(NB) Giáo trình Điện tử cơ bản với mục tiêu giúp các bạn có thể khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử; Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử; Các mạch điện tử cơ bản trong ôtô; Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình dưới đây.
Khái niệm cơ bản về vật liệu và linh kiện điện tử
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 hình thành từ các nguyên tử, bao gồm hạt nhân chứa proton mang điện tích dương và neutron không mang điện, cùng với lớp vỏ 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 về điện Những chất này không có khả năng dẫn điện và được phân loại là chất cách điện.
Khi các liên kết trong lớp vỏ ngoài cùng có số lượng proton khác với số lượng electron, chúng sẽ trở thành ion Những ion này dễ dàng cho và nhận điện tử, do đó được gọi là chất dẫn điện.
Khi nhiệt độ môi trường dưới 25°C, các nguyên tử duy trì liên kết bền vững Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng, động năng trung bình của các nguyên tử cũng tăng theo, dẫn đến sự yếu đi của các liên kết Một số electron sẽ thoát ra khỏi liên kết và trở thành electron tự do Trong trường hợp có điện trường tác động, vật chất sẽ có khả năng dẫn điện.
Khi một điện trường được đặt lên 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 chuyển động ngược chiều với điện trường, dẫn đến sự 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 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
2 Thau (0,03 - 0,06) 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 làm chát hàn (xem
- Dùng trong ac qui chì
- Vỏ bọc cáp chôn 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) t0
Góc tổn hao T ỷ 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
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
1.1.2 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
Tụ điện được ghi trên thân với thông số như 47µF/25V, cho thấy giá trị điện dung là 47µF và điện áp tối đa mà nó có thể chịu đựng là 25V.
Các linh kiện không ghi giá trị điện áp trên thân thường được sử dụng cho cả dòng điện một chiều (DC) và xoay chiều (AC) Điện áp đánh thủng của chúng có mối quan hệ chặt chẽ với dòng điện, do đó thường được thể hiện dưới dạng công suất.
Ví dụ: Điện trở được ghi trên thân như sau: 100/ 2W Có nghĩa là giá trị là 100 và công suất chịu đựng trên điện trở là 2W
Các linh kiện bán dẫn có kích thước nhỏ và thông số kỹ thuật đa dạng, do đó, điện trở cách điện không được ghi trên thân mà cần tra bảng Điện trở cách điện của mạch điện là điện áp tối đa cho phép giữa hai mạch dẫn gần nhau mà không xảy ra hiện tượng phóng điện Khi thiết kế mạch điện, điện áp càng cao thì khoảng cách giữa các mạch điện càng lớn Trong quá trình sửa chữa, yếu tố này thường bị bỏ qua, nhưng khi mạch điện gặp điều kiện ẩm ướt hoặc bụi bẩn, cần chú ý đến điện trở cách điện để tránh hiện tượng dẫn điện do môi trường.
1.1.3 Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường
Khái niệm hạt mang điện
Hạt mang điện là phần tử cơ bản nhỏ nhất của vật chất, có khả năng mang điện tích và tương tác với các lực điện trường và từ trường.
Trong kỹ thuật tuỳ vào môi trường mà tồn tại các loại hạt mang điện khác nhau, Chúng bao gồm các loại hạt mang điện chính sau:
Electron (e-) là các điện tích nằm ở lớp vỏ nguyên tử, cấu thành vật chất Khi electron ở lớp vỏ ngoài cùng, lực liên kết giữa vỏ và hạt nhân yếu, cho phép chúng dễ dàng bứt ra khỏi nguyên tử Điều này tạo ra các hạt mang điện tự do, có khả năng di chuyển dễ dàng trong môi trường.
Ion+ là các nguyên tử hình thành nên vật chất, khi mất điện tử ở lớp ngoài cùng, chúng có xu hướng thu nhận thêm điện tử để trở về trạng thái trung hòa điện Do đó, ion+ dễ dàng chịu tác động của lực điện và trong trạng thái tự do, chúng có khả năng di chuyển dễ dàng trong môi trường.
Ion là các nguyên tử cấu tạo nên vật chất, khi có thừa điện tử ở lớp ngoài cùng, chúng có xu hướng mất điện tử để trở về trạng thái trung hòa điện Do đó, ion dễ bị tác động bởi các lực điện và trong trạng thái tự do, chúng có khả năng di chuyển dễ dàng trong môi trường.
Dòng điện trong các môi trường
Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường ngoài
1.1.3.1 Dòng điện trong kim loại
Kim loại ở thể rắn có cấu trúc mạng tinh thể bền vững, với các nguyên tử liên kết chắc chắn và chỉ có các electron ở trạng thái tự do Khi có điện trường tác động, các electron sẽ chuyển động dưới ảnh hưởng của lực điện trường, từ đó hình thành dòng điện.
Vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các e- dưới tác dụng của điện trường ngoài
Đi ốt
1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn
1.3.1.1 Cấu tạo điốt bán dẫn
Khi tinh thể silicon (Si) hoặc germanium (Ge) được pha thêm hai loại tạp chất khác nhau, sẽ tạo ra hai loại bán dẫn P và N Sự kết hợp này hình thành một tiếp giáp giữa hai loại bán dẫn, đóng vai trò quan trọng trong các linh kiện điện tử.
Tiếp giáp P-N và điốt bán dẫn
Khi chất bán dẫn loại P và N được hình thành trong cùng một khối như ở
Khi xảy ra sự tương tác giữa chất bán dẫn N và P, điện tử dư thừa từ chất bán dẫn N sẽ khuếch tán sang mặt tiếp xúc, nhằm bù đắp cho các lỗ trống trong chất bán dẫn loại P.
N mất điện tử tạo ra các lỗ trống, dẫn đến sự hình thành một vùng điện tích nhỏ tại hai miền tiếp xúc, được gọi là miền tiếp giáp hay miền nghèo điện tích, do có rất ít hạt tải điện trong khu vực này.
Các điện tử khuếch tán bán dẫn P có khuynh hướng đẩy các điện tử vùng N
Hình 1.21: sự tương tác của chất bán dẫn
Hình 1.23: Ký hiệu đi ốt
Ra xa mặt tiếp xúc là biện pháp chống lại sự khuếch tán của điện tử, tạo ra hàng rào năng lượng nhằm ngăn chặn sự tương tác giữa hai loại bán dẫn P và N.
N Bằng cách dùng hai loại bán dẫn có tiếp giáp P-N như trên hình 1.21 ta có được điốt bán dẫn
1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn
Phân cực thuận cho điốt
Khi kết nối nguồn điện DC bên ngoài với điốt, cực dương của nguồn sẽ được nối với a nốt (cực P) và cực âm sẽ nối với ca tốt Điều này dẫn đến việc không gian điện tích tại tiếp giáp P-N bị thu hẹp Khi điện áp phân cực đạt 0,2V, hiện tượng này sẽ trở nên rõ ràng hơn.
Khi áp dụng điện áp 0,6V vào điốt silicon, miền điện tích không gian bị triệt tiêu, cho phép các dòng điện tử di chuyển về cực dương của nguồn, trong khi dòng lỗ trống di chuyển về cực âm, tạo ra dòng điện trong điốt.
Khi điốt có điện thế anốt dương so với catốt, ta nói điốt được phân cực thuận (hình 1.24)
Phân cực nghịch cho điốt
Khi nối cực âm của nguồn DC với anốt và cực dương của nguồn với ca tốt (hình 1.25) thì điốt sẽ bị phân cực nghịch
Hình 1.24: phân cực thuận cho điốt
Hình 1.25: phân cực nghịch cho điốt
Phân cực nghịch cho điốt làm tăng bề rộng của miền điện tích không gian tại mặt tiếp xúc của tiếp giáp P-N Sự gia tăng hàng rào năng lượng này ngăn chặn các điện tử từ bán dẫn N di chuyển qua mặt tiếp xúc đến vùng bán dẫn P, đồng thời cũng ngăn cản lỗ trống trong vùng P di chuyển vào vùng N.
Do đó dòng điện chạy qua lớp tiếp giáp P-N rất nhỏ
Dòng điện nghịch rất nhỏ, được hình thành từ sự tái hợp của các hạt tải điện tiểu số, bao gồm lỗ trống trong vùng N và điện tử trong vùng P Dòng điện này có cường độ thấp hơn nhiều so với dòng điện thuận.
Do đó điện trở nghịch của điốt rất lớn
1.3.1.3 Đặc tính Volt-Ampere của điốt Đặc tuyến Vôn- Ampe là đường biểu diễnmối quan hệ giữa dòng điện chạy qua điốt và điện áp phân cực đặt vào hai đầu điốt
Khi điện áp trong trường hợp phân cực thuận tăng từ 0 đến một giá trị nhất định, dòng điện qua điốt sẽ tăng dần Khi điện áp đạt ngưỡng Vt = 0,6V, dòng điện sẽ tăng nhanh chóng Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn, điện áp trên hai đầu điốt sẽ duy trì ở mức ổn định.
0,6V Ta nói điốt có tính "ghim áp"
Khi đổi cực nguồn điện để phân cực nghịch cho điốt, dòng điện qua điốt sẽ rất nhỏ khi điện áp tăng Tuy nhiên, khi điện áp ngược vượt quá giá trị cho phép của điốt, dòng điện sẽ tăng vọt nhanh chóng Hiện tượng này được gọi là hiện tượng huỷ thác, và dòng điện nghịch này có thể gây hỏng điốt.
Các thông số cơ bản của điốt bán dẫn:
Khi sử dụng điốt,chúng ta cần nắm vững các thăm số cơ bản của chúng để sử dụng có hiệu quả và không làm hỏng điốt
Điện áp nghịch cực đại Vrev là mức điện áp phân cực nghịch tối đa mà một điốt có thể chịu đựng mà không bị đánh thủng Nếu điện áp vượt quá giá trị này, điốt sẽ bị hỏng.
Hình 1.26: đặc tính Vôn-ampe của đi ốt bán dẫn
Dòng điện cực đại IFmax là giá trị dòng điện tối đa mà điốt có thể chịu đựng mà không bị hỏng Nếu dòng điện vượt quá mức này, điốt sẽ bị đánh thủng và không còn hoạt động hiệu quả.
- Dòng điện thuận trung bình là dòng điện làm việc của điốt
- Điện áp thuận rơi trên điốt Vt là điện áp ngưỡng của lớp tiếp giáp P-N Điện áp này đo được ở mộ dòng điện qui định
1.3.1.4 Cách đo thử và ứng dụng của điốt
Dựa vào đặc tính của điốt có điện trở thuận nhỏ và điện trở nghịch lớn Ta dùng đồng hồ Ôm kiểm tra điốt
Đồng hồ vạn năng (VOM) sử dụng nguồn pin 1,5V hoặc 3V để đo điện trở ở các thang đo khác nhau như Rx1, Rx10, Rx100, và Rx1K Trong quá trình đo, que đen thường được nối với cực dương của pin, trong khi que đỏ được kết nối với cực âm.
Khi kiểm tra điốt, cần thực hiện phép đo thuận và nghịch với thang đo phù hợp Để đo điện trở thuận, nối que đen với anốt và que đỏ với catốt của điốt Ngược lại, để đo điện trở nghịch, nối que đen với catốt và que đỏ với anốt Điện trở của điốt phụ thuộc vào loại chất bán dẫn, có thể là Ge hoặc Si, theo bảng chỉ dẫn.
Loại điốt Điện trở thuận Điện trở nghịch Điốt Ge vài vài trăm K Điốt Si vài vài M
- Nếu R thuận, R nghịch đúng như bảng ghi trên thì điốt tốt
- Nếu điện trở thuận và điện trở nghịch đều bằng 0 thì điốt đã bị đánh thủng
- Nếu R thuận đúng, R nghịch giảm xuống quá nhiều thì điốt đã bị rỉ, không dùng được nữa
- Cả điện trở thuận và nghịch đều bằng vô cực tì điốt đã bị đứt
39 Ứng dụng của điốt bán dẫn:
- Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều
- Sử dụng làm mạch tách sóng trong radio và tivi
TRANSTOR
Tên gọi của transistor xuất phát từ khả năng biến đổi điện trở của nó thông qua việc điều khiển bằng dòng hoặc áp Điều này có nghĩa là giá trị điện trở của linh kiện được thay đổi tự động, khác với việc điều chỉnh bằng tay như ở chiết áp Chỉ cần áp dụng một dòng điện nhỏ vào cực gốc, điện trở giữa hai cực còn lại sẽ biến đổi theo các trường hợp khác nhau.
+ Nội trở giảm mạnh, tức là transistor dẫn mạnh
+ Nội trở tăng, tức là transistor dẫn yếu
Sự ra đời của transistor đã cách mạng hóa ngành kỹ thuật điện tử, đánh dấu sự kết thúc của các ống chân không và mở ra kỷ nguyên mới cho các thiết bị bán dẫn Đây là một bước ngoặt quan trọng không chỉ trong kỹ thuật điện tử mà còn trong cuộc sống hàng ngày của con người.
Transistor gồm các loại cơ bản là:
+ BJT (Bipolar Junction Transistor): transistor lưỡng cực (hai mối nối)
+ JFET (Junction Field Effect Transistor): Transistor hiệu ứng trường mối nối
+ MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET): transistor hiệu ứng trường oxit kim loại
+ UJT (Unijuntion Transistor): transistor đơn nối
Ngoài ra, người ta còn đặt tên cho transistor theo phương pháp công nghệ chế tạo: transistor hợp kim; transistor khuếch tán; transistor plana
…Dưới đây ta sẽ xét tới transistor lưỡng cực – BJT và gọi tắt là transistor
1.4.1 Cấu tạo nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của transitor lưỡng cực
Transistor được tạo thành bởi 2 chuyển tiếp P - N ghép liên tiếp trên 1 phiến đơn tinh thể Nghĩa là về mặt cấu tạo transistor gồm các miền bán dẫn P
- N xếp xen kẽ nhau Do trình tự sắp xếp các miền P - N mà ta có 2 loại cấu trúc transistor là PNP (transistor thuận) và NPN (transistor ngược) (hình1.31)
Miền phát (emitor) là miền đầu tiên, với điện cực gọi là cực emitor Ở giữa là miền bazơ (miền gốc) và điện cực tương ứng là cực bazơ Miền cuối cùng là miền góp (miền collector) với điện cực là cực góp (cực collector) Chuyển tiếp P-N giữa emitor và bazơ được gọi là chuyển tiếp E-B hoặc chuyển tiếp emitor, ký hiệu là TE.
N giữa bazo và collector gọi là chuyển tiếp C-B hay chuyển tiếp collector
Transistor, ký hiệu là TC, có cấu tạo giống như hai diode mắc ngược, nhưng không phải chỉ cần ghép hai diode là có thể tạo ra transistor Ba miền của transistor được pha tạp với nồng độ và độ rộng khác nhau, cho phép chúng thực hiện chức năng riêng biệt Trong đó, miền Emitter đóng vai trò phát xạ hạt dẫn có điều khiển, giúp transistor hoạt động hiệu quả.
(pha tạp nhiều) Nên Emitor có nồng độ pha tạp nhiều nhất.
+ Bazo đóng vai trò truyền đạt hạt dẫn từ E sang C nên có nồng độ pha tạp ở mức trung bình để số lượng hạt từ E sang ít bị tái hợp
Hình 1.31: cấu tạo và kí hiệu transito BJT, nguyên lý hoạt động
Collector đóng vai trò quan trọng trong việc thu góp hạt dẫn từ E qua B, giúp tăng nồng độ pha tạp và làm cho điện trở của vùng này đạt giá trị lớn nhất Để tạo ra các vùng P - N xen kẽ trong tinh thể bán dẫn, các công nghệ khác nhau được áp dụng để đưa tạp chất acceptor (tạo bán dẫn loại P) và donor (tạo bán dẫn loại N) vào bán dẫn nền Sự phân bố nồng độ tạp chất trong các miền của transistor có thể đồng đều hoặc không đồng đều, tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng.
Hoạt động transito PNP: nối điện như hình vẽ 31 khi thoả mãn điều kiện:
Khi dòng điện vào cực E (IE) lớn hơn dòng điện vào cực B (IB) và dòng điện vào cực B lớn hơn dòng điện vào cực C (IC), ta có mối quan hệ IE = IB + IC, với dòng gốc IB chạy từ cực E đến cực B và dòng góp IC chạy từ cực E đến cực C.
Hoạt động của transito NPN: nối điện như hình vẽ 31 thoả mãn điều kiện:
VE < VB và VB < VC, có dòng gốc IB chạy từ cực B đến cực E và có dòng gópIC chạy từ cực C đến E ta có IE = IB + IC
Một số kiểu pha tạp chất trong transistor được cho ở hình sau:
Các cách kí hiệu trên thân transistor
Ký hiệu của transistor phụ thuộc vào tiêu chuẩn của mỗi nước sản xuất Ký hiệu theo tiêu chuẩn SNG
- Ký tự thứ nhất (hoặc chữ số) để chỉ vật liệu làm transistor: Г (hay1): Ge; K (hay 2): Si ; A (hay 3): GaAs
- Ký tự thứ hai chỉ loại linh kiện: : diode; T: transistor; B: varicap; A: diode siêu cao tần; : linh kiện điện quang
Các ký tự tiếp theo chỉ series của sản phẩm
Ví dụ: GT403A: transistor loại Ge; KT312B: transistor loại Si
Ký hiệu theo tiêu chuẩn của Nhật
- Ký tự đầu chỉ hai loại linh kiện: 1 là diode ; 2 là transistor
- Ký tự thứ 2 là chữ S (semiconductor) chỉ linh kiện bán dẫn
- Ký tự thứ 3 chỉ chức năng
A- tần số cao(fa >5 MHz) loại PNP B- tần số thấp loại PNP
C- tần số cao loại NPN D- tần số thấp loại NPN
F- linh kiện chuyển mạch PNPN cổng P H- linh kiện 4 cực
G- linh kiện chuyển mạch NPNP cổng N
- Các ký tự tiếp chỉ số series của sản phẩm
Ví dụ: 2SB405: transistor bán dẫn tần số thấp loại PNP
Ký hiệu theo tiêu chuẩn Mỹ
- Ký tự đầu chỉ số lớp tiếp xúc P - N của linh kiện
3- ba tiếp xúc P - N (thyristor,diac,triac,diode,diode 4 lớp)
- Ký tự thứ 2 là chữ N
Ví dụ: 2N2222 transistor Si loại NPN có ký hiệu 2222
Ký hiệu theo tiêu chuẩn châu âu
- Ký tự đầu chỉ vật liệu bán dẫn
- Ký tự thứ 2 chỉ công dụng của linh kiện
C - transistor tần số thấp, công suất nhỏ; D - transistor tấn số thấp, công suất lớn
E - diode tunen F- transistor tần số cao, công suất nhỏ
L - transistor tần số cao, công suất cao P- linh kiện quang
Y- diode nắn điện Z- diode ổn áp
1.4.2 Kiểm tra transitor Để đo thử transitor bạn có thể dùng đồng dùng đồng hồ đo Volt- Ohm ở thang đo R( đo điện trở) để kiểm tra transitor còn tốt hay đã hỏng, ngoài ra bạn có thể xác định được transitor thuộc loại PNP hay NPN và xác định cực của transior a Cách kiểm tra transitor còn tốt hay đã hỏng: Đặt đồng hồ VOM về thang đo Rx100, đo điện trở các cặp chân BE, BC,
CE nếu như trị số đó được giống như bảng dưới đây là transitor cong tốt
Transitor loại Ge Transitor loại Si
Chú ý: Đồng hồ VOM thường có đầu
- ( que đen) nối với cực dương của pin, và đầu + (que đỏ) nối với đầu âm của pin đồng hồ (hình.1.32)
- Nếu khi đo một cặp chân nào đó có Rthuận = Rnghịch thì cặp chân đó đã bị chạm
Ví du: khi đo transitor 2SC828 (NPN)
- Khi đo thuận chân E và B: que đen nối chân B, que đỏ nối chân E
- Khi đo nghịch chân E-B: đảo que đo
+ Kim không lên: Rx1 hoặc
+ Nếu Rx1: kim lên transitor chạm B-E
+Nếu Rx1K kim lên lưng chừng transitor bị rỉ E-C
+ Khi đo thuận chân C-B:que đen nối chân B, que đỏ nối chân C
+ Kim không lên transitor đứt mối nối C-B
Hình 1.32: Cấu tạo đồng hồ VOM
- Đo nghịch: đảo que đo
Kim không lên ở vị trí Rx1, Rx1K
+ Nếu Rx1: kim lên transitor chạm B-C
+ Nếu Rx1K kim lên lưng chừng transitor bị rỉ
- Kiểm tra độ khuếch đại, mối nối E-C: nối que đo đen với chân C, que đỏ với chân E
Khi sử dụng thang đo Rx1K và Rx10K, bạn có thể kiểm tra transistor bằng cách kích vào chân B; nếu kim lên xuống thì transistor còn tốt và có khả năng khuếch đại Đối với thang đo Rx1, nếu kim lên và sau đó đảo chiều mà vẫn lên, điều này cho thấy transistor bị chạm chân C-E Nếu kim chỉ lên lưng chừng ở thang đo Rx1 hoặc Rx1K, điều này cho thấy transistor có thể bị rỉ mối nối C-E.
Tương tự ta có thể dùng phương pháp đo trên để đo transitor dạng PNP b Phương pháp xác định các cực B, C, E của transitor:
Khi gặp transitor lạ hoặc bị mất mã hiệu, ta có thể dùng đồng hồ để xác định các cực của nó như sau:
- Cách xác định chân B của Transitor:
Một transitor có thể xem như hai điốt BC và BE nối chung nhau ta có thẻ xác định chân B một trong hai cách:
1- Dùng đồng hồ VOM đặt vè thang đo Rx100 hoặc Rx1K, đo hai chân nào đó của transitor mà kết quả đo ngược, đo xuôi kim đều không lên hoặc chỉ nhích kim lên chút ít thì hai chân đó là cực và E và chân còn lại chính là cực B
1- Đặt que đo vào một chân của transitor, lần lượt chạm que đo vào hai chân còn lại, nếu kim đồng hồ không lên hoặc nhích lên chút ít, ta đổi đầu que đo và đo hai chân kia, nếu lần này kim nối vào chân nào mà kim lên khoảng một nửa hoặc gần hết thang đo thì giữ lại chân đó và nối chân que đo kia vào chân còn lại Nếu kim cũng lên như trước thì chân giữ lại chính là chân B, nói tóm lại, chân nào mà khi đo với hai chân còn lại kim đêu lên thì chân đó là chân B
Nếu que đo đang nối cực B là que đen thì transitor đang đo thuộc loại NPN, còn nếu là que đỏ thí transitor đang đo thuộc loại PNP
- Cách xác định hai chân E và C của transitor:
Hình 1.33: Sơ đồ chân transitor
47 Đo điện trở giữa chân B và hai chân còn lại, chân nào có điện trở lớn hơn là chân C, chân nào điện trở nhỏ hơn là chân E.
Bộ vi xử lý
1.5.1 Cấu trúc phần cứng của một vi xử lý
Tài liệu này chia sẻ những ý kiến chủ quan của tác giả về các vấn đề cơ bản liên quan đến kỹ thuật vi xử lý, dành cho những độc giả có cùng mối quan tâm Nội dung không đề cập đến kiến thức áp dụng cho một loại vi xử lý cụ thể nào.
Để hiểu rõ hơn về hai khái niệm "vi xử lý" (microprocessor) và "vi điều khiển" (microcontroller), cần biết rằng "vi xử lý" là thuật ngữ chung cho kỹ thuật ứng dụng công nghệ vi điện tử và tích hợp trong nhiều lĩnh vực Trong giai đoạn đầu phát triển công nghệ vi xử lý, các chip chỉ tích hợp những phần cứng thiết yếu như CPU và mạch giao tiếp, trong khi các phần cứng khác, bao gồm bộ nhớ, thường phải kết nối bên ngoài và được gọi là các ngoại vi (Peripherals).
Nhờ sự phát triển vượt bậc của công nghệ tích hợp, các ngoại vi đã được tích hợp vào bên trong IC, dẫn đến việc hình thành các "vi điều khiển" Việc tích hợp này mang lại nhiều lợi ích, bao gồm giảm thiểu ghép nối bên ngoài, giảm số lượng linh kiện điện tử phụ, giảm chi phí thiết kế hệ thống, đơn giản hóa quy trình thiết kế, cũng như nâng cao hiệu suất và tính linh hoạt Trong tài liệu này, chúng tôi sẽ không phân biệt rõ ràng giữa hai khái niệm "vi xử lý" và "vi điều khiển".
Khi nói về các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật vi xử lý, chúng ta sử dụng thuật ngữ "vi xử lý" Ngược lại, khi nghiên cứu sâu về một dòng chip cụ thể, thuật ngữ "vi điều khiển" sẽ được áp dụng.
Về cơ bản kiến trúc của một vi xử lý gồm những phần cứng sau:
- Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit)
- Các cổng vào/ra song song (Parallel I/O Ports)
- Các cổng vào/ra nối tiếp (Serial I/O Ports)
- Các bộ đếm/bộ định thời (Timers)
Mỗi loại vi điều khiển cụ thể thường đi kèm với các phần cứng bổ sung như bộ biến đổi tương tự - số (ADC), bộ biến đổi số - tương tự (DAC), mạch điều chế dạng sóng (WG) và điều chế độ rộng xung (PWM).
Bộ não của vi xử lý là CPU, trong khi các phần cứng khác hoạt động như các cơ quan chấp hành dưới sự điều khiển của CPU Để giao tiếp và điều khiển các ngoại vi, CPU sử dụng ba loại tín hiệu cơ bản: tín hiệu địa chỉ, tín hiệu dữ liệu và tín hiệu điều khiển Về mặt vật lý, các tín hiệu này được truyền qua các đường dẫn điện nhỏ nối từ CPU đến các ngoại vi hoặc giữa các ngoại vi với nhau, tạo thành các bus Do đó, chúng ta có các bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển, giúp mô tả cấu trúc phần cứng của vi xử lý một cách rõ ràng.
Sau đây là mô tả sơ bộ về các phần cứng bên trong một vi xử lý
1.5.1.2 Đơn vị xử lý trung tâm CPU:
CPU bao gồm các thành phần chính như đơn vị xử lý số học và lôgic (ALU), thanh ghi, khối lôgic và mạch giao tiếp Chức năng của CPU là thực hiện các phép toán, gửi tín hiệu địa chỉ, dữ liệu và điều khiển để thực hiện các lệnh do lập trình viên chỉ định.
Bộ nhớ máy tính được chia thành hai loại chính: bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ chương trình lưu trữ mã lệnh giúp CPU thực hiện các nhiệm vụ cụ thể và thường là bộ nhớ không bay hơi, nghĩa là không mất dữ liệu khi nguồn điện ngừng cung cấp Một số loại bộ nhớ không bay hơi bao gồm ROM, PROM, EPROM, EEPROM và Flash Trong khi đó, bộ nhớ dữ liệu dùng để lưu trữ thông tin như tham số và biến tạm thời, và tùy thuộc vào loại dữ liệu, bộ nhớ này có thể là không bay hơi hoặc có bay hơi.
“bay hơi” (mất dữ liệu khi cắt nguồn nuôi) Loại “bay hơi” thường thấy là các bộ nhớ SRAM
1.5.1.4 Cổng vào/ra song song
Các đường tín hiệu kết nối với chân của IC cho phép giao tiếp với thế giới bên ngoài thông qua việc đưa ra hoặc đọc giá trị điện áp Giá trị điện áp này chỉ có thể được biểu diễn bằng hai giá trị logic 0 hoặc 1, trong đó logic 0 tương ứng với điện áp khoảng 0VDC và logic 1 với khoảng 5VDC, phù hợp với mức logic TTL Mỗi cổng vào/ra song song thường có 08 đường tín hiệu độc lập, cho phép đưa ra hoặc đọc vào các giá trị logic khác nhau cho từng chân cổng Ngoài ra, các cổng vào/ra còn có thể tích hợp thêm các chức năng đặc biệt liên quan đến các thiết bị ngoại vi khác.
1.5.1.5 Cổng vào/ra nối tiếp
Khác với cổng song song, cổng nối tiếp truyền dữ liệu từng bit một qua cùng một đường tín hiệu, thay vì truyền đồng thời qua nhiều đường khác nhau Việc truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp thường phải tuân theo một giao thức hoặc nguyên tắc nhất định.
Các giao thức truyền dữ liệu phổ biến bao gồm SPI, I2C và SCI Cổng nối tiếp có hai kiểu truyền dữ liệu chính: truyền đồng bộ (synchronous), trong đó thiết bị truyền và thiết bị nhận sử dụng chung một xung nhịp, và truyền dị bộ (asynchronous), khi thiết bị truyền và thiết bị nhận có hai nguồn xung nhịp riêng biệt, nhưng không được chênh lệch quá nhiều.
Xung nhịp là yếu tố quan trọng trong việc truyền dữ liệu nối tiếp, có vai trò xác định giá trị của bit dữ liệu và thời điểm đọc mức lôgic trên đường truyền.
Cổng nối tiếp có ba loại tính năng chính: Đơn công, cho phép thiết bị chỉ truyền hoặc nhận dữ liệu; Bán song công, cho phép thiết bị truyền và nhận dữ liệu nhưng chỉ thực hiện một trong hai chức năng tại một thời điểm; và Song công, cho phép thiết bị truyền và nhận dữ liệu đồng thời.
1.5.1.6 Bộ đếm / bộ định thời Đây là các ngoại vi được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ đơn giản: đếm các xung nhịp Mỗi khi có thêm một xung nhịp tại đầu vào đếm thì giá trị của bộ đếm sẽ được tăng lên 01 đơn vị (trong chế độ đếm tiến/đếm lên) hay giảm đi 01 đơn vị (trong chế độ đếm lùi/đếm xuống)
Xung nhịp đưa vào đếm có thể được phân loại thành hai loại, trong đó xung nhịp bên trong IC là loại xung nhịp được tạo ra từ sự kết hợp của mạch dao động bên trong.