Y
yaris_89
Khách
Chương 1
THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ
I. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN
1. Khái quát về điện
Các thiết bị điện được sử dụng trong nhiều hệ thống của ô tô và có các chức năng khác nhau.
1.1 Các chức năng của điện
- Chức năng phát nhiệt
Nhiệt được tạo ra khi điện đi qua một điện trở, như* cái châm thuốc lá, cầu chì.
- Chức năng phát sáng
Ánh sáng được phát ra khi điện đi qua một điện trở, như* một bóng đèn phát sáng.
- Chức năng từ tính
Một lực từ được tạo ra khi điện đi qua một dây dẫn hoặc cuộn dây, như *cuộn dây đánh lửa, máy phát điện, kim phun.
Mọi chất đều có các nguyên tử, các nguyên tử gồm có hạt nhân và các điện tử. Một nguyên tử kim loại có các điện tử tự do. Các điện tử tự do là các điện tử có thể chuyển động tự do từ các nguyên tử.
Việc truyền các nguyên tử tự do này trong các nguyên tử kim loại sẽ tạo ra điện. Do đó điện chạy qua một mạch điện là sự di chuyển của các điện tử trong một dây dẫn. Khi đặt một điện áp vào cả 2 đầu của một dây dẫn kim loại, các điện tử chạy từ cực âm đến cực dương. Chiều chuyển động của dòng điện tử ngược chiều với chiều của dòng điện.
1.2 Ba yếu tố của điện
Điện bao gồm ba yếu tố cơ bản:
- Dòng điện
Đây là dòng chảy qua một mạch điện.
Đơn vị : A (Ampe)
- Điện áp
Đây là lực điện động làm dòng điện chạy qua một mạch điện. Điện áp càng cao thì lượng dòng điện càng lớn sẽ chảy qua mạch điện này.
Đơn vị : V (Vôn)
- Điện trở
Đây là phần đối lập với dòng điện, thể hiện sự cản trở dòng điện trong mạch.
Đơn vị : Ω (Ohm)
Mối quan hệ giữa dòng điện, điện áp và điện trở có thể biểu diễn bằng định luật Ohm.
1.3 Công suất
Công suất điện được thể hiện bằng lượng công do một thiết bị điện thực hiện trong một giây.
Công suất được đo bằng Watt (W), và 1W là lượng công nhận được khi một điện áp là 1 V đặt vào một điện trở của phụ tải tạo ra dòng điện là 1A trong một giây.
Công suất được tính theo công thức sau:
P = U.I
- P: Công suất, đơn vị : W
- I: Dòng điện, đơn vị : A
- U: Điện áp, đơn vị : V
Ví dụ:
Nếu đặt 5A của một dòng điện trong thời gian một giây, bằng một điện áp là 12V, thì thiết bị điện này thực hiện được công là 60W (5 x 12 = 60)
1.4 Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều
Một dòng điện có chiều không thay đổi với một biên độ không thay đổi được gọi là dòng điện một chiều. Mặt khác, một dòng điện thay đổi chiều và có biên độ thay đổi được gọi là dòng điện xoay chiều.
Hình 3. Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều
- Dòng điện một chiều (DC)
Đây là loại dòng điện chạy theo chiều không thay đổi, từ cực dương đến cực âm, như* trong ắc quy của ô tô hoặc pin khô.
- Dòng điện xoay chiều (AC)
Đây là loại dòng điện đổi chiều theo các chu kỳ đều đặn. Điện tại các ổ cắm trong nhà hoặc nguồn điện 3 pha công nghiệp được sử dụng trong các nhà máy là một số ví dụ.
2. Điện trở
Điện trở sử dụng trên ô tô có nhiều dạng khác nhau. Một điện trở khá thông dụng trong kỹ thuật điện tử cũng như trong ô tô là điện trở than. Điện trở than gồm hỗn hợp bột than và các chất khác được pha trộn theo tỉ lệ khác nhau nên có trị số điện trở khác nhau. Bên ngoài điện trở được bọc bằng lớp cách điện. Trị số của điện trở được ký hiệu bằng các vòng màu.
Hình dáng của điện trở than và các vòng màu như Hình 4.
Trong trường hợp đặc biệt, nếu không có vòng số 4 (loại điện trở có 3 vòng màu) thì sai số là 20%.
Cách đọc:
Đọc từ trái sang phải. Vạch đầu tiên và vạch thứ hai biểu thị giá trị thực của điện trở, vạch thứ ba biểu thị thang nhân 10x (với x là giá trị tương ứng với giá trị của màu), vạch thứ tư là dung sai của điện trở.
Ví dụ:
Điện trở có các vạch màu lần lượt từ trái sang là: Đỏ - tím - cam - bạc. Thì giá trị của điện trở sẽ là:
Đỏ = 2, tím = 7, cam =103, bạc = 10%.
Vậy: R = 27 . 103 10%
R = 27 K 10%
Lưu ý khi mua điện trở:
Người ta không thể chế tạo điện trở có đủ tất cả trị số từ nhỏ nhất đến lớn nhất mà chỉ chế tạo các điện trở có trị số theo tiêu chuẩn với vòng màu số một và vòng màu số hai có giá trị như sau:
10,12,15,18,22,27,33,39,43,47,51,56,68,75,82,91
Bảng 1. Các giá trị điện trở
Ví dụ: Có các điện trở: 1 ; 10 ; 100 ; 1K ...
1,5 ; 15 ; 150 ; 1,5K ...
4,7 ; 47 ; 470 ; 4,7K
Bảng qui ước về các vạch màu của điện trở:
Hình 4. Vạch màu của điện trở
Vòng số 1
(số thứ nhất)
Vòng số 2
(số thứ hai)
Vòng số 3
(số bội)
Vòng số 4 (sai số)
Đen:00 x 100
Nâu:11 x 101
Đỏ:22 x 102
Cam;33 x 103
Vàng:44 x 104
Xanh lá;55 x 105
Xanh dương 66x 106
Tím 77 x 107
Xámm 88x 108
Trắng 99x 109
Vàng kim 1010x 10-1
Bạc kim 1111x 10-2
Bảng 2. Giá trị của các vạch màu
Đối với điện trở có 5 vòng màu, cách đọc tương tự như điện trở 4 vòng màu, chỉ khác là 3 vòng màu đầu tiên chỉ 3 số, vòng 4 chỉ số bội, vòng 5 là sai số.
Điện trở nhiệt
Thermistor) Là loại điện trở nhiệt có trị số thay đổi theo nhiệt độ. Nhiệt trở thường dùng để ổn định nhiệt cho các tầng khuyếch đại công suất hay làm linh kiện cảm biến trong các hệ thống điều khiển tự động theo nhiệt độ.
Hình 5. Nhiệt điện trở
Có hai loại nhiệt trở:
- Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt điện trở âm là loại nhiệt điện trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì trị số điện trở giảm xuống và ngược lại.
- Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt điện trở dương là loại nhiệt điện trở khi nhận được nhiệt độ cao hơn thì trị số điện trở tăng lên.
Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm là một loại bán dẫn có điện trở thay đổi theo các biến đổi về nhiệt độ. Nói khác đi, nhiệt điện trở có thể xác định nhiệt độ bằng cách dò điện trở.
Ví dụ về ứng dụng:
Trong các xe ô tô, các nhiệt điện trở được sử dụng trong cảm biến nhiệt độ n*ước và cảm biến nhiệt độ không khí nạp, v.v...
Phần tử áp điện:
Điện trở của một phần tử áp điện sẽ thay đổi khi nó chịu áp suất hoặc lực căng.
Phần tử từ trở:
Điện trở của một phần tử từ trở sẽ thay đổi khi từ trư*ờng đặt vào nó.
Vì các thay đổi về điện trở trong các phần tử này nhỏ, các IC (các mạch tích hợp) được khuyếch đại. Sau đó điện trở này được biến đổi thành xung hoặc các tín hiệu tư*ơng tự để sử dụng chúng nh*ư các tín hiệu cảm biến.
Hình 7. Phần tử áp điện
3. Tụ điện
Một tụ điện có các điện cực, gồm có 2 tấm kim loại hoặc các màng kim loại đối diện với nhau. Chất cách điện (hoặc chất điện môi), có thể làm bằng các chất cách điện khác nhau, được đặt giữa các điện cực. Trong sơ đồ này, không khí có tác dụng như* chất cách điện.
Khi đặt điện áp vào cả 2 điện cực bằng cách nối các cực âm và dương của một ắc quy, các điện cực sẽ tích điện dương và âm. Khi các điện cực của một tụ điện tích điện bị đoản mạch, sẽ có một dòng điện tức thời chạy từ bản cực (+) đến bản cực (-) làm trung hòa tụ điện. Vì vậy tụ điện này được phóng điện. Ngoài chức năng tích điện mô tả trên đây, một đặc điểm đáng kể của một tụ điện là nó ngăn không cho dòng điện một chiều chạy qua.
Một số mạch điện sử dụng chức năng tích điện của tụ điện như:
Mạch điều chỉnh đối với nguồn điện, một dòng điện dự phòng cho bộ vi xử lí, một mạch định thời sử dụng lượng thời gian cần thiết để nạp và phóng điện cho tụ điện, mạch dùng tụ để ngăn dòng điện một chiều, các bộ lọc để trích hoặc loại bỏ các thành phần cụ thể của tần số. Bằng cách dùng các đặc điểm này, các tụ điện được sử dụng trong các mạch điện của ô tô cho nhiều mục đích, chẳng hạn như* để loại trừ nhiễu hoặc thay thế cho nguồn điện hoặc một công tắc.
Các đặc điểm tích điện của tụ điện
Khi đặt một điện áp của dòng điện một chiều vào tụ điện đã phóng điện hoàn toàn, dòng điện sẽ bắt đầu chạy ở một tốc độ nhanh . Sau khi tụ điện bắt đầu tích điện, dòng điện sẽ giảm xuống. Cuối cùng, khi dung lượng tĩnh điện (khả năng tích điện của tụ điện) của tụ điện đã đạt được, dòng điện sẽ dừng chạy. Điện áp của tụ điện ở thời điểm này bằng điện áp đặt.
Text Box: Hình 9. Hoạt động phóng nạp của tụ điện
4. Công tắc, cầu chì và relay
4.1 Công tắc
Công tắc là một thiết bị đóng ngắt dòng điện do con người tác động. Do yêu cầu về thẩm mỹ và không gian lắp đặt nên kích thước công tắc ngày càng nhỏ gọn hơn. Công tắc cũng có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào công dụng của nó.
- Công tắc xoay
Hình 10. Công tắc xoay
- Công tắc ấn, công tắc bập bênh
Hình 8. Công tắc ấn Hình 11. Công tắc bập bênh
- Công tắc cần, công tắc phát hiện nhiệt độ
Hình 12. Công tắc cần Hình 13. Công tắc phát hiện nhiệt độ
- Công tắc phát hiện dòng điện, công tắc vận hành bằng sự thay đổi mức dầu
Hình 14. Công tắc phát hiện dòng điện Hình 14. Công tắc phát hiện mức dầu
4.2 Cầu chì
Một dải kim loại mỏng sẽ bị cháy khi dòng điện quá lớn chạy qua nó, bằng cách này sẽ ngắt dòng điện và bảo vệ mạch điện khỏi bị h*ư hỏng.
Cầu chì dòng cao là một dây có chiều dày lớn được đặt trong các mạch điện cường độ dòng điện cao có thể cháy khi quá tải, bằng cách này sẽ bảo vệ mạch điện.
4.2 Relay
Nếu mạch điện của các thiết bị đòi hỏi cường độ dòng điện cao gồm có một nguồn điện, một công tắc và một bóng đèn được mắc nối tiếp, công tắc và bộ dây điện phải có công suất cao để có thể chịu được cường độ dòng điện cao. Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng một relay để giảm dòng qua công tắc. Công tắc điều khiển relay, còn relay thì điều khiển dòng lớn qua thiết bị điện.
Sơ đồ ở Hình 15 mô tả cơ chế làm việc của một relay. Khi đóng công tắc, dòng điện chạy giữa các điểm 1 và 2, do đó từ hóa cuộn dây. Lực từ của cuộn dây hút tiếp điểm di động giữa các điểm 3 và 4. Do đó, các điểm 3 và 4 đóng lại và để dòng điện chạy vào bóng đèn. Vì vậy qua việc sử dụng một relay, công tắc và dây dẫn đến công tắc có thể có công suất thấp.
Hình 17. Mạch điện điều khiển
Các loại relay
Các relay được phân loại thành các loại như Hình 16 tùy theo cách mở hoặc đóng chúng:
- Loại thường mở:
Loại này thường mở, và chỉ đóng khi cuộn dây được cấp điện. (A) và (B) trong sơ đồ này.
- Loại thường đóng:
Loại này thường đóng, và chỉ mở khi cuộn dây được cấp điện. (C) trong sơ đồ này.
- Loại 2 tiếp điểm:
Loại này chuyển mạch giữa hai tiếp điểm, tùy theo trạng thái của cuộn dây. (D) trong sơ đồ này.
(D)
(B)
Hình 18. Các loại relay
5. Nguyên lí về phát điện
5.1 Cảm ứng điện từ
Một dây dẫn có thể chuyển động tự do được đặt giữa các cực N và S của một nam châm được thể hiện trong Hình 17. Sau đó, mắc một điện kế vào dây dẫn để thành một mạch kín. Khi dịch chuyển dây dẫn này giữa các cực từ như* thể hiện trong sơ đồ, kim chỉ của điện kế sẽ xoay đi.
Như vậy, khi dây dẫn được dịch chuyển giữa các cực từ, dây dẫn sẽ đi qua và cắt từ thông, sinh ra một dòng điện. Vì vậy, nếu dịch chuyển dây dẫn song song với từ thông, sẽ không sinh ra dòng điện.
Hiện tượng sinh ra dòng điện này được gọi là cảm ứng điện từ, và dòng điện chạy qua dây dẫn được gọi là dòng cảm ứng.
Hình 19. Cảm ứng điện từ Hình 20. Quy tắc bàn tay phải
Dòng cảm ứng này được tạo ra bởi sức điện động do kết quả của cảm ứng điện từ. Do đó sức điện động này được gọi là sức điện động cảm ứng.
Chiều dòng điện
Hình 18 cho thấy mối quan hệ giữa chiều của từ trường, chiều của dòng điện cảm ứng, và chiều di chuyển của dây dẫn. Mối quan hệ này được gọi là quy tắc bàn tay phải của Fleming.
5.2 Nguyên lí về máy phát điện
Đại lượng và chiều của sức điện động cảm ứng được tạo ra bằng cách quay một cuộn dây sẽ thay đổi theo vị trí của cuộn dây này.
Trong sơ đồ (1) ở Hình 18, dòng điện chạy từ chổi than A đến bóng đèn. Trong sơ đồ (2), nguồn điện của dòng ngưng lại. Trong sơ đồ (3) dòng điện chạy từ chổi than B đến bóng đèn.
Do đó dòng điện được tạo ra bởi thiết bị này là dòng điện xoay chiều. Do đó thiết bị này được gọi là máy phát điện xoay chiều.
Hình 21. Nguyên lý máy phát điện xoay chiều
5.3 Hiệu ứng tự cảm
(1) (2)
Hình 22. Hiệu ứng tự cảm
Khi đóng hoặc mở công tắc trong sơ đồ (1), từ thông trong cuộn dây sẽ thay đổi. Khi đó một sức điện động được sinh ra trong cuộn dây. Để tạo ra các điều kiện giống như vậy mà không làm cho dòng điện chạy qua cuộn dây này, ta dịch chuyển một nam châm ra vào một cuộn dây như* thể hiện trong sơ đồ (2).
Chuyển động của một nam châm ra và vào một cuộn dây sẽ tạo ra sức điện động trong cuộn dây đó. Sức điện động này được tạo ra bất kể là có dòng điện chạy trong cuộn dây hay không.
Do đó, các thay đổi của từ thông sinh ra dòng điện hoặc đóng ngắt dòng điện qua cuộn dây này làm cho cuộn dây đó sinh ra sức điện động. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng tự cảm.
Hiệu ứng cảm ứng tương hỗ
Hai cuộn dây được bố trí như trong sơ đồ. Khi dòng điện chạy qua một cuộn dây (cuộn dây sơ cấp) bị thay đổi, một sức điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây kia (cuộn dây thứ cấp) theo chiều ngăn không cho từ thông ở cuộn dây sơ cấp thay đổi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng cảm ứng tương hỗ.
Một bô bin sử dụng hiệu ứng này. Bô bin có chứa cuộn dây đánh lửa của ô tô để tạo ra điện áp cao đặt vào bugi. Khi duy trì một dòng điện không đổi qua cuộn dây sơ cấp thì không có sức điện động nào được tạo ra trên cuộn thứ cấp. Khi dòng điện sơ cấp bị ngắt bằng cách xoay công tắc từ vị trí ON (mở) đến OFF (ngắt), từ thông được tạo ra bởi dòng điện sơ cấp ngắt đột ngột. Do đó một sức điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây thứ cấp theo chiều sẽ ngăn từ thông không bị khử đi.
Một bô bin sẽ cho phép dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp, và khi dòng điện này bị ngắt, điện áp cao được tạo ra trên cuộn thứ cấp thông qua hiệu ứng tự cảm tương hỗ.
Sức điện động tự cảm được tạo ra bởi thiết bị này sẽ thay đổi theo các điều kiện sau đây:
- Thay đổi tốc độ của từ thông:
Một thay đổi xuất hiện trong một thời gian ngắn sẽ tạo ra một sức điện động lớn hơn.
- Lượng từ thông:
Lượng từ thông thay đổi càng lớn, sức điện động càng lớn.
- Số vòng dây của cuộn dây thứ cấp: Với cùng mức thay đổi về từ thông, số vòng dây càng lớn thì sức điện động càng lớn.
Do đó để sinh ra một điện áp thứ cấp cao, dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp phải càng lớn càng tốt, và sau đó dòng điện này cần được ngắt đột ngột.
6. Đồng hồ đo điện
Có thể sử dùng đồng hồ đo điện để đo dòng, điện áp và điện trở của một mạch điện, cũng như* để kiểm tra thông mạch của một mạch điện và thử các diode.
6.1 Chọn phạm vi đo
Khi cần đo một đại lượng nào đó: điện trở, điện áp xoay chiều, một chiều, ... phải chọn thang đo thích hợp để đảm bảo giá trị đo chính xác và tránh hư hỏng cho đồng hồ.
6.2 Đo điện áp của dòng điện xoay chiều
Mục đích:
Để đo điện áp của các đường dây cung cấp điện ở hộ gia đình hoặc nhà máy, các mạch điện có điện áp xoay chiều, và các điện áp đầu ra của máy biến áp công suất.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo điện áp của dòng xoay chiều và nối các đầu dây thử. Các cực của đầu dò có thể thay thế lẫn nhau.
Hình 25. Đo điện áp xoay chiều Hình 26. Đo điện áp dòng một chiều
6.3 Đo điện áp của dòng một chiều
Mục đích:
Để đo điện áp của các loại ắc quy, thiết bị điện, và các mạch transistor, và các điện áp và mức sụt điện áp trong các mạch.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo điện áp của dòng điện một chiều. Đặt đầu đo âm, màu đen vào mát, đầu đo dương, màu đỏ vào khu vực được thử, và đọc giá trị đo.
6.4 Đo điện trở
Mục đích:
Để đo điện trở của một biến trở, thông mạch của một mạch điện, đoản mạch (0 ), mạch hở (¥).
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào vị trí đo điện trở/thông mạch. (Nếu màn hình thể hiện “ “ vào thời điểm này, đồng hồ đo đang ở chế độ thử thông mạch. Do đó bấm công tắc chọn chế độ để chuyển đồng hồ đo vào chế độ kiểm tra điện trở). Sau đó đặt đầu thử vào mỗi đầu của một điện trở hoặc một cuộn dây để đo điện trở. Phải bảo đảm rằng không đặt điện áp vào điện trở ở thời điểm này. Không thể đo được diode trong phạm vi này, vì điện áp được sử dụng của diode thấp.
Hình 27. Đo điện trở Hình 28. Đo diode
6.5 Kiểm tra thông mạch
Mục đích:
Để kiểm tra thông mạch của một mạch điện.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo thông mạch. (Bảo đảm rằng màn hình hiện “ ” vào thời điểm này. Nếu không như vậy, bấm công tắc chọn chế độ để chuyển đồng hồ này sang chế độ đo thông mạch). Nối các đầu thử vào mạch điện cần thử. Chuông báo sẽ kêu lên nếu mạch điện thông mạch.
6.6 Thử diode
Mục đích: Để thử một diode.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào chế độ thử diode. Kiểm tra thông mạch của cả 2 chiều. Nếu diode này có thông mạch ở một chiều và không có thông mạch khi tráo đổi các đầu thử, diode này được xác định là bình thường.
Nếu diode có thông mạch ở cả 2 chiều, thì nó đã bị đoản mạch. Nếu nó không thông mạch cả 2 chiều, thì nó bị hở mạch.
6.7 Đo cường độ của dòng điện một chiều
Mục đích:
Để đo mức tiêu thụ cường độ của các thiết bị làm việc với dòng điện một chiều.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo cường độ dòng điện. Để đo cường độ của một dòng điện, phải mắc ampe kế nối tiếp với mạch điện này. Do đó, hãy tách một khu vực trong mạch điện để nối các đầu thử này. Nối đầu thử dương vào phía có điện thế cao hơn và đầu thử âm vào phía có điện thế thấp hơn, và đọc giá trị đo.
II. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ
Các điện tử cực kỳ nhỏ, là các hạt tích điện âm chuyển động quanh một hạt nhân. Các proton trong hạt nhân này tích điện dương. Điện tử học là khoa học hoặc công nghệ đề cập đến các chức năng của điện tử, cũng như *việc phát triển và ứng dụng của các bộ phận, các mạch, và các thiết bị liên quan đến công nghệ này. (Các transistor, diode, IC (các mạch tích hợp) và các bộ vi xử lý là một số ví dụ về các ứng dụng). Các IC và các bộ vi xử lý gồm* các transistor và các diode. Các thiết bị điện tử này đã thay thế nhiều thiết bị cơ khí trong quá khứ. Các thiết bị điện tử được thiết kế có nhiều chức năng hơn và nhỏ gọn hơn các thiết bị cơ khí.
Hình 29. Các thiết bị điện tử Hình 30. Điện trở của vật liệu
1. Chất bán dẫn
Chất bán dẫn là một loại vật liệu có điện trở cao hơn điện trở của các dây dẫn tốt nh*ư đồng hoặc sắt, như*ng thấp hơn điện trở của các chất cách điện như* cao su hoặc thuỷ tinh. Hai loại vật liệu bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất là Germani (Ge) và Silic (Si).Tuy nhiên trong trạng thái tinh khiết của chúng, các chất này không thích hợp với việc sử dụng thực tế của các chất bán dẫn.Vì lý do này chúng phải được pha với chất phụ gia, đó là một lượng nhỏ của các tạp chất phải thêm vào để nâng cao công dụng thực tế của chúng.
Các đặc tính của chất bán dẫn:
- Khi nhiệt độ của nó tăng lên, điện trở của nó giảm xuống.
- Tính dẫn điện của nó tăng lên khi được trộn với các chất khác.
- Điện trở của nó thay đổi khi có tác dụng của ánh sáng, từ tính hoặc các ứng suất cơ học.
- Nó phát sáng khi đặt điện áp vào, v.v...
Có thể chia các chất bán dẫn thành hai loại: Loại N và loại P.
Hình 31. Chất bán dẫn loại N và loại P
- Các chất bán dẫn loại N: Một chất bán dẫn loại N gồm có một chất nền là silic (Si) hoặc germani (Ge), đã được pha trộn với một lượng nhỏ asen (As) hoặc phốtpho (P) để cung cấp cho nó nhiều điện tử tự do, có thể chuyển động dễ dàng qua silic hoặc germani để tạo ra dòng điện. Chữ "n" của chất bán dẫn loại n có nghĩa là "âm"
- Các chất bán dẫn loại P: Mặt khác, một chất bán dẫn loại p gồm có một chất nền là silic (Si) hoặc germani (Ge) đã được pha trộn với gali (Ga) hoặc Indi (In) để tạo ra "các lỗ", có thể coi là các điện tử "khuyết" và vì các tích điện dương chạy theo chiều ngược với các điện tử tự do. Chữ "p" của chất bán dẫn loại P có nghĩa là "dương".
2. Diode
Các diode bán dẫn bao gồm chất bán dẫn loại N và loại P nối với nhau.
Một số loại diode:
- Diode chỉnh lưu thường
- Diode Zener
- LED (diode phát sáng)
- Photo Diode
Hình 23 cho thấy dòng điện chạy qua một diode nh*ư thế nào.
- Khi cực dương (+) của ắc quy được nối với phía P và cực âm (-) nối với phía N, các lỗ dương của chất bán dẫn loại P và cực dương của ắc quy đẩy lẫn nhau. Và các điện tử tự do của chất bán dẫn loại N và cực âm của ắcquy đẩy lẫn nhau, vì vậy đẩy chúng về khu vực nối p-n. Do đó các điện tử tự do và các lỗ dương này hút lẫn nhau, như* vậy làm cho dòng điện chạy qua khu vực nối p-n.
- Khi đảo ngược các cực ở ắcquy, các lỗ dương của chất bán dẫn loại p và cực âm của ắcquy hút lẫn nhau, và các điện tử tự do của chất bán dẫn loại n và cực dương của ắc quy hút lẫn nhau, vì thế kéo xa khỏi khu vực nối p-n. Kết quả là, một lớp không chứa các điện tử tự do hoặc các lỗ dương được tạo nên ở khu vực nối p-n, vì vậy ngăn chặn dòng điện chạy qua.
2.1 Diode thường
Diode thường làm cho dòng điện chỉ chạy theo một chiều: từ phía p sang phía n. Cần có một điện áp tối thiểu để dòng điện chạy từ phía p sang phía n.
- Diode silic (A) : khoảng 0,7V
- Diode germani (B) : khoảng 0,3V
Hình 33. Diode thường
Dòng điện này sẽ không chạy nếu một điện áp được đặt vào chiều ngược lại (từ phía N sang phía P). Mặc dù một dòng điện cực nhỏ chạy thực tế, gọi là dòng điện rò ngược chiều, nó được xử lý như không chạy vì nó không tác động đến hoạt động của mạch thực. Tuy nhiên nếu điện áp rò ngược chiều này được tăng lên đầy đủ, cường độ của dòng điện cho phép đi qua bởi diode sẽ tăng lên đột ngột. Hiện tư*ợng này được gọi là đánh thủng diode, và điện áp này được gọi là điện áp đánh thủng.
Chức năng chỉnh l*ưu:
- Điện áp chỉnh lư*u bán kỳ:
Điện áp từ máy phát AC được đặt vào một diode.
Vì điện áp được ở đoạn (a), (b) được đặt vào diode theo chiều thuận, dòng điện sẽ chạy qua diode này. Tuy nhiên, điện áp được đọan (b), (c) được đặt vào diode này theo chiều ngược, nên dòng điện không được phép đi qua diode này. Vì chỉ có một nửa dòng điện do máy phát sinh ra được phép đi qua diode này.
Hình 34. Hoạt động chỉnh lưu
- Chỉnh lưu toàn kỳ:
Khi cực A của máy phát là dương, cực B là âm, và dòng điện chạy như thể hiện ở sơ đồ trên của hình minh họa (2). Khi sự phân cực của các đầu này ngược lại, dòng điện chạy như thể hiện ở sơ đồ dưới của hình minh họa (2). Điều này có nghĩa là dòng điện ra luôn luôn chỉ chạy về một chiều qua điện trở R.
Ví dụ về ứng dụng:
Các diode nắn dòng thường được sử dụng nh*các bộ chỉnh l*u cho các máy phát điện xoay chiều
2.2 Diode Zener
2.2.1. Mô tả
Hình 36. Diode Zenner
Diode Zenner cho phép dòng điện chạy qua theo chiều thuận giống như diode thường. Tuy nhiên, nó cũng có thể cho dòng điện ngược đi qua trong một số trường hợp.
2.2.2. Các đặc điểm
Hình 37. Hoạt động của diode Zenner
Dòng điện chạy theo chiều thuận từ phía p sang phía n qua một diode Zener như một diode thường. Một dòng điện chạy theo chiều ngược lại khi điện áp đặt vào hai đầu Zenner lớn hơn điện áp hoạt động của nó. Điều này được gọi là điện áp Zener, nó giữ nguyên không thay đổi trong thực tế, bất kể cường độ của dòng điện như *thế nào. Một diode Zener có thể ấn định với các điện áp hoạt động khác nhau tuỳ theo sự áp dụng hoặc mục đích của nó.
2.2.3. Ví dụ về ứng dụng
Các diode Zener được sử dụng cho các mục đích khác nhau, quan trọng nhất là được sử dụng trong bộ tiết chế cho máy phát điện xoay chiều. Điện áp ra được điều chỉnh thường xuyên, bằng cách gắn diode Zener vào một mạch điện.
2.3 LED (Diode phát sáng)
2.3.1. Mô tả
LED là một diode liên kết p-n cũng giống nh*ư diode thường. Nó phát sáng khi một dòng điện đi qua theo một chiều thuận, các LED có thể phát sáng với các màu khác nhau như* màu đỏ, vàng và xanh lục.
2.3.2. Các đặc điểm
Các LED có các đặc điểm sau:
- Phát nhiệt ít hơn và có tuổi thọ dài hơn các bóng điện thường.
- Phát ánh sáng tốt với mức tiêu thụ điện thấp.
- Phản ứng với điện áp thấp (tốc độ phản ứng nhanh).
Hình 39. LED
2.3.3. Ví dụ về ứng dụng
Các LED được sử dụng trong các loại đèn phanh lắp trên cao và các đèn báo, v.v...
2.4 Diode quang
2.4.1. Mô tả
Diode quang là diode liên kết p-n gồm có một chất bán dẫn và một thấu kính. Nếu đặt một điện áp ngược chiều vào diode quang được chiếu ánh sáng, thì một dòng điện ngược chiều sẽ chạy qua. Cường độ của dòng điện này sẽ thay đổi theo tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng rơi trên diode quang này. Nói khác đi, diode quang có thể xác định cường độ ánh sáng bằng cách phát hiện cường độ của dòng điện ngược khi đặt điện áp ngược.
Hình 40. Diode quang
2.4.2. Ví dụ về ứng dụng
Các diode quang được sử dụng trong các cảm biến ánh sáng mặt trời cho các máy điều hòa không khí, v.v...
Hình 41. Ứng dụng Diode quang
3. Các transistor
3.1 Các transistor thường
3.1.1. Mô tả
Hình 42. Transistor
Một transistor chứa ba lớp gồm có một chất bán dẫn loại P kẹp giữa hai bán dẫn loại N, hoặc một bán dẫn loại N kẹp giữa hai bán dẫn loại P. Một điện cực được gắn vào mỗi lớp nền: B (cực gốc), E (cực phát) và C (cực góp). Các transistor thường chia làm hai loại, NPN và PNP, tuỳ theo cách bố trí các chất bán dẫn. Một transistor thực hiện các chức năng sau đây:
- Khuyếch đại
- Chuyển mạch
3.1.2. Hoạt động cơ bản
Trong một transistor NPN khi dòng điện IB chạy từ B tới E, dòng điện Ic chạy từ C đến E.
Trong transistor PNP khi dòng điện IB chạy từ E (cực phát) đến B (cực gốc), dòng điện Ic chạy từ E đến C. Dòng điện IB được gọi là dòng cực gốc, và dòng điện Ic được gọi là dòng cực góp. Do đó, dòng điện Ic sẽ chạy khi có dòng điện I*B.
3.1.3. Các đặc tính
Hình 43. Hoạt động Transistor
Trong một transistor thường dòng điện cực góp (Ic) và dòng điện cực gốc (IB) có mối quan hệ được thể hiện trong sơ đồ này. Các transistor thường có hai chức năng theo công dụng cơ bản: Như* được thể hiện trong Hình 41, phần "A" có thể được sử dụng như *một bộ khuyếch đại tín hiệu và phần "B" có thể được sử dụng nh*ư một công tắc.
3.1.4. Khuyếch đại tín hiệu
Trong phạm vi "A" của đồ thị này, dòng cực góp lớn gấp 10 đến 1000 lần dòng cực gốc. Do đó, sử dụng cực nền làm tín hiệu vào (IB) thì tín hiệu ra ở cực góp (IC) được khuếch đại lên.
3.1.5. Chức năng chuyển mạch
Trong một transistor, dòng cực góp (Ic) sẽ chạy khi có dòng điện cực gốc (IB). Do đó dòng điện cực gốc có thể bật mở “ON” và ngắt “OFF” bằng cách bật mở và ngắt dòng điện cực gốc (IB). Đặc điểm này của transistor có thể được sử dụng như một công tắc.
3.1.6. Ví dụ về ứng dụng
Các transistor được sử dụng trong rất nhiều mạch. Không có sự khác nhau về chức năng giữa các transistor NPN và PNP.
3.2 Transistor quang
3.2.1. Các đặc điểm
Khi transistor quang nhận ánh sáng trong khi điện (+) được đ*ặt vào cực góp và cực phát của nó được nối mát, một dòng điện sẽ chạy qua mạch này. Cường độ của dòng chạy qua mạch sẽ thay đổi theo lượng ánh sáng chiếu trên transistor quang này. Do đó, ánh sáng chiếu trên transistor này có cùng chức năng của dòng điện cực gốc của một transistor thường.
Hình 45. Transistor quang
3.2.2. Ví dụ về ứng dụng
Trong các ô tô, các transistor quang được sử dụng trong các cảm biến giảm tốc, v.v...
Hình 46. Ứng dụng transistor quang
4. IC (Mạch tích hợp)
Một IC là tổ hợp của vài đến vài nghìn mạch điện chứa các transistor, các diode, các tụ điện, các điện trở, v.v... chúng được gắn lên vài mm2 của chíp silic, và được đặt trong một khối bằng nhựa hoặc gốm. Một IC đơn có thể có một số khả năng và chức năng đặc biệt như khả năng so sánh logic 2 tín hiệu hoặc các trị số, khả năng khuyếch đại một điện áp đầu vào. Các IC có *ưu thế hơn các mạch không tích hợp:
- Vì nhiều yếu tố có thể được gắn lên một chíp silic đơn, các đầu nối tiếp xúc có thể được giảm đi đáng kể, dẫn đến giảm các h*ư hỏng.
- Chúng nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều.
- Chi phí sản xuất thấp hơn nhiều.
Một IC chứa rất nhiều các phần tử, từ 1000 đến 100.000, được gọi là một LSI (Tích hợp quy mô lớn). Một IC chứa hơn 100.000 phần tử được gọi là VLSI (Tích hợp quy mô rất lớn).
Hình 47. Cấu tạo IC Hình 48. Tín hiệu tương tự
5. Các tín hiệu tương tự và số hoá
Các tín hiệu điện có thể chia thành 2 loại: tương tự và số
5.1. Tín hiệu tương tự
Các tín hiệu tương tự thay đổi liên tục và thông suốt theo thời gian.
Vì vậy, đặc điểm chung của tín hiệu tương tự là ở chỗ đầu ra của nó thay đổi theo tỷ lệ với đầu vào của nó.
5.2. Tín hiệu số
Các tín hiệu số thay đổi (Mở “ON” và Ngắt “OFF”) từng lúc theo thời gian. Đặc tính chung của một mạch số là ở chỗ đầu ra của nó thay đổi đột ngột khi đầu vào của nó tăng lên tới mức nào đó. Chẳng hạn như*, khi đầu vào tăng từ 0V đến 5V, đầu ra vẫn ở 0V cho đến khi đầu vào đạt tới 5V. Tuy nhiên đầu ra này đột ngột nhảy lên 5V ngay khi đầu vào đạt tới 5V. Mở và Ngắt chỉ ra một tín hiệu đang được chuyển đi hay không. Bình thường, Mở được thể hiện là 1 và Ngắt là 0. Khi một điện áp được sử dụng nh*ư một tín hiệu đầu vào thì cần phải lấy một điện áp nào đó làm chuẩn. Sau đó, mọi điện áp trên điện áp chuẩn này là các tín hiệu 1, và dư*ới điện áp chuẩn là các tín hiệu 0. Chẳng hạn như*, nếu đạt điện áp chuẩn là 5V, thì máy tính sẽ xác định rằng các tín hiệu 9V, 7V và 6V là 1, và các tín hiệu này thể hiện một tín hiệu đầu vào. Mặt khác các tín hiệu 2V và 0V sẽ được coi là "0" và không có tín hiệu đầu vào nào sẽ được coi là tồn tại.
6. Các mạch logic
6.1 Mô tả
Các IC số chứa vài phần tử khác nhau. Các mạch trong một IC số được gọi là các mạch logic hoặc các mạch số và lập thành một tổ hợp các loại khác nhau như *các cổng NOT, OR, NOR, AND và NAND. Vì các cổng này có khả năng đặc biệt để xử lý logic hai hoặc nhiều tín hiệu, chúng cũng được gọi là các cổng logic. Một mối quan hệ logic nào đó được thiết lập giữa các đầu vào và đầu ra của tín hiệu số. Một bảng thực trình bày mối quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra của tín hiệu số.
Hình 50. IC số
6.2. Cổng NOT
Hình 51. Cổng NOT
Một cổng NOT có đầu ra là một tín hiệu ngược với tín hiệu đầu vào. Khi một điện áp được đặt lên cực vào A, không có điện áp nào được truyền ở cực ra Y.
Một mạch điện có cùng chức năng như* cổng NOT: Khi công tắc A đóng lại (ON), nó mở (OFF) các điểm tiếp xúc trong relay, làm cho đèn tắt.
Hình 52. Sơ đồ hoạt động cổng NOT
6.3. Cổng OR
Trong một cổng OR, tín hiệu ra sẽ là 1 khi chỉ cần một tín hiệu vào là 1. Khi đặt một điện áp vào một hoặc hai đầu vào A và B, sẽ có một điện áp ở đầu ra Y.
Hình 53. Cổng OR
Một mạch điện có cùng chức năng nh*ư cổng OR: Khi một hoặc cả hai công tắc A và B được đóng lại (ON), đèn này sẽ sáng lên.
Hình 54. Hoạt động cổng OR
6.4. Cổng NOR
Một cổng NOR là tổ hợp của một cổng OR và cổng NOT. Tín hiệu này tại đầu ra Y sẽ chỉ là 1 khi cả hai đầu vào A và B là 0. Tín hiệu này tại đầu ra Y sẽ là 0 nếu một hoặc cả hai đầu vào A và B là số 1.
Hình 55. Cổng NOR
6.5. Cổng AND
Trong một cổng AND, đầu ra sẽ là 1 khi mọi tín hiệu vào là 1. Sẽ có một điện áp ở đầu ra Y khi điện áp được đặt vào cả hai đầu vào A và B.
Hình 56. Cổng AND
Hình 57. Hoạt động cổng AND
Một mạch điện có cùng chức năng như cổng AND: Đèn sẽ không sáng lên trừ khi cả hai công tắc A và B được đóng lại (ON).
6.6. Cổng NAND
Cổng NAND là một tổ hợp của một cổng AND và một cổng NOT. Tín hiệu ở đầu ra Y sẽ là 1 khi một hoặc hai đầu vào A và B là 0. Tín hiệu ở đầu ra Y sẽ là 0 nếu cả hai đầu vào A và B là 1.
Hình 58. Cổng NAND
6.7 Bộ so
Một bộ so sẽ đối chiếu điện áp của đầu vào dương (+) với đầu vào âm (-). Nếu điện áp của đầu vào dương A cao hơn điện áp của đầu vào âm B, đầu ra Y sẽ là 1. Nếu điện áp của đầu vào dương A thấp hơn điện áp của đầu vào âm B, đầu ra Y sẽ là 0.
Hình 59. Bộ so
7. Máy vi tính
7.1 Mô tả và cấu tạo
Máy vi tính nhận được các tín hiệu từ các thiết bị đầu vào, xử lý các tín hiệu đó và điều khiển các thiết bị đầu ra. Một máy vi tính được gọi là bộ ECU (bộ điều khiển điện tử). Trong các hệ thống chung trên xe, các bộ phận đầu vào là các cảm biến, và các bộ phận đầu ra là các bộ chấp hành.
7.2. Cấu tạo
Một máy vi tính gồm có một bộ CPU (bộ xử lý trung tâm), các bộ nhớ khác nhau, và một giao diện I/O (đầu vào/đầu ra).
- Bộ nhớ :
Bộ nhớ gồm có các mạch điện để lư*u giữ các chương trình điều hành hoặc các dữ liệu được trao đổi. Có hai loại bộ nhớ: ROM (bộ nhớ chỉ đọc), và RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên). Bộ nhớ ROM không thể thay đổi hoặc xóa đi. Vì vậy, các dữ liệu được l*ưu giữ sẽ không mất đi dù là nguồn điện bị ngắt. Vì vậy bộ nhớ ROM được sử dụng để l*u giữ các chương trình không cần phải thay đổi hoặc xóa đi. Bộ nhớ RAM là một loại bộ nhớ, trong đó các dữ liệu có thể được thay đổi hoặc xóa đi. Bất cứ dữ liệu nào đã được l*ưu giữ sẽ mất đi khi nguồn điện bị cắt. Vì vậy bộ nhớ RAM được sử dụng để l*ưu giữ các dữ liệu có thể được thay đổi hoặc xóa đi thông qua các phép tính do bộ CPU thực hiện.
- CPU :
Bộ CPU này là trung tâm chức năng của một máy tính, nó gồm có một cơ cấu điều khiển và một bộ phận tính toán. Nó thực hiện các lệnh do một chương trình ra lệnh theo các tín hiệu từ các cơ cấu đầu vào, và điều khiển các thiết bị đầu ra.
- Giao diện I/O:
Một giao diện I/O biến đổi các dữ liệu từ các thiết bị đầu vào thành các tín hiệu có thể được bộ CPU và bộ nhớ nhận dạng. Ngoài ra, nó còn biến đổi các dữ liệu do bộ CPU xử lý thành các tín hiệu có thể được các thiết bị đầu ra nhận dạng. Vì các dữ liệu truyền các tốc độ của các thiết bị I/O, CPU, và các bộ phận của bộ nhớ khác nhau, một trong các chức năng của giao diện I/O dùng để điều chỉnh các tốc độ đó.
THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ
I. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN
1. Khái quát về điện
Các thiết bị điện được sử dụng trong nhiều hệ thống của ô tô và có các chức năng khác nhau.
1.1 Các chức năng của điện
- Chức năng phát nhiệt
Nhiệt được tạo ra khi điện đi qua một điện trở, như* cái châm thuốc lá, cầu chì.
- Chức năng phát sáng
Ánh sáng được phát ra khi điện đi qua một điện trở, như* một bóng đèn phát sáng.
- Chức năng từ tính
Một lực từ được tạo ra khi điện đi qua một dây dẫn hoặc cuộn dây, như *cuộn dây đánh lửa, máy phát điện, kim phun.
Mọi chất đều có các nguyên tử, các nguyên tử gồm có hạt nhân và các điện tử. Một nguyên tử kim loại có các điện tử tự do. Các điện tử tự do là các điện tử có thể chuyển động tự do từ các nguyên tử.
Việc truyền các nguyên tử tự do này trong các nguyên tử kim loại sẽ tạo ra điện. Do đó điện chạy qua một mạch điện là sự di chuyển của các điện tử trong một dây dẫn. Khi đặt một điện áp vào cả 2 đầu của một dây dẫn kim loại, các điện tử chạy từ cực âm đến cực dương. Chiều chuyển động của dòng điện tử ngược chiều với chiều của dòng điện.
1.2 Ba yếu tố của điện
Điện bao gồm ba yếu tố cơ bản:
- Dòng điện
Đây là dòng chảy qua một mạch điện.
Đơn vị : A (Ampe)
- Điện áp
Đây là lực điện động làm dòng điện chạy qua một mạch điện. Điện áp càng cao thì lượng dòng điện càng lớn sẽ chảy qua mạch điện này.
Đơn vị : V (Vôn)
- Điện trở
Đây là phần đối lập với dòng điện, thể hiện sự cản trở dòng điện trong mạch.
Đơn vị : Ω (Ohm)
Mối quan hệ giữa dòng điện, điện áp và điện trở có thể biểu diễn bằng định luật Ohm.
1.3 Công suất
Công suất điện được thể hiện bằng lượng công do một thiết bị điện thực hiện trong một giây.
Công suất được đo bằng Watt (W), và 1W là lượng công nhận được khi một điện áp là 1 V đặt vào một điện trở của phụ tải tạo ra dòng điện là 1A trong một giây.
Công suất được tính theo công thức sau:
P = U.I
- P: Công suất, đơn vị : W
- I: Dòng điện, đơn vị : A
- U: Điện áp, đơn vị : V
Ví dụ:
Nếu đặt 5A của một dòng điện trong thời gian một giây, bằng một điện áp là 12V, thì thiết bị điện này thực hiện được công là 60W (5 x 12 = 60)
1.4 Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều
Một dòng điện có chiều không thay đổi với một biên độ không thay đổi được gọi là dòng điện một chiều. Mặt khác, một dòng điện thay đổi chiều và có biên độ thay đổi được gọi là dòng điện xoay chiều.
Hình 3. Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều
- Dòng điện một chiều (DC)
Đây là loại dòng điện chạy theo chiều không thay đổi, từ cực dương đến cực âm, như* trong ắc quy của ô tô hoặc pin khô.
- Dòng điện xoay chiều (AC)
Đây là loại dòng điện đổi chiều theo các chu kỳ đều đặn. Điện tại các ổ cắm trong nhà hoặc nguồn điện 3 pha công nghiệp được sử dụng trong các nhà máy là một số ví dụ.
2. Điện trở
Điện trở sử dụng trên ô tô có nhiều dạng khác nhau. Một điện trở khá thông dụng trong kỹ thuật điện tử cũng như trong ô tô là điện trở than. Điện trở than gồm hỗn hợp bột than và các chất khác được pha trộn theo tỉ lệ khác nhau nên có trị số điện trở khác nhau. Bên ngoài điện trở được bọc bằng lớp cách điện. Trị số của điện trở được ký hiệu bằng các vòng màu.
Hình dáng của điện trở than và các vòng màu như Hình 4.
Trong trường hợp đặc biệt, nếu không có vòng số 4 (loại điện trở có 3 vòng màu) thì sai số là 20%.
Cách đọc:
Đọc từ trái sang phải. Vạch đầu tiên và vạch thứ hai biểu thị giá trị thực của điện trở, vạch thứ ba biểu thị thang nhân 10x (với x là giá trị tương ứng với giá trị của màu), vạch thứ tư là dung sai của điện trở.
Ví dụ:
Điện trở có các vạch màu lần lượt từ trái sang là: Đỏ - tím - cam - bạc. Thì giá trị của điện trở sẽ là:
Đỏ = 2, tím = 7, cam =103, bạc = 10%.
Vậy: R = 27 . 103 10%
R = 27 K 10%
Lưu ý khi mua điện trở:
Người ta không thể chế tạo điện trở có đủ tất cả trị số từ nhỏ nhất đến lớn nhất mà chỉ chế tạo các điện trở có trị số theo tiêu chuẩn với vòng màu số một và vòng màu số hai có giá trị như sau:
10,12,15,18,22,27,33,39,43,47,51,56,68,75,82,91
Bảng 1. Các giá trị điện trở
Ví dụ: Có các điện trở: 1 ; 10 ; 100 ; 1K ...
1,5 ; 15 ; 150 ; 1,5K ...
4,7 ; 47 ; 470 ; 4,7K
Bảng qui ước về các vạch màu của điện trở:
Hình 4. Vạch màu của điện trở
Vòng số 1
(số thứ nhất)
Vòng số 2
(số thứ hai)
Vòng số 3
(số bội)
Vòng số 4 (sai số)
Đen:00 x 100
Nâu:11 x 101
Đỏ:22 x 102
Cam;33 x 103
Vàng:44 x 104
Xanh lá;55 x 105
Xanh dương 66x 106
Tím 77 x 107
Xámm 88x 108
Trắng 99x 109
Vàng kim 1010x 10-1
Bạc kim 1111x 10-2
Bảng 2. Giá trị của các vạch màu
Đối với điện trở có 5 vòng màu, cách đọc tương tự như điện trở 4 vòng màu, chỉ khác là 3 vòng màu đầu tiên chỉ 3 số, vòng 4 chỉ số bội, vòng 5 là sai số.
Điện trở nhiệt
Thermistor) Là loại điện trở nhiệt có trị số thay đổi theo nhiệt độ. Nhiệt trở thường dùng để ổn định nhiệt cho các tầng khuyếch đại công suất hay làm linh kiện cảm biến trong các hệ thống điều khiển tự động theo nhiệt độ.Hình 5. Nhiệt điện trở
Có hai loại nhiệt trở:
- Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt điện trở âm là loại nhiệt điện trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì trị số điện trở giảm xuống và ngược lại.
- Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt điện trở dương là loại nhiệt điện trở khi nhận được nhiệt độ cao hơn thì trị số điện trở tăng lên.
Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm là một loại bán dẫn có điện trở thay đổi theo các biến đổi về nhiệt độ. Nói khác đi, nhiệt điện trở có thể xác định nhiệt độ bằng cách dò điện trở.
Ví dụ về ứng dụng:
Trong các xe ô tô, các nhiệt điện trở được sử dụng trong cảm biến nhiệt độ n*ước và cảm biến nhiệt độ không khí nạp, v.v...
Phần tử áp điện:
Điện trở của một phần tử áp điện sẽ thay đổi khi nó chịu áp suất hoặc lực căng.
Phần tử từ trở:
Điện trở của một phần tử từ trở sẽ thay đổi khi từ trư*ờng đặt vào nó.
Vì các thay đổi về điện trở trong các phần tử này nhỏ, các IC (các mạch tích hợp) được khuyếch đại. Sau đó điện trở này được biến đổi thành xung hoặc các tín hiệu tư*ơng tự để sử dụng chúng nh*ư các tín hiệu cảm biến.
Hình 7. Phần tử áp điện
3. Tụ điện
Một tụ điện có các điện cực, gồm có 2 tấm kim loại hoặc các màng kim loại đối diện với nhau. Chất cách điện (hoặc chất điện môi), có thể làm bằng các chất cách điện khác nhau, được đặt giữa các điện cực. Trong sơ đồ này, không khí có tác dụng như* chất cách điện.
Khi đặt điện áp vào cả 2 điện cực bằng cách nối các cực âm và dương của một ắc quy, các điện cực sẽ tích điện dương và âm. Khi các điện cực của một tụ điện tích điện bị đoản mạch, sẽ có một dòng điện tức thời chạy từ bản cực (+) đến bản cực (-) làm trung hòa tụ điện. Vì vậy tụ điện này được phóng điện. Ngoài chức năng tích điện mô tả trên đây, một đặc điểm đáng kể của một tụ điện là nó ngăn không cho dòng điện một chiều chạy qua.
Một số mạch điện sử dụng chức năng tích điện của tụ điện như:
Mạch điều chỉnh đối với nguồn điện, một dòng điện dự phòng cho bộ vi xử lí, một mạch định thời sử dụng lượng thời gian cần thiết để nạp và phóng điện cho tụ điện, mạch dùng tụ để ngăn dòng điện một chiều, các bộ lọc để trích hoặc loại bỏ các thành phần cụ thể của tần số. Bằng cách dùng các đặc điểm này, các tụ điện được sử dụng trong các mạch điện của ô tô cho nhiều mục đích, chẳng hạn như* để loại trừ nhiễu hoặc thay thế cho nguồn điện hoặc một công tắc.
Các đặc điểm tích điện của tụ điện
Khi đặt một điện áp của dòng điện một chiều vào tụ điện đã phóng điện hoàn toàn, dòng điện sẽ bắt đầu chạy ở một tốc độ nhanh . Sau khi tụ điện bắt đầu tích điện, dòng điện sẽ giảm xuống. Cuối cùng, khi dung lượng tĩnh điện (khả năng tích điện của tụ điện) của tụ điện đã đạt được, dòng điện sẽ dừng chạy. Điện áp của tụ điện ở thời điểm này bằng điện áp đặt.
Text Box: Hình 9. Hoạt động phóng nạp của tụ điện
4. Công tắc, cầu chì và relay
4.1 Công tắc
Công tắc là một thiết bị đóng ngắt dòng điện do con người tác động. Do yêu cầu về thẩm mỹ và không gian lắp đặt nên kích thước công tắc ngày càng nhỏ gọn hơn. Công tắc cũng có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào công dụng của nó.
- Công tắc xoay
Hình 10. Công tắc xoay
- Công tắc ấn, công tắc bập bênh
Hình 8. Công tắc ấn Hình 11. Công tắc bập bênh
- Công tắc cần, công tắc phát hiện nhiệt độ
Hình 12. Công tắc cần Hình 13. Công tắc phát hiện nhiệt độ
- Công tắc phát hiện dòng điện, công tắc vận hành bằng sự thay đổi mức dầu
Hình 14. Công tắc phát hiện dòng điện Hình 14. Công tắc phát hiện mức dầu
4.2 Cầu chì
Một dải kim loại mỏng sẽ bị cháy khi dòng điện quá lớn chạy qua nó, bằng cách này sẽ ngắt dòng điện và bảo vệ mạch điện khỏi bị h*ư hỏng.
Cầu chì dòng cao là một dây có chiều dày lớn được đặt trong các mạch điện cường độ dòng điện cao có thể cháy khi quá tải, bằng cách này sẽ bảo vệ mạch điện.
4.2 Relay
Nếu mạch điện của các thiết bị đòi hỏi cường độ dòng điện cao gồm có một nguồn điện, một công tắc và một bóng đèn được mắc nối tiếp, công tắc và bộ dây điện phải có công suất cao để có thể chịu được cường độ dòng điện cao. Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng một relay để giảm dòng qua công tắc. Công tắc điều khiển relay, còn relay thì điều khiển dòng lớn qua thiết bị điện.
Sơ đồ ở Hình 15 mô tả cơ chế làm việc của một relay. Khi đóng công tắc, dòng điện chạy giữa các điểm 1 và 2, do đó từ hóa cuộn dây. Lực từ của cuộn dây hút tiếp điểm di động giữa các điểm 3 và 4. Do đó, các điểm 3 và 4 đóng lại và để dòng điện chạy vào bóng đèn. Vì vậy qua việc sử dụng một relay, công tắc và dây dẫn đến công tắc có thể có công suất thấp.
Hình 17. Mạch điện điều khiển
Các loại relay
Các relay được phân loại thành các loại như Hình 16 tùy theo cách mở hoặc đóng chúng:
- Loại thường mở:
Loại này thường mở, và chỉ đóng khi cuộn dây được cấp điện. (A) và (B) trong sơ đồ này.
- Loại thường đóng:
Loại này thường đóng, và chỉ mở khi cuộn dây được cấp điện. (C) trong sơ đồ này.
- Loại 2 tiếp điểm:
Loại này chuyển mạch giữa hai tiếp điểm, tùy theo trạng thái của cuộn dây. (D) trong sơ đồ này.
(D)
(B)
Hình 18. Các loại relay
5. Nguyên lí về phát điện
5.1 Cảm ứng điện từ
Một dây dẫn có thể chuyển động tự do được đặt giữa các cực N và S của một nam châm được thể hiện trong Hình 17. Sau đó, mắc một điện kế vào dây dẫn để thành một mạch kín. Khi dịch chuyển dây dẫn này giữa các cực từ như* thể hiện trong sơ đồ, kim chỉ của điện kế sẽ xoay đi.
Như vậy, khi dây dẫn được dịch chuyển giữa các cực từ, dây dẫn sẽ đi qua và cắt từ thông, sinh ra một dòng điện. Vì vậy, nếu dịch chuyển dây dẫn song song với từ thông, sẽ không sinh ra dòng điện.
Hiện tượng sinh ra dòng điện này được gọi là cảm ứng điện từ, và dòng điện chạy qua dây dẫn được gọi là dòng cảm ứng.
Hình 19. Cảm ứng điện từ Hình 20. Quy tắc bàn tay phải
Dòng cảm ứng này được tạo ra bởi sức điện động do kết quả của cảm ứng điện từ. Do đó sức điện động này được gọi là sức điện động cảm ứng.
Chiều dòng điện
Hình 18 cho thấy mối quan hệ giữa chiều của từ trường, chiều của dòng điện cảm ứng, và chiều di chuyển của dây dẫn. Mối quan hệ này được gọi là quy tắc bàn tay phải của Fleming.
5.2 Nguyên lí về máy phát điện
Đại lượng và chiều của sức điện động cảm ứng được tạo ra bằng cách quay một cuộn dây sẽ thay đổi theo vị trí của cuộn dây này.
Trong sơ đồ (1) ở Hình 18, dòng điện chạy từ chổi than A đến bóng đèn. Trong sơ đồ (2), nguồn điện của dòng ngưng lại. Trong sơ đồ (3) dòng điện chạy từ chổi than B đến bóng đèn.
Do đó dòng điện được tạo ra bởi thiết bị này là dòng điện xoay chiều. Do đó thiết bị này được gọi là máy phát điện xoay chiều.
Hình 21. Nguyên lý máy phát điện xoay chiều
5.3 Hiệu ứng tự cảm
(1) (2)
Hình 22. Hiệu ứng tự cảm
Khi đóng hoặc mở công tắc trong sơ đồ (1), từ thông trong cuộn dây sẽ thay đổi. Khi đó một sức điện động được sinh ra trong cuộn dây. Để tạo ra các điều kiện giống như vậy mà không làm cho dòng điện chạy qua cuộn dây này, ta dịch chuyển một nam châm ra vào một cuộn dây như* thể hiện trong sơ đồ (2).
Chuyển động của một nam châm ra và vào một cuộn dây sẽ tạo ra sức điện động trong cuộn dây đó. Sức điện động này được tạo ra bất kể là có dòng điện chạy trong cuộn dây hay không.
Do đó, các thay đổi của từ thông sinh ra dòng điện hoặc đóng ngắt dòng điện qua cuộn dây này làm cho cuộn dây đó sinh ra sức điện động. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng tự cảm.
Hiệu ứng cảm ứng tương hỗ
Hai cuộn dây được bố trí như trong sơ đồ. Khi dòng điện chạy qua một cuộn dây (cuộn dây sơ cấp) bị thay đổi, một sức điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây kia (cuộn dây thứ cấp) theo chiều ngăn không cho từ thông ở cuộn dây sơ cấp thay đổi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng cảm ứng tương hỗ.
Một bô bin sử dụng hiệu ứng này. Bô bin có chứa cuộn dây đánh lửa của ô tô để tạo ra điện áp cao đặt vào bugi. Khi duy trì một dòng điện không đổi qua cuộn dây sơ cấp thì không có sức điện động nào được tạo ra trên cuộn thứ cấp. Khi dòng điện sơ cấp bị ngắt bằng cách xoay công tắc từ vị trí ON (mở) đến OFF (ngắt), từ thông được tạo ra bởi dòng điện sơ cấp ngắt đột ngột. Do đó một sức điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây thứ cấp theo chiều sẽ ngăn từ thông không bị khử đi.
Một bô bin sẽ cho phép dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp, và khi dòng điện này bị ngắt, điện áp cao được tạo ra trên cuộn thứ cấp thông qua hiệu ứng tự cảm tương hỗ.
Sức điện động tự cảm được tạo ra bởi thiết bị này sẽ thay đổi theo các điều kiện sau đây:
- Thay đổi tốc độ của từ thông:
Một thay đổi xuất hiện trong một thời gian ngắn sẽ tạo ra một sức điện động lớn hơn.
- Lượng từ thông:
Lượng từ thông thay đổi càng lớn, sức điện động càng lớn.
- Số vòng dây của cuộn dây thứ cấp: Với cùng mức thay đổi về từ thông, số vòng dây càng lớn thì sức điện động càng lớn.
Do đó để sinh ra một điện áp thứ cấp cao, dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp phải càng lớn càng tốt, và sau đó dòng điện này cần được ngắt đột ngột.
6. Đồng hồ đo điện
Có thể sử dùng đồng hồ đo điện để đo dòng, điện áp và điện trở của một mạch điện, cũng như* để kiểm tra thông mạch của một mạch điện và thử các diode.
6.1 Chọn phạm vi đo
Khi cần đo một đại lượng nào đó: điện trở, điện áp xoay chiều, một chiều, ... phải chọn thang đo thích hợp để đảm bảo giá trị đo chính xác và tránh hư hỏng cho đồng hồ.
6.2 Đo điện áp của dòng điện xoay chiều
Mục đích:
Để đo điện áp của các đường dây cung cấp điện ở hộ gia đình hoặc nhà máy, các mạch điện có điện áp xoay chiều, và các điện áp đầu ra của máy biến áp công suất.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo điện áp của dòng xoay chiều và nối các đầu dây thử. Các cực của đầu dò có thể thay thế lẫn nhau.
Hình 25. Đo điện áp xoay chiều Hình 26. Đo điện áp dòng một chiều
6.3 Đo điện áp của dòng một chiều
Mục đích:
Để đo điện áp của các loại ắc quy, thiết bị điện, và các mạch transistor, và các điện áp và mức sụt điện áp trong các mạch.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo điện áp của dòng điện một chiều. Đặt đầu đo âm, màu đen vào mát, đầu đo dương, màu đỏ vào khu vực được thử, và đọc giá trị đo.
6.4 Đo điện trở
Mục đích:
Để đo điện trở của một biến trở, thông mạch của một mạch điện, đoản mạch (0 ), mạch hở (¥).
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào vị trí đo điện trở/thông mạch. (Nếu màn hình thể hiện “ “ vào thời điểm này, đồng hồ đo đang ở chế độ thử thông mạch. Do đó bấm công tắc chọn chế độ để chuyển đồng hồ đo vào chế độ kiểm tra điện trở). Sau đó đặt đầu thử vào mỗi đầu của một điện trở hoặc một cuộn dây để đo điện trở. Phải bảo đảm rằng không đặt điện áp vào điện trở ở thời điểm này. Không thể đo được diode trong phạm vi này, vì điện áp được sử dụng của diode thấp.
Hình 27. Đo điện trở Hình 28. Đo diode
6.5 Kiểm tra thông mạch
Mục đích:
Để kiểm tra thông mạch của một mạch điện.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo thông mạch. (Bảo đảm rằng màn hình hiện “ ” vào thời điểm này. Nếu không như vậy, bấm công tắc chọn chế độ để chuyển đồng hồ này sang chế độ đo thông mạch). Nối các đầu thử vào mạch điện cần thử. Chuông báo sẽ kêu lên nếu mạch điện thông mạch.
6.6 Thử diode
Mục đích: Để thử một diode.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào chế độ thử diode. Kiểm tra thông mạch của cả 2 chiều. Nếu diode này có thông mạch ở một chiều và không có thông mạch khi tráo đổi các đầu thử, diode này được xác định là bình thường.
Nếu diode có thông mạch ở cả 2 chiều, thì nó đã bị đoản mạch. Nếu nó không thông mạch cả 2 chiều, thì nó bị hở mạch.
6.7 Đo cường độ của dòng điện một chiều
Mục đích:
Để đo mức tiêu thụ cường độ của các thiết bị làm việc với dòng điện một chiều.
Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo cường độ dòng điện. Để đo cường độ của một dòng điện, phải mắc ampe kế nối tiếp với mạch điện này. Do đó, hãy tách một khu vực trong mạch điện để nối các đầu thử này. Nối đầu thử dương vào phía có điện thế cao hơn và đầu thử âm vào phía có điện thế thấp hơn, và đọc giá trị đo.
II. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ
Các điện tử cực kỳ nhỏ, là các hạt tích điện âm chuyển động quanh một hạt nhân. Các proton trong hạt nhân này tích điện dương. Điện tử học là khoa học hoặc công nghệ đề cập đến các chức năng của điện tử, cũng như *việc phát triển và ứng dụng của các bộ phận, các mạch, và các thiết bị liên quan đến công nghệ này. (Các transistor, diode, IC (các mạch tích hợp) và các bộ vi xử lý là một số ví dụ về các ứng dụng). Các IC và các bộ vi xử lý gồm* các transistor và các diode. Các thiết bị điện tử này đã thay thế nhiều thiết bị cơ khí trong quá khứ. Các thiết bị điện tử được thiết kế có nhiều chức năng hơn và nhỏ gọn hơn các thiết bị cơ khí.
Hình 29. Các thiết bị điện tử Hình 30. Điện trở của vật liệu
1. Chất bán dẫn
Chất bán dẫn là một loại vật liệu có điện trở cao hơn điện trở của các dây dẫn tốt nh*ư đồng hoặc sắt, như*ng thấp hơn điện trở của các chất cách điện như* cao su hoặc thuỷ tinh. Hai loại vật liệu bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất là Germani (Ge) và Silic (Si).Tuy nhiên trong trạng thái tinh khiết của chúng, các chất này không thích hợp với việc sử dụng thực tế của các chất bán dẫn.Vì lý do này chúng phải được pha với chất phụ gia, đó là một lượng nhỏ của các tạp chất phải thêm vào để nâng cao công dụng thực tế của chúng.
Các đặc tính của chất bán dẫn:
- Khi nhiệt độ của nó tăng lên, điện trở của nó giảm xuống.
- Tính dẫn điện của nó tăng lên khi được trộn với các chất khác.
- Điện trở của nó thay đổi khi có tác dụng của ánh sáng, từ tính hoặc các ứng suất cơ học.
- Nó phát sáng khi đặt điện áp vào, v.v...
Có thể chia các chất bán dẫn thành hai loại: Loại N và loại P.
Hình 31. Chất bán dẫn loại N và loại P
- Các chất bán dẫn loại N: Một chất bán dẫn loại N gồm có một chất nền là silic (Si) hoặc germani (Ge), đã được pha trộn với một lượng nhỏ asen (As) hoặc phốtpho (P) để cung cấp cho nó nhiều điện tử tự do, có thể chuyển động dễ dàng qua silic hoặc germani để tạo ra dòng điện. Chữ "n" của chất bán dẫn loại n có nghĩa là "âm"
- Các chất bán dẫn loại P: Mặt khác, một chất bán dẫn loại p gồm có một chất nền là silic (Si) hoặc germani (Ge) đã được pha trộn với gali (Ga) hoặc Indi (In) để tạo ra "các lỗ", có thể coi là các điện tử "khuyết" và vì các tích điện dương chạy theo chiều ngược với các điện tử tự do. Chữ "p" của chất bán dẫn loại P có nghĩa là "dương".
2. Diode
Các diode bán dẫn bao gồm chất bán dẫn loại N và loại P nối với nhau.
Một số loại diode:
- Diode chỉnh lưu thường
- Diode Zener
- LED (diode phát sáng)
- Photo Diode
Hình 23 cho thấy dòng điện chạy qua một diode nh*ư thế nào.
- Khi cực dương (+) của ắc quy được nối với phía P và cực âm (-) nối với phía N, các lỗ dương của chất bán dẫn loại P và cực dương của ắc quy đẩy lẫn nhau. Và các điện tử tự do của chất bán dẫn loại N và cực âm của ắcquy đẩy lẫn nhau, vì vậy đẩy chúng về khu vực nối p-n. Do đó các điện tử tự do và các lỗ dương này hút lẫn nhau, như* vậy làm cho dòng điện chạy qua khu vực nối p-n.
- Khi đảo ngược các cực ở ắcquy, các lỗ dương của chất bán dẫn loại p và cực âm của ắcquy hút lẫn nhau, và các điện tử tự do của chất bán dẫn loại n và cực dương của ắc quy hút lẫn nhau, vì thế kéo xa khỏi khu vực nối p-n. Kết quả là, một lớp không chứa các điện tử tự do hoặc các lỗ dương được tạo nên ở khu vực nối p-n, vì vậy ngăn chặn dòng điện chạy qua.
2.1 Diode thường
Diode thường làm cho dòng điện chỉ chạy theo một chiều: từ phía p sang phía n. Cần có một điện áp tối thiểu để dòng điện chạy từ phía p sang phía n.
- Diode silic (A) : khoảng 0,7V
- Diode germani (B) : khoảng 0,3V
Hình 33. Diode thường
Dòng điện này sẽ không chạy nếu một điện áp được đặt vào chiều ngược lại (từ phía N sang phía P). Mặc dù một dòng điện cực nhỏ chạy thực tế, gọi là dòng điện rò ngược chiều, nó được xử lý như không chạy vì nó không tác động đến hoạt động của mạch thực. Tuy nhiên nếu điện áp rò ngược chiều này được tăng lên đầy đủ, cường độ của dòng điện cho phép đi qua bởi diode sẽ tăng lên đột ngột. Hiện tư*ợng này được gọi là đánh thủng diode, và điện áp này được gọi là điện áp đánh thủng.
Chức năng chỉnh l*ưu:
- Điện áp chỉnh lư*u bán kỳ:
Điện áp từ máy phát AC được đặt vào một diode.
Vì điện áp được ở đoạn (a), (b) được đặt vào diode theo chiều thuận, dòng điện sẽ chạy qua diode này. Tuy nhiên, điện áp được đọan (b), (c) được đặt vào diode này theo chiều ngược, nên dòng điện không được phép đi qua diode này. Vì chỉ có một nửa dòng điện do máy phát sinh ra được phép đi qua diode này.
Hình 34. Hoạt động chỉnh lưu
- Chỉnh lưu toàn kỳ:
Khi cực A của máy phát là dương, cực B là âm, và dòng điện chạy như thể hiện ở sơ đồ trên của hình minh họa (2). Khi sự phân cực của các đầu này ngược lại, dòng điện chạy như thể hiện ở sơ đồ dưới của hình minh họa (2). Điều này có nghĩa là dòng điện ra luôn luôn chỉ chạy về một chiều qua điện trở R.
Ví dụ về ứng dụng:
Các diode nắn dòng thường được sử dụng nh*các bộ chỉnh l*u cho các máy phát điện xoay chiều
2.2 Diode Zener
2.2.1. Mô tả
Hình 36. Diode Zenner
Diode Zenner cho phép dòng điện chạy qua theo chiều thuận giống như diode thường. Tuy nhiên, nó cũng có thể cho dòng điện ngược đi qua trong một số trường hợp.
2.2.2. Các đặc điểm
Hình 37. Hoạt động của diode Zenner
Dòng điện chạy theo chiều thuận từ phía p sang phía n qua một diode Zener như một diode thường. Một dòng điện chạy theo chiều ngược lại khi điện áp đặt vào hai đầu Zenner lớn hơn điện áp hoạt động của nó. Điều này được gọi là điện áp Zener, nó giữ nguyên không thay đổi trong thực tế, bất kể cường độ của dòng điện như *thế nào. Một diode Zener có thể ấn định với các điện áp hoạt động khác nhau tuỳ theo sự áp dụng hoặc mục đích của nó.
2.2.3. Ví dụ về ứng dụng
Các diode Zener được sử dụng cho các mục đích khác nhau, quan trọng nhất là được sử dụng trong bộ tiết chế cho máy phát điện xoay chiều. Điện áp ra được điều chỉnh thường xuyên, bằng cách gắn diode Zener vào một mạch điện.
2.3 LED (Diode phát sáng)
2.3.1. Mô tả
LED là một diode liên kết p-n cũng giống nh*ư diode thường. Nó phát sáng khi một dòng điện đi qua theo một chiều thuận, các LED có thể phát sáng với các màu khác nhau như* màu đỏ, vàng và xanh lục.
2.3.2. Các đặc điểm
Các LED có các đặc điểm sau:
- Phát nhiệt ít hơn và có tuổi thọ dài hơn các bóng điện thường.
- Phát ánh sáng tốt với mức tiêu thụ điện thấp.
- Phản ứng với điện áp thấp (tốc độ phản ứng nhanh).
Hình 39. LED
2.3.3. Ví dụ về ứng dụng
Các LED được sử dụng trong các loại đèn phanh lắp trên cao và các đèn báo, v.v...
2.4 Diode quang
2.4.1. Mô tả
Diode quang là diode liên kết p-n gồm có một chất bán dẫn và một thấu kính. Nếu đặt một điện áp ngược chiều vào diode quang được chiếu ánh sáng, thì một dòng điện ngược chiều sẽ chạy qua. Cường độ của dòng điện này sẽ thay đổi theo tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng rơi trên diode quang này. Nói khác đi, diode quang có thể xác định cường độ ánh sáng bằng cách phát hiện cường độ của dòng điện ngược khi đặt điện áp ngược.
Hình 40. Diode quang
2.4.2. Ví dụ về ứng dụng
Các diode quang được sử dụng trong các cảm biến ánh sáng mặt trời cho các máy điều hòa không khí, v.v...
Hình 41. Ứng dụng Diode quang
3. Các transistor
3.1 Các transistor thường
3.1.1. Mô tả
Hình 42. Transistor
Một transistor chứa ba lớp gồm có một chất bán dẫn loại P kẹp giữa hai bán dẫn loại N, hoặc một bán dẫn loại N kẹp giữa hai bán dẫn loại P. Một điện cực được gắn vào mỗi lớp nền: B (cực gốc), E (cực phát) và C (cực góp). Các transistor thường chia làm hai loại, NPN và PNP, tuỳ theo cách bố trí các chất bán dẫn. Một transistor thực hiện các chức năng sau đây:
- Khuyếch đại
- Chuyển mạch
3.1.2. Hoạt động cơ bản
Trong một transistor NPN khi dòng điện IB chạy từ B tới E, dòng điện Ic chạy từ C đến E.
Trong transistor PNP khi dòng điện IB chạy từ E (cực phát) đến B (cực gốc), dòng điện Ic chạy từ E đến C. Dòng điện IB được gọi là dòng cực gốc, và dòng điện Ic được gọi là dòng cực góp. Do đó, dòng điện Ic sẽ chạy khi có dòng điện I*B.
3.1.3. Các đặc tính
Hình 43. Hoạt động Transistor
Trong một transistor thường dòng điện cực góp (Ic) và dòng điện cực gốc (IB) có mối quan hệ được thể hiện trong sơ đồ này. Các transistor thường có hai chức năng theo công dụng cơ bản: Như* được thể hiện trong Hình 41, phần "A" có thể được sử dụng như *một bộ khuyếch đại tín hiệu và phần "B" có thể được sử dụng nh*ư một công tắc.
3.1.4. Khuyếch đại tín hiệu
Trong phạm vi "A" của đồ thị này, dòng cực góp lớn gấp 10 đến 1000 lần dòng cực gốc. Do đó, sử dụng cực nền làm tín hiệu vào (IB) thì tín hiệu ra ở cực góp (IC) được khuếch đại lên.
3.1.5. Chức năng chuyển mạch
Trong một transistor, dòng cực góp (Ic) sẽ chạy khi có dòng điện cực gốc (IB). Do đó dòng điện cực gốc có thể bật mở “ON” và ngắt “OFF” bằng cách bật mở và ngắt dòng điện cực gốc (IB). Đặc điểm này của transistor có thể được sử dụng như một công tắc.
3.1.6. Ví dụ về ứng dụng
Các transistor được sử dụng trong rất nhiều mạch. Không có sự khác nhau về chức năng giữa các transistor NPN và PNP.
3.2 Transistor quang
3.2.1. Các đặc điểm
Khi transistor quang nhận ánh sáng trong khi điện (+) được đ*ặt vào cực góp và cực phát của nó được nối mát, một dòng điện sẽ chạy qua mạch này. Cường độ của dòng chạy qua mạch sẽ thay đổi theo lượng ánh sáng chiếu trên transistor quang này. Do đó, ánh sáng chiếu trên transistor này có cùng chức năng của dòng điện cực gốc của một transistor thường.
Hình 45. Transistor quang
3.2.2. Ví dụ về ứng dụng
Trong các ô tô, các transistor quang được sử dụng trong các cảm biến giảm tốc, v.v...
Hình 46. Ứng dụng transistor quang
4. IC (Mạch tích hợp)
Một IC là tổ hợp của vài đến vài nghìn mạch điện chứa các transistor, các diode, các tụ điện, các điện trở, v.v... chúng được gắn lên vài mm2 của chíp silic, và được đặt trong một khối bằng nhựa hoặc gốm. Một IC đơn có thể có một số khả năng và chức năng đặc biệt như khả năng so sánh logic 2 tín hiệu hoặc các trị số, khả năng khuyếch đại một điện áp đầu vào. Các IC có *ưu thế hơn các mạch không tích hợp:
- Vì nhiều yếu tố có thể được gắn lên một chíp silic đơn, các đầu nối tiếp xúc có thể được giảm đi đáng kể, dẫn đến giảm các h*ư hỏng.
- Chúng nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều.
- Chi phí sản xuất thấp hơn nhiều.
Một IC chứa rất nhiều các phần tử, từ 1000 đến 100.000, được gọi là một LSI (Tích hợp quy mô lớn). Một IC chứa hơn 100.000 phần tử được gọi là VLSI (Tích hợp quy mô rất lớn).
Hình 47. Cấu tạo IC Hình 48. Tín hiệu tương tự
5. Các tín hiệu tương tự và số hoá
Các tín hiệu điện có thể chia thành 2 loại: tương tự và số
5.1. Tín hiệu tương tự
Các tín hiệu tương tự thay đổi liên tục và thông suốt theo thời gian.
Vì vậy, đặc điểm chung của tín hiệu tương tự là ở chỗ đầu ra của nó thay đổi theo tỷ lệ với đầu vào của nó.
5.2. Tín hiệu số
Các tín hiệu số thay đổi (Mở “ON” và Ngắt “OFF”) từng lúc theo thời gian. Đặc tính chung của một mạch số là ở chỗ đầu ra của nó thay đổi đột ngột khi đầu vào của nó tăng lên tới mức nào đó. Chẳng hạn như*, khi đầu vào tăng từ 0V đến 5V, đầu ra vẫn ở 0V cho đến khi đầu vào đạt tới 5V. Tuy nhiên đầu ra này đột ngột nhảy lên 5V ngay khi đầu vào đạt tới 5V. Mở và Ngắt chỉ ra một tín hiệu đang được chuyển đi hay không. Bình thường, Mở được thể hiện là 1 và Ngắt là 0. Khi một điện áp được sử dụng nh*ư một tín hiệu đầu vào thì cần phải lấy một điện áp nào đó làm chuẩn. Sau đó, mọi điện áp trên điện áp chuẩn này là các tín hiệu 1, và dư*ới điện áp chuẩn là các tín hiệu 0. Chẳng hạn như*, nếu đạt điện áp chuẩn là 5V, thì máy tính sẽ xác định rằng các tín hiệu 9V, 7V và 6V là 1, và các tín hiệu này thể hiện một tín hiệu đầu vào. Mặt khác các tín hiệu 2V và 0V sẽ được coi là "0" và không có tín hiệu đầu vào nào sẽ được coi là tồn tại.
6. Các mạch logic
6.1 Mô tả
Các IC số chứa vài phần tử khác nhau. Các mạch trong một IC số được gọi là các mạch logic hoặc các mạch số và lập thành một tổ hợp các loại khác nhau như *các cổng NOT, OR, NOR, AND và NAND. Vì các cổng này có khả năng đặc biệt để xử lý logic hai hoặc nhiều tín hiệu, chúng cũng được gọi là các cổng logic. Một mối quan hệ logic nào đó được thiết lập giữa các đầu vào và đầu ra của tín hiệu số. Một bảng thực trình bày mối quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra của tín hiệu số.
Hình 50. IC số
6.2. Cổng NOT
Hình 51. Cổng NOT
Một cổng NOT có đầu ra là một tín hiệu ngược với tín hiệu đầu vào. Khi một điện áp được đặt lên cực vào A, không có điện áp nào được truyền ở cực ra Y.
Một mạch điện có cùng chức năng như* cổng NOT: Khi công tắc A đóng lại (ON), nó mở (OFF) các điểm tiếp xúc trong relay, làm cho đèn tắt.
Hình 52. Sơ đồ hoạt động cổng NOT
6.3. Cổng OR
Trong một cổng OR, tín hiệu ra sẽ là 1 khi chỉ cần một tín hiệu vào là 1. Khi đặt một điện áp vào một hoặc hai đầu vào A và B, sẽ có một điện áp ở đầu ra Y.
Hình 53. Cổng OR
Một mạch điện có cùng chức năng nh*ư cổng OR: Khi một hoặc cả hai công tắc A và B được đóng lại (ON), đèn này sẽ sáng lên.
Hình 54. Hoạt động cổng OR
6.4. Cổng NOR
Một cổng NOR là tổ hợp của một cổng OR và cổng NOT. Tín hiệu này tại đầu ra Y sẽ chỉ là 1 khi cả hai đầu vào A và B là 0. Tín hiệu này tại đầu ra Y sẽ là 0 nếu một hoặc cả hai đầu vào A và B là số 1.
Hình 55. Cổng NOR
6.5. Cổng AND
Trong một cổng AND, đầu ra sẽ là 1 khi mọi tín hiệu vào là 1. Sẽ có một điện áp ở đầu ra Y khi điện áp được đặt vào cả hai đầu vào A và B.
Hình 56. Cổng AND
Hình 57. Hoạt động cổng AND
Một mạch điện có cùng chức năng như cổng AND: Đèn sẽ không sáng lên trừ khi cả hai công tắc A và B được đóng lại (ON).
6.6. Cổng NAND
Cổng NAND là một tổ hợp của một cổng AND và một cổng NOT. Tín hiệu ở đầu ra Y sẽ là 1 khi một hoặc hai đầu vào A và B là 0. Tín hiệu ở đầu ra Y sẽ là 0 nếu cả hai đầu vào A và B là 1.
Hình 58. Cổng NAND
6.7 Bộ so
Một bộ so sẽ đối chiếu điện áp của đầu vào dương (+) với đầu vào âm (-). Nếu điện áp của đầu vào dương A cao hơn điện áp của đầu vào âm B, đầu ra Y sẽ là 1. Nếu điện áp của đầu vào dương A thấp hơn điện áp của đầu vào âm B, đầu ra Y sẽ là 0.
Hình 59. Bộ so
7. Máy vi tính
7.1 Mô tả và cấu tạo
Máy vi tính nhận được các tín hiệu từ các thiết bị đầu vào, xử lý các tín hiệu đó và điều khiển các thiết bị đầu ra. Một máy vi tính được gọi là bộ ECU (bộ điều khiển điện tử). Trong các hệ thống chung trên xe, các bộ phận đầu vào là các cảm biến, và các bộ phận đầu ra là các bộ chấp hành.
7.2. Cấu tạo
Một máy vi tính gồm có một bộ CPU (bộ xử lý trung tâm), các bộ nhớ khác nhau, và một giao diện I/O (đầu vào/đầu ra).
- Bộ nhớ :
Bộ nhớ gồm có các mạch điện để lư*u giữ các chương trình điều hành hoặc các dữ liệu được trao đổi. Có hai loại bộ nhớ: ROM (bộ nhớ chỉ đọc), và RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên). Bộ nhớ ROM không thể thay đổi hoặc xóa đi. Vì vậy, các dữ liệu được l*ưu giữ sẽ không mất đi dù là nguồn điện bị ngắt. Vì vậy bộ nhớ ROM được sử dụng để l*u giữ các chương trình không cần phải thay đổi hoặc xóa đi. Bộ nhớ RAM là một loại bộ nhớ, trong đó các dữ liệu có thể được thay đổi hoặc xóa đi. Bất cứ dữ liệu nào đã được l*ưu giữ sẽ mất đi khi nguồn điện bị cắt. Vì vậy bộ nhớ RAM được sử dụng để l*ưu giữ các dữ liệu có thể được thay đổi hoặc xóa đi thông qua các phép tính do bộ CPU thực hiện.
- CPU :
Bộ CPU này là trung tâm chức năng của một máy tính, nó gồm có một cơ cấu điều khiển và một bộ phận tính toán. Nó thực hiện các lệnh do một chương trình ra lệnh theo các tín hiệu từ các cơ cấu đầu vào, và điều khiển các thiết bị đầu ra.
- Giao diện I/O:
Một giao diện I/O biến đổi các dữ liệu từ các thiết bị đầu vào thành các tín hiệu có thể được bộ CPU và bộ nhớ nhận dạng. Ngoài ra, nó còn biến đổi các dữ liệu do bộ CPU xử lý thành các tín hiệu có thể được các thiết bị đầu ra nhận dạng. Vì các dữ liệu truyền các tốc độ của các thiết bị I/O, CPU, và các bộ phận của bộ nhớ khác nhau, một trong các chức năng của giao diện I/O dùng để điều chỉnh các tốc độ đó.
