Giao trinh điện tử cơ bản

MỤC LỤC STT 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.3.7 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6 NỘI DUNG TRANG Chương 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG R, L, C Điện trở Khái niệm chung Cấu tạo điện trở Đơn vị đo điện trở Các thông số điện trở Cách đọc giá trị điện trở Các cách mắc điện trở Các linh kiện khác nhóm Biến trở Khái niệm chung Cấu tạo biến trở Tụ điện Khái niệm chung Cấu tạo phân loại Đơn vị đo tụ điện Các thông số tụ điện Cách đọc giá trị tụ điện Các cách mắc tụ điện Các linh kiện khác nhóm Cuộn cảm Khái niệm chung Cấu tạo phân loại Đơn vị đo cuộn cảm Cách đọc giá trị cuộn cảm Các cách mắc cuộn cảm Các linh kiện khác nhóm 7 9 10 10 14 14 14 14 14 15 17 17 18 18 19 19 19 20 21 21 21 21 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Chương 2: CHẤT BÁN DẪN VÀ ĐI ỐT BÁN DẪN 23 26 2.1 2.1.1 2.1.2 Chất bán dẫn ốt bán dẫn Chất bán dẫn Đi ốt bán dẫn 26 26 30 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 Các loại ốt bán dẫn thông dụng Đi ốt chỉnh lưu Đi ốt tách sóng Đi ốt zener Đi ốt biến dung Điốt phát quang Điốt cảm quang 32 32 36 37 38 38 39 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 40 Chương 3: TRANZITOR LƯỠNG CỰC ( BJT) 43 Cấu trúc nguyên lý hoạt động BJT Cấu tạo, ký hiệu, hình dạng BJT Nguyên lý hoạt động BJT Các tính chất Các loại BJT thông dụng Các cách mắc BJT Sơ đồ mạch mắc BC Sơ đồ mạch mắc EC Sơ đồ mạch mắc CC Nguyên tắc khuếch đại BJT Mạch khuếch đại mắc EC Mạch khuếch đại mắc CC Mạch khuếch đại mắc BC Các chế độ hoạt động Tranzitor 43 43 44 46 47 48 49 49 49 50 50 51 52 54 54 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Chương 4: TRANZITOR TRƯỜNG – FET 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 Khái niệm phân loại Khái niệm Phân loại Ứng dụng Tranzitor trường Hình dạng thực tế FET Tranzitor trường có cực cửa tiếp giáp (JFET) Cấu tạo JFET Nguyên tắc hoạt động JFET Các cách mắc JFET 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 Tranzitor trường có cực cửa cách ly (MOSFET) Cấu tạo MOSFET kênh có sẵn Nguyên tắc hoạt động MOSFET Các cách mắc MOSFET CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Chương 5: MẠCH TỔ HỢP IC Khái niệm chung IC Analog IC Digital IC chuyển mạch SW IC ổn áp 55 55 55 55 55 55 56 56 56 58 60 60 61 62 62 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 63 63 66 66 67 67 67 Chương 6: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN KHÁC 68 -2- 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 Thyristor - SCR Cấu tạo ký hiệu Nguyên lý làm việc Đặc tuyến Volt – Ampere SCR Các thông số SCR Các loại SCR Các mạch điện ứng dụng SCR TRIAC Khái niệm TRIAC Các loại TRIAC Các mạch điện ứng dụng TRIAC DIAC Khái niệm Các mạch điện ứng dụng DIAC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 68 68 69 70 71 71 72 72 74 74 75 75 75 76 77 Chương 1: LINH KIỆN THỤ ĐỘNG R, L, C 1.1 ĐIỆN TRỞ (R) 1.1.1 Khái niệm chung: Điện trở linh kiện điện tử dùng mạch điện tử để đạt giá trị dòng điện điện áp theo yêu cầu mạch Chúng có tác dụng mạch điện chiều lẫn xoay chiều chế độ làm việc điện trở không bị ảnh hưởng tần số nguồn xoay chiều - Công dụng : Điện trở dùng để hạn chế dòng điện hay cản trở dòng điện - Ký hiệu: R R Hình 1.1: Ký hiệu điện trở - Hình dạng thực tế: -3- Hình 1.2: Hình dạng điện trở 1.1.2 Cấu tạo điện trở: a) Điện trở than (carbon resistor) Người ta trộn bột than bột đất sét theo tỉ lệ định trị số khác Sau đó, người ta ép lại cho vào ống Bakelite Kim loại ép sát hai đầu hai dây hàn vào kim loại, bọc kim loại bên để giữ cấu trúc bên trong, đồng thời chống cọ xát ẩm Ngoài người ta sơn vòng màu biết trị số điện trở Loại điện trở dễ chế tạo, độ tin cậy tốt nên rẻ tiền thơng dụng Điện trở than có trị số từ vài Ω đến vài chục MΩ Công suất danh định từ 0,125 W đến vài W b) Điện trở màng cacbon: Điện trở màng cacbon gồm lớp màng cacbon bao quanh ống phủ gốm mỏng Độ dày lớp màng bao tạo nên trị số điện trở, màng dày, trị số điện trở nhỏ ngược lại Hai dây dẫn kim loại kết nối với nắp hai đầu điện trở Toàn điện trở bao lớp keo êpôxi, lớp gốm Các điện trở màng cacbon có độ xác cao điện trở hợp chất cacbon, lớp màng láng lớp cacbon xác q trình sản xuất Loại điện trở dùng phổ biến máy tăng âm, thu thanh, trị số từ Ω tới vài chục mêgôm MΩ, công suất tiêu tán từ 1/8 W tới hàng chục W; có tính ổn định cao, tạp âm nhỏ, có nhược điểm l d v D ây N ắp k im d É n lo ¹ i L í p L â i g è m Hình 1.3: Mặt cắt điện trở -4- L í p p h đ ® iƯ n trở ê p ô x i c) in tr dây quấn: Loại điện trở dây quấn có ưu điểm bền, xác, chịu nhiệt cao có cơng suất tiêu tán lớn có mức tạp âm nhỏ, giá thành cao Làm hợp kim Ni – Cr quấn lõi cách điện sành, sứ Bên phủ lớp nhựa cứng lớp sơn cách điện Điện trở xác dùng dây quấn có trị số từ 0,1 Ω đến 1,2 MΩ, công suất danh định thấp từ 0,125 W đến 0,75 W , loại điện trở gọi điện trở công suất d) Điện trở màng kim loại: Điện trở màng kim loại chế tạo theo cách kết lắng màng niken-crơm thân gốm chất lượng cao, có xẻ rảnh hình xoắn ốc, hai đầu lắp dây nối thân phủ lớp sơn Điện trở màng kim loại ổn định điện trở than giá thành đắt gấp khoảng 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% điện áp cực đại 200V e) Điện trở ôxýt kim loại: Điện trở ôxýt kim loại chế tạo cách kết lắng màng ôxýt thiếc thuỷ tinh đặc biệt Loại điện trở có độ ẩm cao, khơng bị hư hỏng q nóng khơng bị ảnh hưởng ẩm ướt Công suất danh định thường 1/2W với dung sai ± 2% 1.1.3 Đơn vị đo điện trở: Ơm: Ω Ki lơ ơm: KΩ Mê ga ôm: MΩ MΩ = 1.000 KΩ = 1.000.000 Ω MΩ = 103 KΩ = 106 Ω 1.1.4 Các thông số kỹ thuật điện trở: a Cơng suất điện trở: Là tích số dòng điện qua điện trở điện áp đặt lên hai đầu điện trở Trong thực tế, công suất qui định kích thước điện trở với điện trở màng dạng tròn, ghi thân điện trở với loại điện trở lớn dùng dây quấn vỏ sứ, tra bảng với loại điện trở hàn bề mặt (SMD) b Sai số điện trở: Là khoảng trị số thay đổi cho phép lớn điện trở Sai số nằm phạm vi từ 1% đến 20% tuỳ theo nhà sản xuất ghi vòng màu, kí tự c Trị số điện trở: Là giá trị điện trở ghi thân cách ghi trực tiếp, ghi vòng màu, kí tự -5- 1.1.5 Cách đọc giá trị điện trở: Điện trở có kích thước lớn thường dễ phân biệt, dễ ghi trị số với linh kiện có kích thước nhỏ hình dạng đơi gần giống nhau, khác màu sắc nên thực tế dễ bị nhầm lẫn Sau cách ghi trị số điện trở a Ghi trực tiếp: Là ghi trực tiếp thông số kĩ thuật thân linh kiện Thông thường thực với linh kiện có kích thước lớn Đối với linh kiện việc đọc trị số bình thường b Ghi vòng màu: Là cách đánh vạch màu thân điện trở, thường loại ứng dụng cho loại điện trở có cơng suất nhỏ, thường khoảng ¼ W, thông qua bảng qui ước vạch màu ta tính giá trị điện trở Điện trở thường dánh dấu 4,5, vạch màu, với bảng màu qui ước sau: Bảng 1.1: Bảng qui ước màu linh kiện thụ động Qui ước màu Qui ước số Số lượng số Đen Khơng có Nâu Một số Đỏ 00 Hai số Cam 000 Ba số Vàng 0.000 Bốn số Lục (xanh lá) 00.000 Năm số Lam (xanh dương) 000.000 Sáu số Tím 0.000.000 Bảy số Xám 00.000.000 Tám số Trắng 000.000.000 Chín số Vàng kim 0, ∗ 0,1 Bạc kim 0,0 ∗ 0,01 Cách đọc điện trở có vạch màu: loại thơng dụng - Vòng sai số Vòng số -6- số Vòng số lượng Sai số 20% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 20% Hình 1.4: Điện trở có vạch màu Ví dụ: Đọc điện trở có vòng màu sau: - Nâu; đỏ; đen; vàng kim = 1;2; khơng có số 0, sai số 5% Đọc là:12Ω;5% - Cam; cam; đỏ; bạch kim = 3; 3; hai số 0; sai số 10% Đọc là: 3300Ω;10% Chú ý: Với loại điện trở có vòng màu có ba loại sai số vàng kim 10% bạc kim 20% Các điện trở có vòng màu loại điện trở xác sử dụng loại sai số khác, sử dụng chủ yếu mạch có độ xác cao thiết bị đo lường Vòng sai số Vòng số Vòng số lượng số Hình 1.5: Điện trở có vạch màu Vòng đầu Vòng sai số Vòng số Vòng số lượng số Hình 1.6: Điện trở có vạch màu c) Ghi kí tự: Loại linh kiện ghi giá trị kí tự thường có kích thước nhỏ dùng chủ yếu cơng nghệ hàn bề mặt SMD: Surface Mount Device Ngoài nhiệm vụ ghi trị số linh kiện nhu cầu kí tự dùng để ghi mã số linh kiện muốn tra cứu thơng số kĩ thuật linh kiện người ta cần phải tra bảng nhiên việc dùng bảng tra thực tế tiến hành với linh kiện bán dẫn linh kiện thụ động dạng tích hợp -7- Ví dụ: 123 Số lượng số số Hình 1.7: Cách kí hiệu kí tự thơng thường Đọc giá trị điện trở sau: 12000Ω Với điện trở nhỏ 10 người ta thường chèn thêm chữ R: 1R R47 Hình 1.8: Cách kí hiệu linh kiện giá trị nhỏ 10 Điện trở đọc là: 1,2Ω 0,47Ω 1.1.6 Các cách mắc điện trở: Hình 1.9: Các cách mắc điện trở 1.1.7 Các linh kiện khác nhóm a Nhiệt điện trở (thermistor): loại điện trở mà trị số thay đổi theo nhiệt độ - Nhiệt trở dương ( PTC = Positive Temperature Coefficient) loại nhiệt trở có hệ số nhiệt dương - Nhiệt trở âm ( NTC = Negative Temperature Coefficient) loại nhiệt trở có hệ số nhiệt âm -8- b VDR (Voltage Dependent Resistor): loại điện trở mà trị số phụ thuộc điện áp đặt vào Thường VDR có trị số điện trở giảm điện áp tăng c Điện trở quang (photoresistor) linh kiện bán dẫn thụ động mối ghép P-N Vật liệu dùng để chế tạo điện trở quang CdS, CdSe Cadmium Selenid), tinh thể hỗn hợp khác Hình 1.10 Cấu tạo điện trở quang Điện trở quang gọi điện trở tùy thuộc ánh sáng (LDR ≡ Light Dependent Resistor) có trị số điện trở thay đổi tùy thuộc cường độ ánh sáng chiếu vào Hình 1.11 Hình dạng ký hiệu điện trở quang Khi bị che tối điện trở quang có trị số lớn, chiếu sáng độ dẫn điện chất bán dẫn tăng cặp điện tử tự lỗ trống hình thành nhiều tức điện trở giảm nhỏ Điện trở quang có trị số điện trở thay đổi khơng tuyến tính theo độ sáng chiếu vào Khi bóng tối điện trở quang có trị số khoảng vài megaohm, trị số điện trở quang bóng tối với nhiều trường hợp ứng dụng cần phải biết Khi chiếu sáng điện trở quang có trị số nhỏ khoảng vài chục đến vài trăm Ohm Điện trở quang ứng dụng làm phận cảm biến quang mạch tự động điều khiển ánh sáng; mạch đo ánh sáng; mạch chỉnh hội tụ số thiết bị; e) Một số điện trở khác: - Điện trở cầu chì - Điện trở xi – măng -9- - Điện trở chip Hình 1.12: Hình dạng số điện trở đặc biệt 1.2 BIẾN TRỞ (VR - Variable Resistor) 1.2.1 Khái niệm chung: Biến trở giống điện trở, sử dụng để cản trở dòng điện, có giá trị thay đổi nhờ tác động học - Kí hiệu biến trở: Hình 1.13: Ký hiệu biến trở 1.2.2 Cấu tạo biến trở: Hình 1.14: Cấu trúc hình dạng biến trở Mặt biến trở phủ lớp bột than, chạy chân biến trở kim loại để dễ hàn Loại biên trở dùng mạch có cơng suất nhỏ dòng qua biến trở từ vài mA đến vài chục mA để phân cực cho mạch điện chủ yếu 1.3 TỤ ĐIỆN (C) 1.3.1 Khái niệm chung: -10- Chương 5: MẠCH TỔ HỢP IC (IC: Integrated – Circuit) 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG 5.1.1 Khái niệm: Vi mạch mạch điện gồm nhiều linh kiện: Transistor, ốt, điện trở, tụ điện, cuộn dây… tích hợp miếng tinh thể có kích thước nhỏ, linh kiện liên kết với thực số chức định bọc bên vỏ plastic kim loại, nên gọi mạch điện tích hợp hay IC Ưu điểm IC có kích thước nhỏ, có độ tin cậy cao, chứa nhiều phần tử, giá thành ngày hạ, tiêu thụ cơng suất Nhưng IC có nhược điểm: có chức hay phận IC bị hỏng phải bỏ IC, thay IC rán phức tạp Hình dạng thực tế: Hình 5.1 Hình dạng thực tế IC Có nhiều cách phân loại a Phân loại theo tính chất liệu xử lý IC: * Vi mạch tương tự (IC Analog) gọi vi mạch tuyến tính: Dùng để xử lý tín hiệu liên tục, thường ký hiệu chữ A thêm ký hiệu hãng sản xuất Ví dụ: TA: IC Analog hãng TOSHIBA AN: IC Analog hãng NATIONAL HA: IC Analog hãng HITACHI 5.1.2 Phân loại IC: -60- * Vi mạch số (IC Digital): Dùng để xử lý liệu rời rạc, gián đoạn hay gọi tín hiệu số b Phân loại theo công nghệ chế tạo: * IC màng(film IC): Trên đế chất cách điện,dùng lớp màng tạo nên thành phần khác Loại gồm thành phần thụ động điện trở, tụ điện cuộn cảm mà - Dây nối phận: Dùng màng kim loại có điện trở suất nhỏ Au,Al,Cu… - Điện trở: Dùng màng kim loại hợp kim có điện trở suất lớn Ni-Cr;Ni-Cr-Al;Cr-Si;Cr tạo nên điện trở có trị số lớn - Tụ điện: Dùng màng kim loại để đóng vai trò cực dùng màng điện mơi:Sio;Sio2,Al203;Ta205.Tuy nhiên khó tạo tụ có điện dung lớn 0,02 F/cm2 - Cuộn cảm: Dùng màng kim loại hình xoắn.Tuy nhiên khó tạo cuộn cảm lớn 5H với kích thước hợp lý.Trong sơ đồ IC, người ta tránh dùng cuộn cảm để không chiếm thể tích - Cách điện phận:Dùng SiO;SiO2;Al2O3 - Có thời,transistor màng mỏng nghiên cứu nhiều để ứng dụng vào IC màng Nhưng tiếc transistor màng chưa đạt đến giai đoạn thực dụng,nếu có triển vọng thực dụng * IC đơn tinh thể(monolithic IC): - Còn gọi IC bán dẫn(semiconductor IC) – IC dùng đế (subtrate) chất bán dẫn (thường Si) trên(hay trong) đế đó, người ta chế tạo transistor, ốt, điện trở , tụ điện Rồi dùng chất cách điện SiO2 để phủ lên che chở cho phận lớp SiO2, dùng màng kim loại để nối phận với - Transistor, ốt phận bán dẫn - Điện trở: Được chế tạo cách lợi dụng điện trở lớp bán dẫn có khuếch tán tạp chất - Tụ điện: Được chế tạo lợi dụng điện dung vùng nối P-N bị phân cực nghịch Đôi người ta thêm thành phần khác thành phần kể để dùng cho mục đích đặc thù Các thành phần chế tạo thành số nhiều chip.Có nhiều mối nối chúng chúng cách ly nhờ mối nối P-N bị phân cực nghịch(điện trở có hàng trăm M) c IC lai (hibrid IC) -61- - Là loại IC lai hai loại - Từ vi mạch màng mỏng (chỉ chứa thành phần thụ đơng), người ta gắn đế thành phần tích cực (transistor, ốt) nơi dành sẵn Các transistor ốt gắn mạch lai khơng cần có vỏ hay để riêng, mà cần bảo vệ lớp men tráng - Ưu điểm mạch lai là:  Có thể tạo nhiều IC(digital hay analog)  Có khả tạo phần tử thụ động có gía trị khác với sai số nhỏ  Có khả đặt đế, phần tử màng mỏng, transistor, ốt loại IC bán dẫn - Thực chế tạo, người ta dùng qui trình phối hợp Các thành phần kỹ thuật planar, thành phần thụ động theo kỹ thuật màng Nhưng trình chế tạo thành phần tác động thụ động thực khơng đồng thời nên đặc tính thơng số thành phần thụ động không phụ thuộc vào đặc tính thơng số thành phần tác động mà phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu, bề dầy hình dáng Ngồi ra, transistor IC loại nằm đế nên kích thước IC thu nhỏ nhiều so với IC chứa transistor rời - IC chế tạo qui trình phối hợp nhiều ưu điểm Với kỹ thuật màng, diện tích nhỏ tạo điện trở có giá trị lớn, hệ số nhiệt nhỏ Điều khiển tốc độ ngưng động màng, tạo màng điện trở với độ xác cao c Phân loại theo Tranzitor có mặt vi mạch - Vi mạch lưỡng cực: tranzitor tích hợp tranzitor lưỡng cực - Vi mạch MOS: tranzitor tích hợp tranzitor MOS d Phân loại theo phần tử tích hợp: - Vi mạch SSI: số phần tử tích hợp < 12 - Vi mạch MSL: số phần tử tích hợp < 100 (medium) - Vi mạch LSI: số phần tử tích hợp < 1000 - Vi mạch VLSI: số phần tử tích hợp >100 - Vi mạch LSI VLSI chủ yếu loại vi mạch MOS 5.2 IC ANALOG -62- - Là loại IC xử lý tín hiệu Analog, loại tín hiệu biến đổi liên tục so với IC digital, loại IC Analog phát triển chậm Một lý IC analog phần lớn mạch chuyên dụng (special use), trừ vài trường hượp đặc biệt OP-AMP (IC khuếch đại thuật toán), khuếch đại video mạch phổ dụng (universal use) Do để thỏa mãn nhu cầu sử dụng, người ta phải thiết kế, chế tạo nhiều loại khác - Công dụng: Dùng để khuếch đại, so sánh, thực phép toán (cộng, vi phân, tích phân) - Ký hiệu: Hình 5.2 Ký hiệu IC Analog (OAmp) 5.3 IC DIGITAL - Là loại IC xử lý tín hiệu số ( Digital signal) Chủng loại IC digital không nhiều, chúng gồm số loại mạch logic gọi cổng logic - Về công nghệ chế tạo IC digital gồm loại : - RTL: resistor-transistor logic - DTL: diode-transistor logic - TTL: transistor-transistor logic - MOS: metal-oxide semiconductor - CMOS: complementary MOS - Hầu hết IC số chế tạo transistor lưỡng cực transistor trường Mỗi IC số dường thực chức hồn chỉnh,nên chúng cần linh kiện mắc thêm ngồi - Cơng dụng: Dùng ghép giao tiếp để phối hợp tổng trở, tăng mức dòng áp kích từ mạch điều khiển đến mạch ngoại vi - Ký hiệu: có nhiều ký hiệu, bao gồm cổng AND, OR, NOT, NOR, NAND -63- Hình 5.3 Ký hiệu IC Digital ( loại cổng NAND) 5.4 IC CHUYỂN MẠCH SW - Là loại IC dùng thay cho cơng tắc chuyển mạch, thực chất chuyển mạch điện tử có điều khiển lệnh tự động 5.5 IC ỔN ÁP THAM SỐ - Loại IC nhận ngõ vào điện chiều khơng ổn định (dợn sóng) tạo lối điện cố định - Họ vi mạch ổn áp dương 78XX Ví dụ: 7805 – điện cố định + 5V 7808 – điện cố định + 8V 7815 – điện cố định + 15V - Họ vi mạch ổn áp âm 79XX Ví dụ: 7805 – điện cố định - 5V 7808 – điện cố định - 8V 7815 – điện cố định - 15V CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Câu 1: Em nêu khái niệm IC Câu 2: Nêu cách phân loại IC Câu 3: Nêu đặc điểm loại IC thông dụng -64- Chương 6: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN KHÁC 6.1 THYRISTOR – SCR (SCR - SILICON CONTROLLED - RECTIFIER) 6.1.1 Cấu tạo ký hiệu SCR cấu tạo lớp bán dẫn PNPN ghép liên tiếp, xen kẽ (có nối PN) Như tên gọi ta thấy SCR ốt chỉnh lưu kiểm soát cổng silicium Các tiếp xúc kim loại tạo cực Anod A, Katot K cổng G Hình 6.1 Cấu tạo ký hiệu, mạch tương đương SCR 6.1.2 Nguyên lý làm việc: Hình 6.2 Nguyên lý làm việc SCR -65- Nếu ta mắc nguồn điện chiều V AA vào SCR dòng điện nhỏ IG kích vào cực cổng G làm nối PN cực cổng G catot K dẫn dòng điện anod IA qua SCR lớn nhiều Nếu ta đổi chiều nguồn V AA (cực dương nối với catod, cực âm nối với anod) khơng có dòng điện qua SCR cho dù có dòng điện kích IG Như ta hiểu SCR ốt có thêm cực cổng G để SCR dẫn điện phải có dòng điện kích IG vào cực cổng Ta thấy SCR coi tương đương với hai transistor PNP NPN Dòng điện IG tạo dòng cực thu IC1 lớn hơn, mà IC1 lại dòng IB2 transistor PNP T2 nên tạo dòng thu IC2 lại lớn trước… Hiện tượng tiếp tục nên hai transistor nhanh chóng trở nên bão hòa Dòng bão hòa qua hai transistor dòng anod SCR Dòng điện tùy thuộc vào VAA điện trở tải RA Người ta ngắt SCR cách cắt nguồn VAA giảm VAA cho dòng điện qua SCR nhỏ trị số 6.1.3 Đặc tuyến Volt-Ampere SCR: Đặc tuyến trình bày biến thiên dòng điện anod I A theo điện anod- catod VAK với dòng cổng IG coi thơng số Khi SCR phân cực nghịch có dòng điện rỉ nhỏ chạy qua SCR Khi SCR phân cực thuận (điện anod dương hơ n điện catod), ta nối tắt (hoặc để hở) nguồn V GG (IG=0), VAK nhỏ, có dòng điện nhỏ chạy qua SCR (trong thực tế người ta xem SCR không dẫn điện), VAK đạt đền trị số (tùy thuộc vào SCR) gọi điện quay VBO điện VAK tự động sụt xuống khoảng 0,7V ốt thường Dòng điện tương ứng dòng điện trì IH Từ bây giờ, SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện có đặc tuyến gần giống ốt thường Nếu ta tăng nguồn VGG để tạo dòng kích IG, ta thấy điện quay nhỏ dòng kích IG lớn, điện quay VBO nhỏ -66- Hình 6.3 Đặc tuyến Volt-Ampere SCR 6.1.4 Các thông số SCR: Sau thơng số kỹ thuật SCR - Dòng thuận tối đa: Là dòng điện anod IA trung bình lớn mà SCR chịu đựng liên tục - Điện ngược tối đa: Đây điện phân cực nghịch tối đa mà chưa xảy hủy thác (breakdown) - Đây trị số VBR hình trờn SCR chế tạo với điện nghịch từ vài chục volt đến hàng ngàn volt - Dòng chốt (latching current): Là dòng thuận tối thiểu để giữ SCR trạng thái dẫn điện sau SCR từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn - Thời gian mở (turn - on time): Là thời gian từ lúc bắt đầu có xung kích đến lúc SCR dẫn gần bảo hòa Thởi gian mở khoảng vài µS Như vậy, thời gian diện xung kích phải lâu thời gian mở - Thời gian tắt (turn - off time): Để tắt SCR, người ta giảm điện V AK xuống 0Volt, tức dòng anod Thế ta hạ điện anod xuống tăng lên SCR dẫn điện mặc dự khụng cú dũng kớch Thời gian tắt SCR thời gian từ lỳc điện VAK xuống đến lúc lên cao trở lại mà SCR không dẫn điện trở lại Thời gian lớn thời gian mở, thường khoảng vài chục µS Như vậy, SCR linh kiện chậm, hoạt động tần số thấp, tối đa khoảng vài chục KHz -67- 6.1.5 Các loại SCR Một số SCR thiết kế dùng để điều khiển pha, số SCR khác thiết kế dùng để chuyển mạch tốc độ cao Đăc tính quan trọng SCR lượng dòng xử lý Loại SCR dòng nhỏ có khả xử lý dòng / áp cực đại khơng lớn 1A / 100V Loại SCR dòng trung bình xử lý dòng / áp cực đại không lớn 10A / 100V Khả SCR xử lý cực đại dòng lớn lên tới vài nghìn ampe với điện áp vài nghìn vơn SCR dòng nhỏ bao gói plastic kim loại, loại SCR dòng trung bình dòng lớn có gắn thêm phần toả nhiệt Dòng nhỏ Dòng trung bình Dòng lớn Hình 6.4 Các loại SCR 6.1.6 Mạch điện ứng dụng SCR a Chuyển mạch khoá Mạch sử dụng SCR để cấu trúc thành mạch khoá đơn giản S chuyển mạch tức thời, loại chuyển mạch nút nhấn thường mở, S chuyển mạch tức thời, loại chuyển mạch nút nhấn thường đóng Khi S nhấn vào nhả ra, xung nhỏ dòng vào cực cổng SCR, SCR chuyển sang trạng thái dẫn Sau dòng chảy qua tải Tải tiếp tục nhận dòng S2 nhấn, thời điểm SCR ngưng dẫn Điện trở cực cổng hoạt động để xác lập áp /dòng khởi động SCR V+ S2 Thêng ®ãng S1 Thêng më Tai RG SCR Hình 6.5 Mạch khố chuyển mạch dùng SCR -68- b Chỉnh lưu điều chỉnh: Trong mạch, SCR dùng để chỉnh lưu tín hiệu hình sin, thường dùng để cấp lượng cho tải Khi dạng sóng sin đặt vào cực cổng, SCR dẫn cực anôt cực cổng nhận phần điện áp dương dạng sóng sin (điện áp khởi động cung cấp tăng vượt ngưỡng) Một SCR dẫn, dạng sóng chảy qua anôt catôt, lượng cấp cho tải suốt q trình dẫn Khi phần sóng âm sóng sin vào SCR, SCR hoạt động giống điôt định thiên ngược, SCR ngưng dẫn R1 tăng có ảnh hưởng làm giảm dòng / áp cung cấp cho cực cổng SCR Điều gây trễ thời gian dẫn anơt - catơt Do đó, ta điều khiển tỉ số chu kỳ thời gian SCR dẫn, có nghĩa điều khiển cơng suất tiêu tán trung bình điện trở tải điều chỉnh Ưu điểm việc sử dụng biến trở để điều khiển dòng chảy qua SCR không bị tiêu hao nhiệt R1 AC V V ngn AC SCR Rt V t¶i Hình 6.6: Mạch chỉnh lưu có khả điều chỉnh 6.2 TRIAC 6.2.1 Khái niệm TRIAC TRIAC tương tự SCR, linh kiện hoạt động chuyển mạch điều khiển điện, không giống SCR, TRIAC thiết kế dòng qua theo hai hướng, làm cho TRIAC thuận tiện ứng dụng TRIAC có ba cực, cực cổng hai cực dẫn gọi MT1 MT2 Khi dò TRIAC ng / áp đặt vào cực cổng, trì trạng thái ngưng dẫn Tuy vậy, điện áp khởi động đặt vào cực cổng, linh kiện dẫn Để TRIAC ngưng dẫn, phải khử dòng / áp cực cổng -69- TRIAC sử dụng mạch điều khiển môtơ, mạch ánh sáng mờ, mạch điều khiển pha mạch chuyển mạch công suất AC khác TRIAC sử dụng để thay cho rơle khí Cỉng MT2 MT1 MAC15A6 Hình 6.7: Ký hiệu TRIAC Hoạt động TRIAC giải thích sau: Hình giới thiệu mơ hình silicon loại n / loại p TRIAC Linh kiện lắp ráp hai SCR đảo chiều đặt song song với Mạch tương đương mô tả cách làm việc TRIAC TRIAC ngưng dẫn: Khi sử dụng mạch tương đương, khơng có dòng / áp đặt vào cực cổng, cổng SCR khơng có điện áp khởi động, dòng khơng thể chảy qua MT1 MT2 TRIAC dẫn: Khi có dòng/ áp khởi động đặt vào cổng, hai SCR nhận điện áp đủ lớn để khởi động cho mạch dẫn Một hai SCR dẫn, dòng chảy theo hướng từ MT1 đến MT2 từ MT2 đến MT1 Nếu loại bỏ điện áp cổng, hai SCR chuyển sang trạng thái ngưng dẫn, dạng sóng AC đặt vào MT1 MT2 qua điện áp zêrô "MT2" MT2 Cæng Cổng MAC15A6 Tương đương với SCR SCR MT1 "Cỉng" Hình 6.8: Mạch tương đương TRIAC -70- "MT1" 6.2.2 Các loại TRIAC Dòng nhỏ Dòng lớn Hình 6.9: Các loại TRIAC 6.2.3 Các mạch ứng dụng TRIAC: a Chuyển mạch đơn giản Rtai R0 MAC15A6 Hình 6.10: Chuyển mạch đơn giản dùng Triac Mạch đơn giản giới thiệu TRIAC hoạt động phép ngăn cản dòng đến tải Khi hở mạch chuyển mạch cơ, khơng có dòng vào mạch, TRIAC trì trạng thái ngưng dẫn khơng có dòng qua tải Khi kín mạch chuyển mạch cơ, dòng nhỏ trượt qua RG, kích hoạt cho TRIAC dẫn (cung cấp dòng cổng áp cổng tăng vượt qua đòi hỏi khởi động TRIAC) Bây dòng xoay chiều qua TRIAC qua tải Nếu chuyển mạch lại hở mạch, TRIAC ngưng dẫn, dòng bị ngăn khơng cho qua tải b Mạch chỉnh lưu kép: Hình 6.11: Mạch chỉnh lưu kép -71- TRIAC với chiết áp, tụ điện sử dụng để cấu tạo nên mạch chỉnh lưu toàn chu kỳ điều chỉnh Điện trở R chiết áp xác lập thời gian TRIAC kích hoạt đến trạng thái dẫn Khi tăng làm cho TRIAC kích hoạt trễ dẫn đến dạng sóng bị xén Dung lượng tụ C làm cho dạng sóng bị xén (tụ lưu trữ điện tích đạt điện áp khởi động TRIAC, thời điểm đó, tụ phóng điện tích) Các dạng sóng bị xén lượng đưa đến tải giảm 6.3 DIAC 6.3.1 Khái niệm: DIAC thyristo có hai cực, chuyển mạch dòng khơng cần đến tín hiệu cổng Các linh kiện dẫn điện áp qua cực đạt đến điện áp đánh xuyên Đi ốt bốn lớp giống SCR khơng có cực cổng thiết kế để chuyển mạch DC DIAC giống transistor PNP khơng có cực base thiết kế để chuyển mạch AC DIAC thường sử dụng để hỗ trợ SCR TRIAC khởi động xác Ví dụ, cách sử dụng DIAC để khởi động cực cổng TRIAC, tránh cho TRIAC khởi động không đảm bảo độ tin cậy tính khơng ổn định, dẫn đến thay đổi nhiệt độ Khi điện áp qua DIAC đạt điện áp đánh xuyên, DIAC đột ngột phóng xung điện vào cổng TRIAC Ký hiệu DIAC: Hình 6.12 Ký hiệu DIAC 6.3.2 Mạch ứng dụng TRIAC-DIAC a Mạch đèn mờ AC Hình 6.13 Mạch đèn mờ AC -72- Mạch sử dụng làm đèn mờ gia đình DIAC hoạt động để đảm bảo khởi động TRIAC xác DIAC hoạt động chuyển mạch dòng qua điện áp qua cực DIAC đạt trị điện áp đánh xuyên Một đạt điện áp đánh xuyên, DIAC giải phóng xung dòng Tuy nhiên, dòng đủ lớn qua điện trở điện tích tăng lên tụ để điện áp tăng vượt điện áp khởi động, DIAC đột ngột giải phóng điện tích vào cực cổng TRIAC Lúc TRIAC dẫn làm cho đèn sáng Sau tụ phóng điện đến điện áp đánh xuyên DIAC, DIAC ngưng dẫn, làm cho TRIAC ngưng dẫn đèn tắt, chu kỳ lại lặp lại Đèn lúc sáng (hoặc sáng mờ mức đó) chu kỳ dẫn / ngưng dẫn xảy nhanh, độ sáng đèn R2 điều khiển b Mạch điều khiển mơtơ AC Mơtơ AC Hình 6.14: Mạch điều khiển mơtơ AC Mạch có cấu trúc gần giống với mạch đèn mờ, bổ sung thêm phần mạch R2C2 Tốc độ môtơ điều chỉnh chiết áp R1 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Câu 1: Em cho biết cấu tạo, ký hiệu nguyên lý làm việc linh kiện: Thyristor, Triac, Diac Câu 2: Phân tích số mạch điện ứng dụng linh kiện Thyristor, Triac, Diac -73- TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình: Linh kiện điện tử - Tác giả: Nguyễn Viết Nguyên - NXB Giáo dục – năm 2009 Giáo trình: Điện tử - Tác giả: Đỗ Xuân Thụ - NXB Giáo dục – năm 2007 Giáo trình: Điện tử - Tác giả: Đỗ Thanh Hải - NXB Khoa học KT – năm 2002 TL Sổ tay tra cứu linh kiện điện tử - Tác giả: Nguyên Tân Phước - NXB Khoa học KT – năm 2004 TL Sổ tay tra cứu IC - Tác giả: Dương Minh Trí - NXB TP HCM – năm 1991 -74- ... sau: nguyên tử asen có năm điện tử lớp ngồi cùng, nên có điện tử asen kết hợp với bốn điện tử liên kết asen bốn nguyên tử gecmani, điện tử thứ năm thừa Nó khơng bị ràng buộc với ngun tử gecmani... động điện trường E, điện tử thừa cặp điện tử - lỗ trống di chuyễn lộn xộn phải di chuyển theo hướng định: điện tử chạy ngược chiều điện trường lỗ trống chạy chiều điện trường Nhờ mạch có dòng điện. .. ngun tử gécmani có bốn điện tử ngồi Nó liên kết với bốn ngun tử chung quanh Tạo thành 08 điện tử lớp Mối liên kết bền vững Cho nên nhiệt độ khơng có thừa điện tử tự do, khơng có khả dẫn điện