Giáo trình điện tử cơ bản nghề điện công nghiệp - Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Dưới đây là meta tags cho bài viết 'Giáo trình điện tử cơ bản nghề điện công nghiệp cđ công nghiệp và thương mại': { "ai_description": "Giáo trình điện tử

• Trường học: Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại
• Đề tài: Giáo trình điện tử cơ bản nghề điện công nghiệp trình độ cao đẳng
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Vĩnh Phúc

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình điện tử cơ bản nghề Điện công nghiệp

Giáo trình điện tử cơ bản là nền tảng không thể thiếu cho sinh viên ngành Điện công nghiệp. Nó cung cấp kiến thức sâu sắc về cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng thực tế của các linh kiện điện tử. Mạch điện tử hiện đại điều khiển hầu hết các thiết bị điện trong cuộc sống. Từ công nghiệp nặng đến gia dụng thường ngày, điện tử đóng vai trò không thể thiếu. Nắm vững kiến thức này giúp kỹ sư điện hiểu sâu hơn về nguyên tắc hoạt động của các thiết bị. Chương trình học được thiết kế để kết hợp lý thuyết chặt chẽ với thực hành thực tế. Sinh viên học cách nhận dạng linh kiện chính xác, đọc sơ đồ mạch điện, lắp ráp mạch và sửa chữa thiết bị. Mục tiêu chính là hình thành tư duy khoa học và tác phong công nghiệp chuyên nghiệp.

1.1. Vai trò của linh kiện điện tử trong điều khiển công nghiệp

Linh kiện điện tử thay thế hoàn toàn các thiết bị cơ học cũ kỹ trong kiểm soát. Chúng gọn gàng, tiết kiệm năng lượng, nâng cao độ nhạy làm việc của hệ thống. Tranzito, diôt, mạch tích hợp là những thành phần chủ chốt. Các linh kiện này điều khiển khối lượng lớn, thay thế các khí cụ điện truyền thống hoàn toàn. Ứng dụng rộng rãi giúp tăng tuổi thọ thiết bị, giảm bảo trì. Kỹ sư điện phải hiểu rõ nguyên lý hoạt động của chúng. Điều này đảm bảo an toàn, hiệu suất cao và độ tin cậy trong công nghiệp.

1.2. Cấu trúc và mục tiêu chương trình học 43 giờ

Chương trình học gồm ba phần chính: lý thuyết nền tảng, thực hành động tay, và kiểm tra đánh giá. Thời gian học tổng cộng khoảng 43 giờ, bao gồm 15 giờ lý thuyết vững chắc và 28 giờ thực hành hands-on. Nội dung bao gồm khái niệm cơ bản, linh kiện thụ động, linh kiện bán dẫn, mạch khuếch đại. Sinh viên được trang bị khả năng phân tích mạch điện tử cơ bản. Họ học nhận dạng chính xác ký hiệu mọi loại linh kiện. Đọc trị số điện trở, tụ điện, cuộn cảm chính xác là bắt buộc tuyệt đối.

II. Phân tích khái niệm cơ bản và linh kiện thụ động trong mạch

Khái niệm cơ bản về vật dẫn điện, cách điện và điện trở là nền tảng vành đai của mọi mạch. Vật dẫn điện cho phép dòng điện chạy qua dễ dàng với điện trở thấp. Cách điện cản trở dòng điện với điện trở cực cao. Điện trở thụ động hạn chế dòng điện theo quy luật Ohm chính xác. Linh kiện thụ động gồm điện trở, tụ điện, cuộn cảm. Chúng không cần nguồn điện bổ sung để hoạt động. Điện trở có vai trò bảo vệ mạch và chia áp phân áp. Tụ điện lưu trữ năng lượng tạm thời, loại bỏ nhiễu. Cuộn cảm tạo từ trường mạnh, chống lại sự thay đổi dòng điện bất ngờ. Hiểu rõ các linh kiện này là bắt buộc để thiết kế mạch an toàn.

2.1. Điện trở và ba phương pháp đọc trị số chính xác

Điện trở có ba cách ghi trị số thông dụng nhất. Cách đơn giản không ghi đơn vị Ohm, sử dụng ký hiệu R, K, M. Ví dụ 220K là 220 kiloohm, 1M5 là 1 megaohm 5. Cách mã bao gồm chữ số và chữ cái xác định sai số. Chữ cái cuối chỉ dung sai từ 1% đến 20% độ chính xác. Cách vòng màu phổ biến nhất trên thị trường. Điện trở có 3, 4 hoặc 5 vòng màu khác nhau. Mỗi màu đại diện một con số từ 0 đến 9 cụ thể. Vòng màu đầu tiên không bao giờ là nhũ vàng hoặc nhũ bạc. Công thức tính: hai chữ số đầu nhân với 10 mũ chữ số thứ ba.

2.2. Tụ điện và cuộn cảm trong ứng dụng mạch lọc

Tụ điện được cấu thành từ hai bản kim loại cách nhau bởi chất cách điện điện môi. Nó tích tụ điện tích khi được nạp và xả điện. Công dụng chính là lọc sạch, khối chặn dòng điện một chiều triệt để. Cuộn cảm tạo thành từ trường mạnh mẽ khi dòng điện chạy qua các vòng. Nó chống lại sự thay đổi dòng điện bất ngờ trong mạch. Cảm kháng tăng đáng kể khi tần số xoay chiều tăng cao. Hai linh kiện này thường dùng kết hợp chặt chẽ trong mạch lọc LC. Chúng giúp làm mượt dòng điện, loại bỏ nhiễu tần số cao hoàn toàn.

III. Giải pháp ứng dụng linh kiện bán dẫn trong các mạch thực tế

Linh kiện bán dẫn là trái tim của mạch điện tử hiện đại. Chất bán dẫn có tính dẫn điện nằm giữa vật dẫn thuần túy và cách điện hoàn toàn. Silicon và Germanium là chất bán dẫn phổ biến nhất. Khi thêm tạp chất điều hòa, ta tạo được bán dẫn loại N hay loại P. Tiếp giáp P-N tạo nên diôt, tranzito, và các linh kiện phức tạp hơn. Diôd cho phép dòng điện chạy một chiều, chặn ngược chiều. Tranzito khuếch đại tín hiệu yếu, chuyển mạch dòng điện lớn. Mạch khuếch đại sử dụng tranzito để tăng cường tín hiệu yếu nhất. Các ứng dụng này cơ bản nhưng rất quan trọng trong công nghiệp.

3.1. Cấu tạo diôt và nguyên lý hoạt động một chiều

Diôt được tạo thành từ một tiếp giáp P-N đơn giản. Lớp P chứa lỗ trống dương, lớp N chứa điện tử tự do âm. Khi điện áp thuận chiều tác dụng, lỗ trống và điện tử tìm đường di chuyển về tiếp giáp. Dòng điện chạy qua dễ dàng, điện trở rất thấp. Khi điện áp nghịch chiều tác dụng, dòng điện bị chặn gần như hoàn toàn. Điều này tạo nên tính chất một chiều lý tưởng. Diôt dùng để chỉnh lưu sóng, bảo vệ mạch khỏi ngược cực, tạo thành bộ chỉnh lưu toàn sóng.

3.2. Tranzito BJT và mạch khuếch đại công suất

Tranzito BJT là linh kiện ba chân với ba vùng: phát xạ, cơ sở, thu. Dòng điện nhỏ ở cơ sở điều khiển dòng điện lớn giữa phát xạ và thu hoàn toàn. Hệ số khuếch đại hình như từ 50 đến 300 lần, tùy loại tranzito. Tranzito làm việc ở chế độ tuyến tính để khuếch đại tín hiệu, hoặc chế độ bão hòa để chuyển mạch. Mạch khuếch đại công suất sử dụng tranzito để cung cấp dòng điện lớn. Các ứng dụng bao gồm khuếch đại âm thanh công suất, điều khiển động cơ điện.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn ngành Điện công nghiệp hiện nay

Kiến thức về điện tử cơ bản là nền tảng chắc chắn cho mọi kỹ sư điện hiện đại. Từ thiết kế mạch đến sửa chữa hỏng hóc, điều khiển tự động đến bảo trì dự phòng, đều cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động. Ứng dụng của điện tử rất rộng rãi trong công nghiệp nặng. Các hệ thống điều khiển PLC, biến tần, bộ chỉnh lưu tất cả đều dựa trên linh kiện bán dẫn. Các thiết bị đo lường hiện đại, cảm biến thông minh sử dụng điện tử để xử lý tín hiệu chính xác. Hiểu được nguyên lý giúp giải quyết vấn đề nhanh chóng, an toàn. Kỹ năng thực hành kết hợp lý thuyết vững chắc tạo ra kỹ sư chuyên nghiệp. Những sinh viên nắm vững kiến thức này sẽ thành công rực rỡ.

4.1. Ứng dụng các mạch điện tử cơ bản trong công nghiệp

Mạch chỉnh lưu chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều hoàn toàn. Nó là thành phần cơ bản của mọi bộ nguồn điện công nghiệp. Mạch lọc LC làm mượt điện áp sau chỉnh lưu, loại bỏ gợn sóng. Mạch khuếch đại tăng cường tín hiệu từ các cảm biến bức xạ. Mạch dao động tạo ra tín hiệu xoay chiều ở tần số mong muốn. Các ứng dụng này kết hợp với nhau tạo nên các thiết bị phức tạp. Từ máy hàn điện công suất lớn đến hệ thống điều khiển động cơ tự động hoàn toàn.

4.2. Tầm quan trọng kỹ năng thực hành và quy tắc an toàn điện

Thực hành lắp ráp mạch giúp sinh viên nắm sâu lý thuyết một cách tự nhiên. Kỹ năng hàn, cắm linh kiện, kiểm tra mạch rất quan trọng thực tiễn. An toàn điện là ưu tiên hàng đầu khi làm việc với điện áp cao. Phải kiểm tra mạch kỹ trước khi cấp điện vào. Sử dụng dụng cụ an toàn như kính chống sư, găng tay cách điện. Không bao giờ chạm vào các phần có dòng điện chạy qua. Những kỹ năng này trở thành thói quen tốt cho sự nghiệp lâu dài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.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. 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.Phân loại linh kiện điện tử Mục tiêu: - Trình bầy được nội dung để làm căn cứ phân loại linh kiên điện tử 2.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.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.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.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.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.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.

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 (< 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 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.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 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 kỹ 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 - Làm lá nhôm trong tụ xoay thành lớp bảo vệ, nên khó hàn, khó ăn mòn - Làm cánh toả nhiệt - Bị hơi nước 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.