Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến các thông số điện điện trở, cuộn cảm, điện dung của một số linh kiện điện

Bộ Công Thương
Tập Đoàn Công Nghiệp Than Khoáng Sản Việt Nam - TKV
Viện Cơ Khí Năng Lượng Và Mỏ - TKV




BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
VÀ THỜI GIAN ĐẾN CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN:
ĐIÊN TRỞ, CUỘN CẢM, ĐIỆN DUNG CỦA MỘT SỐ
LINH KIỆN ĐIỆN




7274
31/3/2009




Hà Nội 12/2008

Bộ Công Thương
Tập Đoàn Công Nghiệp Than Khoáng Sản Việt Nam - TKV
Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ - TKV



BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến các thông số điện:
Điên trở, cuộn cảm, điện dung của một số linh kiện điện

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ TKV
Chủ nhiệm đề tài: ThS. Bạch Đông Phong



Chủ nhiệm đề tài Duyệt Viện

Bạch Đông Phong


Hà Nội 12.2008


1
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3
I. Giới thiệu về các linh kiện điện 3
1.1. Những khái niệm cơ bản 3
1.2. Cấu tạo, tính chất của điện trở 4
1.2.1 Các đặc điểm cấu tạo của điện trở 5
1.3. Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của Tụ điện 11
1.3.1 Một số dạng thực tế của tụ điện và cách đọc tụ điện 11


Tụ không phân cực: 12
Tụ hoá: 13
Tụ Tantali: 14
Tụ điện biến đổi: 15
Tụ chặn: 15
1.4. Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của cuộn cảm 16
1.4.1 Cấu tạo của cuộn cảm 16
1.4.2. Cách đọc cuộn cảm: 18
II. Nghiên cứu tìm hiểu các tiêu chuẩn, phương pháp đánh giá các tính chất điện cho
các linh kiện điện. 18
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤC VỤ CHO VIỆC NGHIÊN
CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN. 20
I. Cầu đo LCR Meter SR 715 20
II. Thiết bị lò nung 24
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 51
I. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ 51
1. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 1,8 kΩ ± 1% phụ thuộc vào nhi
ệt độ 51
2. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 560 Ω ± 5% phụ thuộc vào nhiệt độ 52
3. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 820 Ω ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 52
4. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 100 Ω ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 53
5. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 150 ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 53
6. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 39 kΩ ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 54
7. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 56 kΩ ± 5% phụ thuộc vào nhiệt độ 54
8. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 82 kΩ ± 5% phụ thuộc vào nhiệ
t độ 55
9. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 180 kΩ ± 1% phụ thuộc vào nhiệt độ 55
10. Khảo sát sự thay đổi giá trị của điện trở 220 kΩ ± 5% phụ thuộc vào nhiệt độ. 55

2
II. Nghiên cứu khảo sát sự thay đổi điện cảm của cuộn cảm theo nhiệt độ với các cuộn
cảm khác nhau 56
1. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 100 µH theo nhiệt độ 56
2. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 10µH theo nhiệt độ 57
3. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 940 µH theo nhiệt độ 57
4. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 910µH theo nhiệt độ 57
5. Khảo sát sự thay đổi giá trị độ tự cảm của cuộn cảm 330 µH theo nhiệt độ 58
III. Nghiên cứu khảo sát sự thay đổi tụ điện theo nhiệt độ với các tụ điện khác nhau. 59
1. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 0,47 µF theo nhiệt độ 59
2. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 2A103K theo nhiệt độ (Tụ mica) 60
3. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 3,3 µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 61
3. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 1 µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 61
4. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 2,2 µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 62
5. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 10µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 62
6. Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện 220µF theo nhiệt độ (Tụ hóa) 62
KẾT LUẬN 64
T ÀI LIỆU THAM KHẢO 65
PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.



2

MỞ ĐẦU

Trong những thập niên gần đây, sự phát triển và ứng dụng của khoa học kỹ
thuật ở Việt Nam đã làm thay đổi đời sống xã hội, cùng với sự phát triển của khoa
học kỹ thuật, xu hướng tăng tỷ lệ nội địa hoá, giảm nhập khẩu nhằm giúp Nhà
nước giảm chi phí, tiết kiệm ngoại tệ, giảm tỷ lệ nhập siêu từ nước ngoài và ch

động nguồn hàng đã trở thành mục tiêu của Đảng và Nhà nước trong quá trình
công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Rất nhiều máy móc thiết bị, các chi tiết,
linh kiện đã được chúng ta chế tạo ra và thay thế xứng đáng cho các máy móc thiết
bị, các chi tiết, linh kiện nhập ngoại. Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa khả năng
làm việc của máy móc thì chúng ta phải không ngừng cải tiến hơn nữa về chất
l
ượng sản phẩm, trong đó việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ làm việc ở
Việt Nam đến tính chất và các thông số của các thiết bị và linh kiện đóng vai trò
rất quan trọng. Chính vì lý do đó mà nhóm nghiên cứu đã tập trung vào xây dựng
hệ thiết bị kiểm tra, đánh giá về chất lượng của các sản phẩm linh kiện điện hiện
có trên thị trường Việt Nam, nhằ
m đưa ra những khuyến cáo cho các nhà sản xuất,
gia công trong nước về độ chính xác, điều kiện làm việc của các linh kiện điện
hiện bán trên thị trường.

Trong những thập niên gần đây, sự phát triển và ứng dụng của khoa học kỹ
thuật tại Việt Nam đã làm thay đổi đời sống xã hội, cùng với sự phát triển đó, xu
hướng tăng tỷ lệ n
ội địa hóa, giảm nhập khẩu nhằm giúp Nhà nước giảm chi phí,
tiết kiệm ngoại tệ, giảm tỷ lệ nhập siêu và chủ động nguồn hàng đã trở thành mục
tiêu của Đảng và Nhà nước trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước. Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa khả năng làm việc của máy móc thì chúng
ta phải không ngừng cải tiến hơn nữa về chất lượng sản phẩm. Tạ
i Nước ta thì việc
nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chế độ làm việc đến tính chất và các thông số
của các thiết bị và linh kiện đóng vai trò rất quan trọng. Do đó, nhóm thực hiện đề
tài đã tập trung vào xây dựng hệ thiết bị để kiểm tra, đánh giá về chất lượng của
các sản phẩm linh kiện điện tử hiện có trên thị trường Việt Nam, để b
ước đầu
chúng ta có thể kiểm soát và duy trì được chất lượng các sản phẩm một cách

3
thường xuyên hoặc có thể đưa ra được các phương án nhằm cải thiện nâng cao
chất lượng sản phẩm.
Với thời gian nghiên cứu còn hạn chế, nội dung báo cáo chưa thể hiện được
hết tất cả những mong muốn của nhóm nghiên cứu, rất mong được sự đóng góp ý
kiến của quý vị.
Nhóm đề tài xin chân thành cảm ơn Bộ Công Thương, trường đại học Bách
khoa Hà nội, trường
Đại học Mỏ địa chất, trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
cũng như tất cả các đơn vị, cá nhân đã phối hợp với chúng tôi thực hiện đề tài này.

TM nhóm thực hiện đề tài



Bạch Đông Phong



3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I. Giới thiệu về các linh kiện điện
Hiện nay tại Việt Nam các linh kiện điện (điện trở, cuộn cảm, tụ điện) được
bày bán rộng rãi trên thị trường, nhưng đa phần các linh kiện này được nhập khẩu
từ Trung Quốc có giá thành rất rẻ cho nên chất lượng không được đảm bảo. Việc
nghiên cứu, đánh giá chất lượng các linh kiện này một cách chính xác và có hệ
thống vẫn ít được quan tâm.
Phòng thí nghiệm Vật liệ
u tính năng kỹ thuật cao của chúng tôi được trang
bị một máy đo các thông số của linh kiện điện: LCR Meters Model SR715 do hãng
Stanford Research Systems, Mỹ sản xuất có độ chính xác cao. Việc sử dụng, khai
thác thiết bị trong thời gian qua đã được nhân viên của phòng thí nghiệm thực hiện
cho nhiều khách hàng. Để phát huy hơn nữa tính năng của thiết bị và các điều kiện
thử nghiệm, chúng tôi tiến hành 1 loạt các nghiên cứu về độ chính xác, tính chấ
t
của các linh kiện điện hiện bán trên thị trường, các điều kiện làm việc tại các nhiệt
độ khác nhau, nhằm khảo sát độ chính xác và đưa ra các khuyến cáo cho những
người sử dụng những linh kiện đó.
1.1. Những khái niệm cơ bản
Trạng thái điện của 1 phần tử được thể hiện qua hai thông số trạng thái là
điện áp u giữa 2 đầu và dòng điện i chạy qua, khi ph
ần tử tự nó tạo được các thông
số này thì được gọi là 1 nguồn điện áp hay nguồn dòng điện. Ngược lại, phần tử
không tự tạo được điện áp hay dòng điện trên thì nó cần phải được nuôi từ 1 nguồn
sức điện động từ ngoài. Mối quan hệ tương hỗ giữa 2 thông số trạng thái u và i của
1 phần tử được gọi là trở kháng củ
a nó thể hiện ở một quan hệ hàm số: i = f(u).
Ở đây ta chọn điện áp u giữa 2 đầu của phần tử đang xét là biến số và dòng
điện i chảy qua là hàm số của u. Khi đó, tồn tại hai nhóm quan hệ: hàm f là quan
hệ tuyến tính (được mô tả bởi phương trình đại số bậc nhất hay phương trình vi
tích phân tuyến tính), phần tử tương ứng được gọi là phần tử tuyến tính; còn khi
quan hệ hàm f là quan hệ phi tuyến tính (trạng thái được mô tả bởi phương trình
đại số bậc cao hay phương trình vi tích phân tuyến tính), phần tử tương ứng được
gọi là phần tử phi tuyến. Điện trở, tụ điện và cuộn cảm trong điều kiện làm việc

4
thông thường là các phần tử thuộc nhóm quan hệ tuyến tính. Tính chất quan trọng
nhất là có thể áp dụng được nguyên lý chồng chất, nghĩa là tác động tổng cộng
luôn bằng tổng các tác động riêng lẻ lên phần tử, đáp ứng tổng cộng nhận được
luôn bằng các đáp ứng riêng lẻ. Nếu biểu diễn quan hệ i = f(u) bằng đồ thị gọi là
đặc tuyến von-ampe của phần tử thì đồ thị
sẽ có dạng bậc nhất theo các quan hệ
(1.1)






=
=
dt
du
ki
uki
2
1
(1.1)
Hay

= udtki
3

ở đây các giá trị k
1
, k
2
, k
3
là hằng số.
Nếu đặt
R
k
1
1
= (là điện dẫn của phần tử) thì ta có biểu thức của định luật
Ohm cho 1 điện trở thuần có giá trị R:

u
R
i .
1
= (1.2)
Còn khi có k
2
= C (gọi là điện dung của 1 tụ điện) ta có quan hệ:

dt
du
Ci = (1.3)
Và khi có
L
k
1
3
=
(L là điện cảm của 1 cuộn dây) ta có quan hệ:


= udt
L
i
1
(1.4)
Các hệ thức (1.2), (1.3) và (1.4) là các phương trình mô tả trạng thái của
các phần tử điện trở, tụ điện và cuộn dây.
1.2. Cấu tạo, tính chất của điện trở
Để đạt được 1 giá trị dòng điện mong muốn tại 1 điểm nào đó của mạch
điện hay giá trị điện áp mong muốn giữa 2 điểm của mạch người ta dùng đ
iện trở
có giá trị thích hợp, chú ý rằng chúng có tác dụng giống nhau trong cả mạch điện 1
chiều và mạch điện xoay chiều, tức là chế độ làm việc của điện trở không phụ
thuộc vào tần số của tín hiệu tác động lên nó. Khi sử dụng 1 điện trở, các tham số
cần quan tâm là: Giá trị điện trở tính bằng Ohm (

) hay kilô-ôm ( Ωk )…; Sai số
hay dung sai là mức thay đổi tương đối của giá trị thực so với giá trị danh định của

5
nhà sản xuất được ghi trên nó tính theo phần trăm (%); Công suất tối đa tính bằng
wat (W); tham số về đặc điểm cấu tạo và loại vật liệu được dùng để chế tạo điện
trở.
1.2.1 Các đặc điểm cấu tạo của điện trở
a. Các loại điện trở có giá trị cố định thường gặp nhất được cho trên hình (1. 2)
Mµng than 1/3W
Mµng than 1W
Mµng than 1/2W
Mµng than 1/20W Mµng than 1/3W
Mµng kim lo¹i 1/10W
«
xÝt kim lo¹i 1/2W
D©y quÊn 1W
D©y quÊn 3W
D©y quÊn 7W

Hình 1.1. Các loại điện trở cố định
Nếu phân chia theo cấu tạo, có 5 loại điện trở chính là:
- Điện trở than ép dạng thanh chế tạo từ bột than trộn với chất kết dính, nung
nóng hoá thể rắn, được bảo vệ bằng 1 lớp vỏ giấy phủ gốm hay lớp sơn. Điện trở
than có độ ổn định cao là loại phổ biến nhấ
t có công suất danh định từ
20
1
W đến
vài W, có giá trị 10

đến 22M

.
- Điện trở màng kim loại chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr trên thân
gốm có xẻ rãnh xoắn sau đó phủ lớp sơn, loại này có độ ổn định cao hơn loại
than nhưng giá thành cao hơn vài lần.
- Điện trở oxit kim loại: Kết lắng màng oxit thiếc trên thanh SiO
2
, chịu nhiệt
và chịu ẩm tốt.
- Điện trở quấn dây thường dùng khi yêu cầu giá trị điện trở rất thấp hay yêu
cầu dòng điện rất cao.
b. Giá trị của mỗi loại điện trở sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ là khác nhau.

6
Khi ở trong môi trường có nhiệt độ thay đổi hoặc khi có dòng điệu chạy qua
(điện trở toả nhiệt theo định luật Jun- Lenxơ) thì giá trị của điện trở sẽ thay đổi:
Trong phần lớn các loại điện trở khác có cấu tạo từ vật liệu kim loại (hình 1.2)
(loại màng kim loại, oxit kim loại…) khi tăng nhiệt độ sự chuyển động của các
nguyên tử trong các ô mạng, các
điện tử định xứ, điện tử tự do tăng lên dẫn tới khả
năng va chạm với các điện tử dẫn tăng, cản trở sự dẫn điện của vật liệu làm tăng
giá trị của điện trở, do đó hệ số nhiệt độ của điện trở là dương.
Công thức tính điện tr
ở của vật liệu kim loại:
R(T) = R
0
(1 + αT) (1.5)
Trong đó:
R
0
là điện trở của kim loại ở 0
o
C
α là hệ số nhiệt điện trở (giá trị phụ thuộc từng loại vật liệu)

Hinh 1.2. Cấu trúc của kim loại
Ngược lại, với các điện trở có cấu tạo từ các vật liệu có tính chất bán dẫn thông
thường hình 1.3 (các màng than…). Khi nhiệt độ tăng, các điện tử ở vùng hóa trị
sẽ tách khỏi lỗ trống và nhảy lên vùng dẫn và trở thành hạt dẫn điện làm cho giá trị
của điện trở giảm.
Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng c
ủa chất bán dẫn (A là vùng hóa trị;
B là vùng dẫn, khoảng cách giữa hai vùng A và B là vùng cấm).

7
Công thức tính điện trở của vật liệu bán dẫn:
R(T) = R
0
exp(∆E/2kT) (1.6)
Trong đó:
R
0
là điện trở của vật liệu ở 0
o
C
∆E – năng lượng vùng cấm
k = 1,38.10
-23
JK
-1
hằng số Bônxơman
c. Điện trở biến đổi thường gọi là chiết áp với cấu tạo như đã nêu trên nhưng
có dạng cung 270
0
nối với một cần con chạy quay được nhờ một trục giữa, con
chạy tiếp xúc động với vành điện trở nhờ đó giá trị của nó tính từ 1 trong 2 đầu tới
điểm con chạy có thể biến đổi khi quay quanh trục con chạy. Khi con chạy dịch
chuyển, giá trị điện trở sẽ thay đổi so với vị trí con chạy có tỷ lệ với vị trí hình học
của con chạy khi đó ta có triết áp biến đổi tuyến tính, trong các trường hợp khác
đây là quan hệ hàm logarit (tức là ban đầu tăng nhanh sau đó con chạy càng dịch
xa giá trị điện trở sẽ càng tăng chậm lại).
Cũng có loại chiết áp điều chỉnh trước (hay gọi là bán điều chỉnh – Trimơ),
khi đó cần điều chỉnh bằng cái vặn vít vì không có cần quay ở tại trục mà chỉ

vòng quay gắn với con chạy, loại này khi dùng trong mạch chỉ điều chỉnh 1 lần
trong phạm vi góc quay hẹp của con chạy (vi điều chỉnh).
Các điện trở thực tế do các nhà sản xuất chế tạo có giá trị thể hiện trên bảng 1.1.
Bảng 1.1 Thang các giá trị sản xuất thực của điện trở
<10



k



MΩ
0,33
0,5
1
1,5
2
3
3,3
3,9
4
4,7
5
10
12
15
18
22
27
33
39
47
56
68
1
1,2
1,5
1,8
2,2
2,7
3,3
3,9
4,7
5,6
6,8
100
120
150
180
220
0,27
0,33
0,39
0,47
0,56
0,68
0,82
1,0
1,2
1,5
1,8

8
5,6
6
6,5
8
82
100
120
150
180
220
270
330
390
470
560
680
820
8,2
10,0
12,0
15,0
18,0
22,0
27,0
33,0
39,0
47,0
56,0
68,0
82,0
2,2
2,7
3,3
3,9
4,7
5,6
6,5
8,2
10,0
12,0
15,0
18,0
22,0

Khi tính toán lý thuyết để thiết kế mạch điện, giá trị điện trở nhận được
thường khác với thang giá trị trên, lúc đó cần chọn giá trị trong bảng gần nhất với
giá trị đã tính.
d. Phân loại điện trở và cách đọc điện trở
Như đã đề cập ở phần trên, điện trở đặc trưng cho tính chất cản trở dòng
điện. Chính vì thế, khi sử dụng điện trở cho một mạch điện thì một phần năng
lượng điện sẽ bị tiêu hao để duy trì mức độ chuyển dời của dòng điện. Nói một
cách khác thì khi điện trở càng lớn thì dòng điện đi qua càng nhỏ và ngược lại khi
điện trở nhỏ thì dòng điện dễ dàng được truyền qua. Khi dòng điệ
n cường độ I
chạy qua một vật có điện trở R, điện năng được chuyển thành nhiệt năng với công
suất theo phương trình sau:
P = I
2
.R (1.7)
trong đó:
P là công suất (W)
I là cường độ dòng điện (A)
R là điện trở (
Ω )
Chính vì lý do này, khi phân loại điện trở, người ta thường dựa vào công
suất mà phân loại điện trở. Và theo cách phân loại dựa trên công suất, thì điện trở
thường được chia làm 3 loại:

9
- Điện trở công suất nhỏ
- Điện trở công suất trung bình
- Điện trở công suất lớn.
Tuy nhiên, do ứng dụng thực tế và do cấu tạo riêng của các vật chất tạo nên
điện trở nên thông thường, điện trở được chia thành 2 loại:
- Điện trở: là các loại điện trở có công suất trung bình và nhỏ hay là các
điện trở chỉ cho phép các dòng điện nh
ỏ đi qua.
- Điện trở công suất: là các điện trở dùng trong các mạch điện có dòng
điện lớn đi qua hay nói cách khác, các điện trở này khi mạch hoạt động sẽ tạo ra
một lượng nhiệt năng khá lớn. Chính vì thế, chúng được cấu tạo nên từ các vật liệu
chịu nhiệt.
Để tiện cho quá trình theo dõi, các khái niệm điện trở và điện trở công suất
được s
ử dụng theo cách phân loại trên.
Cách đọc giá trị các điện trở này thông thường cũng được phân làm 2 cách
đọc, tuỳ theo các ký hiệu có trên điện trở. Dưới đây là hình về cách đọc điện trở
theo vạch màu trên điện trở.
Đối với các điện trở có giá trị được định nghĩa theo vạch màu thì chúng ta
có 3 loại điện trở: Điện trở 4 vạch màu, 5 vạch màu và 6 vạch màu. Loại
điện trở 4
vạch màu và 5 vạch màu được chỉ ra trên hình vẽ. Khi đọc các giá trị điện trở 5
vạch màu và 6 vạch màu thì chúng ta cần phải để ý một chút vì có sự khác nhau
một chút về các giá trị. Tuy nhiên, cách đọc điện trở màu đều dựa trên các giá trị
màu sắc được ghi trên điện trở 1 cách tuần tự:
* Đối với điện trở 4 vạch màu
- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị
hàng chục trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với
giá trị điện trở
- Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở
* Đối với điện trở 5 vạch màu
- Vạch màu thứ nh
ất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

10
- Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với
giá trị điện trở
- Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở

Hình 1.4. Cách đọc điện trở theo vạch màu trên điện trở
* Đối với điện trở 6 vạch màu, vạch mà thứ 6 cho biết sự thay đổi giá trị
của điện trở theo nhiệt độ.
Ví dụ trong hình vẽ trên:
- Điện trở ở vị trí bên trái có giá trị được tính như sau:
R = 45 × 10
2
Ω = 4,5 KΩ. Bởi vì màu vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng
với 5, và đỏ tưong ứng với giá trị số mũ 2. Vòng màu cuối cho biết sai số của điện
trở có thể trong phạm vi 5% ứng với màu kim loại vàng.
- Điện trở ở vị trí giữa có giá trị được tính như sau:
R = 380 × 10
3
Ω = 380 KΩ. Bởi vì màu cam tương ứng với 3, xám tương ứng với
8, đen tương ứng với 0, và cam tương ứng với giá trị số mũ 3. Vòng cuối cho biết
giá trị sai số là 2% ứng với màu đỏ.
- Điện trở ở vị trí bên phải có giá trị được tính như sau:
R = 527 × 10
4
Ω = 5270 KΩ. Bởi vì màu xanh lục tương ứng với 5, đỏ tương ứng
với 2, và tím tương ứng với 7, vàng tương ứng với số mũ 4, và nâu tương ứng với
sai số 1%. Vòng màu cuối cho biết sự thay đổi giá trị của điện trở theo nhiệt độ là
10 PPM/°C.

11
1.3. Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của Tụ điện
1.3.1 Một số dạng thực tế của tụ điện và cách đọc tụ điện
Tụ điện là phần tử có giá trị dòng điện qua nó tỷ lệ với tốc độ biến đổi của
điện áp trên nó theo thời gian (hệ thức
dt
du
Ci =
1.3). Chúng được chia thành 2 loại
chính: loại không phân cực và loại có cực tính xác định khi làm việc (có thể bị
hỏng khi nối ngược cực tính).
Tụ điện là linh kiện có chức năng tích trữ năng lượng điện. Chúng thường
được dùng kết hợp với các điện trở trong các mạch điện bởi khả năng tích trữ năng
lượng điện trong một khoảng thời gian nhất
định. Đồng thời tụ điện cũng được sử
dụng trong các nguồn điện với chức năng làm giảm độ gợn sóng của nguồn trong
các nguồn xoay chiều (tụ lọc), hay trong các mạch lọc bởi chức năng của tụ nói
một cách đơn giản đó là tụ ngắn mạch (cho dòng điện đi qua) đối với dòng điện
xoay chiều và hở mạ
ch đối với dòng điện 1 chiều.
Công thức tính giá trị của điện dung tụ điện:
d
S
C
0
ε
ε
= (1.8)
Trong đó C là điện dung của tụ điện
ε, ε
0
là hằng số điện môi của môi trường và của chân không
S là diện tích giữa các bản của tụ điện
d là khoảng cách giữa 2cacs bản tụ điện
Để đặc trưng cho khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện, người ta
đưa ra khái niệm là điện dung của tụ điện. Điện dung càng cao thì khả năng tích
trữ nă
ng lượng của tụ điện càng lớn và ngược lại. Giá trị điện dung được đo bằng
đơn vị Farad ký hiệu là F. Giá trị F là rất lớn nên thông thường trong các mạch
điện, các giá trị tụ chỉ đo bằng các giá trị nhỏ hơn như micro fara (µF), nano Fara
(nF) hay picro Fara (pF).
Phân loại tụ điện và cách đọc tụ điện:
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều loại tụ
điện khác nhau nhưng về cơ bản,
chúng ta có thể chia tụ điện thành hai loại: Tụ có phân cực (có cực xác định) và tụ
điện không phân cực (không xác định cực dương âm cụ thể).

12
a. Về cấu tạo tụ không phân cực gồm các lá kim loại xem kẽ với các lá làm
bằng chất cách điện, giá trị của tụ thường có điện dung từ 1,8pF (1pF=10
-12
F) tới
1
µ
F (1
µ
F = 10
-6
F).
Tụ không phân cực:

Hình 1.5. Tụ thường không phân cựu
Các loại tụ nhỏ thường không phân cực. Các loại tụ này thường chịu được
các điện áp cao mà thông thường là khoảng 50V hay 250V. Các loại tụ không
phân cực này có rất nhiều loại và có rất nhiều các hệ thống chuẩn đọc giá trị khác
nhau.
Rất nhiều các loại tụ có giá trị nhỏ được ghi ra ngoài mà không cần có hệ số
nhân nào, nhưng cũng có các loại tụ có thêm các giá trị cho hệ số
nhân. Ví dụ có
các tụ ghi 0.1 có nghĩa giá trị của nó là 0,1 µF =100 nF hay có các tụ ghi là 4n7 thì
có nghĩa giá trị của tụ đó chính là 4,7 nF.
Các loại tụ có dùng mã:
Mã số thường được dùng cho các loại tụ có giá trị nhỏ trong đó các giá trị
được định nghĩa lần lượt như sau:
- Giá trị thứ 1 là số hàng chục
- Giá trị thứ 2 là số hàng đơn vị
- Giá trị thứ 3 là số số không nối tiếp theo giá trị của số
đã tạo từ giá trị 1 và
2, giá trị của tụ được đọc theo chuẩn là giá trị picro Fara (pF)
- Chữ số đi kèm sau cùng đó là chỉ giá trị sai số của tụ.
Ví dụ: tụ ghi giá trị 102 thì có nghĩa là 10 và thêm 2 số 0 đằng sau =1000
pF = 1 nF chứ không phải 102 pF
Hoặc ví dụ tụ 272J thì có nghĩa là 2700 pF=2,7 nF và sai số là 5%
Tụ có dùng mã màu:

Hình 1.6. Tụ dùng mã màu phân biệt giá trị điện dung

13
Sử dụng chủ yếu trên các tụ loại polyester trong rất nhiều năm. Hiện nay
các loại tụ này đã không còn bán trên thị trường nữa nhưng chúng vẫn tồn tại trong
khá nhiều các mạch điện cũ. Màu được định nghĩa cũng tương tự như đối với màu
trên điện trở. 3 màu trên cùng lần lượt chỉ giá trị tụ tính theo pF, màu thứ 4 là chỉ
dung sai và màu thứ 5 chỉ ra giá trị đi
ện áp.
Ví dụ: tụ có màu nâu/đen/cam có nghĩa là 10000 pF= 10 nF= 0.01 µF.
Chú ý rằng không có khoảng trống nào giữa các màu nên thực tế khi có 2
màu cạnh nhau giống nhau thì nó tạo ra một mảng màu rộng.
Ví dụ: Dải đỏ rộng/vàng= 220 nF=0.22 µF
b. Khi tụ có điện dung lớn, kích thước tụ trở nên khá lớn nên đã chế tạo ra
loại tụ có phân cực tính, kích thước tụ sẽ giảm đi đáng kể.
Tụ điện phân (t
ụ hóa) là loại tụ phân cực, có cấu tạo gồm 2 điện cực tách
rời nhau nhờ một màng mỏng chất điện phân, khi có 1 điện áp tác động lên hai cực
điện sẽ xuất hiện một màng oxit kim loại không dẫn điện, lớp điện môi càng mỏng
thì điện dung của tụ càng lớn. Đây là loại tụ điện có cực tính xác định được đánh
d
ấu trên thân tụ, nếu nối ngược cực tính, lớp điện môi có thể bị phá huỷ và làm
hỏng tụ, loại này dễ bị dò điện do lượng điện phân còn dư.
Tụ hoá:

Hình 1.7. Một và loại tụ hoá thông thường
Khi sử dụng tụ hóa yêu cầu người sử dụng phải cắm đúng chân của tụ điện
với điện áp cung cấp. Thông thường, các loại tụ hóa thường có ký hiệu chân cụ thể
cho người sử dụng bằng các ký hiệu (+) hoặc (-) tương ứng với chân tụ.
Có hai dạng tụ hóa thông thường đó là tụ hóa có chân tại hai đầu trụ tròn
c
ủa tụ (tụ có ghi 220 µF trên hình 1.6 ) và loại tụ hóa có 2 chân nối ra cùng 1 đầu
trụ tròn (tụ có ghi giá trị 10 µF trên hình 1.6). Đồng thời trên các tụ hóa, người ta
thường ghi kèm giá trị điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được. Nếu trường hợp
điện áp lớn hơn so với giá trị điện áp trên tụ thì tụ sẽ bị phồng hoặc nổ tụ tùy thuộc

14
vào giá trị điện áp cung cấp. Thông thường, khi chọn các loại tụ hóa này người ta
thường chọn các loại tụ có giá trị điện áp lớn hơn các giá trị điện áp đi qua tụ để
đảm bảo tụ hoạt động tốt và đảm bảo tuổi thọ của tụ hóa.
Tụ Tantali:

Hình 1.8. Một số dạng tụ Tantali thường gặp
Tụ Tantali cũng là loại tụ hóa nhưng có điện áp thấp. Chúng khá đắt nhưng
nhỏ và chúng được dùng khi yêu cầu về điện dung lớn nhưng kích thước nhỏ.
Các loại tụ Tantali hiện nay thường ghi rõ trên nó giá trị tụ, điện áp cũng
như cực của tụ. Các loại tụ Tantali ngày xưa sử dụng mã màu để phân biệt. Chúng
thường có 3 c
ột màu (biểu diễn giá trị tụ, một cột biểu diễn giá trị điện áp) và một
chấm màu đặc trưng cho số các số không sau dấu phẩy tính theo giá trị µF. Chúng
cũng dùng mã màu chuẩn cho việc định nghĩa các giá trị nhưng đối với các điểm
màu thì điểm màu xám có nghĩa là giá trị tụ nhân với 0,01; trắng nhân 0,1 và đen
là nhân 1. Cột màu định nghĩa giá trị điện áp thường nằ
m ở gần chân của tụ và có
các giá trị như sau:

Hình 1.9. Một số tụ được phân biệt bằng mã mầu
Tụ thường và kí hiệu
Vàng=6,3V
Đen= 10V
Xanh lá cây= 16V
Xanh da trời= 20V
Xám= 25V
Trắng= 30V
Hồng= 35V

15
Tụ Polyester:
Ngày nay, loại tụ này cũng hiếm khi được sử dụng. Giá trị của các loại tụ
này thường được in ngay trên tụ theo giá trị pF. Tụ này có một nhược điểm là dễ
bị hỏng do nhiệt hàn nóng. Chính vì thế khi hàn các loại tụ này người ta thường có
các kỹ thuật riêng để thực hiện hàn, tránh làm hỏng tụ.

Hình 1.10. Tụ polyester
Tụ điện biến đổi:
Tụ điện biến đổi thường được sử dụng trong các mạch điều chỉnh radio và
chúng thường được gọi là tụ xoay. Chúng thường có các giá trị rất nhỏ, thông
thường nằm trong khoảng từ 100 pF đến 500 pF.


Hình 1.11. Tụ xoay
Rất nhiều các tụ xoay có vòng xoay ngắn nên chúng không phù hợp cho các
dải biến đổi rộng như là điện trở hoặc các chuyển mạch xoay. Chính vì thế trong
nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong các mạch định thời gian hay các mạch điều chỉnh
thời gian thì người ta thường thay các tụ xoay bằng các điện trở xoay và kết hợp
với 1 giá trị tụ điện xác định.
Tụ
chặn:
Tụ chặn là các tụ xoay có giá trị rất nhỏ. Chúng thường được gắn trực tiếp
lên bản mạch điện và điều chỉnh sau khi mạch đã được chế tạo xong. Tương tự các
biến trở hiện nay thì khi điều chỉnh các tụ chặn người ta cũng dùng các tuốc nơ vít
loại nhỏ để điều chỉnh. Tuy nhiên do giá trị các tụ này khá nhỏ nên khi đi
ều chỉnh,
người ta thường phải rất cẩn thận và kiên trì vì trong quá trình điều chỉnh có sự
ảnh hưởng của tay và tuốc nơ vít tới giá trị tụ.

16

Hình 1.12. Tụ chặn
Các tụ chặn này thường có giá trị rất nhỏ, thông thường nhỏ hơn khoảng
100 pF. Có điều đặc biệt là không thể giảm nhỏ được các giá trị tụ chặn về 0 nên
chúng thường được chỉ định với các giá trị tụ điện tối thiểu, khoảng từ 2 tới 10 pF.
Với cấu của các dạng tụ điện và theo công thức tính điệ
n dung của tụ điện
(1.8), như vậy ta thấy rằng yếu tố nhiệt độ chủ yếu tác đông đến hằng số điện môi
của môi trường điện môi giữa các bản cực của tụ điện.
1.4. Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của cuộn cảm
1.4.1 Cấu tạo của cuộn cảm
Cuộn cảm là một linh kiệ
n điện thụ động, thường dùng trong mạch điện có
dòng điện biến đổi theo thời gian (như các mạch điện xoay chiều).
Cuộn cảm có tác dụng lưu trữ năng lượng ở dạng từ năng (năng lượng của
từ trường tạo ra bởi cuộn cảm khi dòng điện đi qua); và làm dòng điện bị trễ pha
so với điện áp m
ột góc bằng 90°.
Cuộn cảm được đặc trưng bằng độ tự cảm, đo trong hệ đo lường quốc tế
theo đơn vị henri (H). Cuộn cảm có độ tự cảm càng cao thì càng tạo ra từ trường
mạnh và dự trữ nhiều năng lượng.
Về cấu tạo cuộn cảm có thể chia làm các loại sau: cuộn cảm không có lõi,
cuộn cảm có lõi bằng bột từ ép, cuộn c
ảm có lõi bằng sắt từ và cuộn cảm có thể
biến đổi điện cảm.
Cuộn cảm có thể được làm bằng cách quấn các vòng dây dẫn điện; tùy công
suất và độ tự cảm để chọn thiết diện của dây dẫn và số vòng. Ví dụ, với độ tự cảm
1mH với công suất từ 100W trở xuống thì lấy loại dây đồng có đường kính
0,3mm-0,5mm quấn 10 vòng; công suất cao h
ơn thì chọn đường kính 1,2mm quấn
13-15 vòng.

17
Từ trường B do cuộn cảm sinh ra khi có dòng điện đi qua sẽ là tổng hợp
của hai thanh phần:
- Thành phần từ trường do lõi làm bằng vật liệu từ của cuộn cảm sinh ra

1
B
- Thành phần từ trường do ống dây cuốn quanh lõi sinh ra

2
B
B
2
= 4π.10
-7
.nI (1.9)
Trong đó n = N/l (số vòng dây trên mỗi mét chiều dài ống)
Tổng hợp lại

B
=

1
B +

2
B (1.10)
Khi đó độ tự cảm L = B/I (1.11)
Nhiệt độ môi trường sẽ tác ảnh hưởng từ trường của cuộn cảm, đến dòng
điện chạy qua cuộn cảm, khi đó sẽ làm độ tự cảm L thay đổi.
Khi một cuộn dây có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra 1 từ trường đó là
nguyên lý hoạt động của 1 nam châm điện. Nếu giá trị của dòng điện chạ
y qua
cuộn dây thay đổi cường độ, thì từ trường phát sinh từ cuộn dây cũng thay đổi và
gây ra 1 sức điện động cảm ứng (tự cảm) trên cuộn dây có xu thế đối lập lại dòng
điện ban đầu. Một cuộn dây trong mạch điện xoay chiều sẽ có điện trở 1 chiều
bình thường do điện trở dây cuốn tạo ra và thành phần trở kháng của nó được xác
định bở
i (1.12).

LfjRZ
LL
.2
π
+
=
(1.12)
ở đây trở kháng tổng cộng của cuộn dây kí hiệu là Z
L
gồm 2 phần như đã
nêu và khi tần số tín hiệu tác động tăng lên, theo (1.11) điện kháng của cuộn dây
fLX
L
π
2= sẽ tăng tỉ lệ. Hệ thức trên cho xác định điện kháng bằng Ω khi L tính là
mH và f là kHz hoặc L tính theo đơn vị
µ
H và tính f là MHz. Lấy modun biểu
thức 1.11 ta nhận được giá trị trở kháng của cuộn dây.

22
LLL
XRZ += (1.13)
Thường khi R
L
<< X
L
thì Z
L

X
L
.
Ta thấy nếu tín hiệu có chứa cả thành phần 1 chiều và thành phần xoay
chiều cao tần thì khi tác động vào cuộn dây nó sẽ dễ dàng cho qua thành phần 1
chiều (hay tần số thấp) và chặn thành phần cao tần lại, cuộn dây có phản ứng với
tín hiệu cao tần trái ngược với phản ứng của tụ điện, tức là cuộn dây khi vận hành
phản ứng với tín hiệu ngược lại với cách phả
n ứng của tụ điện với tín hiệu.

18
1.4.2. Cách đọc cuộn cảm:
Tương tự như đối với điện trở, trên thế giới có một số loại cuộn cảm có cấu
trúc tương tự như điện trở. Quy định màu và cách đọc màu đều tương tự như đối
với các điện trở.

Hình 1.13. Cách đọc giá trị cuộn cảm bằng các vạch màu
Tuy nhiên, do các giá trị của các cuộn cảm thường khá linh động đối với
yêu cầu thiết kế mạch cho nên các cuộn cảm thường được tính toán và quấn theo
số vòng dây xác định. Với mỗi loại dây, với mỗi loại lõi khác nhau thì giá trị cuộn
cảm sẽ khác nhau.
II. Nghiên cứu tìm hiểu các tiêu chuẩn, phương pháp đánh giá các tính
chất điện cho các linh kiện điện.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu tìm
hiểu và áp dụng các tiêu chuẩn Việt Nam áp dụng cho các linh kiện điện như sau:
“Điện trở và tụ điện thông dụng có trị số không đổi – Phương pháp thử nghiệm và
đánh giá độ tin cậy trong điều kiện nóng ẩm- TCVN 3946 – 84”.
Qua tìm hiểu tiêu chuẩn này, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng: đây là
phương pháp đánh giá độ tin cậy trong
điều kiện nóng ẩm, các chế độ đo già hóa
của các linh kiện, thời gian khảo sát là rất dài, số lượng linh kiện trong một lần
khảo sát là rất lớn (không ít hơn 35.000 giờ đối với thử nghiệm bảo quản và 1000
giờ đối với thử nghiệm gia tốc, mỗi lần thử nghiệm ít nhất là 100 linh kiện cho

19
một loại). Điều này vượt quá khả năng về thời gian cũng như nhiệm vụ của đề tài.
Do đó nhóm đề tài chọn một số chế độ đo cụ thể được quy định trong tiêu chuẩn
và một số chế độ đo khác nhằm cụ thể hóa chế độ và môi trường làm việc của các
linh kiện điện trong điều kiện Việt Nam. Cụ
thể là: giá trị các linh kiện được khảo
sát ngay trong quá trình được gia nhiệt. Quá trình gia nhiệt được thực hiện theo
tiêu chuẩn TCVN 3946-84 và theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất linh kiện ghi trên
sản phẩm. Do đó các linh kiện được khảo sát với các chế độ gia nhiệt khác nhau từ
nhiệt độ phòng cho tới 100
o
C, tốc độ tăng nhiệt là 1
o
C/phút, thời gian khảo sát
trong khoảng 2 giờ.


20
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤC
VỤ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC
THÔNG SỐ ĐIỆN.
Hiện tại Phòng thí nghiệm Vật liệu tính năng kỹ thuật cao có một thiết bị đo
giá trị các linh kiện điện: cảm kháng, điện dung, điện trở LCR Meters Model
SR715 được sản xuất bởi hãng Stanford Resesrch Systems – Mỹ có độ chính xác
rất cao, nhưng chỉ đo các linh kiện điện tại nhiệt độ phòng, kết quả đo thu được
dưới dạng dữ liệu (data). Do đó, nhóm nghiên cứu
đã chế tạo một thiết bị gia nhiệt
tạo điều kiện môi trường và viết phần mềm ghép nối điều khiển thiết bị đo, thiết bị
gia nhiệt với máy tính (kết quả thu được dưới dạng dữ liệu hoặc được vẽ thành đồ
thị) mà không ảnh hưởng đến các giá trị đo của thiết bị đo. Phần mềm
điều khiển,
thu nhận tín hiệu của lò nung và cầu đo LRC được viết bằng ngôn ngữ lập trình
denphi.
Các linh kiện điện (điện trở, cuộn cảm, tụ điện) được khảo sát là các linh
kiện thông dụng được bán trên thị trường hiện nay. Mỗi loại linh kiện được tiến
hành khảo sát trên 3 linh và được lấy ngẫu nhiên trong 100 linh kiện. Kết quả thu
được là kết quả trung bình của 3 linh ki
ện đó. Mỗi giá trị thu được được tiến hành
trên 3 điểm đo, sau đó lấy trung bình của 3 điểm đo đấy.
Điều kiện môi trường khảo sát: độ ẩm ~ 70%.
I. Cầu đo LCR Meter SR 715
Các thông số đặc trưng:
Cầu đo theo các chế độ: tự động R + Q; L + Q, C + R
Mạch tương đương: Nối tiếp; Song song
Hiển thị các thông số: Giá trị linh kiện, sai số, tỷ lệ sai số % được tính toán từ các
giá trị đo.
Giá trị trung bình được lấy từ: 2 đến 10 phép đo
Dải đo:
R +Q: R
0,0001 Ω - 2000 MΩ
Q 0,00001 – 50
L + Q: L
0,0001 µH – 99999 H
Q 0,00001 – 50
C + D: C
0,0001 pF – 99999 µF
D 0,00001 – 10

21
C + R: C
0,0001 pF – 99999 µF
R
0,00001 – 99999 kΩ
Môi trường kiểm tra:
Tần số: 100 Hz, 120 Hz, 1 kHz, 10 kHz
Độ chính xác của tần số đến: ± 100 ppm.
Điện áp điều khiển: 0,10; 0,25 và 1,0 Vrms; Thang chia: 0,1 đến 1,0 Vrms là 50
mV
Độ chính xác của điện áp: ±2%
Tốc độ đo: Chậm, trung bình, nhanh tương ứng với:
2, 10, 20 điểm đo trong 1 giây với tần số 1 kHz;
0,6, 2,4, 6 điểm đo trong 1 giây với tần số 100 Hz và 120 Hz.
Chế độ đo: T
ự động; điều khiển bằng tay (đặt chế độ đo).
Điện áp:
Đầu vào: 2,0 VDC ±2%
Đầu ra 0 đến +40 VDC
Độ chính xác: SR715 là 0,20% (Tại điều kiện môi trường: 23
o
C ±5
o
C)
Độ chính xác tốt hơn 1%
SR715

0,143 Ω < R < 14 MΩ

2,9 µF < L < 22 kH
1,43 pF < C < 11,2 mF
Độ chính xác tốt hơn 5%

21 m Ω < R < 94 M Ω
426 nH < L < 150 kH
0,21 pF < C < 75 mF

Các điều kiện áp dụng vào phép đo:
1) Điện áp ra: 1,0; 0,5; 0,25 V
2) Tốc độ đo: trung bình hoặc chậm
3) Q và D < 0,1 (đối với đo R và C)
4) Q > 10 (đo L)
5) Tần số đo R: 100 Hz, 120 Hz, 1 kHz
6) Tần số đo L
max
và C
max
: 100 Hz
7) Tần số đo L
min
và C
min
: 10 kHz.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×