Chương 1 GIỚI THIEU CHUNG. _ Nội dưng chính của chương này là cung cáp kiến thức uê: > Giới thiệu chung về kỹ thuật điện tử với các thành phần cơ bản như linh kiện điện tử, mạch điện tử và mạch in; > “Mat số loại vật liệu điện tử điển hình như vật liệu dẫn điện, cách điện, .' bán dẫn và vật liệu từ. 11 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Lãnh vực điện tử có vai trò quan trọng toàn diện trong quá trình phát triển của mỗi quốc gia ngày nay. Điện tử như là chất xúc tác trong việc tăng cường quy mô và lợi nhuận ở những lĩnh vực chính của nền kinh tế khi nó liên quan tới cơ sở hạ tầng, quá trình sản xuất công nghiệp, truyền thông và cả đào tạo nguồn nhân lực.
Các lĩnh vực công nghệ c cao rõ ràng phụ thuộc rất mạnh vào điện tử. Về bán chất, điện tử được phân loại theo lĩnh vực như dân dụng, công nghiệp, _ quân sự, truyền thông vả xử lý thông tin. Trong thời gian gần đây, điện tử y tế và các hệ thống giao thông hay khai thác năng lượng cũng trở thành phân đoạn quan trọng trong sự phát triển của điện tử. : > Dién tử dân dụng là lĩnh vực lâu nhất với những máy thu radio, tivi, máy chơi nhạc CD, băng audio số, lò vi sóng, máy giặt: hay hệ thống thu truyền hình.
> Điện tử công nghiệp được định hướng theo việc sản xuất sản phẩm bởi các thiết bị điều khiển quá trình công nghiệp, máy điều khiển số, robot và các thiết bị đo kiểm tra, _ EKĐT*1 Gidi thiệu chung ` > Co sé ha tầng tiên tiến trong lĩnh vực khoa học vật liệu và điện tử phức tạp là hai hướng liên quan tới lĩnh vực quân sự. Các thiết bị ở đây phải đủ khả năng chịu đựng điều kiện môi trường khắc nghiệt trong khi vẫn. _ phải có độ chính xác và độ nhạy tốt. Thông thường những phát minh quan trọng nhất thường ra đồi tại các phòng thí nghiệm quân sự'.
Khi một công nghệ không dùng trong quân:sự nữa chúng thường có giá trị rất lớn trong công nghiệp. > Điện tử truyền thông là lĩnh vực có tốc độ phát triển rất nhanh với nhiều đóng góp về laser bán dẫn, cong nghệ cáp sợi quang, kỹ thuật số và các bộ vi xử lý mạnh mẽ. ¬ : :b> Công nghệ thông tin một lần nữa cũng phụ thuộc rất nhiều vào điện tử. Mạch tích hợp tạo ra máy tính và máy tính lại được:sử dụng để thiết.
kế vi mạch tích hợp cõ lón mạnh mẽ hơn, đặc biệt là bộ vi xử lý và bộ nhé. May tính tốt hơn giúp cải thiện hệ thống truyền thông. Hệ truyền thông nhanh và hiệu quả hơn lại dẫn tới mạng máy tính phân bố truy nhập dữ liệu chuyên dụng với máy tính ởkhoảng cách xa khác trong cùng không gian mạng. Ð Trong lĩnh vực y tế, điện tử đã tạo ra máy ghi nhịp tim, điện não và các -_ máy quét (seœnner) cũng như các thiết bị đo có độ chính -xác:cực cao.
| _ Ö góc độ chỉ tiết, kỹ thuật điện tử nghiên cứu về vật liệu, cấu tạo; nguyên 1 tắc họat động và ứng dụng của các linh kiện điện tử như điện trở, tụ điện, - điođe, transistor; nguyên lý thiết kế, tính toán và phân tích các mạch điện tử tương tự như mạch khuếch đại, mạch tạo dao động, mạch lọc, v. và mạch điện tử số như cổng logic, mạch tổ, hop, mạch dãy, v. Các mạch điện tử này kết hợp với các bộ phận khác như nguồn cấp năng lượng, cơ cấu cơ khí, hiển - thị, V. trên bản mạch in PCB (Printed.
Circuit Board) dé. hinh thanh nén thiét bi dién tử như mô 6 ta trong hinh 1.1, 111 Bản chất va st năng Ì Cả hai lĩnh vực điện và điện tử đều xử lý dòng dién (electric current) nhưng thé hién 6. :ứng dụng khác nhau. Điện coi:dòng như là dạng năng lượng có Iphat mình hàng đầu của thế kỹ 21 trong lĩnh vực điện tử là transistor do cong sty quân _ sự Bell của Mỹ phát triển " : .2* LKĐT Linh kiện điện tử „ `.1: Mối quan hệ giữa các thành phần cơ bản trong lĩnh uục Kỹ thuật điện tu [3].
, thể làm sáng bóng đèn, quay động cơ va làm nhiều thiết bị khác hoạt động. Điện tử lại coi dòng như là phương tiện mang thông tin và dòng đó gọi là tín hiệu. Một dòng điện không đổi có thể mang năng lượng nhưng dòng điện phải biến đổi theo cách nào đó để trở thành tín hiệu. Một số thiết bị điện tử thay đổi thông số của dòng điện để tạo ra tín biệu hoặc biến đổi tín hiệu.
Một số khác lại giải mã thông tin trong tín hiệu. Các tín hiệu này có thể mang thông tìn về âm thanh, hình ảnh, con số, chữ cái hoặc câu lệnh máy tính. Các tín hiệu cũng có thể được sử dụng để đếm đối tượng, đo nhiệt độ hay thời gian, phát hiện hóa chất hay vật liệu bức xạ. - Tín hiệu trong mạch điện tử có thể được chia thành loại số hoặc tương tự.
Tín hiệu số giống như công tắc điện, hoặc bật, hoặc tắt. Tín hiệu tương tự LKDT *3 Giói thiệu chung thì lại có giá trị bất kỳ trong một dải xác định. Tín hiệu tương tự được sử dụng rộng rãi để biểu diễn âm thanh và hình ảnh vì tần số âm thanh và các mức ánh sáng có thể có bất kỳ giá trị nào trong dải cho trước. Tín hiệu tương tự có thể chuyển sang dạng số và tín hiệu số cũng có thể chuyển sang dạng tương tự.
Ví dụ, máy CD (Compact Disc) chuyén đối tín hiệu âm thanh số trên đĩa quang sang dạng tín hiệu tương tự để phát ra loa. Việc điều khiển nhanh chóng và ổn định cả hai loại tín hiệu tương tự và số nhờ thiết bị điện tử được thực hiện nhờ các đặc tính độc đáo của vật liệu bán dan nhu Silicon, Germanium hay Gallium Arsenide. * Chức năng của lùuh kiện điện tử Các linh kiện điện tử chuyên dụng sẽ tạo ra các thiết. bị điện tử khác nhau.
Một chiếc tivi, máy tính hay thiết bị điện tử phức tạp nào đó có thể chứa từ hàng trăm tới hàng triệu linh kiện. Linh kiện điện tử quan trọng và được biết đến nhiều nhất chính là transistor. Các transistor đơn hiện vẫn đang hoạt động trong hàng triệu tivi, radio hay dàn âm thanh stereo nhưng hiện nay có thể chế tạo hàng triệu hay hàng tỉ transistor trên chip đơn silicon mà thậm chí nhỏ hơn cả móng tay. Các chip có thể được nối với nhau trên board mạch để tạo ra các thiết bị điện tử nhỏ hơn, rẻ > hon và mạnh mẽ hơn bao giờ hết.
Linh kiện điện tử thực hiện ba chức năng chính là (1) khuếch đại, (2) khóa điện tử và (3) tạo dao động trong các mạch điện tử. Bằng việc phối hợp ba chức năng trên theo các cách khác nhau, thiết bị điện tử thực hiện được vô số các chức năng khác như phát thanh/truyền hình, kết nối mạng dữ liệu hay thực hiện các phép toán tốc độ cao trong máy vi tính. o Ngoài ra còn có các chức năng quan trọng khác được thực hiện bởi các linh kiện điện tử như biến đổi ánh sáng. thành điện; tạo ra và sử dụng tia x’.2 Sơ lược lịch sử phát triển | + Sự phát triển của lĩnh vực điện tử chủ yếu từ các thí nghiệm điện trong những năm 1800s.
Những thí nghiệm này liên quan tới việc tạo ra và cải “loại tia có thể xuyên qua mô của conn người và dé lai hinh anh trén dia anh hoặc màn hình huỳnh quang. _4*LKĐT tiến ống thủy tinh chứa hỗn hợp khí nồng độ thấp với hai điện cực kim loại ö hai đầu. Khi đặt điện áp một chiều đủ lón giữa hai điện cực ống loé lên các tia sáng, vì vậy các nhà khoa học tin rằng có tia không nhìn thấy nào đó, gọi là tia cathode vì chúng làm phát ra ánh sáng. + Năm 1897, phát hiện của nhà vật lý người Anh.
Thomson về điện tu? đã dẫn tới phát minh về các linh kiện có thể điều khiến dòng điện tử hay tín hiệu điện và bắt nó làm. + Năm 1904, nhà khoa học Anh J: ohn Ambrose Fleming da tao ra 6ng chan không đầu tiên và có thể thương mại hoá. Đó là ống chân không hai cực, gọi là điode có thể phát hiện ra tín hiệu radio. Diode cũng được dùng rộng rãi để biến đổi dòng xoay chiều thay dòng một chiều (chỉnh lưu).
+ Năm 1907, nhà phát minh người My Lee De Forest da được cấp bằng phát minh cho ống ba cực hay triode. Đây chính là bộ khuếch đại điện tử đầu tiên. Một trong những ứng dụng ban đầu của ‘triode chinh 1a trong truyén tin hiéu thoai duéng dai. Nam 1912 va 19 13, De Forest va Armstrong lam việc độc lập nhưng cùng phát triển triode cho ứng dụng tạo dao động.
Phát minh về bộ khuếch đại và bộ tạo dao động đã tạo ra khả năng phát quảng bá radio tại Mỹ năm 1920. Ngày này cũng đánh dau. sự khởi đầu của ngành công nghiệp điện tử. + Từ những năm 1920s đến 1950s, nhờ có bóng chân không các phát minh về tivi, phim có tiếng, radar và máy tính điện tử lần lượt trở thành hiện Aes + Năm 1923, Zworykin kết hợp tế bào.
quang điện với súng điện tử và đã tao ra ống camera TV đầu tiên. Kỷ nguyên của Ông chân không đạt đừnh cao của nó với việc hoàn thành máy tính điện tử đầu tiên uào năm 1946, máy tinh ENIAC. + Kỷ nguyên solid-state (linh biện thể rắn): Các linh kiện bán dẫn nguyên thủy được làm từ selenium làm việc như là bộ chỉnh lưu từ đầu những năm 1900s. Bộ tách sóng tinh thể cũng được làm bằng bán dẫn nhưng chúng hoạt động không tốt như bộ chỉnh lưu và bộ tách sóng ống chân không.
những năm 1940s, diode dang chuyển tiếp P-N trên nền bán dẫn silicon được thử nghiệm thành công lần đầu bởi đội ngũ các nhà vật thy My, đứng dau la Russell Ohl tai phòng thí nghiệm Bell Labs. : Pichi nay có thể giải thích tia cathode chính là tia được tạo ra bởi điện tử LKDT * 5 Gidi thiéu chung +Năm 1947, chính đội ngũ nghiên cứu tại Bell cũng phát minh ra transistor. Các nhà sản xuất bắt đầu sử dụng transistor như là bộ khuếch đại trong radio bỏ túi hay thiết bị hỗ trợ tai nghe đầu những năm 19508. + Năm 1958 mạch tích hợp đầu tiên được tạo ra.
+ Từ những năm 1960s, diode và transistor bán dẫn đã thay thế cho ống chân không trong hầu hết các thiết bị điện tử".