Bài giảng Điện tử cơ bản - Chương 1: Cơ sở điện học - Giang Bích Ngân

Nội dung text: Bài giảng Điện tử cơ bản - Chương 1: Cơ sở điện học - Giang Bích Ngân

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP. HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐIỆN TỬ CƠ BẢN GV: Giang Bích Ngân
2. Điện tử cơ bản? ◼ Nghe nhìn ◼ Tự động hĩa ◼ Viễn thơng ◼ Máy tính ◼ Đo lường ◼ Vũ trụ ◼ Y học ◼ v,v,,
3. Mục tiêu ◼ Kiến thức cơ bản nhất về linh kiện điện tử ◼ Tính tốn, thiết kế vá ứng dụng các linh kiện điện tử vào trong thực tế. ◼ Tra cứu các linh kiện.
4. Nội dung ◼ Chương 1: Cơ sở điện học ◼ Chương 2: Điện trở. ◼ Chương 3: Tụ điện, cuộn cảm và biến thế. ◼ Chương 4: Chất bán dẫn điện – diode. ◼ Chương 5: Transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) ◼ Chương 6: Mạch cấp nguồn 1 chiều (nguồn điện) ◼ Chương 7: Transistor hiệu ứng trường. ◼ Chương 8: Bộ khuếch đại thuật tốn.
5. Giáo trình tham khảo ◼ Lê Phi Yến – Lưu Phú – Nguyễn Như Anh, Kỹ thuật điện tử, đại học Bách Khoa Tp. HCM. ◼ TS. Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình Linh kiện Điện tử và Ứng dụng, NXB Giáo dục, 12/2003. ◼ Millman & Halkias, Electronic Circuits and Devices, Prentice Hall, 2000. ◼ Malvino, Electronic Principles, 1999.
6. Chương I: CƠ SỞ ĐIỆN HỌC MỤC TIÊU THỰC HIỆN: Học xong bài này học viên cĩ khả năng: - Hiểu được bản chất vật lý của dịng điện, các đại lượng đặc trưng của chúng. Phân biệt dịng 1 chiều và xoay chiều. - Cách thực hiện dịng điện 1 chiều và xoay chiều. - Ứng dụng
7. I. NGUỒN GỐC CỦA DỊNG ĐIỆN 1. Cấu tạo của vật chất: - Vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử - những phần tử nhỏ nhất khơng thể tiếp tực phân chia. - Nguyên tử được cấu tạo gồm hạt nhân ở giữa mang điện tích dương và các electron tích điện âm ( e = -1,6. 10-19 C ) quay xung quanh nhân theo các quỹ đạo xác định nhờ lực li tâm cân bằng với lực hút của hạt nhân. - Các electron chỉ quay theo các quỹ đạo xác định được đánh dấu theo thứ tự từ trong ra ngồi K, L, M, N, O, P, Q, ,
8. Xét về điện tích thì vật chất sẽ ở một trong ba trạng thái sau: ◼ Nguyên tử trung hồ về điện. ◼ Nguyên tử trở thành ion dương. ◼ Nguyên tử trở thành ion âm.
9. ◼ Nếu n là số thứ tự của quỹ đạo thì số electron tối đa trên mỗi quỹ đạo là 2n2. Như vậy, các quỹ đạo cĩ số electron lần lượt là 2, 8, 18, 32, +1e +6e +14e Nguyên tử hydro Nguyên tử Carbon Nguyên tử silic (Si)
10. ◼ Vùng hố trị (valence band). ◼ Vùng dẫn (conduction band). ◼ Vùng cấm (band gap energy).
11. 2. Phân loại vật chất theo khả năng dẫn điện: ◼ Chất điện mơi: là chất cĩ độ rộng vùng cấm >3eV. Ở điều kiện nhiệt độ phịng cũng khơng xảy ra sự dẫn điện điện tử. ◼ Chất bán dẫn: là chất cĩ độ rộng vùng cấm <3eV. Ở điều kiện nhiệt độ phịng được kích thích các điện tử hĩa trị cĩ thể di chuyển sang vùng dẫn để tham gia vào dịng điện dẫn. ◼ Chất dẫn điện: là chất cĩ độ rộng vùng cấm < 0.2eV. Ở điều kiện nhiệt độ phịng, các điện tử hĩa trị cĩ thể di chuyển sang vùng dẫn để trở thành điện tử tự do.
12. Sơ đồ phân bố vùng năng lượng của vật rắn ΔW ΔW Vùng dẫn Vùng cấm Vùng hĩa trị
13. 3. Điện tích và định luật Coulomb: a. Điện tích: lượng điện cĩ trong vật thể mang điện gọi là điện tích. b. Định luật Culơng ( Coulomb): Giữa hai vật mang điện cách nhau1 khoảng r tồn tại một lực tương tác tĩnh điện: q1.q2 = F: lực đơn vị là Newton (N) F k 2 r q1,q2 : điện tích (C) 1 r: khoảng cách (m) k = 4 k: hằng số 0
14. Qua khảo sát lực tác dụng tương hỗ giữa các vật mang điện tích người ta nhận thấy : -Hai vật mang điện tích cùng dấu (cùng dấu âm hay cùng dấu dương) sẽ đẩy nhau. - Hai vật mang điện tích trái dấu thì hút nhau.
15. 4. Dịng electron và dịng điện qui ước ◼ Electron tự do trong vật dẫn điện sẽ chịu tác dụng bởi lực hút, từ cực dương của nguồn điện và lực đẩy từ cực âm của nguồn điện tạo thành một luồng electron chạy theo chiều từ điện tích âm sang đầu cĩ điện tích dương trong vật dẫn điện. ◼ Người ta qui ước: chiều của dịng điện chạy theo chiều ngược với dịng electron, tức là dịng diện sẽ đi theo chiều từ đầu điện tích dương sang dầu cĩ điện tích âm trong vật dẫn điện.
16. 5. Điện áp Điện áp là hiệu điện thế giữa 2 điểm khác nhau của mạch điện. UAB = VA – VB = - UBA , VA, VB :điện thế của các điểm A và B so với gốc Thơng thường, một điểm nào đĩ của mạch được chọn làm điểm gốc cĩ điện thế bằng 0 (điểm đất). Khi đĩ điện thế ở mọi điểm khác trong mạch cĩ giá trị âm hoặc dương so với điểm gốc. Và điện thế này chính là điện áp tại điểm tương ứng.
17. II. DỊNG ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC) ◼ Định nghĩa: Dịng điện một chiều là dịng diện cĩ chiều và trị số khơng thay đổi theo thời gian. ◼ Cường độ dịng điện (I):Cường độ dịng điện đo bằng lượng điện tích của các điện tử tự do chuyển động cĩ hướng qua thiết điện dây dẫn trong 1 đơn vị thời gian. Q Q: điện tích (coulomb – C) I = I: cường độ dịng điện (A) t t: thời gian (giây- s)
18. ◼ Trong các mạch điện tử thì cường độ dịng điên cĩ trị số 1A là khá lớn nên người ta thường dùng ước số của A là: 1mA (miliampere) = 10-3A 1A (microampere) = 10-6A
19. Nguồn điện 1 chiều ◼ Các loại nguồn điện 1 chiều: Pin, acquy ( biến đổi hĩa năng thành điện năng). Pin mặt trời (biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng). Máy phát điện 1 chiều (biến đổi cơ năng thành điện năng) Bộ nguồn điện tử cơng suất (biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều).
20. Hai thơng số quan trọng của nguồn: điện áp làm việc và điện lượng. Điện lượng Q (Ah) là dung lượng điện chứa trong nguồn. Thời gian sử dụng nguồn (t) tuỳ thuộc vào cường độ Q dịng tiêu thụ I : t = I Để tránh cho nguồn bị hư người ta giới hạn cường độ Q dịng tiêu thụ ở mức: I ≤ 10h
21. Các cách ghép nguồn điện 1 chiều ◼ Ghép nối tiếp: U = U1 + U2 + U3 Q = Q1 = Q2 = Q3 ◼ Ghép song song: U = U1 = U2 = U3 Q = Q1 + Q2 + Q3 ◼ Ghép hỗn hợp: U = U1 + U2 + U3 Q = Q1 + Q2 + Q3
22. III. DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU ◼ Định nghĩa: Dịng điện xoay chiều hình sine là dịng biến đổi theo thời gian một cách tuần hồn với qui luật hình sine: i(t) = Imax sin (ωt + φ) ω tần số gĩc quan hệ với tần số f : ω = 2Лf Chu kỳ T là khoảng thời gian ngắn nhất để dịng điện lặp lại giá trị và chiều biến thiên. Tần số f (hertz – Hz) là số chu kỳ của dịng điện xoay chiều trong thời gian 1 giây: f = 1/ T
23. Đại lượng đặc trưng cho dịng điện xoay chiều ◼ Giá trị đỉnh Up: Điện áp của dịng điện xoay chiều cĩ thể đạt giá trị cực đại Umax hoặc giá trị cực tiểu –Umax , ta gọi giá trị đỉnh U p = Umax. ◼ Giá trị trung bình: U = 0.63 Up ◼ Giá trị hiệu dụng: U = 0.707 Up
24. IV. Cơng và cơng suất của dịng điện Cơng: Năng lượng điện cĩ thể chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác: Bàn ủi, bếp điện, bĩng đèn, động cơ điện, bình điện phân Ta nĩi dịng điện thực hiện 1 cơng: W (J) = U(V) . I(A) . t(s) J (Joule) = w.s, 1kWh = 1000Wh = 3.600.000Ws Cơng suất: Cơng của dịng điện sinh ra trong 1 đơn vị thời gian (1s). P = W/ t = U.I (watt)