Các Linh Kiện điện Tử Cơ Bản - TKTECH Co., LTD

Linh kiện điện tử là yếu tố không thể thiếu trong các mạch điện hiện nay. Khám phá cùng TKTECH các linh kiện điện tử cơ bản trong phần điện tử căn bản nhé.

Nội dung chính bài viết

• Các linh kiện điện tử cơ bản
  • Linh kiện thụ động
    • Điốt
    • Điện trở
    • Tụ điện
    • Cuộn cảm
  • Linh kiện chủ động
    • Transistor
    • Mạch tích hợp (IC)
    • LED
    • Màn hình LCD
    • Bộ cảm biến
    • Bộ truyền động
• Lịch sử phát triển của linh kiện điện tử

Các linh kiện điện tử cơ bản

Các linh kiện điện tử là các phần tử điện tử rời rạc có những tính năng xác định, được ghép nối với nhau trong mạch điện thành thiết bị điện tử. Về cơ bản có 3 loại linh kiện điện tử như sau:

• Linh kiện tích cực là linh kiện tương tác với nguồn điện AC/DC để cho ra nguồn tín hiệu mới, trong mạch tương đương thì biểu diễn bằng một máy phát tín hiệu, như diode, transistor,…
• Linh kiện thụ động không cấp nguồn vào mạch, có quan hệ tuyến tính với điện áp, dòng, tần số, như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, biến áp,…
• Linh kiện điện cơ tác động điện liên kết với cơ học, như thạch anh, rơle, công tắc..

Linh kiện thụ động

Đây là loại linh kiện không thể khuếch đại tín hiệu. Bao gồm:

Điốt

Định nghĩa: Điốt (hay còn gọi là diode) là một linh kiện điện tử bán dẫn chỉ cho dòng điện chạy qua một chiều mà không cho chạy qua chiều ngược lại.

Diode được ứng dụng làm mạch chuyển đổi dòng xoay chiều sang dòng 1 chiều hay điều khiển dòng điện theo ý muốn.

Dòng điện chạy từ dương sang âm khi phân cực thuận nghĩa là cấp điện dương vào cực dương của diode, thì diode không khác gì 1 sợi dây dẫn điện bình thường, nhưng khi phân cực ngươc, cấp điện dương vào cực âm của diode thì diode trở thành 1 khúc gỗ không dẫn điện.

Đèn sáng do phân cực đúng (diode cho phép điện dương đi qua)

Còn khi phân cực sai đèn sẽ tắt(diode không cho điện dương đi qua)

Ngoài ra còn 1 loại diode khi phân cưc sai vẫn cho phép điên áp đi qua gọi là diode zener ( mình sẽ tìm hiểu nó sau)

Điện trở

Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động có chức năng chính là hạn chế dòng điện và giảm điện áp trong mạch điện. Nó được ký hiệu là R và có đơn vị đo là Ω (Ohm).

Công thức tính điện trở R=U/I. Trong đó :

U: Là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V). I: Là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A). R: Là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).

Hiểu một cách đơn giản điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn.

Do đó, điện trở bản chất là 1 sợi dây dẫn có điện trở rất lớn ( thực ra lớn bé còn tùy thuộc vào giá trị của nó), điện trở không phân cực, tức là không phân biệt âm dương.

Có tất cả 12 màu, mỗi màu có 1 giá trị khác nhau

Xem ảnh và ví dụ cho dễ hiểu

Ví dụ 1 : mình có 1 điện trở có 4 vòng màu : Đỏ Đỏ Nâu Ngân Nhũ

Màu Đỏ có giá trị là 2. Màu Nâu có giá trị là 1. Ngân Nhũ có sai số là 5%

==> Các số tương ứng với vòng màu là : 2 2 1 5%

Tính giá trị của điện trở bằng cách gép 2 số đầu tiên và thêm vào đằng sau nó 1 số 0 ( số 1 thể hiện thêm vào 1 số 0, tường tự nếu là 2 thì thêm 2 số 0 …. )

Vậy giá trị điện trở là 220 ôm sai số 5%

Ví dụ 2 : Điện trở có vòng màu Cam Cam Xanh Lá (không cần xét đên vòng số 4 vì nó là sai số)

tương ứng : ===> 3 3 5

Giá trị điện trở 3.300.000 Ohm (Ω)

Tụ điện

Tụ điện là một linh kiện điện tử thuộc nhóm linh kiện thụ động. Nó sở hữu khả năng lưu trữ năng lượng điện dưới dạng điện trường. Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản dẫn điện được tách biệt bởi một lớp vật liệu cách điện, còn gọi là điện môi.

Tụ điện được cấu tạo bởi bản cưc, điện môi và lớp vỏ. Được chia làm nhiều loại (tụ điện cố định, tụ điện biến quang, tụ điện nhiệt, tụ điện trimmer). Có công thức như sau:

C = Q / U, trong đó:

• C là điện dung (F)
• Q là điện tích (C)
• U là hiệu điện thế (V)

Thời gian tích điện: t = RC, trong đó:

• t là thời gian tích điện (s)
• R là điện trở (Ω)

Năng lượng điện lưu trữ: W = 1/2 * C * U^2, trong đó:

W là năng lượng điện (J)

Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:

1F=10-6 MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara

Tụ điện được sử dụng trong các mạch nguồn điện, đèn flash, các mạch hẹn giờ, bộ nhớ, biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều, lọc các tần số cụ thể trong tín hiệu điện tử,…

Cuộn cảm

Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động có khả năng lưu trữ năng lượng điện dưới dạng từ trường. Nó được cấu tạo từ một dây dẫn điện quấn thành nhiều vòng. Khi có dòng điện chạy qua cuộn cảm, từ trường sẽ được sinh ra xung quanh các vòng dây. Năng lượng điện được lưu trữ trong cuộn cảm dưới dạng từ trường này.

Cấu tạo của cuộn cảm bao gồm lõi, dây dẫn và vỏ. Phân loại:

• Cuộn cảm cố định
• Cuốn cảm biến quang
• Cuộn cảm biến nhiệt
• Cuộn cảm trimmer

Cuộn cảm thường được dùng để lọc tín hiệu (thông thấp, chặn thấp), khử nhiễu điện từ, cảm ứng và truyền năng lường, tạo dao động và cộng hưởng, chống sét, bộ nguồn chuyển đổi,…

Linh kiện chủ động

Đây là loại linh kiện có thể khuếch đại tín hiệu. Bao gồm:

Transistor

Transistor là một linh kiện bán dẫn chủ động đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử hiện đại. Nó được xem như “viên gạch xây dựng” cơ bản cho các mạch điện tử, có khả năng khuếch đại tín hiệu, đóng ngắt dòng điện, điều chỉnh điện áp và thực hiện nhiều chức năng khác.

Transistor bao gồm ba lớp bán dẫn được ghép lại với nhau, tạo thành hai mối tiếp giáp P-N. Cấu tạo cụ thể của transistor chia thành hai loại:

• Transistor PNP: Ba lớp theo thứ tự P-N-P.
• Transistor NPN: Ba lớp theo thứ tự N-P-N.

Cũng giống như điốt, transistor được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện. Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP Transistor. Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được một NPN Transistor.

Cơ chế hoạt động của transistor dựa trên việc điều khiển dòng điện đi qua hai mối tiếp giáp P-N bằng một dòng điện hoặc điện áp nhỏ được đưa vào cực điều khiển (base). Dòng điện nhỏ này sẽ tác động đến dòng điện lớn hơn chảy qua hai cực còn lại (collector và emitter).

Transistor có 3 loại:

• Transisto lưỡng cực ( BJT): Đây là loại transistor phổ biến nhất, bao gồm hai cực điều khiển (base), cực thu (collector) và cực phát (emitter).
• Transisto hiệu ứng trường (FET): Sử dụng trường điện để điều khiển dòng điện, có độ ồn thấp và tiêu thụ ít điện năng hơn BJT.
• Transisto mối đơn cực

Chiều của mũi tên chính là chiều của dòng điện đi từ dương đến âm. Do đó, các bạn có thể thấy với tran NPN cực dương là C và âm là E, với tran PNP thì ngược lại

(hãy hình dùng transisto như 1 công tắc, E và C là hai mối nối của công tắc thông thường)

Transistor được sử dụng rất phổ biến trong mạch khuếch đại tín hiệu âm thanh, mạch logic, mạch chuyển đổi, nguồn cung cấp điện, RAM, vi xử lý và nhiều thiết bị điện tử khác.

Tìm hiểu về transistor trên thị trường

Mạch tích hợp (IC)

Vi mạch tích hợp, hay vi mạch, hay mạch tích hợp (integrated circuit, gọi tắt IC) là vi mạch hoặc chip, là một tập hợp các linh kiện điện tử được tích hợp trên một nền bán dẫn nhỏ. Nó bao gồm nhiều transistor, tụ điện, điện trở và các linh kiện điện tử khác được kết nối với nhau để thực hiện một chức năng điện tử cụ thể.

IC có bản chật như một mạch điện tử thu nhỏ gói gọn trong 1 hộp nhựa bé xíu và chúng ta có thể ứng dụng rất nhiều từ nó.

Cấu tạo bao gồm mạch logic, bộ nhớ, kệnh truyền, vỏ.

Phân loại dựa trên chức năng:

• Mạch tích hợp logic: Thực hiện các phép toán logic như AND, OR, NOT,…
• Mạch tích hợp analog: Xử lý tín hiệu analog như khuếch đại, lọc,…
• Mạch tích hợp hỗn hợp: Kết hợp cả chức năng logic và analog.

Ví dụ: opam – ic khuếch đại thuật toán

Nguyên lí so sánh của opam :

• Khi điện áp ở cổng + lớn hơn ở cổng – thì out ra sẽ là mức dương
• Khi áp ở cổng + bé hơn cổng – thì out ra mức âm
• Ứng dụng : xe dò đường, cảm biến ánh sáng, chống trộm ….

LED

LED (Light Emitting Diode) là một linh kiện bán dẫn có khả năng phát sáng khi có dòng điện đi qua. Nó được cấu tạo từ vật liệu bán dẫn lớp P-N, phát sáng nhờ hiện tượng phát quang khi electron – lỗ trống recombinate. Màu sáng phụ thuộc vào vật liệu sử dụng.

LED (Light Emitting Diode) là loại đèn phát sáng bằng bán dẫn. Cấu tạo của LED bao gồm chip LED là phần chính gồm các lớp bán dẫn P-N, vỏ bảo vệ chip và chân đế để kết nối mạch. Đặc trưng của LED là có thể phát nhiều màu sáng khác nhau như đỏ, xanh, vàng; độ sáng được đo bằng candela; có góc chiếu rộng; tuổi thọ cao và hiệu suất năng lượng tốt hơn đèn thông thường.

Màn hình LCD

Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) là loại màn hình phẳng hiển thị hình ảnh nhờ công nghệ sử dụng cristaux lỏng.

Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên việc kiểm soát lượng ánh sáng có thể đi qua từng điểm ảnh (pixel) bằng cách thay đổi định hướng của các phân tử cristaux lỏng trong từng tế bào pixel khi có điện trường đặt vào.

Cấu tạo của màn hình LCD gồm hai tấm kính phân cực ở mặt trước và sau, một lớp cristaux lỏng ở giữa, các điện cực để điều khiển cristaux và một nguồn sáng phía sau như đèn LED hoặc đèn huỳnh quang.

Bộ cảm biến

Bộ cảm biến (sensor) là một thiết bị có khả năng phát hiện và đo lường những thông tin về môi trường xung quanh như ánh sáng, nhiệt độ, chuyển động, lực, áp suất, khí gas,… và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện hoặc tín hiệu khác có thể được xử lý bởi các mạch điện tử. Cảm biến đóng vai trò như cầu nối giữa thế giới vật lý và thế giới kỹ thuật số.

Một bộ cảm biến thường bao gồm phần cảm nhận vật lý (phần tử, vật liệu nhạy) và mạch điện tử xử lý tín hiệu ra. Tùy theo nguyên lý hoạt động, các loại cảm biến có thể chia thành nhiều nhóm như cảm biến quang, cảm biến nhiệt, cảm biến từ trường, cảm biến siêu âm, cảm biến chuyển động,…

Bộ cảm biến được ứng dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực như tự động hóa, robot, điều khiển xa, an ninh, y tế, dự báo thời tiết, giao thông,… giúp thu thập dữ liệu quan trọng từ môi trường, là mắt và tai để các hệ thống có thể nhận diện và phản ứng lại với những thay đổi xung quanh.

Bộ truyền động

Bộ truyền động là một hệ thống cơ khí có nhiệm vụ tạo ra chuyển động hoặc lực đẩy nhằm truyền năng lượng cơ học cho một vật thể hoặc thiết bị nào đó. Nó thường bao gồm một động cơ (động cơ điện, động cơ đốt trong,…) làm nguồn năng lượng ban đầu và các cơ cấu truyền động khác như hộp số, khớp nối, thanh truyền, dây đai, bánh răng, trục,…

Bộ truyền động đóng vai trò quan trọng trong nhiều thiết bị, máy móc và hệ thống khác nhau như xe cộ, máy công cụ, máy may, cần trục, thang máy, băng tải,… Chúng có thể là truyền động cơ học thuần túy hoặc tích hợp với các phần tử điện tử điều khiển.

Lịch sử phát triển của linh kiện điện tử

Giai đoạn đầu trước năm 1940, ngành điện tử chỉ sử dụng linh kiện cơ bản như ống chân không, điện trở, tụ điện nên thiết bị thời kỳ này cồng kềnh, nặng nề, tốn điện.

Giai đoạn thứ hai từ 1940 – 1970, sau khi phát minh ra bóng bán dẫn vào năm 1947, linh kiện điện tử đã nhỏ gọn, tiết kiệm điện hơn, hiệu quả hơn ống chân không, dẫn đến sự ra đời của nhiều thiết bị mới như máy tính, ti vi.

Giai đoạn thứ ba từ 1970 đến nay, sau khi phát minh ra mạch tích hợp IC vào năm 1958, linh kiện điện tử càng trở nên nhỏ gọn, rẻ tiền, hiệu năng cao, tạo nên các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay như điện thoại thông minh, máy tính xách tay.

Số lượng linh kiện điện tử trong các thiết bị điện tử hiện đại ngày càng tăng. Ví dụ:

• Một con chip điện tử hiện đại có thể chứa hàng tỷ bóng bán dẫn.
• Một chiếc điện thoại thông minh hiện đại có thể chứa hàng tỷ bóng bán dẫn.
• Một chiếc xe hơi hiện đại có thể chứa hàng triệu linh kiện điện tử.

Trên đây là tổng hợp các linh kiện điện tử cơ bản quan trọng trong các thiết bị điện tử. Việc hiểu rõ về các linh kiện điện tử cơ bản, ứng dụng và cách sử dụng chúng sẽ giúp bạn thiết kế, sửa chữa và sử dụng các thiết bị điện tử hiệu quả.