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 đƣợc 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 đƣợc khái quát về sự phát triển công nghệ điện tử - Trình bầy đƣợc 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.
Kh i qu t chung về thuật điện tử Mục tiêu: - Trình bầy đƣợc lịch sử phát triển kỹ thuật điện tử Các cấu kiện bán dẫn nhƣ 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 lƣợng ngày càng cao với giá thành rẻ hơn. PCs minh hoạ rất rõ xu hƣớng 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 ngƣời ta chế tạo đƣợc các transistor với kích thƣớc 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) 7 - 1952 Geoffrey W.
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.C c ứng dụng cơ bản của thuật điện tử Mục tiêu: Trình bầy đƣợc các ứng dụng cơ bản của kỹ thuật điện tử 2.Ứng dụng 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 lƣợng quang điện nhƣ 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 lƣợng tử và hiệu ứng mới: các linh kiện đƣợc chế tạo bằng công nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ một điện tử, Transistor một điện tử, giếng và dây lƣợng tử, linh kiện xuyên hầm một điện tử, … 2.Ứng dụng xử lý tín hiệu ( hình 1) Hình 1 : Phân loại linh kiện dựa trên chức năng xử lí tín hiệu 2. Hình 2: Ứng dụng của vi mạch Hình 3 : Ứng dụng của linh kiện điện tử Linh kiện thụ động: R,L,C… Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET… 9 Vi mạch tích hợp IC: IC tƣơng tự, IC số, Vi xử lý… Linh kiện ch nh lƣu có điều khiển Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang 10 BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mã bài: 13-01 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 đƣợc 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 đƣợc trong kiến thức của ngƣời thợ điện, điện tử. Đó chính là nội dung của bài học này. Mục tiêu : - Phát biểu đƣợc tính chất, điều kiện làm việc của dòng điện trên các linh kiện điện tử theo nội dung bài đã học. - Tính toán đƣợc điện trở, dòng điện, điện áp trên các mạch điện một chiều theo điều kiện cho trƣớc.
- Rèn luyện tính chính xác, nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc.Vật dẫn điện và c ch điện Mục tiêu: - Trình bầy đƣợc các khái niệm cơ bản, đặc tính về vật dẫn điện, vật cách điện - Trình bầy đƣợc điện trở cách điện của linh kiện điện tử, của mạch điện tử và thông số ghi trên thân linh kiện điện tử 1. Vật dẫn điện và cách điện: Trong kỹ thuật ngƣời 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 ch mang tính tƣơng đối. Chúng phụ thuộc vào cấu tạo vật chất, các điều kiện bên ngoài tác động lên vật chất Về cấu tạo: Vật chất đƣợc cấu tạo từ các phần tử nhỏ nhất gọi là nguyên tử. Nguyên tử đƣợc cấu tạo gồm hạt nhân (gồm proton là hạt mang điện tích dƣơng (+) , neutron là hạt không mang điện) và lớp vỏ của nguyên tử (là các electron mang điện tích âm e-- ).
Vật chất đƣợc cấu tạo từ mối liên kết giữa các nguyên tử với nhau tạo thành tính bền vững của vật chất. Cấu trúc mạng liên kết nguyên tử của vật chất Các liên kết tạo cho lớp vỏ ngoài cùng có số lƣợng proton bằng số lƣợng electron , với trạng thái đó nguyên tử mang tính bền vững và đƣợc 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 lƣợng proton khác số lƣợng 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 thƣờng (< 25 0C) 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 trƣờng ngoài tác động vào, vật chất có khả năng dẫn điện.
Về điện trường ngoài: Trên bề mặt vật chất, khi đặt một điện trƣờng hai bên chúng sẽ xuất hiện một lực điện trƣờng E. Các e -- sẽ chịu tác động của lực điện trƣờng này, nếu lực điện trƣờng đủ lớn, các e -- sẽ chuyển động ngƣợc chiều điện trƣờng, tạo thành dòng điện. Độ lớn của lực điện trƣờng 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 trƣờng 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 thƣờng có khả năng dẫn điện.
Nói cách khác, là chất ở trạng tháI bình thƣờng có sẵn các điện tích tự do để tạo thành dòng điện 1.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 thƣờng đƣợc giới thiệu trong (Bảng 1-1) 12 Bảng 1-1. Vật liệu dẫn điện Điện trở Hệ số Nhiệt Tỷ tt Tên vật liệu suẩt nhiệt độ nóng trọng Hợp kim Phạm vi ứng dụng Ghi chú mm2/m chảy t0C 1 Đồng đỏ hay 0,0175 0,004 1080 8,9 Chủ yếu dùng làm dây dẫn đồng thuật 2 Thau (0,03 - 0,06) 0,002 900 3,5 đồng với kẽm - Các lá tiếp xúc - Các đầu nối dây 3 Nhôm 0,028 0,0049 660 2,7 - Làm dây dẫn điện - Bị ôxyt hoá nhanh, tạo thành - Làm lá nhôm trong tụ xoay lớp bảo vệ, nên khó hàn, khó ăn mòn - Làm cánh toả nhiệt - Bị hơi nƣớc mặn ăn mòn - Dùng làm tụ điện (tụ hoá) 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 Có giá thành rẻ hơn bạc dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần 6 Thiếc 0,115 0,0012 230 7,3 Hợp chất - Hàn dây dẫn. Chất hàn dùng để hàn trong dùng để làm - Hợp kim thiếc và chì có nhiệt khi lắp ráp linh kiện điện tử chất hàn gồm: độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ - Thiếc 60% nóng chảy của từng kim loại - Chì 40% thiếc và chì.
7 Chì 0,21 0,004 330 11,4 - Cầu chì bảo vệ quá dòng Dùng làm chát hàn (xem phần - Dùng trong ac qui chì trên) - Vỏ bọc cáp chôn 8 Sắt 0,098 0,0062 1520 7,8 - Dây săt mạ kem làm dây dẫn - Dây sắt mạ kẽm giá thành hạ với tải nhẹ hơn dây đồng - Dây lƣỡng kim gồm lõi sắt - Dây lƣỡng kim dẫn điện gần vỏ bọc đồng làm dây dẫn chịu nhƣ dây đồng do có hiệu ứng 13 lực cơ học lớn mặt ngoài 9 Maganin 0,5 0,00005 1200 8,4 Hợp chất gồm: Dây điện trở - 80% đồng - 12% mangan - 2% nic ken 10 Contantan 0,5 0,000005 1270 8,9 Hợp chất gồm: Dây điện trở nung nóng - 60% đồng - # 40% nic ken - # 1% Mangan 11 Niken - Crôm 1,1 0,00015 1400 8,2 Hợp chất gồm: - Dùng làm dây đốt nóng (dây (nhiệt độ - 67% Nicken mỏ hàn, dây bếp điện, dây bàn làm là) - 16% săt việc: - 15% crôm 900) -1,5% mangan 14 - Các đặc tính của vật liệu cách điện. - Độ bền về điện. - Nhiệt độ chịu đựng. - Hằng số điện môi.
Các thông số và phạm vi ứng dụng đƣợc trình bày ở (Bảng 1-2) 15 Bảng 1-2.