Giáo trình nghề Điện công nghiệp

1

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI

GIÁO TRÌNH

Điện tử cơ bản

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo Quyết định số:

/QĐ – CĐ CN&TM ngày tháng

năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại)

Vĩnh Phúc, năm 2018

2

MỤC LỤC

Trang

Bài mở đầu: Khái quát chung về linh kiện điện tử

Các khái niệm cơ bản

3

9

1.Vật dẫn điện và cách điện

2.Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử

3.Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường

Linh kiện thụ động

9

15

22

1. Điện trở

22

2. Tụ điện

30

3. Cuộn cảm

36

Linh kiện bán dẫn

48

1. Khái niệm chất bán dẫn

2. Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt.

3. Cấu tạo, phân loại và các ứng dụng cơ bản của điôt.

4. Tranzito BJT.

48

53

58

66

5. Tranzito trường.

80

6. Diac - SCR - Triac.

92

Các Mạch khuếch đại dùng tranzito

1. Mạch khuếch đại đơn.

2. Mạch khuếch đại công suất

Các mạch ứng dụng dùng BJT

1. Mạch dao động.

116

123

145

159

166

2. Mạch xén.

Tài liệu tham khảo

3

MÔ ĐUN : ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

Mã mô đun: MĐCC16010001

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Vị trí: Mô đun Điện tử cơ bản học trước các môn học, mô đun như: PLC

cơ bản, kỹ thuật cảm biến; có thể học song song với môn học Mạch điện.

- Tính chất: Là mô đun kỹ thuật cơ sở.

- Ý nghĩa và vai trò : Với sự phát triển và hoàn thiện không ngừng của thiết

bị điện trên mọi lĩnh vực đời sống xã hội, mạch điện tử trở thành một thành phần

không thể thiếu được trong các thiết bị điện, công dụng chính của nó là để điều

khiển khống chế các thiết bị điện, thay thế một số khí cụ điện có độ nhạy cao.

Nhằm mục đích gọn hoá các thiết bị điện, giảm tiêu hao năng lượng trên thiết bị,

tăng độ nhạy làm việc, tăng tuổi thọ của thiết bị ...

Mục tiêu của mô đun:

- 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 của tranzito như:

mạch khuếch đại, dao động, mạch xén...

- Xác định được chính xác sơ đồ chân linh kiện, lắp ráp, cân chỉnh một số

mạch ứng dụng đạt yêu cầu kỹ thuật và an toàn.

- Hình thành tư duy khoa học phát triển năng lực làm việc theo nhóm

- Rèn luyện tính chính xác khoa học và tác phong công nghiệp

Nội dung của mô đun:

Thời gian(giờ)

Thực

hành,

thí

nghiệm,

thảo

Số

TT

Tên các bài trong mô đun

Lý

thuyết

Kiểm

tra

Tổng số

luận,

bài tập

Bài mở đầu: Khái quát chung về linh

kiện điện tử

Các khái niệm cơ bản

1

2

1

4

1

3

1

1.Vật dẫn điện và cách điện

4

2.Điện trở cách điện của linh kiện và

mạch điện tử

3.Các hạt mang điện và dòng điện trong

các môi trường

1

2

1

3

4

Linh kiện thụ động

1. Điện trở

6

2

1.5

0.5

5.5

0.5

1

4.5

1.5

12.5

0.5

2

2. Tụ điện

2

3. Cuộn cảm

2

Linh kiện bán dẫn

1. Khái niệm chất bán dẫn

2. Tiếp giáp P-N; điôt tiếp mặt.

18

1

3

3. Cấu tạo, phân loại và các ứng dụng cơ

bản của điôt.

3

1

2

4. Tranzito BJT.

4

1

3

5. Tranzito trường.

6. Diac - SCR - Triac.

Các Mạch khuếch đại dùng tranzito

1. Mạch khuếch đại đơn.

2. Mạch khuếch đại công suất

Các mạch ứng dụng dùng BJT

1. Mạch dao động.

3

1

2

5

6

10

5

2

8

1

4

5

1

4

2

1

2

1

2. Mạch xén.

2

1

Cộng:

43

15

28

2

5

BÀI MỞ ĐẦU

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

Giới thiệu:

Linh kiện điện tử là các phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) …tạo

nên mạch điện tử, hệ thống điện tử.

Linh kiện điện tử được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Nổi bật nhất là ứng

dụng trong lĩnh vực điện tử -viễn thông, CNTT. Linh kiện điện tử rất phong phú,

nhiều chủng loại đa dạng.Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ,

tạo ra những vi mạch có mật độ rất lớn (Vi xử lý Pentium 4: > 40 triệu

Transistor,…)

Xu thế các linh kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày càng cao, tính năng

mạnh, tốc độ lớn…

Mục tiêu:

- Trình bày được khái quát về sự phát triển công nghệ điện tử

- Trình bầy được vật liệu điện tử,phân loại và ứng dụng của linh kiện điện

tử

- Rèn luyện tính nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc.

1.Lịch sử phát triển công nghệ điện tử

Mục tiêu:

Trình bầy được lịch sử phát triển công nghệ điện tử

Các cấu kiện bán dẫn như diodes, transistors và mạch tích hợp (ICs) có thể

tìm thấy khắp nơi trong cuộc sống (Walkman, TV,ôtô, máy giặt, máy điều hoà,

máy tính,…). Những thiết bị này có chất lượng ngày càng cao với giá thành rẻ

hơn.

PCs minh hoạ rất rõ xu hướng này

Nhân tố chính đem lại sự phát triển thành công của nền công nghiệp máy

tính là việc thông qua các kỹ thuật và kỹ năng công nghiệp tiên tiến người ta chế

tạo được các transistor với kích thước ngày càng nhỏ→ giảm giá thành và công

suất.

Lịch sử phát triển :

- 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”)

- 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”)

- 1906 Lee de Forest (“Triode”)Vacuum tube devices continued to evolve

- 1940 Russel Ohl (PN junction)

- 1947 Bardeen and Brattain (Transistor)

6

- 1952 Geoffrey W. A. Dummer (IC concept)

- 1954 First commercial silicon transistor

- 1955 First field effect transistor – FET

- 1958 Jack Kilby (Integrated circuit)

- 1959 Planar technology invented

- 1960 First MOSFET fabricated At Bell Labs by Kahng

- 1961 First commercial ICs Fairchild and Texas Instruments

- 1962 TTL invented

- 1963 First PMOS IC produced by RCA

- 1963 CMOS invented Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor

- U. S. patent # 3,356,858

2.Phân loại linh kiện điện tử

Mục tiêu:

- Trình bầy được nội dung để làm căn cứ phân loại linh kiên điện tử

2.1.Phân loại dựa trên đặc tính vật lý

Linh kiện hoạt động trên nguyên lý điện từ và hiệu ứng bề mặt: điện trở bán

dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS… IC từ mật độ thấp đến mật

độ siêu cỡ lớn UVLSI.

Linh kiện hoạt động trên nguyên lý quang điện: quang trở, Photođiot, PIN,

APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyển hoá năng

lượng quang điện như pin mặt trời, họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử

Linh kiện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến: họ sensor nhiệt, điện, từ,

hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang bức xạ, sinh học và các chủng loại IC thông

minh dựa trên cơ sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống và công nghệ chế tạo

sensor.

Linh kiện hoạt động dựa trên hiệu ứng lượng tử và hiệu ứng mới: các linh kiện

được chế tạo bằng công nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ một điện tử,

Transistor một điện tử, giếng và dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm một điện tử,

…

2.2 Phân loại dựa trên chức năng xử lý tín hiệu ( hình 1)

Hình 1 : Phân loại linh kiện dựa trên chức năng xử lí tín hiệu

7

2.3.Phân loại theo ứng dụng

Vi mạch và ứng dụng: (hình 2;hình 3)

- Processors : CPU, DSP, Controllers

- Memory chips : RAM, ROM, EEPROM

- Analog : Thông tin di động ,xử lý audio/video

- Programmable : PLA, FPGA

- Embedded systems : Thiết bị ô tô, nhà máy , Network cards

System-on-chip (SoC).

Hình 2: Ứng dụng của vi mạch

Hình 3 : Ứng dụng của linh kiện điện tử

8

Linh kiện thụ động: R,L,C…

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

Mục tiêu:

- Giới thiệu được các loại 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)

- Nhiệt độ chịu đựng

- 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

(khoảng 10-8 ÷ 10-5 Ωm) nhỏ hơn so với các loạivật liệu khác.Trong tự nhiên

chất dẫn điện có thể là chất rắn–kim loại, chất lỏng–kim loại nóng chảy, dung dịch

điện phân hoặc chấtkhí ở điện trường cao.

Các tính chất của chất dẫn điện

- Điện trở suất

- Hệ số nhiệt của điệntrở suất(α)

- Hệ số dẫn nhiệt: λ

- Công thoát của điện tử trong kim loại

- Điện thế tiếp xúc

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

- Độ từ thẩmtương đối(μr)

- Đường cong từ hóa

9

BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Giới thiệu:

Nền tảng cơ sở của hệ thống điện nói chung và điện kỹ thuật nói riêng xoay

quanh vấn đề dẫn điện, cách điện của vật chất gọi là vật liệu điện. Do đó hiểu

được bản chất của vật liệu điện, vấn đề dẫn điện và cách điện của vật liệu, linh

kiện là một nội dung không thể thiếu được trong kiến thức của người thợ điện,

điện tử. Đó chính là nội dung của bài học này.

Mục tiêu :

- Phát biểu được tính chất, điều kiện làm việc của dòng điện trên các linh

kiện điện tử theo nội dung bài đã học.

- Tính toán được điện trở, dòng điện, điện áp trên các mạch điện một chiều

theo điều kiện cho trước.

- Rèn luyện tính chính xác, nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công

việc.

1.Vật dẫn điện và cách điện

Mục tiêu:

- Trình bầy được các khái niệm cơ bản về vật dẫn điện, vật cách điện

- Trình bầy được các đặc tính của vật dẫn điện, cách điện

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

Về cấu tạo: Vật chất được cấu tạo từ các phần tử nhỏ nhất gọi là nguyên tử.

Nguyên tử được cấu tạo gồm hạt nhân (gồm proton là hạt mang điện tích dương

(+) , neutron là hạt không mang điện) và lớp vỏ của nguyên tử (là các electron

mang điện tích âm e^--). Vật chất được cấu tạo từ mối liên kết giữa các nguyên tử

với nhau tạo thành tính bền vững của vật chất. (hình1-1)

Hình 1-1. Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử của vật chất

10

Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngoài cùng có số lượng proton bằng số lượng

electron , với trạng thái đó nguyên tử mang tính bền vững và được gọi là trung

hoà về điện. Các chất loại này không có tính dẫn điện, gọi là chất cách điện

Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngoài cùng có số lượng proton khác số lượng

electron thì trở thành ion, chúng dễ cho và nhận điện tử, các chất này gọi là chất

dẫn điện

Về nhiệt độ môi trường: Trong điều kiện nhiệt độ bình thường (< 25⁰C) các

nguyên tử liên kết bền vững. Khi tăng nhiệt độ, động năng trung bình của các

nguyên tử gia tăng làm các liên kết yếu dần, một số e^--thoát khỏi liên kết trở thành

e^--tự do, lúc này nếu có điện trường ngoài tác động vào, vật chất có khả năng dẫn

điện.

Về điện trường ngoài: Trên bề mặt vật chất, khi đặt một điện trường hai bên

chúng sẽ xuất hiện một lực điện trường E. Các e^--sẽ chịu tác động của lực điện

trường này, nếu lực điện trường đủ lớn, các e^--sẽ chuyển động ngược chiều điện

trường, tạo thành dòng điện. Độ lớn của lực điện trường phụ thuộc vào hiệu điện

thế giữa hai điểm đặt 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: vật liệu dẫn điện là vật chất ở trạng thái bình thường có khả năng

dẫn điện. Nói cách khác, là chất ở trạng tháI bình thường có sẵn các điện tích tự

do để tạo thành dòng điện

1.2.Các đặc tính của vật dẫn điện, vật cách điện

- Các đặc tính của vật liệu dẫn điện .

- Điện trở suất

- Hệ số nhiệt

- Nhiệt độ nóng chảy

- Tỷ trọng

Các thông số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu dẫn điện thông thường

được giới thiệu trong (Bảng 1-1)

11

Bảng 1-1. Vật liệu dẫn điện

Điện trở

suẩt

 mm²/m

Hệ số

nhiệt 

Nhiệt

độ nóng trọng

Tỷ

tt

Tên vật liệu

Hợp kim

Phạm vi ứng dụng

Ghi chú

chảy

t⁰C

1

0,0175

0,004

1080

900

8,9

3,5

Chủ yếu dùng làm dây dẫn

Đồng đỏ hay

đồng kỹ thuật

2

3

(0,03 - 0,06) 0,002

đồng với kẽm - Các lá tiếp xúc

- Các đầu nối dây

Thau

0,028

0,0049

660

2,7

- Làm dây dẫn điện

- Bị ôxyt hoá nhanh, tạo

thành lớp bảo vệ, nên khó

hàn, khó ăn mòn

Nhôm

- Làm lá nhôm trong tụ xoay

- Làm cánh toả nhiệt

- Bị hơi nước mặn ăn mòn

- Dùng làm tụ điện (tụ hoá)

4

5

6

960

10,5

8,8

- Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử

dụng hiệu ứng mặt ngoài trong

lĩnh vực siêu cao tần

Bạc

0,07

0,006

1450

230

- Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử

dụng hiệu ứng mặt ngoài trong

lĩnh vực siêu cao tần

Có giá thành rẻ hơn bạc

Nic ken

Thiếc

0,115

0,0012

7,3

Hợp chất

dùng để làm

chất hàn gồm:

- Hàn dây dẫn.

Chất hàn dùng để hàn trong

khi lắp ráp linh kiện điện tử

- Hợp kim thiếc và chì có nhiệt

độ nóng chảy thấp hơn nhiệt

độ nóng chảy của từng kim

loại thiếc và chì..

- Thiếc 60%

- Chì 40%

7

8

0,21

0,004

330

11,4

7,8

- Cầu chì bảo vệ quá dòng

- Dùng trong ac qui chì

- Vỏ bọc cáp chôn

Dùng làm chát hàn (xem

phần trên)

Chì

0,098

0,0062

1520

- Dây săt mạ kem làm dây dẫn - Dây sắt mạ kẽm giá thành

với tải nhẹ hạ hơn dây đồng

Sắt

12

- Dây lưỡng kim gồm lõi sắt

vỏ bọc đồng làm dây dẫn chịu

lực cơ học lớn

- Dây lưỡng kim dẫn điện

gần như dây đồng do có hiệu

ứng mặt ngoài

9

0,5

0,00005

1200

1270

8,4

8,9

Hợp chất

gồm:

Dây điện trở

Maganin

- 80% đồng

- 12% mangan

- 2% nic ken

10

0,000005

Hợp chất

gồm:

Dây điện trở nung nóng

Contantan

- 60% đồng

- # 40% nic

ken

- # 1%

Mangan

11

1,1

0,00015

1400

8,2

Hợp chất

gồm:

- Dùng làm dây đốt nóng (dây

mỏ hàn, dây bếp điện, dây bàn

là)

Niken - Crôm

(nhiệt độ

làm

việc:

- 67% Nicken

- 16% săt

900)

- 15% crôm

-1,5% mangan

13

- Các đặc tính của vật liệu cách điện .

- Độ bền về điện.

- Nhiệt độ chịu đựng.

- Hằng số điện môi.

- Góc tổn hao.

- Tỉ trọng.

Các thông số và phạm vi ứng dụng được trình bày ở (Bảng 1-2)

14

Bảng 1-2. Vật liệu cách điện

Độ bền về

điện

(kV/mm)

t⁰C chịu

đựng

Hằng số

điện môi

Góc tổn hao

TT

Tên vật liệu

Mi ca

Tỷ

trọng

Đặc điểm

Phạm vi ứng dụng

- Dùng trong tụ điện

1

50-100

600

6-8

0,0004

0,03

2,8

Tách được thành

từng mảnh rất mỏng

- Dùng làm vật cách điện trong thiết bị nung nóng

(VD:bàn là)

2

Sứ

20-28

20-30

1500-1700 6-7

2,5

- Giá đỡ cách điện cho đường dây dẫn

- Dùng trong tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây

3

4

Thuỷ tinh

Gốm

500-1700

4-10

1700-

được điện áp chịu được 4500

0,0005-0,001

0,02-0,03

2,2-4

4

không chịu không

- Kích thước nhỏ

nhưng điện dung

lớn

- Dùng trong tụ điện

cao

nhiệt độ

lớn

5

6

7

8

9

Bakêlit

Êbônit

10-40

20-30

9-12

4-4,6

2,7-3

3-4

3,5

0,05-0,12

0,01-0,015

0,15

1,2

1,2-1,4

1,6

50-60

100

55

Pretspan

Dùng làm cốt biến áp

Dùng trong tụ điện

- Làm vỏ bọc dây dẫn

- Làm tấm cách điện

Dùng trong biến áp

Giấy làm tụ điện 20

0,01

1-1,2

1,6

Cao su

20

3

0,15

Lụa cách điện

8-60

105

65

3,8-4,5

2,5

0,04-0,08

0,0002

1,5

Sáp

20-25

0,95

Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để

chống ẩm

Paraphin

20-30

10-15

49-55

60-70

1,9-2,2

0,01

Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để

chống ẩm

Nhựa thông

3,5

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

Các loại plastic

Dùng làm chất cách điện

(polyetylen,

polyclovinin)

15

2. Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử

Mục tiêu:

- Trình bầy được điện trở cách điện của linh kiện điện tử, của mạch điện

- Giải thích được thông số ghi trên thân linh kiện 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.

Ví dụ: Tụ điện được ghi trên thân như sau: 47/25vV, có nghĩa là giá trị điện

dung của tụ là 47 và điện áp lớn nhất có thể chịu đựng được không quá 25v.

Các linh kiện không ghi giá trị điện áp trên thân thường có tác dụng cho dòng

điện một chiều (DC) và xoay chiều (AC) đi qua nên điện áp đánh thủng có tương

quan với dòng điện nên thường được ghi bằng 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 do các thông số kỹ thuật rất nhiều và kích thước lại nhỏ

nên các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng tra mà không ghi trên thân nên muốn

xác định điện trở cách điện cần phải tra bảng.

Điện trở cách điện của mạch điện là điện áp lớn nhất cho phép giữa hai mạch

dẫn đặt gần nhau mà không sảy ra hiện tượng phóng điện, hay dẫn điện. Trong thực

tế khi thiết kế mạch điện có điện áp càng cao thì khoảng cách giữa các mạch điện

càng lớn. Trong sửa chữa thường không quan tâm đến yếu tố này tuy nhiên khi mạch

điện bị ẩm ướt, bị bụi ẩm... thì cần quan tâm đến yếu tố này để tránh tình trạng mạch

bị dẫn điện do yếu tố môi trường.

3. Các hạt mang điện và dòng điện trong các môi trường

Mục tiêu:

Trình bầy được nội dung các hạt mang điện và dòng điện trong các môi

trường .

3.1. Khái niệm hạt mang điện

Hạt mang điện là phần tử cơ bản nhỏ nhất của vật chất mà có mang điện gọi

là điện tích, nói cách khác đó là các hạt cơ sở của vật chất mà có tác dụng với các

lực điện trường, từ trường.

16

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:

- e^--(electron) : Là các điện tích nằm ở lớp vỏ của nguyên tử cấu tạo nên vật

chất, khi nằm ở lớp vỏ ngoài cùng lực liên kết giữa vỏ và hạt nhân yếu dễ bứt ra khỏi

nguyên tử để tạo thành các hạt mang điện ở trạng thái tự do dễ dàng di chuyển trong

môi trường.

- ion⁺: Là các nguyên tử cấu tạo nên vật chất khi mất điện tử ở lớp ngoài cùng

chúng có xu hướng lấy thêm điện tử để trở về trạng thái trung hoà về điện nên dễ

dàng chịu tác dụng của lực điện, nếu ở trạng thái tự do thì dễ dàng di chuyển trong

môi trường.

- ion^--: Là các nguyên tử cấu tạo nên vật chất khi thừa điện tử ở lớp ngoài cùng

chúng có xu hướng cho bớt điện tử để trở về trạng thái trung hoà về điện nên dễ bị

tác dụng của các lực điện, nếu ở trạng thái tự do thì chúng dễ dàng chuyển động trong

môi trường.

3.2 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.

a. Dòng điện trong kim loại: Do kim loại ở thể rắn cấu trúc mạng tinh thể bền vững

nên các nguyên tử kim loại liên kết bền vững, chỉ có các e^-ở trạng thái tự do. Khi có

điện trừơng ngoài tác động các e^-sẽ chuyển động dưới tác tác dụng của lực điện

trường để tạo 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.

Trong kĩ thuật điện người ta qui ước chiều của dòng điện là chiều chuyển động

của các hạt mang điện dương nên dòng điện trong kim loại thực tế ngược với chiều

của dòng điện qui ước.

b. Dòng điện trong chất điện phân

Chất điện phân là chất ở dạng dung dịch có khả năng dẫn điện được gọi là chất

điện phân. Trong thực tế chất điện phân thường là các dung dịch muối, axit, bazơ.

Khi ở dạng dung dịch (hoà tan vào nước) chúng dễ dàng tách ra thành các ion

trái dấu. Vi dụ: Phân tử NaCl khi hoà tan trong nước chúng tách ra thành Na⁺và Cl^-

riêng rẽ. Quá trình này gọi là sự phân li của phân tử hoà tan trong dung dịch.

Khi không có điện trường ngoài các ion chuyển động hỗn loạn trong dung dịch

gọi là chuyển động nhiệt tự do. Khi có điện trường một chiều ngoài bằng cách cho

17

hai điện cực vào trong bình điện phân các ion chịu tác dụng của lực điện chuyển

động có hướng tạo thành dòng điện hình thành nên dòng điện trong chất điện phân.

Sơ đồ mô tả hoạt động được trình bày ở (hình 1-2)

Hình 1-2. Dòng điện trong chất điện phân

Các ion⁺chuyển động cùng chiều điện trường để về cực âm, các ion^-chuyển

động ngược chiều điện trưòng về cực dương và bám vào bản cực. Lợi dụng tính chất

này của chất điện phân mà trong thực tế người ta dùng để mạ kim loại, đúc kim loại.

Vậy: Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion

dương và âm dưới tác dụng của điện trường ngoài.

c. Dòng điện trong chất khí

Chất khí là hỗn hợp nhiều loại nguyên tử hay phân tử khí kết hợp tồn tại trong

môi trường,ở trạng thái bình thường các nguyên tử, phân tử trung hoà về điện. Vì

vậy chất khí là điện môi.

Để chất khí trở thành các hạt mang điện người ta dùng nguồn năng lượng từ bên

ngoài tác động lên chất khí như đốt nóng hoặc bức xạ bằng tia tử ngoại hoặc tia Rơn

ghen . Một số nguyên tử hoặc phân tử khí mất điện tử ở lớp ngoài trở thành điện tử

tự do và các nguyên tử hoặc phân tử mất điện tử trở thành các ion⁺, đồng thời các

điện tử tự do có thể liên kết với các nguyên tử hoặc phân tử trung hoà để trở thành

các ion^-. Như vậy lúc này trong môi trường khí sẽ tồn tại các thành phần nguyên tử

hoặc phân tử khí trung hoà về điện, ion⁺, ion^-. Lúc này chất khí được gọi đã bị ion

hoá.

Khi không có điện trường ngoài các hạt mang điện chuyển động tự do hỗn loạn

gọi là chuyển động nhiệt không xuất hiện dòng điện.

Khi có điện trường ngoài đủ lớn các ion và điện tử tự do chịu tác dụng của điện

trường ngoài tạo thành dòng điện gọi là sự phóng điện trong chất khí.

(hình 1-3)

18

Vậy: Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương,

âm và các điện tử tự do, dưới tác dụng của điện trường ngoài.

Hình 1-3. Sơ đồ mô tả thí nghiệm dòng điện trong chất khí.

Ở áp suất thấp chất khí dễ bị ion hoá để tạo thành dòng điện gọi là dòng điện

trong khí kém. Trong kĩ thuật ứng dụng tính chất dẫn điện trong khí kém mà người

ta chế tạo nên đèn neon và một só loại đèn khác, đặc biệt trong kĩ thuật điện tử người

ta chế tạo ra các đèn chống đại cao áp ở các nơi có điện áp cao gọi là (spac).

d. Dòng điện trong chân không

Chân không là môi trường hoàn toàn không có nguyên tử khí hoặc phân tử khí

có nghĩa áp suất không khí trong môi trường = 0 at (at : atmôt phe là đơn vị đo lường

của áp suất). Trong thực tế không thể tạo ra được môi trường chân không lí tưởng.

Môi trường chân không thực tế có áp suất khoảng 0,001 at, lúc này số lượng nguyên

tử, phân tử khí trong môi trường còn rất ít có thể chuyển động tự do trong môi trường

mà không sảy ra sự va chạm lẫn nhau. Để tạo ra được môI trường này trong thực tế

người ta hút chân không của một bình kín nào đó, bên trong đặt sẵn hai bản cực gọi

là Anod và katot.

Khi đặt một điện áp bất kì vào hai cực thì không có dòng điện đi qua vì môi

trường chân không là môi trường cách điện lí tưởng.

Khi sưởi nóng catôt bằng một nguồn điện bên ngoài thì trên bề mặt catôt xuất

hiện các e^-bức xạ từ catôt.

Khi đặt một điện áp một chiều (DC) tương đối lớn khoảng vài trăm votl vào hai

cực của bình chân không. Với điện áp âm đặt vào Anod và điện áp Dương đặt vào

catôt thì không xuất hiện dòng điện.

19

Khi đổi chiều đặt điện áp; Dương đặt vào Anod và Âm đặt vào catôt thì xuất

hiện dòn điện đi qua môi trường chân không trong bình. Ta nói đã có dòng điện trong

môi trường chân không đó là các e^-bức xạ từ catôt di chuyển ngược chiều điện trường

về Anod.

Vậy: Dòng điện trong môI trường chân không là dòng chuyển dời có hường của

các e^-dưới tác dụng của điện trường ngoài.

Trong kĩ thuật, dòng điện trong chân không được ứng dụng để chế tạo ra các

đèn điện tử chân không, hiện nay với sự xuất hiện cả linh kiện bán dẫn đèn điện tử

chân không trở nên lạc hậu do cồng kềnh dễ vỡ khi rung sóc va đập, tổn hao công

suất lớn, điện áp làm việc cao. Tuy nhiên trong một số mạch điện có công suất cực

lớn, tổng trở làm việc cao,hay cần được phát sáng trong qua trình làm việc thì vẫ phải

dùng đèn điện tử chân không. Như đèn hinh, đèn công suất.

e. Dòng điện trong chất bán dẫn

Chất bán dẫn là chất nằm giữa chất cách điện và chất dẫn điện, cấu trúc nguyên

tử có bốn điện tử ở lớp ngoài cùng nên dễ liên kết với nhau tạo thành cấu trúc bền

vững. Đồng thời cũng dễ phá vỡ dưới tác dụng nhiệt để tạo thành các hạt mang điện.

Khi bị phá vỡ các mối liên kết, chúng trở thành các hạt mang điện dương do

thiếu điện tử ở lớp ngoài cùng gọi là lỗ trống. Các điện tử ở lớp vỏ dễ dàng bứt khỏi

nguyên tử để trở thành các điện tử tự do.

Khi đặt điện trường ngoài lên chất bán dẫn các e^-chuyển động ngược chiều điện

trường, Các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường để tạo thành dòng điện

trong chất bán dẫn.

Vậy: Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có hường của các e^-và

các lỗ trống dưới tác dụng của điện trường ngoài.

Chất bán dẫn được trình bày ở trên được gọi là chất bán dẫn thuần không được

ứng dụng trong kĩ thuật vì phải có các điều kiện kèm theo như nhiệt độ điện áp... khi

chế tạo linh kiện. Trong thực tế để chế tạo linh kiện bán dẫn người ta dùng chất bán

dẫn pha thêm các chất khác gọi là tạp chất để tạo thành chất bán dẫn loại P và loại N

Chất bán dẫn loại P là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu trong chất bán dẫn là

các lỗ trống nhờ chúng được pha thêm vào các chất có 3 e^-ở lớp ngoài cùng nên

chúng thiếu điện tử trong mối liên kết hoá trị tạo thành lỗ trống trong cấu trúc tinh

thể.

Chất bán dẫn loại N là chất bán dẫn mà dòng điện chủ yếu là các e^-nhờ được

pha thêm các tạp chất có 5 e^-ở lớp ngoài cùng nên chúng thừa điện tử trong mối liên

kết hoá trị trong cấu trúc tinh thể để tạo thành chất bán dẫn loại N có dòng điện đi

qua là các e^-.

20

Linh kiện bán dẫn trong kĩ thuật được cấu tạo từ các mối liên kết P, N như Diót,

tran zitor… được gọi là các linh kiện đơn hay linh kiện rời rạc, các linh kiện bán dẫn

được chế tạo kết hợp với nhau và với các linh kiện khác để thực hiện hoàn chỉnh một

chức năng nào đó và được đóng kín thành một khối được gọi là mạch tổ hợp (IC:

Integrated Circuits). Các IC được sử dụng trong các mạch tín hiệu biến đổi liên tục

gọi là IC tương tự, các IC sử dụng trong các mạch điện tử số được gọi là IC số. Trong

kĩ thuật hiện nay ngoài cách phân chia IC tương tự và IC số người ta còn phân chia

IC theo hai nhóm chính là IC hàn xuyên lỗ và IC hàn bề mặt SMD: Surface Mount

Device, Chúng khác nhau về kích thước và nhiệt độ chịu đựng trên linh kiện. Xu

hướng phát triển của kỹ thuật điện tử là không ngừng chế tạo ra các linh kiện mới,

mạch điện mới trong đó chủ yếu là công nghệ chế tạo linh kiện mà nền tảng là công

nghệ bán dẫn.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Hãy lựa chọn phương án đúng để trả lời các câu hỏi dưới đây bằng cách bôi đen

vào ô vuông thích hợp?

TT

1

Nội dung câu hỏi

Thế nào là vật dẫn điện?

a

b

c

d

a. Vật có khả năng cho dòng điện đi qua.

b. Vật có các hạt mang điện tự do.

c. Vật có cấu trúc mạng tinh thể

d. Cả a,b.

□

2

Thế nào là vật cách điện?

a. Vật không có hạt mang điện tử do.

b. Vật không cho dòng điện đi qua.

c. Vật ở trạng thái trung hoà về điện.

d. Cả ba yếu tố trên

□

3

4

Các yếu tố nào ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật

chất?

□

a. Cấu tạo

b. Nhiệt độ

c. Điện trường ngoài

d. Cả ba yếu tố trên

Dựa vào tính chất cấu tạo cho biết chất nào có khả năng

dẫn điện tốt nhất?

a.Nhôm

b. Đồng

c. Bạc Vàng

d. Sắt

Giáo trình nghề Điện công nghiệp - Điện tử cơ bản