Cấu kiện điện tử - Chương 7 pps

Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử CHƯƠNG 7 : CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN KHÁC I. THYRISTOR (SCR) : 1- Cấu tạo: - Thyristor còn được viết tắc là SCR (Silicon Controlled Rectifier: bộ nắn điện được điều khiển bằng chất Silicum). - SCR gồm bốn lớp chất bán dẫn P – N nghép nối tiếp với nhau và được nối ra ba chân như hình 7.1. + A: anot (dương cực) + K: Cathod (âm cực) + G: gate (cực cửa) Ký hiệu: 2- Nguyên lý hoạt động: - Để phân tích nguyên lý vận chuyển của SCR, người ta có thể xem SCR giống như hai Transistor gồm một NPN và một PNP ghép lại theo kiểu cực C của NPN nối với cực B của PNP và ngược lại cực C của PNP nối với NPN. - Xét mạch thí nghiệm (hình 7.2) Mạch điện (hình 7.2b) là mạch thí nghiệm được vẽ theo kiểu xem SCR như hai Transistor, gọi T 1 là Transistor NPN và T 2 là Transistor loại PNP. G K A SCR Hình 7.1 : cấu tạo SCR (Hình 7.2a) (Hình 7.2b) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử Trường hợp cực G để hở hay cực G = 0 V . Khi cực G có V G = 0 V có nghóa là Transistor T 1 không có phân cực ở cực B nên T1 ngưng dẫn. Khi T 1 ngưng dẫn, I B1 = 0, I C1 = 0 nên I B2 = 0 và T 2 cũng ngưng dẫn. Nhưng vậy trường hợp này SCR không dẫn điện được, dòng điện qua SCR là I A = 0 và V AK = V C . Tuy nhiên tăng điện thế nguồn V CC lên đến mức đủ lớn làm V AK tăng theo đến điện thế ngưỡng V BO (Breakover) thì điện thế V AK giảm xuống giống như Diode và dòng điện I A tăng nhanh. Lúc này SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện. Dòng điện ứng với lúc điện thế V AK bò giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì I H (holding). Sau đó,đặc tính giống như một Diode nắn điện Trường hợp cực G có V GK lớn hơn 0 V . Khi đóng công tắc để cấp nguồn V DC được giảm thế qua R G cho cực G thì SCR dễ chuyển sang trạng thái dẫn điện. Lúc này Transistor được phân cực ở cực B nên dòng điện I G vào cực cổng chính là I B1 làm T 1 dẫn cho ra IC 1 , dòng điện I C1 chính là dòng điện I B2 nên lúc đó T 2 cũng dẫn điện và cho ra dòng điện I C2 cung cấp ngược lại cho T 1 và I C2 = I B1 . Nhờ đó mà SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn và không cần có dòng I G liên tục. Ta có: I C1 = I B2 và I C2 = I B1 Theo nguyên lý này dòng điện qua hai Transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và hai Transistor sẽ chạy ở trạng thái bảo hoà, khi có điện thế V AK giảm rất nhỏ (≈ 0.7V) và dòng điện qua SCR là: L CC L AKCC A R V R VV I ≈ − = Hình 7.3 : Đặc tuyến V - A của SCR PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử Qua thực nghiệm cho thấy khi dòng điện I G càng lớn thì điện thế ngưỡng V BO càng thấp tức là SCR dễ dẫn điện . (Hình 7.3) là đặc tính của SCR với ba trừơng hợp I G = 0 và I G > I G1 > 0 Trường hợp phân cực ngược SCR. Phân cực ngược SCR là nối cực A vào cực âm và cực K vào cực dương của nguồn V CC , trường hợp này giống như một Diode được phân cực nghòch , SCR sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng điện rỉ rất nhỏ đi qua. Khi điện thế ngược lên đủ lớn thì SCR sẽ bò đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược lại . Điện thế ngược đủ đánh thủng SCR là V BR . Thông thường trò số V BR và V BO bằng nhau và ngược dấu . Các thông số kỹ thuật của SCR: Khi sử dụng SCR phải biết các thông số kỹ thuật qua trọng để tránh làm hỏng SCR do dùng sai chỗ hoặc sai điện áp giới hạn cho phép. - Dòng điện thuận cực đại: Đây chính là dòng điện lớn nhất qua SCR mà SCR có thể chòu đựng được nếu trò số này thì SCR sẽ bò hư . Khi SCR đã dẫn điện thì V AK = 0.7 V nên dòng điện thuận qua SCR được tính theo công thức: L CC A R VV I 7.0− = - Điện thế ngược cực đại: Đây là điện thế ngược lớn nhất có thể đặt vào giữa A và K mà SCR chưa bò đánh thủng nếu vược qua trò số này thì SCR sẽ bò đánh thủng điện thế ngược cực đại SCR thường là 100 V ÷ 1000 V . - Dòng điện kích cực G cực tiểu: I G min Để SCR có thể dẫn điện trong trường hợp điện thế V AK thấp thì phải có dòng điện kích cho cực G của SCR . Dùng I G min từ một mA đến vài chục mA . - Thời gian mở SCR. Là thời cần thiết hay là độ rộng xung kích để SCR có thể chuyển từ trạng thái trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn . Thời gian mở vài µS. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử - Thời gian tắt. Theo nguyên lý SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích . Muốn SCR đang ở trạng dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho I G = 0 và điện thế V AK = 0 . Để SCR có thể tắt thì thời gian cho V AK phải đủ dài , nếu không khi V AK tăng cao lại ngay thì SCR sẽ dẫn trở lại, thời gian tắt của SCR khoảng vài chục µS. II. DIAC – TRIAC : 1- Diac : Diac được viết tắc bởi Diode Ac semiconductor switch (Công tắc bán dẫn xoay chiều hai cực). Cấu tạo: Diac cấu tạo gồm ba lớp bán dẫn khác loại nghép nối tiếp với nhau như một Transistor nhưng chỉ ra có hai chân nên được xem như một Transistor không có cực nền .Hai cực hai đầu được gọi là T 1 và T 2 và do tính chất đối xứng của Diac nên không cần phân biệt T 1 và T 2 . * Nguyên lý: - Xét mạch thí nghiệm (hình 7.4a) nguồn V CC có thể chỉnh được từ thấp lên cao khi V CC có trò số thấp thì dòng điện qua Diac chỉ là dòng điện rỉ có trò số rất nhỏ . Khi tăng điện thế V CC lên một giá trò đủ lớn thì điện thế trên Diac bò giảm xuống và dòng điện tăng lên nhanh. Điện thế này đượ gọi là điện thế ngưỡng (Breakover) và dòng điện qua Diac ở điểm V BO là dòng điện ngưỡng I BO . Điện thế V BO của Diac có giá trò trong khoảng 20 V đến 40 V . Dòng điện I BO có giá trò từ vài chục đến vài trăm µA. Hình 7.4a Cấu tạo DIAC Ký hiệu DIAC PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử Hình 7.5 : Đặc tuyến V-A của DIAC Hình 7.5 cho thấy đặc tính của Diac, đặc tính này hơi giống đặc tính của Diode Zener nghép nối tiếp nhưng ngược chiều nhau như hình 7.6. Khi có điện thế đặc vào hai chân T 1 – T 2 của Diode Zener Z 1 – Z 2 thì sẽ phân cục thuận một Diode Zener cho điện thế V D ≈ 0.7 V và phân cục ngược Diode Zener tạo ra hiệu ứng Zener cho ra điện thế V Z . Như vậy điện thế V BO của Z 1 – Z 2 chính là: V BO = V D + V Z Khi đổi chiều dòng điện ngược lại thì vẫn có một Zener phân cực nghòch nên cũng có điện thế V BO theo công thức trên. Nếu khéo chọn điện thế V Z của Zener ta có thể tạo ra được nhiều linh kiện có đặc tính tương đương Diac vói nhiều cấp điện thế V BO khác nhau. Hình 7.6 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử 2-Triac: Triac được viết tắt bởi Triod AC semiconductor switch (Công tắc bán dẫn xoay chiều ba cực). Về cấu tạo Triac các lớp bán dẫn P, N ghép nối tiếp nhau như và đươcï nối ra ba chân , hai chân đầu cuối được gọi là T 1 – T 2 và một chân là cửa G . Triac có thể được xem như là hai SCR ghép song song và ngược chiều nhau sao cho có chung cực của G. Từ cấu tạo và ký hiệu Triac được xem như hai SCR mắc song song và ngược chiều nhau . (Hình 7.7) Nguyên lý: Theo cấu tạo một Triac được xem như hai SCR mắc song song và ngược chiều nên khi khảo sát đặc tính của Triac người ta khảo sát như thí nghiệm trên hai SCR. + Khi cực T 2 có điện thế dương và cục G kích xung dương thì Triac dẫn điện theo chiều từ T 2 qua T 1 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử Hình 7.8 + Khi cực T 2 có điện thế âm và cục G được kích xung âm thì Triac dẫn điện theo chiều từ T 1 qua T 2 . + Khi Triac được dùng trong mạch điện xoay chiều công nghiệp thì nguồn có bán kỳ dương, cực G cần được kích xung dương; khi nguồn có bán kỳ âm, cực G cần được kích xung âm . Triac cho dòng điện qua được cả hai chiều và khi đã dẫn thì điện thế trên hai cực T 1 và T 2 rất nhỏ nên được coi như công tắc bán dẫn dùng trong mạch điện xoay chiều Đặc tính: Triac có đặc tính Volt Ampere gồm hai phần đối xứng nhau qua điểm O, hai phần này giống như hai đặc tuyến của hai SCR mắc ngược chiều nhau. Hình 7.9: Đặc tuyến V-A của TRIAC PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử Các cách kích Triac: Theo phần nguyên lý của Triac thì Triac cần được kích xung dương khi cục T 2 có điện thế dương và cần được kích xung âm khi cục T 2 có điện thế âm . Thực ra Triac có thể kích bằng bốn cách như trong hình 7.10 trong đó cách thứ nhất vá cách thứ hai được gọi là cách kích thuận vì đúng theo nguyên lý và chỉ cần dòng điện kích có trò số nhỏ hơn cách thứ ba và thứ tư. Hình 7.10 : Các cách kích TRIAC PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com . môn: Linh kiện Điện Tử CHƯƠNG 7 : CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN KHÁC I. THYRISTOR (SCR) : 1- Cấu tạo: - Thyristor còn được viết tắc là SCR (Silicon Controlled Rectifier: bộ nắn điện được. G K A SCR Hình 7. 1 : cấu tạo SCR (Hình 7. 2a) (Hình 7. 2b) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Tài liệu giảng dạy môn: Linh kiện Điện Tử Trường hợp. lớn thì điện thế trên Diac bò giảm xuống và dòng điện tăng lên nhanh. Điện thế này đượ gọi là điện thế ngưỡng (Breakover) và dòng điện qua Diac ở điểm V BO là dòng điện ngưỡng I BO . Điện thế