Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên Ô Tô | Tài liệu môn hệ thống điện – điện tử ôto Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 1
THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ
SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ
TP. Hồ Chí Minh, 04 năm 2009
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 2
I. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN
1. Khái quát về điện
Các thiết bị điện được sử dụng trong nhiều hệ thống của ô tô và có các chức năng khác nhau.
1.1 Các chức năng của điện
Hình 1. Các thiết bị điện
- Chức năng phát nhiệt
Nhiệt được tạo ra khi điện đi qua một điện trở, như cái châm thuốc lá, cầu chì.
- Chức năng phát sáng
Ánh sáng được phát ra khi điện đi qua một điện trở, như một bóng đèn phát sáng.
- Chức năng từ tính
Một lực từ được tạo ra khi điện đi qua một dây dẫn hoặc cuộn dây, như cuộn dây đánh
lửa, máy phát điện, kim phun.
Mọi chất đều có các nguyên tử, các nguyên tử gồm có hạt nhân và các điện tử. Một
nguyên tử kim loại có các điện tử tự do. Các điện tử tự do là các điện tử có thể chuyển
động tự do từ các nguyên tử.
Việc truyền các nguyên tử tự do này trong các nguyên tử kim loại sẽ tạo ra điện. Do đó
điện chạy qua một mạch điện là sự di chuyển của các điện tử trong một dây dẫn. Khi
đặt một điện áp vào cả 2 đầu của một dây dẫn kim loại, các điện tử chạy từ cực âm đến
cực dương. Chiều chuyển động của dòng điện tử ngược chiều với chiều của dòng điện.
1.2 Ba yếu tố của điện U I  R
Điện bao gồm ba yếu tố cơ bản: - Dòng điện
Đây là dòng chảy qua một mạch điện. Đơn vị : A (Ampe) - Điện áp
Đây là lực điện động làm dòng điện chạy qua một mạch điện. Điện áp càng cao thì
lượng dòng điện càng lớn sẽ chảy qua mạch điện này. Đơn vị : V (Vôn) - Điện trở
Đây là phần đối lập với dòng điện, thể hiện sự cản trở dòng điện trong mạch. Đơn vị : Ω (Ohm)
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 3
Mối quan hệ giữa dòng điện, điện áp và điện trở có thể biểu diễn bằng định luật Ohm.
Hình 2. Dòng điện trong dây dẫn
1.3 Công suất
Công suất điện được thể hiện bằng lượng công do một thiết bị điện thực hiện trong một giây.
Công suất được đo bằng Watt (W), và 1W là lượng công nhận được khi một điện áp là
1 V đặt vào một điện trở của phụ tải tạo ra dòng điện là 1A trong một giây.
Công suất được tính theo công thức sau: P = U.I
- P: Công suất, đơn vị : W
- I: Dòng điện, đơn vị : A
- U: Điện áp, đơn vị : V Ví dụ:
Nếu đặt 5A của một dòng điện trong thời gian một giây, bằng một điện áp là 12V, thì
thiết bị điện này thực hiện được công là 60W (5 x 12 = 60)
1.4 Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều
Một dòng điện có chiều không thay đổi với một biên độ không thay đổi được gọi là
dòng điện một chiều. Mặt khác, một dòng điện thay đổi chiều và có biên độ thay đổi
được gọi là dòng điện xoay chiều.
- Dòng điện một chiều (DC)
Đây là loại dòng điện chạy theo chiều không thay đổi, từ cực dương đến cực âm, như
trong ắc quy của ô tô hoặc pin khô.
- Dòng điện xoay chiều (AC)
Đây là loại dòng điện đổi chiều theo các chu kỳ đều đặn. Điện tại các ổ cắm trong nhà
hoặc nguồn điện 3 pha công nghiệp được sử dụng trong các nhà máy là một số ví dụ.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 4
Hình 3. Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều 2. Điện trở
Điện trở sử dụng trên ô tô có nhiều dạng khác nhau. Một điện trở khá thông dụng
trong kỹ thuật điện tử cũng như trong ô tô là điện trở than. Điện trở than gồm hỗn hợp
bột than và các chất khác được pha trộn theo tỉ lệ khác nhau nên có trị số điện trở khác
nhau. Bên ngoài điện trở được bọc bằng lớp cách điện. Trị số của điện trở được ký
hiệu bằng các vòng màu.
Hình dáng của điện trở than và các vòng màu như Hình 4.
Trong trường hợp đặc biệt, nếu không có vòng số 4 (loại điện trở có 3 vòng màu) thì sai số là 20%. Cách đọc:
Đọc từ trái sang phải. Vạch đầu tiên và vạch thứ hai biểu thị giá trị thực của điện trở,
vạch thứ ba biểu thị thang nhân 10x (với x là giá trị tương ứng với giá trị của màu),
vạch thứ tư là dung sai của điện trở. Ví dụ:
Điện trở có các vạch màu lần lượt từ trái sang là: Đỏ - tím - cam - bạc. Thì giá trị của điện trở sẽ là:
Đỏ = 2, tím = 7, cam =103, bạc = 10%. Vậy: R = 27 . 103  10% R = 27 K   10%
Lưu ý khi mua điện trở:
Người ta không thể chế tạo điện trở có đủ tất cả trị số từ nhỏ nhất đến lớn nhất mà chỉ
chế tạo các điện trở có trị số theo tiêu chuẩn với vòng màu số một và vòng màu số hai có giá trị như sau: 10 12 15 18 22 27 33 39 43 47 51 56 68 75 82 91
Bảng 1. Các giá trị điện trở
Ví dụ: Có các điện trở: 1  ; 10  ; 100 ; 1K ...
1,5  ; 15 ; 150 ; 1,5K ...
4,7  ; 47  ; 470  ; 4,7K 
Bảng qui ước về các vạch màu của điện trở:
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 5
Hình 4. Vạch màu của điện trở Vòng số 1 Vòng số 2 Vòng số 3 Vòng số 4 Màu
(số thứ nhất)
(số thứ hai)
(số bội) (sai số) Đen 0 0 x 100 Nâu 1 1 x 101  1% Đỏ 2 2 x 102  2% Cam 3 3 x 103 Vàng 4 4 4 x 10 Xanh lá 5 5 5 x 10 Xanh dương 6 6 6 x 10 7 Tím 7 7 x 10 Xám 8 8 x 108 Trắng 9 9 9 x 10 Vàng kim -1 x 10  5% Bạc kim x 10-2  10%
Bảng 2. Giá trị của các vạch màu
Đối với điện trở có 5 vòng màu, cách đọc tương tự như điện trở 4 vòng màu, chỉ khác
là 3 vòng màu đầu tiên chỉ 3 số, vòng 4 chỉ số bội, vòng 5 là sai số.
Điện trở nhiệt:(Thermistor) Là loại điện trở nhiệt có trị số thay đổi theo nhiệt độ.
Nhiệt trở thường dùng để ổn định nhiệt cho các tầng khuyếch đại công suất hay làm
linh kiện cảm biến trong các hệ thống điều khiển tự động theo nhiệt độ.
Hình 5. Nhiệt điện trở
Có hai loại nhiệt trở:
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 6
- Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt điện tr
ở âm là loại nhiệt điện tr
ở khi nhận nhiệt độ cao
hơn thì trị số điện trở giảm xuống và ngược lại.
- Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt điện tr
ở dương là loại nhiệt điện trở khi nhận đượ c nhiệt
độ cao hơn thì trị số điện trở tăng lên.
Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm là một loại bán dẫn có điện trở thay đổi theo các biến
đổi về nhiệt độ. Nói khác đi, nhiệt điện trở có thể xác định nhiệt độ bằng cách dò điện trở.
Hình 6. Cảm biến nhiệt độ
Ví dụ về ứng dụng:
Trong các xe ô tô, các nhiệt điện trở được sử dụng trong cảm biến nhiệt độ nước và
cảm biến nhiệt độ không khí nạp, v.v...
Phần tử áp điện:
Điện trở của một phần tử áp điện sẽ thay đổi khi nó chịu áp suất hoặc lực căng.
Phần tử từ trở:
Điện trở của một phần tử từ trở sẽ thay đổi khi từ trường đặt vào nó.
Vì các thay đổi về điện trở trong các phần tử này nhỏ, các IC (các mạch tích hợp) được
khuyếch đại. Sau đó điện trở này được biến đổi thành xung hoặc các tín hiệu tương tự
để sử dụng chúng như các tín hiệu cảm biến.
Hình 7. Phần tử áp điện 3. Tụ điện
Một tụ điện có các điện cực, gồm có 2 tấm kim loại hoặc các màng kim loại đối diện
với nhau. Chất cách điện (hoặc chất điện môi), có thể làm bằng các chất cách điện
khác nhau, được đặt giữa các điện cực. Trong sơ đồ này, không khí có tác dụng như chất cách điện.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 7
Hình 8. Tụ điện
Khi đặt điện áp vào cả 2 điện cực bằng cách nối các cực âm và dương của một ắc quy,
các điện cực sẽ tích điện dương và âm. Khi các điện cực của một tụ điện tích điện bị
đoản mạch, sẽ có một dòng điện tức thời chạy từ bản cực (+) đến bản cực (-) làm trung
hòa tụ điện. Vì vậy tụ điện này được phóng điện. Ngoài chức năng tích điện mô tả trên
đây, một đặc điểm đáng kể của một tụ điện là nó ngăn không cho dòng điện một chiều chạy qua.
Một số mạch điện sử dụng chức năng tích điện của tụ điện như:
Mạch điều chỉnh đối với nguồn điện, một dòng điện dự phòng cho bộ vi xử lí, một
mạch định thời sử dụng lượng thời gian cần thiết để nạp và phóng điện cho tụ điện,
mạch dùng tụ để ngăn dòng điện một chiều, các bộ lọc để trích hoặc loại bỏ các thành
phần cụ thể của tần số. Bằng cách dùng các đặc điểm này, các tụ điện được sử dụng
trong các mạch điện của ô tô cho nhiều mục đích, chẳng hạn như để loại trừ nhiễu
hoặc thay thế cho nguồn điện hoặc một công tắc.
Các đặc điểm tích điện của tụ điện
Khi đặt một điện áp của dòng điện một chiều vào tụ điện đã phóng điện hoàn toàn,
dòng điện sẽ bắt đầu chạy ở một tốc độ nhanh . Sau khi tụ điện bắt đầu tích điện, dòng
điện sẽ giảm xuống. Cuối cùng, khi dung lượng tĩnh điện (khả năng tích điện của tụ
điện) của tụ điện đã đạt được, dòng điện sẽ dừng chạy. Điện áp của tụ điện ở thời điểm
này bằng điện áp đặt.
Hình 9. Hoạt động phóng nạp của tụ điện
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 8
4. Công tắc, cầu chì và relay 4.1 Công tắc
Công tắc là một thiết bị đóng ngắt dòng điện do con người tác động. Do yêu cầu về
thẩm mỹ và không gian lắp đặt nên kích thước công tắc ngày càng nhỏ gọn hơn. Công
tắc cũng có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào công dụng của nó.
- Công tắc xoay
Hình 10. Công tắc xoay
- Công tắc ấn, công tắc bập bênh
Hình 8. Công tắc ấn
Hình 11. Công tắc bập bênh
- Công tắc cần, công tắc phát hiện nhiệt độ
Hình 12. Công tắc cần
Hình 13. Công tắc phát hiện nhiệt độ
- Công tắc phát hiện dòng điện, công tắc vận hành bằng sự thay đổi mức dầu
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 9
Hình 14. Công tắc phát hiện dòng điện
Hình 14. Công tắc phát hiện mức dầu 4.2 Cầu chì
Một dải kim loại mỏng sẽ bị cháy khi dòng điện quá lớn chạy qua nó, bằng cách này sẽ
ngắt dòng điện và bảo vệ mạch điện khỏi bị hư hỏng.
Hình 16. Các loại cầu chì
Cầu chì dòng cao là một dây có chiều dày lớn được đặt trong các mạch điện cường độ
dòng điện cao có thể cháy khi quá tải, bằng cách này sẽ bảo vệ mạch điện. 4.2 Relay
Nếu mạch điện của các thiết bị đòi hỏi cường độ dòng điện cao gồm có một nguồn
điện, một công tắc và một bóng đèn được mắc nối tiếp, công tắc và bộ dây điện phải
có công suất cao để có thể chịu được cường độ dòng điện cao. Tuy nhiên, chúng ta có
thể sử dụng một relay để giảm dòng qua công tắc. Công tắc điều khiển relay, còn relay
thì điều khiển dòng lớn qua thiết bị điện.
Sơ đồ ở Hình 15 mô tả cơ chế làm việc của một relay. Khi đóng công tắc, dòng điện
chạy giữa các điểm 1 và 2, do đó từ hóa cuộn dây. Lực từ của cuộn dây hút tiếp điểm
di động giữa các điểm 3 và 4. Do đó, các điểm 3 và 4 đóng lại và để dòng điện chạy
vào bóng đèn. Vì vậy qua việc sử dụng một relay, công tắc và dây dẫn đến công tắc có
thể có công suất thấp.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 10
Hình 17. Mạch điện điều khiển Các loại relay
Các relay được phân loại thành các loại như Hình 16 tùy theo cách mở hoặc đóng chúng:
- Loại thường mở:
Loại này thường mở, và chỉ đóng khi cuộn dây được cấp điện. (A) và (B) trong sơ đồ này.
- Loại thường đóng:
Loại này thường đóng, và chỉ mở khi cuộn dây được cấp điện. (C) trong sơ đồ này.
- Loại 2 tiếp điểm:
Loại này chuyển mạch giữa hai tiếp điểm, tùy theo trạng thái của cuộn dây. (D) trong sơ đồ này. (B) (D)
Hình 18. Các loại relay
5. Nguyên lí về phát điện
5.1 Cảm ứng điện từ
Một dây dẫn có thể chuyển động tự do được đặt giữa các cực N và S của một nam
châm được thể hiện trong Hình 17. Sau đó, mắc một điện kế vào dây dẫn để thành
một mạch kín. Khi dịch chuyển dây dẫn này giữa các cực từ như thể hiện trong sơ đồ,
kim chỉ của điện kế sẽ xoay đi.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 11
Như vậy, khi dây dẫn được dịch chuyển giữa các cực từ, dây dẫn sẽ đi qua và cắt từ
thông, sinh ra một dòng điện. Vì vậy, nếu dịch chuyển dây dẫn song song với từ
thông, sẽ không sinh ra dòng điện.
Hiện tượng sinh ra dòng điện này được gọi là cảm ứng điện từ, và dòng điện chạy qua
dây dẫn được gọi là dòng cảm ứng.
Hình 19. Cảm ứng điện từ
Hình 20. Quy tắc bàn tay phải
Dòng cảm ứng này được tạo ra bởi sức điện động do kết quả của cảm ứng điện từ. Do
đó sức điện động này được gọi là sức điện động cảm ứng. Chiều dòng điện
Hình 18 cho thấy mối quan hệ giữa chiều của từ trường, chiều của dòng điện cảm ứng,
và chiều di chuyển của dây dẫn. Mối quan hệ này được gọi là quy tắc bàn tay phải của Fleming.
5.2 Nguyên lí về máy phát điện
Hình 21. Nguyên lý máy phát điện xoay chiều
Đại lượng và chiều của sức điện động cảm ứng được tạo ra bằng cách quay một cuộn
dây sẽ thay đổi theo vị trí của cuộn dây này.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 12
Trong sơ đồ (1) ở Hình 18, dòng điện chạy từ chổi than A đến bóng đèn. Trong sơ đồ
(2), nguồn điện của dòng ngưng lại. Trong sơ đồ (3) dòng điện chạy từ chổi than B đến bóng đèn.
Do đó dòng điện được tạo ra bởi thiết bị này là dòng điện xoay chiều. Do đó thiết bị
này được gọi là máy phát điện xoay chiều.
5.3 Hiệu ứng tự cảm (1) (2)
Hình 22. Hiệu ứng tự cảm
Khi đóng hoặc mở công tắc trong sơ đồ (1), từ thông trong cuộn dây sẽ thay đổi. Khi
đó một sức điện động được sinh ra trong cuộn dây. Để tạo ra các điều kiện giống như
vậy mà không làm cho dòng điện chạy qua cuộn dây này, ta dịch chuyển một nam
châm ra vào một cuộn dây như thể hiện trong sơ đồ (2).
Chuyển động của một nam châm ra và vào một cuộn dây sẽ tạo ra sức điện động trong
cuộn dây đó. Sức điện động này được tạo ra bất kể là có dòng điện chạy trong cuộn dây hay không.
Do đó, các thay đổi của từ thông sinh ra dòng điện hoặc đóng ngắt dòng điện qua
cuộn dây này làm cho cuộn dây đó sinh ra sức điện động. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng tự cảm.
Hiệu ứng cảm ứng tương hỗ
Hai cuộn dây được bố trí như trong sơ đồ. Khi dòng điện chạy qua một cuộn dây (cuộn
dây sơ cấp) bị thay đổi, một sức điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây kia (cuộn dây
thứ cấp) theo chiều ngăn không cho từ thông ở cuộn dây sơ cấp thay đổi. Hiện tượng
này được gọi là hiệu ứng cảm ứng tương hỗ.
Một bô bin sử dụng hiệu ứng này. Bô bin có chứa cuộn dây đánh lửa của ô tô để tạo ra
điện áp cao đặt vào bugi. Khi duy trì một dòng điện không đổi qua cuộn dây sơ cấp thì
không có sức điện động nào được tạo ra trên cuộn thứ cấp. Khi dòng điện sơ cấp bị
ngắt bằng cách xoay công tắc từ vị trí ON (mở) đến OFF (ngắt), từ thông được tạo ra
bởi dòng điện sơ cấp ngắt đột ngột. Do đó một sức điện động sẽ được tạo ra trong cuộn
dây thứ cấp theo chiều sẽ ngăn từ thông không bị khử đi.
Một bô bin sẽ cho phép dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp, và khi dòng điện này bị ngắt,
điện áp cao được tạo ra trên cuộn thứ cấp thông qua hiệu ứng tự cảm tương hỗ.
Sức điện động tự cảm được tạo ra bởi thiết bị này sẽ thay đổi theo các điều kiện sau đây:
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 13
Hình 23. Hiệu ứng cảm ứng tương hỗ
- Thay đổi tốc độ của từ thông:
Một thay đổi xuất hiện trong một thời gian ngắn sẽ tạo ra một sức điện động lớn hơn. - Lượng t ừ thông:
Lượng từ thông thay đổi càng lớn, sức điện động càng lớn.
- Số vòng dây của cuộn dây thứ cấp: Với cùng mức thay đổi về từ thông, số vòng dây
càng lớn thì sức điện động càng lớn.
Do đó để sinh ra một điện áp thứ cấp cao, dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp phải càng
lớn càng tốt, và sau đó dòng điện này cần được ngắt đột ngột.
6. Đồng hồ đo điện
Có thể sử dùng đồng hồ đo điện để đo dòng, điện áp và điện trở của một mạch điện,
cũng như để kiểm tra thông mạch của một mạch điện và thử các diode.
6.1 Chọn phạm vi đo
Khi cần đo một đại lượng nào đó: điện trở, điện áp xoay chiều, một chiều, ... phải chọn
thang đo thích hợp để đảm bảo giá trị đo chính xác và tránh hư hỏng cho đồng hồ.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 14
Hình 24. Đồng hồ đo điện
6.2 Đo điện áp của dòng điện xoay chiều Mục đích:
Để đo điện áp của các đường dây cung cấp điện ở hộ gia đình hoặc nhà máy, các
mạch điện có điện áp xoay chiều, và các điện áp đầu ra của máy biến áp công suất. Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo điện áp của dòng xoay chiều và nối các
đầu dây thử. Các cực của đầu dò có thể thay thế lẫn nhau.
Hình 25. Đo điện áp xoay chiều
Hình 26. Đo điện áp dòng một chiều
6.3 Đo điện áp của dòng một chiều Mục đích:
Để đo điện áp của các loại ắc quy, thiết bị điện, và các mạch transistor, và các điện áp
và mức sụt điện áp trong các mạch. Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo điện áp của dòng điện một chiều. Đặt
đầu đo âm, màu đen vào mát, đầu đo dương, màu đỏ vào khu vực được thử, và đọc giá trị đo.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 15
6.4 Đo điện trở Mục đích:
Để đo điện trở của một biến trở, thông mạch của một mạch điện, đoản mạch (0 ), mạch hở (). Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào vị trí đo điện trở/thông mạch. (Nếu màn hình thể
hiện “ “ vào thời điểm này, đồng hồ đo đang ở chế độ thử thông mạch. Do đó bấm
công tắc chọn chế độ để chuyển đồng hồ đo vào chế độ kiểm tra điện trở). Sau đó đặt
đầu thử vào mỗi đầu của một điện trở hoặc một cuộn dây để đo điện trở. Phải bảo đảm
rằng không đặt điện áp vào điện trở ở thời điểm này. Không thể đo được diode trong
phạm vi này, vì điện áp được sử dụng của diode thấp.
Hình 27. Đo điện trở
Hình 28. Đo diode
6.5 Kiểm tra thông mạch Mục đích:
Để kiểm tra thông mạch của một mạch điện. Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo thông mạch. (Bảo đảm rằng màn hình
hiện “ ” vào thời điểm này. Nếu không như vậy, bấm công tắc chọn chế độ để chuyển
đồng hồ này sang chế độ đo thông mạch). Nối các đầu thử vào mạch điện cần thử.
Chuông báo sẽ kêu lên nếu mạch điện thông mạch. 6.6 Thử diode
Mục đích: Để thử một diode. Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào chế độ thử diode. Kiểm tra thông mạch của cả 2
chiều. Nếu diode này có thông mạch ở một chiều và không có thông mạch khi tráo đổi
các đầu thử, diode này được xác định là bình thường.
Nếu diode có thông mạch ở cả 2 chiều, thì nó đã bị đoản mạch. Nếu nó không thông
mạch cả 2 chiều, thì nó bị hở mạch.
6.7 Đo cường độ của dòng điện một chiều Mục đích:
Để đo mức tiêu thụ cường độ của các thiết bị làm việc với dòng điện một chiều. Phương pháp đo:
Đặt công tắc chọn chức năng vào phạm vi đo cường độ dòng điện. Để đo cường độ của
một dòng điện, phải mắc ampe kế nối tiếp với mạch điện này. Do đó, hãy tách một khu
vực trong mạch điện để nối các đầu thử này. Nối đầu thử dương vào phía có điện thế
cao hơn và đầu thử âm vào phía có điện thế thấp hơn, và đọc giá trị đo.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 16
II. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ
Các điện tử cực kỳ nhỏ, là các hạt tích điện âm chuyển động quanh một hạt nhân. Các
proton trong hạt nhân này tích điện dương. Điện tử học là khoa học hoặc công nghệ đề
cập đến các chức năng của điện tử, cũng như việc phát triển và ứng dụng của các bộ
phận, các mạch, và các thiết bị liên quan đến công nghệ này. (Các transistor, diode, IC
(các mạch tích hợp) và các bộ vi xử lý là một số ví dụ về các ứng dụng). Các IC và các
bộ vi xử lý gồm các transistor và các diode. Các thiết bị điện tử này đã thay thế nhiều
thiết bị cơ khí trong quá khứ. Các thiết bị điện tử được thiết kế có nhiều chức năng hơn
và nhỏ gọn hơn các thiết bị cơ khí.
Hình 29. Các thiết bị điện tử
Hình 30. Điện trở của vật liệu 1. Chất bán dẫn
Chất bán dẫn là một loại vật liệu có điện trở cao hơn điện trở của các dây dẫn tốt như
đồng hoặc sắt, nhưng thấp hơn điện trở của các chất cách điện như cao su hoặc thuỷ
tinh. Hai loại vật liệu bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất là Germani (Ge) và Silic
(Si).Tuy nhiên trong trạng thái tinh khiết của chúng, các chất này không thích hợp với
việc sử dụng thực tế của các chất bán dẫn.Vì lý do này chúng phải được pha với chất
phụ gia, đó là một lượng nhỏ của các tạp chất phải thêm vào để nâng cao công dụng thực tế của chúng.
Các đặc tính của chất bán dẫn:
- Khi nhiệt độ của nó tăng lên, điện trở của nó giảm xuống.
- Tính dẫn điện của nó tăng lên khi được trộn với các chất khác.
- Điện trở của nó thay đổi khi có tác dụng của ánh sáng, từ tính hoặc các ứng suất cơ học.
- Nó phát sáng khi đặt điện áp vào, v.v...
Có thể chia các chất bán dẫn thành hai loại: Loại N và loại P.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 17
Hình 31. Chất bán dẫn loại N và loại P
- Các chất bán dẫn loại N: Một chất bán dẫn loại N gồm có một chất nền là silic (Si)
hoặc germani (Ge), đã được pha trộn với một lượng nhỏ asen (As) hoặc phốtpho (P) để
cung cấp cho nó nhiều điện tử tự do, có thể chuyển động dễ dàng qua silic hoặc
germani để tạo ra dòng điện. Chữ "n" của chất bán dẫn loại n có nghĩa là "âm"
Hình 32. Hoạt động của diode
- Các chất bán dẫn loại P: Mặt khác, một chất bán dẫn loại p gồm có một chất nền là
silic (Si) hoặc germani (Ge) đã được pha trộn với gali (Ga) hoặc Indi (In) để tạo ra
"các lỗ", có thể coi là các điện tử "khuyết" và vì các tích điện dương chạy theo chiều
ngược với các điện tử tự do. Chữ "p" của chất bán dẫn loại P có nghĩa là "dương". 2. Diode
Các diode bán dẫn bao gồm chất bán dẫn loại N và loại P nối với nhau. Một số loại diode:
- Diode chỉnh lưu thường - Diode Zener - LED (diode phát sáng) - Photo Diode
Hình 23 cho thấy dòng điện chạy qua một diode như thế nào.
- Khi cực dương (+) của ắc quy được nối với phía P và cực âm (-) nối với phía N, các
lỗ dương của chất bán dẫn loại P và cực dương của ắc quy đẩy lẫn nhau. Và các điện
tử tự do của chất bán dẫn loại N và cực âm của ắcquy đẩy lẫn nhau, vì vậy đẩy chúng
về khu vực nối p-n. Do đó các điện tử tự do và các lỗ dương này hút lẫn nhau, như vậy
làm cho dòng điện chạy qua khu vực nối p-n.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 18
- Khi đảo ngược các cực ở ắcquy, các lỗ dương của chất bán dẫn loại p và cực âm của
ắcquy hút lẫn nhau, và các điện tử tự do của chất bán dẫn loại n và cực dương của ắc
quy hút lẫn nhau, vì thế kéo xa khỏi khu vực nối p-n. Kết quả là, một lớp không chứa
các điện tử tự do hoặc các lỗ dương được tạo nên ở khu vực nối p-n, vì vậy ngăn chặn dòng điện chạy qua. 2.1 Diode thường
Diode thường làm cho dòng điện chỉ chạy theo một chiều: từ phía p sang phía n. Cần
có một điện áp tối thiểu để dòng điện chạy từ phía p sang phía n.
- Diode silic (A) : khoảng 0,7V
- Diode germani (B) : khoảng 0,3V
Hình 33. Diode thường
Dòng điện này sẽ không chạy nếu một điện áp được đặt vào chiều ngược lại (từ
phía N sang phía P). Mặc dù một dòng điện cực nhỏ chạy thực tế, gọi là dòng điện rò
ngược chiều, nó được xử lý như không chạy vì nó không tác động đến hoạt động của
mạch thực. Tuy nhiên nếu điện áp rò ngược chiều này được tăng lên đầy đủ, cường độ
của dòng điện cho phép đi qua bởi diode sẽ tăng lên đột ngột. Hiện tượng này được gọi
là đánh thủng diode, và điện áp này được gọi là điện áp đánh thủng.
Chức năng chỉnh lưu:
- Điện áp chỉnh lưu bán kỳ:
Điện áp từ máy phát AC được đặt vào một diode.
Vì điện áp được ở đoạn (a), (b) được đặt vào diode theo chiều thuận, dòng điện sẽ chạy
qua diode này. Tuy nhiên, điện áp được đọan (b), (c) được đặt vào diode này theo
chiều ngược, nên dòng điện không được phép đi qua diode này. Vì chỉ có một nửa
dòng điện do máy phát sinh ra được phép đi qua diode này.
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 19
Hình 34. Hoạt động chỉnh lưu - Chỉnh lưu toàn kỳ:
Khi cực A của máy phát là dương, cực B là âm, và dòng điện chạy như thể hiện ở sơ
đồ trên của hình minh họa (2). Khi sự phân cực của các đầu này ngược lại, dòng điện
chạy như thể hiện ở sơ đồ dưới của hình minh họa (2). Điều này có nghĩa là dòng điện
ra luôn luôn chỉ chạy về một chiều qua điện trở R.
Ví dụ về ứng dụng:
Các diode nắn dòng thường được sử dụng nhcác bộ chỉnh lu cho các máy phát điện xoay chiều
Hình 35. Ứng dụng diode 2.2 Diode Zener 2.2.1. Mô tả
Thiết bị điện và điện tử sử dụng trên ô tô 20
Hình 36. Diode Zenner
Diode Zenner cho phép dòng điện chạy qua theo chiều thuận giống như diode thường.
Tuy nhiên, nó cũng có thể cho dòng điện ngược đi qua trong một số trường hợp.
2.2.2. Các đặc điểm
Hình 37. Hoạt động của diode Zenner
Dòng điện chạy theo chiều thuận từ phía p sang phía n qua một diode Zener như
một diode thường. Một dòng điện chạy theo chiều ngược lại khi điện áp đặt vào hai
đầu Zenner lớn hơn điện áp hoạt động của nó. Điều này được gọi là điện áp Zener,
nó giữ nguyên không thay đổi trong thực tế, bất kể cường độ của dòng điện như thế
nào. Một diode Zener có thể ấn định với các điện áp hoạt động khác nhau tuỳ theo
sự áp dụng hoặc mục đích của nó.
2.2.3. Ví dụ về ứng dụng
Các diode Zener được sử dụng cho các mục đích khác nhau, quan trọng nhất là được
sử dụng trong bộ tiết chế cho máy phát điện xoay chiều. Điện áp ra được điều chỉnh
thường xuyên, bằng cách gắn diode Zener vào một mạch điện.
Hình 38. Ứng dụng của diode Zenner
2.3 LED (Diode phát sáng) 2.3.1. Mô tả
LED là một diode liên kết p-n cũng giống như diode thường. Nó phát sáng khi một
dòng điện đi qua theo một chiều thuận, các LED có thể phát sáng với các màu khác