Ôn tập kỹ thuật điện PhÇn lý thuyÕt ( 40 c©u) Trình bày phân cực mặt ghép P-N Khi chuyển tiếp P-N có điện áp đặt vào trạng thái cân bằng.Tùy theo cực tính đặt vào miền P, N mà ta có phân cực thuận hay phân cực ngược a.Phân cực thuận: Etx P N i + E - R Đặt vào lớp chuyển tiếp P-N điện trường cho miền bán dẫn P nối nới cực dương, miền bán dẫn N nối với cực âm Khi điện trường tiếp xúc điện trường E ngược chiều ( thơng thường E>Etx), dịng điện i chảy dễ dàng mạch Trong trường hợp này, điện trường tổng hợp có chiều điện trường ngồi Điện trường tổng hợp làm dễ dàng cho di chuyển điện tích đa số Các điện tử tái chiếm vùng chuyển tiếp, khiến trở thành dẫn điện Vậy phân cực thuận hạ thấp barie điện b.Phân cực ngược: Etx P N i + E R Đặt vào chuyển tiếp P-N điện trường cho miền bán dẫn P nối với cực âm nguồn, miền bán dẫn N nối với cực dương http://www.ebook.edu.vn -1- nguồn Khi ta nói chuyển tiếp P-N phân cực ngược Điện trường E tác động chiều với điện trường nội Etx Điện trường tổng hợp cản trở di chuyển điện tích đa số Các điện tử miền N chạy thẳng phía cực dương nguồn E, khiến cho điện miền N cao (so với vùng P) lại cao Vùng chuyển tiếp, vùng cách điện lại rộng Khơng có dịng điện chảy qua mt ghộp P-N Trình bày cấu trúc, ký hiệu đặc tính V-A điốt Cấu trúc ký hiÖu Điốt gồm điện cực, điện cực nối với bán dẫn loại P gọi anốt (A), điện cực nối với miền N gọi katốt (K) A A P J N K K Dòng điện chảy qua điốt làm điốt nóng lên, chủ yếu vùng chuyển tiếp, Đối với điốt loại Si, nhiệt độ mặt ghép Tj cho phép 200°C.Vượt nhiệt độ điốt bị phá hỏng Để làm mát điốt, người ta thường dùng cánh tản nhiệt quạt mát với tốc độ gió 10m/s, cho nước hay dầu biến chảy qua cánh tản nhiệt với tốc độ lớn hay nhỏ tùy theo dòng điện Đặc tính vơn-ampe điốt Gồm nhánh: nhánh thuận (1) nhánh ngược (2) Dưới điện áp U>0, điốt phân cực thuận, barie điện giảm xuống gần Khi tăng U, lúc đầu dòng tăng từ từ, sau U lớn 0, đến điện áp thuận có giá trị cỡ khoảng 0.7V Si khoảng 0.3V với Ge Khi điện áp thuận vượt giá trị dịng thuận tăng cách đáng kể, đường đặc tính có dạng hàm mũ Khi điện áp U0.1V, dòng điện ngược dừng lại giá trị vài chục mA Dịng điện phá hỏng điốt, để bảo vệ điốt người ta cho chúng làm vic di in ỏp U=(0.7ữ0.8V)Uz Trình bày cấu trúc, ký hiệu,đặc tính V-A Transitor lỡng cực http://www.ebook.edu.vn -2- Transito lưỡng cực linh kiện bán dẫn gồm miền bán dẫn tạp chất P,N xen kẽ Tùy theo trình tự miền P N ta có loại cấu trúc điển hình PNP NPN, dùng để đóng, cắt dịng điện chiều có cường độ tương đối lớn Hệ số khuyếch đại dòng, kí hiệu β=10÷100 Điện áp Vbe≈1V, Vcesat=(1÷1.5)V C Ic N B Ib P Vce Vbe N E Ie Ic Ib2 Vce.sat Ib2>Ib1 Ib1 Ib=0 Vce Công suất tổn thất transito, làm việc với tải xác định, nhỏ nhiều lần so với công suất tổn thất transito chuyển trạng thái (chuyển từ trạng thái cắt sang trạng thái đóng ngược lại) Tích cơng suất chuyển trạng thái pc, với thời gian chuyển trạng thái tc lượng tổn thất lần chuyển trạng thái Năng lượng tổn thất tỉ lệ thuận với tần số hoạt động transito (nhiệt độ bên transito không vượt 200°C) Để giảm nhỏ lượng tổn thất transito chuyển trạng thái gây nên, người ta thường dùng mạch trợ giúp, tức bắt buộc transito làm việc điều kiện : f > 5kHz Vceo ≥ 60V, Ic > 5A Trình bày cấu trúc, ký hiệu đặc tính V-A cđa Transitor MOS c«ng st http://www.ebook.edu.vn -3- D VGS=9V ID + ID 7.5V 6V VD S + G VGS 4.5V ID 3.0V S Transito MOS gồm có cực : • D (drain) : cực máng.Các điện tích đa số (điện tử n lỗ trống p) từ bán dẫn chảy mạng • S (source) : cực nguồn.Các điện tích đa số từ cực nguồn chảy vào bán dẫn • G (gate) : cực cổng Cực điều khiển Khác với transito lưỡng cực điều khiển dòng bazơ, transito MOS điều khiển điện áp đặt lên cực cổng Transito MOS tác động nhanh, đóng, mở với tần số 100kHz Khi transito MOS dẫn dịng điện trở khoảng 0.1Ω MOS-100V khoảng 1Ω MOS-500V Đặc tính V-A : Bình thường khơng có dịng điện qua kênh (ID=0), điện trở D S lớn Khi cấp nguồn điện VDS>0, dòng cực máng ID tăng dần Khi VDS đạt tới giá trị bão hòa IDSbh Trình bày cấu trúc, ký hiệu đặc tính V-A cña tiristo Cấu trúc ký hiệu Tiristo thiết bị gồm lớp bán dẫn P1, N1, P2, N2 đặt xen kẽ tạo thành.Giữa lớp bán dẫn hình thành chuyển tiếp J1, J2, J3 Tiristo gồm cực : anốt (A) nối với phần bán dẫn P1, katốt (K) nối với phần bán dẫn N2, cực điều khiển G nối với phần bán dẫn P2 http://www.ebook.edu.vn -4- A P1 G A N1 J1 P2 J2 N2 J3 K K Đặc tính V-A tiristo gồm đoạn i IH Uz UC U Đoạn : ứng với trạng thái khóa tiristo, có dịng điện rò chảy qua tiristo Khi tăng U đến Uch (điện áp chuyển trạng thái), bắt đầu trình tăng nhanh chóng dịng điện, tiristo chuyển sang trạng thái mở Đoạn : ứng với giai đoạn phân cực thuận J2 Trong giai đoạn lượng tăng nhỏ dòng điện ứng với lượng giảm lớn điện áp đặt tiristo Đoạn gọi đoạn điện trở âm Đoạn : ứng với trạng thái mở tiristo Lúc mặt ghép trở thành dẫn điện Dòng điện chảy qua tiristo bị hạn chế điện trở mạch Điện áp rơi tiristo nhỏ, khoảng 1V Tiristo giữ trạng thái mở chừng i cịn lớn dịng trì IH http://www.ebook.edu.vn -5- Đoạn : ứng với trạng thái tiristo bị đặt điện áp ngược Dòng điện ngược nhỏ, khoảng vài chục mA Nếu tăng U đến Uz dòng điện ngược tăng lên mãnh liệt, măt ghép bị chọc thủng, tiristo b hng Trình bày trình mở cho dòng chảy qua Tiristo Khi cho xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K),các điện tử từ N2 chạy sang P2 Đến đây, số chúng chảy vào nguồn Ug hình thành dịng điều khiển Ig chảy theo mạch G-J3-K-G, phần lớn điện tử, chịu sức hút điện trường tổng hợp mặt ghép J2, lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng tăng tốc độ, động lớn lên, bẻ gãy liên kết nguyên tử Si, tạo nên điện tử tự so Số điện tử giải phóng lại tham gia bắn phá nguyên tử Si vùng chuyển tiếp Kết phản ứng dây chuyền làm xuất ngày ngiều điện tử chảy vào N1, qua P1 đến cực dương nguồn điện ngoài, gây nên tượng dẫn điện ạt J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, điểm xung quanh cực G phát triển toàn mặt ghép với tốc độ khoảng 1cm/100μs Điện trở thuận tiristo khoảng 100kΩ trạng thái khóa, trở thành khoảng 0.01Ω tiristo mở cho dòng chảy qua E R1 Rt K1 R2 Hình vẽ biện pháp mở tiristo đơn giản Khi ấn vào K1, Ig ≥ Igst T mở Thường lấy Ig = (1.1÷1.2) Igst, Igst giá trị dòng điện điều khiển ghi sổ tay tra cứu tiristo Khi đặt tiristo điện áp UAK > tiristo tình trạng sẵn sàng mở cho dịng chảy qua, cịn đợi lệnh - tín hiu Ig cc iu khin Trình bày trình khoá không cho dòng chảy qua Tiristo Để khóa tiristo có cách : + Giảm dịng điện làm việc xuống giá trị dịng trì IH http://www.ebook.edu.vn -6- + Đặt điện áp ngược lên tiristo (là biện pháp thường dùng) Khi đặt điện áp ngược lên tiristo UAK < 0, hai mặt ghép J1 J3 bị phân cực ngược,J2 phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảo tính cực UAK, có mặt P1, N1, P2 đảo chiều hành trình, tạo nên dịng điện ngược chảy từ katốt anốt, cực âm nguồn điện áp ngồi Lúc đầu q trình, từ t0 đến t1, dịng điện ngược lớn, sau J1 J3 trở nên cách điện Cịn lại điện tử bị giữ lại mặt ghép J1 J3, tượng khuyếch tán làm chúng dần hết J2 khôi phục lại tính chất mặt ghép điều khiển Thời gian khóa toff tính từ bắt đầu xuất dịng điện ngược t0 dòng điện ngược Đấy khoảng thời gian mà sau đặt điện áp thuận lên tiristo, tiristo không mở toff kéo dài khoảng vài chục μs Cơng thức khóa tiristo : Tiristo mở + UAK < → Tiristo khúa Trình bày sơ đồ chỉnh lu điốt pha 1/2 chu kỳ tải R S chỉnh lưu điốt pha nửa chu kỳ đặc tính làm việc tải R hình vẽ D ud Trong khoảng 0< θ < π ,điện áp u2 dương ,tích cực dương điểm A.Điốt D mở cho dòng chảy qua Nếu xem điện áp rơi điốt Ud=0, ta có: u2=R.i= U2sin θ π 2U sin θ R Trong khoảng π < θ < 2π ,u2 âm,tính cực âm điểm A Điốt D bị khóa i= i = 0, UD = Điốt D phải chịu điện áp ngược với giá trị cực đại U= U2,trị trung bình điện áp chỉnh lưu bằng: U2 = 2π π ∫ U2sin θ dθ = http://www.ebook.edu.vn 2U π =0,45U2 -7- R Trị trung bình dịng tải : Id = Ud 2U = R πR Trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp I = I2 = U2 2R Trình bày sơ đồ chỉnh lu điốt pha 1/2 chu kỳ tải R+ L Sơ đồ chỉnh lưu hình sau C A ud ud id Dr ud 2π π B Theo hình cuộn cảm sinh suất điện động tự cảm có biến thiên dịng điện e = − L di dt Theo định luật Om,có thể viết phương trình mạch điện : u + e = Ri Hoặc L di + Ri = 2U sin ωt = ud dt Dưới dạng toán tử Laplace với điều kiện i(0)=0 L p.I ( p) + R.I ( p) = 2U I ( p) = 2U 2ω L ω p +ω2 ( p + ω )( p + R ) L R L Trên hình vẽ ta thấy khoảng < θ < θ ,dòng I tăng từ từ Đặt ωL = X = Z sin ϕ ; R = Z cos ϕ = R + X ; b = cuộn cảm L sinh suất điện động tự cảm e có chiều ngược lại với u ,cuộn cảm L tích lũy lượng http://www.ebook.edu.vn -8- Trong khoảng θ < θ < θ dòng i suy giảm s.d.đ tự cảm e tác động chiều với u ,cuộn cảm L hoàn lại lượng.Vì điốt D tiếp tục mở cho dòng chảy qua khoảng π < θ < θ mà u < Trong chu kỳ lượng cuộn L tích lũy i tăng vừa lượng hồn lại i giảm.Phương trình L= di + Ri = ud dt Thực tế mạch R+L thường dùng điốt hoàn lượng Dr đấu song song ngược với mạch tải,vừa để bảo vệ điốt vừa để trì dịng điện tải nửa chu kỳ âm Khi điện điểm B vượt điện điểm C khoảng 0.7V Dr mở cho dòng tải id chảy qua,id=iD.Điốt Dr làm ngắn mạch mạch tải ud=0 Điốt D cho dòng chảy qua khoảng < θ < π Trong khoảng π < θ < 2π dòng tải id cuộn L cung cấp ,nó phóng lượng tích lũy vào mạch LRDr.Nếu dùng cuộn cảm lớn trì dịng id tồn chu kỳ Kết luận -Dịng điện tải chậm sau u2 góc ϕ ,với tg ϕ = âm ωL R -Khi khơng có Dr điện áp chỉnh lưu ud có chứa đoạn mang giá trị -Trong chu kỳ,cuộn L tích lũy lượng hồn lại nhiờu 10 Trình bày sơ đồ chỉnh lu điốt pha hai nửa chu kỳ tải R ViÕt biĨu thøc gi¶i tÝch ud ud A i22 i21 0’ u22 − http://www.ebook.edu.vn -9- π u21 π 2L 2π θ