Thông tin tài liệu
TRẦN TRỌNG MINH GIÁO TRÌNH: ĐIỆN TỬ (ƠNG SUẤT DUNG CHO CAC TRUONG CAO DANG, TRUNG CAP CHUYEN NGHIEP— DAY NGHE (Tái lần thứ chín) TRƯỜNG CAO ĐẲNG KTKT PHỨ LÂM ——————— | THU 'VIÊN ——— M Maas NHA XUAT BAN GIAO DUC VIET NAM LỜI GIỚI THIỆU Việc tổ chức biên soạn xuất số giáo trình phục vụ cho đào tạo chuyên ngành Điện — Điện tử, Cơ khí — Động lực Cao đẳng, T; rung cấp chuyên nghiệp — Dạy nghệ cố sống Gido duc chuyén nghiệp Nhà xuất Giáo đục nhằm nội dung day va hoc céc hệ đào tạo toàn quốc Giáo trình xây dựng giảng dạy trường, kết hợp với nhữn g cầu nâng cao chất lượng đào tao, phục vụ dai hod Dé Cương giáo trình khảo ý kiến số trường Cao đẳng , trường lớn Vu bước thông sở kế thừa nội dung nội dung nhằm đáp ứng yêu nghiệp cơng nghiệp hố, Vụ Giáo đục chun nghiệp tham Trung cấp chuyên nghiệp ~ Dạy nghề nhận nhiều ý kiên thiết! thực, giúp cho tác giả biên Soạn phù hợp Giáo trình nhà giáo có nhiều kinh nghiệm giảng dạy trường Đại học, Cao đẳng, TCCN biên soạn, theo tiêu chí ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiễu kiến thức Chú ý tới tính liên thơng để người học sau dé dàng học bậc cao bơn Các nội dung trình bày theo quan điểm mở, bao gdm vấn đề bản, cốt yếu để tu) theo tính chất ngành nghệ đào tạo mà nhà trườ ng tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định Chương trình khung đào tạo Cao đẳng, TCCN, Tuy tác giả có nhiều cố gang , giáo trình khơng tránh khỏi khiếm khuyết Vụ Giáo đục chuyên nghiệp đề nghị trường sử dụng giáo trình xuất lần để bồ sung cho nguồn giáo trình thiếu nay, nhằm phục vụ cho việc đạy học trường đạt chất lượng cao Giáo trình bồ ích với đội ngĩ kÿ thuật viên, công nhân kỹ thuật để nâng cao kiến thức tay nghé cho minh, Hy vong nhén duoc su SÓp ý trường ban doc dé giáo trinh duoc bién soan tiép lẫn tái sau có chất lượng tốt Mọi Sóp ý xin gửi Hà nội Công Cô phán Sách Đại học - Day nghé, 25 Han T, huyén, : VỤ GIÁO DỤC CHUYÊN NGHIỆP MO DAU Giáo trình Điện tử công suất biên soạn theo đề cương Vu thông qua Giáo dục chuyên nghiệp, Bộ Giáo dục Đào tạo xây dựng gon, dé hiéu, nhung Nội dung soạn theo tinh than xuyén suốt ngắn ứng dụng thực tế bao gom đủ kiến thức cân thiết cho học dễ dàng Nếu nắm vững nội dung giáo trình này, người giáo trình, tài tiếp tục bồ sung kiến thức thơng qua suất liệu chuyên sâu lĩnh vực Điện tử công họp với trình Những nội dung giáo trình trình bày phù độ số đơng người học, với xuất phát điểm kiến thức khác nhị u Ngồi hiểu biết điện chương trình THPT, hau khái niệm dua cầu kiến thức sở Trong giáo trình, sử dụng giải thích kỹ Nhằm làm rõ ý nghĩa vật lý, thiết, biểu thức toán cách tối thiếu biễn đổi toán học Nếu cần trình so với diễn giải san Đây điểm khác biệt giáo tài liệu biên soạn trước Những sửa Lần xuất giữ nguyên cầu trúc giáo trình hình vẽ để người chữa tập trung khâu chế bản, nâng cao chất lượng biệt lược bỏ, đọc không thé nhầm lẫn Một số sơ đồ có tính chun vào, tất nhiên với số vấn đề có tính ứng dụng đại đưa thêm phân ngắn liều lượng vừa phải Trong chương đưa thêm vào gon phạm thực tế hệ với vi ứng dụng biến đồi để người đọc dễ liên tránh khỏi hết Mặc dù gắng giáo trình khơng góp người sử khiếm khuyết Tác: giả mong nhận ý kiến đóng xin gửi dụng để giáo trình hồn chỉnh Mọi ý kiến đóng góp Hà nội Cơng ty Cơ phan Sach Dai hoc— Day nghé, 25 Hàn Thuyên, TAC GIA E : Chương I CAC PHAN TU BAN DAN CONG SUAT Điện tử cơng suất gì? Điện tử cơng suất chuyên ngành Kỹ thuật điện tử, nghiên cứu ứng dụng phần tử bán dẫn công suất biến đổi, nhằm biên đôi không chế nguồn lượng điện với tham số không thay đôi thành nguồn lượng điện với thông số thay đổi được, cung cấp cho phụ tải điện khác Các biến đổi bán dẫn công suất đối tượng nghiên cứu điện tử công suất Các phan tử bán dẫn công suất sử dụng sơ đồ biến đổi khoá điện tử, gọi van bán dẫn, mở dẫn dòng dòng thực mòn nối tải vào nguồn, khố điện chạy qua Khác với phần đóng cắt dịng điện mà khơng theo thời gian Tuy đóng cắt ngắt tải khỏi nguồn, khơng tử có tiếp điểm, van bán gây nên tia lửa điện, không bị dòng điện lớn cho dẫn mài van bán dẫn lại điều khiển tín hiệu công suất nhỏ, tạo mạch điện tử công suất nhỏ Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào sơ đồ biến đổi phụ thuộc cách thức điều khiển van biến đổi Bằng cách trình biến đổi lượng thực với hiệu suất cao tơn thất biến đổi tổn thất khỏá điện tử, không đáng kể so với công suất điện cần biến đồi Tổn thất van bán dẫn, tích dịng điện chạy qua van với điện áp rơi van, yêu tố định hiệu suất biến đổi Công nghệ chế tạo phần tử bán dẫn ngày đạt bước tiến vượt bậc với việc cho đời phần tử kích thước nhỏ gọn, có khả đóng cắt dịng điện lớn chịu điện áp cao, hao công suất giảm đáng kể, ngày đáp ứng yêu cầu phức quy luật biến đổi lượng biến đổi Sự phát triển phần tử bán dẫn đóng vai trị định đến phát triển Điện với tổn tạp của tử công suất, gop phan tao nhiéu chủng loại biến đổi với ứng dụng rộng rãi công nghiệp đời sống Với đối tượng nghiên cứu biến đổi bán dẫn, Điện tử cơng suất cịn có tên gọi “Kỹ thuật biến đổi điện năng” Để phân biệt với chuyên ngành khác Kỹ thuật điện tử liên quan đến q trình xử lý tín hiệu với mức điện áp thấp dòng điện nhỏ, Điện tử cơng suất cịn gọi “Kỹ thuật dịng điện mạnh” Tuy nhiên Điện tử công suất nghiên ˆ cứu sơ đồ dẫn công suất vi nghiên cứu tương đối, tuỳ điều khiển van bán dẫn công suất phần tử bán nhỏ, tên gọi phản ánh phần phạm lĩnh vực việc dùng tên gọi có nghĩa thuộc vào thói quen nơi Có thể kể số lĩnh vực mà có ứng dụng tiêu biểu Điện tử công suất như: truyền động điện tự động; giao thông đường sat; nấu luyện thép; gia nhiệt cảm ứng; điện phân nhơm từ quặng mỏ; q trình điện phân cơng nghiệp hố chất; lĩnh vực truyền tải điện chiều, Điện tử công suất ứng dụng nhiều thiết bị phục vụ đời sống, mang lại hiệu to lớn tiết kiệm điện năng, nâng cao tính điều khiển linh hoạt, điều chỉnh xác thiết bị 1.1 Đặc tính phần tử bán dẫn công suất Hiểu rõ nguyên lý hoạt động đặc tính phần tử bán dẫn điều vơ quan trọng để sử dụng phát huy hết hiệu phần tử bán dẫn ứng dụng cụ thể Tính kỹ thuật chủ yếu phân tử bán dẫn cơng suất thê qua khả đóng cắt dòng điện, khả chịu điệná áp đặc tính liên quan đến q trình đóng cắt vấn đề điều khiển chúng Trước hết ta cần thấy phần tử bán dẫn công suất có đặc tính chung, là: ~ Các van bán dẫn làm việc chế độ khố, mở cho dịng chạy qua có điện trở tương đương nhỏ, khố khơng cho dịng chạy qua có điện trở tương đương lớn Nhờ tốn hao cơng suất q trình làm việc tích địng điện chạy qua với điện áp rơi phần tử có giá trị nhỏ ~ Các van bán dẫn chi dan dòng theo chiều phần tử đặt điện áp phân cực thuận Khi điện áp đặt lên phần tử phân cực ngược, dịng qua phần tử có giá trị nhỏ, cỡ mA, gọi dòng rò — Về khả điều khiển, van bán dẫn phân loại thành: '— Van khơng điều khiển, ĐIƠT, — Van có điều khiển, lại phân ra: + Điều khiển khơng hồn tồn, TIRISTO, TRIAC, + Điều khiển hoàn toàn, nhs BIPOLAR IGBT, GTO TRANZITO, MOSFET, 1.2 Điôt Điôt phần tử cấu tạo lớp tiệp giáp bán dẫn p-n Didt cd hai cực, anôt A cực nối với lớp bán dan kiéu p, catôt K cực nối với lớp I Anơt p ei T1 bán dẫn kiểu z Dịng điện chạy qua điôt theo chiều từ A đến K điện áp Ua dương Khi Uyx am dong qua điôt gần băng không Cấu tạo ký hiệu điơt biểu diễn hình 1.1 1.2.1 Câu tạo điôt › = Tiệp giáp bán dẫn p-z phận A D _ Catôt (a) (b) ; Hinh 1.1 Diét (a) Cau tao; (b) Kỹ hiệu sơ đồ câu tạo điột Ở nhiệt độ môi trường điện tử tự lớp bán dẫn ø khuếch tán sang lớp bán dẫn kiều Pp bị trung hồ lơn dương Do điện tích vùng tiếp giáp tự trung hoà lẫn nên vùng trở nên nghèo điện tích, vùng có điện trở lớn Tuy nhiên vùng nghèo điện tích mở rộng đến độ dày định bên vùng ø điện tử di chuyển để lại iơn dương, cịn bên vùng p điện tử di chuyển đến nhập vào lớp điện tử hố trị ngồi cùng, tạo nên iôn âm Các iôn nằm cầu trúc tỉnh thể mang tinh thể silic nên không thé di chuyển ey, ngăn cản khuếch tán tiếp tục điện tử từ vùng Điện trường ø sang E ving p tạo nên điện thé rao can U; với giá trị không đồi nhiệt độ định, khoảng 0,65 V tiếp giáp p-n tỉnh thể silic nhiệt độ 25°C (hình 1.2) Các điôt công suất chế tạo để chịu giá trị điện ÁP ngược định Điều đạt pana Sue tao shah didn thé l8 aes E tụ E ø, ++†++++++ Q phía lớp p điện tích đương bên phía lớp ø Các điện tích điện tạo nên điện trường có hướng từ vùng sang vùng n Kết tạo thành tụ điện với điện tích âm bên nhờ lớp bán dẫn mở, tiếp giáp với lớp p, co cấu tạo giống lớp ø có Khi tử tự điện tiếp giáp p-z đặt tác dụng điện áp bên ngoài, điện trường ngồi chiều với điện trường # vùng nghèo điện tích mở rộng sang vùng ø điện trở tương đương điơt cảng lớn thể khơng dịng chạy điện qua sé Toàn điện áp rơi vùng nghèo điện tích Ta nói : ụ eS ery điơt bị phân (hình 1.3a) Khi điện áp cực ngược bên tạo điện trường có hướng ngược với điện trường (b) Các điện tích khơng thâm nhập tạo nên vùng có độ dẫn Hình 1.3 Điơt cơng suất (a) Phân cực ngược; (b) Phân cực thuận E vùng nghèo điện tích bị thu hẹp lại Nếu điện áp bên đủ lớn Ù/, cỡ 0,65 V, vùng nghèo điện tích thu hẹp đến khơng điện tích di chuyển tự qua cấu trúc tinh thể điơt Dịng điện chạy qua điơt lúc bị hạn chế điện trở tải mạch phần điện trở didt, bao gồm điện trở tỉnh thể bán dẫn anôt catôt, điện trở phần kim loại làm dây dẫn điện trở tiếp xúc phần kim loại bán dẫn Ta nói điơt phân cực thuận (hình1.3b) 1.2.2 Đặc tính vơn - ampe điơt Một số tính chất điơt q trình làm việc giải thích thơng qua việc xem xét đặc tính vơn - ampe điơt hình 1.4a Đặc gồm hai phần, đặc tính thuận góc phần tư thứ I, tương ứng Ủ¿x > 0, đặc tính ngược góc phan tu thir IIT, tương ứng với Ứuy < Trên đường đặc tính thuận điện áp anôt - catôt tăng dần từ vượt qua ngưỡng điện áp Up, cỡ 0,6 - 0,7 V, dịng chảy tính với đến qua điơt Dịng điện Tp thay đổi lớn điện áp rơi điơt 17„x thay đơi Như đặc tính thuận điơt đặc trưng tính chất có điện trở tương đương nhỏ * Ip Ip hg | | | | | : || | À Điôt bị đánh ve thủng ỦAk OR Uae 10 | | ni ! Uax ị (a) | | (b) |(©) Hình 1.4 Đặc tính vốn- ampe cua mot didt (a) Dac tinh thực tế, (b) Đặc tính tuyến tính hố; (c) Đặc tính lý tưởng Trên đường đặc tính ngược, điện áp Usx tăng dần tr dén gia tri Ungmax, gọi điện áp ngược lớn nhất, thi dong qua diét van có giá trị nhỏ, gọi dịng rị, nghĩa điêt cản trở dòng chạy qua theo chiều ngược Cho đến Ứ¡¿ đạt đến giá trị Ung max thi xay hién tuong dong qua didt tăng đột ngột, tính chất cản trở dịng điện ngược điơt bị phá vỡ Q trình khơng có tính đảo ngược, nghĩa nêu ta lại giảm điện áp anơt - catơt dịng điện khơng giảm Ta nói điơt bị đánh thủng Để phân biệt giá trị dịng điện lớn phần đặc tính thuận với dịng điện nhỏ phần đặc tính ngược, ta ghi đơn vị A nửa trục dòng điện mÀ nửa trục dong dién Trong thực tế, để đơn giản cho việc tính tốn, người ta thường dùng đặc tính dẫn dịng, tuyến tính hố điơt biểu diễn hình 1.4b Đặc tính có thê biểu diễn qua biểu thức: u = Upo + rp Ip, d6 1, = Ea điện trở tương đương điơt dẫn dịng D Đặc tính vơn - ampe điơt thực tế khác nhau, phụ thuộc vào dòng điện cho phép chạy qua điôt điện áp ngược lớn mà điơt có thé chịu Tuy nhiên dé phân tích sơ đồ biến đổi đặc tính lý tưởng cho hình 1.4c sử dụng nhiều Theo đặc tính lý tưởng, điệt Nghĩa là, theo đặc khố cho phép dịng điện lớn chạy qua với sụt áp chịu điện áp ngược lớn với dòng rò tính lý tưởng, điơt có điện trở tương đương dẫn băng œ 1.2.3 Đặc tính đóng cắt điơt Khác với đặc tính vơn- ampe đặc tính tĩnh, đặc tính u(t), i(t) cho thấy dạng điện áp dịng điện điơt theo thời gian, gọi đặc tính động, hay đặc tính đóng- cắt điơt Đặc tính đóng- cắt tiêu biểu điơt thê hình 1.5 Theo dac tinh hinh 1.5, didt trang thai khoá khoang thời gian (1) (6) với điện áp phân cực ngược dịng điện khơng Ở khoảng (2) đit bắt đầu vào dẫn dòng Dòng điện ban đầu nạp điện tích cho tụ điện tương đương tiếp giáp ø-n, trước bị fut) [0 phân cực ngược, làm điện cịn lớn Khi lượng điện tích đủ lớn, độ dẫn điện tiếp giáp tăng lên, điện trở giảm điện | ' ! áp dương đit tăng lên đên vài vơn điện trở vùng nghèo điện tích Ƒg— | i, ¡ áp điôt trở én định mức sụt áp p, cỡ — 1,5 V Trong khoảng (3) điơt hồn toàn Hinh 1.5 Dang dong dién va điện áp diot q trình đóng căi trạng thái dẫn Q trình khố điơt bắt đầu khoảng (4) Điơt cịn phân cực thuận điện tích lớp tiếp giáp p-: di tản hết bên Thời gian di tản phụ thuộc tốc độ tăng dòng ngược đi()⁄đ/ lượng điện tích tích lũy, phụ thuộc giá trị dịng điện mà điơt dẫn trước Ở cuối giai đoạn (4) tiếp giáp p-n trở nên phân cực ngược điơt có khả ngăn cản dòng điện Trong giai đoạn (5) tụ điện tương đương tiếp giáp p-n nạp tiếp tục tới điện áp phân cực ngược 10
Ngày đăng: 14/09/2023, 12:48
Xem thêm:
