Giáo trình Linh kiện điện tử - Nguyễn Thị Kiều Hương

h các cực, chất lượng của SCR, TRIAC, DIAC, 
Trình bày các kiểu mạch ứng dụng của SCR, TRIAC, DIAC, DIODE 4 lớp
Viết ngắn gọn, ghi rõ ràng đầy đủ những nét chính đã giới thiệu trong bài về cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động, đặc tuyến, các thông số và lĩnh vực ứng dụng SCR, TRIAC, DIAC, 
Một số câu hỏi về xác định cực, kiểm tra chất lượng các linh kiện SCR, TRIAC, DIA.
Kỹ năng 
Thực hành tại xưởng theo nhóm từ 2 đến 3 người về:
Nhận dạng các linh kiện SCR,TRIAC, DIAC
Nhận dạng bằng mã chữ kí hiệu và bằng hình dạng thực tế.
Nhận dạng các linh kiện trên các bo mạch thực tế.
Xác định cực tính và chất lượng của SCR,TRIAC, DIA.
Xác định trên các linh kiện rời và các linh kiện trên các bo mạch 
Yêu cầu về đánh giá 
- Trình bày được cấu tạo, kí hiệu quy ước,và các mạch ứng dụng của SCR, TRIAC,DIAC. Điốt 
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và các tham số cơ bản của SCR, TRIAC,DIAC. 
- Nhận dạng và, xác định chính xác chất lượng SCR, TRIAC,DIAC. Điốt 4 lớp.
Từng học viên sẽ được biên chế vào từng tổ 4 - 5 người để đọc tài liệu theo sự chuẩn bị dưới hướng dẫn của giáo viên và thảo luận về: 
+ Các đặc tuyến, tham số cơ bản và ứng dụng của SCR, TRIAC,DIAC. Điốt 4 lớp. 
+ Thực hiện một cách nghiêm túc và chủ động theo yêu cầu do giáo viên đề ra.
+ Sau hoạt động mỗi cá nhân học viên viết một bản thu hoạch tự nghiên cứu về một trong các vấn đề đã nêu ở nêu trên.
BÀI 4
LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ 
Mã bài: MĐ12 -04
Mở đầu
	Linh kiện quang điện tử là những linh kiện cảm biến có đặc tính đổi dạng năng lượng ánh sáng thành dòng điện hay ngược lại đổi dòng điện thành ánh sáng .
	Những linh kiện có đặc tính đổi từ ánh sáng thành dòng điện như: quang trở, quang diode, quang transistor, tế bào quang điện, quang SCR, quang triac,..; những linh kiện có đặc tính đổi dòng điện thành ánh sáng là diode phát quang ( Led ), Led hồng ngoại
Mục tiêu
Phân biệt được các linh kiện quang điện tử theo các đặc tính của linh kiện.
Sử dụng bảng tra để xác định đặc tính kỹ thuật linh kiện theo nội dung bài đã học.
Phân biệt được các loại linh kiện quang bằng máy đo VOM/ DVOM theo các đặc tính của linh kiện.
Kiểm tra đánh giá chất lượng linh kiện bằng VOM/ DVOM trên cơ sở đặc tính của linh kiện.
Có ý thức chủ động, sáng tạo trong học tập
Nội dung chính
1. Điện trở quang (Phortoresistor)
Mục tiêu 
+ Biết được nguyên lý cấu tạo của điện trở quang 
+ Ứng dụng của điện trở quang trong một số cá mạch điều khiển 
1.1 Cấu tạo- ký hiệu- hình dạng:
Quang trở còn được gọi là điện trở tùy thuộc ánh sáng LDR (viết tắt bởi Light Dependen Resiztor ) có trị số thay đổi theo độ sáng chiếu vào quang trở . Khi bị che tối thì quang trở có điện trở rất lớn , khi được chiếu sáng thì điện trở giảm nhỏ .
Quang trở thường chế tạo từ chất sunfua cadminan nên lấy kí hiệu cds, Selenid Cadmium (CdSe) sunfit chì (Pbs)trong đó loại quang trở Cds có độ nhạy phổ gần như mắt người nên thông dụng nhất . Chất siliciumnhạy nhất đối với tia hồng ngoại , chất germanium nhạy nhất đối với ánh sáng thấy được và tia tử ngoại.
Quang trở được chế tạo bằng một màn bán dẫn trên nền cách điện nối ra hai đầu kim loại rồi đặt trên một vỏ nhựa, mặt trên có lớp thủy tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên ngồi tác động vào
Hình 4.1: Ký hiệu và hình dạng của điện trở quang 
1.2 Đặc tính của điện trở quang
Quang trở trở có trị số điện trở thay đổi không tuyến tính theo độ sáng chiếu vào nó. Độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở có trị số càng nhỏ và ngược lại. Điện trở khi bị che tối khoảng vài trăm KΩ đến vài MΩ. Điện trở khi bị chiếu sáng khoảng vài trăm Ω đến vài KΩ. Quang trở có hai loại: loại sử dụng ánh sáng thường và loại sử dụng ánh sáng hồng ngoại .
Hình 4.2 Đặc tính của điện trở quang 
1.3 Ứng dụng:
	Quang trở được sử dụng nhiều trong các mạch điện tử, mạch tự động điều khiển bằng ánh sáng, đóng mở, đèn mờ, bộ cảnh báo lửa. . . .
1.3.1 Mạch tự động sáng khi trời tối
Hình 4.3: Mạch tự động sáng khi trời tối. Khi trời sáng thì cds có trị số điện trở nhỏ nên transistor không dẫn đèn led tắt. Trời tối thì cds có trị số điện trở lớn nên transistor dẫn thì đèn led sáng.
Hình 4.3: Mạch tự động sáng khi trời tối.
1.3.2 Mạch điều khiển qua tải dùng triac
	Hình 4.4 : Mạch điều khiển dòng điện qua tải dùng triac, Diac kết hợp với quang trở để tác động theo ánh sáng. Khi cds bị che tối sẽ có trị số điện trở lớn làm điện áp trên tụ C tăng cao đến mức ( khoảng 32V ) đủ để Diac dẫn điện và Triac được kích dẫn điện cho dòng điện qua tải. Tải ở đây có thể là các loại đèn chiếu sáng lối đi hay chiếu sáng bảo vệ, khi trời tối đèn tự động sáng. Khi trời sáng cds có trị số nhỏ làm điện áp trên tụ nhỏ không đủ để dẫn diac.
Hình 4.4 : Mạch điều khiển qua tải dùng triac 
2. Diode quang
Mục tiêu 
+ Hiểu được nguyên lý cấu tạo làm việc của diode quang 
+ Ứng dụng của diode quang trong mạch điều khiển từ xa 
2.1 Cấu tạo – ký hiệu – hình dạng :
Có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn PN như diode thường, nhưng chất bán dẫn ở đây dùng loại có hiệu ứng quang điện cao. Tiếp giáp PN được đặt trong vỏ cách điện có một mặt là nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để nhận ánh sáng chiếu vào, có loại dùng thấu kính hội tụ để tập trung ánh sáng.
Hình 4.5: Ký hiệu và hình dạng của diode quang 
2.2 Nguyên lý làm việc - Đặc tính của diode quang:
Đối với diode thường khi phân cực thuận thì dòng điện thuận qua diode lớn . Khi phân cực ngược thì dòng điện ngược rất nhỏ qua diode .
Đối với diode quang
Khi phân cực thuận thì hai trường hợp diode được chiếu sáng hay che tối dòng điện thuận qua diode hầu như không thay đổi.
Khi phân cực ngược nếu diode được chiếu sáng thì dòng điện ngược tăng lớn hơn nhiều lần khi bị che tối. Dòng điện qua diode bị phân cực ngược sẽ biến đổi một cách tuyến tính với cường độ sáng ( lux) chiếu vào diode 
Trị số điện trở của diode quang trong trường hợp được chiếu sáng và bị che tối.
Khi bị che tối: Rngược = ∞ Ω, Rthuận = rất lớn 
Khi chiếu sáng Rngược = 10 KΩ à 100 KΩ, Rthuận = vài trăm Ω.
Hình 4.6: Đặc tính của diode quang 
Các thông số kỹ thuật của diode quang:
Điện áp ngược cực đại VRmax = 30V.
Dòng điện ngược khi tối; IR = 2 µA ( 0 lux )
Dòng điện ngược khi có ánh sáng IR = 7 µA (100 lux )
Tần số làm việc cực đại f = 1 MHz
Công suất tiêu tán cực đại Pmax = 50 mw
2.3. Mạch điều khiển từ xa dùng diode quang
	Diode quang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động điều khiển theo ánh sáng, báo động cháy, điều khiển từ xa (Remote control )
Hình 4.7: Mạch điều khiển từ xa dùng diode quang
Hình 4.7 : Khi diode quang bị che tối, transistor không được phân cực nên ngưng dẫn, OP- AMP có điện ápV-i > V+i nên Vra = 0V Led không sáng. Khi diode quang được chiếu sáng thì transistor được phân cực thuận nên dẫn điện, OP-AMP có điện áp Vi+> V-i nên Vra = VCC đèn Led sáng.
3. Transistor quang (Phototransistor)
Mục tiêu 
+ Hiểu được cấu tạo của Transistor quang
+ Biết được một số kiểu ghép quang tranistor 
3.1 Cấu tạo:
Vế cấu tạo quang transistor coi như gồm có một quang diode và một transistor. Trong đó quang diode làm nhiệm vụ cảm biến quang điện và transistor làm nhiệm vụ khuếch đại.
Độ khuếch đại của photo transistor từ 100 à 1000 lần và độ khuếch đại không tuyến tính theo cường độ ánh sáng chiếu vào mối nối.
Tần số làm việc của photo transistor khoảng vài trăm KHz , trong khi đó tần số làm việc của photo diode khoảng vài MHz .
Độ nhạy của photo transistor gấp vài trăm lần so với photo diode .
Hình 4.8: Cấu tạo và ký hiệu quang tranisitor 
3.2 Các mạch ứng dụng dung quang tranisitor
Trường hợp bỏ hở cực B thì mạch làm việc theo nguyên lý transistor quang, nếu bỏ hở cực E thì mạch làm việc theo nguyên lý của quang diode.
Hình 4.9a: Dùng transistor quang để ghép darlington với transisitor công suất để điều khiển rơle RY. Khi được chiếu sáng quang transistor dẫn làm transistor công suất dẫn cấp điện cho rơle.
Hình 4.9b: Lấy điện thế VC của quang transistor để phân cực cho cực B của transistor công suất. Khi quang transistor được chiếu sáng sẽ dẫn điện làm VC giảm, cực B của transistor công suất không được phân cực nên ngưng dẫn và rơle RY không được cấp điện.;
Hình 4.9c: Dùng transistor công suất loại PNP. Khi quang transistor được chiếu sáng sẽ dẫn điện tạo sụt áp trên điện trở R để phân cực cho B cực transistor công suất loại PNP dẫn điện cấp điện cho rơle 
Hình 4.9: Các mạch ứng dụng quang transistor 
Đồng hồ ánh sáng ( quang kế ) : Trong nhiếp ảnh và trong phòng thí nghiệm khi cần một quang kế ta có thể lắp mạch đơn giản như hình 20-2d . Ở đây dùng quang transitor loại Darlington. Biến trở 5KΩ là để chỉnh điểm chuẩn cho quang kế.
HÌnh 4.10: Quang kế 
4. Các bộ ghép quang
Mục tiêu 
+ Biết được một số kiểu ghép quang Transistor 
+ Biết được nguyên lý khuếch đại Darlington – Transistor
4.1 Bộ ghép quang transistor ( OPTO – Transistor )
	Thứ cấp của bộ ghép quang này là photo transistor loại silic. Đối với bộ ghép quang transistor có 4 chân thì transistor không có cực B, trường hợp bộ ghép quang transistor có 6 chân thì cực B được nối ra ngồi như hình 4.11b
Hình 4.11: Bộ ghép quang transistor
Bộ ghép quang không có cực B có 1 lợi điểm là hệ số truyền đạt lớn, tuy nhiên loại này có nhược điểm là độ ổn định nhiệt kém.
	Nếu nối giữa cực B và E một điện trở thì các bộ ghép quang transistor là bộ ghép quang khá ổn định với nhiệt độ nhưng hệ số truyền đạt lại bị giảm sút.
4.2 Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor :
	Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor có nguyên lý như bộ ghép quang với quang Transistor nhưng với hệ số truyền đạt lớn hơn vài trăm lần nhờ tính chất khuếch đại dòng của mạch darlington.
	Bộ ghép quang này có nhược điểm là bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ rất lớn nên thường được chế tạo có điện trở nối giữa chân B và E của Transisitor sau để ổn định nhiệt.
Hình 4.12: Quang Dalinton Transistor 
Thí dụ một vài thông số đặc trưng của các bộ ghép quang transisitor.
Loại quang transistor 4N35:
IF = 10 mA + hệ số truyền đạt dòng điện 100% - BUCEo =30V
Loại quang Darlington Transistor ILD 32 có:
IF = 10 mA - hệ số truyền đạt dòng điện 500% - BUCEo =30V
4.3 Bộ ghép quang với quang Thyristor ( OPTO- Thyristor ):
Bộ ghép quang Thyristor có cấu tạo bán dẫn như hình 4.13 gồm có một quang doide và 2 transistor ghép theo nguyên lý của SCR.
	Khi có ánh sáng hồng ngoại do Led ở sơ cấp chiếu vào quang diode thì sẽ có dòng IB cấp cho Transistor NPN và khi Transistor NPN dẫn thì sẽ điều khiển Transistor PNP dẫn điện. Như vậy quang thyristor đã được dẫn và sẽ duy trì trạng thái dẫn mà không cần kích liên tục ở sơ cấp.
Hình 4.13: Ký hiệu và cấu trúc bán dẫn tương đương của opto thyristor 
Để tăng khả năng chống nhiễu người ta nối giữa chân G và K bằng 1 điện trở từ vài KΩ đến vài chục KΩ.
4.4 Bộ ghép quang với quang Triac ( OPTO – Triac ):
	OPTO – Triac có cấu trúc bán dẫn tương đương như hình 22-05
Hình 4.15: Bộ ghép quang với quang TRiac (OPTO – Triac)
4.5 Ứng dụng của OPTO – COUPLERS:
	Các loại OPTO – couplers có dòng điện ở sơ cấp cho Led hồng ngoại khoảng 10 mA. Đối với OPTO- Transistor khi thay đổi trị số dòng điện qua Led hồng ngoại ở sơ cấp sẽ làm thay đổi dòng điện ra IC của photo Transistor thứ cấp.
	OPTO – Couplers có thể dùng để thay cho rơle hay biến áp xung để giao tiếp với tải thường có điện áp cao và dòng điện lớn.
Hình 4.16: Ứng dụng của OPTO – COUPLERS
Mạch điện hình 4.16 là ứng dụng của OPTO – Transistor điều khiển đóng ngắt đèn. Khi ngõ ra của mạch logic ở cao (gần 5V) đèn Led của nối quang 4N25 tắt, quang transitor ngưng dẫn , dòng điện từ nguồn +24V qua 22K và vào cực b transistorT1 làm T1 dẫn kéo theo T2 dẫn và đèn Đ sáng. Khi ngõ ra của mạch logic thấp ( gần 0V) đèn Led của n ối quang sáng. Quang transitror dẫn không cho dòng điện từ nguồn +24V vào T1 nên T1 ng ưng dẫn kéo theo T2 ng ưng dẫn và đèn Đ tắt.
	Mạch điện hình 4.17 là ứng dụng của OPTO – Transistor điều khiển đóng ngắt Rơ-le. Quang transistor trong bộ ghép quang được ghép Darlington với transistor công suất bên ngồi, khi Led hồng ngoại ở sơ cấp được cấp nguồn 5V thì thì quang Transistor dẫn điều khiển Transistor công suất dẫn để cấp điện cho rơle RY. Điện trở 390 ohm để giới hạn dòng qua Led hồng ngoại khoảng 10mA.
Hình 4.17: Mạch điện đóng ngắt role dung OPTO - transistor 
a
b
Hình 4.18 Ứng dụng mạch điều khiển quang 
Mạch điện hình 4.18a là ứng dụng của OPTO – Triac để đóng ngắt điện cho tải dùng nguồn xoay chiều. Điện trở R để giới hạn dòng qua Led hồng ngoại khoảng 10 mA. Khi Led sơ cấp được cấp nguồn 12 V thì Triac sẽ được kích và dẫn điện tạo dòng kích cho Triac công suất. Khi Triac công suất được kích sẽ dẫn điện như một công tắc để đóng điện cho tải.
	Hình 4.18b:Triac của nối quang điều khiển Triac dòng lớn (ví dụ 2N6071B) cung cấp công suất cho tải hoạt động ở nguồn điện 50 Hz. Về phía điều khiển transitor 2N222 bảo vệ không cho dòng quá lớn qua Led của nối quang : khi dòng qua Led lớn do điện thế điều khiển lớn thì điện thế của cực B transitor cũng lớn làm transitor dẩn chia xẻ bớt dòng điện với Led.
Bài tập thực hành của học viên 
Lắp mạch đóng mở relay dung linh kiện quang điện tử 
Mục tiêu đạt được: 
- Nhận biết được linh kiện quang trở 
- Lắp mạch trên testboard 
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo trong học tập 
Câu 1: Tìm hiểu quang trở và ứng dụng 
Câu 2: Một vài mạch ứng dụng dùng quang trở 
Mạch 1: dùng qung trở để đo tốc độ quay 
Mạch 2: mạch đóng mở theo ánh sáng 
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập bài 3
Kiến thức 
Phải nêu lên được đầy đủ cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động, của quang trở 
Trình bày các kiểu mạch ứng dụng của quang trở 
Viết ngắn gọn, ghi rõ ràng đầy đủ những nét chính đã giới thiệu trong bài về cấu tạo, kí hiệu quy ước, nguyên lý hoạt động, quang trở 
Một số câu hỏi về xác định cực, kiểm tra chất lượng của quang trở 
Kỹ năng 
Thực hành tại xưởng theo nhóm từ 2 đến 3 người về:
Nhận dạng các linh kiện quang trở 
Nhận dạng bằng mã chữ kí hiệu và bằng hình dạng thực tế.
Nhận dạng các linh kiện trên các bo mạch thực tế.
Xác định cực tính và chất lượng của quang trở 
Xác định trên các linh kiện rời và các linh kiện trên các bo mạch 
Yêu cầu về đánh giá 
- Trình bày được cấu tạo, kí hiệu quy ước,và các mạch ứng dụng của quang trở
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và các tham số cơ bản của quang trở 
- Nhận dạng và, xác định chính xác chất lượng quang trở 
Từng học viên sẽ được biên chế vào từng tổ 4 - 5 người để đọc tài liệu theo sự chuẩn bị dưới hướng dẫn của giáo viên và thảo luận về: 
+ Các đặc tuyến, tham số cơ bản và ứng dụng của quang trở 
+ Thực hiện một cách nghiêm túc và chủ động theo yêu cầu do giáo viên đề ra.
+ Sau hoạt động mỗi cá nhân học viên viết một bản thu hoạch tự nghiên cứu về một trong các vấn đề đã nêu ở nêu trên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Sổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch (R. H.WARRING - người dịch KS. Đoàn Thanh Huệ - nhà xuất bản Thống kê)
[2] Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng (TS Nguyễn Viết Nguyên - Nhà xuất bản Giáo dục)
[5] Sổ tay tra cứu các tranzito Nhật Bản (Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế)