Kỹ thuật điện tử lê phi yến, lưu phú, nguyễn như anh

' ٠■ ٠ ٠ ٠ * LÊ PHI YẾN - LƯU PHÚ - NGUYỄN NHƯ ANH !■ KY THUẬT ĐIỆN TỪ THƯVIỆNĐHNHATRANG IM 3000022750 NHÀ XUẤT BẢN OẠI HỌC QUỐC GIA TP, Hồ CHÍ MINH ĐẠI HỌC QUỐC GIA T P H CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Lê Phi Yến ٠ Lưu Phú - N ^ y ễ n Nhự Anh KỸ THDÂT BIỆN TỬ~ ٠ ٠ (Tái lần thứ hai) NHÀ XUẤT BẲN ĐẠI HỌC QUỐC GIA T P HỒ CHÍ MINH 2011 MỤC LỤC PHẨN MỞ ĐẦU Chương TÍN HIỆU VÀ CÁC HỆ THỐNG Đ IỆN TỬ 1.1 Khái niệm chung tín hiệu 1.2 Các thông số đặc trưng cho tín hiệu 1.3 Các hệ thống điện tử điển hình 10 PHẦN K Ỹ THUẬT TƯƠNG ĐỒNG (AN AW G ) Chương CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN 14 2.1 Chất bán dẫn chế dẫn điện 14 2.2 Chuyển động trôi khuếch tán h t dẫn ٠ 23 2.3 Chuyển tiếp P-N đặc tính chỉnh lưu 26 2.4 Điôt bán dẫn 34 2.5 T ransistor hai cực tính (Bipolar Junction Transistor - BJT) 56 2.6 T ransistor trường (F.E.T - Field E ffect T ransistor) 77 Chương CÁC LINH KIỆN QUANG BÁN DẪN 3.1 Khái niệm chung 90 90 3.2 Quang trở (Photoresistor) 91 3.3 Điôt quang (Photodiod) tế bào quang điện (Photocell) 98 3.4 T ransistor quang (Phototransistor) 107 3.5 Điôt phát quang (Light Em itting Diode - LED) 110 3.6 Bộ ngẫu hỢp quang.điện (Optron) Chương ٠ MẠCH KHUẾCH ĐẠI 113 115 4.1 Các tiêu khuếch đại 115 4.2 Các khái niệm tầng khuếch đại 119 4.3 Các mạch phân cực cho BJT FET 130 4.4 Sơ lược hồi tiếp ảnh hưởng chúng 146 4.5 Các tần g khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng E JT FET 153 4.6 Các dạng ghép tầng 168 4.7 Tâng khuếch đại công suất 183 Chương 199 5.1 Khái niệm khuếch đại tín hiệu biến th iên chậm 199 5.2 Khuếch đại vi sai 200 5.3 Khuếch đại th u ậ t toán ứng dụng 210 MẠCH TẠO SÓNG HÌNH SIN 227 6.1 Nguyên lý tạo dao động trì dao động 227 6.2 Mạch tạo sóng RC 229 6.3 Mạch tạo sóng LC 234 Chương PHẦN ^ Chương \ KHUẾCH ĐẠI MỘT CHIÊU VÀ KHUẾCH ĐẠÌ t h u ậ t t o n KỸ THUẬT XUNG - s ố 242 CÁC MẠCH XUNG 242 " 7،1 Các m ạch biến đổi dạng xung 249 7.2 Dao động tạo sóng vuông r 7.3 Dao động blocking 7.4 Mạch tạo xung răn g Cưa CHƯƠNG CÁC MẠCH số BẢN ٠ 264 266 271 8.1 Các hệ thống số 271 8.2 Cơ sỏ đại số Boole 274 8.3 Các phần tử logic 275 8.4 Các phương pháp biểu diễn hàm Boole 280 8.5 R út gọn hàm Boole bìa K arnaugh 281 8.6 Một số hệ logic tổ hỢp thông dụng 283 8.7 Một số hệ logic 288 P H Ấ N Đ IỆ N T Ử CÔNG S U Ấ T Chương NGUỒN CẤP Đ IỆN 300 9.1 Bộ chỉnh lưu không đfêu khiển 300 9.2 Ngùôn ổn áp DC 317 9.3 Các linh kiện điện trỏ âm ứng dụng 332 LỜI NÓI ĐẦU Nga ‫ ﻻ‬тгагу) ‫ ﻵﻵ‬thuật đ iệ n tử phát t ٣tến m anh N ố khòng ch ỉ g ‫ﻻﻷ‬ nh n g chuỵ ٤n btến thhn kị? thhn nghnh υό tu^?ến đ iệ n tử m h trỏ thành m ột phương tiện kỹ thuật sác bén, thúc đẩy tiế n n h iìu ngành khác C hinh vi uộy, từ làu, mòn học K Ỹ T H Ư Ậ T Đ IỆ N T Ử cot la m ồn học khbng thẳ thtếu trtn h ‫ ﻫﻸج‬tọ٥ cốc chu^èn oìèn kÿ thuật υά n g ề nghnh đ iện tứ Tàì Uệu nh^? b t^n soạn đ ể phục vụ cho cồng tác giảng dạy chinh mòn học K Ỹ T H U Ậ T Đ IỆ N T Ử Khoa Đ iện ٠ Đ iện tử - Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc g ia T P m Chi M inh Ngoài ra, đày tái liệu tham khảo bổ ích cho k ỹ sư tốt nghtệp cốc k s thuộ٤ ulèn υα cbng nhan muổn nhng CQO htều btểt O١ è lĩn h vực đ iệ n tử Vầ nội dung, tat Itệu đè cộp cdch hệ thổng cốc k tế n thức quan ngành đ iệ n tử, k ể từ lin h ì i ệ n n h điôt, transistor, vi mạch ΟΡ.ΑΜΡ, S.C R , ứng dụng kỹ thuật n h khuếch đại, tạo dao dộng, cốc mạch xung ٠số, ch ln k ΙίΛι cO υά khbng đíèu kh tến , ngùòn ổn áp ‫دﺀ‬ ‫دأ‬ Theo chươhg trin h dOo tạo hè tin chl, số g io danh cho khdu lèn lôp chl rdt It VI kh l bìèn s ẹ , chUng tbl gdng trin h b ^ tuOng dốl chl tiế t hon cdc nộl dung m h sin h oièn khbng dược nghe g ld n g tr^n lớp Ngoàl phan lỷ thu ‫ﻻ‬ết, sOch cOn kèm thèm mòt số bai tộp cO lờl giai, glUp sin h ulèn uận dụng k iế n thức uừa học cac chương muc da dược s ip xếp theo trật tự nhdt đ ịn h d ề bào đảm tin h thống chu^?èn mbn Tu‫ ﻻ‬٧‫اﻻة‬ kh l gldng dạ^?, tha^? cò glOo ohn cO th ể thay đồl lạl th ứ tự, chàng hạn học loai lin h kiện dl kèm nga‫ﻻ‬mạch ứng dụng tương ứng Κ Ϋ THUẬT Đ IỆN TỬ gbm chương: Các chương 1, 2, 3, 4, K S LÊ PHI YẾN jo a n , chương ,6 ,‫ ة‬do KS L u PHU S ệ chương 7, ổ TS NGUYỄN N H Ư AN H 5oạn Duyệt hiệu d in h chung toàn bộ: K S LÊ PHI YẾN Do thời gian gấp rút trinh đô có hạn, chác chắn rbng sQch khống tranh khỏi thiếu sót Chúng mong nhận nhỉèu góp ý ‫ﻫﺬﺀﺀ‬ bạn dọc d ể k‫ ﻵ‬tdl bdn sau dược hobn hOo Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn đống nghiệp m òn K Ỹ TH U Ậ T Đ IỆ N TỬ, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia T P Hô Chi M inh đả giúp đỡ, đọc thảo góp nhiêu ‫ رز‬kiến xác đảng kh i bièn s ^ n R dt m ong ìihận dược v٠ ٠ h ì١ èu ‫ ﻵ‬kiến dOng'gOp cUa cốc đòng nghiệp υά quý độc giả Địa ch l Uèn hệ: Bộ mòn Κ5 thuật điện tử ١Khoa Đ iện - Đ iện tử, Trương Đại học B k h khoa ٠ Đại học quốc gia TP m C hi M inh, 268 Lý Thường K iệt, Quận 10 ĐT: 08.8650159 CÁC TÁC GIẢ PH Ầ N M Ở ĐÂU Chương TÍN HIỆU VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍN HIỆU T rong đời sống hàng ngày, chúng t i thường phải truyền tiế n g nói, hình ảnh âm nhạc, gọi chung tin tức Để truỳên tin tứ c qua hệ thố ٠ ng điện tử, người ta thường biến đổi chúng thành m ột điện áp dòng điện, biến thiên tỷ lệ với lượng tin tức nguyên th ủ y (ví dụ m icrophone biến tiếng nói diễn giả thành điện áp xoay chiều) Ta gọi dó tín hiệu Một cách tổng quát, tín hiệu tùần hoàn không tùần hoàn, lién tục theo thời gian (gọi tin hiệu tương đòng, hay tín h iệu analog) gián đoạn theo thời gian (gọi tín hiệu xung, tín hiệu số, hay tín hiệu dỉgiíaỉ) T rong tín hiệu tương đổng, dạng đặc trư ng n hất tín hiệu h ìn h sin (H.1.1) Biểu thức tín hiệu có dạng: s(t) = A cos (c٧t - ^ ) đó: A biên độ, o>= đàu tín hiệu, T = cư (1.1) tàn số góc (p góc p h a ban = ỉ chu kỳ f Một tín hiệu không tu ần hoàn, dạng bất kỳ, coi tổ n g (1) i٠!òt đại lương hình sin vê sau thường biểu diễn số phức modul A angument ựĩ s = A exp(jV) s, cỏ thàn h ph١ ân hình sin (dựa theo khai triể n Fourier) Mỗi th àn h phần hình sin (gọi m ột sống hài) có m ột biên độ, m ột tần số m ột góc pha n h ấ t định T hành phần hình sin quan trọ n g nhất, có tầ n số c٧, gọi sóng (hay sỏng hài bậc nhất) Các th àn h phầri hình sin khác có tần số 2o>, 3o), nco gọi sóng hài bậc 2, bậc 5, , bậc n Đồ th ị biểu diễn biên độ sóng hài theo tần số gọi p h ổ tín hiệu Tùy theo loại tín hiệu mà phổ chúng vạch đứng rời rạc n h ữ n g đường cong liên tục VÔ SỐ Ngoài tín hiệu tương dồng ٧(t) (biến đổi liên tục theó thời gian), tro n g kỹ th u ậ t ta o gặp tín I hiệu đột biến, tồn m ột cách gián đoạn theo o thời gian Ví dụ dạng xung thường gặp như: xung vuông, Hình 1.2: Các dạng tín hiệu xtmg xung hình thang, xung tam giác (ráng cưa), xung nhọn đầu (hàm mủ) v.v trê n H.1.2 C húng có cực tính dương, âm , hai, tu ầ n hoàn không tu ần hoàn Đặc trư n g cho loại tín hiệu có tham sô' sau đây: ٠Biên độ Vj (xem H r.3 ) - Độ giảm đỉnh xun ٠ g AV ٠Độ rộng xung T - Độ rộng sườn trước t ị - Độ rộng sườn sau Ì ٠Độ rộng đỉnh xung t ١ ^Các tham sô' thời gian T ٠ ti, t , t tro n g nhiêu trư n g hợp rấ t khó x.ác định m ột cách xác L úc người ta phải sử dụng quy ước Ví dụ độ rộng sườn trước (tj) độ rộng sườn sau (t ) khoảng thời gian mà tín hiệu tăng giảm phạm vi từ 10% đến 90% giá tr ị biên độ Hình 1.3: Cdc tham s ố đặc trwcg tín hiệu xung Đô"i vói tín hiệu tuần hoàn, tham số kể trê n có: chu kỳ _ T T١ T, tầ n số f (f = —), hệ số đầy (ớ = — ) độ rỗng xung (I = — ) Các tín hiệu xung mả hóa hệ nhị phân T rong trường hỢp này, người ta quan tâm đến hai giá trị phàn biệt, chẳng hạn hai mức khác biên độ: mức thấp (ký hiệu L) mức cao (ký hiệu H), tương ứng với hai trạ n g thái logic khác nhau, ký hiệu (trong hệ Logic dương) Trong hệ Logic ảm có tương quan ngược lại: mức L tương ứng với trạ n g thái ·logic 1, m ức H tương ứng với trạn g thái logic 1.2 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRUNG CHO TÍN HIỆU 1- Đ ô d ài (h o ặ c đô rôn g) Khi biểu diễn đồ thị thời gian, khoảng thời gian tồn tín hiệu, kế’ từ lúc bắt đầu kết thúc, đưỢc gọi độ dài (hay độ rộng) tín hiệu Nếu tín hiệu tuần hoàn, độ dài tín h tương ứng với thời gian tồn tín hiệu chu kỳ / 2- Giá trị tru n g b ìn h Nếu tín hiệu s ( t) , ٠ xuất s(t) thời điểm t ٠ , có độ dài T giá trị tru n g bình tro n g khoảng thờỉ gian T xác định bởi: t ٠٠ 4٠ĩ s(t) = i s(t) dt ( 1.2 ) - N n g lư ợ n g củ a tín hiệu Th^ng thường s(t) đại diện cho điện áp hay m ột dcng điện Vì náng lượng tín hiệu thời gian tồn xác định theo hệ thức: t٠+ r Es = J s^(t) dt x١ (1.3) N ăng lượng trung b ìn h tro n g đơn vị thời gian (thường gọi công suất tru n g bình tín hiệu) là: t٠+T ~2 s (t) E r ;i4 ) = —‫_ = ؛‬ ị s (t) d t T T ^0 Căn bậc hai n ăn g lượng tru n g bình gọi giả trị hiệu dụng tín hiệu: ”‫ ؟‬TT = \/ ^ t ) = \ l ~ f ^ ٥، (1.5) to Ví dụ: s(t) m ột tín hiệu hình sin: s(t) = Sj^ sincưt ( ) 2ji có chu kỳ T = — , biên độ Sjn áp dụng (1-1.5), trị hiệu dụ n g là: c٧ s = I , ١ Sm ị Sm sin~ a>t dt = - T ‫؛‬ (1.7) V ĩ 1.3 CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ OIEN HỈNH Để thực việc truỳên tin tức (tiếng nói, hình ảnh, số liệu ) xa thu thập, xử lý tín hiệu từ nơi xa tới, tiến hành đo đạc, khống chế sử dụng chung vào m ột mục đích cụ thể, người ta xây dựng th iết bị chức tập hợp chung th àn h m ột hệ thống điện tử n hất định Trong hệ đó, tin tức có tb ể truỳên theo m ột chfêu n h ấ t định (gọi hệ thống /lở), có th ể tru y ền theo hai chiều: chiêu th u ận chiều nghịch gọi hệ thống k ín (thông thường, đường tru y ền ngược có tác dụng Ổn định trạ n g thái làm việc hệ) Ba hệ th ín g điện tử thường gặp hệ thông tin quảng bá, hệ đo lường hệ tự động điều khiển Dưới tH nh bày khái quát cấu trú c đ ٤ ٠ c điểm cửa hệ 1.3.1 Hệ th ô n g tin q u ả n g bá Đây hệ thường dùng để truỳên tiếng nói, hình ảnh từ đài phát thanh, phát hình tới máy thu (hình 1.4) Tại đài phát, tin tứ c (tiếng hói hay hình ảnh) truỳên qua phận gia công, biến th n h đại 10 THIẾT BỊ PHÁT THIẾT B| THU Hình 1.4: Hệ thòng tin quảng bá lượng đ iệ n tần số thấp: Tín hiệu loại có lượng nhỏ, tầ n số thấp, không th ể xạ xa, ngiíời ta phải dùng m ột sóng cao tần (gọi sóng m ang tải tin) để “cõng.’ tín hiệu xa Quá trìn h gọi điêu c h ế hay biến điệu Qua phận này, nhữ ng tham só sóng cao tần (biên độ, tần số’ góc pha) bị thay đổi theo quy luật tín hiệu tần số thấp, có tên gọi sống biến điệu) (điều biên, điêu tần điêu pha) Chúng khuếch đại đưa đến th iế t bị an ten để xạ qua môi trư ng truyền sóng Tại phận thu, sóng cao tần biến điệu tiếp nhận từ an ten chọii lọc, khuếch đại đưa đến trộn sóng (đem sóng cao tần m ang tin tức trộn với sóng tạo chỗ - gọi dao động nội,) để tạo nên sóng có tần số thấp ٠gọi trung tàn) Sau sóng tru n g tầ n đưỢc khuếch đại, giải điêu c h ế (nghĩa tách tín hiệu tần số thấp phản ánh tin tức nguyên thủy khỏi sóng mang; qụá 11 Suy ra: 2,2MQ > Rg > 2,625KQ b) Từ (9.62), ta tìm đưỢc T = R e Ge Ih f٤ · = ltũn — = l-T Ị ■.،٥ * Re X 0,1 X " X In - ٠ 10~٢ X Rg - 0,63 REmax X = 4,55 Hz 10 ٢ X 10 X 10 ٢ f٤ max = = 3809,5 Hz T٠ ،٤ ٠ X 10 ‫؟‬ X 3625 10 ٢ Vậỹ giớỉ hạn tầ n số hoạt động m ạch là: f = Hz -f 3800 Hz 9.3.2 SCR (Silicon controled Rectifier) 9.3.2.1 Cấu tạo hoạt động H ình 9.32a m inh họa cấu tạo SCR: bốn lớp bán dẫn P-N -P.N ghép liên tiếp với nhau, tạo th àn h chuyển tiếp P N J j , J , J ٠ Lớp A node (A) I N Gate J2 N bán dẫn p (G) đóng vai trò Anode, lớp bán dẫn N Catnode (K) đóng vai trò b) a) Cathode, Iđp bán dẫn p làm Hình 9.32: a) c ấ u tạo SCR; b) Ký hiệu SCR nhiệm vụ cực Gate (cổng) Ký hiệu SCR hình 9.32b Khi cấp m ột điện áp Vak (cực tính dương A) vào SCR, chuyển tiếp J |V J phân cực th u ậ n , chuyển tiếp J phân cực nghịch Dòng điện qua SCR dòng rĩ r ấ t Ị)é (hàng ywA) SCR ỏ trạ n g thái tắ t Khi tá n g điện áp thuận đến giá trị đó, ký hiệu V g Q , hiệu ứng đánh th ũ n g thác lũ xảy chuyển tiếp J , dòng th u ận qua SCR (chfêu từ A đến K) có giá trị r ấ t lớn, phụ thuộc điện trỏ m ạch (đặt nhánh A hay K), điện áp A.K giảm xuống r ấ t th ấ p (khoảng 338 từ 0,5 " 2Ѵ) Liíc này, SCR chuyển sang trạn g thai dẫn tự tri ỏ trạ n g th nầy Tương tự trốn, SCR dẫn với d‫؛‬ện ấp Vak thấp ٧ BOnhíêu cO xung dồng I dưa vầo Cực G vầ dây chinh nguyên ly làm việc SCR Dể dơn giản tro n g việc khảo sát, ta có th ể mồ hình m ạch tương dương SCR gồm S JT mấc vdi -như hlnh Э.ЗЗа ‫ﻟﺪه‬ E p B N , ‫؟‬ Q Iq ٠Tư mạch dỉận tương dương hlnh 9.33b, ta cốì Icj - ٥2 IN ‫ع‬ ‫ﻵﺀ‬ P B N F KJ ٠ ٣ i: a) Hình ‫و‬.‫ و و‬٠ ‫ ره‬Mô hình tu m g đ tm g BJT; ‫ وﺀ‬M ach điện ‫ﺀه‬1‫ل‬£‫إ‬ + ІСВ.1 - ٠ 1‫ل‬٨ (C B ! (9.64) ٩ (9.65) (с в ‫ت‬02 ‫ دل‬- ‫ﺕ‬0 ‫ﺍ‬ + ‫ةل‬2 - ' ٠ ‫ دﻻ‬+ 1( ‫ ﻷ ؛‬2 ‫ت‬I r t a CÓ: + zIr + Ic B ^ (9.66) Một khác: I k = ‫ دل‬+ I g T hay vầo (9.€6) rứ t gọn: 0‫ ع‬2‫ ل‬+ IcBOj + ІСВ02 ‫= دل‬ (9.67) - ( « » + ‫)ا‬ Từ (9.67), ta thấy > > ٥ + ‫اة‬, dồng Ід chủ yếu lầ dòng rĩ rấ t bé nên SCR tắ t Vơi tác dộng bên ngoà‫ ؛‬sao cho I hay dbng r ĩ tang, « vầ« ta n g dẫn dến (1 ٠٠ (2 ‫ اﻟﻢﺀ‬+'’‫ ة‬, Ід tang rấ t cao, tương d n g SCR chuyển từ tắ t sang dẫn Kh‫ ؛‬SCR dân, hôi t ‫؛‬ếp dương tạo bỗl vbng kin = ‫ل‬ ‫ل‬vầ ‫ل‬ ‫ = ا‬1 ‫ح‬sẽ tri SCR )uồn íuồn dản cho dến cổ tấc dộng lầm cho SCR tắ t Các tá c dộng làm SCR dẫn bao gôm; Kich, m ột xung dOng Ι٥ bé, tương dn g ‫ج‬ta n g lầm ٩2 d ặ n m ạnh, ٥2 ta n g lầm ‫ل‬ ‫ =ق‬iBjtang, Qi dẫn mạnh làm «1 tan g K ết 339 Tống điện ấp thnặn Ѵдк đến trị Vbo, hiệu ứng đánh thiing thác lũ xảy ra, dồng rĩ tạ‫ ؛‬tiếp giáp tăng làm ‫ل‬ ị ‫ ب‬Ơ2 ‫ب‬ ٠ Tấc dộng ắn h sáng bên làm dOng rĩ tâ n g (loại SCR quang " LASCR: Light Activated SCR) ٠ N hiật độ tống lên dOng rĩ tang Tốc đệ biển thiồn diện áp gida A - K SCR — ta n g dến mức dt nầo dố‫ و‬sẽ tạo dbng nạp cắc tụ chuyển tiếp (hình 9.33b), lầm dbng rĩ tang H ình m inh họa hộ dậc tuyến SCR vởi cấc dbng kích khậc Khi dòng kích I cầng ca), d‫؛‬ận áp V a k để SCR dẫn cầng thấp Dỉểm H ‫؛‬à điểm tri trạ n g thái dân' SCR Khi SCR da dược kích dẫn, dbng Ia qua SCR phải dảm bảo Idn dồng tri I ịĩ , SCR mdi tri trạ n g thái dấn fAK Hinh 9.34; Họ đặc tuyến SCR ٧BO la d ٤ ận ấp th u ận tậi dO SCR tự dẫn Ig = Vbr diộn ốp ngược cực dại m SCR cd th ể chịu dựng, chưa bị ddnh thủng Tdm lại, ta cấp m ột diộn ắp th ện Vak nhố Vb o klch m ặ t xung dbng I dương thich hộp, SCR dấn diện áp gỉứa cực AK giảm xuống cồn khơâng 0,5V - Ѵ Mặc đủ xung đống I kểt thUc, SCR vân t r i trạ n g thíiỉ dấn dbng qua.S C R cồn Idn dòng tr l I ịị M uốn tó t SCR, ta dUng cắc phương phấp sau: 1) Ngắt ngubn cẩp diện Ѵдк khOi SCR (cdch nầy thướng khống dược 340 sử dụng phải tổn hao lượng ngắt, dễ tạo xung áp ngưỢG biên độ cao làm hỏng SCR, tốc độ làm việc chậm) 2) Giảm dòng qua SCR xuống giá trị dòng tr ì I ịị (Phương pháp đảo lưu ép: thường sử dụng SCR cấp nguồn DC tro n g mạch nghịch lưu) 3) Đảo cực tính điện áp cấp cho AK (tắ t SCR cách phân cực nghịch giống tắ t diode Phương pháp dược sử dụng tro n g m ạch chỉnh lưu có điều khiển, SCR cấp nguồn AC) ٠ Các thô n g số quan trọ n g SCR, ví dụ m inh họa th ô n g số SCR S30EF nhu sau: S30EF C c thông số I 540A @ 20.C - It (AV) - (A) Dòng trung bình lớn nhãt ứng với: góc dẫn 180 nhiệt độ vỏ cho trước (khoảng C ·80 ■‫؛‬.C ) 850A - IT (RMS) - (A) Dòng hiệu dụng lớn - V b o (V d r m ) - (٧ ) Điện áp thuận cự c đại áp lên S C R mà S C R 800V (٧ ) Diện áp nghịch cự c đại p lên S C R mà S C R 800V trạng thái tắt 1- V b r (V r r m ) - chịu đựng ị V t m - (V) Dộ sụt áp tối ơa S C R trạng thái dẫn ứng với nhiệt Ịđộ 2.25V chuyển tiếp 25.C, góc dẫn 180 dòng IT (AV) ٠٠ Ih ٠ 500 nriA (A) Dòng trì tối thiểu S C R trạng thái dẫn ‫؟‬ _ - Ig t - (mA) Dòng chiều kích cổng tương ứng với nhiệt đ ộ vỏ 150 mA @ 5.C CÍÌO trước (Igt thường khoảng từ 70 ^ 150 mA) V g t - (V) Á p chiều kích cổng tương ứng VỚI nhiệt độ vỏ cho - 2.5 @ 25 C trước (Các S C R thường có áp khoảng từ 1,2V đén 2.5V) 700V/MS - ^ (V/،mS) T ố c dộ biến thiên tối thiểu điện áp thuận để S C R dt chuyển từ tắt sang dẵn ٠ ٠ ٠ I 12.US tq (٠as) Thời gian tắt tốl thiểu SCR 9,3.2,2 Các phương pháp kích SCR Để SCR dẫn, ta phải tạo m ột xung dòng I q kích vào cực cổng Gọi Bị góc kích, góc dẫn (hình 9.35) Bằng cách thay đổi thời điểm kích hay goc kích tro n g thời gian SCR có điện áp th u ận , ta có th ề kiểm soát 341 ٧L Tải M > X V Mạch kính a) Hình 9.35: a) M ạch kích SCR; b) Dạng sống tải ،công suất cung cấp ngõ trê n tải Góc dẫn ớ‫؛‬, tùy thuộc vào đặc tính tải Với tải điện trỏ , Vg qua chuyển sang bán kỳ âm , SCR tắ t Với tải điện cảm, dòng chậm pha áp, nên SCR dẫn thêm m ột góc y tắ t hẳn M ạch kích SCR có đa hài dạng thông dụng: m ạch dời pha m ạch tạo xung H ình 9.36 dạrig mạch dời pha dùng RL RC 'AC Xl a) c -۶R Ill-Ỉ Hình 9.36: a) M ạch dời pha RL; b) M ạch dời pha RC 342 Vbd điện áp kích SCR, trễ pha với Vbc gốc ớf Điện áp ngang qua SCR đồng pha với Vbc٠ Bằng cách thay đổi R, L hay c Ta điều chỉnh góc kích từ c Rr Hình 9.37 dạng mạch kích SCR dùng phương pháp dời pha RC R g hạn dòng kích I q thích hỢp, diode D chận xung kích âm bảo vệ cổng SCR Phương pháp thứ hai dùng H ình : Mạch kích dời pha RCH m ạch dao động đa hài để tạo xung kích Thông dụng nhất, người ta thường hay sử dụng m ạch dao động tích th o át U JT hình 9.38a H ình 9.38b dạng sóng trê n mạch 0)t (ot cot 0)t 0)t C)t Hinh : a) Mach kich dung UJT b) Dang song tren mach kit dung 343 Trong bán kỳ dương, khỉ Qi tắt, D i chỉnh lưu hạ áp qua R j , Dz ghim diện ấp ỏ m dc R avàR a từ nguOn V, cung cấp nguồn cho Qg Tụ dỉện Cj nạp qua 9V Sau thơi gian tương ứ ng vơi gơc kích ỡf, VpE = Vp , ٩2 dấn, tạo xung dương trê n Rg dưa vào kích Qi (Re hạn dOng kích Qi) Qi dấn xem nối tắ t dỉểm A - E, áp toàn bệ diện áp ngõ vào lẽn tải; dồng thời cắt nguơn cấp cho m ạch kích Q T rong bán kỳ âm, Ql tắ t hồ m ạch điểm A E, lUc Dj phàn cực nghịch, không nguồn cấp cho Q , nên xung kích xuất Điêu chỉnh, biến trở R tương điêu xung chỉnh Ỉr Mạch tạo xung kích ứng với việc chỉnh tần số kích, điêu góc kích 0f t j ~ H > P Do E a) Mạch điêu chỉnh góc kích từ ٢ 180 Để cách ly vê điện mạch điêu khiển xung kích m ạch động lực, người ta thường sử dụng biến áp xung hay OPTRON hình 9.39 Hình 9.39: a) Cách ly biến áp xung; b) Cách ly OPTRON Di có nhỉộm vụ triộ t xung ầm bảo vệ cổng SCR, dồng thời Di v ầ ٥2 ngàn diộn áp cao tư m ạch dệng lực phản kháng v'ê nguồn tạo xung kích, bảo vệ mạch tạo xung kích 9.3.3 Các lin h k iệ n k h c tro n g họ T h y risto r 9.3.3.1 D i lớp DIAC Diode Iđp, gọi diode Shockley, có cấu tạo tương tự SCR cực cổng: Ký hiệu diode lớp hình 9‫ ؛‬40 H oạt dộng cUa diode lớp cUng giống 344 ٩ ị ÌK A , hoạt động SCR ١khi dòng I q = , nghĩa ta tăn g áp th u ận đến giá trị VgQ, diode dẫn Diode lớp ứng dụng m ạch tạo dao động mạch kích SCR DIAC có cấu trú c tương đương diode lớp m ắc ngược đầu với nhau, DIAC dẫn điện xoay chiêu Điện áp mở DIAC ± VgQ đặc tuyến hình 9.41b Ký hiệu DIAC hình 9.41a DIAC thường sử dụng làm mạch kích TRIAC A a) Hình 9.3.16: a) Kỷ hiệu DỈAC; b) Dặc tuyến VI D IA C 9.3 T R IA C TRIAC linh kiện dẫn điện xoay chiều có cấu trú c tương tự hai SCR ghép ngược đầu (hình 9.42a) Ký hiệu TRIAC hình 9.42b đặc tuyến hoạt động hình 9.42c Hình 9.3.17: a) M ạch tuvng đitong TRIAC; b) Ký hỉệu; c) Đặc tuyến Do không phân biệt chiêu dòng điện nên người ta không sử dụng ký hiệu Anode Cathode nứa mà thay ký hiệu fân lượt MT vàM Ti Từ đặc tuyến TRIAC, người ta phân kiểu kích khỏi cổng: 45 + + ) Vùng Γ : Μ Τ ^ , +' : ٧ ‫ > أﻻل‬VmT ị dồng áp kích cổng dương so v٥‫ ؛‬MTi 2) Vùng I : M T، , G : ٧ ΜΤ2 > Vmtjj dồng ,áp kích cổng ầm so vở‫؛‬ MTi 3) VUng 111‫ و‬: M ? , : ٧ΜΤ2 < VmT j , dOng ấp kích cổng dương so v ó ỉM T i 4) Vùng.111 : ΜΤ , G : Ѵмт2 < У м тр dOng áp kích cổng âm so vởỉ MTi Cho dến nay, d.ặc t i n h , kích khỏi vUng I ‫ ؛‬v ầ H I thưởng dược sử dụng n h íẽ u n h ấ t ‫؛‬à nhạy n h ất TRIAC dược ứng dụng tro n g cấc 'm ạch kiểm sodt pha AC (ổn áp AC, díéu khiển tốc độ dộng, AC) 9.3.4 Một sổ ứng.dụng 9.3.4.Ι Chinh Im có điều khiển Bệ chỉnh lưu cd dteu khíển dUng SCR dược th ự c h ỉệ n 'b n g nguyên lý kỉểm sodt pha DC Bằng cách thay dổi góc kích, ta có th ể thay dổi dược díộn áp DC ngO cấp cho tải Bộ chỉnh lưu có díẽu khỉển dược dn g dụng lầm cấc ngubn DC c٥ng su ất lớn cố díèu khỉển như: nguồn ổn áp DC cồng suất Idn, díêu khiển nhỉệt độ, dỉ'ẽu k h ỉể n x ‫ ؛‬m ạch, díèu khíển tốc độ d ậ n g c D C ' H lnh 9.43a d ạng tiêu b‫؛‬ểu chỉnh lưu bán sóng dơn pha Từ dạng sóng ỗ hình 9.43b, bố qua ấp rơỉ trê n SCR dẫn, ta tin h dược diận ắp tru n g binh trẽ n tả ỉ (ngõ ra): Я 'DC vdi ν٠‫؛‬: b ٤ ẽn = -JL Г VjnSỈnwtd(wt) = 1) ‫ د ﻟ ﻢ‬+ còsỡf) 2π i f 2π (9.68) độ diện áp AC ngO vào; ‫ج‬ ‫ﺀ‬: góc kích, thay dổỉ từ ^ π Dỉậ.n ấp cực dạí ỏ ngỗ', ứ ng vdi ớf = 0: ٧٠ — ٧ DCmax” m (9.69) — Я 346 N hư vậy, kh‫ ؛‬đi'êu chỉnh góc kích SCR thay đổi từ π đến ٠, điện áp tm n g binh ngõ thay dổi tư V dến — π H ình 9.43a minh họa dạng mạch d‫؛‬ên kh ‫إ‬ển tốc độ dộng DC dUng chỉnh lưu toàn sOng dơn pha Hoạt dộng dạng sOng mạch kích tương tự hinh 9.38, với chu ý mạch kích làm việc bán kỳ, ô dây ta khảo sát mạch dộng lực Ra Hình 9.43: ‫ وه‬Bộ chinh lim toàn sóng đon pha đieu khiển tốc độ động cơDC; R, L mạch tương dương cuộn loi (cuộn chạy) dộng Diode Djn dảm bảo SCR tắ t điểm (xem lại hình 9.35) xả nâng lượng tích cuộ.n dây L thời gian SCR tắt, dảm bảo-'dòng diận Ід qua dộng liên tục Giả sử diện cảm cuộn dãy lớn vô hạn dể dOng diện qua dộng xem số Khi SCR diode dẵn, giả thiết diện áp rơi chUng bhng ; góc kích mạch lầ ớf Tại ớf, mạch phat xung kích Qi dẫn T rong thời gian tư ớf đến π, dOng diện từ A qua Qi ghép tải, qua v١ ê B LUc Djn tắt Trong thời a n từ я d ến я + ớf١d ٤ ộn áp vào ầm , tải có tinh chất kháng nên Qi tiếp tục dẫn, lUc Dm phàn cực thuận, áp diện ẩp nghịch vào Qi làm Qi tắt, dẫn dến Dg tắ t theo Do dó, dOng tải tiếp tục khép qua Dm suốt thời gian Tại я + ớf, m ạch lạ.i phat xung kích dẫn, Q2 dẫn sỗ áp diện áp nghịch vào làm Dm tắt, dOng diện tải qua Q2 vàD i tro n g suốt thdi gian từ я + ớf đến2я Dạng sóng diện áp dOng diện hình 9.43b 3/.7 ٧s ٧ AB = i V ٧m i \ + Oj O ' ;it V ٧٠, cot K K ١ 0)t ‫؛‬٠ D2 02 ii h O cot jH i 02· 02 i i٥ ' o ‫؛‬٠i ‫؛‬٥ ot Im a ٠٠ o tot Hinh 9.43 b: Dang song Di^n ap tru n g binh ng5 ra: K V^six)cotd(cot) = ٧ DC - 2j i (14 cos^f) (9.70) 7C i Khi Of thay dSi tuf tt - V, ‫؛‬,٠V٥(١se thay d i 2V dd"n TV T c d ddng c se thay dSi tuy§n tinh cheo V ^ 9.3.4,2 Kiem sodt pha AC BO ki§١ m seat pha AC dung TRIAC d u c ling dung tro n g cac b6 ngu n AC c ng s u it Idn dfeu khi^n dufdc nhU: 6n ap AC, dfeu k h iin nhiOt, dfeu k h iin t i c d ddng cd AC H inh 9.44a m inh hoa m t bO nguOn AC df§u khien difoc c ng s u it 348 V Vm t ٧ ٠+· ti 4- o 0)t tt (٥t b) Hình 9.44: a) Mạch đĩêu khiển AC; b) Giản đồ pha; c) Dạng sống dồng điện tải Mạch R, c DIAC tạo th àn h m ạch dời pha kích TRIAC H Ình 9.44b sơ đồ véctơ tạo góc trễ pha giứa điện áp trê n TRIAC DI.AC Khi điện áp trê n tụ c đạt tới giá trị Vbo (hay ٠ Vgo), DIAC kích dấn điện áp trê n DIAC giảm xuống, tạo dòng kích cổng cho TRIAC Như vậy, chu kỳ, DIAC TRIAC dẫn ỏ hai đoạti -f- jr vàớ T " 2ĩi TRIAC dẫn vùng I".■ v l i r Từ dạng sóng dòng điện tải hình 9.44c, ta tìm giá trị dòng hiệu dụng ngõ ra: 27T ^rms — r ■2 ١_ I ImSin cưtd(oỉt) = 27t ٠; -١ ٠ V2 n - Bị sin ớf - -^ 271 Khi Oị = 0, tương ứ n g TRIAC dẫn trọ n chu kỳ, (9.71) dòng hiệu dụng tro n g m ạch điện AC Khi O ị- K , TRIAC tắ t hoàn toàn chu kỳ, bán kỳ, = Rdii dị = jr/2, TRIAC dẫn 1/2 bán kỳ tro n g = 1^ 349 Với tải điện trỏ có giá tr ị R l , cỗng su ất trồ.n tải: Pl = iL a Thay (9.71) vào có: ‫ﻵ‬ ‫ﻟﻢ‬ P r =i ; Ir lt l 9.72) π ‫ ﺑ ﺬ‬- ‫) ﺋ ﺘ ﺘ ﺬ‬ π Từ (9.72), ta thấy ‫ ﻻج؛ة‬chỉnh góc kích ỡf, cổng su ất trên, tải ị2 r 'thay đổi từ ứến PLm٥x = ‫ﻷ‬ 9.3.4.3 Bộ nghịch ỉuu (Inverter) Bộ nghịch lưu, hay bệ biến dổi DC - АС, th ự c hiận viộc t thhnh ngu'ôn АС tư ngubn DC (m ắy p h ất diện DC, p in‫ ؛‬accu ), d ^ ứ n g 'd ụ n g tro n g cắc ngubn U PS (dể cấp diộn cho máy tin h , tr i dỉện áp tro n g m ật thờỉ gian sau 'khỉ dỉận n ^ n AC b‫ ؛‬cắt), nguồn ổn áp AC, díốu khiển tố c dộng AC, lộ n u n g cảm ứng (dốt cao tần) H lnh a gidi thiậu d ạn g m ạch nghịch lưu dUng nguyên lý cộng hưỏng nốí tiếp M ạch cd trạ n g thdi hoạt dộng m inh họa trê n , hlnh 9.45b, dạng sdng hlnh 9.4Sc Dể m ạch cổ th ể lằm viộc dưỢc, m ạch Rl, C, L phải thỏa d íêu kiộn khung dao dộng tắ t ề n r2