Công Nghệ Điện - Điện Tử 12 - Chương trình GDPT 2018

Chương trình GDPT 2018 Bài 1 / 26

Bài 1: Giới thiệu tổng quan về kĩ thuật điện

Mục tiêu bài học

Khái niệm kĩ thuật điện; Cấu trúc cơ bản của hệ thống điện (nguồn điện, lưới điện, tải tiêu thụ); Vai trò then chốt của kĩ thuật điện trong sản xuất công nghiệp và đời sống dân sinh.

1. Khái niệm kĩ thuật điện

Kĩ thuật điện (Electrical Engineering) là ngành kĩ thuật nghiên cứu, phát triển, thiết kế, chế tạo, vận hành và bảo dưỡng các thiết bị, hệ thống dùng để sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng.

Điện năng là dạng năng lượng thứ cấp vô cùng linh hoạt, dễ dàng biến đổi thành các dạng năng lượng khác như cơ năng (động cơ), nhiệt năng (lò điện), quang năng (đèn chiếu sáng), hoá năng (mạ điện).

2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống điện

Một hệ thống điện hoàn chỉnh bao gồm 3 khâu chính liên kết chặt chẽ:

1. Nguồn điện (Phát điện):

Biến đổi các nguồn năng lượng sơ cấp (than đá, dầu khí, sức nước, gió, mặt trời, hạt nhân) thành điện năng thông qua máy phát điện hoặc tấm pin quang điện.

2. Lưới điện (Truyền tải & Phân phối):

Hệ thống đường dây tải điện và các trạm biến áp (tăng áp, hạ áp) để đưa điện từ trung tâm phát điện đến nơi tiêu thụ xa hàng ngàn km.

3. Tải tiêu thụ điện:

Các thiết bị, máy móc sử dụng điện trong nhà máy, xí nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và các hộ gia đình dân cư.

3. Vai trò của kĩ thuật điện

Trong sản xuất: Cung cấp động lực chính cho mọi dây chuyền tự động hoá, thúc đẩy công nghiệp hoá, hiện đại hoá và nâng cao năng suất lao động.
Trong đời sống: Nâng cao chất lượng cuộc sống con người (chiếu sáng, làm mát, sưởi ấm, nấu nướng, thông tin liên lạc và y tế).
Đối với xã hội: Tiền đề xây dựng đô thị thông minh (Smart City) và chuyển đổi sang năng lượng xanh, giảm phát thải khí nhà kính.

Ghi nhớ trọng tâm

Kĩ thuật điện nghiên cứu sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. Hệ thống điện gồm nguồn phát, lưới truyền tải/phân phối và tải tiêu thụ. Điện năng là động lực nền tảng của nền văn minh hiện đại.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Hệ thống điện hoàn chỉnh được cấu thành từ 3 thành phần chính nào sau đây?

Chương trình GDPT 2018 Bài 2 / 26

Bài 2: Ngành nghề trong lĩnh vực kĩ thuật điện

Mục tiêu bài học

Các vị trí việc làm phổ biến trong ngành điện (Kĩ sư điện, Kĩ thuật viên, Thợ điện); Yêu cầu về kiến thức chuyên môn, kĩ năng nghề nghiệp, thái độ và an toàn lao động.

1. Một số ngành nghề tiêu biểu trong lĩnh vực kĩ thuật điện

1. Kĩ sư điện (Electrical Engineer)

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điện, nhà máy điện, trạm biến áp, mạng điện công nghiệp; lập dự án và giám sát thi công, vận hành lưới điện thông minh (Smart Grid).

2. Kĩ thuật viên kĩ thuật điện

Hỗ trợ kĩ sư trong việc đo đạc, kiểm tra thông số kĩ thuật, lập trình điều khiển tự động hoá (PLC), hiệu chỉnh thiết bị và xử lí sự cố mạng điện nhà máy.

3. Thợ lắp đặt và sửa chữa điện

Trực tiếp thi công đi dây, lắp đặt bảng điện, thiết bị đóng cắt bảo vệ, công tơ, khắc phục chập cháy trong mạng điện dân dụng và công nghiệp.

2. Yêu cầu đối với người lao động trong ngành điện

Kiến thức: Nắm vững nguyên lí mạch điện, an toàn điện, tiêu chuẩn kĩ thuật điện quốc gia và đọc thành thạo bản vẽ sơ đồ điện.
Kĩ năng: Sử dụng thành thạo các dụng cụ đo kiểm (đồng hồ vạn năng VOM, ampe kìm, máy đo điện trở cách điện Megger) và dụng cụ lắp ráp.
Kỉ luật & An toàn: Tuân thủ nghiêm ngặt quy trình an toàn điện; cẩn trọng, tỉ mỉ và có tinh thần trách nhiệm cao vì sai sót điện có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người.

Ghi nhớ trọng tâm

Ngành điện có nhu cầu nhân lực rất lớn từ kĩ sư thiết kế, kĩ thuật viên vận hành đến thợ điện thi công. Yêu cầu hàng đầu của nghề là nắm chắc kiến thức kĩ thuật và tuyệt đối tuân thủ quy chuẩn an toàn lao động.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Người làm công việc trực tiếp đo kiểm, lắp đặt đường dây cáp, bảng điện và sửa chữa sự cố điện dân dụng được gọi là gì?

Chương trình GDPT 2018 Bài 3 / 26

Bài 3: Mạch điện xoay chiều ba pha

Mục tiêu bài học

Khái niệm nguồn điện xoay chiều ba pha; Cách nối hình sao (Y) và tam giác (Δ); Mối quan hệ giữa điện áp pha (Up), điện áp dây (Ud), dòng điện pha (Ip) và dòng điện dây (Id).

1. Khái niệm nguồn điện xoay chiều 3 pha

Nguồn điện xoay chiều ba pha gồm 3 suất điện động xoay chiều hình sin có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau từng đôi một một góc $\frac{2\pi}{3}$ ($120^\circ$):

$e_A = E_0\sqrt{2}\sin(\omega t)$

$e_B = E_0\sqrt{2}\sin(\omega t - \frac{2\pi}{3})$

$e_C = E_0\sqrt{2}\sin(\omega t + \frac{2\pi}{3})$

Ưu điểm: Máy phát và động cơ 3 pha có cấu tạo đơn giản, hiệu suất cao hơn 1 pha; truyền tải điện năng bằng dòng 3 pha tiết kiệm dây dẫn đáng kể.

2. Cách nối nguồn và tải trong mạch 3 pha

Nối hình sao (Kí hiệu: Y)

Ba điểm cuối (X, Y, Z) của 3 cuộn dây nối chung lại với nhau tạo thành điểm trung tính (O).

• $U_d = \sqrt{3} U_p$

• $I_d = I_p$

Ví dụ tại VN: $U_p = 220\text{V} \Rightarrow U_d = \sqrt{3} \times 220 \approx 380\text{V}$.

Nối hình tam giác (Kí hiệu: $\Delta$)

Đầu pha này nối với cuối pha kia (A nối Z, B nối X, C nối Y) tạo thành vòng kín.

• $U_d = U_p$

• $I_d = \sqrt{3} I_p$

Ghi nhớ trọng tâm

Mạch 3 pha gồm 3 sóng lệch nhau 120°. Khi nối hình sao (Y): Ud = √3 Up và Id = Ip (lưới 220V/380V). Khi nối hình tam giác (Δ): Ud = Up và Id = √3 Ip.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Trong mạng điện xoay chiều 3 pha đối xứng nối hình sao (Y), nếu điện áp pha Up = 220 V thì điện áp dây Ud có giá trị xấp xỉ bằng bao nhiêu?

Chương trình GDPT 2018 Bài 4 / 26

Bài 4: Hệ thống điện quốc gia

Mục tiêu bài học

Khái niệm và sơ đồ cấu trúc của hệ thống điện quốc gia; Các cấp điện áp truyền tải và phân phối; Vai trò then chốt của Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia.

1. Khái niệm và cấu trúc hệ thống điện quốc gia

Hệ thống điện quốc gia là hệ thống thống nhất gồm các nhà máy điện, lưới điện (đường dây và trạm biến áp) và các hộ tiêu thụ điện trên phạm vi cả nước, được liên kết với nhau và chỉ huy vận hành tập trung.

Sơ đồ chuỗi năng lượng:
Nhà máy phát điện (10 - 22 kV) $\rightarrow$ Trạm biến áp tăng áp $\rightarrow$ Lưới truyền tải siêu cao áp (500 kV) & cao áp (220 kV, 110 kV) $\rightarrow$ Trạm biến áp trung gian hạ áp $\rightarrow$ Lưới phân phối trung áp (22 kV, 35 kV) $\rightarrow$ Trạm biến áp phân phối $\rightarrow$ Lưới hạ áp sinh hoạt (380/220 V) $\rightarrow$ Người dùng.

2. Vì sao phải truyền tải điện ở điện áp cao?

Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây truyền tải được tính theo công thức:

$\Delta P = I^2 R = \left(\frac{P}{U\cos\varphi}\right)^2 R = \frac{P^2 R}{U^2 \cos^2\varphi}$

Khi điện áp truyền tải $U$ tăng lên $n$ lần thì công suất hao phí $\Delta P$ trên đường dây giảm đi $n^2$ lần. Do đó, việc xây dựng đường dây siêu cao thế 500 kV Bắc - Nam giúp giảm triệt để tổn thất điện năng khi đưa điện từ miền Bắc, miền Trung vào miền Nam.

Ghi nhớ trọng tâm

Hệ thống điện quốc gia liên kết các nhà máy điện, lưới điện và hộ tiêu thụ trên toàn lãnh thổ. Nâng cao điện áp truyền tải (500 kV, 220 kV) giúp giảm hao phí truyền tải theo tỉ lệ nghịch với bình phương điện áp.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Theo định luật Joule - Lenz, khi tăng điện áp hiệu dụng của đường dây truyền tải lên 10 lần thì công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây sẽ thay đổi như thế nào?

Chương trình GDPT 2018 Bài 5 / 26

Bài 5: Sản xuất điện năng

Mục tiêu bài học

Nguyên lí hoạt động của các loại hình nhà máy điện (Thủy điện, Nhiệt điện than, Nhiệt điện khí, Điện hạt nhân, Điện mặt trời, Điện gió); Xu hướng chuyển dịch năng lượng tái tạo.

1. Các nhà máy điện truyền thống

1. Nhà máy Thuỷ điện:

Dùng thế năng của dòng nước trên cao làm quay tuabin nước kéo máy phát điện quay (Ví dụ: Thuỷ điện Hoà Bình, Sơn La, Lai Châu).

2. Nhà máy Nhiệt điện:

Đốt than hoặc khí đốt để đun sôi nước tạo hơi nước áp suất cao làm quay tuabin hơi. Nhược điểm: Phát thải nhiều khí $CO_2$ và tro xỉ gây ô nhiễm.

2. Xu hướng phát triển năng lượng tái tạo

Điện mặt trời (Solar Power):

Sử dụng các tấm pin quang điện (quang năng $\rightarrow$ điện năng trực tiếp) và hệ thống inverter biến đổi dòng DC thành AC hoà lưới.

Điện gió (Wind Power):

Động năng gió làm quay cánh quạt tua bin gió truyền động cơ năng đến máy phát điện trên đất liền hoặc ngoài khơi (Offshore).

Ghi nhớ trọng tâm

Điện năng được tạo ra từ thủy điện, nhiệt điện và năng lượng tái tạo. Việt Nam đang đẩy mạnh chuyển dịch sang điện gió và điện mặt trời nhằm hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0 (Net Zero 2050).

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Nhà máy điện mặt trời biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng nhờ hiện tượng vật lí nào?

Chương trình GDPT 2018 Bài 6 / 26

Bài 6: Mạng điện sản xuất quy mô nhỏ

Mục tiêu bài học

Đặc điểm mạng điện phân xưởng sản xuất; Cấu trúc trạm biến áp, tủ phân phối, sơ đồ cung cấp điện hình tia và hình phân nhánh; Các yêu cầu bảo vệ mạng điện sản xuất.

1. Đặc điểm của mạng điện sản xuất quy mô nhỏ

Mạng điện sản xuất quy mô nhỏ (mạng điện phân xưởng) cấp điện cho các động cơ công nghiệp, máy hàn, lò nung, máy tiện, CNC trong các xưởng cơ khí, may mặc, chế biến lương thực.

Tải tiêu thụ chủ yếu là động cơ không đồng bộ 3 pha, có tính cảm kháng cao làm giảm hệ số công suất $\cos\varphi$ (cần có tủ tụ bù công suất phản kháng).
Dòng khởi động của động cơ lớn (gấp 5 - 7 lần dòng định mức), đòi hỏi dây dẫn và thiết bị bảo vệ chịu được dòng khởi động.

2. Cấu trúc và sơ đồ cung cấp điện phân xưởng

Sơ đồ hình tia (Radial): Từ tủ phân phối chính, mỗi nhánh cáp riêng biệt cấp nguồn cho từng máy hoặc từng nhóm máy. Ưu điểm: Độ tin cậy cao, sự cố nhánh nào chỉ ngắt nhánh đó.

Tủ tụ bù: Lắp đặt song song với tải để bù công suất phản kháng $Q$, nâng hệ số $\cos\varphi \ge 0.9$ tránh bị phạt tiền điện từ ngành điện lực.

Ghi nhớ trọng tâm

Mạng điện sản xuất quy mô nhỏ cấp điện cho máy móc phân xưởng. Tải phần lớn là động cơ 3 pha cần trang bị tủ tụ bù công suất phản kháng và bảo vệ chống ngắn mạch, quá tải bằng Aptomat.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Vì sao trong các mạng điện phân xưởng sản xuất có nhiều động cơ 3 pha người ta thường phải lắp thêm tủ tụ bù?

Chương trình GDPT 2018 Bài 7 / 26

Bài 7: Mạng điện hạ áp dùng trong sinh hoạt

Mục tiêu bài học

Khái niệm mạng điện hạ áp (380/220V); Cấu tạo từ trạm biến áp phân phối, đường cáp hạ thế, hộp công tơ đến tủ điện gia đình; Đặc điểm sử dụng và tiêu chuẩn an toàn.

1. Khái niệm và thông số mạng hạ áp

Mạng điện hạ áp sinh hoạt là mạng điện có điện áp dưới 1000 V (tại Việt Nam chuẩn là điện áp dây $380\text{V}$ và điện áp pha $220\text{V}$, tần số $50\text{Hz}$).

Hầu hết các thiết bị điện sinh hoạt trong gia đình (tivi, quạt, tủ lạnh, máy giặt, điều hoà) được thiết kế hoạt động ở điện áp xoay chiều 1 pha $220\text{V}$.

2. Cấu trúc mạng điện hạ áp khu dân cư

Trạm biến áp hạ thế: Biến đổi điện áp trung thế (22 kV) xuống cấp điện áp hạ thế (380/220 V).
Đường dây hạ thế: Thường sử dụng cáp vặn xoắn ABC đi trên cột bê tông hoặc cáp ngầm đô thị gồm 4 dây (3 dây pha A, B, C và 1 dây trung tính N).
Hộp công tơ điện tử: Đo đếm lượng điện năng tiêu thụ (kWh) của từng hộ gia đình để tính tiền điện.

Ghi nhớ trọng tâm

Mạng hạ áp sinh hoạt tại Việt Nam có thông số chuẩn 380/220V, tần số 50Hz, nhận nguồn từ trạm biến áp hạ thế 22/0.4kV cấp tới các hộp công tơ đo đếm điện tử của từng hộ dân.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Mạng điện hạ áp dùng trong sinh hoạt dân cư ở Việt Nam có tần số định mức là bao nhiêu?

Chương trình GDPT 2018 Bài 8 / 26

Bài 8: Hệ thống điện trong gia đình

Mục tiêu bài học

Cấu trúc mạng điện gia đình (từ công tơ, tủ điện tổng, các nhánh tiêu thụ); Sơ đồ phân phối điện phân tầng; Nguyên tắc chia tải an toàn và chống giật.

1. Sơ đồ cấu trúc mạng điện trong gia đình

Hệ thống điện trong một ngôi nhà hiện đại được cấu trúc phân tầng rõ ràng:

1. Công tơ điện & Aptomat tổng (Main Breaker): Đặt tại vị trí vào nhà, ngắt điện toàn bộ hệ thống khi cần sửa chữa hoặc xảy ra sự cố nghiêm trọng.

2. Tủ điện phân phối (DB - Distribution Board): Chứa thiết bị chống giật (RCCB/RCBO) và các aptomat nhánh (MCB) theo từng tầng hoặc từng phòng.

3. Các mạch nhánh tiêu thụ riêng biệt:

Nhánh chiếu sáng: Đèn LED, quạt trần (công suất nhỏ).
Nhánh ổ cắm thông thường: Cắm sạc, tivi, máy tính.
Nhánh thiết bị công suất lớn chuyên dụng: Điều hoà không khí, bình nước nóng lạnh, bếp từ (phải có đường dây cáp riêng tiết diện lớn và MCB riêng).

2. Dây tiếp địa bảo vệ (PE)

Mạng điện gia đình chuẩn hiện đại gồm 3 dây: Dây pha (L), Dây trung tính (N) và Dây nối đất bảo vệ (PE). Dây PE được nối từ cọc tiếp địa chôn sâu dưới đất tới vỏ kim loại của các thiết bị (máy giặt, bình nóng lạnh, lò vi sóng) để dẫn dòng rò xuống đất, bảo vệ tính mạng người sử dụng.

Ghi nhớ trọng tâm

Hệ thống điện gia đình gồm công tơ, tủ điện phân phối, các aptomat nhánh theo tải tiêu thụ và hệ thống tiếp địa 3 dây (L, N, PE) bảo đảm an toàn chống cháy nổ và điện giật.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Vì sao các thiết bị công suất lớn như bình nóng lạnh, điều hoà nhiệt độ, bếp từ cần được đi dây riêng và có aptomat bảo vệ độc lập?

Chương trình GDPT 2018 Bài 9 / 26

Bài 9: Thiết bị điện trong hệ thống điện gia đình

Mục tiêu bài học

Cấu tạo, nguyên lí và công dụng của các khí cụ điện: Cầu chì, Aptomat (MCB, MCCB), Cầu dao chống giật (RCCB, RCBO), Công tắc, Ổ cắm, Dây dẫn và cáp điện.

1. Thiết bị đóng cắt và bảo vệ

MCB (Miniature Circuit Breaker):

Aptomat tép tự động ngắt mạch khi xảy ra sự cố quá tải (nhờ thanh lưỡng kim nhiệt) hoặc ngắn mạch/chập điện (nhờ cuộn hút điện từ).

RCCB / RCBO (Chống dòng rò):

Phát hiện sự chênh lệch dòng điện giữa dây pha và dây trung tính khi có người chạm vào dây nóng hoặc thiết bị rò điện ra vỏ, tự động ngắt cực nhanh (dòng rò $\ge 30\text{mA}$ trong vài mili giây) cứu sống người dùng.

2. Thiết bị lấy điện và điều khiển

Công tắc điện: Đóng cắt mạch chiếu sáng; gồm công tắc hai cực (đóng ngắt 1 cực) và công tắc ba cực (dùng cho mạch cầu thang).
Ổ cắm điện: Ổ cắm 2 chấu hoặc 3 chấu (có chấu thứ 3 nối đất PE), có màn che an toàn trẻ em.
Dây dẫn điện: Lõi đồng nhiều sợi (Cu), vỏ bọc nhựa cách điện PVC hoặc XLPE; chọn tiết diện dây phù hợp với công suất (ví dụ: dây chiếu sáng $1.5\text{mm}^2$, ổ cắm $2.5 - 4.0\text{mm}^2$, dây nguồn tổng $\ge 6.0\text{mm}^2$).

Ghi nhớ trọng tâm

Khí cụ điện trong nhà gồm thiết bị bảo vệ (MCB chống ngắn mạch, RCBO chống rò giật), thiết bị đóng cắt (công tắc) và phụ kiện lấy điện (ổ cắm, cáp điện có tiết diện phù hợp).

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Thiết bị điện nào có chức năng đặc biệt tự động ngắt nguồn điện khi phát hiện dòng điện bị rò ra ngoài hoặc khi có người bị điện giật?

Chương trình GDPT 2018 Bài 10 / 26

Bài 10: Thiết kế và lắp đặt mạch điện điều khiển trong gia đình

Mục tiêu bài học

Quy trình thiết kế mạch điện (sơ đồ nguyên lí, sơ đồ lắp đặt); Lắp đặt mạch điện cầu thang hai công tắc ba cực điều khiển một đèn; Ứng dụng công tắc cảm biến thông minh.

1. Sơ đồ nguyên lí và sơ đồ lắp đặt mạch điện

Sơ đồ nguyên lí:

Biểu diễn mối liên hệ điện giữa các phần tử trong mạch bằng kí hiệu chuẩn quốc tế, không phụ thuộc vào vị trí không gian thực tế.

Sơ đồ lắp đặt:

Biểu diễn vị trí lắp đặt cụ thể của các thiết bị (bảng điện, bóng đèn, hộp nối) và đường đi thực tế của dây dẫn trong phòng, tường nhà.

2. Mạch hai công tắc ba cực điều khiển một đèn (Mạch cầu thang)

Nguyên lí hoạt động:

Công tắc 3 cực có 1 cực chung (chân 1) và 2 cực chuyển mạch (chân 2, chân 3).
Cực chung của công tắc 1 nối với dây pha (L); hai cực chuyển mạch của công tắc 1 nối với hai cực chuyển mạch tương ứng của công tắc 2.
Cực chung của công tắc 2 nối với một đầu bóng đèn; đầu còn lại của bóng đèn nối về dây trung tính (N).
Nhờ đó, người dùng có thể bật hoặc tắt bóng đèn độc lập từ tầng dưới hoặc tầng trên rất thuận tiện.

Ghi nhớ trọng tâm

Quy trình thiết kế gồm xây dựng sơ đồ nguyên lí và chuyển đổi sang sơ đồ lắp đặt. Mạch cầu thang sử dụng hai công tắc 3 cực cho phép bật/tắt đèn từ hai vị trí cách xa nhau.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Để lắp đặt một mạch điện chiếu sáng cầu thang có thể bật tắt đèn độc lập ở cả tầng 1 và tầng 2, ta cần sử dụng loại công tắc nào?

Chương trình GDPT 2018 Bài 11 / 26

Bài 11: An toàn điện

Mục tiêu bài học

Các nguyên nhân gây tai nạn điện; Tác hại của dòng điện đối với cơ thể người; Các biện pháp phòng ngừa tai nạn điện và quy trình sơ cứu nạn nhân bị điện giật tại chỗ.

1. Tác hại của dòng điện đối với cơ thể con người

Dòng điện chạy qua cơ thể gây tác động sinh lí, nhiệt và hoá học nguy hiểm. Mức độ nguy hiểm phụ thuộc vào cường độ dòng điện, đường đi của dòng điện qua cơ thể và thời gian tác động:

Dưới 5 mA: Có cảm giác tê nhẹ, chưa gây nguy hiểm đến tính mạng.

10 - 20 mA: Cơ bắp co cứng mạnh, khó tự rút tay ra khỏi vật mang điện (ngưỡng giật buông).

Trên 50 - 100 mA: Gây liệt cơ hô hấp, rung thất tim, ngừng tuần hoàn máu dẫn đến tử vong trong vài giây.

2. Quy trình cấp cứu người bị điện giật

Bước 1 (Tách nạn nhân khỏi nguồn điện): Ngay lập tức ngắt cầu dao/aptomat gần nhất. Nếu không thể ngắt nguồn, dùng vật liệu cách điện khô (gậy gỗ, thanh nhựa, đeo găng cao su) gạt dây điện ra khỏi người nạn nhân. Tuyệt đối không chạm trực tiếp vào nạn nhân bằng tay trần.
Bước 2 (Kiểm tra và sơ cứu): Đưa nạn nhân ra nơi thoáng khí. Kiểm tra nhịp thở và mạch đập.
Bước 3 (Hồi sức tim phổi - CPR): Nếu nạn nhân bất tỉnh, ngừng thở, thực hiện ép tim ngoài lồng ngực (100 - 120 lần/phút) kết hợp hô hấp nhân tạo thổi ngạt theo tỉ lệ 30 lần ép tim / 2 lần thổi ngạt liên tục cho đến khi tim đập lại hoặc nhân viên y tế đến nơi.

Ghi nhớ trọng tâm

Dòng điện trên 50mA chạy qua tim có thể gây tử vong. Khi cấp cứu người bị điện giật, điều kiện tiên quyết là ngắt nguồn điện hoặc dùng vật cách điện tách nạn nhân trước khi tiến hành hồi sức tim phổi CPR.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Hành động đầu tiên và quan trọng nhất cần thực hiện ngay lập tức khi phát hiện người đang bị điện giật là gì?

Chương trình GDPT 2018 Bài 12 / 26

Bài 12: Tiết kiệm điện năng

Mục tiêu bài học

Ý nghĩa kinh tế và môi trường của việc tiết kiệm điện năng; Các giải pháp tiết kiệm điện trong sinh hoạt và công nghiệp; Sử dụng nhãn năng lượng và thiết bị công nghệ Inverter.

1. Sự cần thiết của tiết kiệm điện năng

• Về kinh tế: Giảm chi phí hoá đơn tiền điện hàng tháng cho gia đình và hạ giá thành sản phẩm trong sản xuất công nghiệp.

• Về hệ thống điện: Giảm tình trạng quá tải trong các giờ cao điểm, hạn chế sự cố mất điện diện rộng và giảm vốn đầu tư xây dựng các nhà máy điện mới.

• Về môi trường: Giảm lượng nhiên liệu hoá thạch bị đốt cháy, giảm phát thải khí nhà kính $CO_2$ gây biến đổi khí hậu toàn cầu.

2. Các giải pháp tiết kiệm điện hiệu quả

Lựa chọn thiết bị tiết kiệm điện: Ưu tiên thiết bị có dán Nhãn năng lượng 5 sao của Bộ Công Thương; sử dụng điều hoà, tủ lạnh công nghệ biến tần Inverter.
Hệ thống chiếu sáng: Thay thế toàn bộ bóng đèn sợi đốt, compact bằng đèn LED (tiết kiệm đến 70 - 80% điện năng và tuổi thọ cao gấp 5 - 10 lần).
Thói quen sử dụng thông minh: Tắt các thiết bị khi ra khỏi phòng; rút phích cắm khi không sử dụng (tránh điện năng tiêu thụ ngầm ở chế độ chờ Standby); cài đặt điều hoà ở mức $26 - 28^\circ\text{C}$ kết hợp quạt gió.

Ghi nhớ trọng tâm

Tiết kiệm điện giúp giảm chi phí tài chính, bảo vệ lưới điện quốc gia và giảm phát thải môi trường. Ứng dụng công nghệ Inverter, đèn LED và thay đổi thói quen sử dụng là những giải pháp thiết thực nhất.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Thiết bị điện gia dụng nào sau đây giúp tiết kiệm điện năng chiếu sáng nhiều nhất so với bóng đèn sợi đốt truyền thống cùng độ sáng?

Chương trình GDPT 2018 Bài 13 / 26

Bài 13: Khái quát về kĩ thuật điện tử

Mục tiêu bài học

Khái niệm kĩ thuật điện tử; Các mốc lịch sử phát triển vượt bậc (đèn điện tử, bán dẫn transistor, vi mạch tích hợp IC, vi xử lí, trí tuệ nhân tạo AI); Ứng dụng sâu rộng của điện tử.

1. Khái niệm kĩ thuật điện tử

Kĩ thuật điện tử (Electronic Engineering) là ngành khoa học và công nghệ nghiên cứu, ứng dụng các hiện tượng chuyển động của các hạt mang điện (electron, lỗ trống) trong các môi trường chân không, chất khí và đặc biệt là chất bán dẫn để xử lí, điều khiển, truyền dẫn và lưu trữ thông tin, năng lượng.

2. Các thế hệ phát triển của kĩ thuật điện tử

Thế hệ 1: Đèn điện tử chân không

Kích thước lớn, toả nhiệt nhiều, tuổi thọ thấp (máy tính ENIAC 1946).

Thế hệ 2: Bóng bán dẫn Transistor

Phát minh 1947 tại Bell Labs, kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ ít điện năng, độ bền cao.

Thế hệ 3: Mạch tích hợp (IC)

Tích hợp hàng nghìn đến hàng triệu linh kiện trên một lát bán dẫn silicon nhỏ bằng đầu móng tay.

Thế hệ 4+: Siêu vi mạch (VLSI & AI)

Hàng tỉ transistor trên con chip vài nanomet (CPU, GPU, chip thần kinh NPU xử lí AI).

Ghi nhớ trọng tâm

Kĩ thuật điện tử điều khiển dòng chuyển động của electron trong chất bán dẫn để xử lí thông tin. Các bước nhảy vọt từ transistor, mạch tích hợp IC đến vi mạch AI đã định hình kỉ nguyên số hiện đại.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Phát minh đột phá nào ra đời năm 1947 đã mở ra cuộc cách mạng thu nhỏ kích thước và thay thế hoàn toàn đèn điện tử chân không cồng kềnh?

Chương trình GDPT 2018 Bài 14 / 26

Bài 14: Ngành nghề và dịch vụ trong lĩnh vực kĩ thuật điện tử

Mục tiêu bài học

Bức tranh toàn cảnh việc làm ngành điện tử (Thiết kế vi mạch bán dẫn, Lập trình hệ thống nhúng, Kĩ thuật viễn thông, Lắp ráp và bảo trì điện tử dân dụng, công nghiệp).

1. Các chuyên ngành then chốt trong kĩ thuật điện tử

1. Thiết kế vi mạch bán dẫn (IC Design):

Thiết kế logic (RTL), kiểm thử và bố trí vật lí (Physical Layout) cho các con chip vi xử lí trên quy trình công nghệ nano tiên tiến. Ngành mũi nhọn chiến lược của Việt Nam.

2. Kĩ thuật hệ thống nhúng & IoT (Embedded & IoT):

Lập trình vi điều khiển, kết nối cảm biến và truyền dữ liệu không dây (Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee) cho xe tự hành, thiết bị nhà thông minh và y tế số.

2. Dịch vụ sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị điện tử

Bao gồm chuẩn đoán lỗi bo mạch PCB, thay thế linh kiện dán bề mặt (SMD), cài đặt firmware và bảo dưỡng định kì hệ thống máy móc điện tử trong dây chuyền sản xuất tự động.

Ghi nhớ trọng tâm

Kĩ thuật điện tử mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp từ thiết kế vi mạch bán dẫn, lập trình phần cứng nhúng đến lắp ráp, bảo trì và kiểm thử các thiết bị điện tử thông minh.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Lĩnh vực chuyên sâu nào trong kĩ thuật điện tử tập trung vào việc thiết kế cấu trúc logic và bố trí các mạch vi điện tử nano trên tấm silicon?

Chương trình GDPT 2018 Bài 15 / 26

Bài 15: Điện trở, tụ điện và cuộn cảm

Mục tiêu bài học

Cấu tạo, phân loại, kí hiệu và công dụng của ba linh kiện thụ động cơ bản: Điện trở (đọc vạch màu), Tụ điện (dung kháng XC), Cuộn cảm (cảm kháng XL).

1. Điện trở (Resistor - R)

Điện trở cản trở dòng điện, phân chia điện áp trong mạch. Đơn vị: Ôm ($\Omega$), $k\Omega$, $M\Omega$.

Bảng màu quốc tế đọc giá trị điện trở 4 vạch màu:
Đen (0) - Nâu (1) - Đỏ (2) - Cam (3) - Vàng (4) - Lục (5) - Lam (6) - Tím (7) - Xám (8) - Trắng (9). Vạch 4 sai số: Nhũ vàng (±5%), Nhũ bạc (±10%).
Công thức: $R = (V_1 V_2) \times 10^{V_3} \; \Omega \pm \text{sai số}$.
Ví dụ: Đỏ - Tím - Cam - Nhũ vàng $\Rightarrow R = 27 \times 10^3\,\Omega = 27\,k\Omega \pm 5\%$.

2. Tụ điện (Capacitor - C) và Cuộn cảm (Inductor - L)

Tụ điện (C)

Tích luỹ năng lượng điện trường. Đơn vị: Fara ($F$, $\mu F$, $nF$, $pF$). Cho dòng điện xoay chiều đi qua, ngăn dòng điện một chiều.

Dung kháng: $X_C = \frac{1}{2\pi f C}$

Cuộn cảm (L)

Tích luỹ năng lượng từ trường khi có dòng điện chạy qua. Đơn vị: Henri ($H$, $mH$). Cho dòng điện một chiều đi qua dễ dàng, cản trở dòng điện xoay chiều.

Cảm kháng: $X_L = 2\pi f L$

Ghi nhớ trọng tâm

Điện trở cản trở dòng điện. Tụ điện ngăn dòng một chiều, cho xoay chiều đi qua (XC = 1/2πfC). Cuộn cảm cho dòng một chiều đi qua, cản trở dòng xoay chiều (XL = 2πfL).

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Một điện trở 4 vạch màu có thứ tự các vạch: Nâu - Đen - Đỏ - Nhũ vàng. Giá trị điện trở định mức của linh kiện này là bao nhiêu?

Chương trình GDPT 2018 Bài 16 / 26

Bài 16: Diode, transistor và mạch tích hợp IC

Mục tiêu bài học

Cấu tạo, nguyên lí và ứng dụng của các linh kiện bán dẫn chủ động: Diode bán dẫn (chỉnh lưu dòng điện), Transistor BJT (khuếch đại, đóng cắt logic) và Mạch tích hợp IC.

1. Diode bán dẫn (Diode)

Diode gồm một lớp chuyển tiếp P-N với 2 cực: Anode (A, cực dương) và Cathode (K, cực âm). Tính chất đặc trưng: Chỉ cho dòng điện chạy qua theo một chiều từ Anode sang Cathode khi được phân cực thuận (điện áp $U_A > U_K \approx 0.7\text{V}$ với Silicon). Ứng dụng chủ yếu để chỉnh lưu dòng xoay chiều thành dòng một chiều.

2. Transistor lưỡng cực (BJT)

Gồm 3 lớp bán dẫn xen kẽ tạo thành 2 tiếp giáp P-N với 3 cực: Base (B - Cực gốc), Collector (C - Cực góp) và Emitter (E - Cực phát). Có 2 loại: NPN và PNP.

Chức năng khuếch đại: Một dòng điện điều khiển rất nhỏ $I_B$ ở cực Base có thể điều khiển dòng lớn $I_C$ ở cực Collector theo hệ số khuếch đại: $I_C = \beta \cdot I_B$.

Chức năng khoá điện tử (Switch): Ở chế độ ngắt (OFF) hoặc bão hoà (ON), transistor hoạt động như một công tắc điện tử đóng ngắt mạch với tốc độ hàng triệu lần trong 1 giây.

3. Mạch tích hợp IC (Integrated Circuit)

Là tổ hợp của hàng triệu đến hàng tỉ transistor, diode, điện trở siêu nhỏ được chế tạo tích hợp trên một phiến bán dẫn silicon duy nhất (như IC khuếch đại LM386, IC định thời NE555, vi điều khiển).

Ghi nhớ trọng tâm

Diode dẫn điện theo một chiều dùng để chỉnh lưu. Transistor (BJT) có 3 chân B, C, E có khả năng khuếch đại tín hiệu và làm khoá đóng ngắt điện tử. IC tích hợp mật độ cao là nền tảng của mọi thiết bị số hiện đại.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Linh kiện bán dẫn nào có tính chất chỉ cho dòng điện chạy qua theo một chiều từ Anode sang Cathode khi phân cực thuận?

Chương trình GDPT 2018 Bài 17 / 26

Bài 17: Thực hành: Mạch phát hiện dòng điện xoay chiều trong dây dẫn

Mục tiêu bài học

Nguyên lí cảm ứng điện từ không tiếp xúc; Lắp ráp và thử nghiệm mạch phát hiện dây điện có điện xoay chiều sử dụng transistor khuếch đại và đèn LED chỉ báo.

1. Nguyên lí hoạt động của bút thử điện không tiếp xúc

Xung quanh dây dẫn mang điện xoay chiều luôn xuất hiện một điện từ trường biến thiên với tần số $50\text{Hz}$. Khi đưa một đoạn dây dẫn (anten cảm ứng) lại gần dây điện, một suất điện động cảm ứng siêu nhỏ (cỡ vài micro-vôn) sẽ xuất hiện trên anten.

2. Sơ đồ nguyên lí và các bước thực hành lắp ráp

Mạch khuếch đại Darlington: Sử dụng 2 hoặc 3 transistor NPN (như 2N3904 hoặc C1815) mắc nối tiếp tầng (tầng trước điều khiển cực Base của tầng sau) tạo nên hệ số khuếch đại dòng điện cực lớn ($\beta_{total} = \beta_1 \times \beta_2 \times \beta_3$).

Chỉ báo đầu ra: Khi anten bắt được điện trường xoay chiều, dòng cảm ứng được khuếch đại đủ mạnh để làm phát sáng đèn LED đỏ và kích hoạt còi chíp bíp cảnh báo.

Ghi nhớ trọng tâm

Thực hành lắp ráp mạch phát hiện dòng xoay chiều ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ và mạch khuếch đại transistor độ nhạy cao, giúp kiểm tra an toàn dây điện ngầm mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Trong mạch thực hành phát hiện dòng điện xoay chiều không tiếp xúc, anten cảm ứng nhận biết tín hiệu điện dựa vào hiện tượng vật lí nào?

Chương trình GDPT 2018 Bài 18 / 26

Bài 18: Giới thiệu về điện tử tương tự

Mục tiêu bài học

Khái niệm tín hiệu tương tự (Analog); Các mạch xử lí tín hiệu tương tự phổ biến (mạch khuếch đại, mạch lọc tần số, mạch tạo sóng); Ứng dụng trong âm thanh và truyền thông.

1. Khái niệm tín hiệu tương tự (Analog Signal)

Tín hiệu tương tự là tín hiệu có đại lượng vật lí (điện áp, dòng điện) biến thiên liên tục theo thời gian và có thể nhận vô số giá trị trong một khoảng xác định (như giọng nói thu từ micro, sóng âm thanh, nhiệt độ từ cảm biến analog).

2. Các khối chức năng xử lí tương tự cơ bản

1. Mạch khuếch đại:

Tăng biên độ (điện áp, công suất) của tín hiệu nhỏ mà vẫn giữ nguyên hình dạng sóng (ví dụ amply âm thanh).

2. Mạch lọc tần số:

Cho các dải tần số mong muốn đi qua và suy hao các dải tần số nhiễu (lọc thông thấp, lọc thông cao, lọc dải).

3. Mạch tạo dao động sóng:

Tạo ra các dạng sóng chuẩn (sóng sin, sóng tam giác, sóng răng cưa) để làm sóng mang vô tuyến hoặc xung nhịp.

Ghi nhớ trọng tâm

Điện tử tương tự xử lí các tín hiệu biến thiên liên tục như âm thanh, ánh sáng, nhiệt độ. Các mạch cơ bản gồm khuếch đại, lọc tích cực và mạch tạo dao động sóng hình sin.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Đặc điểm đặc trưng cơ bản nhất phân biệt tín hiệu tương tự (Analog) với tín hiệu số (Digital) là gì?

Chương trình GDPT 2018 Bài 19 / 26

Bài 19: Khuếch đại thuật toán (Op-Amp)

Mục tiêu bài học

Cấu tạo, kí hiệu và các đặc tính lí tưởng của bộ khuếch đại thuật toán (Op-Amp); Mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo và mạch so sánh điện áp.

1. Kí hiệu và đặc tính của Op-Amp (Operational Amplifier)

Khuếch đại thuật toán (Op-Amp) là một khối mạch tích hợp có hệ số khuếch đại điện áp vi sai cực kì lớn ($A_{vd} \to \infty$), trở kháng đầu vào rất lớn ($R_{in} \to \infty$) và trở kháng đầu ra rất nhỏ ($R_{out} \to 0$).

• Đầu vào đảo (Inverting Input, kí hiệu dấu $-$): Tín hiệu vào đây sẽ ra tín hiệu ngược pha ($180^\circ$).

• Đầu vào không đảo (Non-inverting Input, kí hiệu dấu $+$): Tín hiệu vào đây sẽ ra tín hiệu cùng pha.

• Hai nguồn cấp: Nguồn đối xứng $+V_{CC}$ và $-V_{EE}$ (hoặc $+V_{CC}$ và $GND$).

2. Các cấu hình mạch cơ bản dùng Op-Amp

Mạch khuếch đại đảo (Inverting Amplifier):

Tín hiệu vào $U_{in}$ qua điện trở $R_1$ tới đầu vào $(-)$, điện trở hồi tiếp $R_f$ nối từ đầu ra về $(-)$, đầu $(+)$ nối mass.

$U_{out} = -\frac{R_f}{R_1} U_{in}$

Mạch khuếch đại không đảo (Non-inverting):

Tín hiệu vào $U_{in}$ đưa trực tiếp vào đầu $(+)$, mạch phân áp hồi tiếp $R_1, R_f$ nối vào đầu $(-)$.

$U_{out} = \left(1 + \frac{R_f}{R_1}\right) U_{in}$

Ghi nhớ trọng tâm

Op-Amp là linh kiện khuếch đại vi sai với hệ số khuếch đại rất lớn. Trong mạch khuếch đại đảo, hệ số khuếch đại chỉ phụ thuộc vào tỉ số hai điện trở: K = -Rf/R1.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Trong mạch khuếch đại đảo dùng Op-Amp, nếu chọn điện trở vào R1 = 10 kΩ và điện trở hồi tiếp Rf = 100 kΩ thì hệ số khuếch đại điện áp của mạch bằng bao nhiêu?

Chương trình GDPT 2018 Bài 20 / 26

Bài 20: Thực hành: Mạch khuếch đại đảo

Mục tiêu bài học

Quy trình thực hành lắp ráp mạch khuếch đại đảo dùng IC Op-Amp LM358 hoặc μA741; Đo đạc điện áp vào, điện áp ra bằng máy hiện sóng và nghiệm lại công thức tính hệ số khuếch đại.

1. Chuẩn bị linh kiện và thiết bị thực hành

IC khuếch đại thuật toán LM358 (hoặc $\mu\text{A}741$).
Điện trở: $R_1 = 10\,k\Omega$, $R_f = 22\,k\Omega$ và $R_f = 47\,k\Omega$.
Nguồn điện một chiều đối xứng $\pm 9\text{V}$ hoặc $\pm 12\text{V}$.
Máy phát sóng sin tần số $1\text{kHz}$ và Máy hiện sóng (Oscilloscope) 2 kênh.
Bo cắm thử nghiệm (Breadboard) và dây nối.

2. Các bước thực hiện và phân tích kết quả

Lắp ráp: Cắm IC LM358 lên breadboard, nối nguồn chân cấp điện, nối $R_1$ vào chân $(-)$ và nối đất chân $(+)$.
Cấp tín hiệu: Đưa tín hiệu sin $U_{in} = 0.5\text{V}$ từ máy phát vào đầu $R_1$.
Đo kiểm: Kênh 1 của máy hiện sóng kẹp vào đầu vào, Kênh 2 kẹp vào đầu ra. Quan sát dạng sóng: tín hiệu ra có biên độ lớn gấp $K = R_f/R_1$ lần và bị đảo pha $180^\circ$ so với tín hiệu vào.

Ghi nhớ trọng tâm

Thực hành đo kiểm mạch khuếch đại đảo xác nhận tính đúng đắn của công thức Uout = -(Rf/R1)Uin và hiện tượng đảo pha 180 độ trên máy hiện sóng oscilloscope.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Khi quan sát trên máy hiện sóng đối với mạch khuếch đại đảo dùng Op-Amp hoạt động bình thường ở chế độ tuyến tính, ta nhận thấy dạng sóng đầu ra có quan hệ góc pha như thế nào so với sóng đầu vào?

Chương trình GDPT 2018 Bài 21 / 26

Bài 21: Tín hiệu số và các cổng logic cơ bản

Mục tiêu bài học

Khái niệm mức logic (mức 0 và mức 1); Kí hiệu, hàm logic và bảng chân lí (Truth Table) của các cổng logic cơ bản: NOT, AND, OR, NAND, NOR và XOR.

1. Khái niệm tín hiệu số và mức logic

Tín hiệu số (Digital Signal) chỉ tồn tại ở các mức điện áp rời rạc tương ứng với hai mức logic nhị phân:

Mức logic 0 (Low): Điện áp xấp xỉ $0\text{V}$ (từ $0 - 0.8\text{V}$ trong chuẩn TTL).

Mức logic 1 (High): Điện áp xấp xỉ $+5\text{V}$ (từ $2.0 - 5.0\text{V}$ trong chuẩn TTL).

2. Các cổng logic cơ bản

Cổng NOT (Đảo):

$Y = \overline{A}$

Đầu ra luôn ngược với đầu vào ($A=0 \Rightarrow Y=1$; $A=1 \Rightarrow Y=0$).

Cổng AND (VÀ):

$Y = A \cdot B$

Đầu ra bằng 1 khi và chỉ khi TẤT CẢ các đầu vào đều bằng 1.

Cổng OR (HOẶC):

$Y = A + B$

Đầu ra bằng 1 khi có ÍT NHẤT một đầu vào bằng 1.

Cổng NAND:

$Y = \overline{A \cdot B}$

Cổng AND kết hợp cổng NOT đảo ở ngõ ra.

Cổng NOR:

$Y = \overline{A + B}$

Cổng OR kết hợp cổng NOT đảo ở ngõ ra.

Cổng XOR (Loại trừ):

$Y = A \oplus B$

Đầu ra bằng 1 khi hai đầu vào KHÁC NHAU ($0,1$ hoặc $1,0$).

Ghi nhớ trọng tâm

Các cổng logic (NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR) là viên gạch xây dựng mọi mạch điện tử số và vi xử lí. Bảng chân lí mô tả tương quan giữa tổ hợp tín hiệu đầu vào và mức đầu ra.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Cổng logic nào có đầu ra mức 1 khi và chỉ khi TẤT CẢ các đầu vào của nó đều ở mức logic 1?

Chương trình GDPT 2018 Bài 22 / 26

Bài 22: Một số mạch xử lí tín hiệu trong điện tử số

Mục tiêu bài học

Mạch cộng nhị phân (bán phần Half Adder, toàn phần Full Adder); Mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn; Nguyên lí chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (ADC) và số - tương tự (DAC).

1. Mạch cộng nhị phân

Mạch cộng bán phần (Half Adder):

Cộng 2 bit nhị phân $A$ và $B$. Tạo ra bit tổng $S = A \oplus B$ (dùng cổng XOR) và bit nhớ $C_{out} = A \cdot B$ (dùng cổng AND).

Mạch cộng toàn phần (Full Adder):

Cộng 2 bit $A, B$ cùng với bit nhớ $C_{in}$ từ hàng trước chuyển sang. Ghép nối tiếp $n$ bộ Full Adder tạo thành bộ cộng $n$-bit trong ALU của CPU.

2. Bộ chuyển đổi tín hiệu ADC và DAC

• ADC (Analog to Digital Converter): Chuyển tín hiệu tương tự liên tục từ cảm biến thành chuỗi bit nhị phân để vi xử lí có thể tính toán được (qua các bước: Lấy mẫu $\rightarrow$ Lượng tử hoá $\rightarrow$ Mã hoá).

• DAC (Digital to Analog Converter): Biến đổi ngược lại chuỗi bit nhị phân thành tín hiệu điện áp tương tự liên tục (ví dụ card âm thanh chuyển file MP3 thành sóng điện phát ra loa).

Ghi nhớ trọng tâm

Mạch điện tử số gồm các mạch số học (bộ cộng bán phần, toàn phần), mạch giải mã hiển thị và cầu nối chuyển đổi tín hiệu ADC / DAC giữa thế giới thực và vi xử lí máy tính.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Thiết bị hoặc mạch nào có chức năng chuyển đổi các tín hiệu điện áp biến thiên liên tục từ thế giới thực (như âm thanh, nhiệt độ) thành các số nhị phân để máy tính xử lí?

Chương trình GDPT 2018 Bài 23 / 26

Bài 23: Thực hành: Lắp ráp, kiểm tra mạch báo cháy sử dụng các cổng logic cơ bản

Mục tiêu bài học

Nguyên lí mạch cảm biến nhiệt/khói kết hợp cổng logic AND, OR; Quy trình cắm mạch trên breadboard; Thử nghiệm kích hoạt chuông và đèn cảnh báo cháy khi có nhiệt độ cao hoặc khói.

1. Nguyên lí mạch cảnh báo cháy

Một hệ thống báo cháy thông minh nhận tín hiệu từ hai cảm biến: Cảm biến khói (A) và Cảm biến nhiệt độ (B).

• Nếu dùng logic OR ($Y = A + B$): Chỉ cần phát hiện CÓ KHÓI HOẶC NHIỆT ĐỘ VƯỢT NGƯỠNG là chuông báo động reo ngay lập tức (phản ứng rất nhanh, thích hợp bảo vệ kho chứa vật liệu dễ cháy).

• Nếu dùng logic AND ($Y = A \cdot B$): Chuông chỉ reo khi ĐỒNG THỜI CÓ KHÓI VÀ NHIỆT ĐỘ CAO (tránh báo động giả do khói thuốc lá hoặc nhiệt độ mùa hè).

2. Các bước thực hành lắp ráp mạch

Cắm IC logic (74LS08 cho cổng AND hoặc 74LS32 cho cổng OR) lên breadboard.
Cấp nguồn $+5\text{V}$ vào chân 14 ($V_{CC}$) và nối mass chân 7 ($GND$).
Nối ngõ ra cảm biến khói và cảm biến nhiệt vào hai ngõ vào của cổng logic.
Nối ngõ ra của cổng logic qua điện trở hạn dòng tới cực Base của Transistor đệm để kích đóng rơle bật còi hú và đèn chớp.
Dùng bật lửa hơ gần cảm biến nhiệt độ và khói để kiểm chứng trạng thái kích hoạt của mạch.

Ghi nhớ trọng tâm

Thực hành ứng dụng cổng logic AND/OR để xây dựng hệ thống báo cháy tự động giúp hiểu rõ cách thu thập tín hiệu từ cảm biến và ra quyết định điều khiển thiết bị cảnh báo trong thực tế.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Để giảm thiểu tối đa hiện tượng báo động cháy giả, người ta kết hợp cảm biến nhiệt độ và cảm biến khói thông qua cổng logic nào để chuông chỉ reo khi cả hai điều kiện cùng xảy ra?

Chương trình GDPT 2018 Bài 24 / 26

Bài 24: Khái quát về vi điều khiển

Mục tiêu bài học

Khái niệm vi điều khiển (MCU); So sánh vi xử lí (MPU) và vi điều khiển (MCU); Cấu trúc phần cứng cơ bản (CPU, RAM, ROM/Flash, Timer, ADC, GPIO); Ứng dụng trong nhà thông minh và công nghiệp.

1. Khái niệm và so sánh MCU với MPU

Vi điều khiển (Microcontroller Unit - MCU) là một máy vi tính thu nhỏ tích hợp toàn bộ các khối xử lí trung tâm (CPU), bộ nhớ (RAM, ROM/Flash) và các ngoại vi (cổng GPIO, Timer, ADC, UART, I2C, SPI) trên một con chip vi mạch duy nhất.

Vi xử lí (MPU - CPU máy tính):

Chỉ chứa CPU. Cần gắn thêm RAM, ổ cứng, chipset ngoại vi bên ngoài trên bo mạch chủ. Hiệu năng tính toán cực cao, tiêu thụ nhiều điện năng.

Vi điều khiển (MCU):

Tất cả trong một (All-in-one). Tối ưu hoá cho việc điều khiển thiết bị thời gian thực, tiêu thụ điện năng cực thấp (micro-Watt), giá thành rẻ.

2. Các thành phần chính trong vi điều khiển

CPU: Xử lí lệnh chương trình, tính toán số học logic.
Flash/ROM: Bộ nhớ lưu trữ mã chương trình (không mất dữ liệu khi ngắt điện).
RAM: Bộ nhớ lưu trữ biến dữ liệu tạm thời trong khi chạy.
GPIO (General Purpose Input/Output): Các chân xuất/nhập tín hiệu số để đọc nút bấm hoặc điều khiển đèn LED, rơle.
Timer / Counter: Định thời gian trễ và tạo xung PWM điều khiển động cơ.

Ghi nhớ trọng tâm

Vi điều khiển là máy vi tính đơn chip tích hợp CPU, RAM, Flash và các ngoại vi I/O. Vi điều khiển đóng vai trò bộ não điều khiển thông minh trong các thiết bị gia dụng (máy giặt, lò vi sóng, xe máy điện).

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Điểm khác biệt cốt lõi nhất giữa Vi điều khiển (MCU) và Vi xử lí (MPU) thông thường là gì?

Chương trình GDPT 2018 Bài 25 / 26

Bài 25: Bo mạch lập trình vi điều khiển

Mục tiêu bài học

Cấu trúc phần cứng bo mạch Arduino Uno R3 (chip ATmega328P); Chức năng các chân Digital, Analog, PWM, Power; Cài đặt và sử dụng phần mềm Arduino IDE (hàm setup() và loop()).

1. Bo mạch Arduino Uno R3

Arduino Uno là bo mạch vi điều khiển mã nguồn mở phổ biến nhất trên thế giới, sử dụng vi điều khiển ATmega328P 8-bit của Microchip.

14 chân Digital I/O (D0 - D13):

Dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu mức logic $0$ ($0\text{V}$) hoặc $1$ ($5\text{V}$). Trong đó các chân có dấu ngã ~ (3, 5, 6, 9, 10, 11) hỗ trợ xuất xung PWM.

6 chân Analog Input (A0 - A5):

Kết nối với bộ chuyển đổi ADC 10-bit bên trong chip, đo điện áp từ $0 - 5\text{V}$ và trả về giá trị số nguyên từ $0 - 1023$.

2. Cấu trúc chương trình trong Arduino IDE

void setup() {

// Chạy đúng 1 lần duy nhất khi khởi động hoặc reset bo mạch

pinMode(13, OUTPUT); // Thiết lập chân 13 là đầu ra

}

void loop() {

// Lặp đi lặp lại vô tận liên tục

digitalWrite(13, HIGH); // Bật sáng đèn LED

delay(1000); // Chờ 1 giây (1000 ms)

digitalWrite(13, LOW); // Tắt đèn LED

delay(1000);

}

Ghi nhớ trọng tâm

Bo mạch Arduino Uno với vi điều khiển ATmega328P cung cấp các chân Digital, PWM và Analog ADC. Chương trình gồm hai hàm cơ bản: setup() chạy khởi tạo một lần và loop() chạy lặp liên tục.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Trong cấu trúc một chương trình lập trình cho bo mạch Arduino, hàm nào được thực thi đúng một lần duy nhất khi cấp nguồn hoặc nhấn nút Reset bo mạch?

Chương trình GDPT 2018 Bài 26 / 26

Bài 26: Thực hành: Thiết kế, lắp ráp, kiểm tra mạch tự động điều chỉnh cường độ sáng của LED theo môi trường xung quanh

Mục tiêu bài học

Nguyên lí quang trở (LDR); Đọc giá trị tương tự bằng lệnh analogRead(); Điều chế độ rộng xung (PWM) bằng lệnh analogWrite() để tự động điều chỉnh độ sáng đèn LED.

1. Nguyên lí hoạt động của mạch đèn thông minh

Hệ thống ứng dụng nguyên lí chiếu sáng tự động trong các đèn đường thông minh hoặc màn hình điện thoại tự chỉnh độ sáng:

Cảm biến quang trở (LDR): Có điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào (trời càng tối, điện trở LDR càng tăng).
Cầu phân áp: LDR mắc nối tiếp với điện trở $10\,k\Omega$ tạo ra điện áp tương tự đưa vào chân Analog A0 của Arduino.
Điều khiển PWM: Arduino đọc giá trị ánh sáng qua analogRead(A0) ($0 - 1023$), quy đổi sang giá trị xung PWM ($0 - 255$) qua hàm map() và xuất ra chân số ~9 để tăng độ sáng đèn LED khi môi trường tối đi.

2. Mã nguồn mẫu và kiểm tra vận hành

int sensorVal = analogRead(A0);

// Ánh sáng môi trường càng yếu thì đèn LED càng sáng

int ledBrightness = map(sensorVal, 200, 900, 255, 0);

ledBrightness = constrain(ledBrightness, 0, 255);

analogWrite(9, ledBrightness);

Kiểm tra: Khi lấy tay che cảm biến LDR (mô phỏng trời tối), đèn LED sáng rõ dần lên; khi buông tay ra (trời sáng), đèn LED mờ dần và tắt hẳn.

Ghi nhớ trọng tâm

Thực hành thiết kế hệ thống chiếu sáng tự động kết hợp cảm biến quang trở LDR, bộ chuyển đổi ADC và kĩ thuật điều chế độ rộng xung PWM trên Arduino Uno, hoàn thiện năng lực ứng dụng kĩ thuật điện - điện tử vào đời sống.

? Câu hỏi củng cố kiến thức

Kĩ thuật nào được sử dụng trên các chân Digital có dấu ngã (~) của Arduino Uno để điều chỉnh độ sáng mịn của bóng đèn LED từ 0 đến 100% mà không làm thay đổi biên độ điện áp 5V?