MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 3
Chương I 5
Cơ sở lý thuyết 5
1.1.Linh kiện điện tử thụ động 5
1.1.1. Điện trở, biến trở 5
1.1.2. Tụ điện 8
1.1.3. Cuộn cảm 12
1.1.4. Máy biến áp 14
1.2. Linh kiện điện tử tích cực 17
1.2.1. Chất bán dẫn 17
1.2.2. Diode 19
1.2.3. Transistor 23
1.3. Một số thiết bị điện, điện tử khác 26
1.3.1. Relay 26
* Nguyên tắc hoạt động: 26
1.3.2. Chuông 28
Chương II 31
Thiết kế, chế tạo mạch chuông đèn báo trong các trò chơi 31
2.1. Những yêu cầu chung của mạch thiết kế 31
2.2. Nguyên tắc thiết kế 31
* 37
2.3. Sơ đồ khối 37
2.4. Thiết kế mạch chuông 38
2.4.1.Mạch thiết kế 38
2.4.3. Nguyên lý hoạt động của mạch 39
2.5. Chế tạo 40
2.5.1. Mô phỏng 40
2.5.2. Các bước chế tạo 43
2.6. Ưu, nhược điểm của mạch 43

2.7. Hình ảnh sản phẩm 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO 46
MỞ ĐẦU
1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI
Bộ báo chuông đèn đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi rất nhiều
trong các trò chơi và gameshow trên truyền hình. Ví dụ như chương trình “Đuổi
hình bắt chữ ” sử dụng mạch bộ 2 chuông đèn cho hai người chơi; chương trình
‘‘Đường lên đỉnh Olympia’’ dùng bộ 4 chuông đèn cho bốn thí sinh… Đã có
nhiều mô hình bộ báo chuông đèn được nghiên cứu và sử dụng nhiều nguyên lý
khác nhau như sử dụng mạch điện tử, mô hình rơle, nam châm đơn giản…. Ví
dụ, mạch dùng nam châm đơn giản cho 2 đội chơi, mạch thiết kế rẻ tiền, dụng
cụ lắp ráp dễ kiếm, dễ mua nhưng độ chính xác về thời gian chưa cao, nếu có ba
đội thi trở lên thì việc lắp ráp sẽ phức tạp ( do mạch dùng rơle 2 tiếp điểm, còn
rơle 4 tiếp điểm 2NO, 2NC khó kiếm). Cải thiện hơn là bộ báo chuông đèn sử
dụng mạch điện tử , bộ chuông lắp ráp đơn giản hơn (khi đã có mạch điện tử),
độ chính xác về thời gian và tính ổn định cao, nhưng số chuông đèn lắp được
nhiều hay ít là do bản mạch điện tử. Đã có nhiều nơi nghiên cứu về lĩnh vực đề
tài trên. Ở trường phổ thông dân tộc nội trú Bắc Trà My –tỉnh Quảng Ninh đã
nghiên cứu lắp mạch chuông dùng cho đố vui, đã sử dụng cho 4 đội chơi, và có
thể mở rộng thêm đội chơi bằng cách lắp thêm rơ le. Tác giả Nguyễn Vũ Quang,
trường THPT Trường Chinh ( Quảng Ninh) đã nghiên cứu bộ chuông cho 4 đội
chơi. Dựa trên lý thuyết chuyển mạch cơ – điện thông qua rơle điện từ và kết
hợp điốt, anh đã mở rộng nghiên cứu lên bộ chuông đèn cho 8 đội, 10 đội. Các
bộ thiết kế có thể có thêm reset (sau những khoảng thời gian máy tự động reset,
có nút nhấn bảng hiển thị giúp người tổ chức điều khiển cuộc thi dễ dàng, tùy
theo ý muốn). Ở trường ĐHHV, chưa nhóm nghiên cứu nào thuộc bộ môn Cơ
điện cũng như bộ môn Vật lý nghiên cứu và chế tạo thiết bị chuông đèn báo sử
dụng trong trò chơi, do vậy rất nhiều cuộc thi như: Giải toán cao cấp, Vật lý vui,
… yêu cầu có sự lựa chọn đối với đội đưa ra đáp án nhanh nhất, nhưng thực tế
do không có thiết bị hỗ trợ nên cuộc thi không mang tính chuyên nghiệp.

2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, nhiều cuộc thi được tổ chức trong trường ĐHHV như nghiệp vụ
sư phạm, vật lý vui, giải toán sơ cấp nhanh…cơ sở vật chất còn chưa đáp ứng yêu
cầu của cuộc thi và các đội chơi. Trong nhiều phần thi đòi hỏi sự nhanh nhạy thì
việc giơ tay hay gõ trống chưa đủ thể hiện hiện rõ sự nhanh hơn giữa các đội, có
thể dẫn đến sự thiệt thòi. Ví dụ, trong cuộc thi, 2 đội cùng có câu trả lời đúng cùng
giơ cờ (hay giơ tay), vậy đội nào sẽ là đội trả lời? Vì vậy, việc đưa bộ báo chuông
đèn váo trong cuộc thi hay trò chơi cho phép sự chính xác về độ nhanh hơn giữa
các đội thi đến phần trăm giây rất nhỏ. Nó sẽ đáp ứng tính khách quan và công
minh hơn trong các cuộc thi. Vì lí do trên nên nhóm chúng em quyết định nghiên
cứu đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo chuông đèn báo trong các trò chơi”.
3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
− Nghiên cứu, tìm hiểu về mạch, tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của bộ báo
chuông đèn sử dụng trong các trò chơi đã có trên thị trường.
− Thiết kế, chế tạo bộ báo chuông đèn sử dụng trong các trò chơi, hay các
cuộc thi.
4. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
4.1 Đối tượng nghiên cứu
− Mạch chuông đèn báo trong các trò chơi.
4.2 Phạm vi nghiên cứu
− Mạch điện có sử dụng các linh kiện điện, điện tử.
Chương I
Cơ sở lý thuyết
1.1.Linh kiện điện tử thụ động
1.1.1. Điện trở, biến trở
a. Điện trở
Điện trở là linh kiện cản trở dòng điện, giá trị điện trở càng lớn dòng điện
trong mạch càng nhỏ. Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của
điện trở. Yêu cầu cơ bản đối với giá trị
điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ

ẩm và thời gian,…Điện trở dẫn điện càng
tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngược
lại. Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ.
Hình dáng và kí hiệu (hình 1.1 và
hình 1.2).
Giá trị điện trở phụ thuộc vào vật
liệu cản điện, kích thước của điện trở và
nhiệt độ của môi trường.
.
l
R
S
ρ
=
(1. 0)
Trong đó: ρ: điện trở suất [Ωm]
l: chiều dài dây dẫn [m]
S: tiết diện dây dẫn [m
2
]
*Công suất tối đa cho phép
Hình 1.2: Kí hiệu của điện trở trong các sơ đồ
mạch điện
Hình 1.1: Hình dạng của điện trở trong thiết
bị điện tử
Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, năng lượng nhiệt tỏa ra
trên R với công suất:
2
P UI I R= =
(1. 0)

Nếu dòng điện có cường độ càng lớn thì nhiệt lượng tiêu thụ trên R càng
lớn làm cho điện trở càng nóng, do đó cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để có
thể tản nhiệt tốt.
Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu
được nếu quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy. Công suất tối đa
cho phép đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt.
2
2
max
max max
U
P I R
R
= =
(1. 0)
Trong các mạch thực tế, tại khối nguồn cấp, cường độ dòng điện mạnh nên
các điện trở có kích thước lớn. Tại khối xử lý tín hiệu, cường độ dòng điện yếu nên
các điện trở có kích thước nhỏ do chỉ phải chịu công suất nhiệt thấp.
*Cách đọc điện trở
Giá trị của điện trở được vẽ trên thân điện trở. Đối với điện trở 4 vạch màu
thì 3 vạch đầu tiên biểu thị giá trị của điện trở, vạch thứ 4 là sai số của điện trở.
Màu biểu thị giá trị của điện trở và sai số của điện trở thể hiện trong bảng sau:
Màu Trị số Sai số
Bạc - 10%
Vàng - 5%
Đen 0 -
Nâu 1 1 %
Đỏ 2 2%
Cam 3 -
Vàng 4 -

Xanh 5 0.5%
Lục 6 0.25%
Tím 7 0.1 %
Xám 8 -
Trắng 9 -
b. Biến trở
Biến trở (Variable Resistor) có cấu tạo gồm một điện trở màng than hoặc
dây quấn có dạng hình cung, có trục xoay ở giữa nối với con trượt. Con trượt tiếp
xúc động với với vành điện trở tạo nên cực thứ 3, nên khi con trượt dịch chuyển
điện trở giữa cực thứ 3 và 1 trong 2 cực còn lại có thể thay đổi.
Có thể có loại biến trở tuyến tính (giá trị điện trở thay đổi tuyến tính theo
góc xoay) hoặc biến trở phi tuyến (giá trị điện trở thay đổi theo hàm logarit theo
góc xoay). Biến trở được sử dụng điều khiển điện áp (potentiometer: chiết áp) hoặc
điều khiển cường độ dòng điện (Rheostat)
*Ứng dụng
− Điện trở được sử dụng trong các mạch phân áp để phân cực cho Transistor
đảm bảo cho mạch khuếch đại hoặc dao động hoạt động với hiệu suất cao nhất.
− Điện trở đóng vai trò là phần tử hạn dòng tránh cho các linh kiện bị phá
hỏng do cường độ dòng quá lớn. Một ví dụ điển hình là trong mạch khuếch
đại, nếu không có điện trở thì Transistor chịu dòng một chiều có cường độ
tương đối lớn.
Hình 1.3: Hình dạng và ký hiệu của biến trở
− Được sử dụng để chế tạo các dụng cụ sinh hoạt (bàn là, bếp điện hay bóng
đèn,…) hoặc các thiết bị trong công nghiệp (thiết bị sấy, sưởi,…) do điện trở có
đặc điểm tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt.
− Xác định hằng số thời gian: Trong một số mạch tạo xung, điện trở được sử
dụng để xác định hằng số thời gian.
− Phối hợp trở kháng: Để tổn hao trên đường truyền là nhỏ nhất cần thực hiện
phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và đầu vào của bộ khuếch đại, giữa đầu ra
của bộ khuếch đại và tải, hay giữa đầu ra của tầng khuếch đại trước và đầu vào của

tầng khuếch đại sau.
1.1.2. Tụ điện
Tụ điện gồm 2 bản cực làm bằng chất dẫn điện được đặt song song với nhau, ở
giữa là lớp cách điện gọi là chất điện môi (giấy tẩm dầu, mica, hay gốm, không khí).
Hình 1.4: Ký hiệu các loại tụ điện và cấu trúc một tụ điện
Chất cách điện được lấy
làm tên gọi cho tụ điện (tụ
giấy, tụ dầu, tụ gốm hay tụ
không khí). Nếu điện trở tiêu
thụ điện năng và chuyển thành
nhiệt năng thì tụ điện tích năng
lượng dưới dạng năng lượng
điện trường, sau đó năng lượng
được giải phóng. Điều này
được thể hiện ở đặc tính tích và phóng điện của tụ điện.
*Điện dung của tụ điện
Giá trị điện dung đặc trưng cho khả năng tích lũy năng lượng của tụ điện.
0
S
C
d
εε
=
(1. 0)
Trong đó: ε: Hệ số điện môi của chất cách điện
( )
12
o
8,85.10 F/ m
−

ε =
: Hằng số điện môi của chân không
S: Diện tích hiệu dụng của 2 bản cực
d: Khoảng cách giữa 2 bản cực
Điện dung có đơn vị là F, tuy nhiên trong thực tế 1F là giá trị rất lớn nên
thường sử dụng các đơn vị khác: 1μF=10
-6
F; 1nF=10
-9
F; 1pF=10
-12
F
* Trở kháng của tụ điện:
Trở kháng của tụ điện đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện xoay chiều
của tụ điện:

1
2
C C
Z jX
j fC
π
= = −
(1. 0)
Trong đó: X
C
: Dung kháng của tụ
Hình 1.5: Một số loại tụ điện
f = 0, X
C

= ∞: hở mạch đối với thành phần một chiều
f
→
∞, X
C
→
0: ngắn mạch đối với thành phần xoay chiều
* Điện áp đánh thủng:
Khi đặt vào 2 bản cực của tụ điện áp một chiều, sinh ra một điện trường giữa
2 bản cực. Điện áp càng lớn thì cường độ điện trường càng lớn, do đó các electron
có khả năng bứt ra khỏi nguyên tử trở thành các electron tự do, gây nên dòng rò.
Nếu điện áp quá lớn, cường độ dòng rò tăng, làm mất tính chất cách điện của chất
điện môi, người ta gọi đó là hiện tượng tụ bị đánh thủng. Điện áp một chiều đặt
vào tụ khi đó gọi là điện áp đánh thủng.
Khi sử dụng tụ cần chọn tụ có điện áp đánh thủng lớn hơn điện áp đặt vào tụ
vài lần. Điện áp đánh thủng phụ thuộc vào tính chất và bề dày của lớp điện môi.
Các tụ có điện áp đánh thủng lớn thường là các tụ có kích thước lớn và chất điện
môi tốt (Mica hoặc Gốm).
* Các loại tụ điện
• Theo tính chất lý hóa và ứng dụng
− Tụ điện phân cực : là loại tụ điện có hai đầu (-) và (+) rõ ràng, không thể
mắc ngược đầu trong mạng điện DC. Chúng thường là tụ hóa học và tụ tantalium.
− Tụ điện không phân cực : Là tụ không qui định cực tính, đấu nối "thoải mái"
vào mạng AC lẫn DC.
− Tụ điện hạ (thấp) áp và cao áp : Do điện áp làm việc mà có phân biệt "tương
đối" này.
− Tụ lọc (nguồn) và tụ liên lạc (liên tầng) : Tụ điện dùng vào mục tiêu cụ thể
thì gọi tên theo ứng dụng, và đây cũng là phân biệt "tương đối".
− Tụ điện tĩnh và tụ điện động (điều chỉnh được) : Đa số tụ điện có một trị số
điện dung "danh định" nhưng cũng có các loại tụ điện cần điều chỉnh trị số cho phù

hợp yêu cầu của mạch điện, như tụ điện trong mạch cộng hưởng hay dao động
chẳng hạn.
• Theo cấu tạo và dạng thức
− Tụ điện gốm (tụ đất) : Gọi tên như thế là do chúng được làm bằng
ceramic, bên ngoải bọc keo hay nhuộm màu. Gốm điện môi được dùng là COG,
X7R, Z5U v.v
− Tụ gốm đa lớp Là loại tụ gốm có nhiều lớp bản cực cách điện bằng gốm. Tụ
này đáp ứng cao tần và điện áp cao hơn loại tụ gốm "thường" khoảng 4 => 5 lần.
− Tụ giấy : Là tụ điện có bản cực là các lá nhôm hoặc thiếc cách nhau bằng
lớp giấy tẩm dầu cách điện làm dung môi.
− Tụ mica màng mỏng : cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo hay
nhựa có cầu tạo màng mỏng (thin film) như Mylar, Polycarbonate, Polyester,
Polystyrene (ổn định nhiệt 150 ppm / C).
− Tụ bạc - mica : là loại tụ điện mica có bàn cực bằng bạc, khá nặng. Điện dung
từ vài pF đến vài nF, độ ồn nhiệt rất bé. Tụ này dùng cho cao tần là hết biết.
− Tụ hóa học : Là tụ giấy có dung môi hóa học đặc hiệu => tạo điện dung cao
và rất cao cho tụ điện. Nếu bên ngoài có vỏ nhôm bọc nhựa thì còn gọi là tụ nhôm.
− Tụ siêu hóa (Super Chimical Capacitance) : dùng dung môi đất hiếm, tụ này
nặng hơn tụ nhôm hóa học và có trị số cực lớn, có thể đến hàng Farad. Tụ có thể
dùng như một nguồn pin cấp cho vi xử lý hay các mạch đồng hồ (clock) cần cấp
điện liên tục.
− Tụ hóa sinh là Siêu tụ điện thay thế cho pin trong việc lưu trữ điện năng
trong các thiết bị điện tử di động.
− Tụ tantalium : Tụ này có bản cực nhôm và dùng gel tantal làm dung môi, có
trị số rất lớn với thể tích nhỏ.
− Tụ vi chỉnh và tụ xoay : Có loại gốm, loại mica và loại kim loại.
* Ứng dụng của tụ điện
Tụ điện có các ứng dụng chính như sau:
− Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đótụ được
sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có độ chênh lệch về điện áp

một chiều.
− Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu (loại bỏ pha âm) thành
điện áp một chiều bằng phẳng,đó là nguyên lý của tụ lọc nguồn
− Với điện AC(xoay chiều) thì tụ điện còn với điện DC(một chiều) thì tụ trở
thàng tụ lọc.
− Tụ cộng hưởng: Dùng trong các mạch cộng hưởng LC để chọn tần
Ngoài ra tụ còn có tính chất tích và phóng điện nên được sử dụng trong các
mạch chỉnh lưu để là phẳng điện áp một chiều.
1.1.3. Cuộn cảm
Là cuộn dây là môt dây dẫn được bọc lớp sơn cách điện quấn nhiều vòng liên
tiếp trên lõi sắt. Lõi của cuộn dây có thể là: Lõi không khí, lõi sắt bụi hay lõi sắt lá
* Đặc tính cuộn dây
− Tạo ra từ trường bằng dòng điện:
Hình 1.6: Ký hiệu và hình dạng của cuộn cảm
Khi cho dòng điện một chiều qua cuộn dây, dòng điện sẽ tạo nên từ trường
đều trong lõi cuộn dây (được xác định theo quy tắc vặn nút chai).
Cường độ từ trường:
/
n
H l A m
I
 
 
=
(1. 0)
Trong đó: n: Số vòng dây I: cường độ dòng điện [A]
l: Chiều dài của lõi [m]
Cường độ từ cảm:
0
B H

µµ
=
[T] (tesla) (1. 0)
Trong đó: μ
0
: Độ từ thẩm của chân không
( )
7
0
4 .10 H m
−
µ = π
μ : Độ từ thẩm tương đối của vật liệu từ so với chân không
Nếu cường độ dòng điện I không đổi thì H và B là từ trường đều. Nếu cường
độ dòng điện i thay đổi thì H và B là từ trường biến thiên.
− Tạo ra dòng điện bằng từ trường.
*Hiện tượng cảm ứng điện từ
Định luật Faraday: Nếu từ thông qua một cuộn dây biến thiên sẽ sinh ra
trong cuộn dây một sức điện động cảm ứng có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên
của từ thông.
Định luật Lentz: Sức điện động cảm ứng sinh ra dòng điện cảm ứng có chiều
chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó.
Sức điện động cảm ứng:

cu
e n
t
φ
=−
V

V
(1. 0)
Trong đó: n : số vòng dây
φ
∆
: lượng từ thông biến thiên qua cuộn dây
t∆
: khoảng thời gian biến thiên
*Hiện tượng tự cảm:
Nếu dòng điện qua một cuộn dây biến thiên sẽ sinh ra một sức điện động tự
cảm trong lòng cuộn dây chống lại sự biến thiên của dòng điện sinh ra nó và có độ
lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên của dòng điện.
Sức điện động tự cảm:
tc
i
e L
t
∆
= −
∆
(L: Hệ số tự cảm [H]) (1. 0)
*Hiện tượng hỗ cảm:
Khi có hai cuộn dây được quấn chung trên một lõi hoặc được đặt gần nhau,
khi đó dòng điện biến thiên ở cuộn này sinh điện áp hỗ cảm ở cuộn kia.
Sức điện động hỗ cảm:
hc
i
e M
t
∆

=−
∆
(M: Hệ số hỗ cảm) (1. 0)

*Các tham số của cuộn cảm
− Hệ số tự cảm L: Đặc trưng cho khả năng
cảm ứng của cuộn dây
2
0
n
L n S
i l
φ
µµ
∆
= =
∆
(1. 0)
1.1.4. Máy biến áp
* Định nghĩa
Máy biến áp được sử dụng để tăng hoặc giảm điện áp của nguồn xoay chiều
mà vẫn giữ nguyên tần số.
Hình 1.7. Hình ảnh cuộn cảm
Biến áp gồm hai hay nhiều cuộn dây tráng sơn cách điện được quấn chung
trên một lõi. Lõi của
máy biến áp có thể là
sắt lá, sắt ferit hay lõi
không khí.
Cuộn dây được
nối với nguồn cấp được

gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây được nối
với tải được gọi là cuộn sơ cấp.
Trong thực tế để tiết kiệm người
ta có thể chỉ cần sử dụng một cuôn dây
được gọi là biến áp tự ngẫu, tuy nhiên
giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp không
được cách ly về điện.(hình 1.10)
*Nguyên lý:
Khi cho nguồn điện xoay chiều qua cuộn sơ cấp, dòng điện biến thiên sinh
ra từ trường biến đổi và được cảm ứng sang cuộn thứ cấp sinh ra sức điện động
cảm ứng e
2
, mặt khác trên cuộn sơ cấp cũng xuất hiện sức điện động cảm ứng e
1
.
Hình1.9: Các ký hiệu cuộn cảm trong mạch điện
Hình 1.10: Cuộn sơ cấp và thứ cấp không cách
ly về điện
Hình 1.8: Cấu tạo máy biến áp
Cuộn sơ cấp:
1 1
.e n
t
φ
=−
V
V
(1. 0)
Cuộn thứ cấp:
2 2

.e n
t
φ
= −
V
V
(1. 0)
Trong đó: n
1
, n
2
lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
Một biến áp lý tưởng coi như không có sự tiêu hao năng lượng trên hai cuộn
dây sơ cấp, thứ cấp và mạch từ nên khi đó :

1 2
P P=

Tuy nhiên một máy biến áp thực tế luôn có công ở cuộn thứ cấp nhỏ hơn
công suất của cuộn sơ cấp do cuộn sơ cấp và thứ cấp có điện trở thuần tiêu hao
năng lượng dưới dạng nhiệt ngoài ra dòng điện Foucault xuất hiện trong lõi từ
cũng tiêu hao một phần năng lượng.
Hiệu suất của máy biến áp:
2
1
.100%
P
P
η
=

(1. 0)
max
(80 90)%
η
≈ ÷
(1. 0)
Để tăng hiệu suất của máy biến áp cần phải giảm tổn hao bằng cách sử dụng
các lá sắt mỏng tráng sơn cách điện, dây quấn có tiết diện lớn và ghép chặt.
Tỷ lệ về tổng trở:
2
1 1
2 2
R n
R n
 
 ÷
 ÷
 
=
(1. 0)
* Phân loại và ứng dụng của máy biến áp
Biến áp nguồn: Cấp điện áp xoay chiều cho các mạch điện và điện tử, có thể
có kích thước từ nhỏ tới lớn, được sử dụng trong các trạm biến áp, đồng thời có tác
dụng cách ly các linh kiện với nguồn cao áp.
Biến áp cao tần: Được sử dụng trong các bộ thu phát sóng Radio, lõi có thể
là lõi sắt bụi hoặc lõi không khí, tuy nhiên nhược điểm của lõi không khí là phần
lớn các đường cảm ứng từ đều đi ra ngoài, điều này ảnh hưởng đến đặc tính của
máy biến áp.
Biến áp âm tần: Dải tần làm việc (20Hz-20kHz), thực hiện phối hợp trở
kháng (tối thiểu hóa thành phần điện cảm trong mạch), tuy nhiên kích thước và

trọng lượng lớn nên ngày càng ít được sử dụng.
1.2. Linh kiện điện tử tích cực
1.2.1. Chất bán dẫn
*Cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn tinh thể
Trong mạng tinh thể của chất rắn, tùy theo các mức năng lượng mà các điện
tử có thể chiếm chỗ hay không chiếm chỗ, người ta phân biệt ba vùng năng lượng
khác nhau:
Vùng hóa trị (vùng đầy): Tất cả các mức năng lượng đều đã bị điện tử chiếm
chỗ, không có mức năng lượng tự do.
Vùng dẫn (vùng trống): Các mức năng lượng đều còn trống hoặc có thể bị
chiếm chỗ một phần.
Vùng cấm: Trong đó không tồn tại mức năng lượng nào để điện tử có thể
chiếm chỗ hay xác suất tìm hạt tại đây bằng 0.
Tùy theo vị trí tương đối giữa 3 vùng trên, các chất rắn được chia làm 3 loại
(xét tại 0oK).
Năng lượng vùng cấm:
g c v
E E E= −
(1. 0)
Trong đó:
c
E
: Năng lượng đáy vùng dẫn
v
E
: Năng lượng đỉnh vùng hóa trị
Để tạo dòng điện trong chất rắn cần phải thực hiện 2 quá trình: quá trình
tạo hạt dẫn tự do nhờ năng lượng kích thích và quá trình chuyển động có hướng
của các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường.
* Chất bán dẫn thuần (intrinsic)

Hai chất bán dẫn thuần điển hình là Ge và Si có năng lượng vùng cấm:
Eg(Ge)=0,72eV và Eg(Si)=1,12eV, thuộc nhóm IV trong hệ thống tuần hoàn.
Trong mạng tinh thể, các
nguyên tử Ge (Si) liên kết với
nhau theo kiểu cộng hóa trị
(các nguyên tử đưa ra các
electron hóa trị liên kết với các
nguyên tử xung quanh). Chất
bán dẫn thuần thực chất không
phải là một chất cách điện tốt và cũng không phải là một chất dẫn điện tốt. Tại
nhiệt độ phòng, độ dẫn điện của Si bằng khoảng
10
10
−
độ dẫn điện của một vật dẫn
kim loại và bằng khoảng
14
10
lần so với một chất cách điện tốt. Tuy nhiên có thể
tăng độ dẫn điện của chất bán dẫn thuần bằng cách đốt nóng hoặc chiếu sáng tinh
thể bán dẫn để tăng số lượng hạt dẫn. Khi được một nguồn năng lượng bên ngoài
kích thích, xảy ra hiện tượng ion hóa các nguyên tử nút mạng và sinh ra từng cặp
hạt dẫn tự do: điện tử và lỗ trống. Điều này tương đương với sự dịch chuyển của
một điện tử từ 1 mức năng lượng trong vùng hóa trị lên 1 mức năng lượng trong
vùng dẫn và đồng thời để lại 1 mức năng lượng tự do trong vùng hóa trị được gọi
là lỗ trống. Các hạt dẫn tự do này dưới tác dụng của điện trường ngoài hoặc do sự
Hình 1.11: Cơ chế phát sinh cặp hạt dẫn tự do trong chất
bán dẫn thuần
chênh lệch về nồng độ có khả năng dịch chuyển có hướng trong mạng tinh thể tạo
nên dòng điện trong chất bán dẫn. Một đặc điểm quan trọng trong chất bán dẫn đó

là điện tử không phải là hạt mang điện duy nhất mà lỗ trống cũng được coi là hạt
mang điện nên dòng điện trong chất bán dẫn luôn gồm hai thành phần do sự
chuyển dời có hướng của điện tử và lỗ trống.
Trong chất bán dẫn thuần, mật độ của điện tử và lỗ trống là bằng nhau:
i i
n p=
(1. 0)
Một phương pháp hiệu quả và đơn giản hơn để tăng khả năng dẫn điện của
chất bán dẫn là pha tạp chất.
1.2.2. Diode
Diode là một thành phần không thể thiếu trong bo mạch điện tử nói chung,
điốt thuộc linh kiện bán dẫn, là 1 chất bán dẫn. Diode phân thành 2 loại: Diode
thường và diode zen. Diode thường có chức năng nắn dòng điện. Diode zen có chức
năng làm ổn áp hay làm giảm dòng điện theo chỉ số trên lưng diode. Hiện nay với sự
phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin. Vì vậy có rất nhiều dạng diode khác
nhau như: diode thu quang, diode phát quang hay còn gọi là led, diode biến dung,
diode xung, diode tách sóng.
Do tính chất dẫn điện một chiều nên điốt thường được sử dụng trong các mạch
chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân
cực cho transistor hoạt động trong mạch chỉnh lưu diode có thể được tích hợp thành
diode cầu
Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên
quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa. Vì
vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên
được gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc
được cân bằng bởi điện áp bên ngoài. Đây là cốt lõi hoạt động của diode.
Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuếch tán của các
điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp
dẫn điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuếch
tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo

hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện
áp theo một hướng nhất định.
* Hoạt động:
Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép
với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng
chuyển động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử
(điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ
trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư
thừa lỗ trống).
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi
chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên
tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay
các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).
Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi
là điện áp tiếp xúc (U
TX
). Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối n đến
khối p nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc
ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt và
tồn tại điện áp tiếp xúc. Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng. Điện áp
tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với diode làm bằng bán dẫn Si và
khoảng 0.3V đối với diode làm bằng bán dẫn Ge.
Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên
quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa. Vì
vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên
được gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc
được cân bằng bởi điện áp bên ngoài. Đây là cốt lõi hoạt động của diode.
Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuếch tán của các
điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp
dẫn điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuếch

tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo
hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác diode chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện
áp theo một hướng nhất định.
*Ứng dụng:
Vì diode có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi phân
cực thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện
một chiều.
Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD
0
(nối tắt),
phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử, đóng
ngắt bằng điều khiển mức điện áp. Diode chỉnh lưu dòng điện, giúp chuyển dòng
điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, điều đó có ý nghĩa rất lớn trong kĩ
thuật điện tử. Vì vậy diode được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử.
* Diode bán dẫn
Diode bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng
điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính
chất của các chất bán dẫn. Có nhiều loại điốt bán dẫn, như diode chỉnh lưu thông
thường, diode Zener, LED. Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là một
khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.
Diode là thiết bị điện tử bán dẫn đầu tiên. Khả năng chỉnh lưu của tinh thể
được nhà vật lý người
Đức Ferdinand Braun phát hiện
năm 1874. Diode bán dẫn đầu
tiên được phát triển vào khoảng
Hình 1.12: Cấu tạo và ký hiệu của Diode
năm 1906 được làm từ các tinh thể khoáng vật như galena. Ngày nay hầu hết các
diode được làm từ silic, nhưng các chất bán dẫn khác như selen hoặc germani thỉnh
thoảng cũng được sử dụng. Diode bán dẫn, loại sử dụng phổ biến nhất hiện nay, là
các mẫu vật liệu bán dẫn kết tinh với cấu trúc p-n được nối với hai thiết bị đầu

cuối điện.
* Diode thường
Diode thường là một chuyển tiếp p-n với một điện cực nối tới miền p gọi là
Anode(A) và một điện cực được nối tới miền n được gọi là Cathode (K), liên kết
đó được gọi là liên kết Ohmic và có thể coi là một điện trở có giá trị nhỏ nối tiếp
với diode ở mạch ngoài.
* Diode Zener, còn gọi là " diode đánh thủng" hay " diode ổn áp"
Diode Zener là một diode đặc biệt được pha
tạp chất với nồng độ rất cao và có thể hoạt động
trong miền đánh thủng của đặc tuyến Volt-Ampere.
Trong miền phân cực thuận, diode Zener hoạt động
như một diode chỉnh lưu thường. Trong miền phân
cực ngược, khi điện áp phân cực ngược đạt được giá
trị điện áp Uz=-UBR, dòng qua diode (Iz) tăng
mạnh, nhưng điện áp Uz=const, nên diode Zener
được sử dụng để ổn định điện áp một chiều.
Là loại diode được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng. Khi
sử dụng diode này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp
tại mạch lớn hơn điện áp định mức của Diode thì
Diode sẽ cho dòng điện đi qua (và ngắn mạch xuống
đất bảo vệ mạch điện cần ổn áp) và đến khi điện áp
mạch mắc bằng điện áp định mức của Diode.
Đây là cốt lõi của mạch ổn áp
Diode được sử dụng trong mạch này là diode 1N4007
Hinh 1.13: Hình ảnh và kí
hiệu diode zenner
Hình 1.14: Hình ảnh Diode
1N4007
* Diode phát quang hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode)
Là linh kiên biến đổi điện năng thành quang năng, được pha tạp với nồng độ

cao tinh thể bán dẫn tạp chất loại p hoặc
loại n tới mức suy biến, độ rộng vùng cấm
hẹp lại. Khi một điện áp thuận được đặt vào
chuyển tiếp p-n, các hạt dẫn đa số chuyển
động khuếch tán qua tiếp giáp p-n và trở
thành hạt thiểu số trội, sau đó chúng khuếch
tán sâu vào đơn tinh thể bán dẫn trung hòa
về điện và tái hợp với hạt dẫn đa số và khi
đó phát ra ánh sáng. Hiện tượng đó là khi các electron chuyển từ mức năng lượng
cao xuống mức năng lượng thấp kèm theo phát xạ các photon, được gọi là hiện
tượng tái hợp hạt dẫn. LED có thể phát ra ánh sáng trông thấy phụ thuộc vào điện
áp ngưỡng. Điện áp ngưỡng rơi trên LED thường cao hơn diode chỉnh lưu.
Là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại.
Cũng giống như diode bán dẫn, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép
với một khối bán dẫn loại n.
LED được sử dụng làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, đèn báo trạng thái
có điện vv…
1.2.3. Transistor
Transistor (viết tắt của: "Transfer-
resistor" tức điện trở chuyển) là một linh kiện
bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị
khuếch đại hoặc một khóa điện tử. Transistor là
khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch
ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử
hiện đại khác.
Hình 1.16: Cấu tạo transistor
Hình 1.15: Hình ảnh và kí hiệu LED
Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều
ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển
tín hiệu, và tạo dao động.Transistor cũng thường được kết hợp thành mạch tích

hợp (IC), có thể tích hợp tới một tỷ transistor trên một diện tích nhỏ.
Cũng giống như diode, 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.
Transistor là một linh kiện điện tử gồm 3 điện cực có khả năng khuếch đại
dòng, điện áp hay công suất. Nguyên lý cơ bản của Transistor đó là điện áp giữa 2
cực của nó điều khiển cường độ dòng điện của cực thứ 3. Có 2 loại Transistor:
Transistor lưỡng cực ( Bipolar Juction Transistor BJT) và Transistor trường (Field-
Effect Transistor FET). Mỗi Transistor có một ưu điểm và đặc tuyến riêng và do
đó cũng được ứng dụng trong những phạm vi riêng.
Mỗi transistor đều có ba cực:
− Cực gốc B (base)
− Cực góp C (collector)
− Cực phát E (emitter)
Để phân biệt PNP hay NPN Transistor ta căn cứ vào ký hiệu linh kiện dựa
vào mũi tên trên đầu phát. Nếu mũi tên hướng ra thì transistor là NPN, và nếu mũi
tên hướng vào thì transistor đó là PNP
* Nguyên lý hoạt động
Khi JE được phân cực thuận (U
BE
>0), dòng điện qua J
E
chủ yếu là dòng
khuếch tán của các hạt dẫn đa số, điện tử từ miền Emitter được phun vào miền
Base đồng thời lỗ trống từ miền Base khuếch tán sang miền Emitter, tuy nhiên do
nồng độ pha tạp của miền Base rất thấp nên cường độ dòng lỗ trống nhỏ hơn rất
nhiều so với cường độ dòng điện tử, nên có thể coi dòng IE là dòng của các điện
tử, phụ thuộc chủ yếu vào điện áp U
BE

.
Khi các điện tử được phun từ miền Emitter sang miền Base, tiếp tục khuếch
tán sâu vào trong miền Base và xảy ra hiện tượng tái hợp hạt dẫn, dòng IB gồm 2
thành phần: dòng lỗ trống (hạt dẫn đa số) khuếch tán sang miền Emitter (IB1) và
dòng lỗ trống tái hợp với electron (I
B2
).
Do độ rộng của miền Base rất mỏng nên chỉ có một số rất ít các điện tử tái
hợp với lỗ trống trong miền Base còn đa số điện tử tới được chuyển tiếp JC, JC
phân cực ngược nên electron được cuốn sang miền Collector. Dòng điện IC trong
miền Collector gồm 2 thành phần: ICBo: dòng ngược bão hòa (dòng trôi của hạt
dẫn thiểu số) và dòng cuốn của các hạt thiểu số trội từ miền Base sang miền
Collector. Dòng ngược bão hòa ICBo có giá trị rất nhỏ nên dòng cuốn của các hạt
dẫn thiểu số trội là thành phần chủ yếu của dòng IC, hay nên chỉ phụ thuộc vào
điện áp UBE mà độc lập với điện áp UCB, tức là dòng IC được điều khiển bởi điện
áp UBE, đó là nguyên lý hoạt động cơ bản của Transistor.
* Phân loại: ta chia làm hai loại NPN và PNP (hình 1.17)


Phân
biệt các loại transistor PNP và NPN ngoài
thực tế. Transistor Nhật bản: thường ký
hiệu là A , B , C , D Ví dụ A564,
a) Transistor thuận a) Transistor nghịch
Hình 1. 17: Các loại transistor
Hình 1.18: Ký hiệu transistor trong
mạch điện