I. Tổng Quan Tác Động Của Điện Tử Đến Xã Hội Việt Nam
Trong những thập kỷ gần đây, sự phát triển và ứng dụng của khoa học kỹ thuật đã làm thay đổi đời sống xã hội ở Việt Nam. Xu hướng tăng tỷ lệ nội địa hóa, giảm nhập khẩu giúp Nhà nước giảm chi phí, tiết kiệm ngoại tệ và chủ động nguồn hàng đã trở thành mục tiêu của Đảng và Nhà nước trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Rất nhiều máy móc thiết bị, chi tiết, linh kiện đã được chúng ta chế tạo ra và thay thế xứng đáng cho các thiết bị nhập ngoại. Để nâng cao khả năng làm việc của máy móc, cần cải tiến hơn nữa về chất lượng sản phẩm. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ làm việc đến tính chất và các thông số của các thiết bị và linh kiện đóng vai trò rất quan trọng. Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào xây dựng hệ thiết bị kiểm tra, đánh giá về chất lượng của các sản phẩm linh kiện điện hiện có trên thị trường Việt Nam, nhằm đưa ra khuyến cáo cho các nhà sản xuất, gia công trong nước về độ chính xác, điều kiện làm việc của các linh kiện điện hiện bán trên thị trường.
1.1. Linh kiện điện tử phổ biến và vấn đề chất lượng hiện nay
Các linh kiện điện tử (điện trở, cuộn cảm, tụ điện) được bày bán rộng rãi trên thị trường, nhưng phần lớn được nhập khẩu từ Trung Quốc với giá thành rẻ nên chất lượng không được đảm bảo. Việc nghiên cứu, đánh giá chất lượng các linh kiện này một cách chính xác và có hệ thống vẫn ít được quan tâm. Phòng thí nghiệm Vật liệu Tính năng kỹ thuật cao được trang bị một máy đo các thông số của linh kiện điện LCR Meters Model SR715 do hãng Stanford Research Systems sản xuất có độ chính xác cao. Việc sử dụng, khai thác thiết bị trong thời gian qua đã được nhân viên của phòng thí nghiệm thực hiện cho nhiều khách hàng. Để phát huy hơn nữa tính năng của thiết bị và các điều kiện thử nghiệm, chúng tôi tiến hành loạt nghiên cứu về độ chính xác, tính chất của các linh kiện điện hiện bán trên thị trường, các điều kiện làm việc tại các nhiệt độ khác nhau, nhằm khảo sát độ chính xác và đưa ra các khuyến cáo cho những người sử dụng các linh kiện đó.
1.2. Các khái niệm cơ bản về linh kiện điện tử
Trạng thái điện của một phần tử được thể hiện qua hai thông số trạng thái là điện áp u giữa hai đầu và dòng điện i chảy qua, khi phần tử tự nó tạo được các thông số này thì được gọi là một nguồn điện áp hay nguồn dòng điện. Ngược lại, phần tử không tự tạo được điện áp hay dòng điện thì nó cần phải được nuôi từ một nguồn sức Salien Entitiy điện động từ ngoài. Mối quan hệ tương hỗ giữa 2 thông số trạng thái u và i của một phần tử được gọi là trở kháng của nó thể hiện ở một quan hệ hàm số: i = f(u). Ở đây ta chọn điện áp u giữa 2 đầu của phần tử đang xét là biến số và dòng điện i chảy qua là hàm số của u.
II. Ảnh Hưởng Nhiệt Độ Đến Điện Trở Cách Nghiên Cứu Hiệu Quả
Để đạt được một giá trị dòng điện mong muốn tại một điểm nào đó của mạch điện hay giá trị điện áp mong muốn giữa 2 điểm của mạch, người ta dùng điện trở có giá trị thích hợp. Điện trở có tác dụng giống nhau trong cả mạch điện một chiều và mạch điện xoay chiều, tức là chế độ làm việc của điện trở không phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động lên nó. Khi sử dụng một điện trở, các thông số cần quan tâm là: Giá trị điện trở tính bằng Ohm (Ω) hay Kilo-Ohm (kΩ); Sai số hay dung sai là mức thay đổi tương đối của giá trị thực so với giá trị danh định được ghi trên nó tính theo phần trăm (%); Công suất tối đa tính bằng Watt (W); Thông số về đặc điểm cấu tạo và loại vật liệu được dùng để chế tạo điện trở.
2.1. Phân loại và cấu tạo các loại điện trở phổ biến
Điện trở than ép dạng thanh chế tạo từ bột than trộn với chất kết dính, nung nóng hóa thể rắn, được bảo vệ bằng một lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn. Điện trở than có độ ổn định cao là loại phổ biến nhất có công suất danh định vài W đến 20 W, có giá trị 10 Ω đến 22MΩ. Điện trở màng kim loại chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr trên thân gốm có xẻ rãnh xoắn sau đó phủ lớp sơn, loại này có độ ổn định cao hơn loại than nhưng giá thành cao hơn vài lần. Điện trở Oxit kim loại: Kết lắng màng Oxit thiếc trên thanh Si02, chịu nhiệt và chịu ẩm tốt. Điện trở quấn dây thường dùng khi yêu cầu giá trị điện trở rất thấp hay yêu cầu dòng điện rất cao.
2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị điện trở
Khi ở trong môi trường có nhiệt độ thay đổi hoặc khi có dòng điện chảy qua (điện trở tỏa nhiệt theo định luật Jun-Lenxo) thì giá trị của điện trở sẽ thay đổi. Trong phần lớn các loại điện trở khác có cấu tạo từ vật liệu kim loại (loại màng kim loại, oxit kim loại…) khi tăng nhiệt độ sự chuyển động của các nguyên tử trong các ô mạng, các điện tử định xứ, điện tử tự do tăng lên dẫn tới khả năng va chạm với các điện tử dẫn tăng, cản trở sự dẫn điện của vật liệu làm tăng giá trị của điện trở, do đó hệ số nhiệt độ của điện trở là dương. Công thức tính điện trở của vật liệu kim loại: R(T) = R0(1 + αT).
III. Tụ Điện Cấu Tạo Tính Chất Và Ứng Dụng Quan Trọng
Tụ điện là phần tử có giá trị dòng điện qua nó tỷ lệ với tốc độ biến đổi của điện áp trên nó theo thời gian (hệ thức i = C du/dt). Tụ điện được chia thành 2 loại chính: loại không phân cực và loại có cực tính xác định khi làm việc (có thể bị hỏng khi nối ngược cực tính). Tụ điện là linh kiện có chức năng tích trữ năng lượng điện. Chúng thường được dùng kết hợp với các điện trở trong các mạch điện bởi khả năng tích trữ năng lượng điện trong một khoảng thời gian nhất định. Đồng thời tụ điện cũng được sử dụng trong các nguồn điện với chức năng làm giảm độ gợn sóng của nguồn trong các nguồn xoay chiều (tụ lọc), hay trong các mạch lọc bởi chức năng của tụ nói một cách đơn giản đó là tụ ngắn mạch (cho dòng điện đi qua) đối với dòng điện xoay chiều và hở mạch đối với dòng điện một chiều.
3.1. Phân loại và cách đọc thông số trên tụ điện
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều loại tụ điện khác nhau nhưng về cơ bản, chúng ta có thể chia tụ điện thành hai loại: Tụ có phân cực (có cực xác định) và tụ điện không phân cực (không xác định cực dương âm tụ thể). Về cấu tạo tụ không phân cực gồm các lá kim loại xen kẽ với các lá làm bằng chất cách điện, giá trị của tụ thường có điện dung từ 1,8pF (1pF=10-12F) tới 1 μF (1 μF = 10-6F). Các loại tụ này thường chịu được các điện áp cao mà thông thường là khoảng 50V hay 250V.
3.2. Ứng dụng của tụ điện trong các mạch điện tử
Tụ điện được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, từ mạch lọc nguồn, mạch dao động đến các mạch khuếch đại. Chức năng chính của tụ điện là tích trữ năng lượng điện, nhưng với các loại tụ điện khác nhau, chức năng và ứng dụng cũng có sự khác biệt. Ví dụ, tụ điện hóa thường được sử dụng trong mạch lọc nguồn do có điện dung lớn, trong khi tụ gốm thường được sử dụng trong mạch dao động do có tần số đáp ứng cao. Việc lựa chọn loại tụ điện phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo mạch điện hoạt động ổn định và hiệu quả.
IV. Cuộn Cảm Phân Tích Cấu Tạo và Ảnh Hưởng Nhiệt Độ
Cuộn cảm là một phần tử mạch điện thụ động hai đầu lưu trữ năng lượng từ trường khi dòng điện chạy qua nó. Một cuộn cảm thường được làm bằng dây dẫn cách điện cuộn thành cuộn. Khi có dòng điện chạy qua, năng lượng được lưu trữ trong từ trường. Mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện của cuộn cảm là: v(t) = L di(t)/dt, trong đó v là điện áp, i là dòng điện, và L là điện cảm. Điện cảm là thước đo khả năng của cuộn cảm lưu trữ năng lượng từ trường.
4.1. Cấu tạo và các thông số đặc trưng của cuộn cảm
Cuộn cảm được cấu tạo từ dây dẫn quấn quanh lõi, có thể là lõi không khí, lõi sắt, lõi ferit,... Các thông số đặc trưng của cuộn cảm bao gồm: Điện cảm (L), điện trở DC (DCR), tần số cộng hưởng tự nhiên (SRF), hệ số phẩm chất (Q). Điện cảm được đo bằng đơn vị Henry (H). Điện trở DC là điện trở của dây dẫn. Tần số cộng hưởng tự nhiên là tần số mà tại đó cuộn cảm có trở kháng lớn nhất. Hệ số phẩm chất là tỷ lệ giữa năng lượng lưu trữ và năng lượng tiêu thụ của cuộn cảm.
4.2. Ứng dụng của cuộn cảm trong các mạch điện tử
Cuộn cảm được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, từ mạch lọc, mạch dao động đến các mạch biến áp. Chức năng chính của cuộn cảm là lưu trữ năng lượng từ trường và chống lại sự thay đổi của dòng điện. Trong mạch lọc, cuộn cảm được sử dụng để chặn các tín hiệu tần số cao. Trong mạch dao động, cuộn cảm được sử dụng để tạo ra các dao động. Trong mạch biến áp, cuộn cảm được sử dụng để chuyển đổi điện áp.
V. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Các Thông Số Điện Đến Linh Kiện
Chương III của tài liệu trình bày kết quả thực nghiệm về ảnh hưởng của các thông số điện đến linh kiện. Các kết quả khảo sát sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, sự thay đổi điện cảm của cuộn cảm theo nhiệt độ và sự thay đổi tụ điện theo nhiệt độ với các tụ điện khác nhau được trình bày chi tiết. Các khảo sát này cung cấp thông tin quan trọng về sự ổn định và hiệu suất của các linh kiện điện trong các điều kiện hoạt động khác nhau.
5.1. Kết quả khảo sát thực nghiệm về điện trở và nhiệt độ
Kết quả khảo sát cho thấy giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ, tùy thuộc vào loại vật liệu chế tạo điện trở. Điện trở kim loại có hệ số nhiệt dương, tức là giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt âm, tức là giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Các kết quả này phù hợp với lý thuyết về điện trở và nhiệt độ đã trình bày ở phần trước.
5.2. Kết quả khảo sát thực nghiệm về cuộn cảm và tụ điện
Tương tự như điện trở, giá trị điện cảm của cuộn cảm và điện dung của tụ điện cũng thay đổi theo nhiệt độ. Các kết quả khảo sát cho thấy sự thay đổi này phụ thuộc vào loại vật liệu chế tạo và cấu trúc của cuộn cảm và tụ điện. Các kết quả này cung cấp thông tin quan trọng để thiết kế và sử dụng các linh kiện điện trong các ứng dụng khác nhau.
