Chương 1: Các linh kiện điện tử thụ động cơ bản và ứng dụng Giới thiệu: Cấu tạo, thông số kỹ thuật, cách đọc giá trị của các linh kiện điện tử cơ bản như: điện trở, tụ điện, cuộn cảm...M
Các linh kiện điện tử thụ động cơ bản và ứng dụng
Điện trở
Điện trở là một trong những linh kiện điện tử dùng trong các mạch điện tử để đạt các giá trị dòng điện và điện áp theo yêu cầu của mạch Chúng có tác dụng như nhau trong cả mạch điện một chiều lẫn xoay chiều và chế độ làm việc của điện trở không bị ảnh hởng bởi tần số của nguồn xoay chiều
1.1 Cấu tạo các loại điện trở
Tuỳ theo kết cấu của điện trở mà người ta phân loại:
- Điện trở hợp chất cacbon: Điện trở có cấu tạo bằng bột cacbon tán trộn với chất cách điện và keo kết dính rồi ép lại, nối thành từng thỏi hai đầu có dây dẫn ra để hàn Loại điện trở này rẻ tiền, dễ làm nhưng có nhược điểm là không ổn định, độ chính xác thấp, mức độ tạp âm cao Một đầu trên thân điện trở có những vạch màu hoặc có chấm màu Đó là những quy định màu dùng để biểu thị trị số điện trở và cấp chính xác.
Các loại điện trở hợp chất bột than này có trị số từ 10 đến hàng chục mêgôm, công suất từ 1/4 W tới vài W.
Điện trở màng cacbon sở hữu cấu trúc đặc biệt với lớp màng cacbon quấn quanh ống phủ gốm mỏng Độ dày của lớp màng này quyết định giá trị điện trở, màng càng dày thì điện trở càng nhỏ và ngược lại So với điện trở hợp chất cacbon, điện trở màng cacbon có độ chính xác cao hơn do lớp màng được phủ một lớp cacbon chính xác trong quá trình sản xuất Chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, với dải giá trị từ 1Ω đến vài chục megohm, công suất tiêu tán từ 1/8 W đến hàng chục W Mặc dù có độ ổn định cao và tạp âm nhỏ, nhưng nhược điểm của loại điện trở này là dễ vỡ.
Hình 1: Mặt cắt của điện trở màng cacbon
- Điện trở dây quấn: Điện trở này gồm một ống hình trụ bằng gốm cách điện, trên đó quấn dây kim loại có điện trở suất cao, hệ số nhiệt nhỏ như constantan mangani Dây điện trở có thể tráng men, hoặc không tráng men và có thể quấn các vòng sát nhau hoặc quấn theo những rãnh trên thân ống Ngoài cùng có thể phun một lớp men bóng và ở hai đầu có dây ra để hàn Cũng có thể trên lớp men phủ ngoài có chừa ra một khoảng để có thể chuyển dịch một con chạy trên thân điện trở điều chỉnh trị số
Do điện trở dây quấn gồm nhiều vòng dây nên có một trị số điện cảm Để giảm thiểu điện cảm này, người ta thờng quấn các vòng dây trên một lá cách điện dẹt hoặc quấn hai dây chập một đầu để cho hai vòng dây liền sát nhau có dòng điên chạy ngược chiều nhau.
Loại điện trở dây quấn có ưu điểm là bền, chính xác, chịu nhiệt cao do đó có công suất tiêu tán lớn và có mức tạp âm nhỏ Tuy nhiên, điện trở loại này có giá thành cao.
- Điện trở màng kim loại: Điện trở màng kim loại được chế tạo theo cách kết lắng màng niken-crôm trên thân gốm chất lợng cao, có xẻ rảnh hình xoắn ốc, hai đầu được lắp dây nối và thân được phủ một lớp sơn Điện trở màng kim loại ổn định hơn điện trở than nhưng giá thành đắt gấp khoảng 4 lần Công suất danh định khoảng 1/10W trở lên Phần nhiều người ta dùng loại điện trở màng kim loại với công suất danh định 1/2W trở lên, dung sai 1% và điện áp cực đại 200 V.
Điện trở ôxýt kim loại là loại điện trở được chế tạo bằng cách kết lắng màng ôxýt thiếc trên thanh gốm tinh đặc biệt Loại điện trở này sở hữu độ ẩm cao, có khả năng chịu được quá nhiệt và không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm Công suất danh định thường ở mức 1/2W, với dung sai là ±2%.
Hình 2 Kí hiệu điện trở trên sơ đồ mạch
Ngoài cách phân loại như trên, trong thiết kế, tuỳ theo cách kí hiệu, kích thước của điện trở, người ta còn phân loại theo cấp chính xác như: điện trở thường, điện trở chính xác; hoặc theo công suất: công suất nhỏ, công suất lớn.
Trong mạch điện tuỳ theo nhu cầu thiết kế mà người ta sử dụng điện trở có giá trị khác nhau, tuy nhiên trong sản xuất người ta không thể chế tạo mọi giá trị của điện trở được mà chỉ sản xuất một số điện trở tiêu biểu đặc trưng theo các số như sau:
Bảng 1: Các giá trị thông dụng trong sản xuất
(theo các đơn vị ôm, fara )
Nên trong sử dụng nhà thiết kế phải sử dụng một trong hai phương án sau:
Một là phải tính toán mạch điện sao cho phù hợp với các điện trở có sẵn trên thị trường.
Hai là tính toán mắc các điện trở sao cho phù hợp với mạch điện. Điện trở mắc nối tiếp: Cách này dùng để tăng trị số của điện trở trên mạch điện
Hình 3 : Điện trở ghép nối tiếp
Rtd: Điện trở tơng đơng của mạch điện
Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ Với R1 = 2,2K, R2 = 4,7K Tính điện trở tương đương của mạch điện
Giải: Từ công thức (1) ta có Rtđ = 2,2 + 4,7 = 6,9K
Trên thực tế, người ta chỉ nối tiếp từ 2 đến 3 điện trở để mạch điện gọn gàng hơn Ngược lại, mắc điện trở song song giúp giảm giá trị điện trở trong mạch điện.
Trong thực tế tính toán cần ghi nhớ là điện trở tương đương của mạch điện luôn nhỏ hơn hoặc bằng điện trở nhỏ nhất trên mạch điện, điều này rất thường sảy ra sai sót khi thay thế tương đương trong khi thực hiện sửa chữa Ngoài ra, để dễ dàng trong tính toán, thông thường người ta dùng điện trở cùng trị số để mắc song song, khác với mắc nối tiếp, mạch mắc điện trở song song có thể mắc nhiều điện trở song song để đạt trị số theo yêu cầu, đồng thời đạt được dòng chịu tải lớn theo ý muốn và tăng vùng diện tích toả nhiệt trên mạch điện khi công suất tỏa nhiệt cao(Hình 4).
Hình 4 : Điện trở ghép song song
Rtd: Điện thở tương đương của mạch điện
Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ Với R1 = 5,6K, R2 = 4,7K Tính điện trở tương đương của mạch điện.
Giải: Từ công thức (2) ta có
1.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của điện trở:
- Công suất điện trở là tích số giữa dòng điện đi qua điện trở và điện áp đặt lên hai đầu điện trở Trong thực tế, công suất được qui định bằng kích thước điện trở với các điện trở màng dạng tròn, ghi trên thân điện trở với các loại điện trở lớn dùng dây quấn vỏ bằng sứ, tra trong bảng với các loại điện trở hàn bề mặt (SMD).
- Sai số của điện trở là khoảng trị số thay đổi cho phép lớn nhất trên điện trở Sai số nằm trong phạm vi từ 1% đến 20% tuỳ theo nhà sản xuất và được ghi bằng vòng màu, kí tự, hoặc bảng tra.
- Trị số điện trở là giá trị của điện trở được ghi trên thân bằng cách ghi trực tiếp, ghi bằng vòng màu, bằng kí tự.
Tụ điện
Tụ điện có nhiều loại và nhiều cỡ khác nhau Phạm vi trị số điện dung có từ 1,8μF đến trên 10.000μF
Về cấu tạo, tụ điện được chia thành hai loại chính:
Đối với dòng điện một chiều, tụ điện ngăn chặn dòng điện đi qua, chỉ có một dòng nạp khi kết nối tụ điện với nguồn Tuy nhiên, khi gặp dòng điện xoay chiều, tụ điện cho phép dòng điện đi qua như thể không có chất điện môi.
2.1 Cấu tạo và kí hiệu quy ước của một số tụ điện thường dùng
- Tụ điện giấy: gồm có 2 lá kim loại đặt xen giữa là bản giấy dùng làm chất cách điện và cuộn tròn lại ở hai đầu lá kim loại đã cuộn tròn có dây dẫn nối ra để hàn Tụ này có thể có vỏ bọc bằng kim loại hay ống thu礃ऀ tinh và hai đầu được bịt kín bằng chất keo plastic Tụ giấy có ưu điểm là kích thước nhỏ, điện dung lớn. Nhược điểm của tụ là rò điện lớn, dễ bị chập.
- Tụ điện mica: gồm những lá kim loại đặt xen kẽ nhau và dùng mica làm chất điện môi, ngăn cách các lá kim loại Các lá kim loại lẻ nối với nhau và nối vào một đầu ra, các lá kim loại chẵn nối với nhau và nối vào một đầu ra Tụ mica được bao bằng vỏ plastic Tụ mica có tính năng tốt hơn tụ giấy nhưng giá thành đắt hơn.
- Tụ điện gốm: tụ điện gốm dùng gốm làm điện môi Tụ gốm có kích thước nhỏ nhưng trị số điện dung lớn.
- Tụ điện dầu: tụ dùng dầu làm điện môi, có trị số lớn và chịu được điện áp cao.
Tụ hóa sử dụng dung dịch axit boric làm điện môi được đặt giữa hai lá nhôm làm điện cực Khi có điện áp một chiều, chúng tạo ra lớp oxit nhôm mỏng như chất điện môi, có điện dung lớn và thường có dạng hình ống với vỏ nhôm là cực âm, lõi giữa là cực dương.
Tụ được bọc kín đế tránh cho dung dịch hoá học khỏi bị bay hơi nhanh, vì dung dịch bị khô sẽ làm cho trị số của tụ giảm đi Tụ hoá có u điểm là trị số điện dung lớn và có giá thành hạ, nhưng lại có nhược điểm là dễ bị rò điện Khi dùng tụ hoá cần kết nối đúng cực tính của tụ với nguồn cung cấp điện Không dùng được tụ hoá cho mạch chỉ có điện áp xoay chiều tức là có cực tính biến đổi.
N hìn từ trê n xuố ng
Hình 2.1.1: Mặt cắt của tụ điện kiểu bản cực
Hinh 2.1.2: Cấu tạo của tụ gốm, tụ màng kim loại và tụ Tantalum
- Tụ biến đổi: gồm các lá nhôm hoặc đồng xếp xen kẽ với nhau, một số lá thay đổi vị trí được Tấm tĩnh (má cố định) không gắn với trục xoay Tấm động gắn với trục xoay và tuỳ theo góc xoay mà phần diện tích đối ứng giữa hai lá nhiều hay ít Phần diện tích đối ứng lớn thì điện dung của tụ lớn, ngược lại, phần diện tích đối ứng nhỏ thì trị số điện dung của tụ nhỏ Không khí giữa hai lá nhôm được dùng làm chất điện môi Tụ loại biến đổi còn được gọi là tụ không khí hay tụ xoay.
Tụ xoay được cấu thành từ các lá động và lá tĩnh mắc song song xen kẽ Lá động gắn trục xoay, tiếp xúc thân tụ; lá tĩnh cách điện với thân Tr治 số điện dung biến đổi khi trục quay, tỷ lệ với diện tích phủ của lá động trong khe lá tĩnh Khi diện tích phủ tối đa, tụ đạt điện dung lớn nhất; khi diện tích phủ gần bằng không, tụ đạt điện dung nhỏ nhất (gọi là điện dung sót) Tụ xoay ứng dụng trong máy thu thanh, máy tạo dao động để điều chỉnh tần số cộng hưởng.
- Tụ tinh chỉnh hay là tụ bán chuẩn: thường dùng để chỉnh điện dung của tụ điện, nhằm đạt được tần số cộng hưởng của mạch Những tụ này thường có trị số nhỏ và phạm vi biến đổi hẹp Người ta chỉ tác động tới tụ tinh chỉnh khi lấy chuẩn, sau đó thì cố định vị trí của tụ.
- Tụ điện điện phân: có những đặc tính khác với tụ không phân cực Tụ có cấu tạo ban đầu gồm có hai điện cực được phân cách bằng một màng mỏng của chất điện phân, ở giai đoạn cuối cùng, người ta dùng một điện áp đặt lên các điện cực có tác dụng tạo ra một màng oxyt kim loại rất mỏng không dẫn điện Dung lượng của tụ tăng lên khi lớp điên môi càng mỏng, như vậy có thể chế tạo tụ điện có điện dung lớn với kích thước nhỏ Do tụ điện điện phân được chế tạo có cực tính, tương ứng với cực tính ban đầu khi hình thành lớp điện môi, cực tính này được đánh dấu trên thân của tụ Nếu nối ngược cực tính có thể làm phá hu礃ऀ lớp điện môi, do đó, tụ sẽ bị hỏng Một hạn chế khác của tụ điện điện phân là lượng điện phân còn lại sau lúc hình thành ban đầu sẽ có tác dụng dẫn điện và làm cho tụ bị rò điện.
Chất liệu chính dùng cho tụ điện điện phân là nhôm và chất điện môi là bột dung dịch điện phân Tụ điện điện phân có dạng hình ống đặt trong vỏ nhôm Những tụ điện phân loại mới có khả năng đạt được trị số điện dung lớn với kích thước nhỏ Phạm vi trị số điện dung từ 0,1 F đến 47 F với cỡ rất nhỏ điện điện phân thờng thấp từ 10V đến 250V hoặc 500V, mọi tụ điện điện phân đều có dung sai lớn và ít khi chọn trị số tới hạn.
Tụ điện pôlistyren sở hữu điện cảm và điện trở nối tiếp thấp, dẫn đến tổn thất thấp ở tần số cao cùng độ ổn định và độ tin cậy cao Phạm vi điện dung rộng từ 10μF đến 100000μF với dung sai chặt chẽ ±1% Dạng ống có kích thước nhỏ gọn xấp xỉ 10mm x 3,5 mm nhưng điện dung lớn hơn Ứng dụng chủ yếu của loại tụ này bao gồm mạch điều chỉnh, mạch lọc, mạch tần số FM, mạch điều khiển đòi hỏi độ chính xác, độ ổn định và độ tin cậy cao, đồng thời tổn thất thấp.
- Tụ polycacbonat: loại tụ này được chế tạo dưới dạng tấm hình chữ nhật để có thể cắm vào bảng mạch in Chúng có trị số điện dung lớn tới 1 F với kích thước rất nhỏ, tổn hao thấp và điện cảm nhỏ Tụ điện polycacbonat thường được thiết kế đặc biệt và dùng cho mạch in với kích thớc xấp xỉ 7,5 mm x 2,5 mm khoảng cách chân là 7,5 mm.
Kí hiệu của các loại tụ điện trên sơ đồ nguyên lý được giới thiệu Hình 2.1.3.
Hình 2.1.3: Giới thiệu ký hiệu các dạng tụ điện thông dụng
T ô Ta ntal (dạ ng tròn)
T ô gèm đơ n khối (dạ ng trục )
Hình 2.1.4 : Các dạng tụ điện thông dụng
2.2 Cách mắc tụ điện : Trong thực tế cách mắc tụ điện thường ít khi được sử dụng, do công dụng của chúng trên mạch điện thông thường dùng để lọc hoặc liên lạc tín hiệu nên sai số cho phép lớn Do đó người ta có thể lấy gần đúng mà không ảnh hưởng gì đến mạch điện Trong các trờng hợp đòi hỏi độ chính xác cao như các mạch dao động, các mạch điều chỉnh người ta mới sử dụng cách mắc theo yêu cầu cho chính xác.
Mạch mắc nối tiếp: (Hình:2.11)
Hình 2.11: Mạ ch tụ điện mắc nối tiếp
Ctd: Điện dung tương đương của mạch điện
Cũng giống như điện trở giá trị của tụ điện được sản xuất theo bảng 2.1. Trong mạch mắc song song điện dung tương đương của mạch điện luôn nhỏ hơn hoặc bằng điện dung nhỏ nhất mắc trên mạch
Ví dụ: Cho tụ hai tụ điện mắc nối tiếp với C1= 1mF, C2= 2,2mF tính điện trở tương đương của mạch điện.
Giải: Từ công thức tính ta có: Ctd 2 1
= 1 1 2 2 , , 2 2 = 0,6875mF Mạch mắc song song: (Hình 2.12)
Hình 2.12: Mạ ch tụ điện mắc song song
Công thức tính: Ctd = C1+ C2 + + Cn
Ctd: Điện dung tương đương của mạch điện.
Ví dụ: Tính điện dung tương đương của hai tụ điện mắc nối tiếp, Với C13,3mf; C2=4,7mF.
Giải: Từ công thức ta có: Ctd = C1+ C2 = 3,3 + 4,7 = 8mF
2.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của tụ điện
- Độ chính xác: Tuỳ theo cấp chính xác mà trị số tụ điện có cấp sai số như trình bày trong Bảng 2.2:
Bảng 2.3.1: Các cấp sai số của tụ điện
Cấp sai số Sai số cho phép
- Điện áp làm việc là điện áp đặt lên tụ trong thời gian làm việc dài mà tụ không bị đánh thủng (Khoảng 10 000 giờ).
Trên thực tế giá trị ghi trên thân là điện áp làm việc, tuy nhiên với các tụ hiện nay trên thị trường do Việt Nam và Trung Quốc sản xuất thường ghi là điện áp đánh thủng nên trong thay thế cần chú ý đến khi thay thế tụ mới trong sữa chữa cần chọn lớn hơn để đảm bảo an toàn.
- Điện áp đánh thủng là điện áp mà quá điện áp đó thì chất điện môi của tụ bị đánh thủng.
- Trị số danh định của tụ điện tính bằng Fara hoặc các ước số của Fara là 1μF
(10 -6 Fara), μF (10 -9 Fara) và μF(10 -12 Fara) được ghi trên tụ điện bằng mã quy ước.
Cuộn cảm
Cuộn cảm gồm các vòng dây quấn trên lõi cách điện Trong một số trường hợp, cuộn cảm có thể được tạo thành từ dây cứng với số vòng ít và không cần lõi Dựa trên tần số sử dụng, cuộn cảm có thể có nhiều hoặc ít vòng dây, với hoặc không có lõi.
Cuộn cảm có tác dụng ngăn cản dòng điện xoay chiều trên mạch điện, đối với dòng điện một chiều cuộn cảm đóng vai trò như một dây dẫn điện.
3.1 Cấu tạo của cuộn cảm:
Theo cấu tạo, cuộn cảm gồm có các loại:
Cuộn cảm không có lõi là cuộn cảm được quấn trên một ống cách điện, có ít số vòng dây thích ứng với tần số cao.
Cuộn cảm được quấn trên lõi bằng sứ, cũng dùng cho tần số cao, loại này dùng sứ là chất điện môi tốt, tiêu hao ít nên có hệ số phẩm chất cao.
Cuộn cảm được quấn nhiều vòng, nhiều lớp, dùng cho tần số thấp hơn.
Để tăng trị số điện cảm người ta thường quấn nhiều vòng dây trên lõi có độ từ thẩm lớn.
3.2 Kí hiệu của cuộn cảm
Trong mạch điện cuộn cảm được ký hiệu như Hình 3.2.1
Hình 3.2.1: Các ký hiệu của cuộn cảmNgoài cách kí hiệu như trên cuộn cảm có thể được kí tự như T hay L
Hình 3.2.2: Hình dạng các loại cuộn cảm Trong kỹ thuật cuộn cảm được quấn theo yêu cầu kĩ thuật đặt hàng hay tự quấn theo tính toán nên cuộn cảm không được mắc nối tiếp hay song song như điện trở hoặc tụ điện vì phải tính đến chiều mắc các cuộn cảm với nhau đồng thời gây cồng kềnh về mặt cấu trúc mạch điện Trừ các mạch lọc có tần số cao hoặc siêu cao trong các thiết bị thu phát vô tuyến.
Câu hỏi và bài tập
Câu hỏi nhiều lựa chọn:
Hãy lựa chọn phơng án đúng để trả lời các câu hỏi dới đây bằng cách tô đen vào ô vuông thích hợp: tt Nội dung câu hỏi a b c d
1 Điện trở có tính chất gì? a Dẫn điện DC b Dẫn điện AC c Dẫn điện DC và AC. d Không cho dòng điện đi qua.
2 Trong mạch điện, điện trở làm nhiệm vụ gì? a.Giảm áp. b.Hạn dòng. c.Phân cực. d Cả ba yêú tố trên.
3 Căn cứ vào đâu để phân loại điện trở? a Cấu tạo. b tính chất. c Công dụng. d Cấp chính sác.
4 Điện trở mắc nối tíêp có tính chất gì? a Tăng giá trị b Giảm giá trị c Giá trị không thay đổi. d Cả ba đều sai
5 Điện trở mắc song song có tính chất gì? a Tăng giá trị b Giảm giá trị c Tăng công suất d Cả ba đều đúng
Thông thường điện trở được mắc song song nhằm mục đích sau:- Tăng công suất chịu tải, giảm giá trị điện trở toàn mạch và tăng diện tích tỏa nhiệt trên mạch.
7 Điện trở có thông số kĩ thuật cơ bản nào? a Trị số b Sai số c Công suất d Cả ba điều trên
Biến trở được sử dụng trong mạch điện để thay đổi giá trị điện trở, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp phân cực và dòng phân cực Do đó, câu trả lời đúng là **c**.
9 Trong kĩ thuật biến trở than dùng để làm gì? a Hạn chế dòng điện qua mạch b Giảm điện áp cung cấp cho mạch c Phân cực cho mạch điện d Cả ba điều trên.
10 Trong kĩ thuật biến trở dây quấn dùn để làm gì? a Hạn chế dòng qua mạch điện. b Giảm điện áp cung cấp cho mạch điện c Phân cực cho mạch điện d Gồm a,b
11 Tụ điện có tính chất gì? a Ngăn dòng một chiều b Ngăn dòng xoay chiều c Cả a,b đúng d Cả a,b sai
12 Trong kĩ thuật tụ điện được chia làm mấy loại? a Phân cực b Không phân cực c Thường d Gồm a, b.
13 Tụ mắc nối tiếp có tính chất gì? a Tăng trị số b Giảm trị số c Không thay đổi
14 Tụ mắc song song có tính chất gì? a Tăng trị số b Giảm trị số c Không thay đổi d Tất cả đều sai.
15 Trong thực tế thông thường người ta mắc tụ theo cách nào? a Mắc nối tiếp b Mắc song song c Mắc hỗn hợp d Tất cả các cách trên
16 Tụ điện có những thông số cơ bản nào? a Trị số b Điện áp làm việc c Cấp chính xác d Tất cả các yếu tố trên.
17 Cuộn cảm có tính chất gì? a Ngăn dòng DC b Ngăn dòng AC c Cả a, b đúng d Cả a, b sai
18 Hệ số từ cảm của cuộn cảm phụ thuộc vào yếu tố nào? a Số vòng dây. b Phẩm chất lõi c Kĩ thuật quấn.
19 Có mấy hình thức ghi trị số linh kện thụ động? a Ghi trực tiếp. b Ghi bằng vòng màu. c Ghi bằng kí tự. d Cả ba cách trên.
20 Cách ghi trị số linh kiện thụ động dựa vào đâu? a Giá trị của linh kiện. b Kích thớc của linh kiện. c Hình dáng của linh kiện d Cấu tạo của linh kiện.
Linh kiện điện tử bán dẫn rời rạc và ứng dụng
Chất bán dẫn điện
1.1 Chất bán dẫn Thuần khiết
Qua nhiều thời kỳ, các chất được chia thành chất dẫn điện và chất cách điện Vào đầu thế kỷ trước, chất bán dẫn đã được chú ý Chất bán dẫn được định nghĩa là chất có tính dẫn điện ở mức trung gian, nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
Sự phân chia trên chỉ có tính chất tương đối, vì điện trở suất của chất bán dẫn còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, nếu chỉ dựa vào điện trở suất để định nghĩa thì chưa thể biểu thị đầy đủ các tính chất của các chất bán dẫn.
Một đặc tính quan trọng của chất bán dẫn là điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, tức là chúng có hệ số nhiệt điện âm Chất bán dẫn càng tinh khiết thì điện trở càng lớn, thậm chí có thể trở thành chất cách điện ở nhiệt độ cực thấp Tuy nhiên, khi có tạp chất, điện trở chất bán dẫn giảm mạnh, dẫn đến khả năng dẫn điện tăng Ngoài ra, ánh sáng cũng ảnh hưởng đến điện trở chất bán dẫn, cường độ ánh sáng càng lớn thì điện trở càng giảm.
Khi cho kim loại tiếp xúc với bán dẫn hay ghép hai loại bán dẫn N và P với nhau thì nó chỉ dẫn điện tốt theo một chiều Ngoài ra, các chất bán dẫn có nhiều đặc tính khác nữa.
Sự dẫn điện trong chất bán dẫn tinh khiết.
Người ta đã nghiên cứu và đưa ra kết luận: dòng điện trong các chất dẫn điện là do các điện tử tự do chạy theo một chiều nhất định mà sinh ra Còn dòng điện trong chất bán dẫn không những do sự di chuyển có hướng của các điện tích âm (điện tử), mà còn là sự di chuyển có hướng của các điện tích dương (lỗ trống)
Ví dụ: Một nguyên tử gécmani có bốn điện tử ngoài cùng Nó liên kết với bốn nguyên tử chung quanh Tạo thành 08 điện tử ở lớp ngoài cùng Mối liên kết này khá bền vững Cho nên ở nhiệt độ rất sẽ không có thừa điện tử tự do, do đó không có khả năng dẫn điện Gọi là trạng thái trung hoà về điện.
Khi nhiệt độ tác động vào chất bán dẫn tăng lên, thì điện tử lớp ngoài cùng được cung cấp nhiều năng lượng nhất Một số điện tử nào đó có đủ năng lượng thắng được sự ràng buộc của hạt nhân thì rời bỏ nguyên tử của nó, trở thành điện tử tự do, di chuyển trong mạng tinh thể Chỗ của chúng chiếm trước đây trở thành lỗ trống và trở thành ion dương Ion dương có nhu cầu lấy một điện tử bên cạnh để trở về trạng thái trung hoà về điện Người ta coi ion dương đó có một lỗ trống, khiến cho một điện tử bên cạnh dễ nhảy vào lấp đi Chỗ của điện tử này lại bỏ trống, nghĩa là lại tạo nên một lỗ trống khác và lại có một điện tử ở cạnh đó nhảy vào lấp chỗ trống Cứ như vậy, mỗi khi có một điện tử tự do thoát khỏi ràng buộc với hạt nhân của nó, chạy lung tung trong mạng tinh thể, thì cũng có một lỗ chạy trong đó Thực chất, sự di chuyển của lỗ trống là do di chuyển của các điện tử chạy tới lấp lỗ trống
Trong bán dẫn tinh khiết, số lượng electron tự do và lỗ trống luôn bằng nhau Nhiệt độ thấp hạn chế sự sinh ra các cặp electron - lỗ trống, nhưng khi nhiệt độ tăng cao thì số cặp này tăng theo Khi bán dẫn được đặt giữa hai cực âm - dương của pin, điện trường hình thành trong thanh bán dẫn theo chiều từ A đến B Electron dịch chuyển ngược chiều điện trường, lấp đầy lỗ trống, và các lỗ trống cũng dịch chuyển ngược chiều điện trường Cả hai dòng điện tử và lỗ trống tạo nên dòng điện trong bán dẫn Nhiệt độ càng tăng, dòng điện càng lớn.
Hình 2.1: Chiều chuyễn động của các điện tử và lỗ trống
1.2.1 Chất bán dẫn tạp loại n
Ta thêm một ít tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm 5 của bảng tuần hoàn Menđêlêép (ví dụ Antimon - Sb) vào chất bán dẫn Gecmani (Ge) hoặc Silic (Si) nguyên chất Các nguyên tử tạp chất (Sb) sẽ thay thế một số các nguyên tử của
Ge (hoặc Si) trong mạng tinh thể và nó sẽ đưa 4 điện tử trong 5 điện tử hóa trị của mình tham gia vào liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge (hoặc Si) ở bên cạnh, còn điện tử thứ 5 sẽ thừa ra nên liên kết của nó trong mạng tinh thể là rất yếu,( xem hình 2.1) Muốn giải phóng điện tử thứ 5 này thành điện tử tự do ta chỉ cần cấp một năng lượng rất nhỏ khoảng 0,01eV cho gecmani hoặc 0,05eV cho silic Các tạp chất hóa trị 5 được gọi là tạp chất cho điện tử (Donor) hay tạp chất N.
Hình 2.1: Mạng tinh thể Ge có thêm tạp chất Sb hóa trị 5 (mạng tinh thể của gecmani loại N)
Hình 2.2 Đồ thị vùng năng lượng của bán dẫn Ge loại N
Mức năng lượng mà electron thứ 5 chiếm giữ là mức cho, nằm ngay dưới dải dẫn Do đó, ở nhiệt độ phòng, electron thứ 5 của tạp chất cho sẽ chuyển lên dải dẫn, tạo ra nhiều electron dẫn hơn nhiều so với lỗ trống Nồng độ electron dẫn được ký hiệu là nn, còn nồng độ lỗ trống là pn Trong bán dẫn tạp loại N, nn >> pn.
1.2.2 Chất bán dẫn tạp loại p
Khi ta đưa một ít tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm 3 của bảng tuần hoàn Menđêlêép (ví dụ Indi - In) vào chất bán dẫn nguyên tính Gecmani (hoặc Silic). Nguyên tử tạp chất sẽ đưa 3 điện tử hóa trị của mình tạo liên kết cộng hóa trị với
3 nguyên tử Gecmani (hoặc Silic) bên cạnh còn mối liên kết thứ 4 để trống. Trạng thái này được mô tả ở hình 2.3 Điện tử của mối liên kết gần đó có thể nhảy sang để hoàn chỉnh mối liên kết thứ 4 còn để dở Nguyên tử tạp chất vừa nhận thêm điện tử sẽ trở thành ion âm và ngược lại ở nguyên tử chất chính vừa có 1 điện tử chuyển đi sẽ tạo ra một lỗ trống trong dải hóa trị của nó Các tạp chất có hóa trị 3 được gọi là tạp chất nhận điện tử (Acceptor) hay tạp chất loại
P Mức năng lượng để trống của tạp chất trong chất bán dẫn chính sẽ tạo ra một mức năng lượng cho phép riêng nằm ở bên trên dải hóa trị gọi là mức nhận, (xem hình 2.4).
Hình 2.3 Mạng tinh thể gecmani với một nguyên tử In hóa trị 3
Hình 2.4 Mạng tinh thể gecmani với một nguyên tử In hóa trị 3
Nếu tăng nồng độ tạp chất nhận thì nồng độ của các lỗ trống tăng lên trong dẫn loại này có lỗ trống là hạt dẫn đa số và điện tử là hạt dẫn thiểu số và nó được gọi là chất bán dẫn tạp loại P
PP >>NP trong đó: PP - nồng độ hạt dẫn lỗ trống trong bán dẫn P
Diode
3.1 Cấu tạo của điôt và ký hiệu trong sơ đồ mạch điện. Điốt bán dẫn là cấu kiện gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực là anốt (ký hiệu là A) và catốt (ký hiệu là K) Anốt được nối tới bán dẫn P, catốt được nối với bán dẫn N được bọc trong vỏ bảo vệ bằng kim loại hoặc nhựa tổng hợp.
Cấu tạo và ký hiệu của điốt bán dẫn trên sơ đồ mạch
Sơ đồ nguyên lý của
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý của diode
Khi đưa điện áp ngoài có cực dương vào anốt, âm vào catốt (UAK > 0) thì điốt sẽ dẫn điện và trong mạch có dòng điện chạy qua vì lúc này tiếp xúc P-N được phân cực thuận.
Các mạch nắn diện cơ bản :
- Mạch nắn điện bán kỳ: (Hình 3.7)
Hình 3.7: Mạch nắn điện một bán kỳ Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch như sau:
T: Biến áp dùng để tăng hoặc giảm áp (Thông thường là giảm áp) D: Điốt nắn điện.
Nguyên lí hoạt động của mạch như sau: Điện áp xoay chiều ngõ vào Vac in qua biến áp được tăng hoặc giảm áp. Được đưa đến Điôt nắn điện ở bán kì dương điôt dẫn điện nạp điện cho tụ C ở bán kì âm Điốt bị phân cực ngựơc nên không dẫn điện Nên ở ngõ ra của mạch nắn Vdc out ta được điện áp một chiều.
- Mạch nắn điện toàn kỳ dùng hai điốt: (Hình 3.8)
Nhiệm vụ các linh kiện như sau:
T: Biến áp dùng để biến đổi điện áp xoay chiều ngõ vào
D1; D2: Nắn dòng điện xoay chiều AC thành dòng một chiều DC C: Tụ lọc xoay chiều sau nắn.
Nguyên lí hoạt động như sau: Điện áp xoay chiều ngõ vào qua biến áp biến đổi thích ứng với mạch điện. Khi đầu trên của biến áp ở bán kì dương điốt D1 dẫn điện thì ở đầu dưới của biến áp ở bán kì âm nên điốt D2 không dẫn điện Dòng điện nắn qua D1 nạp điện cho tụ lọc C Khi đầu trên của biến áp là bán kì âm điốt D1 không dẫn điện thì đầu dưới của biến áp là bán kì dương nên điôt D2 dẫn điện nạp điện cho tụ C Như vậy dòng điện ngõ ra có liện tục ở cả hai bán kì của dòng điện xoay chiều nên được gọi là mạch nắn điện hai bán kì Đặc điểm của mạch là phải dùng biến áp mà cuộn sơ cấp có điểm giữa nên không thuận tiện cho mạch nếu không dùng biến áp, hoặc biến áp không có điểm giữa Để khắc phục nhược điểm này, thông thường trong thực tế người ta dùng mạch nắn điện toàn kì dùng sơ đồ cầu.
- Mạch nắn điện toàn kì dùng sơ đồ cầu: (Hình 3.9)
Hình 3.9: Mạch nắn điện toàn kì dùng sơ đồ cầu Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch:
C: Tụ lọc xoay chiều sau nắn.
Dòng xoay chiều ngõ vào qua biến áp T, ngõ ra trên cuộn sơ cấp được đưa đến bộ nắn cầu Khi đầu trên của biến áp là bán kì dương thì ở đầu dưới của biến áp là bán kì âm Lúc này D1; D3 dẫn điện nạp điện cho tụ C Khi đầu trên của biến áp là bán kì âm thì đầu dưới của biến áp là bán kì dương Lúc này D2; D4 dẫn điện dẫn điện nạp cho tụ C cùng chiều nạp ban đầu hình thành điện áp một chiều ở ngõ ra.
3.2 Đặc tuyến Von-ampe và các thông số cơ bản của Diode.
Hình H1.3: Đặc tính V – A thực tế (a) và lý tưởng Đặc tính có hai nhánh: nhánh thuận tương ứng với trạng thái dẫn điện (nằm ở góc phần tư I) và nhánh nghịch tương ứng với trạng thái ngắt (nằm ở góc phần tư III) như trên hình H1.3 Trong đó, hình H1.3a là đặc tính V – A thực tế, hình H1.3b là đặc tính lý tưởng.
Giải thích các ký hiệu :
- U0: điện áp khóa của diode, U0 = 0,3V 0,6V tùy theo chất bán dẫn.
- UF: điện áp thuận của diode
- UR: điện áp ngược của diode (điện áp đánh thủng)
IF: dòng điện thuận chạy qua diode.
2.3.3 Các ứng dụng thực tế.
Mạch nắn điện tăng đôi: (Hình 3.10) Mạch này dùng để tạo ra điện áp một chiều có giá trị cao gấp hai lần điện áp xoay chiều ngõ vào.
Mạch nắn điện tăng đôi một bán kì: (Hình 3.10 a)
Hình 3.10 a: Mạch nắn điện tăng đôi một bán kì.
Trong đó nhiệm vụ các linh kiện như sau:
Hoạt động của mạch như sau: ở bán kỳ dương tụ C1 dẫn điện qua điôt D2 nạp điện cho tụ C2 ở bán kì âm D1 dẫn điện nạp điện cho tụ C1 Đến bán kì kế tiếp Pha dương của điện áp xoay chiều nạp chồng lên tụ C1 được dẫn qua điôt D2 nạp điện cho tụ C2 Lúc này điện áp DC ngõ ra là hai lần điện áp đình của điện áp xoay chiều.
Mạch nắn điện tăng đôi hai bán kì: (Hình 3.10 b)
Hình 3.10 b: Mạch nắn điện tăng đôi hai bán kì.
Trong đó nhiệm vụ các linh kiện trong mạch như sau:
Hoạt động của mạch như sau: ở đầu trên của ngõ vào là bán kì dương điôt D1 dẫn điện nạp cho tụ C1 về nguồn Khi đầu trên đổi chiều là bán kì âm điốt D2 dẫn điện nạp điện cho tụ C2 về nguồn Do hai tụ C1; C2 mắc nối tiếp nên điện áp DC ngõ ra là tổng điện áp nạp trên hai tụ C1; C2 nên điện áp được tăng đôi.
Transistor công nghệ lưỡng cực (BJT) (Bipolar Junction transistor)
4.1 Cấu trúc, nguyên lý làm việc và ký hiệu.
Tranzito lưỡng cực gồm có hai tiếp xúc P-N được tạo nên bởi 3 miền bán dẫn loại P và N xếp xen kẽ nhau Nếu miền bán dẫn ở giữa là bán dẫn loại N thì ta có tranzito lưỡng cực loại P-N-P Nếu miền bán dẫn ở giữa là bán dẫn loại P thì ta có tranzito lưỡng cực loại N-P-N.
Tranzito có 3 chân cực là:
- Cực Phát ký hiệu là chữ E (Emitter) là nguồn phát ra các hạt tải điện trong tranzito.
- Cực Gốc ký hiệu là chữ B (Base) là cực điều khiển dòng điện
- Cực Góp ký hiệu là chữ C (Collector) có nhiệm vụ thu nhận tất cả các hạt dẫn từ phần phát E qua phần gốc B tới.
- Hai tiếp xúc P-N là tiếp xúc phát-gốc ký hiệu là TE (gọi tắt là tiếp xúc phát), và tiếp xúc góp-gốc ký hiệu là TC (gọi tắt là tiếp xúc góp).
+ Nguyên lý làm việc của tranzito
Khi chưa cung cấp điện áp ngoài lên các chân cực của tranzito thì hai tiếp xúc phát TE và góp TC đều ở trạng thái cân bằng và dòng điện tổng chạy qua các chân cực của tranzito bằng 0.
Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho các chân cực của nó một điện áp một chiều thích hợp Có ba chế độ làm việc của tranzito là: chế độ tích cực(hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzitoP-N-P và N-P-N đều có nguyên lý làm việc giống nhau, chỉ có chiều nguồn điện cung cấp vào các chân cực là ngược dấu nhau.
Trong sơ đồ mạch gồm có các phần tử sau:
+/ EE , EC - Nguồn điện cung cấp một chiều cho tranzito loại P-N-P.
+/ RB - Điện trở định thiên
+/ Tụ điện C1 và C2 là tụ liên lạc.
Mạch cực phát chung có cấu trúc tương tự như mạch cực gốc chung, với tín hiệu vào giữa cực gốc và cực phát, và tín hiệu ra giữa cực góp và cực phát Do đó, cực phát đóng vai trò là cực chung cho cả mạch vào và mạch ra, tạo thành cấu hình mạch cực phát chung Chiều của dòng điện và điện áp trên các chân cực của tranzito được minh họa tại Hình 6.9.
Trong sơ đồ mắc phát chung có dòng vào là IB, dòng ra là IC, điện áp vào là UBE, điện áp ra là UCE.
Sơ đồ mạch cực E chung
Sơ đồ mạch cực E chung
Mạch chung colectơ có dạng như hình 6.10, cực colectơ dung chung cho đầu vào và đầu ra.Để đo điện áp vào, dòng vào, dòng ra qua đó xác các đặc tuyến tĩnh cơ bản của mạch CC dung các vôn kế và miliampe kế được mắc như hình 6.9. Đặc tuyến vào của mạch chung colectơ (CC) IB= f(UCB) khi điện áp ra UCE không đổi có dạng như hình 2.31 nó có dạng khác hẳn so với các đặc tuyến vào của hai cách mắc EC và BC xét trước đây Đó là vì trong kiểu mắc mạch này điện áp vào UCB phụ thuộc rất nhiều vào điện áp ra UCE (khi làm việc ở chế độ khuyếch đại điện áp UCB đối với tranzito silic luôn giữ khoảng 0.7V, còn tranzito Gecmani vào khoảng 0.3V trong khi đó điện áp UCE biến đổi trong khoảng rộng ) Ví dụ trên hình 2.31 hãy xét trường hợp UEC = 2V tại IB 100mA UCB = UCE –UBE = 2V – 0.7 V =1,3V
Sơ đồ mạch mắc cực gốc chung mô tả trong hình 4-10 Trong sơ đồ mạch có:
+ EE , EC là nguồn cung cấp một chiều cho tranzito loại P-N-P trong mạch.
+ RE - điện trở định thiên cho tranzito RE có nhiệm vụ làm sụt bớt một phần phân cực UEB ≈ 0,6 V cho tranzito Silic, và UEB ≈ 0,2V cho tranzito Gecmani. Đồng thời tín hiệu vào sẽ hạ trên RE để đưa vào tranzito.
- Điện trở RC giữ vai trò tạo sụt áp thành phần xoay chiều của tín hiệu, giúp đưa tín hiệu ra mạch sau.- Điện trở RC cũng đưa điện áp từ âm nguồn EC lên cực góp, đảm bảo tiếp xúc góp được phân cực ngược.
+ Tụ điện C1 , C2 gọi là tụ liên lạc có nhiệm vụ dẫn tín hiệu vào mạch và dẫn tín hiệu ra mạch sau.
Sơ đồ mắc gốc chung cho tranzito loại P-N-P
Cực gốc B của tranzito trong sơ đồ được nối đất Như vậy, tín hiệu đưa vào giữa cực phát và cực gốc Tín hiệu lấy ra giữa cực góp và cực gốc nên cực gốc B là chân cực chung của mạch vào và mạch ra - Ta gọi là sơ đồ mắc cực gốc chung. Trong mạch có các thành phần dòng điện và điện áp sau:
IE gọi là dòng điện trên mạch vào IC gọi là dòng điện trên mạch ra UEB gọi là điện áp trên mạch vào UCB gọi là điện áp trên mạch ra Mối quan hệ giữa các dòng điện và điện áp trên các chân cực được mô tả thông qua các họ đặc tuyến tĩnh Có hai họ đặc tuyến chính là :
Họ đặc tuyến vào: UEB = f1(UCB, IE) Họ đặc tuyến ra: IC = f2 (UCB, IE)
5.2 Các chế độ làm việc của transistor:
+ Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược Tranzito có điện trở rất lớn và chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua nên tranzito coi như không dẫn điện.
Ở chế độ dẫn bão hòa, tranzito có điện trở rất nhỏ, cho phép dòng điện lớn chạy qua Khi cả hai tiếp xúc P-N cùng phân cực thuận, tranzito đóng vai trò như một phần tử tuyến tính trong mạch Ngược lại, ở chế độ ngắt, tranzito có điện trở rất lớn, ngăn dòng điện chạy qua Trong chế độ dẫn bão hòa, tranzito hoạt động như một khóa điện tử, đóng ngắt mạch theo tín hiệu điều khiển.
+ Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện sao cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, và tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với quá trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất và nó có khả năng tạo dao động, khuếch đại tín hiệu, Đây là chế độ thông dụng của tranzito trong các mạch điện tử tương tự.
Tổng quan về tranzito Loại tranzit o
Ký hiệu Kiểu hoạt động
Thường tranzito không dẫn nhưng với một dòng nhỏ đi vào và điện áp dương nhỏ tại cực B làm cho cực E dẫn (cho phép một lượng dòng lớn chảy từ cực C đến cực E) Tranzito hoạt động với điều kiện VC > VE Sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch và khuếch đại. e c b PNP
Thường tranzito không dẫn, nhưng với một dòng nhỏ đi ra và điện áp âm nhỏ tại cực B làm cho cực E dẫn(cho phép một lượng dòng lớn chảy từ cực E đến cựcC) Tranzito hoạt động với VE > VC Sử dụng làm chuyển mạch và khuếch đại.
Linh kiện điện tử bán dẫn tích hợp (IC)
Cấu tạo và các thông số cơ bản của IC tuyền tính
Mạch tích hợp (IC) là mạch điện tử kết hợp các linh kiện chủ động và thụ động trên một giá thể bán dẫn hoặc cách điện IC thường có kích thước vài trăm đến vài nghìn micron, được bảo vệ trong vỏ kim loại hoặc nhựa và đóng vai trò như bộ phận chức năng thực hiện chức năng điện tử cụ thể Xu hướng tích hợp các thành phần mạch điện tử và hệ thống điện tử được thúc đẩy bởi nhu cầu mạch và hệ thống phức tạp hơn, tốc độ cao hơn để đáp ứng nhu cầu xử lý thông tin ngày càng tăng trong xã hội hiện đại.
Những hệ thống điện tử công phu và phức tạp gồm rất nhiều thành phần, bộ phận Do đó nảy ra nhiều vấn đề cần giải quyết:
1 Khoảng không gian mà số lượng lớn các thành phần chiếm đoạt (thể tích) Một máy tính điện tử cần dùng đến hàng triệu, hàng vài chục triệu bộ phận rời Nếu không thực hiện bằng mạch IC, thì không những thể tích của nó sẽ lớn một cách bất tiện mà điện năng cung cấp cho nó cũng sẽ vô cùng phức tạp Mà nếu có thỏa mãn chăng nữa, thì máy cũng không thực dụng.
2 Độ khả tín (reliability) của hệ thống điện tử: là độ đáng tin cậy trong hoạt động độ khả tín của các thành phần cấu thành và các bộ phận nối tiếp giữa chúng Hệ thống cáng phức tạp, số bộ phận càng tăng và chỗ nối tiếp càng nhiều Vì vậy, nếu dùng bộ phận rời cho các hệ thống phức tạp, độ khả tín của nó sẽ giảm thấp Một hệ thống như vậy sẽ trục trặc rất nhanh.
3 Tuổi thọ trung bình t của một hệ thống điện tử gồm n thành phần sẽ là:
1t=1t1+1t2+ +1tn Nếu t1=t2= =tn thì t= tin
Vậy nếu một transistor có tuổi thọ là 108h, thì một máy tính gồm 500000 ngàn transistor sẽ chỉ có tuổi thọ 1085.10 5 = 200giờ
Các thành phần trong IC được chế tạo đồng thời và cũng cùng phương pháp, nên tuổi thọ IC xấp xỉ một tuổi thọ một transistor Planar.
4 Một hệ thống (hay một máy) điện tử có cấu tạo như hình vẽ:
Vật liệuBộ phận linh kiệnBộ phận linh kiệnMạch điện tử cơ bảnBộ phận cấu thành hệ thốngHệ thống điện tử thốnfBộ phận chức năng
Sự kết tụ áp dụng vào IC thường thực hiện ở giai đoạn bộ phận chức năng Song khái niệm kết tụ không nhất thiết dừng lại ở giai đoạn này Người ta vẫn nỗ lực để kết tụ với mật độ cực cao trong IC, nằm hướng tới việc kết tụ toàn thể hệ thống điện tử trên một phiếm (chíp)
SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
Các sản phẩm tiêu biểu
Linh kiện plan ar, Cổn g logic , Flip Flop
Mạch đếm, đa hợp, mạch cộng
Vi xử lý 8 bit, ROM, RAM
Vi xử lý 16 và 32 bit
Vi xử lý chuyê n dụng, xử lý ảnh, thờI gian thực
SSI: Small scale integration: Tích hợp qui mô nhỏ
MSI: Medium scale intergration: Tích hợp qui mô trung bình
LSI: Large scale integration: Tích hợp theo qui mô lớn
GSI: Ultra large scale integration: Tích hợp qui mô khổng lồ
Tóm lại, công nhệ IC đưa đến những điểm lợi so với kỹ thuật linh kiện rời như sau:
- Giá thành sản phẩm hạ
- Độ khả tín cao (tất cả các thành phần được chế tạo cùng lúc và không có những điểm hàn, nối).
- Tăng chất lượng (do giá thành hạ, các mặt phức tạp hơn có thể được chọn để hệ thống đạt đến những tính năng tốt nhất).
- Các linh kiện được phối hợp tốt (matched) Vì tất cả các transistor được chế tạo đồng thời và cùng một qui trình nên các thông số tương ứng của chúng về cơ bản có cùng độ lớn đối với sự biến thiên của nhiệt độ.
Dựa trên qui trình sản xuất, có thể chia IC ra làm 3 loại:
Trên đế cách điện, nhiều lớp màng mỏng tạo nên các thành phần cấu thành nên tụ điện, điện trở và cuộn cảm Đây được gọi là điện tử màng mỏng, chỉ bao gồm các thành phần thụ động.
+ Dây nối giữa các bộ phận: Dùng màng kim loại có điện trở súât nhỏ như Au, Al,Cu
+ Điện trở: Dùng màng kim loại hoặc hợp kim có điện trở suất lớn như Ni-Cr; Ni-Cr-Al; Cr-Si; Cr có thể tạo nên điện trở có trị số rất lớn.
Tụ điện sử dụng màng kim loại làm bản cực và màng điện môi như SiO, SiO2, Al2O3, Ta2O5 Dù vậy, khó có thể tạo nên tụ điện có điện dung lớn hơn.
+ Cuộn cảm: dùng một màng kim loại hình xoắn Tuy nhiên khó tạo được cuộn cảm lớn quá 5H với kích thước hợplý Trong sơ đồ IC, người ta tránh dùng cuộn cảm để không chiếm thể tích.
+ Cách điện giữa các bộ phận: Dùng SiO; SiO2; Al2O3.
Có một thời, Transistor màng mỏng được nghiên cứu rất nhiều để ứng dụng vào IC màng Nhưng tiếc là transistor màng chưa đạt đến giai đoận thực dụng, nếu không phải là ít có triển vọng thực dụng.
IC đơn tính thể (Monolithic IC):
Còn gọi là IC bán dẫn (Semiconductor IC) – là IC dùng một đế (Subtrate) bằng chất bán dẫn (thường là Si) Trên (hay trong) đế đó, người ta chế tạo transistor, diode, điện trở, tụ điện Rồi dùng chất cách điện SiO2 để phủ lên che chở cho các bộ phận đó trên lớp SiO2, dùng màng kim loại để nối các bộ phận với nhau.
+ Transistor, diode đều là các bộ phận bán dẫn.
+ Điện trở: được chế tạo bằng cách lợi dụng điện trở của lớp bán dẫn có khuếch tán tạp chất.
+ Tụ điện: Được chế tạo bằng cách lợi dụng điện dung của vùng hiếm tại một nối P-N bị phân cực nghịch. Đôi khi người ta có thể thêm những thành phần khác hơn của các thành phần kể trên để dùng cho các mục đích đặc thù
Các thành phần trên được chế tạo thành một số rất nhiều trên cùng một chip Có rất nhiều mối nối giữa chúng và chúng được cách ly nhờ những nối P-N bị phân cực nghịch (điện trở có hàng trăm M)
Là loại IC lai giữa hai loại trên
Từ vi mạch màng mỏng (chỉ chứa các thành phần thụ động), người ta gắn ngay trên đế của nó những thành phần tích cực (transistor, diode) tại những nơi đã dành sẵn Các transistor và diode gắn trong mạch lai không cần có vỏ hay để riêng, mà chỉ cần được bảo vệ bằng một lớp men tráng. Ưu điểm của mạch lai là:
+ Có thể tạo nhiều IC (Digital hay Analog)
+ Có khả năng tạo ra các phần tử thụ động có các giá trị khác nhau với sai số nhỏ.
+ Có khả năng đặt trên một đế, các phần tử màng mỏng, các transistor, diode và ngay cả các loại IC bán dẫn.
Thực ra khi chế tạo, người ta có thể dùng qui trình phối hợp Các thành phần tác động được chế tạo theo các thành phần kỹ thuật planar, còn các thành phần thụ động thì theo kỹ thuật màng Nhưng vì quá trình chế tạo các thành phần tác động và thụ động được thực hiện không đồng thời nên các đặc tính và thông số của các thành phần thụ động không phụ thuộc vào các đặc tính và thông số của các thành phần tác động mà chỉ phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu, bề dầy và hình dáng. Ngoài ra, vì các transistor của IC loại này nằm trong đế, nên kích thước IC được thu nhỏ nhiều so với IC chứa transistor rời.
Các phần tử bán dẫn công suất ( Điốt, Tranzito công suất)
Cấu tạo, nguyên lý làm việc
1.1 Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính Vôn - Ampe của Điốt công suất
Điốt được tạo thành từ mối nối P-N, trong đó lớp N chứa nhiều điện tử trong khi lớp P thiếu điện tử và chứa các phần tử mang điện dạng lỗ trống Sự chênh lệch này tạo ra một hàng rào điện thế vào khoảng 0,6 V.
Hình H1.2: Sơ đồ nguyên lý phân cực cho diode a) phân cực thuận b) phân cực ngược Khi ta đặt một điện áp lên diode, cực dương gắn với lớp P và cực âm gắn với lớp N (hình H1.2a), khi đó điện tử được chuyển từ lớp N qua lớp P Còn các hạt mang điện được chuyển từ lớp P sang lớp N và như vậy có một dòng điện chạy qua gắn với lớp P – hình H1.2b), điện tử và phần tử mang điện dạng lỗ trống và các điện tử tự do bị kéo ra xa mối nối, kết quả chỉ có dòng điện rò vào khoảng vài mA có thể chạy qua Khi điện áp ngược tiếp tục tăng các điện tích cũng tăng gia tốc gây lên va chạm dây chuyền làm hàng rào điện thế bị chọc thủng và diode mất tính chất dẫn điện theo một chiều (diode bị hỏng) Trên hình vẽ, đầu ra của lớp P gọi là Anode (A) và lớp N là Cathode (K).
1.2 Ký hiệu, các thông số, họ đặc tính ra của MOSFET công suất.
MOSFET (Metal – Oxide – Semiconductor Field Effect Transistor) là loại transistor có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao công suất thấp Đây là thiết bị được sử dụng trong các ứng dụng công suất nhỏ (vài KW) MOSFET có hai loại chế độ làm việc là chế độ khuếch đại và chế độ đóng cắt Cấu trúc của MOSFET có thể là kiểu NPN hoặc PNP Trong đó, MOSFET kiểu NPN được sử dụng phổ biến hơn và có cấu trúc gồm ba lớp bán dẫn được ngăn cách bởi hai lớp cách điện.
MOSFET được điều khiển đóng ngắt bằng điện áp đặt vào cực cổng (G) Khi điện áp dương đặt giữa cổng G và S, dòng điện chạy từ cực D đến S Tuy nhiên, điện trở khi dẫn điện của MOSFET较大, dẫn đến công suất tổn耗 khi dẫn điện cũng lớn Đặc tính V-A của MOSFET loại N tương tự như đặc tính V-A của BJT, như thể hiện trong hình H1.19.
MOSFET ở trạng thái ngắt điện khi điện áp cổng thấp hơn giá trị UGS Điện áp kích cho MOSFET phải ở dạng liên tục Giá trị điện áp kích tối đa là ±20V Mạch kích MOSFET Sơ đồ mạch kích như trên hình H1.19a Khi có điện áp UG, tụ điện C1 tích điện và dòng điện đi vào cực G:
(2.5a) Sau khi xác lập, điện áp trên cực cổng là: Đối với sơ đồ hình H1.19b, khi điện áp kích U1 ở mức cao, Q1 dẫn và Q2 khóa làm cho MOSFET dẫn Khi tín hiệu U1 ở mức thấp, Q1 ngắt, Q2 dẫn làm cho MOSFET ngắt điện Mạch kích cho MOSFET có thể được cách ly với mạch tạo tín hiệu điều khiển thông qua biến áp xung hoặc optron (hình H1.21a,b).
Các phần tử bán dẫn công suất (Thyristor, Triac)
Phương pháp đo Triac
Khi sửa chữa bo mạch điều khiển máy giặt mà các bạn thấy những hiện tượng như động cơ không chạy, động cơ không thể đảo chiều, van cấp nước không hoạt động, van xả nước không được mở , thì rất có thể nguyên nhân nằm ở các triac điều khiển các bộ phận này Vì thế mà việc kiểm tra và đo kiểm sống chết của linh kiện này trở nên cần thiết Các phương pháp kiểm tra triac sẽ được trình bày tại đây.
2.1 Kiểm tra dưới đây cho biết Triac là bình thường. Để đo triac thì bạn cần có một chiếc đồng hồ đo điện, có thể là đồng hồ kim hoặc đồng hồ số Bạn hãy đặt đồng hồ vào chế độ đo điện trở với thang x1 Ohm.Bạn đặt que đỏ vào cực G, que đen vào T1, nếu như kim đồng hồ lên kim và chỉ vào khoảng 10 đến 15 Ohm là triac tốt Bạn đổi que đo vẫn tại 2 cực G và T1 và giá trị này không thay đổi là ổn Nếu như bạn đo 2 chiều không lên kim hoặc lên bằng 0Ohm là triac bị hỏng.
Khi đo trở kháng giữa 2 cực T1 và T2 phải cách điện cả 2 chiều (không lên kim) là triac tốt Nếu đo T1 và T2 mà kim lên bằng 0 là triac bị chập.
Cách đo kiểm triac tốt
2.2 Kiểm tra dưới đây cho biết Triac bị đứt T1 - G và chập T1 - T2. Đồng hồ vẫn để thang x1 Ohm Bạn đo trở kháng giữa T1 và G mà không thấy lên kim ngay cả khi đổi chiều đo thì Triac này đã bị đứt cực T1 và G Tiếp theo bạn kiểm tra giữa cực T1 và T2, hai cực này hoàn toàn cách điện, nhưng nếu bạn thấy kim lên bằng 0 thì nghĩa là Triac này đã bị chập cực T1 và T2.
2.3 Kiểm tra dưới đây cho biết Triac bị chập T1 - G và chập T1 - T2.
T1 và G là có trở kháng khoảng 10 đến 10 Ohm, nhưng khi đo mà bạn thấy T1 và G lên kim bằng 0 nghĩa là Triac đã bị chập cực T1 và G Cực T1 và T2 tương tự,phải cách điện, nhưng nếu kim lên bằng 0 thì Triac đã bị chập T1 và T2.
2.4 Kiểm tra dưới đây cho biết Triac tốt. Để thực hiện được phép đo này, bạn cần sử dụng một biến áp đầu ra AC12V. Bạn hãy đấu điện áp AC12V đi qua bóng đèn và nối tiếp với cực T1-T2 của triac.
Sơ đồ đấu đây được mô tả dưới đây:
Khi cấp điện cho biến áp, quan sát đèn: nếu đèn không sáng, nghĩa là hai cực Triac T1-T2 cách điện tốt Ngược lại, nếu đèn sáng ngay, Triac bị chập cực T1-T2 Sau đó, dùng đồng hồ đo đưa vào chân T1 và G, để thang đo x 1 Ohm Nếu Triac tốt, đèn sẽ sáng.
Như vậy là hôm nay tôi đã chia sẻ tới các bạn cách để đo kiểm một triac trên bo mạch điều khiển của máy giặt Nhờ những kiến thức này mà bạn dễ dàng phát hiện ra triac nào còn tốt hay hỏng và việc sửa chữa máy giặt sẽ trở nên dễ dàng hơn. Tại bài tiếp theo, tôi sẽ giới thiệu tới các bạn về cách sửa chữa bo mạch điều khiển của máy giặt.
Bài viết trình bày tổng quan về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc tuyến, các thông số kỹ thuật của thyristor Các thông số cụ thể của từng loại thyristor được trình bày chi tiết trong bảng tra cứu thông số Thyristor kèm theo.
4 Cấu tạo Thyristor (Silicon Controlled Rectifier = Thyristor)
Thyristor gồm bốn lớp bán dẫn P-N ghép xen kẽ và được nối ra ba chân:
G : Gate : cực khiển (cực cổng)
Thyristor có thể xem như tương đương hai BJT gồm một BJT loại NPN và một BJT loại PNP ghép lại như hình vẽ sau:
+ Trường hợp cực G để hở hay V G = OV
Khi cực G và VG = OV có nghĩa là transistor T1 không có phân cực ở cực B nên
T1 ngưng dẫn Khi T1ngưng dẫn IB1 = 0, IC1 = 0 và T2 cũng ngưng dẫn Như vậy trường hợp này Thyristor không dẫn điện được, dòng điện qua Thyristor là IA = 0 và VAK ≈ VCC.
Tuy nhiên, khi tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn là điện áp VAK tăng theo đến điện thế ngập VBO(Beak over) thì điện áp VAK giảm xuống như diode và dòng điện
IA tăng nhanh Lúc này Thyristor chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lúc điện áp VAK giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì IH(Holding) Sau đó đặc tính của Thyristor giống như một diode nắn điện.
Trường hợp đóng khóa K: VG = VDC – IGRG, lúc này Thyristor dễ chuyển sang trạng thai dẫn điện Lúc này transistor T1 được phân cực ở cực B1 nên dòng điện IG chính là IB1 làm T1 dẫn điện, cho ra IC1 chính là dòng điện IB2 nên lúc đó I2 dẫn điện, cho
Nhờ đó mà Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng IG liên tục.
Theo nguyên lý dòng điện qua hai transistor được khuếch đại liên tục, dẫn đến trạng thái bão hòa của cả hai Trong trạng thái này, điện áp VAK giảm đáng kể xuống gần 0,7V, tạo điều kiện thuận lợi cho dòng điện chạy qua Thyristor.
Thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì áp ngập càng nhỏ tức Thyristor càng dễ dẫn điện.
+ Trường hợp phân cực ngược Thyristor.
Phân cực ngược Thyristor là nối A vào cực âm, K vào cực dương của nguồn VCC. Trường hợp này giống như diode bị phân cự ngược Thyristor sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng rỉ rất nhỏ đi qua Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì Thyristor sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược Điện áp ngược đủ để đánh thủng Thyristor là VBR Thông thường trị số VBR và VBO bằng nhau và ngược dấu.
7 Các thông số kỹ thuật
Dòng điện thuận cực đại: Đây là trị số lớn nhất dòng điện qua mà Thyristor có thể chịu đựng liên tục, quá trị số này Thyristor bị hư Khi Thyristor đã dẫn điện
Chỉnh lưu công suất không điều khiển 1 pha
Chỉnh lưu nửa chu kỳ
Sơ đồ mạch chỉnh lưu như trên hình H2.1a Ở bán kỳ dương của điện áp nguồn, điện áp đặt vào diode UAK > 0 nên diode dẫn điện Ngược lại, ở bán kỳ âm, UAK
< 0 nên diode không dẫn điện.
Giả sử nguồn điện áp xoay chiều có dạng u (t ) U m sin(t ) U m sin X Với: Um: biên độ, U m 2U , U là giá trị hiệu dụng của điện áp pha.
X = t: giá trị góc ứng với thời điển t
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Giá trị dòng điện tải:
Dòng điện trung bình qua diode:
I (2.1c Điện áp ngược lớn nhất đặt lên diode bằng với biên độ của điện áp nguồn:
Từ dạng sóng ngõ ra của bộ chỉnh lưu ta nhận thấy điện áp ngõ ra có độ gợn sóng lớn nên chỉ thích hợp cho các trường hợp tải công suất nhỏ và không yêu cầu cao về chất lượng điện áp.
Ví dụ 2.1: Cho sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ như hình H2.1a với điện áp nguồn là u (t ) 220 2 sin(314t )( v) , tải R = 10 Hãy xác định giá trị trung bình của áp chỉnh lưu, dòng điện qua R, dòng điện qua diode và điện áp ngược xuất hiện trên diode.
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Giá trị dòng điện tải: I d
Dòng điện trung bình qua diode:
2.2 Chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 Diode Đây là mạch chỉnh lưu hình tia hai pha như trên hình H2.2a Nguồn U1 và U2 có biên độ bằng nhau nhưng ngược pha nhau Dạng sóng ngõ ra của bộ chỉnh lưu như trên hình H2.2b.
Trong nữa chu kỳ đầu, U1 dương, U2 âm nên D1 dẫn Điện áp ở ngõ ra:
U d U 1 Ởnữa chu kỳ sau, U1 âm, U2 dương nên D2 dẫn Điện áp ngõ ra:
Do đó, mỗi linh kiện dẫn điện trong nữa chu kỳ của áp nguồn.
Hình H2.2a: Sơ đồ mạch chỉnh lưu hai nữa chu kỳ có điểm giữa
Hình H2.2b: Dạng sóng điện áp, dòng điện ở ngõ ra của bộ chỉnh lưu
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Dòng điện trung bình qua tải: I d
Do mỗi diode dẫn điện trong nữa chu kỳ nên dòng điện trung bình qua mỗi diode là:
2 Điện áp ngược lớn nhất đặt lên diode:
Mạch chỉnh lưu này được sử dụng ở dải công suất lên đến vài KW, nó chỉ thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp.
Ví dụ 2.2: mạch chỉnh lưu tia hai pha như hình H2.2a Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng U1 = U2 = 30V, tải R = 5 Hãy xác định trị trung bình của áp chỉnh lưu, dòng điện tải và công suất tiêu thụ trên tải.
Trị trung bình của áp chỉnh lưu:
Trị trung bình dòng điện tải: I d U R d 27 5 5, 4A
Công suất tiêu thụ của tải: P I d 2 R 5, 4 2 5 145, 8W
2.3 Chỉnh lưu toàn kỳ dùng cầu Diode
Bộ chỉnh lưu cầu một pha sử dụng 4 diode đấu thành 2 nhóm như trên hình H2.3a Nguồn xoay chiều đưa vào mạch có thể lấy trực tiếp từ lưới điện hoặc thông qua máy biến áp Dạng sóng điện áp chỉnh lưu ở ngõ ra như trên hình H2.3b.
Trong nữa chu kỳ đầu, điện áp nguồn U dương nên dòng điện Id chạy qua D1, R, D2 và về nguồn ở nữa chu kỳ sau, điện áp nguồn âm nên dòng điện Id chạy qua D3, R, D4 và về nguồn Như vậy, trong cả hai chu kỳ của điện áp nguồn luôn luôn tồn tại điện áp chỉnh lưu.
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Dòng điện trung bình qua tải:
Do mỗi nhóm diode dẫn điện trong nữa chu kỳ nên dòng điện trung bình qua mỗi diode là:
2 Điện áp ngược lớn nhất đặt lên diode:
Chỉnh lưu cầu một pha được sử dụng khá phổ biến trên thực tế, nhất là với điện áp trên 10V, dòng điện tải có thể đạt đến vài trăm A.
Hình H2.3: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha và dạng sóng điện áp, dòng điện ngõ ra.
Chỉnh lưu công suất có điều khiển một pha
Mạch điện chỉnh lưu một pha có điều khiển
1.1 Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển.
Chỉnh lưu một pha điều khiển Chỉnh lưu một pha điều khiển ngày càng được phạm vi ứng dụng rộng lớn Như trên hình 3-1, chỉnh lưu một pha điều khiển có thể phân chia thành hai nhóm lớn:
(i) Các cấu trúc hoạt động với tần số chuyển mạch thấp, còn được biết với cái tên chỉnh lưu điều khiển chuyển mạch tuần tự
(ii) Những sơ đồ mạch làm việc với tần số cao, còn được gọi điều chỉnh hệ số công suất (power factor corrector - PFC) Thời gian gần đây, xuất hiện nhiều quan tâm đến việc kiểm soát sóng hài bậc cao ở phía dòng điện xoay chiều cấp cho chỉnh lưu. Đây chính là nguyên nhân chủ yếu cho sự phát triển các hệ thống điều chỉnh hệ số công suất (PFC) Những sơ đồ mạch này sử dụng transistor công suất, làm việc với tần số cao để cải thiện chất lượng dạng sóng dòng điện xoay chiều, từ đó nâng cáo hệ số công suất Chỉnh lưu hệ số công suấ cao được chia thành loại tái tạo và không tái tạo
1.2 Phân tích nguyên lý làm việc, vẽ dạng đường cong dòng áp cho tải R, R -
L theo góc mở thay đổi.
Chỉnh lưu một pha nửa sóng Sơ đồ chỉnh lưu một pha nửa sóng điều khiển sử dụng một thyristor để điều chỉnh điện áp cấp cho tải được trình bày trên hình 3-2
Hình 3-2: Chỉnh lưu một pha nửa sóng điều khiển
Thyristor sẽ dẫn khi điện áp vAK dương và có xung dòng điện iG đặt vào cực điều khiển Điều chỉnh giá trị điện áp đầu ra cấp cho tải được thực hiện bằng cách thay đổi góc điều khiển α của xung dòng iG Góc điều khiển α được tính từ thời điểm có điện áp vAK > 0 (chuyển mạch tự nhiên) Trong trường hợp trên hình 3-2, góc α được tính từ vị trí bắt đầu cấp điện đầu vào vs Cùng trên hình chúng ta thấy dạng sóng của dòng điện id hoàn toàn trùng khớp với dạng sóng điện áp vL Trong chế độ tải điện trở, thyristor chuyển sang điều kiện không dẫn, trạng thái ngắt, khi điện áp của tải và do đó dòng điện đạt giá trị âm Điện áp đầu ra được tính theo biểu thức:
Trong hình 3-3a, vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu một pha nửa sóng điều khiển với tải R-
L và dạng sóng điện áp
Từ biểu thức 3-3, giải theo phương pháp đồ thị ta có thể thấy rằng dòng điện id 0 khi diện tích phần A1 và A2 bằng nhau (vs = vR) điều này cho thấy thyristor vẫn dẫn điện mặc dù vs < 0 (do có điện áp trên L) Khi tải gồm điện cảm và nguồn áp(điện cảm tích cực) được nối với bộ chỉnh lưu, như trình bày trên hình 3-3b.Thyristor sẽ mở khi có xung dòng iG vào cực điều khiển khi vs > Ed Tương tự như trương hợp R-L, Thyristor vẫn giữ nguyên trạng thái dẫn cho đến khi A1 = A2 KhiThyristor tắt (khóa) điện áp trên tải vd = Ed.
Chỉnh lưu một pha tăng áp trở nên thông dụng trong số các thiết bị cấp nguồn có chức năng điều chỉnh hệ số công suất (PFC) Để giảm giá thành, in general purpose power supplies To reduce the costs, áp dụng hệ thống điều khiển như trong hình 3-
19 và các transistor công suất điều khiển cực đươc kết nối với mạch tích hợp (IC), như UC3854 hoặc MC33262 Sơ đồ trong hình 3-34. tử có điều chỉnh hệ số công suất Ngày nay các bộ chấn lưu đèn huỳnh quang dùng công nghệ tần số cao dần thay thế các chấn lưu cuộn cảm Các chấn lưu điện tử cần có bộ biến đổi ac/dc Để đáp ứng yêu cầu giảm sóng hài, đạt chất lượng cao về hiệu suất cvà hệác bộ chỉnh lưu hệ số công suất cáo được sử dụng như trong hình 3-35
1.4 Vẽ mạch in và sơ đồ bố trí linh kiện.
Phát triển các bộ điều khiển động cơ hiện đang là chủ đề có nhiều quan tâm, đặc biệt trong phạm vi công suất nhỏ Hình 3-35 trình bày cấu trúc bộ biến đổi dành cho các động cơ công suất thấp Cấu trúc bao gồm: động cơ ba pha công suất nhỏ, được cấp điện bằng nguồn điện xoay chiều một pha Các transistors T1, T2 và tụ điện C1, C2 tạo ra điện áp nhân đôi của chỉnh lưu một pha, được điều khiển thông qua điện áp hồi tiếp và tạo ra dạng sóng sin cho dòng điện xoay chiều nguồn, có hệ số công suất gần bằng một Ben cạnh đó các transistor T3,T4,T5, T6 và các tụ điện C1 and C2 tạo ra nguồn điện không đối xứng cấp cho động cơ Một đặc điểm của mạch động lực trong hình 3-35, tụ điện tái tạo năng lượng cho nguồn xoay chiều một pha.
1.5 Gá lắp linh kiện, hàn nối.
1.6 Đo và vẽ dạng sóng dòng áp trên tải với góc mở thay đổi bằng bằng dụng cụ đo.
Nguyên lý sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha nửa sóng được trình bày trong hình 3-36a Điện áp chỉnh lưu được điều chỉnh bằng sơ đồ gồm 3 thyristor mắc chung Kathode Thứ tự dẫn của thyristor được điều khiển bởi góc trễ xung điều khiển α, được tính từ điểm giao của các điện áp pha nguồn Thyristor sẽ dẫn khi điện áp Anot-Katot dương và có xung kích mở vào cực điều khiển.
Hình 3-37 cho thấy, góc điều khiển kích mở có thể tay đổi trong khoảng từ 0o đến 180o, tuy nhiên do quá trình chuyển mạch mà góc mở tối đa chỉ ở khoảng 160o.
Như thấy trên hình 3-38, khi tải điện trở, dạng sóng dòng điện và điện áp chỉnh lưu là như nhau Khi tăng giá trị điện cảm của tải, dòng điện trở lên bằng phẳng hơn và cuối cùng trở nên phẳng hoàn toàn Các thyristor trong chế độ không dẫn (tắt) khi thyristor tiếp theo được chuyển sang trạng thái bật hoặc dòng điện bắt đầu đổi chiều Điện áp trung bình trên tải có thể tính theo biểu thức:
Điện áp trung bình trên tải có thể điều chỉnh bằng góc kích mở α α < 90° thì điện áp trung bình dương và ngược lại Chỉnh lưu nghịch lưu cần có tải tạo năng lượng đảo chiều Chỉnh lưu nửa sóng có dòng xoay chiều dạng xung với mỗi van dẫn điện trong 120° chu kỳ Dòng một chiều liên tục này không mong muốn, khiến chỉnh lưu ba pha nửa sóng không phù hợp với thiết bị công suất lớn.
Dòng điện cuộn sơ cấp có dạng sóng tương tự thứ cấp Sự biến dạng lớn của dạng sóng dòng điện sơ cấp cần phải được lọc để giảm sự ảnh hưởng của các thành phần hài Dạng sóng trình bày trên hình 3-39 là thông tin hữu ích khi thiết kế máy biến áp
Trong đó: Ssc và Stc – công suất toàn phần cuộn sơ cấp và thứ cấp PD – công suất được chuyển sang phía một chiều Công suất chuyển sang một chiều lớn nhất khi góc kích mở α = 0o (hoặc α = 180o) Từ đó thiết lập được quan hệ giữa điện áp xoay chiều và một chiều (α = 0o):
(3-35) Trong đó: a – tỉ số vòng dây của cuộn thứ cấp đối với cuộn sơ cấp where a is the secondary to primary turn relation of the trans-former Bên cạnh đó quan hệ giữa dòng điện xoay chiều và một chiều cũng có thể thiết lập nhờ đồ thị dạng sóng hình 227:
Từ đó công suất trên các cuộn sơ cấp và thứ cấp
