Giáo trình Điện tử cơ bản (Dùng cho cao đẳng nghề và trung cấp nghề): Phần 1

Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................3 1. Vật liệubándẫn...............................................................................................4 1.1.Chất bán dẫn thuần......................................................................................4 1.2.Bán dẫn tạp...................................................................................................4 1.3.Mặt ghép n-p...............................................................................................5 2. Linhkiện điệncơbản.......................................................................................7 2.1.Điện trở: Cấu tạo,ký hiệu,quyước và cáchđọc..............................................7 2.2. Tụđiện:Cấu tạo, ký hiệu, quyước và cáchđọc.............................................18 2.3.Cuộn điệncảm:Cấu tạo, ký hiệu, quy ước vàcáchđọc..................................34 3. Điốt..............................................................................................................42 3.1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động củađiốt......................................................42 3.2. Các loạiđiốt...............................................................................................45 4. Transistor......................................................................................................48 4.1.Cấu tạo nguyên lý hoạt động củatransitor lưỡngcực.....................................48 4.1.1. Cấu tạo của Transistor........................................................................... 48 4.1.2. Nguyên tắc hoạt động của Transistor..................................................... 48 4.1.3 Ký hiệu & hình dạng của Transistor ...................................................... 50 4.1.4. Cách xác định chân E, B, C của Transistor............................................ 50 4.1.5. Phương pháp kiểm tra Transistor.......................................................... 52 4.1.6. Các thông số kỹ thuật ............................................................................ 54 4.1.7. Cấp nguồn và định thiên cho Transistor................................................. 56 4.1.8. Ba cách mắc Transistor cơ bản.............................................................. 58 4.2.Các loại transitor.........................................................................................61 4.2.1. Transitor hiệu ứng trường (fet – field - effect transistor) ........................ 61 4.2.2. Transistor trường điều khiển bằng tiếp xúc P - N (JFET)....................... 62 4.2.3. Transistor trường loại MOSFET............................................................ 65 4.2.4. Các sơ đồ mắc FET .............................................................................. 68 5. Bộ vi xử lý.....................................................................................................69 5.1. Khái niệm:................................................................................................. 69 5.2 Đơn vị xử lý trung tâm CPU:..................................................................... 70 5.3 Bộ nhớ:...................................................................................................... 71 1 Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 5.4 Cổng vào/ra song song...............................................................................71 5.5 Cổng vào/ra nối tiếp...................................................................................71 5.6 Bộ đếm / bộ định thời................................................................................72 5.7. Nguyên lý hoạt độngcủa một vixử lý..........................................................73 CHƯƠNG 2: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN..............................................79 1. Mạchchỉnh lưu..............................................................................................79 1.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạtđộngcủamạchchỉnh lưu dòngđiện xoaychiều........79 1.2.Các mạch chỉnh lưu cơ bản ........................................................................79 2. Mạch khuyếchđại..........................................................................................81 2.1.Sơ đồvà nguyên lý hoạt độngcủa mạch khuyếchđại.....................................81 2.2.Các loại mạchkhuyếchđại..........................................................................81 2.3. Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại...............................................82 2.4.Các kiểu ghép tầng.....................................................................................84 3. Mạchđiều khiển............................................................................................86 3.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển điện tử.......................86 3.1.1 Nguyên lý mạch điều khiển điện tử:........................................................86 3.1.2 Nguyên lý mạch điều khiển tín hiệu:.......................................................87 3.2. Các loạimạchđiều khiển.............................................................................87 CHƯƠNG3: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRONG Ô TÔ.........................92 1.Mạch chỉnh lưucầubapha..............................................................................92 2. Mạchđiều khiểnđiệnáp máyphát điện...........................................................92 2.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạtđộng......................................................................92 2.2 Các loại mạchđiều chỉnhđiện áp máyphát điện............................................94 3. Mạchđiều khiểnđánh lửađiện tử ................................................................. 101 3.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạtđộng.................................................................... 101 3.2 Các loại mạchđiều khiểnđánh lửa điện tử................................................... 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 107 2 Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình “Điện tử cơ bản” được xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình khung đào tạo nghề Công nghệ ô tô đã được nhà trường phê duyệt, dựa vào năng lực thực hiện của người giáo viên kỹ thuật lành nghề. Cuốn giáo trình Điện tử cơ bản này được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu giảng dạy và học tập của sinh viên các trường Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề, trên cơ sở chương trình khung của bộ và trên cơ sở đề cương chi tiết đã được nhà trường phê duyệt. Nội dung của môn học đã được cải tiến nhờ kinh nghiệm giảng dạy lâu năm của tác giả để phù hợp với thực tiễn đào tạo. Trong quá trình thực hiện biên soạn đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp thẳng thắn, khoa học và trách nhiệm của nhiều giảng viên chuyên ngành. Xong do điều kiện về thời gian và đây là lần đầu tiên biên soạn giáo trình dựa trên chương trình khung của Bộ đã ban hành, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Rất mong nhận được những ý kiến tham gia đóng góp để giáo trình được hoàn thiện hơn, đáp ứng được yêu đào tạo kiến thức cơ bản cho học viên. Giáo trình Điện tử cơ bản đào tạo cho cấp trình độ lành nghề khối cao đẳng và công nhân kỹ thuật đã được hội đồng thẩm định của trường nghiệm thu, nhất trí đưa vào sử dụng và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo chính quy của nhà trường. NHÓM BIÊN SOẠN 3 Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1. Vật liệu bándẫn - Vật liệu bán dẫn là vật liệu có tính trung gian giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện. - Một vật liệu bán dẫn tinh khiết thì không dẫn điện vì có điện trở lớn. Nhưng pha thêm vào đó một tỉ lệ rất thấp các vật liệu thích hợp thì điện trở của bán dẫn giảm xuống rất rõ, trở thành vật liệu dẫn điện. - Hai chất bán dẫn thông dụng là Germani(Ge) và Silíc(Si). 1.1.Chất bán dẫn thuần Các nguyên tố thuộc nhóm IV trong bảng tuần Ge Ge Ge hoàn Mendeleep như Gecmani(Ge), Silic (Si) là những nguyên tố có 4 điện tử lớp ngoài cùng. ở điều Ge Ge Ge kiện bình thường các điện tử đó tham gia liên kết Ge Ge Ge cộng hoá trị trong mạng tinh thể nên chúng không dẫn điện . Hình1.1 trình bày cấu trúc phẳng của Hình 1.1. Cấu trúc mạng tinh thể Gecmani mạng tinh thể Gecmani,trong đó mỗi nguyên tử đem 4 điện tử ngoài cùng của nó góp với 4 điện tử của 4 nguyên tử khác tạo thành các cặp điện tử hoá trị ( ký hiệu bằng dấu chấm đậm ). Khi được kích thích bằng năng lượng từ bên ngoài, một số điện tử có thể bứt ra khỏi liên kết và trở thành điện tử tự do dẫn điện như trong kim loại. mặt khác khi một êlectrôn được giải phóng khỏi liên kết thì ở trong tinh thể lại xuất hiện một chỗ trống thiếu electron liên kết, gọi là lỗ trống. Như vậy chất bán dẫn trở thành chất dẫn điện. Bán dẫn như vậy gọi là bán dẫn thuần hay bán dẫn đơn chất. 1.2.Bán dẫn tạp Những bán dẫn thuần như trên dẫn điện không tốt. Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn người ta trộn thêm tạp chất vào bán dẫn thuần để được bán dẫn mới có nồng độ các hạt dẫn cao gọi là bán dẫn tạp. Bán dẫn tạp có 2 loại là loại n và loại p 4 Giáo trình: Điện tử cơ bản Trường Cao đẳng nghề Yên Bái ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ®iÖntö tù do Ge Ge Ge Ge As Ge Ge Ge Ge - Bán dẫn loại cho n Nếu ta trộn tạp chất thuộc nhóm V của bảng hệ thống tuần hoàn Medeleep vào bán dẫn thuần thì một nguyên tử tạp chất với 5 nguyên tử lớp ngoài cùng sẽ có 4 điện tử tham gia liên kết với 4 nguyên tử bán dẫn, còn lại là một điện Hình 1.2. Cấu tạo bán dẫn loại n tử tự do. Ví dụ trên hình 1.2 là bán dẫn Gecmani (ký hiệu Ge) được trộn với asen (As). Tạp chất ở đây đã cho điện tử nên tạo thành bán dẫn loại “cho”, ký hiệu là n. Hạt dẫn điện (hay gọi là động tử)chính ở bán dẫn loại “cho” n là điện tử với mật độ nn. - Bán dẫn loại lấy p Ge Ge Ge lç trèng Ge In Ge Ge Ge Ge Nếu ta trộn vào vào bán dẫn thuần chất Indi (In) thuộc nhóm III của bảng tuần hoàn thì để tạo được 4 cặp điện tử liên kết hoá trị với 4 nguyên tử bán dẫn, ngoài 3 điện tử của một nguyên tử In sẽ có một điện tử của Hình 1.3. Chất bán dẫn loại p nguyên tử Ge lân cận được lấy vào. Chỗ mất điện tử sẽ tạo thành lỗ “trống” mang điện tích dương (hình 1.3). Các “lỗ trống ” được tạo thành hàng loạt sẽ dẫn điện như những điện tích dương. Bán dẫn loại này có tạp chất lấy điện tử nên gọi là bán dẫn loại “lấy” ký hiệu là p. ở đây hạt dẫn chính là “lỗ trống” với mật độ là pp. Cần nói thêm rằng trong bán dẫn loại cho n vẫn có lẫn hạt dẫn phụ là lỗ trống với nồng độ pn, trong bán dẫn loại “lấy” p vẫn có lẫn hạt dẫn phụ là điện tử với mật độ là nP. Nghĩa là pP nP và nn>pn. 1.3.Mặt ghép n-p Mặt ghép n-p là cơ sở để tạo nên hầu hết các dụng cụ bán dẫn và vi mạch. Vì vậy việc nghiên cứu bán dẫn là nghiên cứu các quá trình vật lý trong mặt ghép n-p. a. Sự hình thành mặt ghép n-p. Mặt ghép n-p được hình thành như sau: 5 ... - tailieumienphi.vn