Giáo Trình Môn Học Điện Tử Cơ Bản Ngành Điện Dân Dụng

Giáo trình điện tử cơ bản ngành điện dân dụng cao đẳng cung cấp kiến thức thiết yếu cho sinh viên, giúp nâng cao kỹ năng nghề nghiệp.

• Tác giả: ThS. Nguyễn Trọng Sinh
• Trường học: Trường Cao Đẳng Xây Dựng Số 1
• Chuyên ngành: Điện Tử Cơ Bản
• Đề tài: Giáo Trình Điện Tử Cơ Bản Ngành Điện Dân Dụng
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
• 1.1. Mục tiêu
• 1.2. Phân loại
• 1.3. Điốt
• 1.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• 1.3.2. Đặc tính V - A của điốt
• 1.3.3. Khảo sát hoạt động
• 1.3.4. Các thông số cơ bản của điốt
• 1.4. BJT
• 1.4.1. Cấu tạo và ký hiệu
• 1.4.2. Nguyên lý hoạt động
• 1.4.3. Khảo sát hoạt động
• 1.4.4. Đặc tính hoạt động của tranzito
• 1.4.5. Các thông số cơ bản của tranzito
• 1.5. MOSFET
• 1.5.1. Cấu tạo và ký hiệu
• 1.5.2. Nguyên lý hoạt động
• 1.5.3. Khảo sát hoạt động
• 1.5.4. Đặc tính V - A
• 1.6. IGBT
• 1.6.1. Cấu tạo và ký hiệu
• 1.6.2. Nguyên lý hoạt động
• 1.6.3. Khảo sát hoạt động
• 1.6.4. Đặc tính đóng cắt
• 1.7. Thyristor
• 1.7.1. Cấu tạo và ký hiệu
• 1.7.2. Nguyên lý hoạt động
• 1.7.3. Khảo sát hoạt động
• 1.7.4. Đặc tính V - A

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Điện Tử Cơ Bản Ngành Điện Dân Dụng

Giáo trình Điện Tử Cơ Bản Ngành Điện Dân Dụng được biên soạn nhằm cung cấp kiến thức cơ bản về các linh kiện điện tử và ứng dụng của chúng trong ngành điện dân dụng. Tài liệu này không chỉ phục vụ cho việc giảng dạy mà còn là nguồn tham khảo quý giá cho sinh viên và giảng viên tại Trường Cao Đẳng Xây Dựng Số 1. Nội dung giáo trình được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn đào tạo hiện hành và nhu cầu thực tiễn của ngành điện.

1.1. Mục tiêu của Giáo Trình Điện Tử Cơ Bản

Mục tiêu chính của giáo trình là giúp sinh viên nắm vững các khái niệm cơ bản về điện tử, từ đó áp dụng vào thực tiễn. Sinh viên sẽ được trang bị kiến thức về các linh kiện điện tử như diode, transistor, và các mạch điện cơ bản.

1.2. Cấu trúc của Giáo Trình

Giáo trình được chia thành ba chương chính, bao gồm các khái niệm cơ bản, linh kiện điện tử, và ứng dụng thực tiễn. Mỗi chương sẽ cung cấp kiến thức từ lý thuyết đến thực hành, giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan và sâu sắc về ngành điện.

II. Vấn đề và Thách thức trong Ngành Điện Dân Dụng

Ngành điện dân dụng hiện nay đang đối mặt với nhiều thách thức, từ việc đảm bảo an toàn điện đến việc sử dụng hiệu quả năng lượng. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống mà còn tác động đến sự phát triển bền vững của ngành điện. Việc đào tạo sinh viên có kiến thức vững vàng về điện tử là rất cần thiết để giải quyết những thách thức này.

2.1. An toàn điện trong sử dụng

An toàn điện là một trong những vấn đề hàng đầu trong ngành điện dân dụng. Việc hiểu rõ các quy tắc an toàn và cách sử dụng thiết bị điện đúng cách sẽ giúp giảm thiểu rủi ro và tai nạn điện.

2.2. Tiết kiệm năng lượng và hiệu quả sử dụng

Tiết kiệm năng lượng là một thách thức lớn trong ngành điện. Việc áp dụng các công nghệ mới và thiết bị tiết kiệm năng lượng sẽ giúp giảm thiểu chi phí và bảo vệ môi trường.

III. Phương pháp Giảng dạy và Học tập Hiệu quả

Để đạt được hiệu quả trong việc giảng dạy môn học điện tử cơ bản, cần áp dụng các phương pháp giảng dạy hiện đại. Việc kết hợp lý thuyết và thực hành sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các khái niệm và ứng dụng thực tiễn của điện tử.

3.1. Phương pháp giảng dạy tích cực

Phương pháp giảng dạy tích cực khuyến khích sinh viên tham gia vào quá trình học tập, từ đó nâng cao khả năng tư duy và sáng tạo. Việc sử dụng các bài tập nhóm và thảo luận sẽ giúp sinh viên phát triển kỹ năng làm việc nhóm.

3.2. Thực hành và thí nghiệm

Thực hành là một phần không thể thiếu trong quá trình học tập. Sinh viên sẽ được thực hành trên các thiết bị điện tử thực tế, từ đó củng cố kiến thức lý thuyết và phát triển kỹ năng thực hành.

IV. Ứng dụng Thực tiễn của Giáo Trình Điện Tử Cơ Bản

Giáo trình Điện Tử Cơ Bản không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên áp dụng vào thực tiễn. Các ứng dụng của điện tử trong đời sống hàng ngày rất đa dạng, từ các thiết bị gia dụng đến các hệ thống điện công nghiệp.

4.1. Ứng dụng trong thiết bị gia dụng

Các linh kiện điện tử được sử dụng rộng rãi trong thiết bị gia dụng như tủ lạnh, máy giặt, và điều hòa không khí. Việc hiểu rõ cách hoạt động của các linh kiện này sẽ giúp sinh viên có thể sửa chữa và bảo trì thiết bị hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống điện công nghiệp

Trong ngành công nghiệp, điện tử đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và tự động hóa các quy trình sản xuất. Sinh viên sẽ được trang bị kiến thức cần thiết để tham gia vào các dự án điện công nghiệp.

V. Kết luận và Tương lai của Ngành Điện Dân Dụng

Ngành điện dân dụng đang phát triển mạnh mẽ và có nhiều cơ hội việc làm cho sinh viên tốt nghiệp. Việc nắm vững kiến thức về điện tử cơ bản sẽ giúp sinh viên tự tin hơn khi bước vào thị trường lao động. Tương lai của ngành điện sẽ còn nhiều tiềm năng phát triển với sự xuất hiện của các công nghệ mới.

5.1. Triển vọng nghề nghiệp

Sinh viên tốt nghiệp ngành điện dân dụng có thể làm việc trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ thiết kế, lắp đặt đến bảo trì hệ thống điện. Nhu cầu về nhân lực trong ngành này ngày càng tăng cao.

5.2. Xu hướng công nghệ trong ngành điện

Công nghệ điện tử đang phát triển nhanh chóng với sự xuất hiện của các thiết bị thông minh và tự động hóa. Sinh viên cần cập nhật kiến thức mới để không bị lạc hậu trong ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Māc tiêu: - Trình bày đ°ÿc các khái niám c¡ bÁn trong đián tā công suÃt - Tính toán đ°ÿc các đ¿i l°ÿng trong đián tā công suÃt. - Rèn luyán tính cẩn thÁn, tã mã, t° duy sáng t¿o và khoa hßc.Trå trung bình của mát đ¿i l°ÿng 1.Trå trung bình của đián áp Trå trung bình của đián áp là tổng giá trå đián áp đo đ°ÿc chia cho tổng thßi gian làm viác. Trå trung bình của dòng đián Trå trung bình của dòng đián là tổng giá trå dòng đián đo đ°ÿc chia cho tổng thßi gian làm viác. Công suÃt trung bình Công suÃt trung bình là tổng công suÃt đo đ°ÿc chia cho tổng thßi gian làm viác.

Trå hiáu dāng của mát đ¿i l°ÿng 3.Trå hiáu dāng của dòng đián Trå số hiáu dāng của dòng đián là dòng mát chiều I sao cho khi ch¿y qua cùng mát đián trá thì s¿ t¿o ra cùng công suÃt. Trå số hiáu dāng dòng đián đ°ÿc tính: = /√2 3.Trå hiáu dāng của đián áp T°¡ng tự trå số hiáu dāng của đián áp cũng đ°ÿc tính: = /√2 4. Há số công suÃt Trong biểu thức công suÃt tác dāng P = UIcosφ, cosφ đ°ÿc gßi là há số công suÃt. Há số công suÃt phā thuác vào thông số của m¿ch đián và là chã tiêu kÿ thuÁt quan trßng, có ý nghĩa rÃt lớn về kinh tÁ nh° sau: - Nâng cao há số công suÃt s¿ tÁn dāng tốt công suÃt nguồn cung cÃp cho tÁi.

- Khi cÅn truyền tÁi mát công suÃt P nhÃt đånh trên đ°ßng dây thì dòng đián - ch¿y trên đ°ßng dây là: I = P/ U cosφ NÁu cosφ cao thì dòng đián I s¿ giÁm, d¿n đÁn giÁm tổn hao đián năng, giÁm đián áp r¡i trên đ°ßng dây và có thể chßn dây d¿n tiÁt dián nhá h¡n. Để nâng cao cosφ ta th°ßng dùng tā đián nối song song với tÁi nh° (hình 1) 11 I R U C L Hình 1. Nâng cao cosφ dùng tā đián nối song song với tÁi 12 Ch°¡ng 1: CÁC LINH KIàN ĐIàN TĀ CÔNG SUÂT Māc tiêu: - NhÁn d¿ng đ°ÿc các linh kián đián tā công suÃt dùng trong các thiÁt bå đián đián tā. - Trình bày đ°ÿc cÃu t¿o các lo¿i linh kián đián tā công suÃt - GiÁi thích đ°ÿc nguyên lý làm viác các lo¿i linh kián.

- Rèn luyán đức tính cẩn thÁn, tã mã, t° duy sáng t¿o và khoa hßc, đÁm bÁo an toàn, tiÁt kiám.Phân lo¿i Căn cứ vào ho¿t đáng các phÅn tā bán d¿n ta phân lo¿i đ°ÿc linh kián bán d¿n 2. Điốt Trình bÅy đ°ÿc cÃu t¿o,nguyên lý ho¿t đáng, đặc tính và các ứng dāng điển hình của điốt công suÃt.CÃu t¿o và nguyên lý ho¿t đáng 2. CÃu t¿o CÃu t¿o và ký hiáu của điốt trên (hình 1-1) Anốt A P N D K Catôt Hình 1-1. Ký hiáu Điốt là phÅn tā đ°ÿc cÃu t¿o bái mát lớp tiÁp giáp PN.

Điốt có 2 cực, anốt A là cực nối với lớp bán d¿n P, catôt K là cực nối với lớp bán d¿n kiểu N. Nguyên lý ho¿t đáng Các điốt công suÃt đ°ÿc chÁ t¿o để chåu đ°ÿc mát giá trå đián áp ng°ÿc nhÃt đånh. Điều này đ¿t đ°ÿc nhß mát lớp bán d¿n n- tiÁp giáp với lớp p có cÃu t¿o giống nh° lớp n nh°ng có ít các đián tā tự do h¡n. Khi tiÁp giáp pn- đ°ÿc đặt d°ới tác dāng của đián áp bên ngoài, nÁu đián tr°ßng ngoài cùng chiều với đián tr°ßng E thì vùng nghèo đián tích s¿ má ráng sang vùng n- đián trá t°¡ng đ°¡ng của điốt càng lớn và dòng đián s¿ không thể ch¿y qua.

Toàn bá đián áp ngoài s¿ r¡i trên vùng nghèo đián tích. Tr°ßng hÿp này đ°ÿc gßi là điốt bå phân cực ng°ÿc. ( hình 1-2a) 13U - + Vùng ít các đián N P N - + E - + U - Vùng nghèo đián Hình 1-2a.Đi ốt phân cực ng°ÿc Khi đián áp bên ngoài t¿o ra đián tr°ßng có h°ớng ng°ÿc với đián tr°ßng trong E, vùng nghèo đián tích s¿ bå thu hẹp l¿i. NÁu đián áp bên ngoài đủ lớn h¡n U khoÁng 0,65V, vùng nghèo đián tích s¿ thu hẹp đÁn bằng không và các đián tích có thể di chuyển tự do qua cÃu trúc tinh thể của điốt.

Dòng đián ch¿y qua điốt lúc này s¿ bå h¿n chÁ do đián trá tÁi á m¿ch ngoài và mát phÅn đián trá trong điốt bao gồm đián trá của tinh thể bán d¿n do tiÁp xúc giữa phÅn kim lo¿i và bán d¿n. Tr°ßng hÿp này đ°ÿc gßi U là điốt bå phân cực thuÁn. ( hình 1-2b) + - Các đián tích tự do đ°ÿc làm N N - P - n + ++ n - + + + E - + + +U - H°ớng di chuyển của các đián Hình 1- 2b. KhÁo sát ho¿t đáng điôt a.

ThiÁt bå và dāng cā chuẩn bå 14 - Mudun linh kián chứa Điốt công suÃt. - TÁi đèn - Dây có chốt cắm hai đÅu. - Nguồn 12VDC - Máy hián sóng. Qui trình thực hián.

Z Z Hình 1-3b Hình 1-3a - CÃp nguồn 12VDC, nối tÁi bóng đèn và điốt nh° (hình 1-3a). Quan sát hián t°ÿng á đèn. Đo Uđèn và Uđiốt. NhÁn xét kÁt quÁ thu đ°ÿc - CÃp nguồn 12VDC, nối tÁi bóng đèn và điốt nh° (hình 1-3b).

Quan sát hián t°ÿng á đèn. Đo Uđèn và Uđiốt. NhÁn xét kÁt quÁ thu đ°ÿc. - KÁt luÁn ho¿t đáng của điốt 2.

Đặc tính V - A của điốt Đặc tính gồm 2 phÅn, đó là đặc tính thuÁn và đặc tính ng°ÿc : - Đặc tính thuÁn nằm trong góc phÅn t° thứ nhÃt t°¡ng ứng với UAK > 0. - Đặc tính ng°ÿc nằm trong góc phÅn t° thứ ba t°¡ng ứng UAK < 0. Trên đ°ßng đặc tính thuÁn, nÁu đián áp anôt – catôt tăng dÅn tÿ 0 đÁn khi v°ÿt qua ng°ỡng đián áp UD.0 khoÁng 0,6V đÁn 0,7V, gßi là đián áp r¡i trên điốt theo chiều thuÁn. Dòng qua điốt có thể có giá trå lớn nh°ng đián áp r¡i trên điốt thì hÅu nh° không thay đổi.

Nh° vÁy, đặc tính thuÁn của điốt đặc tr°ng bái tính chÃt có đián trá t°¡ng đ°¡ng nhá. Trên đ°ßng đặc tính ng°ÿc, nÁu đián áp UAK tăng dÅn tÿ 0 đÁn giá trå Ung.max, gßi là đián áp ng°ÿc lớn nhÃt, khi đó dòng qua điốt chã có thể có giá trå rÃt nhá gßi là dòng rò, tức điốt cÁn trá dòng ch¿y theo chiều ng°ÿc. Cho đÁn khi UAK đ¿t đÁn giá trå Ung.max thì xÁy ra hián t°ÿng dòng qua điốt tăng đát ngát d¿n đÁn tính chÃt cÁn trá dòng đián ng°ÿc của điốt bå phá vỡ. Quá trình này không có tính đÁo ng°ÿc nghĩa là nÁu ta giÁm đián áp thì dòng đián cũng không giÁm đi.

Hián t°ÿng này gßi là hián t°ÿng đánh thủng của điốt. Đặc tính V- A của điốt 1. Đặc tính thực tÁ 1. Đặc tính tuyÁn tính hoá 2.Đặc tính đóng cắt của điốt 15 Đặc tính đóng cắt tiêu biểu của mát điốt đ°ÿc thể hián trên (hình 1-5).

U(t) t i(t) tr di/dt t 1 2 3 4 5 Vùng Qr Hình1-5. Đặc tính đóng cắt của điốt Theo hình v¿ ta thÃy: -Điốt á tr¿ng thái khóa trong các khoÁng thßi gian (1) và (6) với đián áp phân cực ng°ÿc và dòng đián bằng không. -à khoÁng (2) điốt bắt đÅu vào d¿n dòng. -Trong khoÁng (3) điốt hoàn toàn á tr¿ng thái d¿n.

-Quá trình điốt bắt đÅu á khoÁng (4). à cuối giai đo¿n (4), tiÁp giáp PN trá nên phân cực ng°ÿc và điốt có khÁ năng ngăn cÁn dòng đián. -Trong giai đo¿n (5) tā đián t°¡ng đ°¡ng của tiÁp giáp PN đ°ÿc n¿p tiÁp tāc tới đián áp phân cực ng°ÿc. Đián tích Qr là đián tích phāc hồi.

Thßi gian tr giữa đÅu giai đo¿n (4) đÁn cuối giai đo¿n (5) gßi là thßi gian phāc hồi.Các thông số c¡ bÁn của điốt Khi sā dāng điốt ta cÅn quan tâm tới các thông số sau: - Giá trå trung bình của dòng đián cho phép ch¿y qua điốt theo chiều thuÁn, ID - Giá trå đián áp ng°ÿc lớn nhÃt mà điốt có thể chåu đựng đ°ÿc, Ung.max - TÅn số -Thßi gian phāc hồi tr và đián tích phāc hồi 3. CÃu trúc và ký hiáu của BJT a. Lo¿i NPN Tranzito là phÅn tā bán d¿n gồm 3 lớp bán d¿n PNP ( gßi là bóng thuÁn ) hoặc NPN ( gßi là bóng ng°ÿc ) t¿o nên hai tiÁp giáp PN. Các lớp PN giữa tÿng đián cực đ°ÿc gßi là lớp emitter J1 và lớp colecto J2.

Mßi lớp có thể đ°ÿc phân cực theo chiều thuÁn hoặc theo chiều ng°ÿc d°ới tác dāng của đián thÁ ngoài. Tranzito có 3 cực: Baz¡ ( B ), colect¡ ( C ), emit¡ ( E ). CÃu trúc và ký hiáu tranzito đ°ÿc thể hián trên (hình 1-6).Nguyên lý ho¿t đáng 3. Nguyên lý ( Xét ho¿t đáng lo¿i NPN, lo¿i PNP t°¡ng tự ) Nguyên lý ho¿t đáng của tranzito công suÃt th°ßng theo s¡ đồ (hình 1- 7) C IC IB UCE B IE UBE E Hình 1-7.

S¡ đồ nguyên lý ho¿t đáng của tranzito công suÃt Tranzito ho¿t đáng á 3 chÁ đá: - ChÁ đá tuyÁn tính ( chÁ đá khuÁch đ¿i ) - ChÁ đá khóa - ChÁ đá bão hòa Trong chÁ đá tuyÁn tính, hay còn gßi là chÁ đá khuÁch đ¿i, tranzito là phÅn tā khuÁch đ¿i dòng đián với dòng colecto IC bằng β lÅn dòng bazo ( dòng đián điều khiển ), trong đó β gßi là há số khuÁch đ¿i dòng đián. IB ( á tranzito công suÃt β = 10 ÷ 100 ) Tuy nhiên, trong đián tā công suÃt, tranzito chã đ°ÿc sā dāng nh° mát phÅn tā khóa. Khi má dòng điều khiển phÁi tháa mãn điều kián: 17 > hay = Trong đó kbh = 1,2 ÷ 1,5 gßi là há số bão hòa. Theo cÃu trúc bán d¿n, tiÁp giáp BE phân cực thuÁn và tiÁp giáp BC phân cực ng°ÿc.

Khi đó tranzito s¿ á trong chÁ đá bão hòa với đián áp giữa colecto và emito rÃt nhá khoÁng tÿ 1 đÁn 1,5 V, gßi là đián áp bão hòa UCE. Theo cÃu trúc bán d¿n, á chÁ đá này cÁ hai tiÁp giáp BE và BC đều phân cực thuÁn. à chÁ đá khóa dòng điều khiển IB bằng không và dòng colecto gÅn bằng không, đián áp UCE s¿ lớn đÁn giá trå đián áp nguồn cung cÃp cho m¿ch tÁi nối tiÁp với tranzito. Trong chÁ đá này tổn hao công suÃt trên tranzito bằng tích của dòng đián colecto với đián áp r¡i trên colecto – emito s¿ có giá trå rÃt nhá.

Theo cÃu trúc bán d¿n, á chÁ đá này cÁ hai tiÁp giáp BE và BC đều bå phân cực ng°ÿc. KhÁo sát ho¿t đáng BJT a. ThiÁt bå và dāng cā chuẩn bå - Mudun linh kián chứa Tranzito công suÃt - TÁi đèn. - Dây có chốt cắm hai đÅu.

- Khối nguồn AC, DC - Máy hián sóng. Qui trình thực hián. - CÃp nguồn cung cÃp DC, nguồn vào AC và nối tÁi bóng đèn t¿i đÅu ra.