Đồ án mạch nghịch lưu 1 pha 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI. 1.1. Phân tích yêu cầu của đề tài. Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải đi thiết kế một bộ nghịch lưu cho ra điện áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số trong mạch đo được là 50Hz, công suất ra của bộ nghịch lưu là 100W. Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch và cho biến áp. Biến áp ở đây sử dụng như một bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao hơn nhiều lần so với giá trị áp ban đầu. Chính vì mạch có khả năng biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều nên mạch có tính thiết thực rất lớn trong thực tế. Mạch là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh kiện công suất. Mạch sử dụng các van bán dẫn công suất như Transistor, MOSFET, IGBT…Trong quá trình chạy mạch thì xung tạo ra là xung vuông và được khuyếch đại lên bằng các van bán dẫn là Transistor, IGBT… 1.2. Mục tiêu của đề tài. Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất. Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của mạch nghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án tối ưu nhất để có áp dụng trên đồ án của mình và ngoài thực tiễn.

Trường ĐHSP Kỹ thuật hưng Yên

Khoa điện - điện tử

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Tên đề tài :Tính toán, thiết kế chế tạo mạch nghịch lưu nguồn áp một pha

 Số liệu cho trước:

- Các trang thiết bị đo, kiểm tra tại xưởng thực tập, thí nghiệm ĐTCS- TNMĐ

- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn.

 Nội dung cần hoàn thành:

1 Lập kế hoạch thực hiện Giới thiệu chung về nghịch lưu.

2 Trình bày các phương pháp tính toán thiết kế bộ nghịch lưu nguồn áp.

3 Thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu nguồn áp một pha đảm bảo yêu cầu:

 Kiểm tra, thử nghiệm sản phẩm tại phòng 203B1.

4 Sản phẩm của đề tài đảm bảo tính công nghiệp và có tính khả thi trong thực tiễn.

5 Trình bày quyển thuyết minh theo yêu cầu: font – times new roman; lề phải 2.5cm; lề trái 3cm; cách trên 2cm, cách dưới 2cm; đề mục các chương (phần) chữ viết hoa cỡ

13, các đề mục chính chữ thường in đậm, nội dung chính chữ 13 Cấu trúc thuyết minh theo yêu cầu hiện hành của bộ môn.

Giáo viên hướng dẫn:

Hưng Yên , ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn

Lê Thành Sơn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 5

1.1 Phân tích yêu cầu của đề tài 5

1.2 Mục tiêu của đề tài 5

1.3.Kế hoạch tiến độ tưng tuần 6

1.4 Các phương án thực hiện 7

1.5 Ý nghĩa của đề tài 7

CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU CÁC LINH KHIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT 8

2.1 Giới thiệu về các van bán dẫn công suất 8

2.2 Transitor trường 13

2.3 MOSFET ((Insulated Gate Bipolar Transitor) 23

2.4 Máy Biến Áp………24

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP 27

3.1 Khái niệm mach nghịch lưu 27

3.3 Nghịch lưu áp 28

CHƯỜNG 4 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 34

4.1 Sơ đồ khối 34

4.2 Thiết kế mạch động lực 34

4.3 Thiết kế mạch điều khiển 38

4.4 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động và sơ đồ boad 47

KẾT LUẬN 50

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất,các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã được sửdụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càngcao của xã hội Trong thực tế sử dụng điện năng ta cần thay đổi tần số của nguồncung cấp, các bộ biến tần được sử dụng rộng rãi trong truyền động điện, trong cácthiết bị đốt nóng bằng cảm ứng, trong thiết bị chiếu sáng Bộ nghịch lưu là bộbiến tần gián tiếp biến đổi một chiều thành xoay chiều có ứng dụng rất lớn trongthực tế như trong các hệ truyền động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa

Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu mônĐiện tử công suất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống sản xuấthiện đại Vì vậy để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến thức đó vào

trong thực tế, chúng em được nhận đồ án môn học với đề tài: “Tính toán, thiết kế

chế tạo mạch nghịch lưu nguồn áp một pha” Với đề tài được giao, chúng em

đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết, đặc biệtchúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sảnphẩm

Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy Lê Thành Sơn cùng với sự

cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ áncủa mình Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏithiếu sót khi thực hiện đồ án này Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ýkiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện:

Đinh Công Hợp

Vũ Đình Huy

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.

1.1 Phân tích yêu cầu của đề tài.

Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải đi thiết kế một bộ nghịch lưu cho

ra điện áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số trong mạch đo được

là 50Hz, công suất ra của bộ nghịch lưu là 100W

Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch và cho biến áp Biến áp ởđây sử dụng như một bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao hơn nhiều lần sovới giá trị áp ban đầu Chính vì mạch có khả năng biến đổi nguồn một chiềuthành nguồn xoay chiều nên mạch có tính thiết thực rất lớn trong thực tế

Mạch là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh kiệncông suất Mạch sử dụng các van bán dẫn công suất như Transistor, MOSFET,IGBT…Trong quá trình chạy mạch thì xung tạo ra là xung vuông và đượckhuyếch đại lên bằng các van bán dẫn là Transistor, IGBT…

1.2 Mục tiêu của đề tài.

Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất

Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của mạchnghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án tối ưu nhất

để có áp dụng trên đồ án của mình và ngoài thực tiễn

1.3.Kế hoạch tiến độ từng tuần

Cả nhóm

-Tìm tài liệu liên quan:

điện tử công suất, truyền động điện

-Đưa ra cơ sở lý thuyết chung của đề tài

-.Đưa ra ý tưởng thiết kế mạch

- Chuẩn hoá nội dung, làm quyển lý thuyết

- Hoàn tất sản phẩm, kiểm tra toàn bộ nộidung

Cả nhóm

1.4 Các phương án thực hiện.

Nhóm thực hiện đề tài sử dụng hai phương pháp chủ yếu:

Phương pháp tham khảo tài liệu: Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh đượctìm kiếm trên mạng Internet

Phương pháp thực hành: Song song với việc đọc tài liệu nhóm thực hiện đềtài đã thực hành trên mô hình để dễ dàng nắm bắt được lý thuyết

1.5 Ý nghĩa của đề tài.

Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiếnthức chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế Đề tài còn thiết kế chế tạothiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là sinh viên khoa Điện –Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các học sinh, sinh viênkhoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập

Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúpchúng em có thể hiểu sâu hơn về các bộ nghịch lưu, các phương pháp biến đổiđiện áp Từ đó sẽ tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ra ngoài thựctế

CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU CÁC LINH KHIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT

2.1 Giới thiệu về các van bán dẫn công suất

2.1.1 DIODE công suất

a>Cấu tạo đặc điểm và phân loại:

-Diode công suất là phần tử bán dẫn có một tiếp giáp PN Diện tích bề mặttiếp giáp được chế tạo lớn hơn so với diode thông thường, có thể đạt tới hàng trục

mm2 Mật độ dòng điện cho phép của tiếp giáp cỡ 10A/mm.2 Do vậy dòng điệnđịnh mức của một số loại diode có thể đạt tới hàng trăm ampe, như PK200, thậmchí hàng nghìn ampe như BB2-1250 Cấu tạo và ký hiệu của diode công suất được

K

Hình 2.1 Cấu trúc và ký hiệu của diode công suất

-Diode có 2 loại thường được dùng trong các mạch chỉnh lưu công suất lớn:

*Diode chỉnh lưu Gecmani (Ge):

Tiếp giáp của diode Ge phần lớn được chế tạo bằng phương pháp làm nóngchảy IN (indi) với nhiệt độ thích hợp, trong bán dẫn Ge loại N Miếng bán dẫn Geđược hàn với nền bằng thép Tinh thể Ge được đặt trong vỏ bọc hợp kim cova để

-Đặc điểm của Diode Ge là điện áp chịu đựng được khoảng 400V, nhưng sụt

áp trên Diode nhỏ nên được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu điện áp thấp Diode Gethường bị đánh thủng do nhiệt độ Nhiệt độ cho phép của Diode Ge là 750C, nênkhi làm việc ở nhiệt độ cao dòng điện ngược tăng lên đáng kể dẫn đến chất lượngchỉnh lưu thấp, do vậy ta có thể coi nhiệt độ cho phép là nhiệt độ tới hạn của DiodeGe

*Diode chỉnh lưu silic (Si):

-Diode chỉnh lưu Si được chế tạo bằng cách làm nóng chảy nhôm trong tinhthể Si loại N, hoặc làm nóng chảy hợp kim thiếc phốt pho, hay vàng antimoantrong tinh thể silic loại P Ngoài ra người ta còn chế tạo bằng phương pháp khuếchtán

Phốt pho vào tinh thể Si loại N Công nghệ chế tạo kiểu khuếch tán thường được

áp dụng cho các loại diode công suất lớn

-Tinh thể Si và tiếp giáp PN được bọc bởi vỏ kim loại, tinh thể bán dẫn được

hàn bằng hợp kim bạc- antimoan hay vàng- antimoan.

- Diode Si có điện áp ngược cho phép cỡ 2500V, nhưng độ xụt diện áp trênDiode Si cũng cao hơn Diode Ge Nhiệt độ cho phép của Diode Si khá cao

tmax = 1250C, và hiện tượng đánh thủng chủ yếu cũng là do nhiệt độ

b>Nguyên lý làm việc và đặc tính vôn – ampe:

-Khi tiếp giáp PN của diode được đặt đưới tác dụng của điện áp bên ngoài,nếu điện trường ngoài cùng chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích xẽđược mở rộng ra, nên điện trở tương đương của diode càng lớn và dòng điện xẽkhông thể chạy qua Lúc này toàn bộ điện áp xẽ được đặt lênvùng nghèo điện tích,

ta nói rằng diode bị phân cực ngược Hình 2.2

-Khi điện trường ngoài ngược chiều với điện trường E thì vùng nghèo điệntích xẽ bị thu hẹp lại Nếu điện áp bên ngoài lớn hơn 0,65V thì vùng nghèo điện

tích xẽ thu hẹp lại đến bằng không, và các điện tích có thể di chuyển tự do qua cấutrúc của diode Dòng điện đi qua diode lúc này chỉ bị hạn chế do điện trở tải ởmạch ngoài Khi đó ta nói rằng diode được phân cực thuận.

Hình 2.3

+

+

+

-

+

-E n g

+ + +

Hướng di chuyển các các điện tích

Hình 2.4 đặc tuyến von-ampe của diode

Đặc tính V-A của diode gồm 2 nhánh, nhánh thuận(1) nằm ở góc phần tư thứ nhất ứng với UAK  0, nhánh ngược (2) nằm ở góc phần tư thứ ba ứng với

UAK  0 hình1.2.2-4

-Trên đường đặc tính thuận của diode nếu điện áp UAK được tăng dần từ 0đến vượt quá giá trị UD0 0,6 – 0,7V, gọi là điện áp rơi trên diode theo chiềuthuận, thì dòng điện đi qua diode có thể đạt tới giá trị rất lớn, nhưng điện áp rơitrên diode hầu như không đổi.

-Trên đường đặc tính ngược diode nếu điện áp UAK được tăng dần từ 0 đến giátrị Ungmax thì dòng điện qua diode có giá trị rất nhỏ, gọi là dòng dò Cho đến khi

UAK đạt đến giá trị lớn hơn Ungmax thì dòng điện qua diode tăng đột ngột, như vậykhả năng cản trở dòng điện của diode theo chiều ngược bị phá vỡ Đây là hiệntượng diode bị đánh thủng

-Trong những tính toán thực tế người ta thường dùng đặc tính gần đúng đãtuyến tính hóa của diode Biểu thức toán học của đường đặc tính này là:

u = UD0 + iDRD

Trong đó: UD0(V); ID (A); RD ()

-Đặc tính V-A của diode thực tế là khác nhau, nó phụ thuộc vào dòng điệncho phép và điện áp ngược mà diode chịu được Theo đặc tính lý tưởng thì điện trởtương đương của diode bằng 0 theo chiều thuận và bằng ∞ theo chiều ngược

c> Biểu thức giải tích đặc tính V-A

- Đặc tính V-A của diode được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức :

I = Is( e

q U k.T

- 1)Trong đó: Is - Dòng điện rò khoảng vài trục mA

q - Điện tích của điện tử (q = 1,59.10-19 C)

k - Hằng số Boltzmann (k = 1,38.10-23 J/K)

T = 2730 + t0 - Nhiệt độ nhiệt đối (0K)

t0 - Nhiệt độ môi trường 0C

u – Điện áp đặt trên diode (V)

d>Các tham số cơ bản của Diode

Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận, ID Trong quá trình làm việc dòng điện chạy qua diode sẽ làm phát nóng tinh thể bándẫn của diode Công suất tổn hao của diode khi đó sẽ bằng tích dòng điện chạy qua

nó với điện áp rơi trên diode Diode chỉ dẫn dòng theo một chiều từ anốt đến catot.Điều này có nghĩa là công suất phát nhiệt tỷ lệ với dòng điện trung bình qua diode,

Vì vậy giá trị ID là một thông số quan trọng để lựa chọn một diode trong một ứngdụng cụ thể

- Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chiệu đựng được, Ung,max

Ung,max là giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu đựng được,đây cũng là một thông số quan trọng để lựa chọn một diode Như ở đặc tính

vôn – ampe đã chỉ ra, quá trình diode bị đánh thủng là quá trình không thể đảongược được, vì vậy trong các ứng dụng thực tế khi lựa chọn diode phải luôn đảmbảo UAK<= Ung,max

-Tần số làm việc của diode

Quá trình phát nhiệt trên diode còn phụ thuộc vào tần số đóng cắt của diode.Trong các khoảng thời gian diode mở ra hoặc khóa lại công suất tổn hao tức thờiu(t).i(t) có giá trị lớn hơn luc diode dẫn dòng hoặc lúc đạng bị khóa Vì vậy nếu tần

số đóng cắt cao, hoặc trong trường hợp thời gian đóng cắt của diode

So sánh được với khoảng dẫn dòng hoặc khóa thì tổn thất trên diode lại bị quy địnhchủ yếu bởi tần số làm việc chứ không phải chỉ có giá trị dòng điện trung bình.Các diode được chế tạo để phù hợp với các dải tần số làm việc khác nhau, nên khilựa chọn diode cần phải quan tâm dến tần số làm việc của diode

-Thời gian phục hồi tr

Trong các bộ biến đổi thường sẩy ra quá trình chuyển mạch giữa các phần

tử, nghĩa là quá trình dòng điện chuyển từ một phần tử này sang một phần tử khác

2.2 Transitor trường

2.2.1 Khái niệm

Transitor trường được viết

tắt là FET (Field effect Transitor)

là loại Transitor có tổng trở đầu

vào rất lớn khác với Transitor

lưỡng cực BJT ( Bipolar Junction

Transitor) loại NPN hay PNP có

tổng trở đầu vào tương đối nhỏ ở

cách lắp ráp thông thường kiểu E

chung

+

U2

ra đời.Hình 1.2.4-1 mô tả nguyên lí làm việc của FET

Trong khi ở Transitor lưỡng cực thì dòng điện chính luôn luôn chạy qua haivật liệu bán dẫn loại N và P, thì ở Transitor trường dòng điện chỉ chạy ở 1 trong 2loại bán dẫn nêu trên Đường của dòng điện được cấu tạo từ chất bán dẫn loại Nđược gọi là bán dẫn kênh N Loại được cấu tạo từ bán dẫn loại P được gọi là kênh

P Sơ đồ dưới đây mô tả các loại khác nhau của Transitor trường

Transitor trường (FETs)

JFETs kênh N JFETs kênh P MOSFETs

kênh đặt sẵn

MOSFETs kênh cảm ứng

Loại5 đặc biệt

Kênh N Kênh P Kênh N Kênh P MOSFETs

Các cực của Transitor trường so sánh với Transitor BJC

Cực S tương đương với cực Emitter

Cực G tương đương với cực Base

Cực D tương đương với cực Collector

Mỗi loại Transitor trường có một kí hiệu riêng Nó được tóm tắt trên

Hình 2.6 Các loại Transitor trường

Vì đặc tính tổng trở đầu vào rất lớn (đối với JFETs có giá trị khoảng 109, ởMOSFETs thậm chí khoảng 1015) cho nên sự điều khiển dòng điện trongTransitor trường có công suất tổn hao gần bằng không Vì vậy việc ứng dụngTransitor trường rất rộng rãi đặc biệt với kỹ thuật MOSFETs

Loại Loại kênh N Loại kênh P

JFETs

MOSFETs loại kênh liên tục

MOSFETs loại kênh gián đoạn

Hình 2.7 Ký hiệu Transitor trường

2.2.2 Transitor JFET (Junction FET)

a, Cấu tạo, nguyên lí làm việc

JFET còn được gọi là Transitor tiếp xúc P-N hay FET nối Gọi tắt là FET.JFET

có hai loại là JFET kênh N và JFET kênh P

Cấu tạo của JFET kênh N được cho như trên hình vẽ.Cấu tạo của nó bao gồm

có một tấm bán dẫn loại N, trên tinh thể bán dẫn Si-N người ta tạo xung quanh nómột lớp bán dẫn P (có nồng độ cao hơn so với bán dẫn loại N) và đưa ra điện cực

là cực nguồn S (Source), cực máng D (Drain), và cực cổng G (Gate)

Như vậy hình thành một kênh dẫn điện loại N nối giữa hai cực D và S, cách livới cực cổng G dùng làm cực điều khiển bởi một lớp tiếp xúc bao quanh kênh dẫn.Đối với JFET kênh P thì hoàn toàn tương tự Ký hiệu và cực tính điện áp phÂn cựccũng như dòng điện và đặc tính điều khiển cho các JFET loại kênh N và kênh Pnhư hình 2.8

G

D

D S

G

D

D S

G

D

D S

S G

-Dßng ®iÖn tö Vïng ch¾n

Hình 2.8 Mặt cắt của một JFET kênh N

b, Nguyên lí hoạt động

Để phân cực JFET kênh N người ta dùng hai nguồn điện áp ngoài là UDS> 0

và UGS< 0 như hình vẽ Hình 2.9 (đối với JFET kênh P, các chiều điện áp phân cực

sẽ ngược lại sao cho tiếp giáp P-N bao quanh kênh dẫn luôn được phân cựcngược) Do tác dụng của các điện trường này, trên kênh dẫn xuất hiện một dòngđiện (là dòng điện tử đối với loại kênh N) hướng từ cực D tới cực S, được gọi làdòng điện cực máng ID Dòng IĐ có độ lớn tuỳ thuộc và các giá trị UDS và UGS vì độdẫn điện của kênh phụ thuộc mạnh vào cả hai điện trường này.Điều này có thể giảithích như sau:

Hình 2.9 Ký hiệu, đặc tính điều khiển của FET kênh N và FET kênh P

Khi đặt điện áp -UGS giữa cực G và cực S (hình 2.9) thì cả hai tiếp giáp PNđều bị phân cực ngược.Trong chất bán dẫn loại P và N bắtđầu hình thành vùngchắn làm cho dòng điện không còn chạy qua được giữa hai vùng tiếp giáp PN phâncực ngược.Khi vùng chắn cứ rộng mãi ra thì dòng điện trong kênh nhỏ dầnđi.Trong kênh gần cực Source là rộng nhất và phía cực Drain thì nhỏ hơn

Điện áp -UGS càng lớn bao nhiêu thì vùng chắn trong kênh càng lớn bấynhiêu và dòng điện chạy trong kênh càng nhỏ đi bấy nhiêu.Độ lớn của điện trở RDS

giữa Source và Drain của JFET phụ thuộc vào độ lớn của điện áp UGS.Như vậyđiện áp có thể làm thay đổi được điện trở RDS.Khi các vùng chắn tiếp xúc với nhauthì dòng điện sẽ bị gián đoạn và kênh lúc này bị thắt lại.Dòng điện ID lúc này sẽbằng không.Vì tiếp giáp PN phÂn cực ngược nên chỉ có một dòng điện rất nhỏchạy qua, do đó việc điều khiển dòng điện ID bằng điện áp -UGS có công suất tổnhao rất nhỏ

c, Đường đặc tính ra của JFET

Đường đặc tính đầu ra biểu diễn sự phụ thuộc giữa dòng điện cực máng ID

và điện áp UDS khi UGS bằng hằng số

Vùng tuyến tính

Khi UDS nhỏ, ID tăng mạnh tuyến tính theo UDS và ít phụ thuộc vào UGS Đây

là vùng làm việc mà JFET giống như điện trở thuần cho tới lúc đường cong bị uốnmạnh

Vùng bão hoà

Khi UDS đủ lớn, ID phụ thuộc rất yếu vào UDS và phụ thuộc mạnh vào

UGS.Đây là vùng làm việc mà JFET giống như một phần tử khuếch đại, dòng điện

ID được điều khiển bằng điện áp UGS

Vùng đánh thủng

Khi UDS có giá trị khá lớn, ID tăng đột biến do tiếp giáp PN bị đánh thủng,hiện tượng thác lũ xảy ra tại khu vực gần cực D do điện áp ngược đặt lên tiếp giáp

PN tại vùng này là lớn nhất

d, Phương pháp lấy đường đặc tính đầu ra:

 Điều chỉnh nguồn điện áp U2 = 0

 Đặt U1 ở gái trị mong muốn giữa 0 và -6V và giữ bằng hằng số

 Đóng công tắc S1 và điều chỉnh U2 các giá trị khác nhau

10 15

Hình 2.11 Đặc tuyến đầu ra của JFET

e, Các tham số của JFET

Tham số giới hạn

Dòng điện IDmax là dòng điện máng cực đại cho phép (ứng với UGS =0)

Điện áp UDSmax là điện áp máng nguồn cực đại cho phép

Điện áp UGSmax là điện áp cổng nguồn cực đại cho phép

Điện áp khoá UGS(P) là điện áp cổng nguồn làm cho dòng ID = 0

Tham số làm việc

Điện trở đầu ra dòng một chiều RDS: RDS = UDS/ID

Điện trở đầu ra dòng xoay chiều rDS: rDS = UDS/ID, rDS thể hiện độ dốc của đườngđặc tính đầu ra trong vùng bão hoà.

Hỗ dẫn của đặc tính truyền dẫn S: S = ID/ UGS cho biết tác dụng điều khiển củađiện áp cực cổng tới dòng cực máng

2.2.3 Transitor MOSFET (Transitor trường cực cổng cách li)

Ở MOSFETs, sự điều khiển không thông qua lớp chắn mà qua một lớp cách điện.Lớp cách điện này về nguyên tắc có cấu tạo từ oxít kim loại cũng chính vì vậy màngười ta gọi là MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor FET) Khi viết tắt người tacũng thường hay viết IFET (I: insulated) hoặc IGFET (IG: insulated gate)

MOSFETs được chia làm hai loại: Loại có kênh liên tục hay còn gọi làMOSFETs có kênh đặt sẵn và loại có kênh gián đoạn còn gọi là MOSFETs cókênh cảm ứng MOSFETs có kênh liên tục có khả năng dẫn điện khi

UGS = 0V

Ở MOSFETs có kênh gián đoạn thì ngược lại, khi UGS = 0V thì nó khôngdẫn Mỗi loại kênh liên tục hay gián đoạn đều có phân loại theo chất bán dẫn làkênh N hay kênh P

a Cấu trúc và ký hiệu:

-Không giống như Transitor thường được giới thiệu ở phần trên, chúng được

điều khiển bằng dòng điện Còn MOSFET được điều khiển bằng điện áp nên côngsuất điều khiển rất nhỏ, do vậy MOSFET có thể được điều khiển trực tiếp từ cácđầu ra của các vi mạch công suất nhỏ

-Trên hình 2.12 biểu diễn cấu trúc của một MOSFET kênh dẫn kiểu n.trong đó G là cực điều khiển cách ly hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn bởi lớp điệnmôi mỏng silicđioxit (SiO2) nhưng có cách điện rất lớn Nếu kênh dẫn là kiểu n thìcác hạt mang điện xẽ là các electron (các hạt điện tử) do đó cực tính điện áp củacực máng là cực dương, còn cực gốc thường nối với đế P

-Trên cấu trúc ký hiệu gạch chéo giữa D&S để chỉ ra rằng bình thường không cókênh dẫn nối giữa D và S.

b >

n

s o u r c e ( S )

n n

G

D r a i n ( D )

a >

n

n

s o u r c e ( S )

n n

G

D r a i n ( D )

b >

n

n

s o u r c e ( S )

n n

G

D r a i n ( D ) c

n

-+

Hình 2.13 Sự tạo thành kênh dẫn trong cấu trúc bán dẫn của MOSFET

Trong chế độ làm việc bình thường UDS > 0 Giả sử UGS = 0.khi đó kênh dẫnhoàn toàn không xuất hiện và giữa cực S và cực D lúc này là tiếp giáp p-n bị phân

cực ngược, điện áp xẽ rơi hoàn toàn trên tiếp giáp này, còn dòng qua cực gốc vàcực máng sẽ rất nhỏ.

- Nếu UGS< 0 thì vùng bề mặt giáp cực điều khiển xẽ tích tụ các lỗ (P) do đó dòngđiện giữa cực gốc và cực máng vẫn hầu như không có (hình 2.13 a.)

-Nếu UGS> 0 và đủ lớn thì vùng bề mặt giáp cực điều khiển xẽ tích tụ cácđiện tử, như vậy một kênh dẫn đã được hình thành, lúc này dòng điện giữa cựcmáng và cực gốc chỉ phụ thuộc vào điện áp UDS (hình 2.13 b.)

-Trên cấu trúc MOSFET hình (hình 2.13 c.) ta thấy rằng giữa cực gốc và cựcmáng tồn tại một tiếp giáp p-n, tương đương với một diode ngược nối giữa D và S,

đó chính là ưu điểm của MOSFET

c> Đặc tính ra của transistor MOSFET kênh N:

Hình 2.14 Họ đặc tính ra của MOSFET kênh N

Trên đường đặc tính ta thấy khi đặt điện áp điều khiển nhỏ hơn một mức nàođấy cỡ 3V thì giữa cực máng và cực gốc điện trở rất lớn dòng qua đó gần bằngkhông Khi điện áp cỡ 6-7V thì MOSFET sẽ trong chế độ dẫn, thông thườngngười ta điều khiển MOSFET bằng diện áp cỡ 15V để giảm điện áp rơi trên 2 cực

D và S khi đó UDS gần như tỷ lệ với dòng ID

MOSFET tác động rất nhanh có thể đóng, mở với tần số trên 100KHZ.Khi MOSFET dẫn dòng thì điện trở rất nhỏ khoảng 0,1 đối với MOSFET -1000V

và khoảng 1 với MOSFET -500V

Ngày nay người ta đã chế tạo được MOSFET với UDS tới 500V và ID tớihàng trục ampe.Vì vậy MOSFET được dùng nhiều để làm khóa điện tử vì chịuđược tần số cao và nó giữ vai trò quan trong trong các thiết bị biến tần có khâutrung gian.

2.3 MOSFET ((Insulated Gate Bipolar Transitor)

2.3.1 Cấu trúc và ký hiệu:

- MOSFET là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET với

khả năng chịu tải của transistor thường MOSFET cũng là phần tử được điều khiểnbằng điện áp, do đó công suất điều khiển rất nhỏ, dạng tín hiệu thường là các xungđiện áp 15V

-Cấu trúc của MOSFET cũng đưa ra ba cực Emitor, colector, và cực điềukhiển Nhưng MOSFET khác với MOSFET ở chỗ giữa E & C là cấu trúc bán dẫnp-n-p chứ không phải n-n Có thể coi MOSFET giống như một transtor được điềukhiển bởi một MOSFET

C

E G

Hình 2.15 a> Cấu trúc MOSFET, b> Cấu trúc MOSFETtương đương mộttranzitor với một MOSFET, c> Ký hiệu MOSFET

2.3.2 Nguyên lý làm việc

-Phân cực cho MOSFET sao cho UCE> 0, sau đó cấp vào cực G một điện

với các hạt là điện tử giống như MOSFET.Các hạt điện tử di chuyển về phíacực C, vượt qua lớp tiếp giáp p-n tạo nên dòng colector.-Thời gian đóng cắtcủa MOSFET nhanh hơn transistor thường, trễ khi mở khoảng 0,15s , trễkhi khóa khoảng 1s công suất điều khiển MOSFET rất nhỏ thường dạngđiện áp điều khiển là 15V Để mở thường cấp tín hiệu +15V, để khóathường cấp tín hiệu là -15V.

- Trong thực thế thì máy biến áp có dạng như hình 2, còn trong việc biểu diễn

sơ đồ máy biến áp thì có dạng như hình 1

Hình 2.16 sơ đồ nguyên lý máy biến áp 1 pha

Hình 2.17 máy biến áp 1 pha

b Nguyên tắc hoạt động:

- Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp Nó gây ra sự biến

thiên từ thông trong hai cuộn Gọi từ thông này là: φ = φ0cosωtt

- Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là : φ1 = N1φ0cosωtt và φ2 =

c Khảo sát máy biến áp

Gọi N1 N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp

Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp

Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp Trong khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi t vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi

vòng dây của cả hai cuộn suất điện động bằng:

Suất điện động trên một cuộn sơ cấp là:

Suất điện động trên cuộn thứ cấp:

=> Tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương

• Nếu N2 > N1 => U2 > U1 : gọi là máy tăng áp

• Nếu N2 < N1 => U2 < U1 : gọi là máy hạ áp

Vì hao phí ở máy biến áp rất nhỏ, coi như công suất ở 2 đầu cuộn thứ cấp và

sơ cấp như nhau

, (**)