Chương 1: Các linh kiện điện tử thụ động cơ bản và ứng dụng Giới thiệu: Cấu tạo, thông số kỹ thuật, cách đọc giá trị của các linh kiện điện tử cơ bản như: điện trở, tụ điện, cuộn cảm. Mục tiêu: Cung cấp các kiến thức cơ bản về đặc điểm Cấu tạo, tính chất, cơ chế làm việc, qui cách đóng vỏ ghi nhãn và linh vực ứng dụng của một số linh kiện điện tử thụ động cơ bản trong các mạch điện tử được dụng trong hệ thống lạnh là điện trở, tụ điện, cuộn cảm và thạch anh. Nội dung chính: 1. Điện trở Điện trở là một trong những linh kiện điện tử dùng trong các mạch điện tử để đạt các giá trị dòng điện và điện áp theo yêu cầu của mạch.
Chúng có tác dụng như nhau trong cả mạch điện một chiều lẫn xoay chiều và chế độ làm việc của điện trở không bị ảnh hởng bởi tần số của nguồn xoay chiều. Cấu tạo các loại điện trở Tuỳ theo kết cấu của điện trở mà người ta phân loại: - Điện trở hợp chất cacbon: Điện trở có cấu tạo bằng bột cacbon tán trộn với chất cách điện và keo kết dính rồi ép lại, nối thành từng thỏi hai đầu có dây dẫn ra để hàn. Loại điện trở này rẻ tiền, dễ làm nhưng có nhược điểm là không ổn định, độ chính xác thấp, mức độ tạp âm cao. Một đầu trên thân điện trở có những vạch màu hoặc có chấm màu.
Đó là những quy định màu dùng để biểu thị trị số điện trở và cấp chính xác. Các loại điện trở hợp chất bột than này có trị số từ 10 đến hàng chục mêgôm, công suất từ 1/4 W tới vài W. - Điện trở màng cacbon: Các điện trở có cấu tạo màng cacbon được giới thiệu trên Hình 2. Các điện trở màng cacbon đã thay thế hầu hết các điện trở hợp chất cacbon trong các mạch điện tử.
8 Đáng lẽ lấp đầy các hợp chất cacbon, điện trở màng cacbon gồm một lớp chuẩn xác màng cacbon bao quanh một ống phủ gốm mỏng. Độ dày của lớp màng bao này tạo nên trị số điện trở, màng càng dày, trị số điện trở càng nhỏ và ngợc lại. Các dây dẫn kim loại được kết nối với các nắp ở cả hai đầu điện trở. Toàn bộ điện trở được bao bằng một lớp keo êpôxi, hoặc bằng một lớp gốm.
Các điện trở màng cacbon có độ chính xác cao hơn các điện trở hợp chất cacbon, vì lớp màng được láng một lớp cacbon chính xác trong quá trình sản xuất. Loại điện trở này được dùng phổ biến trong các máy tăng âm, thu thanh, trị số từ 1 tới vài chục mêgôm, công suất tiêu tán từ 1/8 W tới hàng chục W; có tính ổn định cao, tạp âm nhỏ, nhưng có nhược điểm là dễ vỡ. Hình 1: Mặt cắt của điện trở màng cacbon - Điện trở dây quấn: Điện trở này gồm một ống hình trụ bằng gốm cách điện, trên đó quấn dây kim loại có điện trở suất cao, hệ số nhiệt nhỏ như constantan mangani. Dây điện trở có thể tráng men, hoặc không tráng men và có thể quấn các vòng sát nhau hoặc quấn theo những rãnh trên thân ống.
Ngoài cùng có thể phun một lớp men bóng và ở hai đầu có dây ra để hàn. Cũng có thể trên lớp men phủ ngoài có chừa ra một khoảng để có thể chuyển dịch một con chạy trên thân điện trở điều chỉnh trị số. Do điện trở dây quấn gồm nhiều vòng dây nên có một trị số điện cảm. Để giảm thiểu điện cảm này, người ta thờng quấn các vòng dây trên một lá cách điện dẹt hoặc quấn hai dây chập một đầu để cho hai vòng dây liền sát nhau có dòng điên chạy ngược chiều nhau.
9 Loại điện trở dây quấn có ưu điểm là bền, chính xác, chịu nhiệt cao do đó có công suất tiêu tán lớn và có mức tạp âm nhỏ. Tuy nhiên, điện trở loại này có giá thành cao. - Điện trở màng kim loại: Điện trở màng kim loại được chế tạo theo cách kết lắng màng niken-crôm trên thân gốm chất lợng cao, có xẻ rảnh hình xoắn ốc, hai đầu được lắp dây nối và thân được phủ một lớp sơn. Điện trở màng kim loại ổn định hơn điện trở than nhưng giá thành đắt gấp khoảng 4 lần.
Công suất danh định khoảng 1/10W trở lên. Phần nhiều người ta dùng loại điện trở màng kim loại với công suất danh định 1/2W trở lên, dung sai 1% và điện áp cực đại 200 V. - Điện trở ôxýt kim loại: Điện trở ôxýt kim loại được chế tạo bằng cách kết lắng màng ôxýt thiếc trên thanh thu礃ऀ tinh đặc biệt. Loại điện trở này có độ ẩm rất cao, không bị hư hỏng do quá nóng và cũng không bị ảnh hưởng do ẩm ớt.
Công suất danh định thường là 1/2W với dung sai 2%. Kí hiệu điện trở trên sơ đồ mạch Ngoài cách phân loại như trên, trong thiết kế, tuỳ theo cách kí hiệu, kích thước của điện trở, người ta còn phân loại theo cấp chính xác như: điện trở thường, điện trở chính xác; hoặc theo công suất: công suất nhỏ, công suất lớn. Cách mắc điện trở : Trong mạch điện tuỳ theo nhu cầu thiết kế mà người ta sử dụng điện trở có giá trị khác nhau, tuy nhiên trong sản xuất người ta không thể chế tạo mọi giá trị của điện trở được mà chỉ sản xuất một số điện trở tiêu biểu đặc trưng theo các số như sau: Bảng 1: Các giá trị thông dụng trong sản xuất (theo các đơn vị ôm, fara.) 10 1 2,2 3,3 4,7 5,6 6,8 8,2 1,2 2,7 3,9 1,5 1,8 Nên trong sử dụng nhà thiết kế phải sử dụng một trong hai phương án sau: Một là phải tính toán mạch điện sao cho phù hợp với các điện trở có sẵn trên thị trường. Hai là tính toán mắc các điện trở sao cho phù hợp với mạch điện.
Điện trở mắc nối tiếp: Cách này dùng để tăng trị số của điện trở trên mạch điện (Hình 3). R1 R2 RN Hình 3 : Điện trở ghép nối tiếp Theo công thức: Rtđ = R1 + R2 +. + Rn (1) Rtd: Điện trở tơng đơng của mạch điện Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ. Tính điện trở tương đương của mạch điện R1 R2 Giải: Từ công thức (1) ta có Rtđ = 2,2 + 4,7 = 6,9K Trong thực tế, người ta chỉ mắc nối tiếp từ 02 đến 03 điện trở để tránh rườm rà cho mạch điện.
11 Điện trở mắc song song: Cách này dùng để giảm trị số điện trở trên mạch điện. Trong thực tế tính toán cần ghi nhớ là điện trở tương đương của mạch điện luôn nhỏ hơn hoặc bằng điện trở nhỏ nhất trên mạch điện, điều này rất thường sảy ra sai sót khi thay thế tương đương trong khi thực hiện sửa chữa. Ngoài ra, để dễ dàng trong tính toán, thông thường người ta dùng điện trở cùng trị số để mắc song song, khác với mắc nối tiếp, mạch mắc điện trở song song có thể mắc nhiều điện trở song song để đạt trị số theo yêu cầu, đồng thời đạt được dòng chịu tải lớn theo ý muốn và tăng vùng diện tích toả nhiệt trên mạch điện khi công suất tỏa nhiệt cao(Hình 4). R1 R2 RN Hình 4 : Điện trở ghép song song 1 1 1 1 Theo công thức: + +.+ (2) Rtd R1 R 2 Rn Rtd: Điện thở tương đương của mạch điện Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ.
Tính điện trở tương đương của mạch điện. R1 R2 Giải: Từ công thức (2) ta có R1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của điện trở: - Công suất điện trở là tích số giữa dòng điện đi qua điện trở và điện áp đặt lên hai đầu điện trở. Trong thực tế, công suất được qui định bằng kích thước điện trở với các điện trở màng dạng tròn, ghi trên thân điện trở với các loại điện trở lớn dùng dây quấn vỏ bằng sứ, tra trong bảng với các loại điện trở hàn bề mặt (SMD).
- Sai số của điện trở là khoảng trị số thay đổi cho phép lớn nhất trên điện trở. Sai số nằm trong phạm vi từ 1% đến 20% tuỳ theo nhà sản xuất và được ghi bằng vòng màu, kí tự, hoặc bảng tra. - Trị số điện trở là giá trị của điện trở được ghi trên thân bằng cách ghi trực tiếp, ghi bằng vòng màu, bằng kí tự. Biến trở: Biến trở dùng để thay đổi giá trị của điện trở, qua đó thay đổi được sự cản trở điện trên mạch điện.3 minh hoạ biến trở.
§ iÖn ¸ p v µo § iÖn ¸ p ra VR C hØnh tha y ®æi Hình 5: Cấu trúc của biến trở Kí hiệu của biến trở: oKí hiệu của biến trở trên sơ đồ nguyên lý được minh hoạ trên Hình 5. Kí hiệu biến trở thông thường 13 2 2 2 -- 3 1 3 1 1 3 , , VR VR VR L o¹ i tinh c hØnh tha y ®æi ré ng 1 1 3 3. VR1 2 VR2 2 L o¹ i ha i biÕn trë c hØnh ®å ng bé (®å ng trôc ). L o¹ i biÕn trë c ã c « ng t¾c Hình 6: Kí hiệu các loại biến trở Phân loại: o Biến trở than: Mặt biến trở được phủ lớp bột than, con chạy và chân của biến trở là kim loại để dễ hàn.
Loại biến trở này dùng trong các mạch có công suất nhỏ dòng qua biến trở từ vài mA đến vài chục mA để phân cực cho các mạch điện là chủ yếu. o Biến trở dây quấn: Mặt biến trở được quấn dây điện trở, con chạy và chân của biến trở là kim loại. Loại biến trở này dùng để giảm áp hoặc hạn dòng trong các mạch điện có công suất lớn dòng qua mạch từ vài chục đến vài trăm mA. Trong kỹ thuật điện đôi khi dòng rất lớn có thể đến vài A thường gặp trong các mạch kích từ các động cơ điện.
Khi sử dụng hay thiết kế mạch dùng loại điện trở này cần chú ý đến khả năng toả nhiệt của điện trở sao cho phù hợp. Ngoài cách chia thông thường trên trong kỹ thuật người ta còn căn cứ vào tính chất của biến trở mà có thể chia thành biến trở tuyến tính, biến trở logarit. Hay dựa vào công suất mà phân loại thành biến trở giảm áp hay biến trở phân cực. Trong thực tế cần chú ý đến các cách chia khác nhau để tránh lúng túng trong thực tế khi gọi tên trên thị trường.
Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử: 14 1.