Điện tử cơ bản - Hướng dẫn nhanh

Vật chất được tạo thành từ các phân tử bao gồm các nguyên tử. Theo lý thuyết của Bohr, “nguyên tử bao gồm hạt nhân mang điện tích dương và một số electron mang điện tích âm quay quanh hạt nhân theo nhiều quỹ đạo khác nhau”. Khi một electron được nâng từ trạng thái thấp hơn lên trạng thái cao hơn, nó được cho làexcited. Trong khi kích thích, nếu electron bị tách hoàn toàn khỏi hạt nhân, nguyên tử được cho là bị ion hóa. Vì vậy, quá trình nâng nguyên tử từ trạng thái bình thường lên trạng thái ion hóa này được gọi làionization.

Hình sau cho thấy cấu trúc của một nguyên tử.

Theo mô hình của Bohr, một electron được cho là chuyển động trong một Orbit, trong khi theo cơ học lượng tử, một electron được cho là ở đâu đó trong không gian tự do của nguyên tử, được gọi là Orbital. Lý thuyết cơ học lượng tử này đã được chứng minh là đúng. Do đó, ranh giới ba chiều nơi có thể tìm thấy một điện tử được gọi làAtomic Orbital.

Số lượng tử

Mỗi quỹ đạo, nơi một điện tử di chuyển, khác nhau về năng lượng và hình dạng của nó. Các mức năng lượng của các obitan có thể được biểu diễn bằng cách sử dụng tập hợp các tích phân và nửa tích phân rời rạc được gọi là các số lượng tử. Có bốn số lượng tử được sử dụng để xác định một hàm sóng.

Số lượng tử chính

Số lượng tử đầu tiên mô tả một electron là Principal quantum number. Biểu tượng của nó làn. Nó chỉ định kích thước hoặc thứ tự (mức năng lượng) của số. Khi giá trị của n tăng lên thì khoảng cách trung bình từ electron đến hạt nhân cũng tăng lên, năng lượng của electron cũng tăng theo. Mức năng lượng chính có thể hiểu là một lớp vỏ.

Số lượng tử Momentum góc

Số lượng tử này có lnhư biểu tượng của nó. L này cho biết hình dạng của quỹ đạo. Nó nằm trong khoảng từ 0 đến n-1.

l = 0, 1, 2… n-1

Đối với vỏ đầu tiên, n = 1.

tức là, với n-1, l = 0 là giá trị duy nhất có thể có của l khi n = 1.

Vì vậy, khi l = 0, nó được gọi là Squỹ đạo. Hình chóp S là hình cầu. Hình sau là hình chóp S.

Nếu n = 2 thì l = 0, 1 vì đây là hai giá trị có thể có của n = 2.

Chúng ta biết rằng nó là quỹ đạo S đối với l = 0, nhưng nếu l = 1, nó là P quỹ đạo.

Quỹ đạo P mà các điện tử có nhiều khả năng được tìm thấy là dumbbellhình dạng. Nó được hiển thị trong hình sau.

Số lượng tử từ tính

Số lượng tử này được ký hiệu là m_lbiểu thị sự định hướng của một quỹ đạo xung quanh hạt nhân. Các giá trị của m _l phụ thuộc vào l.

$$m_{l}= \int (-l\:\:to\:+l)$$

Với l = 0, m _l = 0 biểu thị quỹ đạo S.

Với l = 1, m _l = -1, 0, +1, đây là ba giá trị có thể có và điều này đại diện cho quỹ đạo P.

Do đó chúng ta có ba obitan P như trong hình sau.

Spin số lượng tử

Điều này được đại diện bởi m_svà electron ở đây, quay trên trục. Chuyển động quay của electron có thể là theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ như hình dưới đây.

Các giá trị có thể có cho số lượng tử spin này sẽ giống như,

$$m_{s}= +\frac{1}{2}\:\:up$$

Đối với chuyển động được gọi là spin up, kết quả là một nửa dương.

$$m_{s}= -\frac{1}{2}\:\:down$$

Đối với một chuyển động được gọi là quay xuống, kết quả là nửa âm.

Đây là bốn số lượng tử.

Nguyên tắc loại trừ Pauli

Theo Nguyên tắc Loại trừ Pauli, no two electrons in an atom can have the same set of four identical quantum numbers. Có nghĩa là, nếu bất kỳ hai electron nào có cùng giá trị n, s, ml (như chúng ta vừa thảo luận ở trên) thì giá trị l chắc chắn sẽ khác nhau trong chúng. Do đó, không có hai electron sẽ có cùng năng lượng.

Vỏ điện tử

Nếu n = 1 là vỏ thì l = 0 là vỏ con.

Tương tự, n = 2 là shell và l = 0, 1 là sub-shell.

Vỏ của các electron ứng với n = 1, 2, 3… .. lần lượt được biểu diễn bằng K, L, M, N. Các vỏ con hoặc các obitan tương ứng với l = 0, 1, 2, 3, v.v. được ký hiệu lần lượt là s, p, d, f, v.v.

Hãy cùng chúng tôi xem xét các cấu hình điện tử của cacbon, silic và germani (Nhóm IV - A).

Người ta quan sát thấy lớp vỏ p ngoài cùng trong mỗi trường hợp chỉ chứa hai electron. Nhưng số electron có thể có là sáu. Do đó, có bốnvalence electronstrong mỗi vỏ ngoài nhất. Vì vậy, mỗi electron trong nguyên tử có năng lượng riêng. Sự sắp xếp nguyên tử bên trong các phân tử trong bất kỳ loại chất nào cũng gần như thế này. Nhưng khoảng cách giữa các nguyên tử khác nhau tùy theo vật chất.

Ở thể khí, sự sắp xếp của các phân tử không gần nhau. Trong chất lỏng, sự sắp xếp phân tử là vừa phải. Nhưng, trong chất rắn, các phân tử được sắp xếp chặt chẽ đến mức các điện tử trong nguyên tử của phân tử có xu hướng di chuyển vào quỹ đạo của các nguyên tử lân cận. Do đó các obitan electron trùng nhau khi các nguyên tử xích lại gần nhau.

Do sự trộn lẫn của các nguyên tử trong chất rắn, thay vì các mức năng lượng đơn lẻ, sẽ có các dải mức năng lượng được hình thành. Tập hợp các mức năng lượng này, được đóng gói chặt chẽ được gọi làEnergy bands.

Ban nhạc Valance

Các electron chuyển động trong nguyên tử theo những mức năng lượng nhất định nhưng năng lượng của các electron ở lớp vỏ trong cùng cao hơn các electron ở lớp ngoài cùng. Các điện tử có ở lớp vỏ ngoài cùng được gọi làValance Electrons.

Các electron hóa trị này, chứa một loạt các mức năng lượng, tạo thành một dải năng lượng được gọi là Dải Hóa trị. Cácvalence bandlà dải có năng lượng chiếm cao nhất .

Băng dẫn

Các electron hóa trị liên kết lỏng lẻo với hạt nhân đến mức ngay cả ở nhiệt độ phòng, một số electron hóa trị rời khỏi vùng là tự do. Chúng được gọi làfree electrons khi chúng có xu hướng di chuyển về phía các nguyên tử lân cận.

Các electron tự do này là những electron dẫn dòng điện trong một vật dẫn và do đó được gọi là Conduction Electrons. Vùng chứa các điện tử dẫn được gọi làConduction Band. Vùng dẫn là vùng có năng lượng chiếm dụng thấp nhất .

Khoảng cách bị cấm

Khoảng cách giữa vùng hóa trị và vùng dẫn được gọi là forbidden energy gap. Như tên của nó, ban nhạc này là cấm không có năng lượng. Do đó không có electron nào ở trong vùng này. Các điện tử hóa trị, trong khi đi đến vùng dẫn, đi qua vùng này.

Khoảng trống năng lượng cấm nếu lớn hơn, nghĩa là các điện tử vùng hóa trị liên kết chặt chẽ với hạt nhân. Bây giờ, để đẩy các electron ra khỏi vùng hóa trị, cần phải có một số năng lượng bên ngoài, sẽ bằng khoảng năng lượng bị cấm.

Hình sau đây cho thấy vùng hóa trị, vùng dẫn và khe cấm.

Tùy thuộc vào kích thước của khe hở cấm, chất cách điện, chất bán dẫn và chất dẫn điện được hình thành.

Chất cách điện

Chất cách điện là những vật liệu mà trong đó sự dẫn điện không thể diễn ra, do khe hở cấm lớn. Ví dụ: Gỗ, Cao su. Cấu trúc của các dải năng lượng trong Chất cách điện như trong hình sau.

Nét đặc trưng

Sau đây là các đặc điểm của Chất cách điện.

• Khoảng cách năng lượng Cấm là rất lớn.

• Các electron vùng giá trị liên kết chặt chẽ với nguyên tử.

• Giá trị của khoảng trống năng lượng bị cấm đối với chất cách điện sẽ là 10eV.

• Đối với một số chất cách điện, khi nhiệt độ tăng lên, chúng có thể cho thấy một số hiện tượng dẫn điện.

• Điện trở suất của chất cách điện sẽ theo thứ tự là 107 ohm-mét.

Chất bán dẫn

Chất bán dẫn là những vật liệu như vậy, trong đó khoảng trống năng lượng bị cấm là nhỏ và sự dẫn truyền xảy ra nếu một số năng lượng bên ngoài được áp dụng. Ví dụ: Silicon, Germanium. Hình dưới đây mô tả cấu trúc của các dải năng lượng trong chất bán dẫn.

Nét đặc trưng

Sau đây là các đặc điểm của Chất bán dẫn.

• Khoảng cách năng lượng Cấm là rất nhỏ.

• Khoảng cách bị cấm đối với Ge là 0,7eV trong khi đối với Si là 1,1eV.

• Chất bán dẫn thực sự không phải là chất cách điện, cũng không phải là chất dẫn điện tốt.

• Khi nhiệt độ tăng, độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng.

• Độ dẫn điện của chất bán dẫn sẽ theo thứ tự 102 mho-mét.

Dây dẫn

Chất dẫn điện là những vật liệu trong đó khoảng trống năng lượng bị cấm biến mất khi vùng hóa trị và vùng dẫn trở nên rất gần nhau và chúng chồng lên nhau. Ví dụ: Đồng, Nhôm. Hình dưới đây mô tả cấu trúc của các dải năng lượng trong vật dẫn.

Nét đặc trưng

Sau đây là các đặc điểm của dây dẫn.

• Không tồn tại khe hở cấm trong dây dẫn.

• Vùng diềm và vùng dẫn bị chồng lên nhau.

• Các điện tử tự do có sẵn để dẫn truyền rất nhiều.

• Một sự tăng nhẹ của điện áp, làm tăng độ dẫn điện.

• Không có khái niệm về sự hình thành lỗ trống, vì dòng electron liên tục góp phần tạo ra dòng điện.

Điều khoản quan trọng

Cần phải thảo luận một vài thuật ngữ quan trọng ở đây trước khi chúng ta chuyển sang các chương tiếp theo.

Hiện hành

Nó chỉ đơn giản là dòng chảy của các electron. Một dòng liên tục của các electron hoặc các hạt mang điện, có thể được gọi là Dòng điện. Nó được chỉ ra bởiI hoặc là i. Nó được đo bằngAmperes. Đây có thể là dòng điện xoay chiều AC hoặc dòng điện một chiều DC.

Vôn

Đó là sự khác biệt tiềm năng. Khi xảy ra hiệu điện thế giữa hai điểm, được cho là có hiệu điện thế, đo giữa hai điểm đó. Nó được chỉ ra bởiV. Nó được đo bằngVolts.

Sức cản

Đó là tính chất chống lại dòng electron. Việc sở hữu tài sản này có thể được gọi là điện trở suất. Điều này sẽ được thảo luận chi tiết sau.

Định luật Ohm

Với các thuật ngữ được thảo luận ở trên, chúng ta có một luật tiêu chuẩn, rất quan trọng đối với hoạt động của tất cả các thành phần điện tử, được gọi là Định luật Ohm. Điều này nói lên mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong một dây dẫn lý tưởng.

According to Ohm’s law, the potential difference across an ideal conductor is proportional to the current through it.

$$V\:\alpha\:\:I$$

Một vật dẫn lý tưởng không có điện trở. Nhưng trong thực tế, mọi dây dẫn đều có một số điện trở trong đó. Khi điện trở tăng, điện thế giảm cũng tăng và do đó điện áp tăng.

Vì thế the voltage is directly proportional to the resistance it offers.

$$V\:\alpha\:\:R$$

$$V = IR $$

Nhưng current is inversely proportional to the resistance.

$$V\:\alpha\:\:I\:\alpha\:\:\frac{1}{R}$$

$$I = V/R $$

Do đó, trong thực tế, định luật Ôm có thể được phát biểu là -

According to Ohm’s law, the current flowing through a conductor is proportional to the potential difference across it, and is inversely proportional to the resistance it offers.

Luật này hữu ích trong việc xác định giá trị của các tham số chưa biết trong ba tham số giúp phân tích mạch.

A semiconductorlà chất có điện trở suất nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Tính chất của điện trở suất không phải là đặc tính duy nhất quyết định vật liệu làm chất bán dẫn, nhưng nó có một số tính chất như sau.

• Chất bán dẫn có điện trở suất nhỏ hơn chất cách điện và hơn chất dẫn điện.

• Chất bán dẫn có đồng nhiệt độ âm. Điện trở trong chất bán dẫn tăng khi nhiệt độ giảm và ngược lại.

• Đặc tính dẫn điện của Chất bán dẫn thay đổi, khi một tạp chất kim loại thích hợp được thêm vào nó, đây là một đặc tính rất quan trọng.

Các thiết bị bán dẫn được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điện tử. Bóng bán dẫn đã thay thế các ống chân không cồng kềnh, từ đó kích thước và giá thành của các thiết bị giảm xuống và cuộc cách mạng này không ngừng tăng tốc dẫn đến những phát minh mới như điện tử tích hợp. Hình minh họa sau đây cho thấy sự phân loại của chất bán dẫn.

Sự dẫn điện trong chất bán dẫn

Sau khi có một số kiến ​​thức về các electron, chúng tôi biết rằng lớp vỏ ngoài cùng có valence electronsđược gắn lỏng lẻo với hạt nhân. Một nguyên tử như vậy, có các điện tử hóa trị khi đưa lại gần nguyên tử kia, các điện tử hóa trị của cả hai nguyên tử này kết hợp với nhau để tạo thành “Electron pairs”. Liên kết này không quá mạnh và do đó nó làCovalent bond.

Ví dụ, một nguyên tử germani có 32 electron. 2 electron ở quỹ đạo thứ nhất, 8 ở quỹ đạo thứ hai, 18 ở quỹ đạo thứ ba, trong khi 4 ở quỹ đạo cuối cùng. 4 điện tử này là điện tử hóa trị của nguyên tử gecmani. Các điện tử này có xu hướng kết hợp với các điện tử hóa trị của các nguyên tử liền kề, để tạo thành các cặp điện tử, như thể hiện trong hình sau.

Tạo lỗ

Do nhiệt năng cung cấp cho tinh thể, một số electron có xu hướng di chuyển ra khỏi vị trí của chúng và phá vỡ các liên kết cộng hóa trị. Những liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ này, dẫn đến các electron tự do đi lang thang một cách ngẫu nhiên. Nhưngmoved away electrons tạo ra một không gian trống hoặc hóa trị phía sau, được gọi là hole.

Lỗ trống này đại diện cho một electron bị thiếu có thể được coi là một điện tích dương đơn vị trong khi electron được coi là một điện tích âm đơn vị. Các êlectron được giải phóng chuyển động ngẫu nhiên nhưng khi có điện trường bên ngoài tác dụng thì các êlectron này chuyển động ngược chiều điện trường đặt vào. Nhưng các lỗ trống được tạo ra do không có electron, di chuyển theo hướng của trường ứng dụng.

Lỗ hiện tại

Người ta đã hiểu rằng khi một liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ, một lỗ trống được tạo ra. Trên thực tế, có một xu hướng mạnh mẽ của tinh thể bán dẫn để hình thành liên kết cộng hóa trị. Vì vậy, một lỗ không có xu hướng tồn tại trong một tinh thể. Điều này có thể được hiểu rõ hơn bởi hình sau đây, cho thấy một mạng tinh thể bán dẫn.

Một electron, khi dịch chuyển từ vị trí A, một lỗ trống được hình thành. Do xu hướng hình thành liên kết cộng hóa trị, một điện tử từ B bị chuyển sang A. Bây giờ, một lần nữa để cân bằng liên kết cộng hóa trị tại B, một điện tử lại chuyển từ C sang B. Điều này tiếp tục tạo ra một con đường. Chuyển động của lỗ này khi không có trường áp dụng là ngẫu nhiên. Nhưng khi điện trường được đặt vào, lỗ trống sẽ trôi dọc theo trường được áp dụng, tạo thànhhole current. Đây được gọi là dòng điện lỗ trống nhưng không phải là dòng điện tử bởi vì sự chuyển động của các lỗ trống góp phần tạo nên dòng điện.

Các electron và lỗ trống trong khi chuyển động ngẫu nhiên, có thể gặp nhau, tạo thành cặp. Sự tái kết hợp này dẫn đến giải phóng nhiệt, làm đứt một liên kết cộng hóa trị khác. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ tạo electron và lỗ trống tăng, do đó tốc độ tái tổ hợp tăng, dẫn đến mật độ electron và lỗ trống tăng. Kết quả là, độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng và điện trở suất giảm, có nghĩa là hệ số nhiệt độ âm.

Chất bán dẫn nội tại

Chất bán dẫn ở dạng cực kỳ tinh khiết được cho là intrinsic semiconductor. Các đặc tính của chất bán dẫn tinh khiết này như sau:

• Các electron và lỗ trống chỉ được tạo ra bởi kích thích nhiệt.
• Số electron tự do bằng số lỗ trống.
• Khả năng dẫn điện nhỏ ở nhiệt độ phòng.

Để tăng khả năng dẫn điện của chất bán dẫn nội tại, tốt hơn nên pha thêm một số tạp chất. Quá trình thêm tạp chất này được gọi làDoping. Bây giờ, chất bán dẫn nội tại pha tạp chất này được gọi là Chất bán dẫn bên ngoài.

Doping

Quá trình thêm tạp chất vào vật liệu bán dẫn được gọi là pha tạp. Các tạp chất được thêm vào, thường là các tạp chất hóa trị năm và hóa trị ba.

Pentavalent Impurities

• Các pentavalenttạp chất là tạp chất có năm electron hóa trị ở quỹ đạo ngoài cùng. Ví dụ: Bismut, Antimon, Asen, Phốt pho

• Nguyên tử ngũ bội được gọi là donor atom vì nó nhường một electron cho vùng dẫn của nguyên tử bán dẫn tinh khiết.

Trivalent Impurities

• Các trivalenttạp chất là tạp chất có ba electron hóa trị ở quỹ đạo ngoài cùng. Ví dụ: Gali, Indi, Nhôm, Boron

• Nguyên tử hóa trị ba được gọi là acceptor atom vì nó nhận một điện tử từ nguyên tử bán dẫn.

Chất bán dẫn bên ngoài

Chất bán dẫn không tinh khiết, được hình thành bằng cách pha tạp chất bán dẫn tinh khiết được gọi là extrinsic semiconductor. Có hai loại chất bán dẫn bên ngoài tùy thuộc vào loại tạp chất được thêm vào. Chúng là chất bán dẫn bên ngoài loại N và chất bán dẫn bên ngoài loại P.

Chất bán dẫn bên ngoài loại N

Một lượng nhỏ tạp chất pentavalent được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết để tạo ra chất bán dẫn ngoại vi Ntype. Tạp chất thêm vào có 5 electron hóa trị.

Ví dụ, nếu nguyên tử Asen được thêm vào nguyên tử gecmani, bốn trong số các điện tử hóa trị sẽ được gắn với nguyên tử Ge trong khi một điện tử vẫn là điện tử tự do. Điều này được thể hiện trong hình sau.

Tất cả các điện tử tự do này tạo thành dòng điện. Do đó, tạp chất khi được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết sẽ cung cấp các điện tử để dẫn điện.

• Trong chất bán dẫn ngoại lai loại N, khi sự dẫn truyền xảy ra thông qua các điện tử, các điện tử là hạt tải điện đa số và các lỗ trống là hạt tải điện thiểu số.

• Vì không có sự bổ sung của các điện tích dương hoặc âm, các electron trung hòa về điện.

• Khi đặt một điện trường vào chất bán dẫn loại N, có thêm tạp chất ngũ bội vào, các electron tự do sẽ di chuyển về phía điện cực dương. Điều này được gọi là độ dẫn âm hoặc loại N.

Chất bán dẫn bên ngoài loại P

Một lượng nhỏ tạp chất hóa trị ba được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết để tạo ra chất bán dẫn ngoại lai loại P. Tạp chất thêm vào có 3 electron hóa trị. Ví dụ, nếu nguyên tử Bo được thêm vào nguyên tử germani, ba trong số các điện tử hóa trị sẽ gắn với nguyên tử Ge, để tạo thành ba liên kết cộng hóa trị. Nhưng, một electron nữa trong gecmani vẫn còn lại mà không hình thành bất kỳ liên kết nào. Vì không còn electron trong boron để tạo liên kết cộng hóa trị nên không gian được coi như một lỗ trống. Điều này được thể hiện trong hình sau.

Tạp chất boron khi được thêm vào với một lượng nhỏ sẽ tạo ra một số lỗ giúp dẫn điện. Tất cả các lỗ này tạo thành dòng điện lỗ.

• Trong chất bán dẫn ngoại tại loại P, khi sự dẫn truyền qua các lỗ trống, các lỗ trống là hạt tải điện đa số trong khi các electron là hạt tải điện thiểu số.

• Tạp chất được thêm vào đây tạo ra các lỗ được gọi là acceptors, bởi vì chúng chấp nhận các electron từ các nguyên tử germani.

• Khi số lượng lỗ trống di động bằng số lượng chất nhận, chất bán dẫn Ptype vẫn trung hòa về điện.

• Khi đặt một điện trường vào chất bán dẫn loại P, có thêm tạp chất hóa trị ba, các lỗ trống sẽ di chuyển về phía điện cực âm, nhưng với tốc độ chậm hơn so với các điện tử. Điều này được gọi là độ dẫn loại P.

• Trong độ dẫn loại P này, các electron hóa trị chuyển từ liên kết cộng hóa trị này sang liên kết cộng hóa trị khác, không giống như loại N.

Tại sao Silicon được ưa chuộng trong chất bán dẫn?

Trong số các vật liệu bán dẫn như germani và silicon, vật liệu được sử dụng rộng rãi để sản xuất các linh kiện điện tử khác nhau là Silicon (Si). Silicon được ưa chuộng hơn germani vì nhiều lý do như -

• Khoảng cách vùng năng lượng là 0,7ev, trong khi nó là 0,2ev đối với germani.

• Sự tạo cặp nhiệt nhỏ hơn.

• Sự hình thành lớp SiO2 dễ dàng đối với silicon, giúp cho việc chế tạo nhiều thành phần cùng với công nghệ tích hợp.

• Si dễ dàng tìm thấy trong tự nhiên hơn Ge.

• Tiếng ồn ở các thành phần cấu tạo từ Si ít hơn ở Ge.

Do đó, Silicon được sử dụng trong sản xuất nhiều linh kiện điện tử, được sử dụng để chế tạo các mạch điện khác nhau cho các mục đích khác nhau. Các thành phần này có các thuộc tính riêng và mục đích sử dụng cụ thể.

Các thành phần điện tử chính bao gồm - Điện trở, biến trở, Tụ điện, Tụ điện biến thiên, Cuộn cảm, Điốt, Điốt đường hầm, Điốt Varactor, Bóng bán dẫn, BJT, UJT, FET, MOSFET, LDR, LED, Pin mặt trời, Nhiệt điện trở, Biến áp, Biến áp, công tắc , rơ le, v.v.

Hiệu ứng Hall được đặt tên theo Edwin Hall, người phát hiện ra nó. Điều này hơi giống với quy tắc bàn tay phải của Fleming. Khi một dây dẫn mang dòng điệnI được đặt trong một từ trường ngang B, một điện trường E cảm ứng trong dây dẫn vuông góc với cả hai I và B. Hiện tượng này được gọi làHall Effect.

Giải trình

Khi một vật dẫn mang dòng điện được đặt trong một từ trường ngang, thì từ trường này sẽ tạo ra một áp lực nào đó lên các electron có đường cong để tiếp tục hành trình của chúng. Vật dẫn có năng lượng được sử dụng được biểu diễn trong hình sau. Từ trường cũng được chỉ định.

Khi các điện tử di chuyển qua vật dẫn nằm trong từ trường B, các điện tử sẽ chịu một lực từ. Lực từ này sẽ làm cho các electron đi gần về phía này hơn so với phía kia. Điều này tạo ra một điện tích âm ở một bên và điện tích dương ở bên kia, như thể hiện trong hình sau.

Sự tách biệt điện tích này sẽ tạo ra sự chênh lệch điện áp được gọi là Hall Voltage or Hall EMF. Hiệu điện thế hình thành cho đến khi điện trường tạo ra lực điện trên điện tích bằng và ngược chiều với lực từ. Hiệu ứng này được gọi làHall Effect.

$$\overrightarrow{F_{magnetic}}\:\:=\:\:\overrightarrow{F_{Electric}}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:=\:\:q\:\:\overrightarrow{E_{H}}$$

V _D là vận tốc mà mọi electron đang trải qua

$\overrightarrow{E_{H}}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:$ Vì V = Ed

Trong đó q = lượng điện tích

$\overrightarrow{B}$ = từ trường

$\overrightarrow{V_{D}}$ = vận tốc trôi

$\overrightarrow{E_{H}}$ = hiệu ứng điện Hall

d = khoảng cách giữa các mặt phẳng trong dây dẫn (chiều rộng của dây dẫn)

$$V_{H}\:\:=\:\:\varepsilon_{H}\:\:=\:\:\overrightarrow{E_{H}}\:\:d\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:d$$

$$\varepsilon_{H}\:\:=\:\:\overrightarrow{V_{D}}\:\:\overrightarrow{B}\:\:d$$

Đây là EMF hội trường

Sử dụng

Hiệu ứng Hall được sử dụng để thu thập thông tin về loại chất bán dẫn, dấu hiệu của hạt tải điện, để đo nồng độ điện tử hoặc lỗ trống và độ linh động. Qua đó, chúng ta cũng có thể biết vật liệu là chất dẫn điện, chất cách điện hay chất bán dẫn. Nó cũng được sử dụng để đo mật độ từ thông và công suất trong sóng điện từ.

Các loại dòng điện

Đến với các loại dòng điện trong chất bán dẫn, có hai thuật ngữ cần được thảo luận. họ đangDiffusion Current và Drift Current.

Khuếch tán hiện tại

Khi pha tạp được thực hiện, xảy ra sự khác biệt về nồng độ của điện tử và lỗ trống. Các điện tử và lỗ trống này có xu hướng khuếch tán từ nơi có mật độ điện tích cao hơn đến mức có nồng độ thấp hơn. Vì đây là các sóng mang điện tích, chúng tạo thành dòng điện được gọi làdiffusion current.

Để biết chi tiết về điều này, chúng ta hãy xem xét vật liệu loại N và vật liệu loại P.

• Vật liệu loại N có các điện tử là hạt tải điện đa số và ít lỗ trống là hạt tải điện thiểu số.

• Vật liệu loại P có các lỗ trống là hạt tải điện đa số và ít electron là hạt tải điện thiểu số.

Nếu hai vật liệu này được đưa quá gần nhau để tham gia, thì một số electron từ vùng hóa trị của vật liệu loại N, có xu hướng di chuyển về phía vật liệu loại P và một vài lỗ trống từ vùng hóa trị của vật liệu loại P, có xu hướng di chuyển về phía Vật liệu loại N. Vùng giữa hai vật liệu nơi diễn ra sự khuếch tán này được gọi làDepletion region.

Do đó, dòng điện được hình thành do sự khuếch tán của các electron và lỗ trống này, mà không có bất kỳ loại năng lượng bên ngoài nào, có thể được gọi là Diffusion Current.

Trôi hiện tại

Dòng điện được hình thành do sự trôi (chuyển động) của các hạt mang điện (electron hoặc lỗ trống) do điện trường đặt vào, được gọi là Drift Current. Hình sau đây giải thích dòng trôi, cho dù điện trường tác dụng, tạo ra sự khác biệt như thế nào.

Lượng dòng điện phụ thuộc vào mức phí được áp dụng. Độ rộng của vùng cạn kiệt cũng bị ảnh hưởng bởi dòng chảy này. Để thực hiện một chức năng thành phần trong mạch hoạt động, dòng điện trôi này đóng một vai trò quan trọng.

Chống lại là từ có nghĩa là "chống lại". Resistancelà thuộc tính chống lại dòng electron, trong chất dẫn điện hoặc chất bán dẫn. Điện trở là một thành phần điện tử có đặc tính kháng.

Biểu tượng và Đơn vị

Biểu tượng cho Điện trở như hình dưới đây.

Đơn vị của điện trở là Ohms, được biểu thị bằng Ω (omega).

Công thức cho kháng là

R = V/I

Ở đâu V là Điện áp và Ilà hiện tại. Sẽ thực sự khó khăn để sản xuất các điện trở với từng giá trị. Do đó, ít giá trị được chọn và chỉ sản xuất các điện trở có giá trị đó. Chúng được gọi là “Preferred Values”. Trong thực tế, các điện trở có giá trị gần được chọn để phù hợp với các ứng dụng yêu cầu. Đây là cách một điện trở thực tế trông giống như -

Mã màu

Một quá trình được gọi là color codingđược sử dụng để xác định giá trị của điện trở cho một điện trở, giống như trong hình trên. Một điện trở được phủ bằng bốn dải màu trong đó mỗi màu xác định một giá trị cụ thể. Bảng dưới đây hiển thị danh sách các giá trị mà mỗi màu biểu thị.

MÀU SẮC	DIGIT	NHIỀU	LÒNG KHOAN DUNG
Đen	0	10 0 = 1
nâu	1	10 1 = 10	1
Đỏ	2	10 2 = 100	2
trái cam	3	10 3 = 1000
Màu vàng	4	10 4 = 10000
màu xanh lá	5	10 5 = 100000	0,5
Màu xanh da trời	6	10 6 = 1000000	0,25
màu tím	7	10 7 = 10000000	0,1
Màu xám	số 8	10 8 = 100000000
trắng	9	10 9 = 1000000000
Vàng		10 -1 = 0,1	5
Bạc		10 -2 = 0,01	10
(không ai)			20

Hai dải màu đầu tiên biểu thị chữ số đầu tiên và thứ hai của giá trị và dải màu thứ ba biểu thị cấp số nhân (số các số 0 được thêm vào). Dải màu thứ tư cho biết giá trị dung sai.

Tolerancelà phạm vi giá trị mà điện trở có thể chịu được mà không bị phá hủy. Đây là một yếu tố quan trọng. Hình sau đây cho thấy cách xác định giá trị của điện trở bằng mã màu.

Năm điện trở dải màu được sản xuất với dung sai 2% và 1% và cũng cho các điện trở có độ chính xác cao khác. Trong năm điện trở dải này, ba dải đầu tiên biểu thị chữ số, dải thứ tư biểu thị hệ số nhân và dải thứ năm biểu thị dung sai.

Chúng ta hãy xem một ví dụ để hiểu quá trình mã hóa màu sắc.

Example 1 - Xác định giá trị của một điện trở có mã màu vàng, xanh lam, da cam và bạc.

Solution- Giá trị của màu vàng là 4, màu xanh là 6, màu cam là 3 thể hiện cấp số nhân. Bạc là ± 10 là giá trị dung sai.

Do đó giá trị của điện trở là 46 × 10 ³ = 46kΩ

Giá trị điện trở lớn nhất của điện trở này là

46kΩ hoặc 46000Ω + 10% = 46000 + 4600 = 50600Ω = 50,6kΩ

Giá trị điện trở tối thiểu của điện trở này là

46kΩ hoặc 46000Ω - 10% = 46000 - 4600 = 41400Ω = 41,4kΩ

Sau khi xem qua các chi tiết khác nhau về điện trở, chúng ta có một số thuật ngữ để tìm hiểu. Ngoài ra, chúng ta phải đối phó với các hành vi khác nhau của một điện trở đối với một số loại kết nối.

Điều khoản quan trọng

Có một số thuật ngữ mà chúng ta cần thảo luận trước khi đi vào loại điện trở chúng ta có. Người ta cần phải làm quen với các thuật ngữ này ở giai đoạn này và có thể hiểu chúng khi chúng ta tiến bộ hơn nữa.

Sức cản

Điện trở là thuộc tính của một điện trở chống lại dòng điện. Khi dòng điện xoay chiều đi qua một điện trở thì sinh ra một điện áp giảm cùng pha với dòng điện.

• Chỉ định - R

• Đơn vị - Ohms

• Ký hiệu - Ω

Cùng với điện trở, có những thuật ngữ quan trọng khác, được gọi là điện kháng và trở kháng.

Phản ứng

Điện trở của dòng điện xoay chiều do điện dung và độ tự cảm có trong mạch, có thể được hiểu là điện kháng. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở thuần sinh ra một hiệu điện thế lệch pha 90o với dòng điện.

Tùy thuộc vào giai đoạn, tức là + 90 ° hoặc -90 °, điện trở có thể được gọi là điện kháng cảm ứng hoặc điện kháng điện dung.

• Chỉ định - X

• Đơn vị - Ohms

• Ký hiệu - Ω

Trở kháng

Trở kháng là kháng hiệu quả đối với dòng điện xoay chiều phát sinh từ các tác động kết hợp của điện trở và điện kháng ohmic. Khi dòng điện xoay chiều đi qua một trở kháng, một sự sụt giảm điện áp được tạo ra ở một nơi nào đó lệch pha với dòng điện từ 0 ° đến 90 °.

• Chỉ định - I

• Đơn vị - Ohms

• Ký hiệu - Ω

Ứng xử

Đây là khả năng dẫn điện của vật liệu. Nó là tương hỗ của sự phản kháng.

• Chỉ định - G

• Đơn vị - Mhos

• Ký hiệu - ℧

Một Điện trở khi được kết nối trong một mạch, kết nối đó có thể là nối tiếp hoặc song song. Bây giờ hãy cho chúng tôi biết điều gì sẽ xảy ra với tổng giá trị dòng điện, điện áp và điện trở nếu chúng cũng được kết nối nối tiếp, khi được kết nối song song.

Điện trở trong loạt

Chúng ta hãy quan sát những gì sẽ xảy ra, khi một vài điện trở được kết nối trong Series. Chúng ta hãy xem xét ba điện trở với các giá trị khác nhau, như trong hình bên dưới.

Sức cản

Tổng trở của đoạn mạch mắc nối tiếp bằng tổng các điện trở riêng. Điều đó có nghĩa là, trong hình trên có ba điện trở có giá trị lần lượt là 1KΩ, 5KΩ và 9KΩ.

Tổng giá trị điện trở của mạng điện trở là -

$$R\:\:=\:\:R_{1}\:+\:R_{2}\:+\:R_{3}$$

Có nghĩa là 1 + 5 + 9 = 15KΩ là tổng trở.

Trong đó R ₁ là điện trở của điện trở ^thứ 1 , R ₂ là điện trở của điện trở ^{thứ 2} và R ₃ là điện trở của điện trở ^thứ 3 trong mạng điện trở trên.

Vôn

Tổng điện áp xuất hiện trên một mạng điện trở nối tiếp là sự cộng thêm của điện áp giảm ở mỗi điện trở riêng lẻ. Trong hình trên, chúng ta có ba điện trở khác nhau có ba giá trị khác nhau của điện áp giảm ở mỗi giai đoạn.

Tổng điện áp xuất hiện trên toàn mạch -

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:+\:V_{2}\:+\:V_{3}$$

Có nghĩa là 1v + 5v + 9v = 15v là tổng điện áp.

Trong đó V ₁ là điện áp của điện trở ^thứ 1 , V ₂ là điện áp của điện trở ^{thứ 2} và V ₃ là điện áp rơi của điện trở ^thứ 3 trong mạng điện trở trên.

Hiện hành

Tổng lượng dòng điện chạy qua một bộ điện trở mắc nối tiếp tại tất cả các điểm trong mạng điện trở là như nhau. Do đó, dòng điện là 5A khi được đo ở đầu vào hoặc tại bất kỳ điểm nào giữa các điện trở hoặc thậm chí ở đầu ra.

Hiện tại qua mạng -

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:=\:I_{2}\:=\:I_{3}$$

Có nghĩa là dòng điện tại mọi điểm là 5A.

Trong đó I ₁ là cường độ dòng điện qua điện trở ^thứ 1 , I ₂ là cường độ dòng điện qua điện trở ^{thứ 2} và I ₃ là cường độ dòng điện qua điện trở ^thứ 3 trong mạng điện trở trên.

Điện trở song song

Chúng ta hãy quan sát những gì sẽ xảy ra, khi vài điện trở được kết nối song song. Chúng ta hãy xem xét ba điện trở với các giá trị khác nhau, như trong hình bên dưới.

Sức cản

Tổng trở của đoạn mạch có các điện trở mắc song song được tính khác với phương pháp mạng điện trở nối tiếp. Ở đây, giá trị nghịch đảo (1 / R) của các điện trở riêng lẻ được cộng với nghịch đảo của tổng đại số để có được giá trị tổng trở.

Tổng giá trị điện trở của mạng điện trở là -

$$\frac{1}{R}\:\:=\:\:\frac{1}{R_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{R_{2}}\:\:+\frac{1}{R_{3}}$$

Trong đó R ₁ là điện trở của điện trở ^thứ 1 , R ₂ là điện trở của điện trở ^{thứ 2} và R ₃ là điện trở của điện trở ^thứ 3 trong mạng điện trở trên.

Ví dụ, nếu các giá trị điện trở của ví dụ trước được xem xét, có nghĩa là R ₁ = 1KΩ, R ₂ = 5KΩ và R ₃ = 9KΩ. Tổng trở của mạng điện trở song song sẽ là -

$$\frac{1}{R}\:\:=\:\:\frac{1}{1}\:\:+\:\:\frac{1}{5}\:\:+\frac{1}{9}$$

$$=\:\:\frac{45\:\:+\:\:9\:\:+\:\:5}{45}\:\:=\:\:\frac{59}{45}$$

$$R\:\:=\:\:\frac{45}{59}\:\:=\:\:0.762K\Omega\:\:=\:\:76.2\Omega$$

Từ phương pháp tính điện trở song song, chúng ta có thể rút ra một phương trình đơn giản cho mạng hai điện trở song song. Nó là -

$$R\:\:=\:\:\frac{R_{1}\:\:\times\:\:R_{2}}{R_{1}\:\:+\:\:R_{2}}\:$$

Vôn

Tổng điện áp xuất hiện trên một mạng điện trở song song giống như điện áp giảm ở mỗi điện trở riêng lẻ.

Điện áp xuất hiện trên mạch -

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:=\:V_{2}\:=\:V_{3}$$

Trong đó V ₁ là điện áp của điện trở ^thứ 1 , V ₂ là điện áp của điện trở ^{thứ 2} và V ₃ là điện áp rơi của điện trở ^thứ 3 trong mạng điện trở trên. Do đó điện áp như nhau tại tất cả các điểm của một mạng điện trở song song.

Hiện hành

Tổng lượng dòng điện đi vào mạng điện trở song song là tổng của tất cả các dòng điện riêng lẻ chạy trong tất cả các nhánh song song. Giá trị điện trở của mỗi nhánh xác định giá trị của dòng điện chạy qua nó. Tổng dòng điện qua mạng là

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:+\:I_{2}\:+\:I_{3}$$

Trong đó I ₁ là cường độ dòng điện qua điện trở ^thứ 1 , I ₂ là cường độ dòng điện qua điện trở ^{thứ 2} và I ₃ là cường độ dòng điện qua điện trở ^thứ 3 trong mạng điện trở trên. Do đó tổng các dòng điện riêng lẻ trong các nhánh khác nhau thu được tổng dòng điện trong mạng điện trở song song.

Điện trở đặc biệt được sử dụng như một tải trong đầu ra của nhiều mạch. Nếu ở tất cả các tải điện trở không được sử dụng, một điện trở được đặt trước một tải. Điện trở thường là một thành phần cơ bản trong bất kỳ mạch điện nào.

Có nhiều loại điện trở tùy theo loại vật liệu được sử dụng, quy trình sản xuất và ứng dụng của chúng. Phân loại như hình dưới đây.

Điện trở tuyến tính có đặc tính VI tuyến tính và điện trở không tuyến tính có đặc tính VI không tuyến tính. Điện trở phi tuyến tính là điện trở có đặc tính điện áp và dòng điện thay đổi không tuyến tính. Các giá trị điện áp và dòng điện thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố khác như nhiệt độ và ánh sáng, nhưng chúng có thể không tuyến tính.

Thermistor

Thermal có nghĩa là nhiệt độ. Trong điện trở này, điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Nếu nhiệt tăng thì điện trở giảm và ngược lại. Điều này được sử dụng cho mục đích đo lường và kiểm soát.

Các loại nhiệt điện trở chính là NTC và PTC.

• NTC là Negative Temperature Coefficientvà trong các thiết bị như vậy, điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Chúng được sử dụng để bảo vệ thiết bị khỏi điều kiện quá áp.

• PTC là Positive Temperature Coefficientvà trong các thiết bị như vậy, điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Chúng được sử dụng để bảo vệ thiết bị khỏi các điều kiện hiện tại.

Hình dưới đây cho thấy một nhiệt điện trở NTC, cùng với ký hiệu của nó.

Điện trở ảnh

Ảnh có nghĩa là ánh sáng. Trong điện trở này, điện trở thay đổi theo ánh sáng. Khi ánh sáng tăng điện trở giảm và ngược lại. Điều này cũng được sử dụng cho mục đích đo lường và kiểm soát. Nó còn được gọi làLDR (Điện trở phụ thuộc ánh sáng)

Biến thể

Điện trở của một varistor, thay đổi theo điện áp đặt vào. Khi điện áp tăng, điện trở giảm và nếu giảm điện áp, điện trở tăng. Nó còn được gọi làVDR (Điện trở phụ thuộc điện áp).

Bề mặt gắn kết

Chúng đang được sử dụng nhiều kể từ khi công nghệ gắn kết bề mặt ra đời. Chúng có thể được gọi làchip resistors, có nghĩa là một lớp điện trở được tích hợp trên chip gốm.

Các điện trở gắn trên bề mặt này rất nhỏ khi so sánh với các điện trở thông thường và do đó chiếm ít không gian hơn. Chúng có hiệu quả và tản nhiệt ít hơn. Việc phát minh ra các điện trở này đã thay đổi diện mạo của PCB (Bảng mạch in) và giảm kích thước của nó đi rất nhiều.

Ưu điểm của điện trở gắn bề mặt là -

• Chúng có kích thước nhỏ gọn.
• Đây là rất ổn định.
• Họ có khả năng chịu đựng tốt.
• Chúng có hiệu quả trong việc giảm tản nhiệt.

Hình sau cho thấy hình ảnh của các điện trở gắn trên bề mặt.

Điện trở tuyến tính là điện trở có điện trở không thay đổi theo dòng điện chạy qua nó. Dòng điện qua nó, sẽ luôn tỷ lệ với điện áp đặt trên nó. Điện trở tuyến tính được phân loại thêm thànhFixed and Variable resistors.

Điện trở biến đổi

Điện trở biến đổi là những điện trở có giá trị có thể được thay đổi bằng tay, theo yêu cầu. Một giá trị điện trở cụ thể được chọn từ một loạt các giá trị điện trở, với sự trợ giúp của một trục được kết nối. Ký hiệu của một biến trở như hình dưới đây.

Những điện trở này được hiểu rõ hơn với sự trợ giúp của phân loại mà chúng tôi có. Biến trở được chia thành nhiều Chiết áp, Biến trở và Trimmers.

Chiết áp

Một chiết áp được gọi đơn giản là Pot. Đây là một điện trở ba đầu cuối có trục trượt hoặc quay. Trục này khi hoạt động sẽ tạo thành một bộ phân áp có thể điều chỉnh được. Hình dưới đây là hình ảnh của một chiết áp.

Một chiết áp cũng đo potential difference(hiệu điện thế) trong mạch. Một đường dẫn của vật liệu điện trở có điện trở có giá trị từ thấp đến cao được đặt bên trong và một thanh gạt nước được đặt để nó kết nối vật liệu điện trở với mạch điện. Điều này chủ yếu được sử dụng làm bộ điều khiển âm lượng trong TV và hệ thống Âm nhạc.

Rheostat

Rheostat có thể được gọi đơn giản là một điện trở quấn dây. AResistive wiređược quấn chặt quanh một lõi sứ cách điện. AWipertrượt qua các cuộn dây này. Một kết nối được thực hiện với một đầu của dây điện trở và kết nối thứ hai được thực hiện với thanh gạt hoặc tiếp điểm trượt, để có được điện trở mong muốn.

Rheostat được sử dụng để control current. Chúng chủ yếu được sử dụng trong điều khiển tốc độ của động cơ hạng nặng. Điện trở thu được bởi những thứ này theo thứ tựkilo ohms. Bộ biến đổi khí áp chủ yếu có sẵn dưới dạng bộ ổn áp ống đơn và ống kép, như thể hiện trong hình sau.

Là một điện trở thay đổi, chúng thường được sử dụng để điều chỉnh và hiệu chuẩn trong mạch. Ngày nay, việc sử dụng bộ lưu biến được thay thế bằng việc chuyển đổi các thiết bị điện tử, vì bộ lưu biến có hiệu suất thấp hơn.

Tông đơ

Tông đơ vừa là biến trở vừa là chiết áp (đo hiệu điện thế). Chiết áp tông đơ này, trong ngắn hạn được gọi làTrim Pot. Nếu chúng được sử dụng làm điện trở thay đổi, thì chúng được gọi là Điện trở đặt trước.

Những chậu tỉa này có nhiều loại khác nhau như một lượt hoặc nhiều lượt. Đây là những biến trở nhỏ được sử dụng để điều chỉnh và hiệu chuẩn. Tuổi thọ của chúng ngắn hơn so với các biến trở khác.

Điện trở cố định là một loại điện trở tuyến tính. Một điện trở được cho là một điện trở cố định, nếu giá trị của nó là cố định. Giá trị của điện trở cố định không thể thay đổi như biến trở vì giá trị của nó được xác định tại thời điểm sản xuất chính nó. Các hình sau biểu diễn kí hiệu của một điện trở cố định.

Điện trở cố định được phân thành nhiều loại khác nhau, tùy thuộc vào quy trình sản xuất và vật liệu được sử dụng trong quá trình sản xuất của chúng. Sự phân loại như sau.

Thành phần cacbon

Điện trở thành phần Carbon là sự pha trộn của các hạt carbon, than chì và bụi gốm trộn với một chất kết dính như đất sét. Hỗn hợp này được xử lý với áp suất và nhiệt độ cao. Sau khi toàn bộ điều được đúc trong một hộp, các dây dẫn được cố định.

• Khối lượng nhiệt của điện trở thành phần cacbon cao hơn để chịu được xung năng lượng cao.

• Các điện trở này có độ ổn định thấp và nhiễu cao là một nhược điểm.

Hình sau là hình ảnh của điện trở thành phần cacbon.

Điện trở thành phần cacbon được sử dụng trong bảo vệ chống sét lan truyền, hạn chế dòng điện và nguồn điện cao áp.

Vết thương dây

Điện trở quấn dây được hình thành bằng cách quấn một dây dẫn bằng vật liệu điện trở xung quanh lõi. Lõi kim loại hoạt động như một vật liệu không dẫn điện trong khi dây điện trở dẫn điện, nhưng với một số điện trở. Hình ảnh của một điện trở quấn dây như hình dưới đây.

Thông thường, dây nichrome hoặc dây manganin được sử dụng để quấn lõi vì chúng có điện trở cao. Trong khi nhựa, gốm hoặc thủy tinh được sử dụng cho lõi.

• Điện trở quấn dây rất chính xác.
• Chúng hoạt động xuất sắc đối với các giá trị điện trở thấp và xếp hạng công suất cao.

Đây là loại điện trở cố định lâu đời nhất, nhưng vẫn đang được sử dụng ngay cả bây giờ.

Màng dày

Các điện trở phim có một lớp điện trở trên nền gốm, có độ dày xác định loại chúng thuộc về. Độ dày của lớp điện trở trên điện trở màng dày cao hơn nhiều so với điện trở màng mỏng. Điện trở màng dày được sản xuất bằng cách nung một lớp hồ đặc biệt, là hỗn hợp của thủy tinh và oxit kim loại, lên bề mặt nền.

Có ba loại chính trong điện trở màng dày như điện trở nóng chảy, điện trở màng Cermet và điện trở màng oxit kim loại.

Điện trở nóng chảy

Điện trở Fusible tương tự như điện trở quấn dây. Nhưng những điện trở này cùng với việc cung cấp điện trở, hoạt động như một cầu chì. Hình ảnh của một điện trở nóng chảy như hình dưới đây.

Trong điện trở này, dòng điện chạy qua một kết nối có lò xo, được đặt gần với thân của điện trở. Các đốm màu được gắn vào dây lò xo của điện trở sẽ lấy nhiệt lượng do điện trở tỏa ra do dòng điện chạy qua. Nếu nhiệt này tăng lên, phần đính kèm với đốm màu sẽ tan chảy và mở kết nối.

Do đó chúng ta có thể nói rằng, các điện trở này giới hạn dòng điện, nhưng nếu định mức công suất mạch vượt quá một giá trị quy định, các điện trở này hoạt động như một cầu chì để mở hoặc ngắt mạch. Giá trị của các điện trở này thường nhỏ hơn 10 Ohms. Những điện trở này thường được sử dụng trong TV, bộ khuếch đại và các mạch điện tử đắt tiền khác.

Điện trở phim Cermet

Điện trở phim Cermet là điện trở phim được tạo thành từ một vật liệu đặc biệt được gọi là Cermet. Cermet là một hợp kim tổng hợp được tạo ra bằng cách kết hợpCeramic và Metal. Sự kết hợp này mang lại những ưu điểm của cả hai vật liệu này như khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống mài mòn của gốm cùng với tính linh hoạt và tính dẫn điện của kim loại.

Một lớp phim kim loại được bao quanh một vật liệu điện trở và được cố định trong một kim loại gốm hoặc đế kim loại. Các đầu mối được thực hiện để giúp các kết nối dễ dàng trong khi sửa chữa trên PCB. Chúng mang lại độ ổn định cao vì nhiệt độ không thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng.

Điện trở phim oxit kim loại

Điện trở màng oxit kim loại được tạo thành bằng cách oxi hóa màng Thiếc clorua dày trên một thanh thủy tinh nung nóng, là chất nền. Chúng có độ ổn định nhiệt độ cao và có thể được sử dụng ở điện áp cao. Các điện trở này có tiếng ồn hoạt động thấp.

Điện trở màng oxit kim loại chỉ khác với điện trở màng kim loại về loại màng được phủ. Metal oxidelà một hợp chất kim loại như thiếc với oxy để tạo thành oxit thiếc, được phủ như một bộ phim trên điện trở. Điện trở suất của điện trở này phụ thuộc vào lượng oxit antimon được thêm vàotin oxide.

Phim ngắn

Điện trở màng mỏng có một lớp điện trở có chiều rộng 0,1 micromet hoặc nhỏ hơn trên đế sứ. Điện trở màng mỏng có một màng kim loại được lắng chân không trên một đế cách điện.

Điện trở màng mỏng chính xác hơn và có hệ số nhiệt độ tốt hơn và ổn định hơn. Điện trở màng mỏng được chia thành hai loại như -

• Điện trở màng carbon
• Điện trở màng kim loại

Điện trở màng carbon

Điện trở màng cacbon được tạo ra bằng cách lắng đọng một lớp màng cacbon trên nền gốm. Màng cacbon đóng vai trò là vật liệu điện trở dòng điện và chất gốm đóng vai trò là chất cách điện. Các nắp kim loại được cố định ở cả hai đầu và các dây dẫn bằng đồng được rút ra.

Hình sau đây mô tả cấu tạo của một điện trở màng cacbon.

Ưu điểm chính của các điện trở này là độ ổn định cao, phạm vi hoạt động rộng, tiếng ồn thấp và giá thành rẻ. Điện trở màng carbon là loại được ưu tiên hơn cả so với điện trở thành phần carbon do tiếng ồn thấp.

Điện trở phim kim loại

Lớp phủ phim tạo nên sự khác biệt giữa điện trở màng oxit kim loại và điện trở màng kim loại. Một màng mỏng kim loại như niken crom được sử dụng để phủ điện trở trong một điện trở màng kim loại trong khi một màng oxit kim loại như oxit thiếc được sử dụng để phủ điện trở trong một điện trở oxit kim loại.

Điện trở màng kim loại có hệ số nhiệt độ thấp, có nghĩa là điện trở ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

Công suất

Trong khi sử dụng một điện trở, nếu dòng điện tăng lên, điện trở sẽ tỏa ra một lượng nhiệt. Nếu giá trị này vượt qua một giá trị tới hạn nhất định, điện trở có thể bị hỏng. Đánh giá công suất của một điện trở được in trên một số điện trở có giá trị cao hơn để tránh tình trạng như vậy.

Công suất là lượng điện năng được biểu thị bằng oát. Công suất điện là tốc độ truyền năng lượng điện.

Quyền lực P = VI = I²R

Tụ điện là một thành phần thụ động có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng hiệu điện thế giữa các bản của nó. Nó chống lại sự thay đổi đột ngột của điện áp. Điện tích được lưu trữ dưới dạng hiệu điện thế giữa hai bản, có dạng dương và âm tùy thuộc vào hướng lưu trữ điện tích.

Một vùng không dẫn điện hiện diện giữa hai tấm này được gọi là dielectric. Chất điện môi này có thể là chân không, không khí, mica, giấy, gốm, nhôm, vv Tên của tụ điện được đặt theo chất điện môi được sử dụng.

Biểu tượng và Đơn vị

Đơn vị tiêu chuẩn cho điện dung là Farads. Nói chung, các giá trị của tụ điện có sẵn sẽ theo thứ tự là micro-farads, pico-farads và nano-farads. Ký hiệu của tụ điện như hình dưới đây.

Điện dung của tụ điện tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa các bản tụ và tỉ lệ nghịch với diện tích các bản tụ điện. Ngoài ra, điện trở của vật liệu càng cao thì điện dung càng cao. Cácpermittivitycủa một phương tiện mô tả có bao nhiêu thông lượng điện được tạo ra trên một đơn vị điện tích trong phương tiện đó. Hình ảnh sau đây cho thấy một số tụ điện thực tế.

Khi đặt hai bản tụ có cùng diện tích A và chiều rộng bằng nhau đặt song song với nhau cách nhau một khoảng d và nếu tác dụng một năng lượng nào đó lên bản thì điện dung của tụ điện song song đó có thể gọi là:

$$C\:\:=\:\:\frac{\varepsilon_{0}\:\:\varepsilon_{r}\:\:d}{A}$$

Ở đâu

C = Điện dung của tụ điện

$\varepsilon_{0}$ = khả năng cho phép của không gian trống

$\varepsilon_{r}$ = khả năng cho phép của môi trường điện môi

d = khoảng cách giữa các tấm

A = diện tích của hai tấm dẫn

Với một hiệu điện thế nào đó, điện tích đọng lại trên hai bản song song của tụ điện. Sự lắng đọng điện tích này xảy ra chậm và khi điện áp trên tụ điện bằng với điện áp đặt vào, thì quá trình sạc sẽ dừng lại, khi điện áp đi vào bằng điện áp rời.

Tốc độ sạc phụ thuộc vào giá trị của điện dung. Giá trị của điện dung càng lớn thì tốc độ thay đổi điện áp trong các bản tụ càng chậm.

Hoạt động của một tụ điện

Tụ điện có thể được hiểu là một thành phần thụ động hai đầu có chức năng lưu trữ năng lượng điện. Năng lượng điện này được lưu trữ trong trường tĩnh điện.

Ban đầu, các điện tích âm và dương trên hai bản tụ điện ở trạng thái cân bằng. Không có xu hướng tụ điện bị sạc hoặc phóng điện. Điện tích âm được hình thành do sự tích tụ của các electron, còn điện tích dương được hình thành do sự suy giảm của các electron. Vì điều này xảy ra mà không có bất kỳ khoản phí bên ngoài nào được cung cấp, trạng thái này làelectrostatictình trạng. Hình dưới đây cho thấy tụ điện với các điện tích tĩnh.

Sự tích tụ và suy giảm của các điện tử theo các chu kỳ âm và dương khác nhau của nguồn điện xoay chiều, có thể được hiểu là “dòng điện”. Điều này được gọi làDisplacement Current. Hướng của dòng điện này tiếp tục thay đổi vì đây là dòng điện xoay chiều.

Sạc tụ điện

Khi có hiệu điện thế bên ngoài, điện tích được chuyển thành điện tích. Điều này xảy ra trong khi tụ điện đang sạc. Điện thế dương của nguồn cung cấp, hút các điện tử từ bản dương của tụ điện, làm cho nó trở nên dương hơn. Trong khi điện thế âm của nguồn cung cấp, ép các điện tử vào bản âm của tụ điện, khiến nó trở nên âm hơn. Hình bên dưới giải thích điều này.

Trong quá trình sạc này, các điện tử di chuyển qua nguồn DC nhưng không di chuyển qua dielectric đó là một insulator. Sự dịch chuyển này là lớn, khi tụ điện bắt đầu tích điện nhưng giảm khi nó tích điện. Tụ điện ngừng sạc khi điện áp trên tụ điện bằng điện áp nguồn.

Hãy xem điều gì sẽ xảy ra với chất điện môi khi tụ điện bắt đầu tích điện.

Hành vi điện môi

Khi các điện tích tích tụ trên các bản của tụ điện, một trường tĩnh điện được hình thành. Cường độ của trường tĩnh điện này phụ thuộc vào độ lớn của điện tích trên tấm và độ cho phép của vật liệu điện môi.Permittivity là số đo của điện môi cho dù nó cho phép các đường tĩnh điện đi qua nó bao xa.

Chất điện môi thực chất là chất cách điện. Nó có các electron ở quỹ đạo ngoài cùng của nguyên tử. Chúng ta hãy quan sát cách chúng bị ảnh hưởng. Khi không có điện tích trên các bản, các êlectron trong chất điện môi chuyển động theo quỹ đạo tròn. Điều này được thể hiện trong hình bên dưới.

Khi sự lắng đọng điện tích xảy ra, các electron có xu hướng di chuyển về phía tấm tích điện dương, nhưng chúng vẫn tiếp tục quay như thể hiện trong hình.

Nếu điện tích tăng thêm, các quỹ đạo mở rộng hơn. Nhưng nếu nó vẫn tăng, chất điện môibreaks downchập tụ điện. Bây giờ, tụ điện đã được sạc đầy, nó đã sẵn sàng để xả. Chỉ cần chúng ta cung cấp một con đường để chúng đi từ bản âm sang bản dương là đủ. Các điện tử di chuyển mà không có bất kỳ nguồn cung cấp bên ngoài nào vì có quá nhiều điện tử ở một bên và hầu như không có bất kỳ điện tử nào ở bên kia. Sự mất cân bằng này được điều chỉnh bởidischarge của tụ điện.

Ngoài ra, khi tìm thấy một đường phóng điện, các nguyên tử trong vật liệu điện môi có xu hướng trở về trạng thái bình thường circular orbitvà do đó buộc các electron bị phóng điện. Loại phóng điện này cho phép các tụ điện cung cấp dòng điện cao trong một khoảng thời gian ngắn, giống như trong đèn flash máy ảnh.

Mã màu

Để biết giá trị của tụ điện, nó thường được dán nhãn như sau:

n35 = 0,35nF hoặc 3n5 = 3,5nF hoặc 35n = 35nF, v.v.

Đôi khi các dấu sẽ giống như 100K có nghĩa là, k = 1000pF. Khi đó giá trị sẽ là 100 × 1000pF = 100nF.

Mặc dù những dấu hiệu số này đang được sử dụng ngày nay, nhưng một bảng mã màu Quốc tế đã được phát triển từ lâu, để hiểu các giá trị của tụ điện. Các chỉ báo mã hóa màu sắc như được đưa ra bên dưới.

Màu dải	Chữ số A và B	Hệ số nhân	Dung sai (t)> 10pf	Dung sai (t) <10pf	Hệ số nhiệt độ
Đen	0	× 1	± 20%	± 2.0pF
nâu	1	× 10	± 1%	± 0,1pF	-33 × 10 -6
Đỏ	2	× 100	± 2%	± 0,25pF	-75 × 10 -6
trái cam	3	× 1.000	± 3%		-150 × 10 -6
Màu vàng	4	× 10.000	± 4%		-220 × 10 -6
màu xanh lá	5	× 100.000	± 5%	± 0,5pF	-330 × 10 -6
Màu xanh da trời	6	× 1,000000			-470 × 10 -6
màu tím	7				-750 × 10 -6
Màu xám	số 8	× 0,01	+ 80%, -20%
trắng	9	× 0,1	± 10%	± 1.0pF
Vàng		× 0,1	± 5%
Bạc		× 0,01	± 10%

Những dấu hiệu này được sử dụng để xác định giá trị của tụ điện.

Trong năm tụ điện dải này, hai dải đầu tiên biểu thị chữ số, dải thứ ba biểu thị hệ số nhân, dải thứ tư cho dung sai và dải thứ năm biểu thị điện áp. Chúng ta hãy xem một ví dụ để hiểu quá trình mã hóa màu sắc.

Example 1 - Xác định giá trị của tụ điện có mã màu vàng, tím, da cam, trắng và đỏ.

Solution- Giá trị của màu vàng là 4, màu tím là 7, màu cam là 3 thể hiện cấp số nhân. Màu trắng là ± 10 là giá trị dung sai. Màu đỏ thể hiện hiệu điện thế. Nhưng để biết định mức điện áp, chúng ta có một bảng khác, từ đó phải biết băng tần cụ thể mà tụ điện này thuộc về.

Do đó giá trị của tụ điện là 47nF, 10% 250v (điện áp cho dải V)

Bảng sau đây cho thấy cách xác định điện áp tùy thuộc vào các băng tần mà tụ điện thuộc về.

Màu dải	Đánh giá điện áp (V)
	TYPE J	TYPE K	TYPE L	TYPE M	TYPE N
Đen	4	100		10	10
nâu	6	200	100	1,6
Đỏ	10	300	250	4	35
trái cam	15	400		40
Màu vàng	20	500	400	6,3	6
màu xanh lá	25	600		16	15
Màu xanh da trời	35	700	630		20
màu tím	50	800
Màu xám		900		25	25
trắng	3	1000		2,5	3
Vàng		2000
Bạc

Với sự trợ giúp của bảng này, định mức điện áp cho mỗi dải tụ điện được biết theo màu sắc đã cho. Loại xếp hạng điện áp cũng cho biết loại tụ điện. Ví dụ: loại J là tụ điện Tantali nhúng, loại K là tụ điện Mica, loại L là tụ điện Polystyrene, loại M là tụ điện dải điện phân 4 và loại N là tụ điện dải điện phân 3. Ngày nay, việc mã hóa màu đã được thay thế bằng cách in đơn giản giá trị của các tụ điện như đã đề cập trước đây.

Phản ứng điện dung

Đây là một thuật ngữ quan trọng. Phản ứng điện dung là sự đối lập của tụ điện với dòng điện xoay chiều, hoặc đơn giản là dòng điện xoay chiều. Tụ điện chống lại sự thay đổi của dòng điện và do đó nó thể hiện một số đối lập có thể được gọi làreactance, vì tần số của dòng điện đầu vào cũng nên được xem xét cùng với điện trở mà nó cung cấp.

Symbol: X_C

Trong mạch thuần điện dung, dòng điện I_C leads điện áp áp dụng bằng 90 °

Hệ số nhiệt độ của tụ điện

Sự thay đổi tối đa trong Capacitancecủa tụ điện, trên một phạm vi nhiệt độ xác định, có thể được biết bằng hệ số nhiệt độ của tụ điện. Nó nói rằng khi nhiệt độ vượt quá một điểm nhất định, sự thay đổi điện dung của tụ điện có thể xảy ra được hiểu làtemperature coefficient of capacitors.

Tất cả các tụ điện thường được sản xuất với nhiệt độ tham chiếu là 25 ° C. Do đó hệ số nhiệt độ của tụ điện được coi là các giá trị nhiệt độ cao hơn và thấp hơn giá trị này.

Trong một mạch, một tụ điện có thể được mắc nối tiếp hoặc song song. Nếu một bộ tụ điện được kết nối trong một mạch, thì kiểu kết nối tụ điện liên quan đến các giá trị điện áp và dòng điện trong mạng đó.

Tụ điện trong loạt

Hãy để chúng tôi quan sát điều gì sẽ xảy ra, khi một số tụ điện được kết nối thành Series. Chúng ta hãy xem xét ba tụ điện với các giá trị khác nhau, như thể hiện trong hình dưới đây.

Điện dung

Khi xét điện dung của một mạng mà các tụ điện mắc nối tiếp, thì thêm nghịch đảo của tất cả các tụ điện để nhận được nghịch đảo của tổng điện dung. Để hiểu rõ hơn điều này,

$$\frac{1}{C_{T}}\:\:=\:\:\frac{1}{C_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{C_{2}}\:\:+\:\:\frac{1}{C_{3}}$$

Theo cùng một công thức, nếu chỉ cần hai tụ điện mắc nối tiếp, thì

$$C_{T}\:\:=\:\:\frac{C_{1}\:\:\times\:\:C_{2}}{C_{1}\:\:+\:\:C_{2}}$$

Trong đó C ₁ là điện dung trên tụ ^thứ 1 , C ₂ là điện dung trên tụ ^{thứ 2} và C ₃ là điện dung trên tụ ^thứ 3 trong mạng trên.

Vôn

Điện áp trên mỗi tụ điện phụ thuộc vào giá trị của từng điện dung. Nghĩa là

$$V_{C1}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{1}}\:\:V_{C2}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{2}}\:\:V_{C3}\:\:=\:\:\frac{Q_{T}}{C_{3}}$$

Tổng hiệu điện thế trên toàn mạch tụ điện nối tiếp,

$$V_{T}\:\:=\:\:V_{C1}\:\:+\:\:V_{C2}\:\:+\:\:V_{C3}$$

Trong đó V _c1 là điện áp trên 1 ^st tụ, V _c2 là điện áp trên 2 ^nd tụ và V _c3 được điện áp trên 3 ^thứ tụ trong mạng trên.

Hiện hành

Tổng lượng dòng điện chạy qua một bộ tụ điện mắc nối tiếp là như nhau tại tất cả các điểm. Do đó, các tụ điện sẽ lưu trữ cùng một lượng điện tích bất kể giá trị điện dung của chúng.

Hiện tại qua mạng,

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:=\:\:I_{2}\:\:=\:\:I_{3}$$

Trong đó I ₁ là cường độ dòng điện qua tụ điện ^{thứ nhất} , I ₂ là cường độ dòng điện qua tụ điện ^{thứ 2} và I ₃ là cường độ dòng điện qua tụ điện ^thứ 3 trong mạng trên.

Khi dòng điện giống nhau, việc lưu trữ điện tích là như nhau vì bất kỳ bản nào của tụ điện đều nhận điện tích từ tụ điện liền kề và do đó các tụ điện mắc nối tiếp sẽ có cùng điện tích.

$$Q_{T}\:\:=\:\:Q_{1}\:\:=\:\:Q_{2}\:\:=\:\:Q_{3}$$

Tụ điện song song

Chúng ta hãy quan sát những gì sẽ xảy ra, khi vài tụ điện được kết nối song song. Chúng ta hãy xem xét ba tụ điện với các giá trị khác nhau, như thể hiện trong hình dưới đây.

Điện dung

Điện dung tổng của đoạn mạch bằng tổng điện dung riêng của các tụ điện trong mạng.

$$C_{T}\:\:=\:\:C_{1}\:\:+\:\:C_{2}\:\:+\:\:C_{3}$$

Trong đó C ₁ là điện dung trên tụ ^thứ 1 , C ₂ là điện dung trên tụ ^{thứ 2} và C ₃ là điện dung trên tụ ^thứ 3 trong mạng trên.

Vôn

Hiệu điện thế đo được ở cuối đoạn mạch là same là hiệu điện thế trên tất cả các tụ điện được mắc thành mạch song song.

$$V_{T}\:\:=\:\:V_{1}\:\:=\:\:V_{2}\:\:=\:\:V_{3}$$

Trong đó V _c1 là điện áp trên 1 ^st tụ, V _c2 là điện áp trên 2 ^nd tụ và V _c3 được điện áp trên 3 ^thứ tụ trong mạng trên.

Hiện hành

Tổng cường độ dòng điện chạy qua bằng tổng cường độ dòng điện chạy qua mỗi tụ điện mắc trong mạng song song.

$$I_{T}\:\:=\:\:I_{1}\:\:+\:\:I_{2}\:\:+\:\:I_{3}$$

Trong đó I ₁ là cường độ dòng điện qua tụ điện ^{thứ nhất} , I ₂ là cường độ dòng điện qua tụ điện ^{thứ 2} và I ₃ là cường độ dòng điện qua tụ điện ^thứ 3 trong mạng trên.

Có nhiều loại tụ điện tùy thuộc vào chức năng của chúng, vật liệu điện môi được sử dụng, hình dạng của chúng, v.v. Việc phân loại chính được thực hiện theo tụ điện cố định và tụ điện thay đổi.

Các loại tụ điện

Sự phân loại như trong hình sau.

Cách phân loại chính giống như phần trên. Tụ điện cố định là những tụ điện có giá trị cố định tại thời điểm sản xuất chính nó và những tụ điện biến đổi cung cấp cho chúng ta tùy chọn để thay đổi giá trị của điện dung.

Tụ điện biến đổi

Hãy cho chúng tôi biết điều gì đó về các tụ điện có giá trị thay đổi khi bạn thay đổi electrically hoặc là mechanically. Tụ điện biến đổi nói chung bao gồm các tập hợp các tấm kim loại đan xen, trong đó một tấm cố định và một tấm khác có thể thay đổi được. Các tụ điện này cung cấp các giá trị điện dung để thay đổi giữa10 to 500pF.

Các tụ điện ganged được hiển thị ở đây là sự kết hợp của hai tụ điện được kết nối với nhau. Một trục đơn được sử dụng để quay các đầu biến thiên của các tụ điện này được kết hợp làm một. Đường chấm chỉ ra rằng chúng được kết nối nội bộ.

Có nhiều ứng dụng của các biến trở này như để điều chỉnh trong mạch LC của máy thu vô tuyến, để kết hợp trở kháng trong ăng-ten, vv Các loại tụ biến chính là tụ chỉnh và tụ chỉnh.

Điều chỉnh tụ điện

Tụ điều chỉnh là loại tụ biến thiên phổ biến. Chúng chứa stato, rôto, khung đỡ stato và tụ điện mica. Các chi tiết cấu tạo của một tụ điện điều chỉnh được thể hiện trong hình sau.

Stato là bộ phận đứng yên và rôto quay nhờ chuyển động của trục chuyển động. Các tấm rôto khi di chuyển vào các khe của stato, chúng tiến lại gần tạo thành các tấm của tụ điện. Khi các bản của rôto nằm hoàn toàn trong các khe của stato thì giá trị điện dung là cực đại và khi không đặt thì giá trị của điện dung là cực tiểu.

Hình trên cho thấy một ganged tuning capacitorcó hai tụ điều chỉnh được kết nối trong một băng nhóm. Đây là cách một tụ điều chỉnh hoạt động. Các tụ điện này thường có giá trị điện dung từ vài Pico Farads đến vài chục Pico Farads. Chúng hầu hết được sử dụng trong mạch LC trong máy thu vô tuyến. Chúng còn được gọi làTuning Condensers.

Tụ điện

Tụ tông đơ rất đa dạng bằng cách sử dụng tuốc nơ vít. Tụ tông đơ thường được cố định ở nơi không cần thay đổi giá trị của điện dung, một khi đã cố định.

Có ba dây dẫn của một tụ điện tông đơ, một dây nối với tấm tĩnh, một dây dẫn quay và một dây dẫn chung. Đĩa chuyển động có hình bán nguyệt. Một tụ điện của tông đơ sẽ giống như những cái trong hình sau.

Có hai bản dẫn song song có chất điện môi ở giữa. Tùy thuộc vào chất điện môi này được sử dụng, có các tụ điện cắt xén không khí và tụ điện tông đơ gốm. Các chi tiết cấu tạo của một tụ điện tông đơ như hình dưới đây.

Một trong hai tấm có thể di chuyển được, trong khi tấm kia cố định. Vật liệu điện môi được cố định. Khi tấm chuyển động được dịch chuyển, đối diện với khu vực giữa điện cực di động và điện cực cố định, thì điện dung có thể thay đổi. Điện dung sẽ cao hơn nếu diện tích đối diện lớn hơn, vì cả hai điện cực hoạt động như hai bản của tụ điện.

Tụ điện của tông đơ được cố định dễ dàng trên PCB (Bảng mạch in) và chúng chủ yếu được sử dụng để hiệu chuẩn thiết bị.

Các tụ điện có giá trị cố định trong khi sản xuất và không thể thay đổi sau này được gọi là Fixed Capacitors. Sự phân loại chính của tụ điện cố định được thực hiện là phân cực và không phân cực. Chúng ta hãy xem xét tụ điện không phân cực.

Tụ điện không phân cực

Đây là những tụ điện có no specific polarities, có nghĩa là chúng có thể được kết nối trong một mạch, theo cả hai cách mà không cần bận tâm về vị trí của dây dẫn bên phải và dây dẫn bên trái. Các tụ điện này còn được gọi làNon-Electrolytic Capacitors.

Sự phân loại chính của tụ điện không phân cực được thực hiện như trong hình sau.

Trong số các loại tụ điện, trước tiên chúng ta hãy đi qua tụ điện gốm.

Tụ gốm

Các tụ điện phổ biến được sử dụng giữa loại cố định là Tụ gốm. Tụ gốm là tụ điện cố định cóceramic material làm chất điện môi.

Các tụ điện gốm này còn được phân loại thành class1 và class2 tùy theo ứng dụng của chúng. Ví dụ,Class1 có độ ổn định cao và hoạt động tốt nhất cho các ứng dụng mạch cộng hưởng, trong khi class2 có hiệu quả cao và mang lại hiệu quả tốt nhất cho các ứng dụng ghép nối.

Một hình ống hoặc tấm rỗng như vật liệu gốm chẳng hạn như titanium dioxide và barium titanateđược phủ một lớp hợp chất bạc lắng đọng trên cả hai bức tường, do đó cả hai mặt hoạt động như hai bản tụ điện và gốm hoạt động như một chất điện môi. Chì được rút ra từ hai bề mặt này và toàn bộ cụm này được bao bọc trong một lớp phủ chống ẩm.

Các tụ gốm hiện đại thường được sử dụng nhất là Multi-Layer Chip Capacitors (MLCC). Các tụ điện này được sản xuất theo công nghệ gắn trên bề mặt và chủ yếu được sử dụng do kích thước nhỏ. Chúng có sẵn theo thứ tự từ 1ηF đến 100µF.

Tụ phim

Tụ điện phim là những tụ điện có chất phim là vật liệu điện môi. Tùy thuộc vào loại phim được sử dụng, chúng được phân loại làPaper và Metal film tụ điện.

Các tụ điện phim này đều là tụ điện điện môi giấy trong khi tụ điện giấy sử dụng waxed giấy trong khi một tụ điện phim kim loại sử dụng metallizedgiấy. Cách sắp xếp gần giống như hình dưới đây.

Tụ giấy

Tụ giấy sử dụng Giấy làm vật liệu điện môi. Hai tấm giấy thiếc mỏng được lấy và đặt giữa các tấm giấy mỏng có phủ sáp hoặc dầu. Giấy này hoạt động như một chất điện môi. Giấy bây giờ đang được thay thế bằng nhựa.

Các tấm này được kẹp và cuộn lại thành hình trụ và được bao bọc trong một hộp nhựa. Khách hàng tiềm năng được rút ra. Hình sau đây cho thấy một ví dụ về Tụ giấy.

Tụ giấy có sẵn theo thứ tự từ 0,001µF đến 2µF và định mức điện áp có thể cao tới 2000 vôn. Các tụ điện này rất hữu ích trong các ứng dụng điện áp và dòng điện cao.

Tụ phim kim loại

Tụ phim kim loại là một loại tụ điện phim khác. Chúng còn được gọi là tụ điện lá kim loại hoặc tụ điện giấy kim loại vì chất điện môi được sử dụng ở đây là một loại giấy được phủ một lớp phim kim loại.

Không giống như tụ điện bằng giấy, một màng nhôm hoặc kẽm được phủ trên giấy để tạo thành chất điện môi trong tụ điện phim kim loại này. Thay vì các tấm nhôm đặt giữa các giấy tờ, bản thân giấy được tráng trực tiếp ở đây. Điều này làm giảm kích thước của tụ điện.

Lớp phủ nhôm được ưu tiên hơn lớp phủ kẽm vì vậy to avoid destructioncủa tụ điện do sự khử hóa học. Các tấm tráng nhôm được cuộn dưới dạng hình trụ và dẫn được lấy. Toàn bộ thứ này được bao bọc bằng sáp hoặc nhựa dẻo để bảo vệ tụ điện. Những tụ điện này hữu ích tronghigh voltage and current các ứng dụng.

Tụ điện khác

Đây là những tụ điện linh tinh được đặt tên theo vật liệu điện môi được sử dụng. Nhóm này bao gồm Tụ Mica, Tụ Khí, Tụ Chân Không và Tụ Thủy Tinh, v.v.

Tụ điện mica

Tụ điện Mica được tạo ra bằng cách sử dụng các tấm Mica mỏng làm vật liệu điện môi. Cũng giống như tụ giấy, các tấm kim loại mỏng được kẹp bằng các tấm mica ở giữa. Cuối cùng các lớp tấm kim loại được kết nối ở cả hai đầu và hai dây dẫn được hình thành. Sau đó, toàn bộ lắp ráp được bao bọc trong viên nang Bakelite bằng nhựa. Hình ảnh sau đây cho thấy một tụ điện Mica trông như thế nào.

Tụ điện Mica có sẵn trong phạm vi từ 50pF đến 500pF. Các tụ điện Mica có điện áp làm việc cao lên đến 500V. Đây là những tụ điện được sử dụng phổ biến nhất cho các mạch điện tử như bộ lọc gợn sóng, mạch Cộng hưởng, mạch ghép nối và các thiết bị phát sóng RF công suất lớn, dòng điện cao.

Tụ điện

Tụ điện là những cái có air as dielectric. Các tụ điện không khí đơn giản nhất là những tụ điện có các tấm dẫn có không khí ở giữa. Cấu trúc này hoàn toàn giống vớivariable tuning capacitorThảo luận ở trên. Những tụ điện này có thể được cố định và cũng có thể thay đổi nhưng cố định rất hiếm khi được sử dụng vì có những loại tụ điện khác có đặc tính ưu việt hơn.

Tụ điện chân không

Tụ điện chân không sử dụng high vacuum as dielectricthay vì không khí hoặc một số vật liệu khác. Chúng cũng có sẵn trong các chế độ cố định và thay đổi. Cấu tạo của các tụ điện này tương tự như các ống chân không. Chúng chủ yếu được nhìn thấy dưới dạng một hình trụ thủy tinh chứa các hình trụ đồng tâm đan xen nhau.

Hình ảnh sau đây cho thấy một tụ điện chân không thay đổi được.

Hình ảnh sau đây cho thấy một tụ điện chân không cố định trông như thế nào:

Tụ điện chân không biến đổi có sẵn ở dải 12pF đến 5000pF và chúng được sử dụng cho các ứng dụng điện áp cao như 5kV đến 60kV. Chúng được sử dụng trong các thiết bị chính nhưhigh power broadcast transmitters, RF amplifiers và rộng lớn antenna tuners.

Tụ thủy tinh

Tụ thủy tinh là loại tụ điện rất độc quyền với nhiều ưu điểm và ứng dụng. Như tất cả các loại trên, tại đâyglasslà chất điện môi. Cùng với điện môi thủy tinh, các điện cực nhôm cũng có mặt trong các tụ điện này. Việc bao bọc bằng nhựa được thực hiện sau khi lấy ra các dây dẫn. Các đạo trình có thể là đạo trình dọc trục hoặc đạo trình hình ống.

Có nhiều ưu điểm của tụ điện thủy tinh như -

• Hệ số nhiệt độ thấp.
• Đây là những tụ điện chống ồn.
• Họ sản xuất đầu ra chất lượng cao với tổn thất thấp.
• Chúng có khả năng xử lý nhiệt độ hoạt động cao.
• Các tụ điện này có thể xử lý dòng RF lớn.

Có nhiều ứng dụng cho các tụ điện thủy tinh này như -

• Được sử dụng trong các mạch cần ở vùng nhiệt độ cao.
• Dùng trong các mạch cần Q cao.
• Được sử dụng trong các mạch xử lý công suất cao.
• Dùng cho các mạch cần dung sai cao.

Tụ điện phân cực là những tụ điện có phân cực âm và dương cụ thể. Trong khi sử dụng các tụ điện này trong các mạch điện, luôn phải chú ý rằng chúng được kết nối vớiperfect polarities. Hình ảnh sau đây cho thấy sự phân loại của tụ điện phân cực.

Hãy bắt đầu thảo luận với Tụ điện.

Tụ điện

Tụ điện là tụ điện cho biết tên của một số chất điện phân được sử dụng trong đó. Chúng là các tụ điện phân cực có cực dương (+) và cực âm (-) với các cực cụ thể.

Một kim loại trên đó insulating oxide layer hình thức bằng cách anốt hóa được gọi là Anode. Một chất rắn hoặc không rắnelectrolyte bao phủ bề mặt của lớp oxit, có chức năng như một cathode. Tụ điện có cao hơn nhiềuCapacitance-Voltage (CV) value hơn các loại khác, do bề mặt anốt lớn hơn và lớp oxit điện môi mỏng.

Tụ điện nhôm

Tụ điện nhôm là loại phổ biến nhất trong số các tụ điện. Trong những cái này, mộtAluminum foil với một bề mặt khắc hoạt động như một Anode. Một lớp kim loại mỏng, có độ dày vài micromet hoạt động như mộtdiffusion barrier, được đặt giữa hai kim loại để tách biệt về điện. Do đó hàng rào khuếch tán hoạt động như mộtdielectric. Cácelectrolyte hoạt động như một cathode trong đó bao phủ bề mặt thô của lớp oxit.

Hình dưới đây cho thấy hình ảnh của các kích thước khác nhau của Tụ điện nhôm có sẵn.

Tùy thuộc vào chất điện phân có ba loại tụ điện điện phân nhôm. Họ là -

• Tụ điện phân nhôm ướt (không rắn)
• Mangan đioxit nhôm Tụ điện (rắn)
• Tụ điện điện phân nhôm polyme (rắn)

Ưu điểm chính của các tụ điện điện phân nhôm này là, chúng có low impedancegiá trị ngay cả ở tần số chính và chúng rẻ hơn. Chúng chủ yếu được sử dụng trongPower supply circuits, SMPS (Nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi) và DC-DC Converters.

Tụ điện phân Tantali

Đây là một loại tụ điện khác có anode được tạo thành từ tantalum trên đó một lớp cách điện rất mỏng oxide layerđược hình thành. Lớp này hoạt động như mộtdielectric và electrolyte đóng vai trò là cực âm phủ lên bề mặt lớp oxit.

Hình sau đây cho thấy tụ tantali trông như thế nào.

Tantali cung cấp lớp điện môi có độ cho phép cao. Tantali có điện dung cao trên mỗi thể tích và trọng lượng thấp hơn. Nhưng những cái này đắt hơn tụ điện nhôm, do thường xuyên không có sẵn tantali.

Tụ điện Niobi

Tụ điện Niobi là một loại Tụ điện khác trong đó một kim loại niobi bị thụ động hóa hoặc niobi monoxit được coi là cực dương và một lớp niobi pentoxit cách điện được thêm vào cực dương để nó hoạt động như một chất điện môi. Một chất điện phân rắn được đặt trên bề mặt của lớp oxit đóng vai trò là cực âm. Hình dưới đây cho thấy tụ điện Niobi trông như thế nào.

Tụ điện Niobi thường có sẵn dưới dạng tụ điện chip SMD (Thiết bị gắn trên bề mặt). Chúng được lắp dễ dàng trong PCB. Các tụ điện này phải được vận hành ở các cực hoàn hảo. Bất kỳ loại điện áp ngược hoặc dòng điện gợn sóng nào cao hơn mức quy định cuối cùng sẽdestroy the dielectric và cả tụ điện nữa.

Siêu tụ điện

Tụ điện hóa công suất lớn có giá trị điện dung cao hơn nhiều so với các tụ điện khác, được gọi là Super Capacitors. Chúng có thể được phân loại như một nhóm nằm giữa tụ điện điện phân và pin sạc. Chúng còn được gọi làUltra Capacitors.

Có nhiều ưu điểm với các tụ điện này như -

• Chúng có giá trị điện dung cao.
• Họ có thể lưu trữ và giao hàng nhanh hơn nhiều.
• Chúng có thể xử lý nhiều chu kỳ sạc và xả hơn.

Các tụ điện này có nhiều ứng dụng như -

• Chúng được sử dụng trong ô tô, xe buýt, xe lửa, thang máy và cần cẩu.
• Chúng được sử dụng trong phanh tái sinh.
• Chúng được sử dụng để sao lưu bộ nhớ.

Các loại siêu tụ điện là hai lớp, giả và lai.

Tụ điện hai lớp

Tụ điện hai lớp là tụ điện. Sự lắng đọng điện tích được thực hiện trong các tụ điện này theo nguyên tắc hai lớp.

• Tất cả các chất rắn đều có điện tích âm trên lớp bề mặt khi chuyển thành chất lỏng.

• Điều này là do hệ số điện môi của chất lỏng cao.

• Tất cả các ion dương đến gần bề mặt của vật liệu rắn để tạo da.

• Sự lắng đọng của các ion dương gần vật liệu rắn sẽ lỏng hơn theo khoảng cách.

• Điện tích được tạo ra ở bề mặt này do sự lắng đọng của các anion và cation dẫn đến một số giá trị điện dung.

Hiện tượng hai lớp này còn được gọi là lớp kép Helmholtz. Hình dưới đây giải thích quy trình của hiện tượng hai lớp, khi tụ điện được tích điện và khi nó phóng điện.

Những tụ điện này được gọi đơn giản là tụ điện hai lớp (EDLC). Họ sử dụng điện cực carbon để đạt được sự phân tách điện tích giữa bề mặt của điện cực dẫn điện và chất điện phân. Cácbon đóng vai trò là chất điện môi và hai chất kia đóng vai trò là cực dương và cực âm. Sự phân tách điện tích nhỏ hơn nhiều so với tụ điện thông thường.

Tụ điện giả

Các tụ điện này tuân theo electrochemicalquá trình lắng đọng điện tích. Điều này còn được gọi làfaradaic process. Ở điện cực, khi một số chất hóa học bị khử hoặc bị oxi hóa, một số dòng điện được tạo ra. Trong quá trình như vậy, các tụ điện này lưu trữ điện tích bằng cách chuyển điện tử giữa điện cực và chất điện phân. Đây là nguyên lý hoạt động của tụ Pseudo.

Chúng được sạc nhanh hơn nhiều và lưu trữ điện tích nhiều như pin. Chúng được vận hành với tốc độ nhanh hơn. Chúng được sử dụng song song với pin để nâng cao tuổi thọ. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng lưới điện để xử lý biến động điện năng.

Tụ điện lai

Tụ lai là sự kết hợp của EDLC và Tụ giả. Trong các tụ điện Hybrid, than hoạt tính được sử dụng làm cực âm và vật liệu cacbon pha tạp trước đóng vai trò là cực dương. Tụ điện ion Li là ví dụ phổ biến của loại này. Hình dưới đây cho thấy các loại tụ điện lai khác nhau.

Chúng có khả năng chịu đựng cao trong một loạt các biến đổi nhiệt độ từ -55 ° C đến 200 ° C. Tụ điện lai cũng được sử dụng trong các ứng dụng trên không. Mặc dù giá thành cao nhưng các tụ điện này có độ tin cậy cao và nhỏ gọn. Đây là những thiết bị chắc chắn và có thể chịu được chấn động, rung động và áp lực cực lớn từ môi trường. Tụ điện lai có mật độ năng lượng cao hơn và công suất riêng cao hơn bất kỳ tụ điện điện phân nào.

Hãy để tôi giới thiệu với bạn một thành phần quan trọng khác trong lĩnh vực Điện tử và Điện, Inductor. Cuộn cảm là một linh kiện hai đầu thụ động có chức năng lưu trữ tạm thời năng lượng dưới dạng từ trường. Nó thường được gọi làcoil. Thuộc tính chính của một cuộn cảm là nóopposes any change in current.

Cuộn cảm

Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, Khi dòng điện chạy qua cuộn cảm thay đổi, từ trường biến thiên theo thời gian sẽ tạo ra hiệu điện thế trong vật dẫn. Theo luật thấu kính, hướng của EMF cảm ứng chống lại sự thay đổi của dòng điện tạo ra nó. Vì thế,induced EMF is opposite to the voltageđược áp dụng trên cuộn dây. Đây là thuộc tính của một cuộn cảm.

Hình sau đây cho thấy một cuộn cảm trông như thế nào.

Một cuộn cảm chặn bất kỳ thành phần AC nào có trong tín hiệu DC. Cuộn cảm đôi khi được bọc trên một lõi, ví dụ như lõi ferit. Sau đó nó trông như trong hình bên dưới.

Hình dưới đây cho thấy một cuộn cảm với các bộ phận khác nhau được dán nhãn.

Ký hiệu

Ký hiệu của các loại cuộn cảm như được đưa ra dưới đây.

Lưu trữ năng lượng

Một trong những tính chất cơ bản của điện từ là dòng điện khi chạy qua cuộn cảm, một từ trường sẽ tạo ra vuông góc với dòng điện. Điều này tiếp tục được xây dựng. Nó được ổn định tại một số điểm, có nghĩa là điện cảm sẽ không tăng lên sau đó. Khi dòng điện ngừng chạy, từ trường giảm.

Năng lượng từ trường này được biến thành năng lượng điện. Do đó, năng lượng được lưu trữ trong này tạm thời dưới dạng từ trường.

Làm việc của một cuộn cảm

Theo lý thuyết Cảm ứng điện từ, bất kỳ dòng điện biến thiên nào, chạy trong một vật dẫn, đều tạo ra từ trường xung quanh vật đó, vuông góc với dòng điện. Ngoài ra, bất kỳ từ trường thay đổi nào, đều tạo ra dòng điện trong vật dẫn có trong trường đó, ngược lại dòng điện vuông góc với từ trường.

Bây giờ, nếu chúng ta xem xét một cuộn cảm được tạo thành từ một cuộn dây dẫn và khi một số dòng điện chạy qua cuộn cảm, một từ trường được tạo ra vuông góc với nó. Hình dưới đây chỉ ra một cuộn cảm có từ trường xung quanh nó.

Bây giờ, ở đây chúng ta có một từ trường thay đổi, tạo ra một số dòng điện qua dây dẫn. Nhưng dòng điện này được tạo ra sao cho nó chống lại dòng điện chính, đã tạo ra từ trường.

Nếu dòng điện này được đặt tên là Im có nghĩa là dòng điện tạo ra do từ trường và từ trường được biểu thị bằng β, thì hình sau đây cho biết điều đó.

Dòng điện đối nghịch này tăng cường độ với từ trường thay đổi, từ trường này sẽ tăng năng lượng bởi tần số nguồn cung cấp đầu vào. Do đó khi dòng điện đầu vào ngày càng trở nên xoay chiều với tần số cao, thì dòng điện ngược chiều tạo ra cũng tăng cường độ theo hướng ngược lại với chính nguyên nhân tạo ra nó. Bây giờ, dòng điện đối nghịch này, cố gắng ngăn dòng điện xoay chiều tần số cao đi qua cuộn cảm, có nghĩa là "chặn dòng điện xoay chiều".

Thuộc tính của một cuộn cảm để nhận được điện áp gây ra bởi sự thay đổi của dòng điện, được định nghĩa là Điện cảm. Độ tự cảm là tỷ số giữa hiệu điện thế và tốc độ thay đổi của dòng điện.

Tốc độ thay đổi của dòng điện tạo ra sự thay đổi trong từ trường, tạo ra EMF ngược hướng với nguồn điện áp. Tính chất cảm ứng EMF này được gọi làInductance.

Công thức cho độ tự cảm là

$$Inductance\:\:=\:\:\frac{volatge}{rate\:of\:change\:of\:current}$$

Units −

• Đơn vị của điện cảm là Henry. Nó được chỉ ra bởiL.

• Các cuộn cảm chủ yếu có sẵn ở dạng mH (mili Henry) và μH (micro Henry).

Một cuộn dây được cho là có độ tự cảm là one Henry khi EMF của one volt là hiện tượng tự cảm trong cuộn dây mà dòng điện chạy qua thay đổi với tốc độ one ampere per second.

Tự cảm

Nếu một cuộn dây được coi là trong đó một số dòng điện chạy qua, thì nó có một số từ trường, vuông góc với dòng điện. Khi dòng điện này tiếp tục thay đổi, từ trường cũng thay đổi và từ trường thay đổi này, tạo ra EMF, ngược chiều với điện áp nguồn. EMF đối lập này được tạo ra làself-induced voltage và phương pháp này được gọi là self-inductance.

Hiện tại i_s trong hình chỉ ra nguồn hiện tại trong khi i_indcho biết cường độ dòng điện cảm ứng. Từ thông biểu thị từ thông tạo ra xung quanh cuộn dây. Với ứng dụng của điện áp, dòng điệni_scác dòng chảy và thông lượng được tạo ra. Khi hiện tạii_s khác nhau, thông lượng được sản xuất khác nhau i_ind.

EMF cảm ứng này qua cuộn dây tỷ lệ với tốc độ thay đổi dòng điện. Tốc độ thay đổi dòng điện càng cao thì giá trị EMF gây ra càng cao.

Chúng ta có thể viết phương trình trên dưới dạng

$$E\:\:\alpha\:\:\frac{dI}{dt}$$

$$E\:\:=\:\:L\:\:\frac{dI}{dt}$$

Ở đâu,

• E EMF có được sản xuất không

• dI/dt cho biết tốc độ thay đổi của dòng điện

• L cho biết hiệu suất của cuộn cảm.

Tự cảm hoặc Hiệu suất của Tự cảm có thể được gọi là

$$L\:\:=\:\:\frac{E}{\frac{dI}{dt}}$$

Phương trình thực tế được viết dưới dạng

$$E\:\:=\:\:-L\:\:\frac{dI}{dt}$$

Số trừ trong phương trình trên chỉ ra rằng the EMF is induced in opposite direction to the voltage source theo định luật Lenz.

Cảm lẫn nhau

Khi cuộn dây mang dòng điện tạo ra một số từ trường xung quanh nó, nếu một cuộn dây khác được đưa đến gần cuộn dây này, sao cho nó nằm trong vùng từ thông của cuộn sơ cấp, thì từ thông thay đổi tạo ra EMF trong cuộn thứ hai. Nếu cuộn dây đầu tiên này được gọi làPrimary coil, cái thứ hai có thể được gọi là Secondary coil.

Khi EMF được cảm ứng trong cuộn thứ cấp do từ trường thay đổi của cuộn sơ cấp, thì hiện tượng đó được gọi là Mutual Inductance.

Hiện tại i_s trong hình chỉ ra nguồn hiện tại trong khi i_indcho biết cường độ dòng điện cảm ứng. Từ thông biểu thị từ thông tạo ra xung quanh cuộn dây. Điều này cũng lan truyền đến cuộn dây thứ cấp.

Với ứng dụng của điện áp, dòng điện i_scác dòng chảy và thông lượng được tạo ra. Khi hiện tạii_s khác nhau, thông lượng được sản xuất khác nhau i_ind ở cuộn thứ cấp, do tính chất cảm kháng lẫn nhau.

Sự thay đổi đã diễn ra như thế này.

$$V_{p}\:\:I_{p}\rightarrow\:\:B\:\:\rightarrow\:\:V_{s}\:\:I_{s}$$

Ở đâu,

• V_p i_p Cho biết Hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong cuộn sơ cấp lần lượt là

• B Cho biết từ thông

• V_s i_s Cho biết Hiệu điện thế và cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp lần lượt là

Cảm lẫn nhau M của hai đầu đoạn mạch mô tả lượng điện áp ở cuộn thứ cấp do dòng điện ở cuộn sơ cấp thay đổi.

$$V(Secondary)\:\:=\:\:-M\frac{\Delta I}{\Delta t}$$

Ở đâu $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ tốc độ thay đổi của dòng điện theo thời gian và Mlà đồng hiệu của cuộn cảm lẫn nhau. Dấu trừ cho biết chiều dòng điện ngược chiều với nguồn.

Units −

Đơn vị của độ tự cảm tương hỗ là

$$volt\:\:=\:\:M\frac{amps}{sec}$$

(Từ phương trình trên)

$$M\:\:=\:\:\frac{volt.\:sec}{amp}$$

$$=\:\:Henry(H)$$

Tùy thuộc vào số vòng của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, liên kết từ thông và lượng EMF cảm ứng khác nhau. Số lượt ở sơ cấp được ký hiệu là N1 và thứ cấp là N2. Hiệu suất đồng ghép nối là thuật ngữ chỉ độ tự cảm lẫn nhau của hai cuộn dây.

Các yếu tố ảnh hưởng đến điện cảm

Có một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của cuộn cảm. Những điều chính được thảo luận dưới đây.

Chiều dài của cuộn dây

Chiều dài của cuộn dây thuần cảm tỉ lệ nghịch với độ tự cảm của cuộn dây. Nếu chiều dài của cuộn dây càng nhiều thì cảm kháng của cuộn cảm đó càng nhỏ và ngược lại.

Diện tích mặt cắt ngang của cuộn dây

Diện tích tiết diện của cuộn dây tỷ lệ thuận với độ tự cảm của cuộn dây. Tiết diện của cuộn dây càng lớn thì độ tự cảm càng tăng.

Số lượt

Với số vòng dây, cuộn dây ảnh hưởng trực tiếp đến độ tự cảm. Giá trị của độ tự cảm bình phương với số vòng dây mà cuộn dây có. Do đó số vòng càng nhiều thì bình phương của nó sẽ là giá trị độ tự cảm của cuộn dây.

Tính thấm của lõi

Các permeability (μ)vật liệu lõi của cuộn cảm chỉ ra sự hỗ trợ mà lõi cung cấp để hình thành từ trường bên trong chính nó. Cáchigher tính thấm của vật liệu lõi, higher sẽ là điện cảm.

Hệ số khớp nối

Đây là một yếu tố quan trọng được biết đến để tính độ tự cảm lẫn nhau của hai cuộn dây. Ta xét hai cuộn dây gần nhau gồm N1 và N2 lần lượt.

Dòng điện qua cuộn thứ nhất i ₁ tạo ra một số từ thông Ψ ₁ . Số lượng của các liên kết từ thông được hiểu theo các vòng xoay.

Gọi lượng từ thông liên kết với cuộn thứ hai, do dòng điện đơn vị là i ₁ là

$$\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$

Đây có thể hiểu là Hiệu suất của điện cảm lẫn nhau, có nghĩa là

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$

Do đó Hiệu suất của Cảm kháng lẫn nhau giữa hai cuộn dây hoặc đoạn mạch được hiểu là các vòng xoắn trong một cuộn dây do dòng điện trong cuộn dây kia là 1A.

Nếu độ tự cảm của cuộn thứ nhất là L ₁ thì

$$L_{1}i_{1}\:\:=\:\:{N_{1}\varphi_{1}}\:\:=>\:\:\frac{L_{1}}{N_{1}}\:\:\frac{\varphi_{1}}{i_{1}}$$

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}$$

Tương tự, hệ số tự cảm do dòng điện i ₂ ở cuộn thứ hai là

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}\varphi_{2}}{i_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\:1$$

Nếu độ tự cảm của cuộn thứ hai là L ₂

$$L_{2}i_{2}\:\:=\:\:N_{2}\varphi_{2}$$

$$\frac{L_{2}}{N_{2}}\:\:=\:\:\frac{\varphi_{2}}{i_{2}}$$

Vì thế,

$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\:2$$

Nhân 1 với 2, ta được

$$M\:\:\times\:\:M=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}$$

$$M^{2}\:\:=\:\:L_{1}L_{2}\:\:=>\:\:M\:\:=\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$

Phương trình trên đúng khi toàn bộ từ thông thay đổi của cuộn sơ cấp liên kết với cuộn thứ cấp, đây là một trường hợp lý tưởng. Nhưng trong thực tế, nó không phải là trường hợp. Do đó, chúng ta có thể viết là

$$M\:\:\neq\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$

$$and \frac{M}{\sqrt{L_{1}L_{2}}}\:\:=\:\:K\:\:\neq\:\:1$$

Trong đó K được gọi là hệ số ghép nối.

Các Coefficient of coupling K có thể được định nghĩa là tỷ số giữa hệ số tự cảm thực tế và hệ số tự cảm (cực đại) lý tưởng.

Nếu giá trị của k gần với sự thống nhất, thì các cuộn dây được cho là liên kết chặt chẽ và nếu giá trị của k = 0, thì các cuộn dây được cho là ghép nối lỏng lẻo.

Ứng dụng của cuộn cảm

Có nhiều ứng dụng của Cuộn cảm, chẳng hạn như -

• Cuộn cảm được sử dụng trong các mạch lọc để cảm nhận các thành phần tần số cao và triệt tiêu tín hiệu nhiễu

• Để cách ly mạch khỏi các tín hiệu HF không mong muốn.

• Cuộn cảm được sử dụng trong các mạch điện để tạo thành một máy biến áp và cách ly các mạch khỏi gai.

• Cuộn cảm cũng được sử dụng trong động cơ.

Một cuộn cảm khi mắc trong mạch thì mối nối đó có thể nối tiếp hoặc song song. Bây giờ hãy cho chúng tôi biết điều gì sẽ xảy ra với tổng giá trị dòng điện, điện áp và điện trở nếu chúng cũng được kết nối nối tiếp, khi được kết nối song song.

Cuộn cảm trong loạt

Chúng ta hãy quan sát những gì sẽ xảy ra, khi một số cuộn cảm được kết nối trong chuỗi. Chúng ta hãy xem xét ba điện trở với các giá trị khác nhau, như trong hình bên dưới.

Điện cảm

Tổng cảm của một đoạn mạch có cuộn cảm nối tiếp bằng tổng các độ tự cảm riêng. Tổng giá trị điện cảm của mạng đã cho ở trên là

$$L_{T}\:\:=\:\:L_{1}\:\:+\:\:L_{2}\:\:+\:\:L_{3}$$

Trong đó L ₁ là độ tự cảm của 1 ^st điện trở, L ₂ là điện cảm của 2 ^nd điện trở và L ₃ là điện cảm của 3 ^thứ trở trong mạng trên.

Vôn

Tổng điện áp xuất hiện trên một mạng cuộn cảm nối tiếp là phép cộng của các lần giảm điện áp ở mỗi cuộn cảm riêng lẻ.

Tổng điện áp xuất hiện trên toàn mạch

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:\:+\:\:V_{2}\:\:+\:\:V_{3}$$

Trong đó V ₁ là điện áp trên cuộn cảm ^thứ 1 , V ₂ là điện áp trên cuộn cảm ^{thứ 2} và V ₃ là điện áp rơi trên cuộn cảm ^thứ 3 trong mạng trên.

Hiện hành

Tổng lượng dòng điện chạy qua một tập hợp các cuộn cảm mắc nối tiếp là như nhau tại tất cả các điểm trên toàn mạng.

Dòng điện qua mạng

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:=\:\:I_{2}\:\:=\:\:I_{3}$$

Trong đó I ₁ là dòng điện qua cuộn cảm ^thứ 1 , I ₂ là dòng điện qua cuộn cảm ^{thứ 2} và I ₃ là dòng điện qua cuộn cảm ^thứ 3 trong mạng trên.

Cuộn cảm song song

Chúng ta hãy quan sát những gì sẽ xảy ra, khi vài điện trở được kết nối song song. Chúng ta hãy xem xét ba điện trở với các giá trị khác nhau, như trong hình bên dưới.

Điện cảm

Tổng cảm của đoạn mạch có các điện trở mắc song song được tính khác với phương pháp mạng cuộn cảm nối tiếp. Ở đây, giá trị nghịch đảo (1 / R) của các điện cảm riêng lẻ được thêm vào với nghịch đảo của tổng đại số để có được giá trị điện cảm tổng.

Tổng giá trị điện cảm của mạng là

$$\frac{1}{L_{T}}\:\:=\:\:\frac{1}{L_{1}}\:\:+\:\:\frac{1}{L_{2}}\:\:+\:\:\frac{1}{L_{3}}$$

Trong đó L ₁ là độ tự cảm của 1 ^st cuộn cảm, L ₂ là điện cảm của 2 ^nd cuộn cảm và L ₃ là điện cảm của 3 ^thứ inductor trong mạng lưới trên.

Từ phương pháp tính độ tự cảm song song, chúng ta có thể suy ra một phương trình đơn giản cho mạng song song hai cuộn cảm. Nó là

$$L_{T}\:\:=\:\:\frac{L_{1}\:\:\times\:\: L_{2}}{L_{1}\:\:+\:\: L_{2}}$$

Vôn

Tổng hiệu điện thế xuất hiện trên mạng cuộn cảm song song giống như điện áp giảm ở mỗi cuộn cảm riêng lẻ.

Điện áp xuất hiện trên mạch

$$V\:\:=\:\:V_{1}\:\:=\:\:V_{2}\:\:=\:\:V_{3}$$

Trong đó V ₁ là điện áp trên cuộn cảm ^thứ 1 , V ₂ là điện áp trên cuộn cảm ^{thứ 2} và V ₃ là điện áp rơi trên cuộn cảm ^thứ 3 trong mạng trên. Do đó điện áp như nhau tại tất cả các điểm của mạng cuộn cảm song song.

Hiện hành

Tổng lượng dòng điện đi vào mạng cảm ứng song song là tổng của tất cả các dòng điện riêng lẻ chạy trong tất cả các nhánh song song. Giá trị điện cảm của mỗi nhánh xác định giá trị của dòng điện chạy qua nó.

Tổng dòng điện qua mạng là

$$I\:\:=\:\:I_{1}\:\:+\:\:I_{2}\:\:+\:\:I_{3}$$

Trong đó I ₁ là dòng điện qua cuộn cảm ^thứ 1 , I ₂ là dòng điện qua cuộn cảm ^{thứ 2} và I ₃ là dòng điện qua cuộn cảm ^thứ 3 trong mạng trên.

Do đó tổng các dòng điện riêng lẻ trong các nhánh khác nhau thu được tổng dòng điện trong một mạng song song.

Phản ứng quy nạp

Phản ứng cảm ứng là sự đối lập của một cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều, hoặc đơn giản là dòng điện xoay chiều. Một cuộn cảm có đặc tính chống lại sự thay đổi của dòng điện và do đó nó thể hiện một số đối lập có thể được gọi làreactance, vì tần số của dòng điện đầu vào cũng nên được xem xét cùng với điện trở mà nó cung cấp.

• Chỉ định - XL

• Đơn vị - Ohms

• Ký hiệu - Ω

Trong một đoạn mạch thuần cảm, dòng điện I_L lagsđiện áp đặt bằng 90 °. Điện kháng quy nạp được tính bằng,

$$X_{L}\:\:=\:\:2\pi fL$$

Trong đó f là tần số của tín hiệu. Do đó điện kháng cảm ứng là một hàm của tần số và độ tự cảm.

Cuộn cảm có sẵn trong các hình dạng khác nhau và có các công dụng khác nhau. Kích thước của chúng khác nhau tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng để sản xuất chúng. Sự phân loại chính được thực hiện như cuộn cảm cố định và biến đổi. Một cuộn cảm của một vài Henry có thể có hình quả tạ với kích thước của một điện trở đơn giản. Một cuộn cảm cố định luôn có màu bạc là màu đầu tiên của nó trong bảng mã màu.

Lõi của cuộn cảm là trái tim của nó. Có nhiều loại Cuộn cảm tùy theo vật liệu lõi được sử dụng. Hãy để chúng tôi xem xét một vài trong số họ.

Cuộn cảm lõi không khí

Cuộn cảm thường thấy, với cuộn dây đơn giản là Cuộn cảm lõi không khí này. Điều này không có gì ngoàiair as the corevật chất. Các vật liệu phi từ tính như nhựa và gốm cũng được sử dụng làm vật liệu cốt lõi và chúng cũng nằm trong Cuộn cảm lõi không khí này. Hình ảnh sau đây cho thấy các cuộn cảm lõi không khí khác nhau.

Các cuộn cảm này cung cấp mức suy hao tín hiệu tối thiểu ở các ứng dụng có cường độ từ trường rất cao. Ngoài ra, không tồn tại tổn thất lõi vì không có vật liệu lõi rắn.

Cuộn cảm lõi sắt

Các cuộn cảm này có vật liệu sắt từ, chẳng hạn như ferit hoặc sắt, làm vật liệu cốt lõi. Việc sử dụng các vật liệu cốt lõi như vậy giúp làm tăng độ tự cảm, do tính từ thẩm cao của chúng.Permeabilityđo khả năng hỗ trợ hình thành từ trường bên trong vật liệu. Hình ảnh sau đây cho thấy một cuộn cảm lõi sắt trông như thế nào:

Các cuộn cảm có vật liệu lõi sắt từ giống như vậy, bị tổn thất lõi và tổn thất năng lượng ở tần số cao. Các cuộn cảm này được sử dụng trong sản xuất một số loại máy biến áp.

Cuộn cảm hình xuyến

Các cuộn cảm này có vật liệu từ tính làm chất cốt lõi mà dây được quấn. Chúng có dạng vòng tròn, giống như trong hình sau.

Ưu điểm chính của loại cuộn cảm này là do hình tròn nên đạt được tính đối xứng trong toàn bộ hình dạng của cuộn cảm, do đó có tổn thất nhỏ nhất trong từ thông. Các cuộn cảm này hầu hết được sử dụng trong các ứng dụng mạch xoay chiều.

Cuộn cảm lõi nhiều lớp

Đây là những cuộn cảm có các tấm thép mỏng được dát mỏng, chẳng hạn như chồng, làm vật liệu cốt lõi. Thông thường đối với cuộn cảm, nếu tăng diện tích vòng dây để dòng điện đi qua thì tổn thất năng lượng sẽ nhiều hơn. Trong khi đó, trong các Cuộn cảm lõi nhiều lớp này, các tấm thép mỏng xếp chồng lên nhau rất hữu ích trong việc ngăn chặn các dòng điện xoáy, giúp giảm thiểu tác động của vòng lặp.

Hình sau cho thấy hình ảnh của một cuộn cảm có lõi nhiều lớp.

Ưu điểm chính của các cuộn cảm này là giảm thiểu tổn thất năng lượng trong cấu tạo của nó. Các cuộn cảm lõi nhiều lớp này chủ yếu được sử dụng trong sản xuất máy biến áp.

Cuộn cảm lõi sắt dạng bột

Như tên của nó, lõi của những cuộn cảm này có vật liệu từ tính với một số khoảng trống không khí trong đó. Nhưng loại cấu trúc này mang lại lợi thế cho lõi, lưu trữ mức năng lượng cao so với các loại khác. Hình dưới đây là hình ảnh của một cuộn cảm lõi sắt dạng bột.

Các cuộn cảm này cung cấp tổn thất dòng điện xoáy và tổn thất do trễ rất thấp. Chúng có sẵn với giá thấp nhất và có độ ổn định điện cảm rất tốt.

Cuộn cảm RF là radio frequency cuộn cảm, được sử dụng tại high resonant frequencies. Chúng có thể là cuộn cảm cuộn nhiều lớp hoặc cuộn cảm gốm tráng màng mỏng hoặc một số cuộn cảm gốm quấn dây. Hình sau thể hiện một vài cuộn cảm RF.

Các cuộn cảm này được đặc trưng bởi low current rating và high electrical resistance. Nhưng khi các tần số cao được sử dụng ở đây, điện trở của dây tăng lên. Ngoài ra, rất ít hiệu ứng xuất hiện vì những tần số vô tuyến cộng hưởng cao này. Hãy để chúng tôi xem xét chúng.

Hiệu ứng da

Ở tần số cao, dòng điện xoay chiều có xu hướng phân bố dòng điện qua vật dẫn không đều. Dòng điện chạy ở bề mặt của vật dẫn cao hơn ở tâm của nó. Nó tập trung năng lượng vàoskin của dây dẫn, để lại lõi sâu của dây dẫn, như trong hình sau.

Khi năng lượng được tập trung tại vỏ của vật dẫn, hiệu ứng này được gọi là Skin Effect. Thực ra hiệu ứng da này là do dòng điện xoáy được tạo ra bởi Từ trường thay đổi, tạo ra từ dòng điện xoay chiều. Ngày nay, các dây dẫn mang tần số cao hơn được làm ở dạng hình ống, nhằm giảm trọng lượng và chi phí của các dây dẫn.

Hiệu ứng gần

Cùng với điều trên, đây là một hiệu ứng khác, được quan sát ở đây. Hiệu ứng tiệm cận là hiệu ứng làm tăng điện trở của dây ở tần số cao. Gần là từ nói rằng hiệu ứng sẽadjacent wires. Hình dưới đây cho thấy nồng độ dòng điện trên các cạnh của các dây cáp liền kề.

Mỗi lượt có một số từ trường gây ra dòng điện xoáy trong dây dẫn làm cho dòng điện tập trung vào mặt của dây bên cạnh. Với hiệu ứng này, diện tích mặt cắt ngang hiệu quả của dây bị giảm vàresistance gets increased.

Điện dung ký sinh

Thông thường, một cuộn cảm bên trong chứa một điện trở mắc nối tiếp (điện trở dây) và một tụ điện mắc nối tiếp (điện dung ký sinh). Mỗi lượt của cuộn dây có điện thế hơi khác nhau, trong một cuộn cảm. Hình dưới đây cho thấy hiệu ứng của điện dung trong một cuộn cảm.

Hai vật dẫn xuất hiện lần lượt đóng vai trò là bản tụ điện với không khí làm chất điện môi. Một điện dung được gọi làParasitic Capacitancetồn tại ở đây. Để tránh điều này trong một số ứng dụng nhất định, các cuộn dây được chế tạo cách xa nhau.

Khi tần số tăng lên, trở kháng của điện dung ký sinh giảm và trở kháng của cuộn cảm tăng. Do đó, cuộn cảm có xu hướng hoạt động giống như một tụ điện.

Tổn thất điện môi

Dòng điện qua ruột dẫn của một cuộn cảm làm cho các phân tử của chất cách điện phát năng lượng dưới dạng nhiệt. Tần số càng cao thì khả năng tản nhiệt càng lớn.

Nghẹt thở

Cuộn cảm còn được gọi là cuộn cảm. Một cuộn cảm chặn các thành phần AC và gửi các thành phần DC qua nó. Do đó, khi nó cuộn hoặc dừng AC, một cuộn cảm có thể đơn giản được gọi làChoke.

Cuộn dây cách điện thường quấn vào lõi từ tạo thành cuộn cảm. Khi tần số tín hiệu tăng, trở kháng của cuộn cảm tăng. Do điện trở của nó, nó có thể hạn chế lượng AC đi qua nó. Mặc dù trên thực tế, một số lượng AC đi qua nó do điện trở thấp. Chúng hầu hết được sử dụng trong đèn ống và trong máy biến áp trong các ứng dụng điện tử.

Theo nguyên tắc của Electromagnetic Induction, chúng ta đã biết rằng, một từ thông thay đổi có thể tạo ra EMF trong cuộn dây. Theo nguyên tắcMutual induction, khi một cuộn dây khác được đưa đến bên cạnh cuộn dây đó, từ thông cảm ứng EMF vào cuộn dây thứ hai.

Bây giờ, cuộn dây có từ thông thay đổi được gọi là Primary Coil và cuộn dây mà EMF được cảm ứng được gọi là Secondary Coil, trong khi hai cuộn dây với nhau tạo thành một đơn vị được gọi là Transformer.

Máy biến áp

Một máy biến áp có cuộn sơ cấp mà đầu vào được đưa ra và cuộn thứ cấp mà từ đó đầu ra được thu. Cả hai cuộn dây này đều được quấn trên một vật liệu cốt lõi. Thông thường một chất cách điện tạo thànhCore của máy biến áp.

Hình sau đây cho thấy một máy biến áp thực tế.

Từ hình trên, rõ ràng là có rất ít ký hiệu chung. Hãy để chúng tôi cố gắng có một ghi chú về chúng. Họ là -

• N_p = Số vòng trong cuộn sơ cấp

• N_s = Số vòng ở cuộn thứ cấp

• I_p = Dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp của máy biến áp

• I_s = Dòng điện chạy trong thứ cấp của máy biến áp

• V_p = Điện áp trên sơ cấp của máy biến áp

• V_s = Điện áp trên thứ cấp của máy biến áp

• Φ = Từ thông xuất hiện xung quanh lõi của máy biến áp.

Máy biến áp trong mạch

Hình sau đây cho thấy một máy biến áp được biểu diễn như thế nào trong một mạch điện. Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp và lõi của máy biến áp cũng được biểu diễn trong hình sau.

Do đó, khi một máy biến áp được kết nối trong một mạch, nguồn cung cấp đầu vào được cấp cho cuộn sơ cấp để nó tạo ra từ thông thay đổi với nguồn điện này và từ thông đó được cảm ứng vào cuộn thứ cấp của máy biến áp, tạo ra EMF thay đổi của thông lượng thay đổi. Vì từ thông phải thay đổi, để chuyển EMF từ sơ cấp sang thứ cấp, một máy biến áp luôn hoạt động trên dòng điện xoay chiều xoay chiều.

Bước lên và bước xuống

Tùy thuộc vào số vòng trong cuộn thứ cấp, máy biến áp có thể được gọi là Step up hoặc một Step down máy biến áp.

Điểm chính cần lưu ý ở đây là, sẽ không có bất kỳ sự khác biệt nào trong powercủa máy biến áp. Theo đó, nếu điện áp cao ở thứ cấp, thì dòng điện thấp được kéo ra để làm cho nguồn ổn định. Ngoài ra, nếu điện áp ở thứ cấp thấp, thì dòng điện cao được kéo theo để công suất phải giống như phía sơ cấp.

Bước lên

Khi cuộn thứ cấp có số vòng dây nhiều hơn cuộn sơ cấp thì máy biến áp đã cho là Step-upmáy biến áp. Ở đây EMF cảm ứng lớn hơn tín hiệu đầu vào.

Bước xuống

Khi cuộn thứ cấp có số vòng ít hơn cuộn sơ cấp thì máy biến áp được cho là Step-downmáy biến áp. Ở đây EMF cảm ứng nhỏ hơn tín hiệu đầu vào.

Tỉ lệ lần lượt

Vì số vòng của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp ảnh hưởng đến định mức điện áp, điều quan trọng là phải duy trì tỷ số giữa các vòng để có ý tưởng về điện áp cảm ứng.

Tỉ số giữa số vòng dây ở cuộn sơ cấp và số vòng ở cuộn thứ cấp được gọi là “turns ratio" hoặc là "the ratio of transformation”. Tỷ lệ rẽ thường được ký hiệu bằngN.

$$N\:\:=\:\:Turns\:ratio\:\:=\:\:\frac{Number\:of\:turns\:on\:Primary}{Number\:of\:turns\:on\:Secondary}\:\:=\:\:\frac{N_{p}}{N_{s}}$$

Tỷ lệ của cuộn sơ cấp với cuộn dây thứ cấp, tỷ số đầu vào trên đầu ra và tỷ số vòng của bất kỳ máy biến áp nào sẽ giống như voltage ratio. Do đó, điều này có thể được viết là

$$\frac{N_{p}}{N_{s}}\:\:=\:\:\frac{V_{p}}{V_{s}}\:\:=\:\:N\:\:=\:\:Turns\:ratio$$

Tỷ số vòng cũng cho biết máy biến áp là máy biến áp bước lên hay bước xuống. Ví dụ, tỷ lệ vòng quay 1: 3 cho biết rằng máy biến áp là một bước lên và tỷ lệ 3: 1 cho biết rằng nó là một máy biến áp bước xuống.

Đến việc phân loại máy biến áp, có nhiều loại tùy thuộc vào lõi được sử dụng, cuộn dây được sử dụng, nơi và loại sử dụng, cấp điện áp, v.v.

Máy biến áp một pha và ba pha

Theo nguồn cung cấp được sử dụng, máy biến áp chủ yếu được phân loại là Single phase và three phase máy biến áp.

• Máy biến áp thông thường là máy biến áp một pha. Nó có một cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp và nó được vận hành để giảm hoặc tăng điện áp thứ cấp.

• Đối với máy biến áp ba pha, ba cuộn sơ cấp được nối với nhau và ba cuộn thứ cấp được nối với nhau.

Máy biến áp ba pha được ưu tiên sử dụng hơn máy biến áp ba pha để đạt hiệu quả tốt, ít chiếm không gian với chi phí thấp. Nhưng do vấn đề vận chuyển thiết bị nặng, máy biến áp một pha được sử dụng trong hầu hết các trường hợp.

Một phân loại khác của các máy biến áp này là Core và Shell kiểu.

• Trong Shell type, các cuộn dây được định vị trên một chân duy nhất được bao quanh bởi lõi.

• Trong Core type, họ bị thương ở các chân khác nhau.

Sự khác biệt được biết rõ khi nhìn vào hình sau.

Việc phân loại máy biến áp cũng có thể được thực hiện tùy thuộc vào loại vật liệu lõi được sử dụng. Đây thực sự làRF transformers, chứa nhiều loại như Máy biến áp lõi không khí, Ferrite core máy biến áp, Transmission line máy biến áp và Balunmáy biến áp. Máy biến áp Balun được sử dụng trong hệ thống thu RF. Các loại chính là máy biến áp lõi không khí và lõi sắt.

Máy biến áp lõi không khí

Đây là một máy biến áp kiểu lõi, trong đó các cuộn dây được quấn trên một dải không từ tính. Các liên kết từ thông được thực hiện thông quaair as coregiữa chính và phụ. Hình ảnh sau đây cho thấy một máy biến áp lõi không khí.

Ưu điểm

• Tổn thất từ ​​trễ và dòng điện xoáy thấp trong các máy biến áp lõi không khí này.
• Độ ồn thấp.

Nhược điểm

• Sự miễn cưỡng là cao trong máy biến áp lõi không khí.
• Cảm kháng lẫn nhau trong lõi Không khí thấp hơn so với máy biến áp lõi Sắt.

Các ứng dụng

• Máy biến tần âm tần.
• Truyền dẫn vô tuyến tần số cao.

Máy biến áp lõi sắt

Đây là loại máy biến áp có lõi trong đó các cuộn dây được quấn trên lõi sắt. Các liên kết từ thông được tạo ra mạnh mẽ và hoàn hảo với sắt làm vật liệu cốt lõi. Điều này thường thấy trong các phòng thí nghiệm. Hình dưới đây là một ví dụ về máy biến áp lõi sắt.

Ưu điểm

• Chúng có độ từ thẩm rất cao.
• Máy biến áp lõi sắt có điện trở thấp.
• Điện cảm lẫn nhau cao.
• Các máy biến áp này có hiệu suất cao.

Nhược điểm

• Đây là một chút ồn ào so với máy biến áp lõi không khí.
• Tổn thất từ ​​trễ và dòng điện xoáy nhiều hơn một chút so với Máy biến áp lõi khí.

Các ứng dụng

• Là máy biến áp cách ly.
• Truyền dẫn vô tuyến tần số cao.

Máy biến áp cũng được phân loại theo loại lõi mà chúng sử dụng. Một số máy biến áp sử dụng lõi ngâm trong dầu. Dầu này được làm mát từ bên ngoài bằng nhiều phương pháp khác nhau. Máy biến áp như vậy được đặt tên làWet core transformers, trong khi những loại khác như máy biến áp lõi ferit, máy biến áp lõi nhiều lớp, máy biến áp lõi hình xuyến và máy biến áp nhựa đúc là Dry core transformers.

Dựa trên loại kỹ thuật cuộn dây, chúng tôi có một máy biến áp khác rất phổ biến được đặt tên là Auto transformer.

Máy biến áp tự động

Đây là loại máy biến áp hầu như được thấy trong các phòng thí nghiệm điện của chúng tôi. Máy biến áp tự động này là một phiên bản cải tiến của máy biến áp gốc. Một cuộn dây duy nhất được thực hiện mà cả hai bên được kết nối với nguồn và đất. Một nấc điều chỉnh khác được thực hiện bởi thứ cấp chuyển động của máy biến áp được tạo thành.

Hình sau mô tả mạch điện của máy biến áp tự ngẫu.

Như trong hình, một cuộn dây cung cấp cả cuộn sơ cấp và thứ cấp trong máy biến áp. Các nấc điều chỉnh khác nhau của cuộn thứ cấp được vẽ để chọn các mức điện áp khác nhau ở phía thứ cấp.

Cuộn sơ cấp như hình trên là từ A đến C và cuộn thứ cấp từ B đến C trong khi biến trở B được thay đổi để có được mức điện áp yêu cầu. Một biến áp tự động thực tế trông giống như hình bên dưới.

Bằng cách quay trục trên, điện áp thứ cấp được điều chỉnh thành các mức điện áp khác nhau. Nếu điện áp đặt qua hai điểm A và C là V1 thì hiệu điện thế trên mỗi vòng dây ở cuộn dây này sẽ là

$$Voltage\:per\:turn\:\:=\:\:\frac{V_{1}}{N_{1}}$$

Bây giờ, điện áp trên các điểm B và C sẽ là

$$V_{2}\:\:=\:\:\frac{V_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:N_{2}$$

$$\frac{V_{2}}{V_{1}}\:\:=\:\:\frac{N_{2}}{N_{1}}\:\:=\:\:constant\:(say\:K)$$

Hằng số này không là gì ngoài tỷ số vòng quay hoặc tỷ số điện áp của máy biến áp tự ngẫu.

Có những máy biến áp được phân loại tùy thuộc vào ứng dụng của chúng. Nhiều máy biến áp này có kích thước lớn và cồng kềnh. Hầu hết chúng được sử dụng bởi bộ phận Điện lực.

Máy biến áp điện

Máy biến áp điện được sử dụng trong high power transfer applicationscho cả ứng dụng bậc lên và bậc xuống, nơi điện áp hoạt động hơn 33KV thường được đánh giá trên 200MVA. Mật độ thông lượng cao hơn nhiều đối với chúng.

Tất cả các máy biến áp được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển công suất như máy biến áp lõi nhiều lớp, máy biến áp hình xuyến, máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp nhiều pha, máy biến áp rò rỉ đều thuộc loại này.

Chúng thường có kích thước lớn tùy thuộc vào khả năng xử lý điện năng và ứng dụng của nó. Các máy biến áp này có sẵn ở loại ba pha hoặc một pha. Vì những máy biến áp này cồng kềnh, chúng được đặt trong khu vực mở rộng. Các máy biến áp này có xu hướng cung cấp hiệu suất 100% trong các ứng dụng đầy tải.

Ưu điểm

• Chúng có mức độ cách nhiệt cao.
• Tiếng ồn thấp.
• Chúng có hiệu quả cao.
• Điện áp cao được đánh giá cao để xử lý các ứng dụng công suất cao.

Các ứng dụng

• Chúng được sử dụng trong hệ thống phát điện.
• Chúng được sử dụng trong các trạm phụ truyền dẫn.

Máy biến áp đo lường

Máy biến áp đo lường được sử dụng để đo điện áp cao và dòng điện cao. Chúng hầu hết hữu ích trong việc cách ly các mạch khỏi chúng. Thông thường, Sơ cấp của máy biến áp được kết nối với đầu vào cao của điện áp và dòng điện trong khi Thứ cấp của máy biến áp được kết nối với một số rơ le hoặc mạch phải được cung cấp một số cách ly.

Chúng chủ yếu có hai loại, Current transformers và Voltage transformers. Hãy để chúng tôi xem xét từng người trong số họ.

Máy biến áp hiện tại

Máy biến dòng cung cấp dòng điện trong mạch thứ cấp tỉ lệ với cường độ dòng điện trong mạch sơ cấp. Chúng được sử dụng trong các rơ le bảo vệ và cho các mục đích đo lường.

Một cuộn sơ cấp một lượt được đưa qua một máy biến áp lõi hình xuyến được cách điện tốt được quấn nhiều vòng, điều này tạo ra một Current Transformer. Điều này luôn luôn được kết nối trong chuỗi.

Cuộn thứ cấp có thể được thiết kế để cung cấp một đầu ra duy nhất hoặc nó có thể có nhiều nấc điều chỉnh cho các giá trị khác nhau. Phải cẩn thận để cuộn thứ cấp được nối với tải của nó có trở kháng thấp, trong khi dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp. Điều này là để tránh điện áp cao đột ngột trong mạch thứ cấp bị hở mạch có thể làm hỏng vĩnh viễn độ chính xác của máy biến áp.

Máy biến điện áp

Máy biến điện áp cung cấp điện áp ở mạch thứ cấp tỉ lệ với điện áp ở mạch sơ cấp. Những máy biến áp này còn được gọi làPotential Transformers. Chúng được kết nối song song với mạch.

Sơ cấp của máy biến áp này có thể có kết nối pha với pha nhưng thứ cấp sẽ có một đầu nối đất. Hình dưới đây là hình ảnh của một máy biến điện áp.

Có ba loại chính của máy biến điện áp. họ đang

• Electromagnetic - Sử dụng máy biến áp quấn dây có liên kết từ thông tốt.

• Capacitor - sử dụng một tụ điện với mạng phân chia tiềm năng.

• Optical - Sử dụng các đặc tính điện của vật liệu quang học.

Máy biến điện áp được sử dụng trong rơ le bảo vệ và cho mục đích đo lường và cũng để cách ly dịch pha phasor.

Máy biến áp bảo vệ

Những máy biến áp này rất chính xác so với máy biến áp đo lường, vì chúng chỉ được sử dụng để bảo vệ mạch khỏi điện áp và dòng điện cao. Sơ cấp của các máy biến áp này được kết nối với đầu vào cao trong khi cuộn thứ cấp của máy biến áp giữ cho mạch hoặc rơle, cách ly khỏi các xung đột ngột hoặc tăng đột ngột có thể làm hỏng mạch.

Máy biến áp phân phối

Máy biến áp phân phối được sử dụng để phân phối năng lượng điện ở cấp độ người dùng cuối. Điện áp hoạt động khoảng 33KV cho mục đích công nghiệp và 440v-220v cho mục đích sinh hoạt. Chúng thường được đánh giá dưới 200MVA.

Máy biến áp tự động ba pha lớn được sử dụng trong phân phối điện và máy biến áp làm mát bằng dầu cũng thuộc loại này. Hình dưới đây là hình ảnh của một máy biến áp phân phối.

Các máy biến áp này thường có kích thước nhỏ hơn so với máy biến áp lực. Các máy biến áp này được đặt ở trạng thái hở nhưng không được tải đầy đủ như máy biến áp lực.

Ưu điểm

• Chúng có kích thước nhỏ.
• Họ rất dễ cài đặt.
• Các máy biến áp này có tổn thất từ ​​trường thấp.

Nhược điểm

• Các máy biến áp này có hiệu suất thấp.
• Chúng không được tải đầy đủ.

Các ứng dụng

Chúng được sử dụng để phân phối điện trong các khu vực khác nhau như nhà ở, sân trang trại, đất đai, đường sắt, trang trại gió, v.v.

Khi cuộn sơ cấp của máy biến áp có một số điện áp cảm ứng, thì từ thông tạo ra ở cuộn sơ cấp cảm ứng với cuộn thứ cấp do cảm ứng lẫn nhau, tạo ra một số điện áp vào cuộn thứ cấp. Cường độ của từ trường này tăng lên khi dòng điện tăng từ giá trị không đến giá trị cực đại được cho bởi$\mathbf{\frac{d\varphi}{dt}}$.

Đường sức từ xuyên qua cuộn thứ cấp. Số vòng dây ở cuộn thứ cấp quyết định hiệu điện thế cảm ứng. Do đó lượng điện áp gây ra sẽ được xác định bởi

$$N\frac{d\varphi}{dt}$$

Trong đó N = số vòng ở cuộn thứ cấp

Tần số của điện áp cảm ứng này sẽ bằng tần số của điện áp sơ cấp. Biên độ đỉnh của điện áp đầu ra sẽ bị ảnh hưởng nếu tổn hao từ trường cao.

EMF cảm ứng

Chúng ta hãy thử rút ra một số mối quan hệ giữa EMF cảm ứng và số vòng trong một cuộn dây.

Bây giờ chúng ta giả sử rằng cả cuộn dây chính và cuộn dây thứ cấp đều có một lượt duy nhất. Nếu đặt một vôn vào một lượt của cuộn sơ cấp không có tổn hao (trường hợp lý tưởng) thì dòng điện và từ trường được tạo ra cảm ứng cùng một vôn ở cuộn thứ cấp. Do đó điện áp ở cả hai phía như nhau.

Nhưng từ thông thay đổi theo hình sin có nghĩa là,

$$\phi\:\:=\:\:\phi_{max} \sin \omega t$$

Khi đó mối quan hệ cơ bản giữa EMF cảm ứng và cuộn dây có N vòng là

$$EMF\:=\:turns\:\:\times\:\:rate\:of\:change$$

$$E\:=\:N \frac{d\phi}{dt}$$

$$E\:=\:N\:\times\:\omega\:\times\: \phi_{max}\:\times\: \cos(\omega t)$$

$$E_{max}\:=\:N \omega \phi_{max}$$

$$E_{rms}\:=\:\frac{N \omega}{\sqrt{2}}\:\times\:\phi_{max}\:=\:\frac{2\pi}{\sqrt{2}}\:\times\:f\:\times\:N\:\times\:\phi_{max}$$

$$E_{rms}\:=\:4.44\:f\:N\:\phi_{max}$$

Ở đâu

f = tần số từ thông tính bằng Hertz = $\frac{\omega}{2\pi}$

N = số cuộn dây

∅ = mật độ thông lượng trong webers

Điều này được gọi là Transformer EMF Equation.

Khi từ thông xoay chiều tạo ra dòng điện trong cuộn thứ cấp và từ thông xoay chiều này được tạo ra bởi điện áp xoay chiều, chúng ta có thể nói rằng chỉ có dòng điện xoay chiều xoay chiều mới có thể giúp máy biến áp hoạt động. Vì thếa transformer doesn’t work on DC.

Tổn thất trong Máy biến áp

Bất kỳ Thiết bị nào cũng có ít tổn thất trong các ứng dụng thực tế. Các tổn thất chính xảy ra trong máy biến áp là tổn thất Đồng, tổn hao lõi và rò rỉ từ thông.

Tổn thất đồng

Tổn thất đồng là tổn thất năng lượng, do nhiệt lượng do dòng điện chạy qua các cuộn dây của máy biến áp sinh ra. Chúng còn được gọi là “I²R losses”Hoặc“ I bình phương tổn thất R ”khi năng lượng mất đi mỗi giây tăng theo bình phương cường độ dòng điện qua cuộn dây và tỷ lệ với điện trở của cuộn dây.

Điều này có thể được viết trong một phương trình dưới dạng

$$I_{P} R_{P}\:+\:I_{S} R_{S}$$

Ở đâu

• I_P = Dòng điện chính

• R_P = Điện trở chính

• I_S = Dòng điện thứ cấp

• R_S = Kháng chiến thứ cấp

Tổn thất cốt lõi

Tổn thất cốt lõi còn được gọi là Iron Losses. Những tổn thất này phụ thuộc vào vật liệu cốt lõi được sử dụng. Chúng có hai loại cụ thể là,Hysteresis và Eddy Current losses.

• Hysteresis Loss- Dòng điện xoay chiều cảm ứng dưới dạng từ thông không ngừng dao động (như tăng, giảm) và đổi chiều theo điện áp xoay chiều cảm ứng. Một số năng lượng bị mất trong lõi do những dao động ngẫu nhiên này. Sự mất mát đó có thể được gọi làHysteresis loss.

• Eddy Current Loss- Trong khi toàn bộ quá trình này diễn ra, một số dòng điện cảm ứng trong lõi chạy liên tục. Các dòng điện này tạo ra một số tổn thất được gọi làEddy Current Loss. Trên thực tế, từ trường thay đổi chỉ tạo ra dòng điện trong cuộn thứ cấp. Nhưng nó cũng gây ra điện áp trong các vật liệu dẫn điện gần đó, dẫn đến việc mất năng lượng.

• Flux Leakage- Mặc dù các liên kết từ thông đủ mạnh để tạo ra điện áp cần thiết, nhưng sẽ có một số từ thông bị rò rỉ trong các ứng dụng thực tế và do đó dẫn đến tổn thất năng lượng. Mặc dù mức này thấp, nhưng tổn thất này cũng có thể tính được khi nói đến các ứng dụng năng lượng cao.

Sức mạnh của một máy biến áp

Khi một máy biến áp lý tưởng được coi là không có tổn hao, Công suất của máy biến áp sẽ không đổi, là tích khi điện áp V nhân với hiện tại I là hằng số.

Chúng ta có thể nói rằng công suất ở cuộn sơ cấp bằng với công suất ở thứ cấp do máy biến áp đảm nhiệm việc đó. Nếu máy biến áp, tăng điện áp thì dòng điện sẽ giảm và nếu giảm điện áp, dòng điện sẽ tăng lên để duy trì công suất đầu ra không đổi.

Do đó công suất sơ cấp bằng công suất thứ cấp.

$$P_{Primary}\:=\:P_{Secondary}$$

$$V_{P}I_{P}\cos \phi_{P}\:=\:V_{S}I_{S}\cos \phi_{S}$$

Ở đâu ∅_P = Góc pha chính và ∅_S = Góc pha thứ cấp.

Hiệu quả của máy biến áp

Lượng hoặc cường độ tổn thất điện năng trong máy biến áp, quyết định hiệu suất của máy biến áp. Hiệu suất có thể hiểu theo nghĩa tổn thất điện năng giữa sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.

Do đó, tỷ số giữa công suất đầu ra của cuộn thứ cấp và công suất đầu vào của cuộn sơ cấp có thể được phát biểu là Efficiency of the transformer. Điều này có thể được viết là

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:output}{Power\:input}\:\times\:100 \%$$

Hiệu quả thường được biểu thị bằng η. Phương trình đã cho ở trên là hợp lệ đối với một máy biến áp lý tưởng sẽ không có tổn thất và toàn bộ năng lượng ở đầu vào được chuyển sang đầu ra.

Do đó, nếu tính đến tổn thất và nếu tính hiệu quả trong điều kiện thực tế thì phương trình dưới đây sẽ được xem xét.

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:output}{Power\:output\:+\:Copper\:losses\:+\:Core\:losses}\:\times\:100 \%$$

Nếu không, nó cũng có thể được viết là

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:input\:-\:Losses}{Power\:input}\:\times\:100$$

$$1\:-\:\frac{Losses}{Input\:Power}\:\times\:100$$

Cần lưu ý rằng đầu vào, đầu ra và tổn thất đều được biểu thị bằng công suất, tức là, bằng Watts.

Thí dụ

Hãy xem xét một máy biến áp có công suất đầu vào là 12KW được đánh giá ở dòng điện 62,5 ampe có điện trở tương đương là 0,425ohms. Tính hiệu suất của máy biến áp.

Solution −

Dữ liệu đã cho

• Công suất đầu vào = 12KW
• Dòng định mức = 62,5 Amps
• Điện trở tương đương = 0,425 ohms

Tính toán khoản lỗ -

Tổn hao đồng ở dòng điện định mức là I ² R = (62,5) ² (0,425) = 1660W

Chúng ta có

$$Efficiency\:=\:\frac{Power\:input\:-\:Losses}{Power\:input}\:\times\:100$$

Vì thế,

$$\eta\:=\:\frac{12000\:-\:1660}{12000}\:\times\:100$$

$$\eta\:=\:\frac{10340}{12000}\:\times\:100$$

$$\eta\:=\:0.861\:\times\:100\:=\:86 \%$$

Do đó hiệu suất của máy biến áp là 86%.

Sau khi đã biết về các thành phần khác nhau, chúng ta hãy tập trung vào một thành phần quan trọng khác trong lĩnh vực điện tử, được gọi là Diode. Điốt bán dẫn là một linh kiện điện tử hai đầu cuối có mối nối PN. Điều này cũng được gọi làRectifier.

Các anode cái nào là positive terminal của một diode được biểu diễn bằng A và cathode, đó là negative terminal được đại diện với K. Để biết cực dương và cực âm của một diode thực tế, một đường nhỏ được vẽ trên diode có nghĩa là cực âm, trong khi đầu kia đại diện cho cực dương.

Như chúng ta đã thảo luận về các chất bán dẫn loại P và loại N, và hoạt động của các hạt tải điện của chúng, bây giờ chúng ta hãy thử nối các vật liệu này lại với nhau để xem điều gì sẽ xảy ra.

Sự hình thành của một Diode

Nếu vật liệu loại P và vật liệu loại N được đặt lại gần nhau, cả hai chúng sẽ tham gia tạo thành một đường giao nhau, như thể hiện trong hình bên dưới.

Vật liệu loại P có holes như là majority carriers và vật liệu loại N có electrons như là majority carriers. Khi thu hút các điện tích trái dấu, một số lỗ trống ở loại P có xu hướng đi về phía n, trong khi một số electron ở loại N có xu hướng đi về phía P.

Khi cả hai di chuyển về phía đường giao nhau, các lỗ trống và các điện tử tái kết hợp với nhau để trung hòa và tạo thành các ion. Bây giờ, trong đường giao nhau này, tồn tại một vùng mà các ion âm và dương được hình thành, được gọi là đường giao nhau PN hoặc rào cản đường giao nhau như thể hiện trong hình.

Sự hình thành các ion âm ở phía P và các ion dương ở phía N dẫn đến việc hình thành một vùng tích điện hẹp ở hai bên của điểm nối PN. Khu vực này hiện không có các nhà cung cấp dịch vụ di chuyển phí. Các ion hiện diện ở đây đã đứng yên và duy trì một vùng không gian giữa chúng mà không có bất kỳ hạt mang điện tích nào.

Vì vùng này hoạt động như một rào cản giữa các vật liệu loại P và N, vùng này còn được gọi là Barrier junction. Tên này có một tên gọi khác làDepletion regioncó nghĩa là nó làm cạn kiệt cả hai khu vực. Xảy ra sự khác biệt điện thế VD do sự hình thành các ion, qua đường giao nhau được gọi làPotential Barrier vì nó ngăn cản sự di chuyển thêm của các lỗ trống và các electron qua đường giao nhau.

Xu hướng của một Diode

Khi một diode hoặc bất kỳ thành phần hai đầu cuối nào được kết nối trong mạch, nó có hai điều kiện phân cực với nguồn cung cấp đã cho. họ đangForward biased điều kiện và Reverse biasedtình trạng. Hãy cho chúng tôi biết chúng một cách chi tiết.

Điều kiện thiên vị chuyển tiếp

Khi một diode được kết nối trong một mạch, với anode to the positive thiết bị đầu cuối và cathode to the negative đầu cuối của nguồn cung cấp, thì kết nối như vậy được cho là forward biasedtình trạng. Loại kết nối này làm cho mạch ngày càng phân cực thuận hơn và giúp dẫn truyền nhiều hơn. Một diode dẫn điện tốt trong điều kiện phân cực thuận.

Điều kiện thiên vị ngược

Khi một diode được kết nối trong một mạch, với anode to the negative thiết bị đầu cuối và cathode to the positive đầu cuối của nguồn cung cấp, thì kết nối như vậy được cho là Reverse biasedtình trạng. Loại kết nối này làm cho mạch ngày càng bị phân cực ngược và giúp giảm thiểu và ngăn chặn sự dẫn điện. Một diode không thể dẫn trong điều kiện phân cực ngược.

Bây giờ chúng ta hãy thử để biết điều gì sẽ xảy ra nếu một diode được kết nối trong điều kiện phân cực thuận và phân cực ngược.

Làm việc theo Thiên vị Chuyển tiếp

Khi một điện áp bên ngoài được đặt vào một diode sao cho nó loại bỏ rào cản tiềm năng và cho phép dòng điện chạy qua được gọi là forward bias. Khi cực dương và cực âm được kết nối tương ứng với cực dương và cực âm, các lỗ trống ở loại P và các electron ở loại N có xu hướng di chuyển qua đường giao nhau, phá vỡ rào cản. Tồn tại một dòng điện tự do với điều này, gần như loại bỏ rào cản.

Với lực đẩy do đầu cực dương cung cấp cho các lỗ trống và do đầu cực âm cung cấp cho các điện tử, sự tái kết hợp diễn ra trong phần tiếp giáp. Điện áp cung cấp phải cao đến mức nó buộc chuyển động của các electron và lỗ trống qua hàng rào và vượt qua nó để cung cấpforward current.

Dòng điện chuyển tiếp là dòng điện do diode tạo ra khi hoạt động trong điều kiện phân cực thuận và nó được biểu thị bằng I_f.

Làm việc theo thiên vị ngược

Khi một điện áp bên ngoài được đặt vào một diode để nó làm tăng rào cản tiềm năng và hạn chế dòng điện được gọi là Reverse bias. Khi cực dương và cực âm được nối tương ứng với cực âm và cực dương, các electron bị hút về phía cực dương và các lỗ trống bị hút về phía cực âm. Do đó cả hai sẽ tránh xa rào cản tiềm ẩnincreasing the junction resistance và ngăn cản bất kỳ điện tử nào đi qua đường giao nhau.

Hình sau giải thích điều này. Biểu đồ dẫn truyền khi không có trường nào được áp dụng và khi có trường bên ngoài nào đó cũng được vẽ.

Với sự phân biệt ngược ngày càng tăng, đường giao nhau có ít sóng mang thiểu số vượt qua đường giao nhau. Dòng điện này bình thường không đáng kể. Dòng điện ngược này hầu như không đổi khi nhiệt độ không đổi. Nhưng khi điện áp ngược này tăng hơn nữa, thì một điểm được gọi làreverse breakdown occurs, nơi có dòng điện lở qua đường giao nhau. Dòng điện ngược cao này làm hỏng thiết bị.

Reverse current là dòng điện được tạo ra bởi diode khi hoạt động trong điều kiện phân cực ngược và nó được biểu thị bằng I_r. Do đó một diode cung cấp đường dẫn điện trở cao trong điều kiện phân cực ngược và không dẫn điện, nơi nó cung cấp đường dẫn điện trở thấp trong điều kiện phân cực thuận và dẫn. Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng một diode là một thiết bị một chiều dẫn theo phân cực thuận và hoạt động như một chất cách điện trong phân cực ngược. Hành vi này làm cho nó hoạt động như một bộ chỉnh lưu, chuyển đổi AC thành DC.

Điện áp nghịch đảo đỉnh

Điện áp nghịch đảo đỉnh được gọi ngắn gọn là PIV. Nó cho biết điện áp tối đa được áp dụng trong phân cực ngược. Điện áp nghịch đảo đỉnh có thể được định nghĩa là “The maximum reverse voltage that a diode can withstand without being destroyed”. Do đó, điện áp này được coi là trong điều kiện phân cực ngược. Nó biểu thị cách một diode có thể được vận hành an toàn trong phân cực ngược.

Mục đích của Diode

Một diode được sử dụng để chặn dòng điện chạy theo một hướng, tức là theo hướng thuận và để chặn theo hướng ngược lại. Nguyên tắc này của diode làm cho nó hoạt động như mộtRectifier.

Đối với một mạch cho phép dòng điện chạy theo một hướng nhưng lại dừng theo hướng khác, điốt chỉnh lưu là lựa chọn tốt nhất. Do đóoutput sẽ là DCloại bỏ các thành phần AC. Các mạch như bộ chỉnh lưu nửa sóng và toàn sóng được thực hiện bằng cách sử dụng điốt, có thể được nghiên cứu trongElectronic Circuits hướng dẫn.

Một diode cũng được sử dụng như một Switch. Nó giúp BẬT và TẮT nhanh hơn cho đầu ra sẽ xảy ra với tốc độ nhanh.

V - I Đặc điểm của Diode

Một cách sắp xếp mạch thực tế cho một diode tiếp giáp PN như thể hiện trong hình sau. Một ampe kế mắc nối tiếp và vôn kế song song, còn nguồn điện được điều khiển qua một biến trở.

Trong quá trình hoạt động, khi diode ở điều kiện phân cực thuận, ở một số điện áp cụ thể, rào cản tiềm năng sẽ bị loại bỏ. Điện áp như vậy được gọi làCut-off Voltage hoặc là Knee Voltage. Nếu điện áp phía trước vượt quá giới hạn, dòng điện phía trước tăng lên theo cấp số nhân và nếu điều này được thực hiện thêm nữa, thiết bị sẽ bị hỏng do quá nóng.

Đồ thị sau đây cho thấy trạng thái dẫn điện của diode trong điều kiện phân cực thuận và nghịch.

Trong xu hướng ngược lại, dòng điện được tạo ra qua các sóng mang thiểu số tồn tại được gọi là “Reverse current”. Khi điện áp ngược tăng lên, dòng điện ngược này tăng và nó đột ngột bị phá vỡ tại một điểm, dẫn đến sự phá hủy vĩnh viễn của đường giao nhau.

Có nhiều loại điốt tùy thuộc vào nhiều yếu tố như tần số sử dụng, cách làm việc và cấu tạo, ứng dụng của chúng, v.v. Hãy cùng chúng tôi điểm qua một số loại điốt.

Điốt nối

Điốt tiếp giáp là điốt tiếp giáp PN bình thường nhưng khác nhau về cấu tạo. Có ba loại điốt tiếp giáp, như thể hiện trong hình sau.

Diode chỉnh lưu

Các điốt này là các điốt tiếp giáp PN bình thường, cho phép dòng điện chạy qua chúng chỉ theo một hướng và dừng theo hướng khác. Các điốt này được sử dụng trong mạch chỉnh lưu để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

Trong hình trên, chúng ta có thể thấy các điốt chỉnh lưu giống nhau với hình chiếu kim loại. Điều này được thêm vào diode để giảm thiểu sự phân bố nhiệt đôi khi có thể ảnh hưởng đến diode. Phép chiếu kim loại như vậy được gọi làHeat sink. Những điều này giúp cải thiện hiệu suất của diode và các diode sẽ có thể chịu được công suất cao mà không bị ảnh hưởng.

Có các mạch như Half wave rectifier và Full wave rectifiercác mạch sử dụng các điốt này. Các mạch này được thảo luận trong phần hướng dẫn MẠCH ĐIỆN TỬ. Các mạch chỉnh lưu này được sử dụng trong các phần cung cấp điện của nhiều mạch mà dòng điện đầu vào xoay chiều phải được chuyển đổi thành dòng điện một chiều cho các ứng dụng mạch đó.

Điốt Zener

Đây là một loại diode đặc biệt cho phép dòng điện không chỉ theo hướng thuận mà còn theo hướng ngược lại. Một diode bình thường, khi hoạt động theo phân cực ngược, sẽ bị hỏng nếu dòng điện ngược trên một giá trị nhất định đi qua nó. “Giá trị nhất định” này được gọi làBreakdown voltage.

Điện áp đánh thủng của một diode Zener rất thấp. Nhưngthis diode allows the reverse current to pass through it, once this breakdown voltage is exceeded. Điện áp đánh thủng đó được gọi làZener Voltage. Do đó, có một sự cố có kiểm soát không làm hỏng diode khi dòng điện ngược trên điện áp Zener đi qua diode Zener.

Một diode Zener trong phân cực ngược của nó, thể hiện một điện áp đánh thủng được kiểm soát và nó cho phép dòng hiện tại giữ giá trị của điện áp trên diode Zener đó gần với giá trị điện áp đánh thủng Zener. Giá trị này của điện áp đánh thủng Zener làm cho bất kỳ diode Zener nào được chọn cho các ứng dụng nhất định.

Avalanche diodelà một diode khác có đặc điểm tương tự như diode Zener. Sự cố do tuyết lở xảy ra trên toàn bộ đường giao nhau PN, khi điện áp giảm không đổi và không phụ thuộc vào dòng điện. Diode tuyết lở này được sử dụng để phát hiện quang học.

VI Đặc điểm của một diode Zener

Đặc tính VI của một diode Zener chung cho bất kỳ diode nào khi hoạt động theo phân cực thuận. Nhưng hoạt động phân cực ngược của diode Zener làm cho nó rất quan trọng cần xem xét. Hãy để chúng tôi nhìn vào biểu đồ.

Điểm mà sự uốn cong được hiển thị trong hoạt động phân cực ngược, là Zener breakdown voltage, sau đó diode cho phép dòng ngược cao qua nó. Điện áp Zener này được biểu thị bằngV_Z. Chất lượng đáng kinh ngạc này của diode Zener khiến nó trở thành một diode đáng tin cậy nhất và cũng có nhiều ứng dụng.

Các ứng dụng của diode Zener

Diode này có nhiều ứng dụng như -

• Nó chủ yếu được sử dụng như một bộ điều chỉnh điện áp.
• Cung cấp điện áp tham chiếu cố định trong mạch xu hướng bóng bán dẫn.
• Để cắt đỉnh hoặc giới hạn trong mạch định hình sóng.
• Là một bộ bảo vệ Surge trong nhiều mạch.
• Để bảo vệ đồng hồ khỏi bị hư hỏng do các ứng dụng ngẫu nhiên.

Diode chuyển mạch

Đây là một diode tiếp giáp PN đơn bình thường được thiết kế đặc biệt cho mục đích chuyển mạch. Diode này có thể thể hiện rõ ràng hai trạng thái điện trở cao và thấp, có thể được sử dụng thay thế.

Điện dung tiếp giáp của diode này được làm rất thấp để giảm thiểu các tác động khác. Tốc độ chuyển đổi được thực hiện khá cao. Khi diode có điện trở cao, nó hoạt động như một công tắc mở và nó hoạt động như một công tắc đóng khi điện trở thấp. Quá trình chuyển đổi này xảy ra với tốc độ nhanh hơn trong diode chuyển mạch, so với bất kỳ diode thông thường nào.

Các ứng dụng của diode chuyển mạch

Chúng có nhiều ứng dụng như -

• Được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu tốc độ cao
• Được sử dụng trong bộ điều biến vòng
• Được sử dụng trong máy thu tần số vô tuyến
• Được sử dụng như bộ bảo vệ phân cực ngược
• Được sử dụng cho cả mục đích chung và các ứng dụng chuyển mạch tốc độ cao

Có một số điốt được thiết kế để phục vụ một số mục đích đặc biệt. Có rất nhiều loại như điốt triệt tiêu điện áp thoáng qua, điốt pha tạp vàng, điốt siêu chắn, điốt tiếp xúc điểm, điốt Peltier, v.v. Nhưng ngoài những loại này, có một số điốt nổi bật, có nhiều ứng dụng. Hãy để chúng tôi đi qua chúng.

Diode Varactor

Một diode tiếp giáp có hai điện thế ở cả hai phía nơi vùng suy giảm có thể hoạt động như một chất điện môi. Do đó tồn tại một điện dung. Diode Varactor là một diode trường hợp đặc biệt được vận hành theo phân cực ngược, ở đó điện dung mối nối thay đổi.

Diode Varactor còn được gọi là Vari Cap hoặc là Volt Cap. Hình sau đây cho thấy một diode Varactor được kết nối theo phân cực ngược.

Nếu điện áp ngược được áp dụng được tăng lên, width của vùng điện môi increases, cái nào reduces các junction capacitance. Khi điện áp ngược giảm, bề rộng của chất điện môi giảm, làm tăng điện dung. Nếu điện áp ngược này hoàn toàn bằng rỗng, thìcapacitance sẽ ở đó maximum.

Hình dưới đây cho thấy các ký hiệu khác nhau được sử dụng cho diode Varactor đại diện cho chức năng của nó.

Mặc dù tất cả các điốt đều có điện dung tiếp giáp này, nhưng diode Varactor chủ yếu được sản xuất để tận dụng hiệu ứng này và tăng các biến thể trong điện dung tiếp giáp này.

Các ứng dụng của Diode Varactor

Diode này có nhiều ứng dụng như -

• Nó được sử dụng như một tụ điện biến điện áp.
• Nó được sử dụng trong mạch bể LC biến thiên.
• Được sử dụng làm điều khiển tần số tự động.
• Được sử dụng làm bộ điều biến tần số.
• Được sử dụng như bộ chuyển pha RF.
• Dùng làm bộ nhân tần số trong các mạch dao động cục bộ.

Điốt đường hầm

Nếu nồng độ tạp chất của điểm nối PN bình thường tăng cao, điều này Tunnel diodeđược hình thành. Nó còn được gọi làEsaki diode, theo tên người phát minh ra nó.

Khi nồng độ tạp chất trong một diode tăng lên, độ rộng của vùng suy giảm sẽ giảm, tạo ra một lực bổ sung cho các hạt tải điện vượt qua đường giao nhau. Khi nồng độ này tăng thêm, do độ rộng của vùng suy giảm ít hơn và năng lượng của các hạt tải điện tăng lên, chúng sẽ xuyên qua hàng rào thế năng, thay vì leo qua nó. Sự thâm nhập này có thể được hiểu làTunneling và do đó có tên, Tunnel diode.

Điốt đường hầm là thiết bị tiêu thụ điện năng thấp và cần được xử lý cẩn thận vì chúng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt và tĩnh điện. Diode Tunnel có các đặc điểm VI cụ thể giải thích hoạt động của chúng. Chúng ta hãy xem biểu đồ dưới đây.

Coi diode đang ở forward-biased condition. Khi điện áp chuyển tiếp tăng lên, dòng điện tăng nhanh và nó tăng cho đến một điểm cực đại, được gọi làPeak Current, đóng góp bởi I_P. Điện áp tại thời điểm này được gọi làPeak Voltage, đóng góp bởi V_P. Điểm này được chỉ ra bởiA trong đồ thị trên.

Nếu điện áp tăng hơn nữa vượt quá V_P, sau đó dòng điện bắt đầu giảm. Nó giảm cho đến một điểm, được gọi làValley Current, đóng góp bởi I_V. Điện áp tại thời điểm này được gọi làValley Voltage, đóng góp bởi V_V. Điểm này được chỉ ra bởiB trong đồ thị trên.

Nếu tăng thêm điện áp, dòng điện tăng lên như trong một diode bình thường. Đối với các giá trị lớn hơn của điện áp chuyển tiếp, dòng điện tăng hơn nữa.

Nếu chúng ta coi diode đang ở reverse-biased condition, khi đó diode hoạt động như một chất dẫn điện tuyệt vời khi điện áp ngược tăng lên. Diode ở đây hoạt động như trong vùng kháng âm.

Các ứng dụng của diode Tunnel

Có nhiều ứng dụng cho diode đường hầm như -

• Được sử dụng làm thiết bị chuyển mạch tốc độ cao
• Được sử dụng như một thiết bị lưu trữ bộ nhớ
• Được sử dụng trong bộ tạo dao động vi sóng
• Được sử dụng trong bộ dao động thư giãn

Đèn Schottky

Đây là một loại diode đặc biệt, trong đó mối nối PN được thay thế bằng mối nối bán dẫn kim loại. Chất bán dẫn loại P trong điốt tiếp giáp PN bình thường được thay thế bằng kim loại và vật liệu loại N được nối với kim loại. Sự kết hợp này không có vùng cạn kiệt giữa chúng. Hình sau cho thấy diode Schottky và ký hiệu của nó.

Kim loại được sử dụng trong điốt Schottky này có thể là vàng, bạc, bạch kim hoặc vonfram, v.v. Ngoài ra, đối với vật liệu bán dẫn ngoài silicon, hầu hết đều sử dụng arsenide gali.

Hoạt động

Khi không có hiệu điện thế đặt vào hoặc khi mạch không phân cực thì các êlectron trong vật liệu loại N có mức năng lượng thấp hơn êlectron trong kim loại. Nếu sau đó đi-ốt được phân cực thuận, các điện tử này trong loại N thu được một số năng lượng và chuyển động với một số năng lượng cao hơn. Do đó, các electron này được gọi làHot Carriers.

Hình dưới đây cho thấy một diode Schottky được kết nối trong một mạch điện.

Ưu điểm

Diode Schottky có nhiều ưu điểm như -

• Nó là một thiết bị đơn cực và do đó không có dòng điện ngược nào được hình thành.
• Sức đề kháng phía trước của nó là thấp.
• Điện áp giảm xuống rất thấp.
• Chỉnh lưu nhanh chóng và dễ dàng với diode Schottky.
• Không có vùng cạn kiệt hiện tại và do đó, không có điện dung tiếp giáp. Vì vậy, diode nhanh chóng đến vị trí OFF.

Các ứng dụng

Có rất nhiều ứng dụng của Schottky diode như -

• Được sử dụng như một diode dò
• Được sử dụng như một bộ chỉnh lưu điện
• Được sử dụng trong mạch trộn RF
• Được sử dụng trong các mạch điện
• Được sử dụng như điốt kẹp

Đây là những điốt hoạt động bằng ánh sáng. Từ "Opto" có nghĩa làLight. Có những loại dẫn truyền phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và những loại khác mà sự dẫn truyền của chúng mang lại một số ánh sáng. Mỗi loại đều có các ứng dụng của riêng chúng. Hãy để chúng tôi thảo luận về các loại nổi bật trong số những loại này.

Một số điốt dẫn điện theo cường độ ánh sáng chiếu vào chúng. Có hai loại điốt chính trong danh mục này. Chúng là Điốt quang và Pin mặt trời.

Diode ảnh

Điốt ảnh, như tên của nó, là một điểm nối PN hoạt động trên ánh sáng. Cường độ ánh sáng ảnh hưởng đến mức độ dẫn điện trong diode này. Điốt quang có vật liệu loại P và vật liệu loại N vớiintrinsic vật liệu hoặc một depletion region ở giữa.

Diode này thường được vận hành trong reverse biastình trạng. Ánh sáng khi hội tụ ở vùng suy giảm, các cặp electron - lỗ trống được hình thành và xảy ra sự chuyển động của electron. Sự dẫn điện này phụ thuộc vào cường độ ánh sáng hội tụ. Hình dưới đây cho thấy một diode Photo thực tế.

Hình bên dưới chỉ ra ký hiệu của một photodiode.

Khi diode được kết nối phân cực ngược, một dòng điện bão hòa ngược nhỏ chạy qua do các cặp lỗ trống điện tử được tạo nhiệt. Khi dòng điện phân cực ngược chảy do các hạt tải điện thiểu số, điện áp đầu ra phụ thuộc vào dòng điện ngược này. Khi cường độ ánh sáng tập trung vào điểm nối tăng lên, dòng điện do các hạt tải điện thiểu số tăng lên. Hình dưới đây cho thấy sự sắp xếp xu hướng cơ bản của một diode quang.

Diode ảnh được gói trong một gói thủy tinh để cho phép ánh sáng chiếu vào nó. Để tập trung ánh sáng chính xác vào vùng suy giảm của điốt, một thấu kính được đặt phía trên đường giao nhau, giống như minh họa ở trên.

Ngay cả khi không có ánh sáng, một lượng nhỏ dòng điện chạy qua được gọi là Dark Current. Bằng cách thay đổi mức độ chiếu sáng, có thể thay đổi dòng điện ngược.

Ưu điểm của Diode ảnh

Diode ảnh có nhiều ưu điểm như -

• Tiếng ồn thấp
• Tăng cao
• Hoạt động tốc độ cao
• Độ nhạy cao với ánh sáng
• Giá thấp
• Kích thước nhỏ
• Thời gian tồn tại lâu dài

Các ứng dụng của Diode ảnh

Có nhiều ứng dụng cho diode ảnh như -

• Phát hiện ký tự
• Đối tượng có thể được phát hiện (nhìn thấy hoặc không nhìn thấy).
• Dùng trong các mạch yêu cầu độ ổn định và tốc độ cao.
• Được sử dụng trong giải điều chế
• Được sử dụng trong các mạch chuyển mạch
• Được sử dụng trong bộ mã hóa
• Được sử dụng trong thiết bị thông tin quang

Một diode khác thuộc loại như vậy là Pin mặt trời. Nó được gọi là một tế bào mặc dù nó là một diode. Hãy để chúng tôi đi vào chi tiết.

Pin mặt trời

Các điốt phụ thuộc vào ánh sáng bao gồm Pin mặt trời, là một điốt tiếp giáp PN bình thường nhưng có sự dẫn truyền của nó bằng luồng photon được chuyển thành dòng electron. Điều này tương tự như một diode quang nhưng nó có một mục tiêu khác là chuyển đổi ánh sáng tới cực đại thành năng lượng và lưu trữ nó.

Hình bên dưới là biểu tượng của pin mặt trời.

Pin mặt trời có tên và biểu tượng cho biết việc lưu trữ năng lượng mặc dù nó là một diode. Tính năng khai thác nhiều năng lượng hơn và lưu trữ nó tập trung trong pin mặt trời.

Xây dựng pin mặt trời

Một diode tiếp giáp PN với vật liệu bên trong trong vùng xóa được chế tạo để bao bọc trong thủy tinh. Ánh sáng được tạo ra tới diện tích tối đa có thể với lớp kính mỏng ở phía trên để thu thập ánh sáng tối đa với lực cản tối thiểu.

Hình dưới đây mô tả cấu tạo của pin Mặt trời.

Khi ánh sáng chiếu vào pin mặt trời, các photon trong ánh sáng va chạm với các electron hóa trị. Các electron được cung cấp năng lượng để rời khỏi nguyên tử mẹ. Do đó, một dòng electron được tạo ra và dòng điện này tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng tập trung vào pin mặt trời. Hiện tượng này được gọi làPhoto-Voltaic effect.

Hình sau đây cho thấy một pin mặt trời trông như thế nào và cách một số lượng pin mặt trời kết hợp với nhau để tạo thành một tấm pin mặt trời.

Sự khác biệt giữa Diode ảnh và Pin mặt trời

Photo Diode hoạt động nhanh hơn và tập trung vào việc chuyển đổi hơn là cung cấp nhiều năng lượng hơn ở đầu ra. Nó có giá trị điện dung thấp vì điều này. Cũng theo các ứng dụng của nó, vùng ảnh hưởng của năng lượng ánh sáng cũng ít hơn trong Diode ảnh.

Pin mặt trời tập trung vào việc cung cấp năng lượng đầu ra cao và lưu trữ năng lượng. Điều này cóhigh capacitancegiá trị. Hoạt động chậm hơn một chút so với diode quang. Theo mục đích của pin mặt trời, vùng tới của ánh sáng lớn hơn so với diode quang.

Các ứng dụng của pin mặt trời

Có rất nhiều ứng dụng cho Pin mặt trời như -

Science and Technology

• Được sử dụng trong các tấm pin mặt trời cho vệ tinh
• Được sử dụng trong đo từ xa
• Được sử dụng trong hệ thống chiếu sáng từ xa, v.v.

Commercial Use

• Được sử dụng trong các tấm pin mặt trời để lưu trữ điện
• Được sử dụng trong các nguồn cung cấp điện di động, v.v.
• Được sử dụng trong các mục đích gia dụng như nấu ăn và sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời

Electronic

• Watches
• Calculators
• Đồ chơi điện tử, v.v.

Một số điốt phát ra ánh sáng tùy theo hiệu điện thế. Có hai loại điốt chính trong danh mục này. Chúng là đèn LED và điốt Laser.

LED (Điốt phát sáng)

Đây là một trong những điốt phổ biến nhất được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi. Đây cũng là một diode tiếp giáp PN bình thường ngoại trừ việc thay vì silicon và germani, các vật liệu như gallium arsenide, gallium arsenide phosphide được sử dụng trong cấu tạo của nó.

Hình dưới đây cho thấy biểu tượng của một Diode phát quang.

Giống như một diode tiếp giáp PN bình thường, điều này được kết nối trong điều kiện phân cực thuận để diode dẫn điện. Sự dẫn điện diễn ra trong đèn LED khi các điện tử tự do trong vùng dẫn kết hợp với các lỗ trống trong vùng hóa trị. Quá trình tái tổ hợp này phát ralight. Quá trình này được gọi làElectroluminescence. Màu sắc của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào khoảng cách giữa các dải năng lượng.

Các vật liệu được sử dụng cũng ảnh hưởng đến màu sắc như, gallium arsenide phosphide phát ra màu đỏ hoặc vàng, gallium phosphide phát ra màu đỏ hoặc xanh lá cây và gallium nitrate phát ra ánh sáng xanh lam. Trong khi đó gali arsenide phát ra ánh sáng hồng ngoại. Đèn LED cho ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy được sử dụng hầu hết trong các điều khiển từ xa.

Hình dưới đây cho thấy các đèn LED thực tế có màu sắc khác nhau trông như thế nào.

Đèn LED trong hình trên có một mặt phẳng và mặt cong, dây dẫn ở mặt phẳng được làm ngắn hơn dây dẫn còn lại, để chỉ ra rằng dây dẫn ngắn hơn là Cathode hoặc thiết bị đầu cuối âm và thiết bị đầu cuối còn lại là Anode hoặc thiết bị đầu cuối Tích cực.

Cấu tạo cơ bản của LED như hình bên dưới.

Như trong hình trên, khi các electron nhảy vào các lỗ, năng lượng bị tiêu tán một cách tự phát dưới dạng ánh sáng. LED là một thiết bị phụ thuộc vào dòng điện. Cường độ ánh sáng đầu ra phụ thuộc vào dòng điện qua diode.

Ưu điểm của đèn LED

Có nhiều ưu điểm của đèn LED như -

• Hiệu quả cao
• Tốc độ cao
• Độ tin cậy cao
• Tản nhiệt thấp
• Tuổi thọ lớn hơn
• Giá thấp
• Dễ dàng điều khiển và lập trình
• Mức độ sáng và cường độ cao
• Yêu cầu điện áp và dòng điện thấp
• Yêu cầu ít dây hơn
• Chi phí bảo trì thấp
• Không có bức xạ UV
• Hiệu ứng ánh sáng tức thì

Các ứng dụng của đèn LED

Có rất nhiều ứng dụng cho đèn LED như -

In Displays

• Đặc biệt được sử dụng cho màn hình bảy phân đoạn
• Đồng hồ kỹ thuật số
• Nhiều lò vi sóng
• Tín hiệu giao thông
• Bảng trưng bày trên đường sắt và nơi công cộng
• Toys

In Electronic Appliances

• Bộ chỉnh âm thanh nổi
• Calculators
• Bộ nguồn DC
• Chỉ báo Bật / Tắt trong bộ khuếch đại
• Đèn báo nguồn

Commercial Use

• Máy đọc được hồng ngoại
• Máy đọc mã vạch
• Màn hình video trạng thái rắn

Optical Communications

• Trong các ứng dụng chuyển mạch quang
• Đối với khớp nối quang khi không có trợ giúp thủ công
• Chuyển thông tin qua FOC
• Mạch cảm biến hình ảnh
• Chuông bao động trộm
• Trong Kỹ thuật báo hiệu đường sắt
• Cửa và các hệ thống kiểm soát an ninh khác

Cũng giống như LED có nhiều ưu điểm và ứng dụng, có một diode quan trọng khác được gọi là Diode Laser, cũng có nhiều tính năng tiên tiến và phạm vi trong tương lai. Hãy để chúng tôi thảo luận về Diode Laser.

Diode Laser

Diode Laser là một loại diode phổ biến khác. Đây là một diode quang phát ra ánh sáng nhưng với quá trình kích thích. TênLASER ngụ ý Lcó thể Amplification bởi Sthời gian Enhiệm vụ của Rlời khuyên nhủ.

Phát thải kích thích

Đây là một diode tiếp giáp PN có hoạt động bắt đầu khi có tia sáng tới nó. Với một tia sáng, khi các photon tới một nguyên tử, nguyên tử sẽ bị kích thích và nó đạt đến mức cao hơn có thể được gọi làHigher Energy Level.

Nguyên tử khi dịch chuyển từ mức năng lượng cao hơn sang một Lower Energy Level, nó phát hành two photons đó là similar in characteristics tới photon sự cố và đang ở equal phasevới nó. Quá trình này được gọi làStimulated Emission. Một nguyên tử nói chung có thể ở trong trạng thái kích thích này cho10^-8 secs của thời gian.

Vì vậy, quá trình trên thiết lập nguyên tắc cho diode laser.

Nguyên lý của Diode Laser

Bất cứ khi nào một photon tới nguyên tử, nguyên tử đó sẽ bị kích thích từ trạng thái năng lượng thấp hơn sang trạng thái năng lượng cao hơn và hai photon được giải phóng trong quá trình này. Trên thực tế, một nguyên tử nói chung có thể ở trạng thái kích thích này cho10^-8giây của thời gian. Vì vậy, để đạt được sự khuếch đại, trong quá trình kích thích này, nguyên tử được đặt ở trạng thái khác gọi làMeta Stable State ở dưới mức năng lượng cao hơn và trên mức năng lượng thấp hơn.

Một nguyên tử có thể ở trong trạng thái ổn định Meta này cho 10^-3giây. Trong khi nguyên tử chuyển đến trạng thái thấp hơn từ trạng thái này, hai photon được giải phóng. Nếu có nhiều nguyên tử hơn ở trạng thái kích thích, trước khi các photon đập vào các nguyên tử, thì chúng ta cóLasing Effect.

Trong quá trình này, chúng ta có hai thuật ngữ cần hiểu. Có nhiều nguyên tử hơn ở trạng thái ổn định Meta hơn trạng thái năng lượng thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản được gọi làPopulation inversion. Khi đó, năng lượng cho phép các nguyên tử chuyển từ trạng thái năng lượng thấp hơn sang trạng thái năng lượng cao hơn để đạt được sự nghịch đảo dân số, được gọi làPumping. Đây làOptical pumping.

Ưu điểm

Có nhiều ưu điểm của Diode Laser như -

• Năng lượng được sử dụng bởi điốt laser ít hơn nhiều
• Tốc độ chuyển đổi BẬT / TẮT cao hơn
• Nhỏ gọn hơn
• Ít tốn kém
• Chúng rẻ hơn máy phát laser
• Ít cơ hội gây ra các cú sốc điện hơn

Nhược điểm

Có một số nhược điểm của Diode Laser như -

• Nhiều tia phân kỳ hơn và do đó chất lượng không tốt
• Tuổi thọ của chúng ít hơn so với đèn LED.
• Dễ bị hư hỏng khi nguồn điện không ổn định

Các ứng dụng

Có nhiều ứng dụng của Diode Laser như -

• Được sử dụng làm laser bơm và laser hạt giống

• Được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ dữ liệu quang học

• Được sử dụng trong máy in laser và máy fax laser

• Được sử dụng trong con trỏ Laser

• Được sử dụng trong máy đọc mã vạch

• Chúng được sử dụng trong ổ đĩa DVD và CD

• Được sử dụng trong công nghệ HD DVD và BLU RAY

• Có nhiều mục đích công nghiệp như xử lý nhiệt, ốp, hàn đường nối, v.v.

• Đã có nhiều ứng dụng trong công nghệ truyền thông như liên kết và truyền dữ liệu.

Sau khi xem qua tất cả những điều này, chúng ta hãy cố gắng hiểu một vài thuật ngữ.

Thành phần

• Các thành phần là các yếu tố cơ bản riêng lẻ của điện tử.
• Chúng có các đặc tính khác nhau đối với công trình của chúng.
• Mỗi thành phần có các ứng dụng khác nhau.

Ex - Điện trở, Tụ điện, Diode, v.v.

Mạch điện

• Mạch là một mạng lưới các thành phần khác nhau
• Các thành phần trong mạch hoàn toàn tồn tại theo một mục đích đã định.
• Nếu một mạch phải hoạt động, phải chứa một nguồn điện.

Ex - mạch kẹp và mạch kẹp, mạch khuếch đại, mạch chuyển tiếp, v.v.

Thiết bị

• Thiết bị là một thiết bị được tạo thành từ các mạch khác nhau.

• Tất cả các mạch trong thiết bị giúp nó hoạt động để phục vụ mục đích của nó.

• Một thiết bị có thể được sử dụng để đo tín hiệu, tạo tín hiệu, kiểm soát kết quả hoặc bảo vệ mạch, v.v.

Ex - CRO, Trình tạo chức năng, v.v.

Thiết bị trạng thái rắn

Trước đây chúng ta từng có các ống chân không, hoạt động trên nguyên lý nhiệt điện tử và bên trong chứa đầy chân không. Chúng có kích thước lớn hơn các thành phần ngày nay. Các ống chân không này đã được thay thế bằng các thiết bị bán dẫn, còn được gọi làSolid state devices.

Thiết bị hoạt động

Các thiết bị (hoặc chính xác là các thành phần) có thể kiểm soát dòng hiện tại có thể được gọi là Thiết bị Hoạt động.

• Chúng yêu cầu một số nguồn điện đầu vào để dẫn điện.
• Hoạt động của các thành phần này xác định hoạt động của mạch.

Ex - Ống chân không, điốt, bóng bán dẫn, SCR

Thiết bị thụ động

Các thiết bị (hoặc chính xác là các thành phần) không thể điều khiển dòng hiện tại có thể được gọi là Thiết bị thụ động.

• Chúng không yêu cầu nguồn điện đầu vào để hoạt động.
• Hoạt động của các thành phần này làm thay đổi một chút hoạt động của mạch.

Ex - Điện trở, tụ điện, cuộn cảm, v.v.

Doping

Quá trình thêm electron hoặc tạo ra lỗ trống để thay đổi đặc tính của vật liệu bán dẫn, bằng cách tạo ra nhiều dương hơn hoặc bằng cách tạo ra nhiều âm hơn có thể được hiểu là Doping.

Các ứng dụng của điốt bao gồm nhiều mạch bắt đầu từ mạch kẹp và mạch kẹp, sẽ được thảo luận trong phần hướng dẫn MẠCH ĐIỆN TỬ.

Sau khi có kiến ​​thức tốt về hoạt động của diode, đó là một điểm nối PN đơn, chúng ta hãy thử kết nối hai điểm nối PN tạo thành một thành phần mới được gọi là Transistor. ATransistor là một thiết bị bán dẫn ba đầu cuối điều chỉnh dòng điện hoặc dòng điện áp và hoạt động như một công tắc hoặc cổng cho tín hiệu.

Tại sao chúng ta cần bóng bán dẫn?

Giả sử rằng bạn có một bộ thu FM lấy tín hiệu bạn muốn. Tín hiệu nhận được rõ ràng sẽ yếu do những nhiễu động mà nó phải đối mặt trong quá trình di chuyển. Bây giờ nếu tín hiệu này được đọc như nó vốn có, bạn không thể có được đầu ra công bằng. Do đó chúng ta cần khuếch đại tín hiệu.Amplification nghĩa là tăng cường độ tín hiệu.

Đây chỉ là một ví dụ. Khuếch đại là cần thiết khi cường độ tín hiệu được tăng lên. Điều này được thực hiện bởi một bóng bán dẫn. Một bóng bán dẫn cũng hoạt động như mộtswitchđể chọn giữa các tùy chọn có sẵn. Nó cũngregulates sự đến current and voltage của các tín hiệu.

Chi tiết cấu tạo của một bóng bán dẫn

Transistor là một thiết bị trạng thái rắn ba đầu cuối được hình thành bằng cách kết nối hai điốt trở lại với nhau. Do đó nó đã cótwo PN junctions. Ba thiết bị đầu cuối được rút ra từ ba vật liệu bán dẫn có trong nó. Loại kết nối này cung cấp hai loại bóng bán dẫn. họ đangPNP và NPN có nghĩa là vật liệu loại N nằm giữa hai loại và loại kia là vật liệu loại P giữa hai loại N.

Cấu tạo của các bóng bán dẫn như trong hình sau giải thích ý tưởng đã thảo luận ở trên.

Ba thiết bị đầu cuối rút ra từ bóng bán dẫn chỉ ra các đầu cuối Emitter, Base và Collector. Chúng có chức năng như được thảo luận bên dưới.

Máy phát

• Phía bên trái của cấu trúc được hiển thị ở trên có thể được hiểu là Emitter.

• Điều này có một moderate size và là heavily doped vì chức năng chính của nó là supply một số majority carriers, tức là electron hoặc lỗ trống.

• Khi nó phát ra các electron, nó được gọi là Emitter.

• Điều này được chỉ ra đơn giản bằng chữ cái E.

Căn cứ

• Vật liệu ở giữa trong hình trên là Base.

• Đây là thin và lightly doped.

• Chức năng chính của nó là pass phần lớn sóng mang từ bộ phát đến bộ thu.

• Điều này được biểu thị bằng chữ cái B.

Người sưu tầm

• Vật liệu bên phải trong hình trên có thể được hiểu là Collector.

• Tên của nó ngụ ý chức năng của nó collecting the carriers.

• Đây là a bit largervề kích thước hơn bộ phát và đế. Nó làmoderately doped.

• Điều này được biểu thị bằng chữ cái C.

Các ký hiệu của bóng bán dẫn PNP và NPN như hình dưới đây.

Các arrow-head trong các hình trên chỉ ra emittercủa một bóng bán dẫn. Vì bộ thu của bóng bán dẫn phải tiêu tán công suất lớn hơn nhiều, nên nó được làm lớn. Do các chức năng cụ thể của bộ phát và bộ thu, chúngnot interchangeable. Do đó, các thiết bị đầu cuối luôn được ghi nhớ khi sử dụng bóng bán dẫn.

Trong một bóng bán dẫn thực tế, có một vết khía gần dây dẫn phát để xác định. Các bóng bán dẫn PNP và NPN có thể được phân biệt bằng cách sử dụng Đồng hồ vạn năng. Hình sau đây cho thấy các bóng bán dẫn thực tế khác nhau như thế nào.

Cho đến nay chúng ta đã thảo luận về các chi tiết cấu tạo của bóng bán dẫn, nhưng để hiểu hoạt động của bóng bán dẫn, trước tiên chúng ta cần biết về xu hướng.

Xu hướng bóng bán dẫn

Như chúng ta biết rằng bóng bán dẫn là sự kết hợp của hai điốt, chúng ta có hai điểm nối ở đây. Vì một điểm nối giữa bộ phát và đế, nên được gọi làEmitter-Base junction và tương tự, cái kia là Collector-Base junction.

Biasinglà điều khiển hoạt động của mạch bằng cách cung cấp nguồn điện. Chức năng của cả hai điểm nối PN được điều khiển bằng cách cung cấp phân cực cho mạch thông qua một số nguồn điện một chiều. Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn được phân cực như thế nào.

Nhìn vào hình trên, có thể hiểu rằng

• Vật liệu loại N được cung cấp nguồn âm và vật liệu loại P được cung cấp nguồn dương để làm mạch Forward bias.

• Vật liệu loại N được cung cấp nguồn dương và vật liệu loại P được cung cấp nguồn âm để tạo mạch Reverse bias.

Bằng cách áp dụng sức mạnh, emitter base junction luôn luôn forward biasedvì điện trở của máy phát rất nhỏ. Cáccollector base junction Là reverse biasedvà sức đề kháng của nó cao hơn một chút. Một phân cực thuận nhỏ là đủ ở đường giao nhau của bộ phát trong khi phân cực ngược cao phải được áp dụng ở đường giao nhau của bộ thu.

Chiều của dòng điện được chỉ ra trong các mạch ở trên, còn được gọi là Conventional Current, là chuyển động của dòng điện lỗ trống là opposite to the electron current.

Hoạt động Transistor PNP

Hoạt động của bóng bán dẫn PNP có thể được giải thích bằng cách nhìn vào hình sau, trong đó mối nối cơ sở phát được phân cực thuận và mối nối cơ sở thu được phân cực ngược.

Điện áp V_EEcung cấp một điện thế dương tại bộ phát, đẩy lùi các lỗ trên vật liệu loại P và các lỗ này băng qua đường giao nhau của bộ phát-đế, để đến vùng cơ sở. Có một tỷ lệ rất thấp các lỗ trống tái kết hợp với các điện tử tự do của vùng N. Điều này cung cấp dòng điện rất thấp tạo thành dòng điện cơ bảnI_B. Các lỗ còn lại băng qua đường giao nhau của bộ thu-đế, để tạo thành dòng điện cực thuI_C, là dòng điện lỗ.

Khi một lỗ trống đi đến cực thu, một điện tử từ cực âm của pin sẽ lấp đầy không gian trong bộ thu. Dòng này tăng từ từ và dòng điện thiểu số điện tử chạy qua bộ phát, nơi mỗi điện tử đi vào cực dương củaV_EE, được thay thế bằng một lỗ bằng cách di chuyển về phía đường giao nhau của bộ phát. Điều này tạo thành hiện tại phátI_E.

Do đó chúng ta có thể hiểu rằng -

• Sự dẫn điện trong bóng bán dẫn PNP diễn ra qua các lỗ.
• Dòng thu nhỏ hơn một chút so với dòng phát.
• Việc tăng hoặc giảm dòng phát ảnh hưởng đến dòng thu.

Hoạt động Transistor NPN

Hoạt động của bóng bán dẫn NPN có thể được giải thích bằng cách quan sát hình sau, trong đó mối nối cơ sở phát được phân cực thuận và mối nối cơ sở thu được phân cực ngược.

Điện áp V_EEcung cấp một điện thế âm tại bộ phát đẩy các điện tử trong vật liệu loại N và các điện tử này vượt qua đường giao nhau của chất phát-gốc, để đến vùng cơ sở. Có một tỷ lệ rất thấp các điện tử tái kết hợp với các lỗ trống tự do của vùng P. Điều này cung cấp dòng điện rất thấp tạo thành dòng điện cơ bảnI_B. Các lỗ còn lại băng qua đường giao nhau bộ thu-đế, để tạo thành dòng điện bộ gópI_C.

Khi một điện tử vươn ra khỏi cực thu và đi vào cực dương của pin, một điện tử từ cực âm của pin V_EEvào vùng phát. Dòng này tăng từ từ và dòng điện tử chạy qua bóng bán dẫn.

Do đó chúng ta có thể hiểu rằng -

• Sự dẫn điện trong bóng bán dẫn NPN diễn ra thông qua các điện tử.
• Dòng thu cao hơn dòng phát.
• Việc tăng hoặc giảm dòng phát ảnh hưởng đến dòng thu.

Ưu điểm

Có nhiều ưu điểm của bóng bán dẫn như -

• Tăng điện áp cao.
• Điện áp cung cấp thấp hơn là đủ.
• Thích hợp nhất cho các ứng dụng công suất thấp.
• Nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn.
• Cơ học mạnh hơn ống chân không.
• Không cần gia nhiệt bên ngoài như ống chân không.
• Rất thích hợp để tích hợp với điện trở và điốt để sản xuất IC.

Có một số nhược điểm như chúng không thể được sử dụng cho các ứng dụng công suất cao do tiêu hao công suất thấp hơn. Chúng có trở kháng đầu vào thấp hơn và chúng phụ thuộc vào nhiệt độ.

Một Transistor có 3 cực là cực phát, cực gốc và cực thu. Sử dụng 3 đầu cuối này, bóng bán dẫn có thể được kết nối trong một mạch với một đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra theo 3 cấu hình có thể khác nhau.

Ba loại cấu hình là Common Base, Common Emitter và Common Collectorcấu hình. Trong mọi cấu hình, điểm nối bộ phát được phân cực thuận và điểm nối bộ thu được phân cực ngược.

Cấu hình cơ sở chung (CB)

Bản thân tên gọi này ngụ ý rằng đầu cuối Cơ sở được coi là đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn. Kết nối cơ sở chung cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP như thể hiện trong hình sau.

Để dễ hiểu, chúng ta hãy xem xét bóng bán dẫn NPN trong cấu hình CB. Khi điện áp phát được đặt vào, vì nó được phân cực thuận, các điện tử từ cực âm đẩy các điện tử phát ra và dòng điện chạy qua thiết bị phát và đế tới bộ thu để góp phần tạo ra dòng điện thu. Điện áp bộ thuV_CB được giữ không đổi trong suốt này.

Trong cấu hình CB, dòng đầu vào là dòng phát I_E và dòng ra là dòng thu I_C.

Current Amplification Factor (α)

Tỷ lệ thay đổi trong dòng thu ($\Delta I_{C}$) đến sự thay đổi trong dòng điện phát ($\Delta I_{E}$) khi điện áp bộ thu V_CB được giữ không đổi, được gọi là Current amplification factor. Nó được ký hiệu là α.

$$\alpha\:=\:\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{E}}\:\:at\:constant\:V_{CB}$$

Biểu thức cho hiện tại Bộ sưu tập

Với ý tưởng trên, chúng ta hãy thử vẽ một số biểu thức cho dòng điện góp. Cùng với dòng điện phát chạy, có một số lượng dòng điện cơ bản IB chạy qua cực cơ sở do sự tái kết hợp lỗ điện tử. Khi mối nối đế thu được phân cực ngược, có một dòng điện khác chạy do các hạt tải điện thiểu số. Đây là dòng điện rò rỉ có thể hiểu làI_leakage. Điều này là do các tàu sân bay phí thiểu số và do đó rất nhỏ.

Dòng phát tới cực thu là

$$\mathbf{\mathit{\alpha I_{E}}}$$

Tổng bộ sưu tập hiện tại

$$I_{C}\:=\:\alpha I_{E}\:+\:I_{leakage}$$

Nếu điện áp gốc của bộ phát V _EB = 0, ngay cả khi đó, vẫn có dòng rò nhỏ, có thể được gọi là I _CBO (dòng điện gốc cực thu với đầu ra mở).

Do đó, dòng điện thu có thể được biểu thị bằng

$$I_{C}\:=\:\alpha I_{E}\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{E}\:=\:I_{C}\:+\:I_{B}$$

$$I_{C}\:=\:\alpha(I_{C}\:+\:I_{B})\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{C}(1\:-\:\alpha)\:=\:\alpha I_{B}\:+\:I_{CBO}$$

$$I_{C}\:=\:(\frac{\alpha}{1\:-\:\alpha})\: I_{B}\:+\:(\frac{I_{CBO}}{1\:-\:\alpha})$$

$$I_{C}\:=\:(\frac{\alpha}{1\:-\:\alpha})\: I_{B}\:+\:(\frac{1}{1\:-\:\alpha})I_{CBO}$$

Do đó suy ra ở trên là biểu thức cho dòng điện thu. Giá trị của dòng điện thu phụ thuộc vào dòng điện cơ bản và dòng điện rò cùng với hệ số khuếch đại dòng điện của bóng bán dẫn đang sử dụng.

Đặc điểm của cấu hình CB

• Cấu hình này cung cấp độ lợi điện áp nhưng không có độ lợi dòng điện.

• Đang V_CBkhông đổi, với sự gia tăng nhỏ trong điện áp gốc _{máy phát} V _EB , dòng điện máy phátI_E được tăng lên.

• Máy phát hiện tại I_E không phụ thuộc vào điện áp Collector V_CB.

• Điện áp thu V_CB có thể ảnh hưởng đến dòng thu I_Cchỉ ở điện áp thấp, khi V _EB được giữ không đổi.

• Điện trở đầu vào ri là tỷ lệ thay đổi của điện áp cơ sở phát ($\Delta{V_{EB}}$) đến sự thay đổi trong dòng điện phát ($\Delta{I_{E}}$) ở điện áp gốc bộ thu không đổi V_CB.

  $$\eta\:=\:\frac{\Delta{V_{EB}}}{\Delta{I_{E}}}\:\:at\:constant\:V_{CB}$$

• Vì điện trở đầu vào có giá trị rất thấp, một giá trị nhỏ của V _EB là đủ để tạo ra dòng điện phát lớn.I_E.

• Điện trở đầu ra r _o là tỷ lệ thay đổi của điện áp cơ sở bộ thu ($\Delta{V_{CB}}$) đến sự thay đổi trong dòng điện thu ($\Delta{I_{C}}$) ở dòng phát không đổi I_E.

  $$r_{o}\:=\:\frac{\Delta{V_{CB}}}{\Delta{I_{C}}}\: at\: constant\:l_{E}$$

• Vì điện trở đầu ra có giá trị rất cao, một sự thay đổi lớn trong V_CB tạo ra một sự thay đổi rất nhỏ trong dòng thu I_C.

• Cấu hình này cung cấp độ ổn định tốt khi nhiệt độ tăng lên.

• Cấu hình CB được sử dụng cho các ứng dụng tần số cao.

Cấu hình Bộ phát chung (CE)

Bản thân cái tên ngụ ý rằng Emitterđầu cuối được coi là thiết bị đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn. Kết nối bộ phát chung cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP như thể hiện trong hình sau.

Cũng giống như trong cấu hình CB, điểm nối bộ phát được phân cực thuận và điểm nối bộ thu được phân cực ngược. Dòng electron được điều khiển theo cách tương tự. Dòng điện đầu vào là dòng điện cơ bảnI_B và dòng ra là dòng thu I_C đây.

Base Current Amplification factor (β)

Tỷ lệ thay đổi trong dòng thu ($\Delta{I_{C}}$) đối với sự thay đổi trong dòng điện cơ bản ($\Delta{I_{B}}$) được gọi là Base Current Amplification Factor. Nó được ký hiệu là β

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{B}}}$$

Mối quan hệ giữa β và α

Chúng ta hãy thử suy ra mối quan hệ giữa hệ số khuếch đại dòng cơ bản và hệ số khuếch đại dòng phát.

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{B}}}$$

$$\alpha\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta{I_{E}}}$$

$$I_{E}\:=\:I_{B}\:+\:I_{C}$$

$$\Delta I_{E}\:=\:\Delta I_{B}\:+\:\Delta I_{C}$$

$$\Delta I_{B}\:=\:\Delta I_{E}\:-\:\Delta I_{C}$$

Chúng tôi có thể viết

$$\beta\:=\:\frac{\Delta{I_{C}}}{\Delta I_{E}\:-\:\Delta I_{C}}$$

Chia cho $$

$$ \ beta \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$

Chúng ta có

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$

Vì thế,

$$ \ beta \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$

Từ phương trình trên, rõ ràng rằng, khi α tiến gần đến 1, β tiến tới vô cùng.

Vì thế, the current gain in Common Emitter connection is very high. Đây là lý do kết nối mạch này hầu hết được sử dụng trong tất cả các ứng dụng bóng bán dẫn.

Biểu thức cho bộ sưu tập hiện tại

Trong cấu hình Bộ phát chung, I_B là dòng điện đầu vào và I_C là dòng điện đầu ra.

Chúng tôi biết

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} $$

Và

$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ = \: \ alpha (I_ {B} \: + \: I_ {C}) \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {C} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: \ alpha I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \: + \: \ frac {1} {1- \ alpha} \: I_ {CBO} $ $

Nếu mạch cơ sở đang mở, tức là nếu I_B = 0,

Bộ thu phát hiện tại với cơ sở mở là tôi _{Giám đốc điều hành}

$$ I_ {CEO} \: = \: \ frac {1} {1- \ alpha} \: I_ {CBO} $$

Thay giá trị của giá trị này trong phương trình trước, chúng ta nhận được

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \: + \: I_ {CEO} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ beta I_ {B} \: + \: I_ {CEO} $$

Do đó phương trình cho dòng điện thu được.

Điện áp đầu gối

Trong cấu hình CE, bằng cách giữ dòng điện cơ bản I_B không đổi, nếu V_CE rất đa dạng, I_C tăng gần 1v của V_CEvà không đổi sau đó. Giá trị này củaV_CE lên đến bộ sưu tập hiện tại I_C thay đổi với V_CE nó được gọi là Knee Voltage. Các bóng bán dẫn trong khi hoạt động ở cấu hình CE, chúng được hoạt động trên điện áp đầu gối này.

Đặc điểm của cấu hình CE

• Cấu hình này cung cấp độ lợi dòng điện và độ lợi điện áp tốt.

• Duy trì V_CE không đổi, với một sự gia tăng nhỏ trong V_BE dòng điện cơ bản I_B tăng nhanh hơn so với cấu hình CB.

• Đối với bất kỳ giá trị nào của V_CE điện áp trên đầu gối, I_C xấp xỉ bằng βI_B.

• Điện trở đầu vào r_i là tỷ lệ thay đổi của điện áp phát gốc ($ \ Delta {V_ {BE}}$) to the change in base current ($\ Delta {I_ {B}} $) ở điện áp bộ phát cực thu không đổi V_CE.

  $$ r_ {i} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {BE}}} {\ Delta {I_ {B}}} \: tại \: hằng số \: V_ {CE} $$

• Vì điện trở đầu vào có giá trị rất thấp, một giá trị nhỏ của V_BE đủ để tạo ra một dòng điện cơ bản lớn I_B.

• Điện trở đầu ra r_o là tỷ lệ thay đổi điện áp bộ phát cực thu ($ \ Delta {V_ {CE}}$) to the change in collector current ($\ Delta {I_ {C}} $) không đổi I_B.

  $$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CE}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: tại \: hằng số \: I_ {B} $$

• Vì điện trở đầu ra của mạch CE nhỏ hơn điện trở của mạch CB.

• Cấu hình này thường được sử dụng cho các phương pháp ổn định thiên vị và các ứng dụng tần số âm thanh.

Cấu hình Bộ thu chung (CC)

Bản thân cái tên ngụ ý rằng Collectorđầu cuối được coi là thiết bị đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn. Kết nối bộ thu chung cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP như thể hiện trong hình sau.

Cũng giống như trong cấu hình CB và CE, điểm nối bộ phát được phân cực thuận và điểm nối bộ thu được phân cực ngược. Dòng electron được điều khiển theo cách tương tự. Dòng điện đầu vào là dòng điện cơ bảnI_B và dòng ra là dòng phát I_E đây.

Current Amplification Factor (γ)

Tỷ lệ thay đổi trong dòng phát ($ \ Delta {I_ {E}}$) to the change in base current ($\ Delta {I_ {B}} $) được gọi là Current Amplification factortrong cấu hình bộ thu chung (CC). Nó được ký hiệu làγ.

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$

• Mức tăng hiện tại trong cấu hình CC giống như trong cấu hình CE.

• Mức tăng điện áp trong cấu hình CC luôn nhỏ hơn 1.

Mối quan hệ giữa γ và α

Chúng ta hãy thử rút ra một số quan hệ giữa γ và α

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$

$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {C}}} {\ Delta {I_ {E}}} $$

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} $$

$$ \ Delta I_ {E} \: = \: \ Delta I_ {B} \: + \: \ Delta I_ {C} $$

$$ \ Delta I_ {B} \: = \: \ Delta I_ {E} \: - \: \ Delta I_ {C} $$

Thay thế giá trị của I _B , chúng ta nhận được

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {E}} \: - \: \ Delta I_ {C}} $$

Chia cho $ \ Delta I_ {E} $

$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$

$$ \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$

$$ \ gamma \: = \: \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$

Biểu thức cho dòng điện thu

Chúng tôi biết

$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {E} \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {C} \: = \: I_ {B} \: + \: (\ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO}) $$

$$ I_ {E} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$

$$ I_ {E} \: = \: \ frac {I_ {B}} {1 \: - \: \ alpha} \: + \: \ frac {I_ {CBO}} {1 \: - \: \ alpha} $$

$$ I_ {C} \: \ cong \: I_ {E} \: = \: (\ beta \: + \: 1) I_ {B} \: + \: (\ beta \: + \: 1) I_ {CBO} $$

Trên đây là biểu thức cho dòng điện góp.

Đặc điểm của cấu hình CC

• Cấu hình này cung cấp độ lợi hiện tại nhưng không có độ lợi điện áp.

• Trong cấu hình CC, điện trở đầu vào cao và điện trở đầu ra thấp.

• Mức tăng điện áp được cung cấp bởi mạch này nhỏ hơn 1.

• Tổng của dòng điện cực thu và dòng điện cơ bản bằng dòng điện phát.

• Các tín hiệu đầu vào và đầu ra cùng pha.

• Cấu hình này hoạt động như đầu ra bộ khuếch đại không đảo.

• Mạch này chủ yếu được sử dụng để kết hợp trở kháng. Điều đó có nghĩa là, để điều khiển tải trở kháng thấp từ nguồn trở kháng cao.

Nguồn điện một chiều được cung cấp cho hoạt động của bóng bán dẫn. Nguồn cung cấp DC này được cấp cho hai điểm nối PN của một bóng bán dẫn ảnh hưởng đến hoạt động của phần lớn các sóng mang trong các điểm nối cực phát và cực thu này.

Các mối nối được phân cực thuận và phân cực ngược dựa trên yêu cầu của chúng tôi. Forward biased là điều kiện tại đó điện áp dương được đặt vào vật liệu loại p và điện áp âm được đặt vào vật liệu loại n. Reverse biased là điều kiện tại đó điện áp dương được đặt vào vật liệu loại n và điện áp âm được đặt vào vật liệu loại p.

Xu hướng bóng bán dẫn

Việc cung cấp điện áp một chiều bên ngoài phù hợp được gọi là biasing. Xu hướng thuận hoặc nghịch được thực hiện đối với các điểm nối cực phát và cực thu của bóng bán dẫn. Các phương pháp phân cực này làm cho mạch bóng bán dẫn hoạt động ở bốn loại vùng nhưActive region, Saturation region, Cutoff region và Inverse active region(ít khi sử dụng). Điều này được hiểu bằng cách xem bảng sau.

CHỨC NĂNG EMITTER	CHỨC NĂNG TẬP THỂ	KHU VỰC HOẠT ĐỘNG
Về phía trước thành kiến	Về phía trước thành kiến	Vùng bão hòa
Về phía trước thành kiến	Thành kiến ​​ngược	Vùng hoạt động
Thành kiến ​​ngược	Về phía trước thành kiến	Vùng hoạt động nghịch đảo
Thành kiến ​​ngược	Thành kiến ​​ngược	Vùng cắt

Trong số các vùng này, Vùng hoạt động nghịch đảo, chỉ là vùng nghịch đảo của vùng hoạt động, không thích hợp cho bất kỳ ứng dụng nào và do đó không được sử dụng.

Vùng hoạt động

Đây là khu vực mà bóng bán dẫn có nhiều ứng dụng. Điều này còn được gọi làlinear region. Một bóng bán dẫn trong khu vực này, hoạt động tốt hơn như mộtAmplifier.

Vùng này nằm giữa bão hòa và ngưỡng. Bóng bán dẫn hoạt động trong vùng tích cực khi đường giao nhau phát được phân cực thuận và đường giao nhau thu được phân cực ngược. Ở trạng thái hoạt động, dòng điện thu bằng β lần dòng điện cơ bản, tức là

$$ I_ {C} \: = \: \ beta I_ {B} $$

Ở đâu,

$ I_ {C} $ = bộ sưu tập hiện tại

$ \ beta $ = hệ số khuếch đại hiện tại

$ I_ {B} $ = cơ sở hiện tại

Vùng bão hòa

Đây là vùng mà bóng bán dẫn có xu hướng hoạt động như một công tắc đóng. Transistor có tác dụng làm cực thu và cực phát của nó bị chập. Dòng thu và phát tối đa trong chế độ hoạt động này.

Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn làm việc trong vùng bão hòa.

Bóng bán dẫn hoạt động trong vùng bão hòa khi cả hai điểm nối cực phát và thu đều được phân cực thuận. Như người ta hiểu rằng, trong vùng bão hòa, bóng bán dẫn có xu hướng hoạt động như một công tắc đóng, chúng ta có thể nói rằng,

$$ I_ {C} \: = \: I_ {E} $$

Ở đâu $ I_ {C}$ = collector current and $I_ {E} $ = dòng phát.

Vùng cắt

Đây là vùng mà bóng bán dẫn có xu hướng hoạt động như một công tắc mở. Transistor có tác dụng là bộ thu và đế của nó được mở ra. Dòng thu, cực phát và dòng cơ sở đều bằng 0 trong chế độ hoạt động này.

Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn làm việc trong vùng cắt.

Bóng bán dẫn hoạt động trong vùng giới hạn khi cả điểm nối cực phát và cực thu đều bị phân cực ngược. Như trong vùng giới hạn, dòng thu, dòng phát và dòng cơ sở là 0, chúng ta có thể viết là

$$ I_ {C} \: = \: I_ {E} \: = \: I_ {B} \: = \: 0 $$

Ở đâu $ I_ {C}$ = collector current, $I E}$ = emitter current, and $I_ {B} $ = dòng điện cơ bản.

Cho đến bây giờ chúng ta đã thảo luận về các vùng hoạt động khác nhau của bóng bán dẫn. Nhưng trong số tất cả các vùng này, chúng tôi nhận thấy rằng bóng bán dẫn hoạt động tốt trong vùng hoạt động và do đó nó còn được gọi làlinear region. Các đầu ra của bóng bán dẫn là dòng điện cực góp và điện áp cực thu.

Đặc điểm đầu ra

Khi các đặc tính đầu ra của bóng bán dẫn được xem xét, đường cong trông như dưới đây cho các giá trị đầu vào khác nhau.

Trong hình trên, các đặc tính đầu ra được vẽ giữa dòng thu I_C và điện áp bộ thu V_CE cho các giá trị khác nhau của dòng điện cơ bản I_B. Chúng được xem xét ở đây cho các giá trị đầu vào khác nhau để có được các đường cong đầu ra khác nhau.

Điểm hoạt động

Khi một giá trị cho dòng thu cực đại có thể được xem xét, điểm đó sẽ hiện diện trên trục Y, không là gì khác ngoài saturation point. Ngoài ra, khi một giá trị cho điện áp cực đại có thể phát ra của bộ thu được xem xét, điểm đó sẽ xuất hiện trên trục X, làcutoff point.

Khi một đường thẳng được vẽ nối hai điểm này, một đường thẳng như vậy có thể được gọi là Load line. Điều này được gọi như vậy vì nó tượng trưng cho đầu ra ở tải. Đường này, khi được vẽ trên đường đặc tính đầu ra, tiếp xúc tại một điểm được gọi làOperating point.

Điểm hoạt động này còn được gọi là quiescent point hoặc đơn giản Q-point. Có thể có nhiều điểm giao nhau như vậy, nhưng điểm Q được chọn theo cách sao cho bất kể tín hiệu xoay chiều xoay chiều, bóng bán dẫn vẫn ở trong vùng hoạt động. Có thể hiểu rõ hơn điều này qua hình bên dưới.

Đường tải trọng phải được vẽ để có được điểm Q. Một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại tốt khi nó ở trong vùng hoạt động và khi nó được tạo ra để hoạt động ở điểm Q, độ khuếch đại trung thực sẽ đạt được.

Faithful amplificationlà quá trình thu được các phần hoàn chỉnh của tín hiệu đầu vào bằng cách tăng cường độ tín hiệu. Điều này được thực hiện khi tín hiệu AC được áp dụng ở đầu vào của nó. Điều này được thảo luận trong hướng dẫn AMPLIFIERS.

Dòng tải DC

Khi bóng bán dẫn được phân cực và không có tín hiệu nào được áp dụng ở đầu vào của nó, dòng tải được vẽ ở điều kiện như vậy, có thể được hiểu là DCtình trạng. Ở đây sẽ không có khuếch đại vì tín hiệu không có. Mạch sẽ như hình bên dưới.

Giá trị của điện áp bộ phát cực thu tại bất kỳ thời điểm nào sẽ là

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

Vì V _CC và R _C là các giá trị cố định, giá trị trên là phương trình bậc nhất và do đó sẽ là một đường thẳng trên các đặc tính đầu ra. Dòng này được gọi làD.C. Load line. Hình bên dưới cho thấy dòng tải DC.

Để có được đường tải, hai điểm cuối của đường thẳng phải được xác định. Gọi hai điểm đó là A và B.

Để có được A

Khi thu emitter điện áp V _CE = 0, các nhà sưu tập hiện nay là tối đa và bằng V _CC / R _C . Điều này cho giá trị lớn nhất của V _CE . Điều này được hiển thị như

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ 0 \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ I_ {C} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_ {C}} $$

Điều này cho điểm A (OA = V _CC / R _C ) trên trục dòng thu, được hiển thị trong hình trên.

Để có được B

Khi dòng cực thu IC = 0, thì điện áp cực phát của bộ thu là cực đại và sẽ bằng VCC. Điều này cho giá trị lớn nhất của IC. Điều này được hiển thị như

$$ V_ {CE} \: = \: V_ {CC} \: - \: I_ {C} R_ {C} $$

$$ = \: V_ {CC} $$

(Vì tôi _C = 0)

Điều này cho điểm B, có nghĩa là (OB = V _CC ) trên trục điện áp bộ phát cực thu được hiển thị trong hình trên.

Do đó, chúng tôi đã xác định được cả điểm bão hòa và điểm cắt và biết rằng đường tải là một đường thẳng. Vì vậy, một đường tải DC có thể được vẽ.

Tầm quan trọng của điểm hoạt động này được hiểu rõ hơn khi tín hiệu AC được đưa ra ở đầu vào. Điều này sẽ được thảo luận trong hướng dẫn AMPLIFIERS.

Có nhiều loại bóng bán dẫn được sử dụng. Mỗi bóng bán dẫn chuyên về ứng dụng của nó. Sự phân loại chính như sau.

Bóng bán dẫn chính là BJT và FET là phiên bản hiện đại của bóng bán dẫn. Hãy để chúng tôi xem xét các BJT.

Điện trở lưỡng cực có mối nối

Bóng bán dẫn đường giao nhau lưỡng cực, được gọi ngắn gọn là BJTđược gọi như vậy vì nó có hai điểm nối PN cho chức năng của nó. BJT này không là gì ngoài một bóng bán dẫn bình thường. Nó có hai loại cấu hìnhNPN và PNP. Thông thường bóng bán dẫn NPN được ưu tiên vì lợi ích của sự tiện lợi. Hình ảnh sau đây cho thấy một BJT thực tế trông như thế nào.

Các loại BJT là bóng bán dẫn NPN và PNP. Bóng bán dẫn NPN được tạo ra bằng cách đặt một vật liệu ptype giữa hai vật liệu loại n. Bóng bán dẫn PNP được tạo ra bằng cách đặt một vật liệu ntype giữa hai vật liệu loại p.

BJT là một thiết bị được kiểm soát hiện tại. Một bóng bán dẫn bình thường mà chúng ta đã thảo luận trong các chương trước thuộc loại này. Các chức năng, cấu hình và ứng dụng đều giống nhau.

Transistor hiệu ứng trường

FET là một thiết bị bán dẫn đơn cực ba đầu cuối. Nó là mộtvoltage controlled devicekhông giống như một bóng bán dẫn mối nối lưỡng cực. Ưu điểm chính của FET là nó có trở kháng đầu vào rất cao, theo thứ tự Mega Ohms. Nó có nhiều ưu điểm như tiêu thụ điện năng thấp, tản nhiệt thấp và FET là thiết bị hiệu quả cao. Hình ảnh sau đây cho thấy FET thực tế trông như thế nào.

FET là một unipolar device, có nghĩa là nó được làm bằng vật liệu loại p hoặc loại n làm chất nền chính. Do đó, sự dẫn dòng của FET được thực hiện bởi các electron hoặc lỗ trống.

Các tính năng của FET

Sau đây là các tính năng khác nhau của Transistor hiệu ứng trường.

• Unipolar - Nó là đơn cực vì các lỗ trống hoặc các điện tử chịu trách nhiệm dẫn điện.

• High input impedance- Dòng đầu vào trong FET chảy do phân cực ngược. Do đó nó có trở kháng đầu vào cao.

• Voltage controlled device - Khi điện áp đầu ra của FET được điều khiển bởi điện áp đầu vào cổng, FET được gọi là thiết bị điều khiển điện áp.

• Noise is low- Không có chỗ nối nào trong đường dẫn truyền. Do đó tiếng ồn thấp hơn trong BJTs.

• Gain is characterized as transconductance. Độ tự cảm là tỷ số giữa sự thay đổi của dòng điện đầu ra với sự thay đổi của điện áp đầu vào.

• The output impedance of a FET is low.

Ưu điểm của FET

Để thích FET hơn BJT, sẽ có ít lợi thế khi sử dụng FET, hơn là BJT. Chúng ta hãy thử tóm tắt những ưu điểm của FET so với BJT.

JFET	BJT
Nó là một thiết bị đơn cực	Nó là một thiết bị lưỡng cực
Thiết bị điều khiển điện áp	Thiết bị điều khiển hiện tại
Trở kháng đầu vào cao	Trở kháng đầu vào thấp
Độ ồn thấp	Độ ồn cao
Ổn định nhiệt tốt hơn	Kém ổn định nhiệt
Độ lợi được đặc trưng bởi độ dẫn điện	Độ lợi được đặc trưng bởi độ lợi điện áp

Các ứng dụng của FET

• FET được sử dụng trong các mạch để giảm hiệu ứng tải.

• FET được sử dụng trong nhiều mạch như Bộ khuếch đại đệm, Bộ dao động dịch pha và Vôn kế.

Thiết bị đầu cuối FET

Mặc dù FET là một thiết bị ba đầu cuối, chúng không giống như thiết bị đầu cuối BJT. Ba thiết bị đầu cuối của FET là Gate, Source và Drain. CácSource thiết bị đầu cuối trong FET tương tự với Emitter trong BJT, trong khi Gate tương tự như Base và Drain đến Collector.

Các ký hiệu của FET cho cả hai loại NPN và PNP như hình dưới đây

Nguồn

• Đầu cuối Nguồn trong Transistor hiệu ứng trường là đầu cuối mà các sóng mang đi vào kênh.

• Điều này tương tự như thiết bị đầu cuối phát trong bóng bán dẫn kết nối lưỡng cực.

• Đầu cuối Nguồn có thể được chỉ định là S.

• Dòng điện đi vào kênh tại đầu cuối Nguồn được biểu thị là IS.

Cánh cổng

• Đầu cuối Cổng trong Transistor Hiệu ứng Trường đóng một vai trò quan trọng trong chức năng của FET bằng cách điều khiển dòng điện qua kênh.

• Bằng cách đặt một điện áp bên ngoài tại đầu cuối Cổng, dòng điện qua nó có thể được kiểm soát.

• Gate là sự kết hợp của hai thiết bị đầu cuối kết nối bên trong được pha tạp nhiều.

• Độ dẫn của kênh được điều chỉnh bởi thiết bị đầu cuối Cổng.

• Điều này tương tự như thiết bị đầu cuối cơ sở trong một bóng bán dẫn kết nối lưỡng cực.

• Cổng kết nối có thể được chỉ định là G.

• Dòng điện đi vào kênh tại thiết bị đầu cuối Cổng được chỉ định là IG.

Thoát nước

• Đầu cuối Drain trong Transistor hiệu ứng trường là đầu cuối mà qua đó các sóng mang rời khỏi kênh.

• Điều này tương tự như thiết bị đầu cuối thu trong một bóng bán dẫn kết nối lưỡng cực.

• Điện áp Xả vào Nguồn được chỉ định là VDS.

• Thiết bị đầu cuối Drain có thể được chỉ định là D.

• Dòng điện rời khỏi kênh tại nhà ga Xả được chỉ định như tôi _D .

Các loại FET

Có hai loại FETS chính. Chúng là JFET và MOSFET. Hình dưới đây cung cấp thêm phân loại FETs.

Trong các chương tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về JFET và MOSFET.

JFET được viết tắt là Junction Field Effect Transistor. JFET cũng giống như FET bình thường. Các loại JFET là FET kênh n và FET kênh P. Vật liệu loại p được thêm vào chất nền loại n trong FET kênh n, trong khi chất liệu loại n được thêm vào chất nền loại p trong FET kênh p. Do đó, thảo luận về một loại FET là đủ để hiểu cả hai.

Kênh N FET

FET kênh N là Transistor hiệu ứng trường được sử dụng nhiều nhất. Để chế tạo Nchannel FET, một thanh hẹp của chất bán dẫn loại N được lấy trên đó vật liệu loại P được hình thành bằng cách khuếch tán ở các phía đối diện. Hai mặt này được nối để tạo ra một kết nối duy nhất cho thiết bị đầu cuối cổng. Điều này có thể được hiểu từ hình sau.

Hai cổng này lắng đọng (vật liệu loại p) tạo thành hai điốt PN. Khu vực giữa các cổng được gọi làchannel. Phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ đi qua kênh này. Do đó, dạng mặt cắt ngang của FET được hiểu như hình sau.

Tiếp điểm Ohmic được thực hiện ở hai đầu của thanh bán dẫn loại n tạo thành nguồn và cống. Nguồn và các đầu nối xả có thể được thay thế cho nhau.

Hoạt động của FET kênh N

Trước khi đi vào hoạt động của FET, người ta nên hiểu cách các lớp cạn kiệt được hình thành. Đối với điều này, chúng ta hãy giả sử rằng điện áp tại thiết bị đầu cuối cổng nóiV_GG được phân cực ngược trong khi điện áp tại đầu cuối cống cho biết V_DDkhông được áp dụng. Hãy để đây là trường hợp 1.

• Trong case 1, Khi nào V_GG là thành kiến ​​ngược và V_DDkhông được áp dụng, các vùng cạn kiệt giữa các lớp P và N có xu hướng mở rộng. Điều này xảy ra khi điện áp âm được đặt vào, thu hút các lỗ từ lớp loại p về phía đầu cuối cổng.

• Trong case 2, Khi nào V_DD được áp dụng (đầu cuối tích cực để thoát nước và đầu cuối âm với nguồn) và V_GG không được áp dụng, các điện tử chảy từ nguồn đến nguồn tạo thành dòng thoát I_D.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét hình sau để hiểu điều gì sẽ xảy ra khi cả hai nguồn cung cấp được cung cấp.

Nguồn cung cấp tại thiết bị đầu cuối cổng làm cho lớp cạn kiệt phát triển và điện áp tại đầu cuối cống cho phép dòng xả từ nguồn đến đầu cuối thoát. Giả sử điểm ở đầu cực nguồn là B và điểm ở đầu cực cống là A, khi đó điện trở của kênh sẽ sao cho điện áp rơi ở đầu A lớn hơn điện áp ở đầu B. Có nghĩa là,

V_A>V_B

Do đó sự sụt giảm điện áp đang tăng dần theo chiều dài của kênh. Vì vậy, hiệu ứng phân cực ngược mạnh hơn ở đầu cuối cống so với đầu cuối nguồn. Đây là lý do tại sao lớp suy giảm có xu hướng thâm nhập vào kênh tại điểm A nhiều hơn tại điểm B, khi cả haiV_GG và V_DDđược áp dụng. Hình sau giải thích điều này.

Bây giờ chúng ta đã hiểu về hoạt động của FET, chúng ta hãy đi qua hoạt động thực sự của FET.

Chế độ hoạt động cạn kiệt

Vì chiều rộng của lớp cạn kiệt đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động của FET, nên tên của chế độ hoạt động làm cạn kiệt có nghĩa là. Chúng tôi có một chế độ khác được gọi là chế độ hoạt động nâng cao, sẽ được thảo luận trong hoạt động của MOSFET. NhưngJFETs have only depletion mode hoạt động.

Chúng ta hãy xem xét rằng không có tiềm năng nào được áp dụng giữa các thiết bị đầu cuối cổng và nguồn và một tiềm năng V_DDđược áp dụng giữa cống và nguồn. Bây giờ, một hiện tạiI_Dchảy từ cống đến đầu cuối nguồn, ở mức tối đa khi chiều rộng kênh lớn hơn. Để điện áp được áp dụng giữa cổng và đầu cuối nguồnV_GGlà thành kiến ​​ngược. Điều này làm tăng chiều rộng cạn kiệt, như đã thảo luận ở trên. Khi các lớp lớn lên, tiết diện của kênh giảm và do đó dòng thoátI_D cũng giảm.

Khi dòng tiêu này được tăng thêm nữa, một giai đoạn xảy ra ở đó cả hai lớp cạn kiệt tiếp xúc với nhau và ngăn dòng I_Dlưu lượng. Điều này được thể hiện rõ ràng trong hình sau.

Điện áp mà tại đó cả hai lớp suy giảm này “chạm” theo nghĩa đen được gọi là “Pinch off voltage”. Nó được chỉ định là VP. Tại thời điểm này, dòng chảy thực sự là con số không. Do đó dòng xả là một hàm của điện áp phân cực ngược ở cổng.

Vì điện áp cổng kiểm soát dòng chảy, FET được gọi là voltage controlled device. Điều này được hiểu rõ ràng hơn từ đường cong đặc tính cống.

Đặc điểm thoát nước của JFET

Chúng ta hãy thử tóm tắt chức năng của FET mà qua đó chúng ta có thể thu được đường cong đặc trưng cho cống của FET. Mạch của FET để có được những đặc điểm này được đưa ra dưới đây.

Khi điện áp giữa cổng và nguồn V_GS bằng 0, hoặc chúng bị ngắn, dòng điện I_D từ nguồn đến cống cũng là con số không vì không có V_DSđã áp dụng. Khi điện áp giữa cống và nguồnV_DS được tăng lên, dòng chảy hiện tại I_Dtừ nguồn đến cống tăng. Sự gia tăng dòng điện này là tuyến tính đến một điểm nhất địnhA, được biết như Knee Voltage.

Các thiết bị đầu cuối cổng sẽ ở trong điều kiện phân cực ngược và như I_Dtăng lên, các vùng suy giảm có xu hướng co lại. Sự thắt chặt này có chiều dài không bằng nhau làm cho các vùng này đến gần hơn ở cống và xa hơn ở cống, dẫn đếnpinch offVôn. Điện áp tắt nguồn được định nghĩa là mức tiêu cực tiểu đến điện áp nguồn nơi dòng xả đạt đến giá trị không đổi (giá trị bão hòa). Điểm tại đó điện áp tắt này xảy ra được gọi làPinch off point, được biểu thị là B.

Như V_DS được tăng thêm, sức đề kháng của kênh cũng tăng theo cách I_Dthực tế vẫn không đổi. Vùng miền, quốc giaBC được gọi là saturation regionhoặc vùng khuếch đại. Tất cả những điểm này cùng với các điểm A, B và C được vẽ trong biểu đồ bên dưới.

Các đặc tính cống được vẽ cho dòng chảy I_D chống lại điện áp nguồn cống V_DScho các giá trị khác nhau của điện áp nguồn cổng VGS. Các đặc tính tiêu hao tổng thể cho các điện áp đầu vào khác nhau như được đưa ra dưới đây.

Vì điện áp cổng âm kiểm soát dòng xả, FET được gọi là thiết bị kiểm soát điện áp. Các đặc tính thoát nước cho biết hiệu suất của FET. Các đặc tính thoát nước được vẽ ở trên được sử dụng để lấy các giá trị của Điện trở xả, Hệ số dẫn điện và Khuếch đại.

FET có một vài nhược điểm như khả năng chống tiêu hao cao, trở kháng đầu vào vừa phải và hoạt động chậm hơn. Để khắc phục những nhược điểm này, MOSFET là một FET tiên tiến được phát minh.

MOSFET là viết tắt của Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor hoặc Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Nó còn được gọi là IGFET có nghĩa là Transistor hiệu ứng trường cổng cách điện. FET được vận hành ở cả hai chế độ hoạt động cạn kiệt và nâng cao. Hình sau đây cho thấy một MOSFET thực tế trông như thế nào.

Xây dựng MOSFET

Cấu trúc của MOSFET hơi giống với FET. Một lớp oxit được lắng đọng trên chất nền mà thiết bị đầu cuối cổng được kết nối. Lớp oxit này hoạt động như một chất cách điện (sio ₂ cách điện với chất nền), và do đó MOSFET có tên khác là IGFET. Trong cấu tạo của MOSFET, một chất nền pha tạp nhẹ, được khuếch tán với một vùng pha tạp nhiều. Tùy thuộc vào chất nền được sử dụng, chúng được gọi làP-type và N-type MOSFET.

Hình sau cho thấy cấu tạo của một MOSFET.

Điện áp tại cổng kiểm soát hoạt động của MOSFET. Trong trường hợp này, cả điện áp dương và âm đều có thể được áp dụng trên cổng vì nó được cách điện với kênh. Với điện áp phân cực cổng âm, nó hoạt động nhưdepletion MOSFET trong khi với điện áp phân cực cổng dương nó hoạt động như một Enhancement MOSFET.

Phân loại MOSFET

Tùy thuộc vào loại vật liệu được sử dụng trong xây dựng và loại hoạt động, MOSFET được phân loại như trong hình sau.

Sau khi phân loại, chúng ta hãy xem qua các ký hiệu của MOSFET.

Các N-channel MOSFETs được gọi đơn giản là NMOS. Các ký hiệu cho MOSFET kênh N như được đưa ra bên dưới.

Các P-channel MOSFETs được gọi đơn giản là PMOS. Các ký hiệu cho MOSFET kênh P như dưới đây.

Bây giờ, chúng ta hãy xem xét chi tiết cấu tạo của MOSFET kênh N. Thông thường MOSFET NChannel được xem xét để giải thích vì cái này hầu hết được sử dụng. Ngoài ra, không cần phải đề cập rằng nghiên cứu của một loại này cũng giải thích cho loại kia.

Xây dựng MOSFET kênh N

Chúng ta hãy xem xét một MOSFET kênh N để hiểu hoạt động của nó. Chất nền loại P pha tạp nhẹ được đưa vào trong đó hai vùng loại N pha tạp nặng được khuếch tán, hoạt động như nguồn và thoát nước. Giữa hai vùng N + này, xảy ra sự khuếch tán để tạo thành một Nchannel, kết nối cống và nguồn.

Một lớp mỏng Silicon dioxide (SiO₂)được trồng trên toàn bộ bề mặt và các lỗ được tạo ra để tạo các tiếp điểm ohmic cho các đầu nối nguồn và đầu cuối. Một lớp dẫn củaaluminum được đặt trên toàn bộ kênh, dựa trên điều này SiO₂lớp từ nguồn đến cống tạo thành cổng. CácSiO₂ substrate được kết nối với các thiết bị đầu cuối chung hoặc nối đất.

Do cấu tạo của nó, MOSFET có diện tích chip rất ít hơn BJT, chiếm 5% diện tích khi so sánh với bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực. Thiết bị này có thể được vận hành ở các chế độ. Chúng là chế độ cạn kiệt và tăng cường. Hãy để chúng tôi cố gắng đi vào chi tiết.

Hoạt động của N - Kênh (chế độ cạn kiệt) MOSFET

Hiện tại, chúng tôi có ý tưởng rằng không có điểm nối PN giữa cổng và kênh trong điều này, không giống như FET. Chúng ta cũng có thể quan sát thấy rằng, kênh khuếch tán N (giữa hai vùng N +),insulating dielectric SiO₂ và lớp kim loại nhôm của cổng cùng nhau tạo thành parallel plate capacitor.

Nếu NMOS phải làm việc ở chế độ cạn kiệt, thiết bị đầu cuối cổng phải ở điện thế âm trong khi cống ở điện thế dương, như thể hiện trong hình sau.

Khi không có điện áp được áp dụng giữa cổng và nguồn, một số dòng điện chạy qua do điện áp giữa cống và nguồn. Cho một số điện áp âm được áp dụng tạiV_GG. Sau đó, các hạt tải điện thiểu số tức là các lỗ, bị thu hút và định cư gầnSiO₂lớp. Nhưng phần lớn các hạt tải điện, tức là, các electron bị đẩy lùi.

Với một số tiềm năng tiêu cực ở V_GG một lượng dòng chảy nhất định I_Dchảy qua nguồn để thoát nước. Khi điện thế âm này được tăng thêm, các điện tử bị cạn kiệt và dòng điệnI_Dgiảm dần. Do đó càng áp dụng càng tiêu cựcV_GG, giá trị của dòng chảy càng nhỏ I_D sẽ là.

Kênh gần thoát nước sẽ cạn kiệt hơn ở nguồn (như trong FET) và dòng hiện tại giảm do ảnh hưởng này. Do đó nó được gọi là MOSFET chế độ cạn kiệt.

Hoạt động của MOSFET kênh N (Chế độ nâng cao)

Cùng một MOSFET có thể hoạt động ở chế độ nâng cao, nếu chúng ta có thể thay đổi các cực của điện áp V_GG. Vì vậy, chúng ta hãy xem xét MOSFET với điện áp nguồn cổngV_GG là dương như trong hình sau.

Khi không có điện áp được áp dụng giữa cổng và nguồn, một số dòng điện chạy qua do điện áp giữa cống và nguồn. Cho một số điện áp dương được áp dụng tạiV_GG. Sau đó, các hạt tải điện thiểu số tức là lỗ trống, bị đẩy lùi và hạt tải điện đa số tức là các điện tử bị hút về phíaSiO₂ lớp.

Với một số tiềm năng tích cực tại V_GG một lượng dòng chảy nhất định I_Dchảy qua nguồn để thoát nước. Khi tiềm năng tích cực này được tăng thêm, dòng điệnI_D tăng do dòng electron từ nguồn và chúng bị đẩy xa hơn do điện áp đặt tại V_GG. Do đó, ứng dụng càng tích cựcV_GG, giá trị của dòng chảy càng nhiều I_Dsẽ là. Dòng điện được tăng cường do sự gia tăng dòng electron tốt hơn so với ở chế độ cạn kiệt. Do đó, chế độ này được gọi làEnhanced Mode MOSFET.

P - MOSFET kênh

Việc xây dựng và hoạt động của PMOS cũng giống như NMOS. Pha tạp nhẹn-substrate được đưa vào đó hai P+ regionsđược khuếch tán. Hai vùng P + này hoạt động như nguồn và cống. Một lớp mỏngSiO₂được trồng trên bề mặt. Các lỗ được cắt qua lớp này để tạo tiếp xúc với vùng P +, như thể hiện trong hình sau.

Hoạt động của PMOS

Khi thiết bị đầu cuối cổng được cung cấp một điện thế âm tại V_GG hơn điện áp nguồn cống V_DD, sau đó do các vùng P + hiện diện, dòng lỗ được tăng lên qua kênh P khuếch tán và PMOS hoạt động trong Enhancement Mode.

Khi thiết bị đầu cuối cổng được cung cấp một tiềm năng dương tại V_GG hơn điện áp nguồn cống V_DD, sau đó do lực đẩy, sự suy giảm xảy ra do đó dòng điện giảm. Do đó PMOS hoạt động trongDepletion Mode. Mặc dù cấu trúc khác nhau, nhưng hoạt động giống nhau ở cả hai loại MOSFET. Do đó, với sự thay đổi phân cực điện áp, cả hai loại đều có thể được sử dụng ở cả hai chế độ.

Điều này có thể được hiểu rõ hơn bằng cách có một ý tưởng về đường cong đặc tính cống.

Đặc điểm thoát nước

Các đặc tính xả của MOSFET được vẽ giữa dòng xả I_D và điện áp nguồn cống V_DS. Đường đặc tính như hình bên dưới cho các giá trị đầu vào khác nhau.

Trên thực tế khi V_DS được tăng lên, dòng chảy I_D nên tăng, nhưng do áp dụng V_GS, dòng chảy được kiểm soát ở mức nhất định. Do đó dòng điện cổng kiểm soát dòng điện đầu ra.

Đặc điểm chuyển nhượng

Đặc điểm chuyển giao xác định sự thay đổi giá trị của V_DS với sự thay đổi trong I_D và V_GSở cả chế độ cạn kiệt và tăng cường. Đường đặc tính truyền tải dưới đây được vẽ cho dòng xả so với cổng vào điện áp nguồn.

So sánh giữa BJT, FET và MOSFET

Bây giờ chúng ta đã thảo luận về cả ba loại trên, chúng ta hãy thử so sánh một số thuộc tính của chúng.

ĐIỀU KIỆN	BJT	FET	MOSFET
Loại thiết bị	Kiểm soát hiện tại	Kiểm soát điện áp	Kiểm soát điện áp
Dòng chảy hiện tại	Lưỡng cực	Đơn cực	Đơn cực
Thiết bị đầu cuối	Không thể hoán đổi cho nhau	Có thể hoán đổi cho nhau	Có thể hoán đổi cho nhau
Chế độ hoạt động	Không có chế độ	Chỉ chế độ cạn kiệt	Cả hai chế độ nâng cao và cạn kiệt
Trở kháng đầu vào	Thấp	Cao	Rất cao
Điện trở đầu ra	Vừa phải	Vừa phải	Thấp
Tốc độ hoạt động	Thấp	Vừa phải	Cao
Tiếng ồn	Cao	Thấp	Thấp
Ổn định nhiệt	Thấp	Tốt hơn	Cao

Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận về các thành phần điện tử khác nhau và các loại của chúng cùng với cấu tạo và hoạt động của chúng. Tất cả các thành phần này có các ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực điện tử. Để có kiến ​​thức thực tế về cách sử dụng các linh kiện này trong mạch điện thực tế, mời các bạn tham khảo bài hướng dẫn MẠCH ĐIỆN TỬ.