với điện trở suất cao từ 10^7 đến 10^17 Ω.m ở nhiệt độ bình thường Các chất cách điện chủ yếu bao gồm các vật liệu vô cơ và hữu cơ.
Tính chất ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của linh kiện
- Các tính chất của chất điện môi
- Độ thẩm thấu điện tương đối (hằng số điện môi - ε)
- Độ tổn hao điện môi (Pa)
- Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t)
- Dòng điện trong chất điện môi (I)
- Điện trở cách điện của chất điện môi
3.2 Chất dẫn điện Định nghĩa: Là vật liệu có độ dẫn điện cao Trị số điện trở suất của nó
Chất dẫn điện có điện trở suất khoảng 10^-8 ÷ 10^-5 Ωm, thấp hơn so với nhiều loại vật liệu khác Trong tự nhiên, chất dẫn điện có thể tồn tại dưới dạng rắn như kim loại, lỏng như kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân, hoặc khí khi chịu tác động của điện trường cao.
Các tính chất của chất dẫn điện
- Hệ số nhiệt của điệntrở suất(α)
- Công thoát của điện tử trong kim loại
3.3 Vật liệu từ Định nghĩa: Vật liệu từ là vật liệu khi đặt vào trong một từ trường thì nó bị nhiễm từ
- Các tính chất đặctrưng cho vậtliệutừ
- Từ trở và từ thẩm
Các khái niệm cơ bản
Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử
Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường
1.3.1 Dòng điện trong kim loại
1.3.2 Dòng điện trong chất lỏng, chất điện phân
1.3.3 Dòng điện trong chân không
1.3.4 Dòng điện trong chất bán dẫn
3 Chương 2: Linh kiện thụ động
2.1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
2.1.2 Cách đọc, đo và cách mắc điện trở
2.1.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng
2.2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
2.2.2 Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện
2.2.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng
2.3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
2.3.2.Cách đọc, đo và cách mắc cuộn cảm
2.3.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng
4 Chương 3: Linh kiện bán dẫn
3.1 Khái niệm chất bán dẫn
3.2 Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt
3.3 Cấu tạo, phân loại và các ứng dụng cơ bản của điôt
3.4.2 Các tính chất cơ bản
3.5.1 Phân loại, cấu tạo, ký hiệu
3.5.2 Các cách mắc, ứng dụng
5 Chương 4: Các mạch khuếch đại dùng tranzitor
4.2.3 Mạch khuếch đại vi sai
4.3 Mạch khuếch đại công suất
4.3.2 Mạch khuếch đại đẩy kéo
6 Chương 5: Các mạch ứng dụng dùng BJT
5.2.3 Mạch xén 2 mức độc lập
Bài mở đầu Khái quát chung về linh kiện điện tử
1 Lịch sử phát triển công nghệ điện tử
Các cấu kiện bán dẫn như diode, transistor và mạch tích hợp (IC) hiện diện rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày, từ Walkman, TV, ôtô đến máy giặt, máy điều hòa và máy tính Những thiết bị này không chỉ có chất lượng ngày càng cao mà còn có giá thành ngày càng rẻ hơn.
PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này
Nhân tố quan trọng nhất cho sự phát triển thành công của ngành công nghiệp máy tính là việc áp dụng các kỹ thuật và kỹ năng tiên tiến để chế tạo transistor với kích thước ngày càng nhỏ Điều này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn tối ưu hóa công suất hoạt động của các thiết bị.
- 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”)
- 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”)
- 1906 Lee de Forest (“Triode”) Vacuum tube devices continued to evolve
- 1955 First field effect transistor – FET
- 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng
- 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments
- 1963 First PMOS IC produced by RCA
- 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor
2 Phân loại linh kiện điện tử
2.1 Phân loại dựa trên đặc tính vật lý
Linh kiện điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề mặt, bao gồm các thành phần như điện trở bán dẫn, diode (DIOT), transistor BJT, JFET, MOSFET và điện dung MOS Các mạch tích hợp (IC) có thể được phân loại từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI, cho phép phát triển các ứng dụng công nghệ tiên tiến.
Linh kiện quang điện hoạt động dựa trên nguyên lý quang điện bao gồm quang trở, photodiode, pin quang, APD, CCD, các linh kiện phát quang như LED và LASER, cũng như các linh kiện chuyển hóa năng lượng quang điện như pin mặt trời Ngoài ra, còn có các linh kiện hiển thị và IC quang điện tử, đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng công nghệ hiện đại.
Các linh kiện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến bao gồm các loại như cảm biến nhiệt, điện, từ, hóa học, cũng như cảm biến cơ, áp suất, quang bức xạ và sinh học Ngoài ra, còn có các loại IC thông minh được phát triển từ sự kết hợp giữa công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo cảm biến.
Các linh kiện được chế tạo bằng công nghệ nano hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và các hiệu ứng mới, với cấu trúc siêu nhỏ bao gồm bộ nhớ một điện tử, transistor một điện tử, giếng và dây lượng tử, cũng như linh kiện xuyên hầm một điện tử.
2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu (hình 0.1)
Hình 0.1: Phân loại linh kiện dựa trên chức năng xử lí tín hiệu
2.3 Phân loại theo ứng dụng
Hình 0.2: Ứng dụng của vi mạch
Hình 0.3: Ứng dụng của linh kiện điện tử
Vi mạch và ứng dụng: (hình 0.2; hình 0.3)
- Memory chips: RAM, ROM, EEPROM
- Analog: Thông tin di động, xử lý audio/video
- Embedded systems: Thiết bị ô tô, nhà máy , Network cards
Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET…
Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý…
Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển
Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang
3 Giới thiệu về vật liệu điện tử
3.1 Chất cách điện (chất điện môi) Định nghĩa: Là chất dẫn điện kém, là các vật chất có điện trở suất cao (107 ÷1017Ω.m) ở nhiệt độ bình thường Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ
Tính chất ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của linh kiện
- Các tính chất của chất điện môi
- Độ thẩm thấu điện tương đối (hằng số điện môi - ε)
- Độ tổn hao điện môi (Pa)
- Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t)
- Dòng điện trong chất điện môi (I)
- Điện trở cách điện của chất điện môi
3.2 Chất dẫn điện Định nghĩa: Là vật liệu có độ dẫn điện cao Trị số điện trở suất của nó
Chất dẫn điện trong tự nhiên có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, bao gồm chất rắn như kim loại, chất lỏng như kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân, hoặc chất khí khi ở trong điện trường cao Độ dẫn điện của các vật liệu này thường nằm trong khoảng từ 10^-8 đến 10^-5 Ωm, thấp hơn so với nhiều loại vật liệu khác.
Các tính chất của chất dẫn điện
- Hệ số nhiệt của điệntrở suất(α)
- Công thoát của điện tử trong kim loại
3.3 Vật liệu từ Định nghĩa: Vật liệu từ là vật liệu khi đặt vào trong một từ trường thì nó bị nhiễm từ
- Các tính chất đặctrưng cho vậtliệutừ
- Từ trở và từ thẩm
Chương 1 Các khái niệm cơ bản 1.1 Vật dẫn điện và cách điện
Trong kỹ thuật người ta chia vật liệu thành hai loại chính:
Vật cho phép dòng điện đi qua gọi là vật dẫn điện
Vật không cho phép dòng điện đi qua gọi là vật cách điện
Tuy nhiên khái niệm này chỉ mang tính tương đối Chúng phụ thuộc vào cấu tạo vật chất, các điều kiện bên ngoài tác động lên vật chất
Vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử, là những phần tử nhỏ nhất, bao gồm hạt nhân với proton mang điện tích dương và neutron không mang điện, cùng với lớp vỏ của nguyên tử chứa các electron mang điện tích âm Sự liên kết giữa các nguyên tử tạo nên tính bền vững của vật chất.
Hình 1.1: Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử của vật chất
Các liên kết trong lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử có số lượng proton bằng số lượng electron, tạo ra trạng thái bền vững gọi là trung hoà điện Những chất này không có khả năng dẫn điện, được biết đến với tên gọi là chất cách điện.
Các liên kết trong lớp vỏ ngoài cùng có số lượng proton khác số lượng electron sẽ tạo ra ion, cho phép chúng dễ dàng cho và nhận điện tử Những chất này được gọi là chất dẫn điện.
Trong điều kiện nhiệt độ bình thường dưới 25°C, các nguyên tử liên kết bền vững Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, động năng trung bình của các nguyên tử cũng gia tăng, dẫn đến sự yếu đi của các liên kết và một số electron có thể thoát khỏi các liên kết này.
12 thành e tự do, lúc này nếu có điện trường ngoài tác động vào, vật chất có khả năng dẫn điện
Khi một điện trường được đặt trên bề mặt vật chất, sẽ xuất hiện lực điện trường E tác động lên các electron (e ) Nếu lực điện trường đủ lớn, các electron sẽ di chuyển ngược chiều điện trường, tạo thành dòng điện Độ lớn của lực điện trường phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai điểm và độ dày của vật dẫn.
Tóm lại: Sự dẫn điện hay cách điện của vật chất phụ thuộc nhiều vào các yếu tố:
Cấu tạo nguyên tử của vật chất
Nhiệt độ của môi trường làm việc
Hiệu điện thế giữa hai điểm đặt lên vật chất Độ dày của vật chất
Vật dẫn điện là những vật liệu có khả năng dẫn điện trong trạng thái bình thường, nhờ vào sự hiện diện của các điện tích tự do Điều này cho phép chúng tạo thành dòng điện một cách hiệu quả.
1.1.1 Các đặc tính của vật dẫn điện, vật cách điện
- Các đặc tính của vật liệu dẫn điện
Các thông số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu dẫn điện thông thường được giới thiệu trong (Bảng 1.1)
Bảng 1.1: Vật liệu dẫn điện
TT Tên vật liệu Điện trở suẩt
Tỷ trọng Hợp kim Phạm vi ứng dụng Ghi chú
1 Đồng đỏ hay đồng kỹ thuật
0,0175 0,004 1080 8,9 Chủ yếu dùng làm dây dẫn
0,002 900 3,5 đồng với kẽm - Các lá tiếp xúc
3 Nhôm 0,028 0,0049 660 2,7 - Làm dây dẫn điện
- Làm lá nhôm trong tụ xoay
- Dùng làm tụ điện (tụ hoá)
- Bị ôxyt hoá nhanh, tạo thành lớp bảo vệ, nên khó hàn, khó ăn mòn
- Bị hơi nước mặn ăn mòn
4 Bạc 960 10,5 - Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần
5 Nic ken 0,07 0,006 1450 8,8 - Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần
Có giá thành rẻ hơn bạc
6 Thiếc 0,115 0,0012 230 7,3 Hợp chất dùng để làm chất hàn gồm:
- Hợp kim thiếc và chì có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của từng kim loại thiếc và chì
Chất hàn dùng để hàn trong khi lắp ráp linh kiện điện tử
7 Chì 0,21 0,004 330 11,4 - Cầu chì bảo vệ quá dòng
- Dùng trong ac qui chì
Dùng làm chát hàn (xem phần trên)
8 Sắt 0,098 0,0062 1520 7,8 - Dây săt mạ kem làm dây dẫn với tải nhẹ
- Dây lưỡng kim gồm lõi sắt vỏ bọc đồng làm dây dẫn chịu lực cơ học lớn
- Dây sắt mạ kẽm giá thành hạ hơn dây đồng
- Dây lưỡng kim dẫn điện gần như dây đồng do có hiệu ứng mặt ngoài
Dây điện trở nung nóng
- Dùng làm dây đốt nóng (dây mỏ hàn, dây bếp điện, dây bàn là)
- Các đặc tính của vật liệu cách điện Độ bền về điện
Các thông số và phạm vi ứng dụng được trình bày ở (Bảng 1.2)
Bảng 1.2: Vật liệu cách điện
TT Tên vật liệu Độ bền về điện (kV/mm) t0C chịu đựng
Góc tổn hao Tỷ trọng Đặc điểm Phạm vi ứng dụng
1 Mi ca 50-100 600 6-8 0,0004 2,8 Tách được thành từng mảnh rất mỏng
- Dùng làm vật cách điện trong thiết bị nung nóng (VD:bàn là)
6-7 0,03 2,5 - Giá đỡ cách điện cho đường dây dẫn
- Dùng trong tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây
4 Gốm không chịu được điện áp cao không chịu được nhiệt độ lớn
0,02-0,03 4 - Kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn
7 Pretspan 9-12 100 3-4 0,15 1,6 Dùng làm cốt biến áp
9 Cao su 20 55 3 0,15 1,6 - Làm vỏ bọc dây dẫn
- Làm tấm cách điện Lụa cách điện 8-60 105 3,8-4,5 0,04-0,08 1,5 Dùng trong biến áp
Sáp 20-25 65 2,5 0,0002 0,95 Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
Paraphin 20-30 49-55 1,9-2,2 Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
Nhựa thông 10-15 60-70 3,5 0,01 1,1 - Dùng làm sạch mối hàn
- Hỗn hợp paraphin và nhựa thông dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm Êpoxi 18-20 1460 3,7-3,9 0,013 1,1-1,2 Hàn gắn các bộ kiện điện-điện tử
Dùng làm chất cách điện
1.2 Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử Điện trở cách điện của linh kiện là điện áp lớn nhất cho phép đặt trên linh kiện mà linh kiện không bị đánh thủng (phóng điện)
Các linh kiện có giá trị điện áp ghi trên thân linh kiện kèm theo các đại lượng đặc trưng
Linh kiện thụ động
Điện trở
2.1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
2.1.2 Cách đọc, đo và cách mắc điện trở
2.1.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng
Tụ điện
2.2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
2.2.2 Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện
2.2.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng
Cuộn cảm
2.3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo
2.3.2.Cách đọc, đo và cách mắc cuộn cảm
2.3.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng
4 Chương 3: Linh kiện bán dẫn
3.1 Khái niệm chất bán dẫn
3.2 Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt
3.3 Cấu tạo, phân loại và các ứng dụng cơ bản của điôt
3.4.2 Các tính chất cơ bản
3.5.1 Phân loại, cấu tạo, ký hiệu
3.5.2 Các cách mắc, ứng dụng
5 Chương 4: Các mạch khuếch đại dùng tranzitor
4.2.3 Mạch khuếch đại vi sai
4.3 Mạch khuếch đại công suất
4.3.2 Mạch khuếch đại đẩy kéo
6 Chương 5: Các mạch ứng dụng dùng BJT
5.2.3 Mạch xén 2 mức độc lập
Bài mở đầu Khái quát chung về linh kiện điện tử
1 Lịch sử phát triển công nghệ điện tử
Cấu kiện bán dẫn như diodes, transistors và mạch tích hợp (ICs) hiện diện rộng rãi trong đời sống hàng ngày, từ Walkman, TV, ôtô, đến máy giặt, máy điều hòa và máy tính Những thiết bị này không chỉ có chất lượng ngày càng cao mà còn có giá thành ngày càng rẻ hơn.
PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này
Yếu tố quan trọng nhất dẫn đến sự phát triển thành công của ngành công nghiệp máy tính là việc áp dụng các kỹ thuật và kỹ năng tiên tiến để chế tạo transistor với kích thước ngày càng nhỏ Sự thu nhỏ này không chỉ giúp giảm giá thành sản phẩm mà còn hạ thấp mức tiêu thụ năng lượng.
- 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”)
- 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”)
- 1906 Lee de Forest (“Triode”) Vacuum tube devices continued to evolve
- 1955 First field effect transistor – FET
- 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng
- 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments
- 1963 First PMOS IC produced by RCA
- 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor
2 Phân loại linh kiện điện tử
2.1 Phân loại dựa trên đặc tính vật lý
Linh kiện điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề mặt bao gồm các thành phần như điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, và điện dung MOS Các linh kiện này có thể được tích hợp trong các IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI.
Linh kiện quang điện hoạt động dựa trên nguyên lý quang điện bao gồm quang trở, photodiode, pin quang, APD, CCD và các linh kiện phát quang như LED, LASER Ngoài ra, còn có các linh kiện chuyển hóa năng lượng quang điện như pin mặt trời và các linh kiện hiển thị, IC quang điện tử.
Linh kiện cảm biến hoạt động dựa trên nhiều nguyên lý khác nhau, bao gồm cảm biến nhiệt, điện, từ, hóa học, cùng với các loại cảm biến cơ, áp suất, quang bức xạ và sinh học Ngoài ra, các linh kiện IC thông minh được phát triển dựa trên sự kết hợp giữa công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo cảm biến.
Các linh kiện hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và các hiệu ứng mới, được chế tạo bằng công nghệ nano với cấu trúc siêu nhỏ Những linh kiện này bao gồm bộ nhớ một điện tử, transistor một điện tử, giếng và dây lượng tử, cũng như linh kiện xuyên hầm một điện tử.
2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu (hình 0.1)
Hình 0.1: Phân loại linh kiện dựa trên chức năng xử lí tín hiệu
2.3 Phân loại theo ứng dụng
Hình 0.2: Ứng dụng của vi mạch
Hình 0.3: Ứng dụng của linh kiện điện tử
Vi mạch và ứng dụng: (hình 0.2; hình 0.3)
- Memory chips: RAM, ROM, EEPROM
- Analog: Thông tin di động, xử lý audio/video
- Embedded systems: Thiết bị ô tô, nhà máy , Network cards
Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET…
Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý…
Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển
Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang
3 Giới thiệu về vật liệu điện tử
3.1 Chất cách điện (chất điện môi) Định nghĩa: Là chất dẫn điện kém, là các vật chất có điện trở suất cao (107 ÷1017Ω.m) ở nhiệt độ bình thường Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ
Tính chất ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của linh kiện
- Các tính chất của chất điện môi
- Độ thẩm thấu điện tương đối (hằng số điện môi - ε)
- Độ tổn hao điện môi (Pa)
- Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t)
- Dòng điện trong chất điện môi (I)
- Điện trở cách điện của chất điện môi
3.2 Chất dẫn điện Định nghĩa: Là vật liệu có độ dẫn điện cao Trị số điện trở suất của nó
Chất dẫn điện có điện trở suất từ khoảng 10^-8 đến 10^-5 Ωm, thấp hơn so với nhiều loại vật liệu khác Trong tự nhiên, chất dẫn điện có thể tồn tại dưới dạng chất rắn như kim loại, chất lỏng như kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân hoặc chất khí khi ở trong điện trường cao.
Các tính chất của chất dẫn điện
- Hệ số nhiệt của điệntrở suất(α)
- Công thoát của điện tử trong kim loại
3.3 Vật liệu từ Định nghĩa: Vật liệu từ là vật liệu khi đặt vào trong một từ trường thì nó bị nhiễm từ
- Các tính chất đặctrưng cho vậtliệutừ
- Từ trở và từ thẩm
Chương 1 Các khái niệm cơ bản 1.1 Vật dẫn điện và cách điện
Trong kỹ thuật người ta chia vật liệu thành hai loại chính:
Vật cho phép dòng điện đi qua gọi là vật dẫn điện
Vật không cho phép dòng điện đi qua gọi là vật cách điện
Tuy nhiên khái niệm này chỉ mang tính tương đối Chúng phụ thuộc vào cấu tạo vật chất, các điều kiện bên ngoài tác động lên vật chất
Vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử, là những phần tử nhỏ nhất, bao gồm hạt nhân chứa proton mang điện tích dương và neutron không mang điện, cùng với lớp vỏ bao quanh là các electron mang điện tích âm Sự liên kết giữa các nguyên tử tạo nên tính bền vững của vật chất.
Hình 1.1: Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử của vật chất
Các liên kết trong lớp vỏ ngoài cùng có số lượng proton bằng số lượng electron, tạo nên trạng thái bền vững cho nguyên tử, được gọi là trung hòa điện Những chất này không dẫn điện và được phân loại là chất cách điện.
Các liên kết trong lớp vỏ ngoài cùng với số lượng proton không bằng số lượng electron sẽ hình thành ion, cho phép chúng dễ dàng cho và nhận electron Những chất này được gọi là chất dẫn điện.
Trong điều kiện nhiệt độ bình thường dưới 25°C, các nguyên tử duy trì liên kết bền vững Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, động năng trung bình của các nguyên tử cũng gia tăng, dẫn đến việc các liên kết trở nên yếu dần và một số electron có thể thoát khỏi liên kết.
12 thành e tự do, lúc này nếu có điện trường ngoài tác động vào, vật chất có khả năng dẫn điện
Khi một điện trường được đặt trên bề mặt vật chất, nó tạo ra một lực điện trường E tác động lên các electron (e ) Nếu lực điện trường đủ mạnh, các electron sẽ di chuyển ngược chiều điện trường, dẫn đến việc hình thành dòng điện Độ lớn của lực điện trường phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai điểm và độ dày của vật dẫn.
Tóm lại: Sự dẫn điện hay cách điện của vật chất phụ thuộc nhiều vào các yếu tố:
Cấu tạo nguyên tử của vật chất
Nhiệt độ của môi trường làm việc
Hiệu điện thế giữa hai điểm đặt lên vật chất Độ dày của vật chất
Vật dẫn điện là những vật liệu có khả năng dẫn điện trong trạng thái bình thường, nhờ vào sự tồn tại của các điện tích tự do Những chất này cho phép dòng điện di chuyển dễ dàng qua chúng, đảm bảo hiệu suất trong các ứng dụng điện.
1.1.1 Các đặc tính của vật dẫn điện, vật cách điện
- Các đặc tính của vật liệu dẫn điện
Các thông số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu dẫn điện thông thường được giới thiệu trong (Bảng 1.1)
Bảng 1.1: Vật liệu dẫn điện
TT Tên vật liệu Điện trở suẩt
Tỷ trọng Hợp kim Phạm vi ứng dụng Ghi chú
1 Đồng đỏ hay đồng kỹ thuật
0,0175 0,004 1080 8,9 Chủ yếu dùng làm dây dẫn
0,002 900 3,5 đồng với kẽm - Các lá tiếp xúc
3 Nhôm 0,028 0,0049 660 2,7 - Làm dây dẫn điện
- Làm lá nhôm trong tụ xoay
- Dùng làm tụ điện (tụ hoá)
- Bị ôxyt hoá nhanh, tạo thành lớp bảo vệ, nên khó hàn, khó ăn mòn
- Bị hơi nước mặn ăn mòn
4 Bạc 960 10,5 - Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần
5 Nic ken 0,07 0,006 1450 8,8 - Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần
Có giá thành rẻ hơn bạc
6 Thiếc 0,115 0,0012 230 7,3 Hợp chất dùng để làm chất hàn gồm:
- Hợp kim thiếc và chì có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của từng kim loại thiếc và chì
Chất hàn dùng để hàn trong khi lắp ráp linh kiện điện tử
7 Chì 0,21 0,004 330 11,4 - Cầu chì bảo vệ quá dòng
- Dùng trong ac qui chì
Dùng làm chát hàn (xem phần trên)
8 Sắt 0,098 0,0062 1520 7,8 - Dây săt mạ kem làm dây dẫn với tải nhẹ
- Dây lưỡng kim gồm lõi sắt vỏ bọc đồng làm dây dẫn chịu lực cơ học lớn
- Dây sắt mạ kẽm giá thành hạ hơn dây đồng
- Dây lưỡng kim dẫn điện gần như dây đồng do có hiệu ứng mặt ngoài
Dây điện trở nung nóng
- Dùng làm dây đốt nóng (dây mỏ hàn, dây bếp điện, dây bàn là)
- Các đặc tính của vật liệu cách điện Độ bền về điện
Các thông số và phạm vi ứng dụng được trình bày ở (Bảng 1.2)
Bảng 1.2: Vật liệu cách điện
TT Tên vật liệu Độ bền về điện (kV/mm) t0C chịu đựng
Góc tổn hao Tỷ trọng Đặc điểm Phạm vi ứng dụng
1 Mi ca 50-100 600 6-8 0,0004 2,8 Tách được thành từng mảnh rất mỏng
- Dùng làm vật cách điện trong thiết bị nung nóng (VD:bàn là)
6-7 0,03 2,5 - Giá đỡ cách điện cho đường dây dẫn
- Dùng trong tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây
4 Gốm không chịu được điện áp cao không chịu được nhiệt độ lớn
0,02-0,03 4 - Kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn
7 Pretspan 9-12 100 3-4 0,15 1,6 Dùng làm cốt biến áp
9 Cao su 20 55 3 0,15 1,6 - Làm vỏ bọc dây dẫn
- Làm tấm cách điện Lụa cách điện 8-60 105 3,8-4,5 0,04-0,08 1,5 Dùng trong biến áp
Sáp 20-25 65 2,5 0,0002 0,95 Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
Paraphin 20-30 49-55 1,9-2,2 Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
Nhựa thông 10-15 60-70 3,5 0,01 1,1 - Dùng làm sạch mối hàn
- Hỗn hợp paraphin và nhựa thông dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm Êpoxi 18-20 1460 3,7-3,9 0,013 1,1-1,2 Hàn gắn các bộ kiện điện-điện tử
Dùng làm chất cách điện
1.2 Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử Điện trở cách điện của linh kiện là điện áp lớn nhất cho phép đặt trên linh kiện mà linh kiện không bị đánh thủng (phóng điện)
Các linh kiện có giá trị điện áp ghi trên thân linh kiện kèm theo các đại lượng đặc trưng
