Giáo trình mô đun Điện tử cơ bản (Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí) trang bị cho người học những kiến thức cơ bản nhất về cấu tạo, nguyên lý làm việc của các linh kiện điện tử cơ bản, tính năng ứng dụng của linh kiện trong các mạch điện tử cơ bản thường dùng trong hệ thống lạnh. Giáo trình gồm 5 bài, mời các bạn cùng tham khảo.
LINH KIỆN THỤ DỘNG
T Ụ ĐIỆN
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động, gồm hai bề mặt dẫn điện cách nhau bởi một lớp điện môi Khi có chênh lệch điện thế giữa hai bề mặt, điện tích trái dấu sẽ xuất hiện, dẫn đến khả năng tích trữ năng lượng điện trường Sự tích tụ này cho phép tụ điện lưu trữ năng lượng hiệu quả.
2.1.1 Các thông số cơ bản
Cấu tạo, ký hiệu, đặc tính nạp xả và cách đọc:
Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hoá
Hình 1.25: Cấu tạo tụ điện
Tụ điện được cấu tạo từ hai bản cực kim loại song song, với một lớp điện môi cách điện ở giữa Các chất điện môi thường được sử dụng bao gồm giấy, gốm, mica và giấy tẩm hóa chất Tụ điện cũng được phân loại dựa trên tên gọi của các loại chất điện môi này.
Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá, tụ mica…
Hình 1.26: Ký hiệu tụ điện
Tụ điện ký hiệu là C có đơn vị lad Fara (F)
Tụ điện có đặc tính phóng nạp quan trọng, cho phép nó dẫn điện xoay chiều hiệu quả.
Hình 1.27: Minh hoạ về tính chất phóng nạp của tụ điện
Khi công tắc K1 đóng, dòng điện từ nguồn U đi qua bóng đèn để nạp vào tụ điện Dòng nạp này làm bóng đèn loé sáng Khi tụ điện nạp đầy, dòng nạp giảm về 0, dẫn đến bóng đèn tắt.
Khi tụ điện được nạp đầy và công tắc K1 mở, công tắc K2 đóng, dòng điện sẽ từ cực dương (+) của tụ phóng qua bóng đèn về cực âm (-), khiến bóng đèn lóe sáng Khi tụ điện phóng hết, bóng đèn sẽ tắt.
=> Nếu điện dung tụ càng lớn thì bóng đèn loé sáng càng lâu hay thời gian phóng nạp càng lâu
2.1.2.1 Đấu nối tiếp tụ điện
Hình 1.28: Đấu nối tiếp các tụ điện Hình 1.29: Đấu song song các tụ điện
Các tụ điện mắc nối tiếp giá trị điện dung tương đương Ctđ được tính bởi công thức: 1/ Ctđ = (Ohm)1 / C1) + (Ohm)1 / C2) + (Ohm)1 / C3)
Trường hợp chỉ có 2 tụ mắc nối tiếp thì Ctđ = C1.C2 / (Ohm)C1 + C2)
Khi mắc nối tiếp các tụ điện, điện áp chịu đựng của tụ tương đương được tính bằng tổng điện áp của các tụ, tức là Utđ = U1 + U2 + U3 Đối với các tụ hoá, cần lưu ý rằng cực âm của tụ trước phải được nối với cực dương của tụ sau để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.
2.1.2.2 Đấu song song tụ điện
Khi các tụ điện được mắc song song, điện dung tương đương sẽ bằng tổng điện dung của tất cả các tụ Công thức tính là C = C1 + C2 + C3 Điện áp chịu đựng của mạch điện sẽ bằng điện áp của tụ có điện áp thấp nhất Đối với tụ hóa, các tụ cần được đấu theo cùng chiều âm dương.
2.2 Các loại tụ điện, cấu tạo và ký hiệu
Hình 1.30: Hình ảnh tụ gốm 2.2.2 Tụ không cực tính có điện dung nhỏ hơn 1uF
Hình 1.31: Hình ảnh tụ gốm có điện dung nhỏ hớn uF 2.3.3 Tụ hóa
Hình 1.32: Hình ảnh tụ hóa
Hình 1.33: Hình ảnh tụ có điện dung điều chỉnh được 2.3.4 Tụ tantalium
Tụ này có bản cực nhôm và dùng gel tantal làm dung môi, có trị số rất lớn với thể tích nhỏ
Hình 1.34: Hình ảnh tụ tantalium
2.3 Qui cách đóng vỏ và ghi nhãn
2.4 Ứng dụng của tụ điện
Tụ điện là linh kiện thiết yếu trong kỹ thuật điện và điện tử, đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử Mỗi mạch điện sử dụng tụ điện đều có chức năng riêng, chủ yếu là để truyền dẫn tín hiệu hiệu quả.
, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động vv
Dưới đây là một số những hình ảnh minh hoạ về ứng dụng của tụ điện
2.4.1 Tụ điện trong mạch lọc nguồn
Hình 1.35: Các trạng thái lọc của tụ điện
Trong mạch lọc nguồn, tụ hoá đóng vai trò quan trọng trong việc làm phẳng điện áp một chiều sau khi đã chỉnh lưu, giúp cung cấp điện ổn định cho tải tiêu thụ Nếu không có tụ, điện áp DC sau đi ốt sẽ có sự dao động lớn, nhưng khi có tụ, điện áp này trở nên tương đối phẳng Kích thước của tụ càng lớn thì mức độ phẳng của điện áp DC càng cao.
2.4.2 Tụ điện trong mạch dao động đa hài tạo xung vuông
Hình 1.36: Mạch dao động đa hài dung 2 transistor
Hai đèn báo sáng sử dụng đèn Led dấu song song với cực CE của hai Transistor, chú ý đấu đúng chiều âm dương
2.5 Thực hành cách xác định giá trị và kiểm tra tụ điện
Hỡnh 1.37: Tụ hoỏ ghi điện dung là 185 àF / 320 V
Với các tụ dùng màu ghi trị điện dung, cách đọc trị điện dung cũng tương tự như điện trở
Tụ hoá là loại tụ điện có giá trị điện dung được ghi trực tiếp trên thân, có phân cực âm (-) và dương (+), thường có hình dạng trụ.
* Với tụ giấy, tụ gốm: Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu
Hình 1.38: Hình dáng tụ giấy
Cách đọc: Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3)
Ví dụ tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa là
Giá trị = 47 x 10 4 = 470000p ( Lấy đơn vị là picô Fara)
Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5% hay 10% của tụ điện
Hinh 1.39: Sơ đồ hướng dẫn cách đo tụ điện
Dùng Ohm kế để kiểm tra tính rĩ điện của các tụ điện
Khi đo tụ điện hoá học, cần đặt cực dương của tụ trên dây đen Khi kết nối tụ với hai dây đo, dòng điện từ nguồn pin 3V sẽ nạp vào tụ Ban đầu, dòng nạp mạnh khiến kim đồng hồ bậc lên cao, sau đó kim sẽ giảm dần về vị trí vô cực khi tụ đã nạp đầy áp 3V.
Khi chọn thang đo, việc sử dụng thang đo lớn sẽ dẫn đến điện trở cao, khiến dòng điện chảy qua dây đo nhỏ và thời gian nạp đầy tụ lâu hơn, làm kim trở về vị trí vô cực chậm Ngược lại, nếu chọn thang đo nhỏ, thời gian nạp đầy sẽ nhanh chóng và kim sẽ về vô cực rất nhanh Do đó, khi kiểm tra tụ điện có điện dung nhỏ, cần sử dụng thang đo lớn để kịp thời quan sát dòng nạp vào tụ.
Dùng Vom ở thang đo Ω đưa 2 que đo vào hai chân tụ điện và thực hiện đổi que đo Sau 2 lần đo nếu:
- Kim lên một giá trị nào đó rồi trở về lại vị trí ban đầu (∞Ω) thì chứng tỏ tụ còn tốt
- Kim lên một giá trị nào đó nhưng trở về không đến ∞ thì tụ bị rò rỉ
- Kim lên một giá trị nào đó rồi đứng im tại vị trí đó thì tụ bị khô
- Kim lên đến giá trị 0 thì tụ bị chấp 2 bản cực với nhau
C UỘN CẢM
Dòng điện một chiều (DC) có cường độ và chiều không đổi, với tần số bằng 0 Trong trường hợp này, cuộn dây hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng không, tương đương với việc cuộn dây được nối đoản mạch Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra một từ trường B, cũng có cường độ và chiều không đổi.
3.2 Cấu tạo, ký hiệu quy ước, phân loại và cách đọc
Hình 1.40 Cuộn dây lõi không khí Cuộn dây lõi Ferit
Cuộn cảm là thiết bị điện bao gồm nhiều vòng dây quấn lại với nhau, được sơn cách điện bằng emay Lõi của cuộn dây có thể là không khí hoặc được làm từ vật liệu dẫn từ như ferrite hoặc lõi thép kỹ thuật.
Cuộn cảm cao tần, Cuộn cảm trung tần, Cuộn cảm âm tần
Hình 1.41 Ký hiệu cuộn dây
* Ký hiệu trên sơ đồ
Trên sơ đồ, các ký hiệu cuộn dây được quy định như sau: L1 đại diện cho cuộn dây lõi không khí, L2 là cuộn dây lõi ferit, L3 là cuộn dây có lõi chỉnh, và L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật.
3.3 Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm
*Hệ số tự cảm định luật Faraday)
Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua
L: là hệ số tự cảm của cuôn dây, đơn vị là Henrry (H) n: là số vòng dây của cuộn dây l: là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét (m)
S: là tiết diện của lõi, tính bằng mm 2 àr: là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lừi
Hình 1.42: Thí nghiệm về cảm kháng của cuộn dây với dòng điện xoay chiều
Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòngđiện xoay chiều
ZL = L = L2 f = 2.3,14.f.L f: là tần số đơn vị là Hz
Trong đó: ZL là cảm kháng, đơn vị là Ω
L: là hệ số tự cảm, đơn vị là Henry
: Tần số góc, đơn vị là Rad/s
Trong thí nghiệm minh họa, cuộn dây được nối tiếp với bóng đèn và kết nối với nguồn điện 12V có tần số khác nhau thông qua các công tắc K1, K2, K3 Khi K1 đóng, dòng điện một chiều đi qua cuộn dây mạnh nhất, dẫn đến bóng đèn sáng nhất do ZL = 0 Khi K2 đóng, dòng điện xoay chiều 50Hz đi qua cuộn dây yếu hơn, khiến bóng đèn sáng yếu đi do ZL tăng Cuối cùng, khi K3 đóng, dòng điện xoay chiều 200Hz đi qua cuộn dây yếu nhất, làm cho bóng đèn sáng yếu nhất vì ZL đạt giá trị cao nhất.
Cảm kháng của cuộn dây tỷ lệ thuận với hệ số tự cảm và tần số của dòng điện xoay chiều Điều này có nghĩa là dòng điện xoay chiều với tần số cao sẽ gặp khó khăn hơn khi đi qua cuộn dây Ngược lại, dòng điện một chiều có tần số f = 0 Hz, do đó cảm kháng của cuộn dây trong trường hợp này là ZL = 0.
Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở đo được bằng đồng hồ vạn năng, thường có giá trị nhỏ so với cảm kháng trong các cuộn dây chất lượng tốt Điện trở thuần còn được gọi là điện trở tổn hao, vì nó sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động.
Tính chất nạp, xả của cuộn cảm, ứng dụng
Hình 1.43: Thí nghiệm về tính nạp xả của cuộn dây
Cuộn dây nạp năng lương: Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo công thức
I: dòng điện (A) Ở thí nghiệm trên: Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần (do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột ngột) vì vậy bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2 đóng, năng lương nạp trong cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => đó là hiên tượng
Cho dòng một chiều đi qua
3.5 Đo, kiểm tra cuộn cảm
Xác định chất lượng cuộn dây
Dùng đồng hồ VOM ở thang đo Ω ở thang đo x1 hoặc x10 đưa hai que đo vào 2 đầu cuộn dây
Nếu kim không lên (=∞) thì cuộn dây bị đứt
Nếu kim lên = 0 thì cuộn dây bị chập
Nếu kim lên chỉ một giá trị điện trở nào đó thì cuộn dây tốt
Khi đo cuộn dây có tiết diện dây nhỏ và điện trở thuần thấp bằng VOM, việc xác định cuộn dây bị chập hay còn tốt là rất khó khăn Để phát hiện chính xác tình trạng của cuộn dây, cần sử dụng các dụng cụ đo chuyên dụng.
T HẠCH ANH
4.1 Khái quát chung Đá Thạch Anh (Quartz) là một trong những khoáng vật được biết đến nhiều nhất trên thế giới Công thức hóa học của Đá Thạch Anh là SiO2, độ cứng là 7Mohs, đặc biệt Đá Thạch Anh hồng đỏ có tính phát quang Các màu sắc phổ biến: không màu, trắng, hồng đỏ, hồng, vàng (vỏ chanh), xanh, đen, tím, nâu, xám
Đá Thạch Anh, hình thành qua hàng triệu năm dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và biến đổi khí hậu, sở hữu đặc tính từ trường và điện trường cao Nhờ quá trình này, Đá Thạch Anh được tôi luyện, thu hút linh khí từ trời đất và vũ trụ, mang lại nguồn năng lượng mạnh mẽ.
Chính nhờ những đặc điểm kể trên mà Đá Thạch Anh trở thành loại Đá Quý có nhiều công dụng và được con người ưa chuộng nhất
4.2 Các loại thạch anh, cấu tạo và ký hiệu
4.2.1 Ký hiệu và hình dáng
Hình 1.44: Ký hiệu và hình dáng của Thạch anh
Thạch anh (silic điôxít, SiO2) hay còn gọi là thủy ngọc là một trong số những khoáng vật phổ biến trên Trái Đất
Thạch anh được hình thành từ một mạng lưới liên tục của các tứ diện silic - oxy (SiO4), trong đó mỗi nguyên tử oxy được chia sẻ giữa hai tứ diện, dẫn đến công thức hóa học chung là SiO2.
4.3 Qui cách đóng vỏ và ghi nhãn
Thạch anh là vật liệu quan trọng được sử dụng trong các bộ cộng hưởng hiệu suất cao cho bộ lọc và dao động điện tử Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định tần số của bộ dao động bao gồm biến đổi nhiệt độ, thay đổi tải và sự biến động của điện áp nguồn một chiều.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Câu 1: Hãy trình bày cách đọc điện trở có 4 vòng màu?
Câu 2: Hãy trình bày cách đo kiểm tra tụ điện bằng VOM?
Câu 3: Hãy trình bày tính chất nạp xã của cuộn dây?
CHẤT BÁN DẪN VÀ DIODE
K HÁI NIỆM CHẤT BÁN DẪN
Chất bán dẫn là nguyên liệu chính để chế tạo các linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor và IC, những thành phần quan trọng có mặt trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại.
Chất bán dẫn là những vật liệu có tính chất trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Về mặt hóa học, bán dẫn có bốn điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử, với các ví dụ tiêu biểu như Germanium (Ge) và Silicium (Si).
Để tạo ra diode hoặc transistor, người ta bắt đầu từ các chất bán dẫn tinh khiết và chế tạo hai loại bán dẫn là loại N và loại P, sau đó ghép chúng lại với nhau.
Si và Ge đều có hoá trị 4, với lớp ngoài cùng chứa 4 điện tử Trong trạng thái tinh khiết, các nguyên tử Si và Ge liên kết với nhau thông qua liên kết cộng hoá trị.
Chất bán dẫn là nguyên liệu chính để sản xuất các linh kiện điện tử như Diode, Transistor và IC, đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử hiện đại.
Chất bán dẫn là những vật liệu có tính chất trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, với đặc điểm hóa học là có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử Hai loại chất bán dẫn phổ biến nhất là Germanium (Ge) và Silicium (Si).
Để tạo ra Diode hoặc Transistor, các chất bán dẫn tinh khiết cần được chuyển đổi thành hai loại bán dẫn: loại N và loại P Sau đó, việc ghép nối các miếng bán dẫn loại N và P sẽ tạo ra các linh kiện điện tử quan trọng này.
Silic (Si) và germanium (Ge) đều có hóa trị 4, với lớp ngoài cùng chứa 4 electron Trong trạng thái tinh khiết, các nguyên tử Si và Ge liên kết với nhau thông qua liên kết cộng hóa trị.
Hình 2.1: Chất bán dẫn tinh khiết
Chất bán dẫn loại p, hay còn gọi là bán dẫn dương, được tạo ra từ các tạp chất thuộc nhóm III và dẫn điện chủ yếu thông qua các lỗ trống, viết tắt là "p" trong tiếng Anh, mang nghĩa dương.
Chất bán dẫn loại n, hay còn gọi là bán dẫn âm, được hình thành từ các tạp chất thuộc nhóm V Những nguyên tử này sử dụng 4 electron để tạo liên kết, trong khi một electron ở lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, tạo ra các electron dẫn chủ yếu.
Chất bán dẫn không suy biến có nồng độ hạt dẫn thấp, trong khi chất bán dẫn suy biến, với nồng độ tạp chất lớn hơn 10^20 nguyên tử/cm3, có tính chất tương tự kim loại, cho phép dẫn điện tốt Năng lượng của hạt dẫn tự do trong chất bán dẫn suy biến không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
Bán dẫn pha tạp có thể được hiểu đơn giản qua lý thuyết vùng năng lượng, trong đó các mức pha tạp xuất hiện trong vùng cấm, giúp điện tử dễ dàng chuyển lên vùng dẫn và lỗ trống di chuyển xuống vùng hóa trị Sự hiện diện của các mức pha tạp này, ngay cả với hàm lượng rất nhỏ, có thể tạo ra sự thay đổi lớn trong tính chất dẫn điện của chất bán dẫn.
Khi pha một lượng nhỏ Phospho (P) vào chất bán dẫn Silicon (Si), mỗi nguyên tử P sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si qua liên kết cộng hóa trị, nhưng chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết, để lại một điện tử dư thừa trở thành điện tử tự do Kết quả là chất bán dẫn này trở thành thừa điện tử, mang điện âm và được gọi là bán dẫn N (Negative).
Khi thêm một lượng nhỏ Indium (In) có hoá trị 3 vào chất bán dẫn Silicon (Si), mỗi nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Silicon thông qua liên kết cộng hoá trị Tuy nhiên, do thiếu một điện tử, hiện tượng này tạo ra lỗ trống mang điện dương, dẫn đến việc hình thành chất bán dẫn P.
T IẾP GIÁP P-N
2.1 Cấu tạo và ký hiệu của Diode
Khi kết hợp hai loại chất bán dẫn P và N tại một tiếp giáp P-N, ta tạo ra một Diode Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp đầy các lỗ trống, từ đó hình thành một lớp Ion trung hòa điện Lớp Ion này tạo ra miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.
Hình 2.4: Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn
2.1.2 Ký hiệu quy ước và hình dáng
Hình 2.5: Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn
2.1.3 Một số hình dạng của didoe khác
Hình 2.6: Các dạng diode khác thường gặp 2.2 Nguyên lý hoạt động
2.2.1 Phân cực thuận cho Diode
Khi cấp điện áp dương vào Anôt và điện áp âm vào Katôt, miền cách điện sẽ thu hẹp Khi điện áp giữa hai cực đạt 0,6V đối với Diode Si hoặc 0,2V đối với Diode Ge, miền cách điện sẽ giảm xuống bằng không, cho phép Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp, dòng điện qua Diode sẽ tăng nhanh, nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực vẫn giữ ở mức 0,6V.
Hình 2.7 Phân cực thuận cho Diode
Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V
Hình 2.8: Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode
Kết luận: Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận <
Khi điện áp đạt 0,6V, diode bắt đầu dẫn điện Dòng điện qua diode sẽ tăng nhanh, nhưng điện áp thuận vẫn duy trì ở mức 0,6V.
2.2.2 Phân cực ngược cho Diode
Khi phân cực ngược cho diode, nguồn dương (+) được cấp vào katôt (bán dẫn N) và nguồn âm (-) vào anôt (bán dẫn P) Dưới tác động của điện áp ngược, miền cách điện mở rộng, ngăn cản dòng điện qua mối tiếp giáp Diode có khả năng chịu được điện áp ngược lớn, lên đến khoảng 1000V, trước khi bị đánh thủng.
Hình 2.9: Phân cực thuận cho Diode Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V
Diode Zener có cấu trúc giống như diode thông thường với hai lớp bán dẫn P-N ghép lại Nó hoạt động chủ yếu trong chế độ phân cực ngược, giữ mức điện áp ổn định theo giá trị ghi trên diode khi phân cực thuận.
Diode zener có khả năng ổn định điện áp, hoạt động ở trạng thái phân cực nghịch và bị đánh thủng Khi bị đánh thủng, diode zener duy trì mức điện áp ổn định bất chấp sự thay đổi của điện áp đầu vào Để bảo vệ diode khỏi quá công suất, thường sử dụng một điện trở hạn dòng trong mạch Tuy nhiên, trong một số mạch điện, diode zener có thể hoạt động mà không cần điện trở hạn dòng, nhằm bảo vệ thiết bị khỏi tình trạng quá áp.
Hình 2.11: Ứng dụng của Diode zener
Trong mạch điện, diode được mắc ngang cuộn dây của relay nhằm bảo vệ transistor Khi transistor dẫn điện, nó cung cấp dòng cho cuộn dây, tạo ra sức hút nam châm để thay đổi vị trí tiếp điểm Tuy nhiên, khi transistor ngừng dẫn, dòng điện cấp cho cuộn dây bị cắt, dẫn đến việc cuộn dây phát sinh điện áp ứng với biên độ cao, có thể gây hư hỏng cho các mối nối bán dẫn Để ngăn chặn hiện tượng này, diode được mắc ngang cuộn dây để chống lại mức áp nghịch, giúp giữ cho điện áp tại cuộn dây không tăng cao.
2.3.2 Diode Thu quang (Photo Diode)
Diode thu quang hoạt động hiệu quả khi ở chế độ phân cực nghịch, với vỏ diode được trang bị một miếng thủy tinh cho phép ánh sáng chiếu vào mối P-N Dòng điện ngược qua diode tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng mà diode nhận được.
Hình 2.12: Hình ảnh minh họa của diode thu quang
2.3.4 Diode Phát quang (Light Emiting Diode: LED)
Hình 2.13: Ký hiệu và hình ảnh của Led
Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA
Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv
2.3.5 Led 7 đoạn và led ma trận
Hình 2.14: Ký hiệu và hình ảnh của Led 7 đoạn và ma trận
2.3.6 Diode Varicap (Diode biến dung)
Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode
Diode biến dung (diode Varicap) được sử dụng trong mạch cộng hưởng, như minh họa trong hình 2.15 Khi điều chỉnh triết áp VR, điện áp ngược áp dụng lên diode Varicap sẽ thay đổi, dẫn đến sự biến đổi điện dung của diode Sự thay đổi này ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng của mạch.
Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp
Trong các bộ nguồn xung, diode xung là linh kiện quan trọng dùng để chỉnh lưu ở đầu ra của biến áp xung Diode xung hoạt động ở tần số cao, khoảng vài chục KHz, và không thể thay thế bằng diode nắn điện thông thường Tuy nhiên, diode xung có thể thay thế cho diode thường, mặc dù giá thành của nó cao hơn nhiều lần so với diode thông thường.
Diode xung có hình dáng tương tự như Diode thường, nhưng thường được nhận diện qua các vòng đánh dấu đứt nét hoặc hai vòng.
Hình 2.16: Ký hiệu của diode xung
2.4 Thực hành nhận dạng và đo thử các loại diode Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω, đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu : Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt
Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập
Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt, Diode D2 bị chập và D3 bị đứt
Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị rò.
Hình 2.17: Hướng dẫn cách đo diode
2.5 Các mạch ứng dụng dùng diode
2.5.1 Cấu hình Diode mắc nối tiếp
Trong phần này mạch tương đương được sử dụng để nghiên cứu các cấu hình mạch mắc nối tiếp các diode với tín hiệu vào dc
Hình 2.18: Cấu hình diode mắc nối tiếp
Trong mạch điện nối tiếp, khi thay diode bằng một điện trở R, chiều dòng điện qua điện trở R sẽ cùng chiều với dòng điện thuận của diode Điều này xảy ra khi điện áp E lớn hơn điện áp V, khiến diode ở trạng thái dẫn.
Hình 2.19: Cấu hình song song
L ẮP MẠCH NGUỒN MỘT CHIỀU ĐƠN GIẢN
3.1.2 Nhiệm vụ của các linh kiện
TR: Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều u1 thành điện áp xoay chiều u2
Diode dùng để chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều u2 thành điện áp một chiều Ut
Rt : Điện trở tải của mạch
Khi cấp điện áp xoay chiều u1 vào hai đầu cuộn sơ cấp biến áp TR thì ở thứ cấp xuất hiện một điện áp cảm ứng xoay chiều u2 như hình 2.2b
Giả sử ẵ chu kỳ đầu điện ỏp vào u2 dương (+A, -B), diode D được phõn cực thuận
Dòng điện chỉ đi qua tải theo một chiều nhất định từ A đến B trong chu kỳ dương của điện áp vào u2 Khi điện áp u2 âm, diode D bị phân cực ngược và không dẫn điện, dẫn đến điện áp trên tải bằng không Do đó, chỉ có dòng điện trong các nửa chu kỳ dương của điện áp vào u2.
3.1.4 Các thông số của mạch Điện áp trung bình trên tải là: U0 = 2 2 2 2 0 , 45 2
Dòng điện trung bình trên tải là:
Điện áp ngược lớn nhất đặt vào diode khi khóa là: PIV=Ungmax = U2m= .U0
Dòng điện qua tải chỉ có ở một chiều dòng điện tải nhấp nhô một lần
Ta nói tần số đập mạch của dòng điện này là m =1, f0 = fnguồn
Mạch chỉnh lưu đơn giản chỉ sử dụng một diode, nhưng hiệu suất thấp và độ nhấp nhụ cao khi dòng điện qua tải Điều này dẫn đến hệ số sử dụng máy biến áp thấp, cùng với dòng điện và điện áp trung bình trên tải cũng nhỏ Vì vậy, mạch này ít được áp dụng trong thực tế.
3.1.5 Lắp ráp, khảo sátmạch chỉnh lưu bán kỳ
Bước 1: Chọn và kiểm tra TB – linh kiện trên sơ đổ hình 4.24
Bước 2: Lắp ráp linh kiện lên Board
Bước 3: Kiểm tra lại mạch
Bước 4: Cấp điện cho mạch
Hỡnh 2.22 Mạch chỉnh lưu ẵ T cú tụ lọc
* Đo, kiểm tra và khảo sát các thông số
Cách 1: Dùng VOM đo các thông số và ghi kết quả vào bảng sau:
V1(AC) Vin(AC) Vout(DC) ID(DC)
So sánh kết quả đo được và so sánh với phần lý thuyết?
Nhận xét và giải thích
Khảo sát các thông số
Mắc các tụ điện với các giá trị khác nhau và lập lại các bước đo trên (khi mắc tụ phải chú ý đến cực tính)
Nhận xét kết quả đo được và giải thích:
Sử dụng dao động ký (Osillicope), đo và vẽ dạng song ngõ vào và ngõ ra khi không tụ và khi mắc các tụ khác nhau:
3.2.1 Sơ đồ mạch điện (hình 2.23a)
3.2.2 Nhiệm vụ của các linh kiện
TR: biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều u1 thành điện áp xoay chiều U2
D1, D2, D3, D4: Diode dùng để chỉnh lưu; Rt: Điện trở tải của mạch:
Khi cấp điện áp xoay chiều u1 vào hai đầu cuộn sơ cấp biến áp TR thì ở thứ cấp xuất hiện điện áp cảm ứng xoay chiều u2, như hình 5.1b
Trong chu kỳ đầu, khi điện áp u2 dương (+A, -B) được áp vào, các diode D2 và D4 bị phân cực ngược và không dẫn, trong khi D1 và D3 được phân cực thuận, cho phép dòng điện chảy từ +A qua tải Rt đến -B Ở chu kỳ sau, khi điện áp đổi chiều u2 âm (-A, +B), D1 và D3 lại bị phân cực ngược và không dẫn, còn D2 và D4 được phân cực thuận, cho phép dòng điện chảy từ +B qua tải Rt đến -A.
Như vậy trong một chu kỳ của điện áp vào D1, D3 và D2, D4 thay nhau dẫn cho dòng điện đi qua tải theo một chiều nhất định
3.3.4 Các thông số của mạch Điện áp trung bình trên tải là:
Dòng điện trung bình trên tải là:
Điện áp ngược lớn nhất đặt vào diode khi khóa là:PIV = Ungmax = U2m 2
Hình 2.23 Mạch chỉnh lưu một pha hình cầu dùng Diode
Dòng điện qua tải chỉ có ở một chiều dòng điện tải nhấp nhô hai lần Ta nói tần số đập mạch của dòng điện này là m =2, f0 = 2fnguồn
Điện áp trên tải xuất hiện trong cả hai nửa chu kỳ, mang lại hiệu suất cao cho mạch Độ nhấp nhô điện áp nhỏ, hệ số sử dụng máy biến áp cao, và dòng điện cùng điện áp trung bình trên tải lớn Điện áp ngược trên mỗi diode thấp hơn, mặc dù việc chế tạo máy biến áp đơn giản hơn nhưng cần nhiều diode hơn Mạch này thường được áp dụng trong thực tiễn.
3.3.5 Lắp ráp và khảo sát mạch chỉnh lưu cầu
- Bước 1: Chọn TB – Linh kiện như trên sơ đồ hình 2.24
- Bước 2: Lắp ráp linh kiện lên Board
- Bước 3: Kiểm tra lại mạch
- Bước 4: Cấp điện cho mạch
Hình 2.24: Mạch chỉnh lưu toàn kỳ có tụ lọc
- Khi chưa mắc tụ, thay đổi lần lượt Ui và đo Uo ghi vào bảng
* Khảo sát các thông số
Mắc các tụ điện với các giá trị khác nhau và lập lại các bước đo trên (khi mắc tụ phải chú ý đến cực tính)
Nhận xét kết quả đo được và giải thích:
Sử dụng dao động ký (Osillicope), đo và vẽ dạng song ngõ vào và ngõ ra khi không tụ và khi mắc các tụ khác nhau:
Dạng sóng ngõ ra khi không có tụ điện
Vo t Dạng sóng ngõ ra khi có tụ điện
Hình 2.25 Mạch chỉnh lưu cầu lấy ra hai mức điện áp đối xứng 3.3.2 Nguyên lý hoạt động
Nhiều thiết bị điện tử yêu cầu nguồn điện một chiều đối xứng, chẳng hạn như mạch khuếch đại công suất của amply, thường sử dụng điện áp đối xứng ± 42V Để tạo ra điện áp đối xứng, có thể sử dụng cầu 4 diode kết hợp với biến áp có thứ cấp đối xứng trong mạch chỉnh lưu.
3.3.3 Lắp ráp, khảo sát mạch chỉnh lưu âm dương
Các bước lắp ráp mạch
Bước 1: Nghiên cứu sơ đồ nguyên
Bước 2: Chọn thiết bị, dụng cụ, vật tư theo sơ đồ hình 2.24
Bước 3: Kiểm tra linh kiện và vẽ mạch in lên giấy và lên pích đồng
Bước 5: Lắp ráp linh kiện lên mạch in
Bước 6: Cấp nguồn chạy thử
Bước 7: Ghi nhận các thông số kỹ thuật
CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Hãy trình bày cấu tạo của Diode?
Câu 2: Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của Diode?
Câu 3: Hãy trình bày ứng dụng của Diode?
Câu 4: Hãy trình bày phương pháp đo, kiểm tra Diode?
TRANSISTOR
T RANSISTOR LƯỠNG CỰC
1.1 Transitor mối nối lưỡng cực (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR = BJT)
Hình 3.1: Cấu tạo Transitort lưỡng cực
Ba lớp bán dẫn tạo thành ba cực: cực gốc (Base - B) ở giữa, rất mỏng với nồng độ tạp chất thấp, và hai lớp bên ngoài là cực phát (Emitter - E) và cực thu (Collector - C) Cả hai cực E và C đều cùng loại bán dẫn (N hoặc P) nhưng khác nhau về kích thước và nồng độ tạp chất, do đó không thể hoán đổi cho nhau.
Hình 3.2: Kí hiệu Transitort lưỡng cực
Transistor công xuất nhỏ Transistor công xuất lớn
Hình 3.3: Hình dángTransitort lưỡng cực
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại transistor đến từ các quốc gia khác nhau, nhưng phổ biến nhất là transistor của Nhật Bản, Mỹ và Trung Quốc Transistor Nhật Bản thường được ký hiệu bằng các chữ cái A, B, C, D, ví dụ như A564, B733, C828, D1555 Trong đó, transistor ký hiệu A và B là transistor PNP, trong khi C và D là transistor NPN Các transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số làm việc cao, trong khi các transistor B và D có công suất lớn hơn nhưng tần số làm việc thấp hơn.
Transistor do Mỹ sản xuất thường ký hiệu là 2N ví dụ 2N3055, 2N4073 vv
Transistor do Trung Quốc sản xuất được nhận diện bằng cách bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chữ cái Chữ cái đầu tiên cho biết loại bóng: A và B là bóng thuận, trong khi C và D là bóng ngược Chữ cái thứ hai chỉ ra đặc điểm của bóng: X và P là bóng âm tần, còn A và G là bóng cao tần Các chữ số phía sau chỉ thứ tự sản phẩm, ví dụ như 3CP25, 3AP20, v.v.
- Một số Transistor đặc biệt
* Transistor số (Digital Transistor): Transistor số có cấu tạo như Transistor thường nhưng chân B được đấu thêm một điện trở vài chục KΩ như hình 8.3
Hình 3.4: Ký hiệu của Transistor số
Transistor số là linh kiện quan trọng trong các mạch công tắc, mạch logic và mạch điều khiển Khi hoạt động, người dùng có thể trực tiếp áp dụng điện áp 5V vào chân B của transistor để điều khiển việc bật tắt đèn.
Hình 3.5: Minh hoạ ứng dụng của Transistor Digital
Digital transistors are commonly identified by symbols such as DTA for forward bias, DTC for reverse bias, KRC for reverse bias, KRA for forward bias, RN12 for reverse bias, RN22 for forward bias, UN, and KSR.
* Transistor công xuất dòng (công xuất ngang)
Transistor công suất lớn, thường được gọi là sò, bao gồm các loại như sò dòng và sò nguồn, được thiết kế để điều khiển bộ cao áp hoặc biến áp nguồn xung Chúng có điện áp hoạt động cao và dòng chịu đựng lớn Các sò công suất dòng, thường được sử dụng trong tivi màu, thường được trang bị thêm các diode đệm song song với cực CE để nâng cao hiệu suất hoạt động.
Hình 3.6: Sò công xuất dòng trong Ti vi màu 1.1.2 Nguyên hoạt động của BJT
1.1.2.1 Xét hoạt động của Transistor NPN
Mạch khảo sát nguyên tắc hoạt động của transistor NPN bao gồm việc cấp nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E, với cực C nhận nguồn (+) và cực E nhận nguồn (-) Đồng thời, nguồn một chiều UBE được cấp qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E, trong đó cực B nhận nguồn (+) và cực E nhận nguồn (-) Khi công tắc được bật, chúng ta quan sát rằng, mặc dù hai cực C và E
Khi công tắc được đóng, dòng điện từ nguồn UBE đi qua công tắc và R hạn dòng, tạo ra dòng IB chảy qua mối BE Ngay khi dòng IB xuất hiện, dòng IC cũng bắt đầu chảy qua mối CE, khiến bóng đèn phát sáng Dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB.
Hình 3.7: Mô tả hoạt động của BJT NPN
Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công 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
Khi có điện áp UCE, các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện Dòng IBE xuất hiện do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, dẫn đến số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N (cực E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P (cực B) nhiều hơn số lượng lỗ trống Một phần nhỏ trong số các điện tử này thế vào lỗ trống, tạo thành dòng IB, trong khi phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE, từ đó tạo thành dòng ICE chạy qua transistor.
1.2.2.2 Xét hoạt động của Transistor PNP
Transistor PNP hoạt động tương tự như transistor NPN, nhưng với cực tính của nguồn điện UCE và UBE đảo ngược Dòng IC chảy từ E sang C và dòng IB từ E sang B Trong mạch, chân E được kết nối với cực dương và chân C với cực âm, trong khi chân B để hở Dưới tác động của lực tĩnh điện, các lỗ trống từ vùng bán dẫn P của chân E di chuyển sang vùng C Tuy nhiên, do diode BE không được phân cực, lỗ trống không thể qua vùng bán dẫn N của chân B, dẫn đến việc không xảy ra hiện tượng tái hợp giữa lỗ trống và electron.
Khi không có dòng điện đi qua BJT, ta kết nối nguồn DC EBB với cực dương nối vào cực E và cực âm nối vào cực B, đảm bảo điều kiện VE > VB và VB > VC.
Khi đó, Diode BE phân cực thuận nên dẫn điện, lổ tróng từ vùng bán dẫn P của cực
Khi di chuyển qua vùng bán dẫn N của cực B, các electron sẽ tái hợp với các lỗ trống có trong vùng này Vùng bán dẫn N tại cực B mang điện tích dương do được kết nối với cực âm của nguồn điện.
EBB nên nguồn EBB sẽ hút một số lổ trống trong vùng bán dẫn N của cực B tạo thành dòng
Cực C của BJT kết nối với điện áp âm, hút lỗ trống từ vùng bán dẫn N của cực B sang vùng bán dẫn P của cực C, tạo thành dòng IC Cực E kết nối với nguồn dương, khi vùng bán dẫn P của cực E mất lỗ trống, sẽ hút lỗ trống từ nguồn dương để thay thế, hình thành dòng IE Dòng IB và IC có chiều từ trong BJT ra ngoài, trong khi dòng IE có chiều từ ngoài vào Số lượng lỗ trống được hút từ cực E sang cực C.
B và cực C nên dòng IB, IC đều từ cực E đi ra
1.1.3 Phương pháp đo, kiểm tra BJT
Cách xác định chân E, B, C của Transistor
Các loại transistor công suất nhỏ có thứ tự chân C và B khác nhau tùy thuộc vào quốc gia sản xuất, nhưng chân E luôn nằm bên trái khi đặt transistor theo hình Đối với transistor Nhật Bản như C828 và A564, chân C ở giữa và chân B ở bên phải Trong khi đó, transistor Trung Quốc có chân B ở giữa và chân C ở bên phải Tuy nhiên, một số transistor giả mạo có thể không tuân theo quy tắc này, vì vậy để xác định chính xác, cần sử dụng đồng hồ vạn năng để đo.
Hình 3.8: Hình dáng BJT công suất nhỏ
Với loại Transistor công xuất lớn: Thì hầu hết đều có chung thứ tự chân là: Bên trái là cực B, ở giữa là cực C và bên phải là cực E
Hình 3.9: Hình dáng BJT công suất lớn
Transistor công xuất lớn thường có thứ tự chân như trên
* Đo xác định chân B và C
Khi làm việc với transistor công suất nhỏ, chân E thường nằm bên trái, từ đó ta có thể xác định chân B và suy ra chân C là chân còn lại Để kiểm tra, sử dụng đồng hồ ở thang x1Ω: cố định một que đo vào một chân và chuyển que còn lại sang hai chân còn lại Nếu kim đồng hồ lên cùng mức, chân có que đo cố định là chân B Nếu que cố định là que đen, transistor đang ở trạng thái ngược, còn nếu là que đỏ thì transistor đang ở trạng thái thuận.
* Phương pháp kiểm tra Transistor
T RANSITOR TRƯỜNG
2.1.1 Cấu tạo và kí hiệu quy ước và hình dáng
Hình 3.20: Cấu tạo JFET kiểu kênh N
Hình 3.21: Ký hiệu quy ước JFET kênh P và kênh N
Cấu trúc JFET kiểu kênh N được mô tả trong Hình 3.20, bao gồm một đế bán dẫn Si - N với lớp bán dẫn P xung quanh, có nồng độ tạp chất cao hơn Cấu trúc này có ba điện cực: cực nguồn S (Source), cực máng D (Drain) và cực cửa G (Gate), tạo thành một kênh dẫn điện loại n kết nối giữa hai cực D và S, đồng thời cách ly với cực cửa G.
Kênh dẫn của JFET được điều khiển bởi một lớp tiếp xúc P-N bao quanh Tương tự, nếu kênh dẫn xuất phát từ đế bán dẫn P, ta sẽ có loại kênh JFET kênh P, với các ký hiệu quy ước được thể hiện trong Hình 3.21.
Hình 3.22: Hình dáng thực tế của JFET 2.1.2 Nguyên lý hoạt động - đặc tuyến Volt - Ampe của JFET
- Vùng gần gốc, khi UDS nhỏ, ID tăng nhanh tuyến tính theo UDS và ít phụ thuộc vào
UGS Đây là vùng làm việc ở đó JFET giống như một điện trở thuần cho tới lúc đường cong bị uốn mạnh (điểm A trên Hình 3.23a ứng với đường UGS = 0V)
Vùng ngoài điểm A được gọi là vùng thắt (vùng bão hoà) khi điện áp UDS đủ lớn, trong đó dòng ID phụ thuộc yếu vào UDS nhưng mạnh vào UGS Tại đây, JFET hoạt động như một phần tử khuếch đại, với dòng ID được điều khiển bởi điện áp UGS Mối quan hệ này vẫn đúng cho đến điểm B, nơi có thể học đặc tuyến ra và đặc tuyến truyền đạt.
Hình 3.23: Họ đặc tuyến ra của JFET
Vùng ngoài điểm B, được gọi là vùng đánh thủng, xảy ra khi UDS có giá trị lớn, dẫn đến ID tăng đột biến Hiện tượng này xuất hiện do tiếp giáp P-N bị đánh thủng, đặc biệt tại khu vực gần cực D, nơi mà điện áp ngược đặt lên tiếp giáp P-N là lớn nhất.
Qua đồ thị đặc tuyến ra, ta rút ra mấy nhận xét sau:
Khi giảm trị số UGS âm, điểm uốn A xác định ranh giới giữa hai vùng tuyến tính và bão hòa dịch gần gốc tọa độ Hoành độ của điểm A, tương ứng với một trị số UGS nhất định, cho phép xác định điện áp bão hòa cực máng UDS0, hay còn gọi là điện áp thắt kênh Khi |UGS| tăng, giá trị UDS0 sẽ giảm.
- Tương tự với điểm B: ứng với các giá trị UGS âm hơn, việc đánh thủng tiếp giáp P-
N xảy ra sớm hơn, với những giá trị UDS nhỏ hơn
Đặc tuyến truyền đạt của JFET tương tự như đặc tuyến anốt lưới của đèn 5 cực chân không, bắt đầu từ giá trị UGS0, tại đó ID = 0, được gọi là điện áp khoá (UP) Độ lớn của UGS0 bằng UDS0 tương ứng với đường UGS = 0 trên họ đặc tuyến ra Khi UGS tăng, ID cũng tăng gần như tỷ lệ do độ dẫn điện của kênh gia tăng khi phân cực ngược của tiếp giáp P-N giảm Khi UGS = 0, giá trị ID = ID0, trong đó ID0 là dòng tỉnh cực máng khi không có điện áp cực cửa.
2.1.3 Các tham số chủ yếu của JFET gồm hai nhóm
- Tham số giới hạn gồm có:
+ Dòng cực máng cực đại cho phép IDmax là dòng điện ứng với điểm B trên đặc tuyến ra (đường ứng với giá trị UGS = 0); Giá trị IDmax khoảng 50 mA;
+ Điện áp máng - nguôn cực đại cho phép và điện áp cửa nguồn UGsmax cỡ vài chục vôn
+ Điện áp khoá UGS0 (hay Up) (bằng giá trị UDS0 ứng với đường UGS = 0)
Tham số làm việc gồm có: Điện trở trong hay điện trở vi phân đầu ra ri thể hiện độ dốc của đặc tuyến ra trong vùng bão hoà
Cho biết tác dụng điều khiển của điện áp cực cửa tới dòng cực máng, giá trị điển hình với JFET hiện nay là S = (0,7 10) mA / V
Cần chú ý giá trị hỗ dẫn S đạt cực đại S = S0 lúc giá trị điện áp UGS lân cận điểm 0 (xem dạng đặc tuyến truyền đạt của JFET (Hình 3.22 b)
Điện trở vi phân đầu vào rVào, do tiếp giáp P - N quyết định, có giá trị khoảng 10GΩ Ở tần số làm việc cao, điện dung giữa các cực CDS và CGD (khoảng vài pF) cũng được chú ý.
2.1.4 Đo, kiểm tra transistor FET
Hình 3.24: JFET và sơ đồ tương đương a) Kênh N b) Kênh P
Dung VOM thang đo x1k Đo cặp chân GS và GD giống như diode Đo cặp chân DS điện trở vài trăn ohm đến vài chục kΩ
Ta thử khả năng khuếch đại của JFET như sau:
Hình 3.25: Kiểm tra độ khuếch đại JFET kênh N
Hình 3.26: Kiểm tra độ khuếch đại JFET kênh P Đặt que đỏ vào D que đen vào cực S
Kích tay vào cực G, quan sát thây kim đồng hồ vọt lên và tự giữ thì ta kết luận; tốt
Để đo áp tại cực D và cực S, hãy vặn VOM ở thang đo VDC Tiếp theo, chạm ngón tay cái vào mass hoặc nguồn VDC Cuối cùng, kích tay vào cực G; nếu kim đồng hồ thay đổi, điều đó cho thấy thiết bị đang hoạt động tốt.
Lưu ý cơ bản khi sử dụng JFET Đúng loại kênh N hay P
Tần số cắt (dựa vào tra cứu sổ tay linh kiện)
Dòng tải tối đa ID Áp chịu đựng: UDs
2.1.5 Mạch phân cực cố định cho JFET
Hình 3.27: Mạch phân cực cố địn cho JFET kênh N
67 a Mạch phân cực cố định; b Sơ đồ tương đương ở chế độ tĩnh (khi chưa có tín hiệu xoay chiều)
IG = 0 A và URG = IGRG = 0A.RG = 0 V
Dòng cực máng: ID = ID0 [ 1- UGS / UP ] 2
Vì cực S nối đất nên UGS = 0
Sơ đồ tự phân cực a: Sơ đồ tự phân cựcJFET; b: Sơ đồ tương đương ở chế độ 1 chiều
Hình 3.28: Sơ đồ mạch tự phân cực cố định cho JFET kênh N
Sơ đồ tự phân cực loại trừ hai nguồn một chiều cho thấy điện áp điều khiển UGS được xác định bởi điện áp trên điện trở RS tại cực S Trong chế độ tĩnh, tụ điện có thể được thay thế bằng hở mạch và điện trở RG được ngắn mạch do IG = 0 A Kết quả là sơ đồ tương đương như hình b.
Dòng chạy qua RS là dòng IS , nhưng IS = ID nên:
Chọn chiều của vòng như mũi tên ở hình b , ta có:
- UGS – URS = 0 hay UGS = - UR
Suy ra phương trình tải tĩnh:
Sơ đồ phân cực phân áp
Sơ đồ phân cực phân áp đối với transistor FETở trạng thái tỉnh IG = 0 và UGS chính là đại lượng liên hệ giữa cửa vào và cửa ra
Hình 3.29: Sơ đồ phân cực phân áp cho JFET kênh N
Khi IG = 0A thì IR1 = IR2 và điện áp chính là điện áp đặt trên R2:
Theo Kirchoff: UG – UGS - URS = 0 mà URS = ISRS = IDRS
2.2.1 Cấu tạo và kí hiệu quy ước Đặc điểm cấu tạo của MOSFET có hai loại cơ bản thể hiện (Hình 3.30) a Loại kênh đặt ẩn; b Loại kênh cảm ứng Hình 3.30: Cấu tạo của MOSFET
Trên nền đế là đơn tinh thể bán dẫn tạp chất loại P, người ta sử dụng phương pháp công nghệ đặc biệt để pha tạp chất, tạo ra hai vùng bán dẫn n+ với nồng độ pha tạp cao hơn Hai vùng này được kết nối với nhau qua một kênh dẫn điện loại n, có thể hình thành trong quá trình chế tạo hoặc sau khi có điện trường tác động Điện cực thứ ba, cực cửa G, được tạo ra sau khi phủ lớp cách điện SiO2 lên bề mặt kênh Do đó, MOSFET còn được gọi là FET có cực cửa cách li (IGFET) Kênh dẫn được cách li với đế nhờ tiếp giáp pn phân cực ngược với điện áp từ cực thứ tư, cực đế.
Kí hiệu quy ước của MOSFET trong các mạch điện tử như Hình 3.29
Hình 3.31: Kí hiệu quy ước của MOSFET kênh N và kênh P
MOSFET hoạt động dựa trên nguyên lý phân cực bằng cách áp đặt điện áp UDS > 0 Có hai trường hợp cần lưu ý: đối với loại kênh đặt sẵn, dòng điện tử xuất hiện trên kênh dẫn giữa S và D, dẫn đến dòng cực máng ID đi vào cực D, ngay cả khi điện áp tại cực cửa UGS = 0.
Khi áp dụng điện áp UGS > 0 lên cực cửa, các điện tử tự do trong vùng đế (hạt thiểu số) sẽ được hút vào vùng kênh dẫn đối diện với cực cửa, dẫn đến việc làm giàu hạt dẫn trong kênh và giảm điện trở của kênh Kết quả là dòng cực máng ID tăng lên Chế độ hoạt động này được gọi là chế độ giàu của MOSFET.
Khi điện áp UGS giảm xuống dưới 0, quá trình dẫn điện trong MOSFET sẽ bị đảo ngược, dẫn đến việc kênh dẫn trở nên nghèo nàn do các hạt dẫn (điện tử) bị đẩy ra xa Sự gia tăng điện trở của kênh dẫn theo mức độ âm của UGS sẽ làm giảm dòng ID, tạo ra chế độ nghèo cho MOSFET.
Để xác định quan hệ giữa dòng điện ID và điện áp UDS, chúng ta có thể sử dụng lý thuyết thay vì thực nghiệm với các giá trị khác nhau của UGS Kết quả thu được là họ đặc tuyến ra của MOSFET loại kênh n đặt sẵn, như thể hiện trong Hình 3.33a Hình này bao gồm hai loại kênh: a loại kênh đặt sẵn và b loại kênh cảm ứng.