Bạn có muốn trở thành chuyên viên ngành điện tử không? Bài 1: Làm quen với các khái niệm quan trọng của môn điện tử học.

Giới thiệu: Đây là chuyên mục chuyển giao tay nghề do thầy Vương Khánh Hưng phụ trách.

Tôi giả định Bạn đang đến trường dạy nghề ĐIỆN TỬ THỰC HÀNH (Dĩ nhiên bây giờ là trên mạngphuclanshop.com), trường có văn phòng với cô Mỹ ngồi phụ trách ghi danh, phát chứng chỉ tay nghề... Trường có 4 phòng học và một phòng giải lao. Do trường nằm ngay bên trên chợ linh kiện điện tử Nhật Tảo (Quận 10), nên ở đây Bạn sẽ có thể cùng thầy Hưng thường xuyên đi thực tế tìm hiểu các vấn đề liên hệ đến bộ môn ngay trong lòng chợ (nằm ở bên dưới trường) hay cà kê bên các quán cà-phê quanh chợ, gặp các người cùng nghề, các ông thợ để trao đổi kinh nghiệm, ngồi tán đủ thứ chuyện liên quan đến nghề nghiệp.

Nào, lúc này cô Mỹ đã nhấn chuông báo đến giờ học rồi, chúng ta hãy vào lớp và bắt đầu buổi học nghề đầu tiên nhé!

Thầy Hưng bước vào lớp, nhìn xuống là 12 em học sinh mới, có một em nữ, các em đến từ mọi miền của đất nước, đủ mọi trình độ, mọi lứa tuổi và câu nói quen thuộc đầu tiên của thầy Hưng là:

- Chào các em! Hôm nay chúng ta sẽ học.... (Thầy viết trên bảng đen tựa đề bài học)

Bài 1:

Làm quen với các khái niệm quan trọng của môn điện tử học.

(Tôi đến bảng vẽ một mạch điện cơ bản để gây chú ý cho mọi người và cũng để làm nóng buổi học...). Tôi nói:

- Dòng điện là sự chảy của các hạt điện tử bên trong một mạch điện đóng kín.

Trong mạch này, pin là nguồn điện áp (Điện áp là chỉ sức ép của điện, áp là ép), khi khóa điện đóng lại, ta nói mạch điện đóng kín, các hạt điện tử sẽ chảy trong tất cả các mạch điện đã được đóng kín. Dòng điện tử khi chảy có động năng nên có thể tạo ra công, như làm quay quạt, làm nóng lò nướng, làm đèn phát sáng...

Trong mạch, các hạt điện tử chảy từ cực âm của pin, chảy qua bóng đèn và qua khóa điện để về cực dương của pin, ở đây chúng ta xem cực dương là cực hút, nó hút các hạt điện tử và tạo ra dòng chảy trong mạch. Khi dòng điện chảy qua bóng đèn, tim đèn sẽ bị nung nóng lên và dây kim loại khi bị nung nóng sẽ phát sáng. Khi khóa điện hở, mạch điện không còn đóng kín nữa, nên trong mạch mất dòng, đèn tắt.  

Dòng điện qui ước (Conventional Current): Trong các tư liệu về môn điện học, người ta thường định chiều dòng điện, cho chảy từ cực dương của pin về cực âm. Hình vẽ cho thấy chiều chảy của dòng điện qui ước, chảy từ cực dương về cực âm của pin.

Chúng ta biết chiều chảy thật sự của dòng điện trong mạch là chiều chảy từ cực âm về cực dương của pin, do dòng điện trong mạch chính là sự chảy của các hạt điện tử tự do, nó bị hút bởi cực dương của pin và chảy về cực dương (Bạn xem hình). 

Điện tử (Electron) là gì?


Vậy “Điện tử “ được hiểu là hạt điện hay electron, nó là một trong các hạt cơ bản, cùng với dương điện tử (Proton), trung hòa tử (Neutron), các hạt cơ bản cấu tạo ra thế giới muôn vật. Điện tử là hạt vật chất cơ bản rất nhỏ, rất nhẹ, có động tính lớn và nó mang điện âm. Do vậy, ngành điện tử học (Electronics) là ngành học chuyên nghiên cứu và tìm ra các cách thức để khai thác và ứng dụng động năng có trong sức chảy của các hạt điện tử.

Hình chụp cho thấy cấu trúc cơ bản của một nguyên tử. Phần nhân bên trong gồm có các hạt Neutron, các hạt Proton (các hạt nặng), quay chung quanh là các hạt điện tử (electron, hạt nhẹ). Các hạt điện tử khi không bị gắn với một nhân nào gọi là các điện-tử-tự-do, khi các hạt điện tử tự do chảy sẽ tạo thành dòng điện electron, lúc này chúng ta sẽ có hình ảnh của các dòng điện.

(Thầy Hưng giảng tiếp...)

- Sau khi đã hiểu điện tử vốn là hạt cơ bản, có kích thước nhỏ, nhẹ, mang điện tính âm và  có động tính lớn và từ các hạt điện này đã tạo ra môn học Điện Tử Học (Electronics). Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu đến các linh kiện dùng trong môn học. Linh kiện điện tử chính là "viên gạch cơ bản" xây dựng tạo thành tất cả các loại mạch điện. Linh kiện cơ bản gồm có: Điện trở (R), Tụ điện (C), ống dây, máy biến áp, diode, Led, transistor...

Điện trở được hiểu là các ống dẫn điện... (Bạn có thể nghĩ tương đồng như ống dẫn nước)

Trong các mạch điện, điện trở là ống dẫn điện. Dòng điện tử có thể chảy qua, chảy lại ở các điện trở,khi dòng điện chảy qua một điện trở, nó sẽ tạo ra nhiệt và làm nóng các điện trở.

Trong mạch điện trở dùng để hạn dòng, định dòng, làm cầu chia volt, cấp dòng phân cực, còn dùng để hấp thu năng lượng dư ở các cuộn dây (điện trở đệm), khi cho điện trở kết hợp với tụ điện sẽ làm ra mạch định thời, …   

Khi Bạn có một điện trở trong tay, trước hết Bạn phải biết điện trở đó có sức cản dòng là mấy Ohm? Sức chịu nhiệt là mấy Watt?  
Với các điện trở dạng hình ống, người ta ghi sức cản dòng bằng các vòng màu. Thường có loại điện trở 3 vòng màu +1, và điện trở 4 vòng màu +1 (Bạn xem hình).

Với điện trở 3 vòng màu +1, màu vòng 1, và vòng 2 cho biết trị theo màu, màu vòng 3 cho biết trị của số 0 và màu vòng 4 cho biết trị gia giảm. Thí dụ: Với điện trở có 3 vòng màu +1: Nâu đen cam và hoàng kim. Trị số Ohm của điện trở này sẽ là 1 (màu nâu), 0 (màu đen) và 000 (màu cam) và màu hoàng kim cho biết trị gia giảm 5%. Chúng ta có điện trở 10000 Ohm +/- 5% hay điện trở 10K.

Sức chịu nóng của  các điện trở tùy thuộc vào kích thước lớn nhỏ của điện trở. Điện trở càng to sức chịu nóng càng mạnh. Với các điện trở chịu nóng lớn, các chân của điện trở thường to, có dạng dẹp để tạo điều kiện tỏa nhiệt nhanh, tránh làm hở chì trên các chân hàn.


Hình chụp cho thấy các điện trở chịu công suất vừa và lớn. 

Chân của điện trở phải đủ to hay đủ dài để tạo điều kiện giải nhiệt tốt.

Có thể xác định công suất của các điện trở theo cường độ dòng điện và điện áp.  Các hệ thức cho thấy cách tính công suất của điện trở theo điện áp, dòng điện và điện trở (Bạn xem bảng tóm tắt cho thấy quan hệ giữa 4 tham số R, I, V, và P). Bạn thấy, nếu muốn tính một đại lượng thì Bạn phải biết 2 đại lượng khác.

Thí dụ: Muốn tính trị điện trở R Bạn phải biết điện áp V ở hai đầu điện trở và dòng I chảy qua điện trở. Muốn biết công suất P làm nóng điện trở Bạn phải biết điện áp V và trị điện trở R...

Chiết áp và biến trở.

Chiết áp thường được tạo ra từ một vành than (Bạn xem hình), trên có một điểm quay, vậy tùy theo vị trí của điểm quay, mức áp lấy ra trên điểm quay sẽ tăng lên hay giảm xuống. 

Bạn xem hình dạng các chiết áp.

Họ các điện trở. Người ta chế tạo rất nhiều điện trở, trị số của nó thay đổi theo các đại lượng khác. Nếu:

* Điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Chúng ta có nhiệt trở.

* Điện trở thay đổi theo ánh sáng. Chúng ta có quang trở.

* Điện trở thay đổi theo từ trường. Chúng ta có từ trở.

* Điện trở thay đổi theo sức ép. Chúng ta có cơ áp trở.

* Điện trở thay đổi theo mức áp. Chúng ta có điện áp trở.

* Điện trở thay đổi theo mức ẩm. Chúng ta có ẩm trở.

Các điện trở này quen gọi là các cảm biến họ trở (Resistor Sensor). Bạn xem hình họ các điện trở.

Cách mắc các điện trở:

Người ta có thể mắc các điện trở theo dạng nối tiếp với nhau hay theo dạng song song. 

* Mắc các điện trở theo dạng song song sẽ có một điện trở đẳng hiệu có trị số Ohm nhỏ hơn.

* Mắc các điện trở theo dạng nối tiếp sẽ có một điện trở đẳng hiệu có trị số Ohm lớn hơn.

Cách hàn ráp điện trở trên mạch:

Bước 1: Đặt đầu cây hàn đang nóng vào chân điện trở để làm nóng vùng mạch này.

Bước 2: Khi chân điện trở đã đủ nóng, Bạn đưa chì hàn vào.

Bước 3: Hãy chờ cho chì chảy ra và phủ kín chổ hàn, vết chì phải đủ bóng.

Bước 4: Lấy chì ra, chờ thêm một lúc.

Bước 5: Lấy đầu cây hàn ra và chờ nguội

Nếu vết hàn bóng tròn là mối hàn tốt. Nếu vết chì còn sần sùi là không đủ nóng, nều chì chảy bẹp ra phủ một lớp mỏng là do quá nóng.

Hình trên cho thấy dụng cụ dùng ráp mạch gồm có:

1- Cây hàn viết, giá gác cây hàn tránh chạm cháy, chì hàn trong ống.

2- Các linh kiện gắn trên mặt giấy cứng, Bạn dễ nhìn thấy, dễ chọn.

3- Bản mạch in (pcb) dùng để ráp mạch theo sơ đồ mạch điện đã định.

... Đến đây đã sắp hết giờ học, tôi chuyển nhanh qua phần làm thực hành để tránh cho các em không bị quá nặng đầu do phải nghe giảng lý thuyết quá nhiều. Tôi bỏ ra một số linh kiện và đưa cho các em một số máy đo VOM và chỉ các em cách đo các linh kiện có trong hộp.

1. Dùng Ohm kế đo điện trở:

Điện trở là ống dẫn điện, nếu sức cản dòng của điện trở nhỏ (điện trở nhỏ Ohm) nó sẽ để cho dòng điện chảy qua mạnh và ngược lại, các điện trở có sức cản dòng lớn (lớn Ohm)  sẽ cho dòng điện chảy qua yếu.
 

Khi đo một điện trở, trước hết Bạn chọn thang đo cho thích hợp, chập 2 đầu dây đo lại, chỉnh kim về vạch 0 Ohm. Đặt điện trở vào hai dây đo, rồi xem kết quả trên vạch chia Ohm.

Với điện trở 1K, ở thang đo Rx100, kim sẽ dừng ở vạch 10 trên vạch chia Ohm (vậy 10 x 100 = 1000 Ohm hay 1K).

Lúc này, nếu Bạn nhìn vào vạch chia LV, Bạn sẽ biết được mức áp giảm trên điện trở 1K (tức mức áp trên 2 dây đo) và nhìn vào vạch chia LI sẽ biết được dòng điện đang chảy qua điện trở 1K (tức dòng điện chảy trên dây đo).

  

2. Dùng Ohm kế để đo nhiệt điện trở:

Nhiệt trở là loại điện trở cảm biến theo nhiệt độ, nghĩa là khi nhiệt độ thay đổi, trị số điện trở của nhiệt trở cũng sẽ thay đổi theo. Có hai loại nhiệt trở:

(1) Nhiệt trở âm, khi càng bị nóng, trị số điện trở của nó càng giảm và ngược lại, càng nguội điện trở càng tăng lên.

(2) Nhiệt trở dương, khi càng bị nóng, trị số điện trở của nó càng tăng và ngược lại càng nguội điện trở càng giảm xuống. 

Trong mạch điện hay trong các hộp pin điện thoại di động, người ta thường dùng nhiệt trở để dò sức nóng trên bảng mạch hay mức nóng của pin. Dùng nhiệt trở để làm cảm biến, báo cho mạch điều chỉnh biết mức nóng để có tác động điều chỉnh.

Khi dùng Ohm kế đo các nhiệt trở, trước hết Bạn chọn thang đo thích hợp, đọc kết quả trên vạch chia Ohm rồi dùng quẹt lửa hay đầu cây hàn làm nóng nhiệt trở, trị số Ohm của nó sẽ thay đổi, thông qua dấu hiệu này Bạn biết nhiệt trở còn tốt.
  
Hình vẽ cho thấy người ta dùng Ohm kết để đo các nhiệt trở âm, loại nhiệt trở này thường dùng trong các pin điện thoại, ở nhiệt độ 25ºC, trị số điện trở là 47K, khi pin bị nóng trị số điện trở của nhiệt trở sẽ giảm, tín hiệu này sẽ báo về mạch điều khiển để cho cắt dòng làm việc của pin nhầm tránh pin quá nóng sẽ phát nổ.

3. Dùng Ohm kế đo điện trở dò ẩm (điện trở DEW):

Điện trở dò ẩm, còn quen gọi là điện trở Dew. Đặc tính của loại điện trở này là khi khô nó nhỏ Ohm và khi bị ẩm hay càng bị làm ướt nó sẽ càng tăng Ohm, số Ohm thường tăng lên rất lớn. Người ta dùng điện trở Dew để phát hiện hiện tượng đọng nước trên bề mặt các vật lạnh đặt trong môi trường ẩm.

Trong ứng dụng, người ta thường “dán” điện trở dò ẩm lên trên các khối kim loại lớn để phát hiện có nước đọng trên bề mặt kim loạihay không? Điện trở Dew sẽ báo về mạch điều khiển khởi động mạch tạo ra nhiệt để sấy khô các vật bị ẩm ướt. Khi đo điện trở Dew, Bạn hãy chọn thang đo thích hợp, rồi cho nước bám trên bề mặt của điện trở Dew, Bạn sẽ thấy trị số điện trở tăng lên rất nhanh, thường trị số này tăng lên rất lớn, Bạn thử cho làm khô điện trở Dew, kim sẽ giảm xuống nhỏ Ohm. Trong cầu chia volt mức áp lấy trên điện trở DEW sẽ báo về mạch điều khiển.

 4. Dùng Ohm kế để đo quang trở:

Quang trở là một điện trở, nó có đặc tính, khi bị chiếu sáng mạnh thì giảm Ohm và khi bị che sáng thì tăng Ohm. Quang trở thường dùng làm linh kiện cảm biến, nó chuyển đổi sự thay đổi của ánh sáng ra dạng tín hiệu điện, nó thường dùng trong các máy đo cường độ sáng, dùng trong các thiết bị điều khiển theo tác động của ánh sáng, dùng rất nhiều trong các thiết bị phim ảnh.

Bạn đặt quang trở vào dây đo, chọn thang đo thích hợp, kim sẽ lên và lúc này Bạn dùng tay che sáng, số Ohm của quang trở tăng cao, ngược lại cho chiếu sáng vào bề mặt quang trở càng mạnh, số Ohm đo được càng giảm.

Quang trở thường kết hợp với điện trở trong cầu chia volt dùng làm thiết bị đo mức sáng.

5. Dùng Ohm kế để đo chiết áp:

Chiết áp thuộc họ điện trở, trên các điện trở dùng làm chiết áp sẽ có một điểm chạy (quét trên một vành bột than hình cung) dùng để điều chỉnh hệ số tỉ lệ của một cầu chia áp. Chiết áp thường dùng để làm nút chỉnh Volume (chỉnh mức âm lượng), …

Trong mạch, chiết áp RV và điện trở R1 (10K) dùng làm cầu chia Volt, điện áp lấy ra trên chấu giữa của chiết áp sẽ thay đổi theo nút chỉnh.

Chỉnh lên, volt lấy ra tăng và ngược lại chỉnh xuống, mức Volt lấy ra sẽ giảm thấp.

Chiết áp có 2 loại: Loại chiết áp tuyến tính và loại chiết áp phi tuyến (còn gọi là chiết áp Loga và Antiloga). Để phân biệt, Bạn chỉnh điểm chạy về ngay vị trí ở giữa của chiết áp, rồi đo số ohm ở 2 phần của chiết áp, lấy từ điểm giữa với 2 điểm biên. Nếu 2 số đo có số Ohm bằng nhau, đó là loại chiết áp tuyến tính, nếu có 2 số đo Ohm khác nhau, một lớn và một nhỏ, đó là chiết áp phi tuyến tính (thường là chiết áp Loga hay Anti-loga).

...........

Lúc làm thực hành, lớp học rất ồn ào và mọi người quay qua quay lại hỏi nhau đủ thứ chuyện, không khí học tập rất sôi nổi. Ngay lúc này cô Mỹ ở văn phòng trường nhấn chuông, tiếng chuông báo hết giờ, tôi nói:

- Đã hết giờ, buổi sau tiếp.

Mọi người lục đục thu dọn các thứ và lần lượt ra về. Tôi dọn dẹp sau cùng và khi ra khỏi lớp quay nhìn lại lần nữa, thấy mọi thứ đã trả về vị trí trật tự, an tâm đi ra và đóng cửa phòng học lại.

Bài 2: Làm quen với Led và các ứng dụng của Led.

  

Giáo viên phụ trách: Vương Khánh Hưng.