Giáo trình Mô đun: Linh kiện điện tử

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH 
Mô đun: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG 
Ban hành kèm theo Quyết  định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề
Năm 2013
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở trình độ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề, giáo trình Linh kiện điện tử là một trong những giáo trình môn học đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. 
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có:
MĐ12-01: Mở đầu 
MĐ12-02: Linh kiện thụ động
MĐ12-03: Linh kiện bán dẫn
MĐ12-04: Linh kiện quang điện tử
Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. 
Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai
.
 	Đồng Nai, ngày 10 tháng 06 năm 2013
 	 Tham gia biên soạn
	 1. Chủ biên: TS. Lê Văn Hiền
	 	 2. Ths. Trần Minh Đức 
Mục Lục 
MÔ ĐUN LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 
Mã mô đun: MĐ12
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun 
+ Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn học cơ bản chuyên môn như linh kiện điện tử, đo lường điện tử, mạch điện tử và học trước khi học các mô đun chuyên sâu như vi xử lý, PLC...
+ Ý nghĩa và vai trò của mô đun 
	Linh kiện điện tử là tập hợp tất cả các vật liệu, linh kiện cần thiết để tạo nên các mạch điện tử, bằng cách ghép nối các linh kiện trong một mạch điện tử và làm cho nó hoạt động. Vì thế, việc hiểu nguyên lý làm việc của vật liệu, linh kiện, đánh giá đầy đủ các đặc tính, ứng dụng các giá trị của chúng là việc đầu tiên một 
người thợ sửa chữa, lắp ráp thiết bị điện tử phải tìm hiểu. 
Đối với học viên thì cuốn sách này sẽ giúp tìm hiểu các thông số kỹ thuật, tính năng và ứng dụng của các vật liệu, linh kiện điện tử. 
Nếu mục đích của công việc là có kiến thức và kỹ năng để sửa chữa thì việc 
làm hiệu quả nhất của học viên là hiểu rõ các tính năng, thực hiện được cách đo kiểm tra các thông số các vật liệu, linh kiện, ứng dụng thực tế và thay thế các vật 
liệu, linh kiện đã bị hỏng. 
Hy vọng rằng cuốn giáo trình này đề cập đựơc phần lớn những lĩnh vực mà học viên cần biết để sao cho những mạch điện tử trở thành đối tượng dễ hiểu, dễ lắp ráp, sửa chữa và đem lại cho học viên những thông tin cần biết.
+ Tính chất của mô đun: Là mô đun kỹ thuật cơ sở
Mục tiêu của mô đun 
+ Về kiến thức:
- Phân tích được cấu tạo nguyên lý các linh kiện kiện điện tử thông dụng.
- Nhận dạng chính xác ký hiệu của từng linh kiện, đọc chính xác trị số của chúng
+ Về kỹ năng:
- Đo, kiểm tra được hư hỏng của các linh kiện điện tử
+ Về thái độ: 
- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp
Nội dung của mô đun 
STT
Tên các bài trong mô đun
Thời gian
Tổng số
Lý thuyết
Thực hành
Kiểm tra
1
Mở đầu
4
2
2
2
Linh kiện thụ động
16
4
11
1
3
Linh kiện bán dẫn
28
10
16
2
4
Linh kiện quang điện tử
12
4
7
1
Cộng:
60
20
36
4
BÀI 1
MỞ ĐẦU
Mã bài: MĐ12 -01
Giới thiệu:
Vật liệu dùng trong lĩnh vực điện tử gồm có vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu từ tính.
Mục tiêu
Học xong bài học này học viên có năng lực:
- Phát biểu đúng chức năng các loại vật liệu dẫn điện, cách điện và vật liệu từ dùng trong lĩnh vực điện tử,
- Nhận dạng và xác định được chất lượng các loại vật liệu kể trên.
- Trình bày đúng phạm vi ứng dụng của các loại vật liệu kể trên. 
Nội dung chính
1. Vật liệu dẫn điện và cách điện
Mục tiêu:
+ Biết được được đặc tính của vật liệu dẫn điện và cách điện 
+ Biết được phạm vi ứng dụng của một số chất dẫn điện thông dụng
+ Biết được độ bền về mức điện áp chịu đựng được 
1.1 Vật liệu dẫn điện:
Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do. Nếu đặt những vật liệu này vào trong một trường điện, các điện tích sẽ chuyễn động theo hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện, người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện.
Vật liệu dẫn điện dùng trong lĩnh vực điện tử gồm các kim loại và các hợp kim. 
Các đặc tính kỹ thuật của vật liệu dẫn điện là:
- 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 dưới đây:
B¶ng 1.1: Vật liệu dẫn điện
TT
Tên vật liệu
Điện trở suẩt r
Wmm2/m
Hệ số nhiệt a
Nhiệt độ nóng chảy t0C 
Tỷ trọng
Hợp kim
Phạm vi ứng dụng 
Ghi chú
1
Đồng đỏ hay đồng kỹ thuật
0,0175
0,004
1080
8,9
Chủ yếu dùng làm dây dẫn
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
- Làm lá nhôm trong tụ xoay
- Làm cánh toả nhiệt
- Dùng làm tụ điện (tụ hoá)
- Bị ôxyt hoá nhanh, tạo thành lớp bảo vệ, nên khó hàn, khó ăn mòn
- Bị hơi nước mặn ăn mòn
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 dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần
Có giá thành rẻ hơn bạc
6
Thiếc
0,115
0,0012
230
7,3
 Hợp chất dùng để làm chất hàn gồm:
- Thiếc 60%
- Chì 40%
- Hàn dây dẫn.
- Hợp kim thiếc và chì có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của từng kim loại thiếc và chì..
Chất hàn dùng để hàn trong khi lắp ráp linh kiện điện tử
7
Chì
0,21
0,004
330
11,4
- Cầu chì bảo vệ quá dòng
- Dùng trong ac qui chì
- Vỏ bọc cáp chôn
Dùng làm chát hàn (xem phần trên)
8
Sắt
0,098
0,0062
1520
7,8
- Dây săt mạ kem làm dây dẫn với tải nhẹ
- Dây lưỡng kim gồm lõi sắt vỏ bọc đồng làm dây dẫn chịu lực cơ học lớn
- Dây sắt mạ kẽm giá thành hạ hơn dây đồng 
- Dây lưỡng kim dẫn điện gần như dây đồng do có hiệu ứng mặt ngoài
9
Maganin
0,5
0,00005
1200
8,4
Hợp chất gồm:
- 80% đồng
- 12% mangan
- 2% nicken
Dây điện trở
10
Contantan
0,5
0,000005
1270
8,9
Hợp chất gồm:
- 60% đồng
- 40% nicken
- 1% Mangan
Dây điện trở nung nóng
11
Niken - Crôm
1,1
0,00015
1400
(nhiệt độ làm việc: 900)
8,2
Hợp chất gồm:
- 67% Nicken
- 16% sắt
- 15% crôm
- 1,5% mangan 
- Dùng làm dây đốt nóng (dây mỏ hàn, dây bếp điện, dây bàn là) 
1.2. Vật liệu cách điện
Các đặc tính kỹ thuật của vật liệu cách điện:
Độ bền về điện là mức điện áp chịu được trên đơn vị bề dày mà không bị đánh thủng.
Nhiêt độ chịu được,
Hằng số điện môi,
Góc tổn hao: tg
Tỷ trọng.
Các thông số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu cách điện thông thường được giới thiệu trong Bảng 1.2 dưới đây:
Bảng 1.2 vật liệu cách điện
TT
Tên vật liệu
Độ bền về điện (kV/mm)
t0C chịu đựng
Hằng số điện môi
Góc tổn hao
Tỷ trọng
Đặc điểm
phạm vi ứng dụng
1
Mi ca
50-100
600
6-8
0,0004
2,8
Tách được thành từng mảnh rất mỏng
- Dùng trong tụ điện
- Dùng làm vật cách điện trong thiết bị nung nóng (VD:bàn là)
2
Sứ
20-28
1500-1700
6-7
0,03
2,5
- Giá đỡ cách điện cho đường dây dẫn
- Dùng trong tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây
3
Thuỷ tinh
20-30
500-1700
4-10
0,0005-0,001
2,2-4
4
Gốm
không chịu được điện áp cao
không chịu được nhiệt độ lớn
1700-4500
0,02-0,03
4
- Kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn
- Dùng trong tụ điện
5
Bakêlit
10-40
4-4,6
0,05-0,12
1,2
6
Êbônit
20-30
50-60
2,7-3
0,01-0,015
1,2-1,4
7
Pretspan
9-12
100
3-4
0,15
1,6
Dùng làm cốt biến áp
8
Giấy làm tụ điện
20
100
3,5
0,01
1-1,2
Dùng trong tụ điện
9
Cao su
20
55
3
0,15
1,6
- Làm vỏ bọc dây dẫn
- Làm tấm cách điện
10
Lụa cách điện
8-60
105
3,8-4,5
0,04-0,08
1,5
Dùng trong biến áp
11
Sáp
20-25
65
2,5
0,0002
0,95
Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
12
Paraphin
20-30
49-55
1,9-2,2
Dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
13
Nhựa thông
10-15
60-70
3,5
0,01
1,1
- Dùng làm sạch mối hàn
- Hỗn hợp paraphin và nhựa thông dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm
14
Êpoxi
18-20
1460
3,7-3,9
0,013
1,1-1,2
Hàn gắn các bộ kiện điện-điện tử
15
Các loại plastic
(polyetylen, polyclovinin)
Dùng làm chất cách điện
2. Các hạt mang điện và dòng điện trong môi trường
Mục Tiêu:
+ Biết được cách xắp xếp tuần hoàn của mạng tinh thể kim loại 
+Biết được bản chất của dòng điện trong kim loại khi có điện trường và khi không có điện trường 
2.1 Dòng điện trong kim loại
Trong kim loại ,các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương các ion dương sắp xếp một cách tuần hoàn trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại 
Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử chuyển động hỗn loạn trong mạng tinh thể , gọi là các electron tự do
Sự mất trật tự của mạng tinh thể đã cản trởchuyển động của các electron .
Electron chuyển động ngược chiều điện trường dưới tác dụng của lực điện trường.
Bản chất dòng điện trong kim loại :
Khi không có điện trường ngoài : Các electron tự do chỉ chuyển động nhiệt hỗn loạn
Hình 1.1: Dòng điện trong kim loại khi không có điện trường ngoài
Vậy : Khi không có điện trường ngoài, trong kim loại không có dòng điện
2.1.2 Khi có điện trường ngoài (tức là đặt vào hai đầu vật dẫn một hiệu điện thế)
	Các electron tự do chịu tác dụng của lực điện trường, chúng có thêm một chuyển động phụ theo một chiều xác định ngược chiều điện trường; đó là chuyển động có hướng của các electron; nghĩa là trong kim loại xuất hiện dòng điện
Hình 1.2: Dòng điện trong kim loại khi có điện trường ngoài
Khi có điện trường ngoài, trong kim loại sẽ xuất hiện dòng điện
Vậy : Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường ngoài.
Hình 1.3: Dòng điện trong kim loại dưới tác dụng của điện trường ngoài
2.2 Dòng điện trong chất điện phân
2.2.1 Bản chất dòng điện trong chất điện phân
Thí nghiệm 
+ Khi chất điện phân là dd H2SO4 và điện cực bằng inox:
Hình 1.4: Mô hình thí nghiệm dòng điện trong chất điện phân
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của ion âm và ion dương theo hai chiều ngược nhau 
- Tại âm cực: 4H+ + 4e → 2H2 ↑ 
- Tại dương cực: 4(OH)- - 4e → 2H2O + O2 ↑
Kết quả có hidrô và ôxy bay ra ở âm cực và dương cực.
Hiện tượng cực dương tan:
+ Khi chất điện phân là dd CuSO4 và dương cực là đồng (Cu)
- Tại dương cực: Cu2+ + SO42- CuSO4: đi vào dung dịch dương cực bị tan dần
-Tại âm cực: Cu2+ + 2e- Cu : bám vào âm cực âm cực được bồi thêm. 
Bản chất dòng điện trong chất điện phân: là dòng chuyển dời có hướng của ion âm ngược chiều điện trường và ion dương theo chiều điện trường. 
2.3 Dòng điện trong chân không
2.3.1 Bản chất của dòng điện trong chân không
 Chân không lý tưởng là một môi trường không có một phân tử khí nào.
Trong thực tế, khi làm giảm áp suất chất khí trong một ống xuống dưới 10-4mmHg, lúc đó phân tử khí có thể chuyển động từ thành nọ đến thành kia của ống mà không va chạm với các phân tử khác thì trong ống được xem là chân không.
Do đó chân không là môi trường không có các hạt tải điện nên cách điện trong điều kiện thường.
 Muốn tạo ra dòng điện trong chân không phải làm phát sinh các hạt tải điện tự do trong ống chân không .
Các kĩ thuật làm phát sinh các hạt electron là phải cung cấp năng lượng ngoài cho các electron ở đầu cực catot để chúng thoát ra khỏi bề mặt kim loại.
2.3.2 Tiến hành thí nghiệm dòng điện trong chân không
Hình 1.5: Mô hình thí nghiệm dòng điện trong chân không
Tiến hành thí nghiệm và kết quả 
+ Đóng k1, mở k2 : G chỉ số không, chứng tỏ không có dòng điện chạy qua chân không.
Vậy :Chân không là môi trường cách điện tốt.
+ Mở k1, đóng k2 : K được đốt nóng bởi nguồn E 2, G chỉ số không, qua đó chứng tỏ không có dòng điện qua chân không.
+ Đóng cả k1 và k2 :
Nguồn E 1 mắc như hình vẽ : G chỉ số khác không, chứng tỏ có dòng điện chạy qua chân không. 
- Đảo cực nguồn E 1 : G chỉ số không, chứng tỏ không có dòng điện chạy qua chân không.
Vậy: Dòng điện chạy qua chân không (nếu có) chỉ theo một chiều từ A đến K.
Giải thích 
+ Khi K được đốt nóng bởi nguồn E 2 : sẽ có sự phát xạ nhiệt electron tại K.
+ Khi chưa có điện trường ngoài (k1 mở) : electron bứt ra khỏi K sẽ tụ tập gần K làm xuất hiện một điện trường hướng từ K (lúc này nhiễm điện dương) ra đám mây electron, có tác dụng kéo electron trở về K, sau một thời gian sẽ xảy ra trạng thái cân bằng động giữa hai quá trình : electron bị phát xạ nhiệt ra khỏi K và electron quay về K; tức là không có sự dịch chuyển có hướng của electron nên không có dòng điện.
Khi đặt vào giữa A và K một điện trường : giữa A và K có điện trường tổng hợp 
 Khi hướng từ A về K :
Nếu E1 > E2 : có hướng từ A về K nên kéo electron từ K về A sinh ra dòng điện.
Nếu E1 < E2 : có hướng từ K về A có tác dụng kéo electron quay về K nên không sinh ra dòng điện (thực ra vẫn có dòng điện nhưng rất nhỏ là do khi electron bứt ra khỏi K, nó có một động năng ban đầu nào đó).
 Khi hướng từ K về A : có hướng từ K về A có tác dụng kéo electron quay về K nên không sinh ra dòng điện.
Vậy : Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng từ catốt đến anốt của các electron phát xạ nhiệt từ catốt dưới tác dụng của điện trường ngoài. 
2.4: Dòng điện trong chất bán dẫn
2.4.1 Chất bán dẫn và tính chất cơ bản
a. Chất bán dẫn là gì ?
Bán dẫn là những chất có tính dẫn điện không thể xem là kim loại hay điện môi.
 Tiêu biểu là Silic (14Si) và Gecmani (32Ge) 
b. Vài tính chất cơ bản của chất bán dẫn
+ Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của bán dẫn tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, nghĩa là hệ số nhiệt điện trở của bán dẫn có giá trị âm.
+ Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất. Chỉ cần có một lượng tạp chất nhỏ cũng làm điện trở suất của chất bán dẫn thay đổi đáng kể.
+ Điện trở suất của một số chất bán dẫn cũng giảm đáng kể khi nó bị chiếu sáng hoặc khi bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.
2.4.2 Dòng điện trong chất bán dẫn
a. Electron và lỗ trống trong bán dẫn tinh khiết
Khi một electron bị rứt khỏi mối liên kết, trở thành một electron tự do (electron dẫn) thì nó để lại một lỗ trống thiếu e- ... n tải để minh hoạ các kết luận trên).
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập bài 3
Kiến thức 
Phải nêu lên được đầy đủ cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động, đặc tuyến, các thông số cơ bản và ứng dụng của SCR, TRIAC, DIAC, DIODE 4 lớp 
Trình bày chính xác cách nhận dạng, Phương pháp xác định các cực, chất lượng của SCR, TRIAC, DIAC, 
Trình bày các kiểu mạch ứng dụng của SCR, TRIAC, DIAC, DIODE 4 lớp
Viết ngắn gọn, ghi rõ ràng đầy đủ những nét chính đã giới thiệu trong bài về cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động, đặc tuyến, các thông số và lĩnh vực ứng dụng SCR, TRIAC, DIAC, 
Một số câu hỏi về xác định cực, kiểm tra chất lượng các linh kiện SCR, TRIAC, DIA.
Kỹ năng 
Thực hành tại xưởng theo nhóm từ 2 đến 3 người về:
Nhận dạng các linh kiện SCR,TRIAC, DIAC
Nhận dạng bằng mã chữ kí hiệu và bằng hình dạng thực tế.
Nhận dạng các linh kiện trên các bo mạch thực tế.
Xác định cực tính và chất lượng của SCR,TRIAC, DIA.
Xác định trên các linh kiện rời và các linh kiện trên các bo mạch 
Yêu cầu về đánh giá 
- Trình bày được cấu tạo, kí hiệu quy ước,và các mạch ứng dụng của SCR, TRIAC,DIAC. Điốt 
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và các tham số cơ bản của SCR, TRIAC,DIAC. 
- Nhận dạng và, xác định chính xác chất lượng SCR, TRIAC,DIAC. Điốt 4 lớp.
Từng học viên sẽ được biên chế vào từng tổ 4 - 5 người để đọc tài liệu theo sự chuẩn bị dưới hướng dẫn của giáo viên và thảo luận về: 
+ Các đặc tuyến, tham số cơ bản và ứng dụng của SCR, TRIAC,DIAC. Điốt 4 lớp. 
+ Thực hiện một cách nghiêm túc và chủ động theo yêu cầu do giáo viên đề ra.
+ Sau hoạt động mỗi cá nhân học viên viết một bản thu hoạch tự nghiên cứu về một trong các vấn đề đã nêu ở nêu trên.
BÀI 4
LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ 
Mã bài: MĐ12 -04
Mở đầu
	Linh kiện quang điện tử là những linh kiện cảm biến có đặc tính đổi dạng năng lượng ánh sáng thành dòng điện hay ngược lại đổi dòng điện thành ánh sáng .
	Những linh kiện có đặc tính đổi từ ánh sáng thành dòng điện như: quang trở, quang diode, quang transistor, tế bào quang điện, quang SCR, quang triac,..; những linh kiện có đặc tính đổi dòng điện thành ánh sáng là diode phát quang ( Led ), Led hồng ngoại
Mục tiêu
Phân biệt được các linh kiện quang điện tử theo các đặc tính của linh kiện.
Sử dụng bảng tra để xác định đặc tính kỹ thuật linh kiện theo nội dung bài đã học.
Phân biệt được các loại linh kiện quang bằng máy đo VOM/ DVOM theo các đặc tính của linh kiện.
Kiểm tra đánh giá chất lượng linh kiện bằng VOM/ DVOM trên cơ sở đặc tính của linh kiện.
Có ý thức chủ động, sáng tạo trong học tập
Nội dung chính
1. Điện trở quang (Phortoresistor)
Mục tiêu 
+ Biết được nguyên lý cấu tạo của điện trở quang 
+ Ứng dụng của điện trở quang trong một số cá mạch điều khiển 
1.1 Cấu tạo- ký hiệu- hình dạng:
Quang trở còn được gọi là điện trở tùy thuộc ánh sáng LDR (viết tắt bởi Light Dependen Resiztor ) có trị số thay đổi theo độ sáng chiếu vào quang trở . Khi bị che tối thì quang trở có điện trở rất lớn , khi được chiếu sáng thì điện trở giảm nhỏ .
Quang trở thường chế tạo từ chất sunfua cadminan nên lấy kí hiệu cds, Selenid Cadmium (CdSe) sunfit chì (Pbs)trong đó loại quang trở Cds có độ nhạy phổ gần như mắt người nên thông dụng nhất . Chất siliciumnhạy nhất đối với tia hồng ngoại , chất germanium nhạy nhất đối với ánh sáng thấy được và tia tử ngoại.
Quang trở được chế tạo bằng một màn bán dẫn trên nền cách điện nối ra hai đầu kim loại rồi đặt trên một vỏ nhựa, mặt trên có lớp thủy tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên ngồi tác động vào
Hình 4.1: Ký hiệu và hình dạng của điện trở quang 
1.2 Đặc tính của điện trở quang
Quang trở trở có trị số điện trở thay đổi không tuyến tính theo độ sáng chiếu vào nó. Độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở có trị số càng nhỏ và ngược lại. Điện trở khi bị che tối khoảng vài trăm KΩ đến vài MΩ. Điện trở khi bị chiếu sáng khoảng vài trăm Ω đến vài KΩ. Quang trở có hai loại: loại sử dụng ánh sáng thường và loại sử dụng ánh sáng hồng ngoại .
Hình 4.2 Đặc tính của điện trở quang 
1.3 Ứng dụng:
	Quang trở được sử dụng nhiều trong các mạch điện tử, mạch tự động điều khiển bằng ánh sáng, đóng mở, đèn mờ, bộ cảnh báo lửa. . . .
1.3.1 Mạch tự động sáng khi trời tối
Hình 4.3: Mạch tự động sáng khi trời tối. Khi trời sáng thì cds có trị số điện trở nhỏ nên transistor không dẫn đèn led tắt. Trời tối thì cds có trị số điện trở lớn nên transistor dẫn thì đèn led sáng.
Hình 4.3: Mạch tự động sáng khi trời tối.
1.3.2 Mạch điều khiển qua tải dùng triac
	Hình 4.4 : Mạch điều khiển dòng điện qua tải dùng triac, Diac kết hợp với quang trở để tác động theo ánh sáng. Khi cds bị che tối sẽ có trị số điện trở lớn làm điện áp trên tụ C tăng cao đến mức ( khoảng 32V ) đủ để Diac dẫn điện và Triac được kích dẫn điện cho dòng điện qua tải. Tải ở đây có thể là các loại đèn chiếu sáng lối đi hay chiếu sáng bảo vệ, khi trời tối đèn tự động sáng. Khi trời sáng cds có trị số nhỏ làm điện áp trên tụ nhỏ không đủ để dẫn diac.
Hình 4.4 : Mạch điều khiển qua tải dùng triac 
2. Diode quang
Mục tiêu 
+ Hiểu được nguyên lý cấu tạo làm việc của diode quang 
+ Ứng dụng của diode quang trong mạch điều khiển từ xa 
2.1 Cấu tạo – ký hiệu – hình dạng :
Có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn PN như diode thường, nhưng chất bán dẫn ở đây dùng loại có hiệu ứng quang điện cao. Tiếp giáp PN được đặt trong vỏ cách điện có một mặt là nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để nhận ánh sáng chiếu vào, có loại dùng thấu kính hội tụ để tập trung ánh sáng.
Hình 4.5: Ký hiệu và hình dạng của diode quang 
2.2 Nguyên lý làm việc - Đặc tính của diode quang:
Đối với diode thường khi phân cực thuận thì dòng điện thuận qua diode lớn . Khi phân cực ngược thì dòng điện ngược rất nhỏ qua diode .
Đối với diode quang
Khi phân cực thuận thì hai trường hợp diode được chiếu sáng hay che tối dòng điện thuận qua diode hầu như không thay đổi.
Khi phân cực ngược nếu diode được chiếu sáng thì dòng điện ngược tăng lớn hơn nhiều lần khi bị che tối. Dòng điện qua diode bị phân cực ngược sẽ biến đổi một cách tuyến tính với cường độ sáng ( lux) chiếu vào diode 
Trị số điện trở của diode quang trong trường hợp được chiếu sáng và bị che tối.
Khi bị che tối: Rngược = ∞ Ω, Rthuận = rất lớn 
Khi chiếu sáng Rngược = 10 KΩ à 100 KΩ, Rthuận = vài trăm Ω.
Hình 4.6: Đặc tính của diode quang 
Các thông số kỹ thuật của diode quang:
Điện áp ngược cực đại VRmax = 30V.
Dòng điện ngược khi tối; IR = 2 µA ( 0 lux )
Dòng điện ngược khi có ánh sáng IR = 7 µA (100 lux )
Tần số làm việc cực đại f = 1 MHz
Công suất tiêu tán cực đại Pmax = 50 mw
2.3. Mạch điều khiển từ xa dùng diode quang
	Diode quang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động điều khiển theo ánh sáng, báo động cháy, điều khiển từ xa (Remote control )
Hình 4.7: Mạch điều khiển từ xa dùng diode quang
Hình 4.7 : Khi diode quang bị che tối, transistor không được phân cực nên ngưng dẫn, OP- AMP có điện ápV-i > V+i nên Vra = 0V Led không sáng. Khi diode quang được chiếu sáng thì transistor được phân cực thuận nên dẫn điện, OP-AMP có điện áp Vi+> V-i nên Vra = VCC đèn Led sáng.
3. Transistor quang (Phototransistor)
Mục tiêu 
+ Hiểu được cấu tạo của Transistor quang
+ Biết được một số kiểu ghép quang tranistor 
3.1 Cấu tạo:
Vế cấu tạo quang transistor coi như gồm có một quang diode và một transistor. Trong đó quang diode làm nhiệm vụ cảm biến quang điện và transistor làm nhiệm vụ khuếch đại.
Độ khuếch đại của photo transistor từ 100 à 1000 lần và độ khuếch đại không tuyến tính theo cường độ ánh sáng chiếu vào mối nối.
Tần số làm việc của photo transistor khoảng vài trăm KHz , trong khi đó tần số làm việc của photo diode khoảng vài MHz .
Độ nhạy của photo transistor gấp vài trăm lần so với photo diode .
Hình 4.8: Cấu tạo và ký hiệu quang tranisitor 
3.2 Các mạch ứng dụng dung quang tranisitor
Trường hợp bỏ hở cực B thì mạch làm việc theo nguyên lý transistor quang, nếu bỏ hở cực E thì mạch làm việc theo nguyên lý của quang diode.
Hình 4.9a: Dùng transistor quang để ghép darlington với transisitor công suất để điều khiển rơle RY. Khi được chiếu sáng quang transistor dẫn làm transistor công suất dẫn cấp điện cho rơle.
Hình 4.9b: Lấy điện thế VC của quang transistor để phân cực cho cực B của transistor công suất. Khi quang transistor được chiếu sáng sẽ dẫn điện làm VC giảm, cực B của transistor công suất không được phân cực nên ngưng dẫn và rơle RY không được cấp điện.;
Hình 4.9c: Dùng transistor công suất loại PNP. Khi quang transistor được chiếu sáng sẽ dẫn điện tạo sụt áp trên điện trở R để phân cực cho B cực transistor công suất loại PNP dẫn điện cấp điện cho rơle 
Hình 4.9: Các mạch ứng dụng quang transistor 
Đồng hồ ánh sáng ( quang kế ) : Trong nhiếp ảnh và trong phòng thí nghiệm khi cần một quang kế ta có thể lắp mạch đơn giản như hình 20-2d . Ở đây dùng quang transitor loại Darlington. Biến trở 5KΩ là để chỉnh điểm chuẩn cho quang kế.
HÌnh 4.10: Quang kế 
4. Các bộ ghép quang
Mục tiêu 
+ Biết được một số kiểu ghép quang Transistor 
+ Biết được nguyên lý khuếch đại Darlington – Transistor
4.1 Bộ ghép quang transistor ( OPTO – Transistor )
	Thứ cấp của bộ ghép quang này là photo transistor loại silic. Đối với bộ ghép quang transistor có 4 chân thì transistor không có cực B, trường hợp bộ ghép quang transistor có 6 chân thì cực B được nối ra ngồi như hình 4.11b
Hình 4.11: Bộ ghép quang transistor
Bộ ghép quang không có cực B có 1 lợi điểm là hệ số truyền đạt lớn, tuy nhiên loại này có nhược điểm là độ ổn định nhiệt kém.
	Nếu nối giữa cực B và E một điện trở thì các bộ ghép quang transistor là bộ ghép quang khá ổn định với nhiệt độ nhưng hệ số truyền đạt lại bị giảm sút.
4.2 Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor :
	Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor có nguyên lý như bộ ghép quang với quang Transistor nhưng với hệ số truyền đạt lớn hơn vài trăm lần nhờ tính chất khuếch đại dòng của mạch darlington.
	Bộ ghép quang này có nhược điểm là bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ rất lớn nên thường được chế tạo có điện trở nối giữa chân B và E của Transisitor sau để ổn định nhiệt.
Hình 4.12: Quang Dalinton Transistor 
Thí dụ một vài thông số đặc trưng của các bộ ghép quang transisitor.
Loại quang transistor 4N35:
IF = 10 mA + hệ số truyền đạt dòng điện 100% - BUCEo =30V
Loại quang Darlington Transistor ILD 32 có:
IF = 10 mA - hệ số truyền đạt dòng điện 500% - BUCEo =30V
4.3 Bộ ghép quang với quang Thyristor ( OPTO- Thyristor ):
Bộ ghép quang Thyristor có cấu tạo bán dẫn như hình 4.13 gồm có một quang doide và 2 transistor ghép theo nguyên lý của SCR.
	Khi có ánh sáng hồng ngoại do Led ở sơ cấp chiếu vào quang diode thì sẽ có dòng IB cấp cho Transistor NPN và khi Transistor NPN dẫn thì sẽ điều khiển Transistor PNP dẫn điện. Như vậy quang thyristor đã được dẫn và sẽ duy trì trạng thái dẫn mà không cần kích liên tục ở sơ cấp.
Hình 4.13: Ký hiệu và cấu trúc bán dẫn tương đương của opto thyristor 
Để tăng khả năng chống nhiễu người ta nối giữa chân G và K bằng 1 điện trở từ vài KΩ đến vài chục KΩ.
4.4 Bộ ghép quang với quang Triac ( OPTO – Triac ):
	OPTO – Triac có cấu trúc bán dẫn tương đương như hình 22-05
Hình 4.15: Bộ ghép quang với quang TRiac (OPTO – Triac)
4.5 Ứng dụng của OPTO – COUPLERS:
	Các loại OPTO – couplers có dòng điện ở sơ cấp cho Led hồng ngoại khoảng 10 mA. Đối với OPTO- Transistor khi thay đổi trị số dòng điện qua Led hồng ngoại ở sơ cấp sẽ làm thay đổi dòng điện ra IC của photo Transistor thứ cấp.
	OPTO – Couplers có thể dùng để thay cho rơle hay biến áp xung để giao tiếp với tải thường có điện áp cao và dòng điện lớn.
Hình 4.16: Ứng dụng của OPTO – COUPLERS
Mạch điện hình 4.16 là ứng dụng của OPTO – Transistor điều khiển đóng ngắt đèn. Khi ngõ ra của mạch logic ở cao (gần 5V) đèn Led của nối quang 4N25 tắt, quang transitor ngưng dẫn , dòng điện từ nguồn +24V qua 22K và vào cực b transistorT1 làm T1 dẫn kéo theo T2 dẫn và đèn Đ sáng. Khi ngõ ra của mạch logic thấp ( gần 0V) đèn Led của n ối quang sáng. Quang transitror dẫn không cho dòng điện từ nguồn +24V vào T1 nên T1 ng ưng dẫn kéo theo T2 ng ưng dẫn và đèn Đ tắt.
	Mạch điện hình 4.17 là ứng dụng của OPTO – Transistor điều khiển đóng ngắt Rơ-le. Quang transistor trong bộ ghép quang được ghép Darlington với transistor công suất bên ngồi, khi Led hồng ngoại ở sơ cấp được cấp nguồn 5V thì thì quang Transistor dẫn điều khiển Transistor công suất dẫn để cấp điện cho rơle RY. Điện trở 390 ohm để giới hạn dòng qua Led hồng ngoại khoảng 10mA.
Hình 4.17: Mạch điện đóng ngắt role dung OPTO - transistor 
a
b
Hình 4.18 Ứng dụng mạch điều khiển quang 
Mạch điện hình 4.18a là ứng dụng của OPTO – Triac để đóng ngắt điện cho tải dùng nguồn xoay chiều. Điện trở R để giới hạn dòng qua Led hồng ngoại khoảng 10 mA. Khi Led sơ cấp được cấp nguồn 12 V thì Triac sẽ được kích và dẫn điện tạo dòng kích cho Triac công suất. Khi Triac công suất được kích sẽ dẫn điện như một công tắc để đóng điện cho tải.
	Hình 4.18b:Triac của nối quang điều khiển Triac dòng lớn (ví dụ 2N6071B) cung cấp công suất cho tải hoạt động ở nguồn điện 50 Hz. Về phía điều khiển transitor 2N222 bảo vệ không cho dòng quá lớn qua Led của nối quang : khi dòng qua Led lớn do điện thế điều khiển lớn thì điện thế của cực B transitor cũng lớn làm transitor dẩn chia xẻ bớt dòng điện với Led.
Bài tập thực hành của học viên 
Lắp mạch đóng mở relay dung linh kiện quang điện tử 
Mục tiêu đạt được: 
- Nhận biết được linh kiện quang trở 
- Lắp mạch trên testboard 
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập 
Câu 1: Tìm hiểu quang trở và ứng dụng 
Câu 2: Một vài mạch ứng dụng dùng quang trở 
Mạch 1: dùng qung trở để đo tốc độ quay 
Mạch 2: mạch đóng mở theo ánh sáng 
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập bài 3
Kiến thức 
Phải nêu lên được đầy đủ cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động, của quang trở 
Trình bày các kiểu mạch ứng dụng của quang trở 
Viết ngắn gọn, ghi rõ ràng đầy đủ những nét chính đã giới thiệu trong bài về cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động, quang trở 
Một số câu hỏi về xác định cực, kiểm tra chất lượng của quang trở 
Kỹ năng 
Thực hành tại xưởng theo nhóm từ 2 đến 3 người về:
Nhận dạng các linh kiện quang trở 
Nhận dạng bằng mã chữ kí hiệu và bằng hình dạng thực tế.
Nhận dạng các linh kiện trên các bo mạch thực tế.
Xác định cực tính và chất lượng của quang trở 
Xác định trên các linh kiện rời và các linh kiện trên các bo mạch 
Yêu cầu về đánh giá 
- Trình bày được cấu tạo, kí hiệu quy ước,và các mạch ứng dụng của quang trở
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và các tham số cơ bản của quang trở 
- Nhận dạng và, xác định chính xác chất lượng quang trở 
Từng học viên sẽ được biên chế vào từng tổ 4 - 5 người để đọc tài liệu theo sự chuẩn bị dưới hướng dẫn của giáo viên và thảo luận về: 
+ Các đặc tuyến, tham số cơ bản và ứng dụng của quang trở 
+ Thực hiện một cách nghiêm túc và chủ động theo yêu cầu do giáo viên đề ra.
+ Sau hoạt động mỗi cá nhân học viên viết một bản thu hoạch tự nghiên cứu về một trong các vấn đề đã nêu ở nêu trên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Sổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch (R. H.WARRING - người dịch KS. Đoàn Thanh Huệ - nhà xuất bản Thống kê)
[2] Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng (TS Nguyễn Viết Nguyên - Nhà xuất bản Giáo dục)
[5] Sổ tay tra cứu các tranzito Nhật Bản (Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế)