Các thành phần điện tử cơ bản

Nếu bạn mới làm quen với điện tử hoặc bắt đầu xây dựng các mạch điện tử thì điều quan trọng cần làm là làm quen với một vài thiết bị và linh kiện điện tử cơ bản. Nếu Không hiểu các thành phần điện tử cơ bản này, chẳng hạn như giá trị của các linh kiện, thông số định mức, mục đích, v.v. Thiết kế mạch của bạn có thể không hoạt động như mong đợi.

Có nhiều linh kiện điện tử như điện trở, tụ điện, LED, transistor, v.v và cũng có nhiều thiết bị như nguồn cung cấp, dao động ký, máy phát xung (hoặc máy phát tín hiệu), máy đo vạn năng, v.v

Trong hướng dẫn này, bạn sẽ có một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về một vài thành phần điện tử cơ bản phổ biến nhất. Để biết thêm thông tin về một thành phần cụ thể, bạn có thể kiểm tra liên kết được liên kết với thành phần riêng lẻ.

Các linh kiện điện tử cơ bản

Có nhiều cách để phân loại các loại linh kiện điện tử khác nhau nhưng cách phổ biến nhất là phân loại chúng thành ba loại:

1. Các linh kiện điện tử tích cực

2. Các linh kiện điện tử thụ động

3. Các linh kiện cơ điện

Linh kiện điện tử tích cực

Nói đúng ra, một linh kiện tích cực là một thiết bị hoạt động như một nguồn năng lượng, giống như một nguồn pin. Nhưng định nghĩa của các linh kiện tích cực khác nhau theo một vài kỹ sư điện tử, những người thực hiện phân tích mạch. Các linh kiện tích cực được định nghĩa là các thiết bị phụ thuộc vào nguồn năng lượng và có thể cung cấp năng lượng cho một mạch điện.

Ví dụ, xem xét diode, là một linh kiện tích cực. Khi diode được kết nối với mạch và được phân cực thuận bởi một nguồn điện, nó không dẫn điện ngay lập tức. Nó chỉ bắt đầu dẫn điện khi điện áp phân cực thuận đạt đến một giá trị ngưỡng. Vì vậy, nó phụ thuộc vào nguồn năng lượng làm cho nó hoạt động. Do đó diode là một linh kiện tích cực.

Các linh kiện điện tử tích cực có thể kiểm soát dòng chảy của các electron thông qua chúng. Một số linh kiện điện tử tích cực thường được sử dụng là transitor, diode, IC (Integrated circuit), nguồn điện (Pin, nguồn cung cấp AC và DC), v.v.

Diode

Diode là một linh kiện bán dẫn phi tuyến tính, chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng. Diode là một linh kiện có 2 cực và 2 cực tương ứng đó là anode và cathode. Hình bên dưới là ký hiệu của một Diode.

Có nhiều loại linh kiện khác cũng thuộc loại diode. Chúng bao gồm diode chuyển tiếp PN, diode phát quang  (LED – Light Emitting Diode), diode Zener, diode Schottky , Photodiode và DIAC.

Bảng các loại diode khác nhau

Transistor

Sự phát minh ra transistor đã làm thay đổi tương lai của các mạch điện tử. Nó là một thiết bị bán dẫn có thể được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện hoặc khuếch đại tín hiệu điện tử.

Transistor là một linh kiện có 3 cực. Nó có thể là một thiết bị điều khiển dòng điện hoặc một thiết bị điều khiển điện áp. Trong thực tế có nhiều loại transistor. Về cơ bản chúng được phân loại như sau:

1) Transistor lưỡng cực (BJT -Bipolar Junction Transistor) và
2) Transistor hiệu ứng trường (FET – Field Effect Transistor).

Chúng có thể được phân loại như sau

IC (Integrated Circuit) 

Mạch tích hợp hoặc IC là sự tích hợp hoặc kết hợp một số linh kiện điện tử (chủ yếu là transistor) trên một thiết bị đơn (hoặc chip) được tạo thành từ vật liệu bán dẫn (thường là Silicon).

Hầu như tất cả các thiết bị điện tử như TV, điện thoại di động, laptop, máy nghe nhạc, bộ định tuyến (Router), v.v … đều có mạch tích hợp (IC) bên trong.

IC được chia thành IC tương tự và IC kỹ thuật số. IC tương tự hoạt động trên các tín hiệu tương tự như nhiệt độ, âm thanh, v.v … những tín hiệu này liên tục thay đổi về biên độ. Mặt khác, các IC kỹ thuật số hoạt động trên các tín hiệu rời rạc, tức là 0 volt và các giá trị khác 0 (như 5V hoặc 3.3V) được biểu diễn dưới dạng nhị phân 0 và 1.

IC thường được sử dụng trong các mạch điện tử cơ bản là Op – Amp (Bộ khuếch đại thuật toán) như LM741, bộ định thời như NE555, bộ vi điều khiển như AT89S52, bộ đếm như CD4017 và bộ điều khiển động cơ như L293D.

Đèn điện tử chân không (Vacuum tube)

Trước đây, đèn điện tử chân không (vacuum tube, còn được gọi tắt là tube hay valve) còn thường được gọi là đèn điện tử hoặc bóng điện tử là linh kiện điện tử sử dụng sự phát xạ điện tử do nung nóng điện cực đặt trong môi trường chân không cao, để thực hiện điều khiển dòng điện tích.

Ngày nay, nhờ ứng dụng tính chất của chất bán dẫn, phần lớn các đèn này được thay thế bằng các linh kiện điện tử khác nhỏ và rẻ hơn nhiều. 

Bởi vì đèn điện tử có kích thước lớn và khi hoạt động toả ra nhiều nhiệt, nên các thiết bị điện tử ngày nay gần như đã không còn dùng đèn điện tử này nữa, mà dùng các linh kiện bán dẫn để thay thế (transistor, IC…).

Nguồn điện

Nguồn cung cấp điện áp DC

Nguồn cung cấp là một phần quan trọng các mạch điện tử. Các linh kiện điện tử chủ yếu hoạt động với nguồn điện DC và do đó việc sở hữu một bộ nguồn cung cấp điện áp DC đáng tin cậy là rất quan trọng.

Có rất nhiều loại nguồn cung cấp năng lượng như  bộ nguồn AC – DC, bộ ổn áp tuyến tính, bộ nguồn xung, .v.v. Bộ nguồn có thể được thay thể bằng một adapter khi mạch điện cần điện áp 5V hoặc 12V.

Pin

Pin là một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và cung cấp điện cho các thiết bị như điện thoại di động, máy tính xách tay, đèn pin, v.v. Trong thiết bị điện tử, chúng ta thường sử dụng pin để cấp nguồn cho mạch của mình.

Pin có kích cỡ và điện áp khác nhau. Pin cũng được phân loại là pin sơ cấp và pin thứ cấp. Bạn có thể sử dụng pin sơ cấp cho đến khi hết pin và không dùng được nữa. Trong trường hợp pin thứ cấp, bạn có thể sử dụng chúng nhiều lần bằng cách sạc lại mỗi khi hết pin. Trong các mạch điện tử, chúng ta thường sử dụng pin AA 1.5V hoặc pin 9V PP3.

Thiết bị hiển thị

LCD 16 x 2 

Mô đun hiển thị thông dụng nhất trong các mạch điện tử là màn hình LCD và đặc biệt là màn hình LCD 16 x 2. Nó là một màn hình hiển thị chữ và số với hai hàng và 16 cột và có thể hiển thị tối đa 32 ký tự.

Led 7 đoạn

Một mô đun hiển thị thông dụng khác là Led 7 đoạn. Nó có thể được sử dụng để hiển thị chữ số thập phân trong các thiết bị điện tử khác nhau như đồng hồ, thiết bị đo, máy tính, hệ thống thông tin công cộng, v.v.

Linh kiện thụ động

Các linh kiện thụ động không thể điều khiển dòng điện qua chúng, tức là chúng không thể đưa năng lượng vào mạch nhưng có thể tăng hoặc giảm điện áp và dòng điện.

Những linh kiện này không phụ thuộc vào nguồn năng lượng cho hoạt động của chúng. Các linh kiện có 2 chân như điện trở, tụ điện, cuộn cảm và máy biến áp là những ví dụ của các linh kiện thụ động.

Điện trở

Linh kiện cơ bản của tất cả các linh kiện điện tử là điện trở. Nó là một linh kiện điện tử thụ động tạo ra điện trở trong mạch điện. Bằng cách sử dụng điện trở, chúng ta có thể giảm dòng điện, phân chia điện áp, phân cực cho transistor (hoặc các linh kiện tích cực khác), v.v.

Đọc thêm bài viết về điện trở.

Định luật Ohm phát biểu rằng dòng điện qua một dây dẫn tỷ lệ thuận với điện áp trên dây dẫn đó. Hằng số tỷ lệ được gọi là điện trở.

Công thức toán học biểu diễn cho định luật Ohm là I = V/R.

Các loại điện trở khác nhau có thể được xác định theo chức năng, kích thước, đặc tính v.v của chúng . Điện trở được chia thành điện trở cố định và điện trở thay đổi được (biến trở).

Điện trở cố định, như tên gọi đã cho thấy, có một giá trị điện trở cố định và điện trở của nó không thay đổi do các tham số bên ngoài. Mặt khác, điện trở thay đổi được có một giá trị điện trở thay đổi được bằng tay hoặc được điều khiển bởi các yếu tố bên ngoài như quang trở (LDR – Light Dependent Resistor ) hoặc nhiệt trở (Thermistor). Hình ảnh dưới đây cho thấy các loại điện trở khác nhau có trong thực tế.

Tụ điện

Linh kiện thụ động quan trọng thứ hai là tụ điện, một thiết bị lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Hầu hết các tụ điện có cấu tạo bao gồm hai tấm dẫn điện được phân cách bằng vật liệu điện môi.

Nếu Q là điện tích trên bất kỳ một trong những tấm dẫn điện và V là điện áp giữa chúng thì điện dung C của tụ là C = Q / V.

Đọc thêm bài viết về tụ điện.

Trong các mạch điện tử, tụ điện được sử dụng chủ yếu để chặn dòng điện DC và cho phép dòng điện xoay chiều đi qua. Các ứng dụng khác của tụ điện là bộ lọc, mạch định thời, nguồn điện và các thiết bị lưu trữ năng lượng.

Có rất nhiều loại tụ như tụ có cực, tụ không có cực, tụ gốm, tụ sứ, tụ điện phân, siêu tụ v.v.

Cuộn cảm

Nếu tụ điện lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường, thì cuộn cảm là thiết bị lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường. Cuộn cảm không là gì ngoài một sợi dây được quấn theo dạng một cuộn dây.

Cuộn cảm được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị AC như bộ lọc, cuộn dây chặn (choke), mạch thu sóng v.v.

Đọc thêm bài viết về cuộn cảm.

Lõi của cuộn cảm là không khí, sắt, ferrite v.v. sẽ xác định cường độ của từ trường. Cuộn cảm chống lại sự thay đổi dòng điện qua chúng và sự thay đổi của dòng điện sẽ gây ra điện áp cảm ứng.

Thiết bị đo lường và kiểm tra cơ bản

Khi nói đến việc thiết kế mạch điện tử, kiểm tra và đo các thông số khác nhau như dòng điện, điện áp, tần số, điện trở, điện dung, v.v là rất quan trọng. Do đó, các thiết bị đo lường và kiểm tra như dao động ký (Oscilloscope), máy đo đa năng (Multimeter), thiết bị phân tích logic (Logic Analyzer), máy phát xung (Function Generator) thường được sử dụng thường xuyên.

Dao động ký (Oscilloscope)

Thiết bị kiểm tra đáng tin cậy nhất để quan sát các tín hiệu thay đổi liên tục là một dao động ký/máy đo hiện sóng. Với sự trợ giúp của một dao động ký, chúng ta có thể quan sát những thay đổi của một tín hiệu điện như điện áp theo thời gian.

Dao động ký được sử dụng trong một loạt các lĩnh vực như y tế, điện tử, ô tô, công nghiệp và viễn thông.

Ban đầu, dao động ký được tạo thành từ màn hình CRT (Cathode Ray Tube) nhưng ngày nay, hầu như tất cả các dao động ký là dao động ký số với các tính năng tiên tiến như lưu trữ và bộ nhớ.

Máy đo vạn năng

Một máy đo vạn năng là sự kết hợp của Vôn kế, Ampe kế và Ôm kế. Chúng được chế tạo để cho phép đo các thông số khác nhau của một mạch điện tử như dòng điện, điện áp v.v.

Vạn năng kế có thể đo các giá trị AC và DC. Các máy đo vạn năng ban đầu là tương tự và dùng kim để hiển thị kết qủa đo. Các máy đo vạn năng hiện đại dùng kỹ thuật số và thường được gọi là máy đo vạn năng số (DMM – Digital Multimeter).

DMM có sẵn dưới dạng thiết bị cầm tay cũng như thiết bị đặt trên bàn. Máy đo vạn năng rất tiện dụng trong việc tìm kiếm các lỗi cơ bản trong một mạch điện.

Máy phát xung hay máy phát tín hiệu

Máy phát tín hiệu tạo ra một loạt các tín hiệu để kiểm tra và xử lý sự cố các mạch điện tử. Các loại tín hiệu phổ biến nhất là sóng tam giác, sóng sin, sóng vuông và sóng răng cưa.

Cùng với nguồn cung cấp và dao động ký thì máy phát xung cũng là một thiết bị quan trọng khi thiết kế các mạch điện tử.

Trong bài viết này, chúng ta đã thấy một số thành phần điện tử cơ bản và thiết bị kiểm tra mà chúng ta rất thường xuyên sử dụng khi thiết kế hoặc thử nghiệm các mạch điện tử.