giao trinh linh kien dien tu Chương 6 LINH KIỆN CÓ VÙNG ĐIỆN TRỞ ÂM

giao trinh linh kien dien tu

Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Chương LINH KIỆN CÓ VÙNG ĐIỆN TRỞ ÂM 6.1 Đại cương Trong chương trước giới thiệu linh kiện điện tử bán dẫn diode, transistor mối nối lưỡng cực, transistor hiệu ứng trường, chương giới thiệu linh kiện điện tử bán dẫn đặc tuyến có vùng I tăng V giảm – vùng điện trở âm 6.2 Transistor đơn nối (Uni Junction Transistor  UJT) 6.2 Cấu tạo B2 B2 E N E B1 Nhôm B1 Hình 6.1 Transistor đơn nối gồm bán dẫn loại N pha tỉ lệ thấp Hai cực kim loại nối vào hai đầu bán dẫn loại N gọi cực B B2 Một dây nhôm nhỏ có đường kính nhỏ cỡ 0,1 mm khuếch tán vào N tạo thành vùng chất P có mật độ cao, hình thành mối nối P-N dây nhôm bán dẫn, dây nhôm nối chân gọi cực phát E 6.2.2 Đặc tuyến R2 RE E B2 B1 + VDC B2 E + B VCC B1 R1 Hình 6.2 76 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Một transistor đơn nối vẽ mạch tương đương gồm điện trở RB1 RB2 nối từ cực B1 đến cực B2 gọi chung điện trở RBB diode nối từ cực E vào bán dẫn điểm B Ta có : RBB =RB1 + RB2 Điểm B thường gần cực B2 nên RB1 > RB2 Mỗi transistor đơn nối có tỉ số điện trở khác gọi  = R B1 ; ( =0,5  0,8) R BB Khi cực E có V1 = 0V RBB có trị số từ vài k đến 10k, lúc IB là: IB= R BB VBB VBB   R  R R BB (Vì R1 , R2 VE nên diode EB bị phân cực nghịch có dòng điện rỉ từ B  E, dòng điện rỉ trị số nhỏ Khi tăng điện VE từ 0V trở lên dòng điện rỉ giảm dần VE = VB dòng điện rỉ = Nếu tiếp tục tăng VE lên mức điện ngưỡng diode EB để đạt trị số điện đỉnh VP=VB+V diode EB phân cực thuận nên dẫn điện dòng IE tăng lên cao Do vùng bán dẫn P diode EB có mật độ cao, diode EB phân cực thuận lỗ trống từ P đỗ dồn sang bán dẫn N, kéo điện tử từ cực âm nguồn VBB vào cực B1 tái hợp với lổ trống Lúc hạt tải bán dẫn N tăng cao đột ngột làm cho điện trở RB1 giảm xuống VB bị giảm xuống kéo theo VE giảm xuống lại làm cho dòng IE tăng cao Trong khoảng điện VE bị giảm dòng điện IE lại tăng nên người ta gọi vùng điện trở âm Khi RB1 giảm điện trở liên RBB bị giảm dòng IB tăng lên gần hai lần trị số ban đầu điện trở liên xem R BB  RB2 VBB IB= R B2 77 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Dòng điện IE tiếp tục tăng điện VE giảm đến trị số thấp điện thung lũng VV (valley) dòng điện IE VE tăng lên đặc tuyến diode thông thường Vùng gọi vùng bão hoà IE Vùng bảo hòa Vùng điện trở âm IV Ip VV VB VP VE Hình 6.3.Đặc tuyến UJT 6.2.3 Các thông số Transistor đơn nối có thông số kỹ thuật quan trọng cần biết sử dụng tính toán là: a Điện trở lên RBB: Là trị số điện trở hai cực B1 B2 cực E để hở Trị số RBB khoảng vài k đến 10k b Tỉ số : Theo định nghóa = R B1 , thông thường  = 0,5  0,8 Từ giá trị  R BB tính đựơc điện điểm B hai điện trở RB1 RB2 theo công thức: VB = R B1 VBB = VBB R BB c Điện đỉnh VP: Điện đỉnh Vp điện tối thiểu để phân cực thuận diode EB hai cực B1, B2 nối vào nguồn VBB Vp = VB +V = VBB +V d.Dòng điện tỉnh IP: Dòng điện tỉnh Ip dòng điện IE ứng với VE điện đỉnh Vp Dòng Ip thường có trị số nhỏ khoảng vài chục A e.Điện thung lũng VV: 78 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Là điện cực phát VE giảm xuống thấp sau phân cực thuận diode EB Điện VV có trị số khoảng vài volt f Dòng điện thung lũng IV: Dòng điện thung lũng IV dòng điện IE ứng với điện VE điện thung lũng VV Thường dòng điện IV có trị số lớn so với Ip (Iv khoảng vài mA trở lên) g Công suất tiêu tán Ppmax: công suất nhiệt lớn mà UJT chịu có dòng điện qua, lớn trị số UJT bị hư 6.2 Ứng dụng +V cc R50K R2 200 E B2 B1 C1 01 R1 100 Hình 6.4 Do UJT có tính chất đặc biệt VE < VP dòng IE = dòng IB nhỏ, VE = VP dòng IE tăng cao đột ngột dòng IB tăng lên khoảng gấp đôi nên UJT thường dùng mạch tạo xung Mạch hình vẽ có điện trở R1, R2 để nhận tín hiệu xung (R2 có tác dụng ổn định nhiệt cho điện đỉnh VP), tụ điện C điện trở mạch nạp để tạo điện tăng dần cho cực E Khi thay đổi trị số điện trở R thay đổi số thời gian nạp xả tụ Ta có : RB1 = RBB = 0,6 10k = 6k RB2 = RBB –RB1 =10k – 6k = 4k Khi đóng điện tụ C coi nối tắt nên VE = 0V Lúc diode EB bị phân cực ngược nên có dòng IB từ nguồn VCC xuống masse 79 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Dòng IB = VCC R P  R B1  R B2  R IB = VCC 10 = 1(mA) 100  10k  200 R  R BB  R Điện cực nền: VB1 = IB.R1 = 1.100 = 0,1 (V) (0V) VB2 = VCC - IBR2 = 10V – 1.200  9,8 V (Vcc) Điện điểm B bán dẫn: VB = VCC R  R B1 100  6k = 10  6(V) 100  10k  200 R  R BB  R Khi tụ điện C nạp điện qua R làm điện tăng lên đến trị số đỉnh Vp diode EB dẫn điện Vp = VB + V = + 0,6 = 6,6 (V) Khi diode EB dẫn điện, lỗ trống từ cực E đổ sang bán dẫn làm RB1 giảm trị số nên VB giảm kéo theo VE giảm làm tụ xả điện qua diode EB điện trở RB1 xuống masse VE VP t VV t1 t2 VB2 t VB1 t Hình 6.5 Khi RB1 giảm  IB tăng gần gấp đôi ( mA) nên điện thế: VB2 = VCC - IB R2 = 10 – 2.200  9,6 (V) 80 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Ở cực B2 có xung âm với biên độ 9,6 –9,8 = -0,2 (V) Đồng thời lúc dòng điện qua RB1 R1 IB IE tụ xả nên điện VB1 tăng cao Cực B1 có xung dương biên độ lớn xung âm cực B2 nhiều lần IE có trị số lớn IB Khi tụ C xả điện từ điện Vp xuống trị số VV diode EB ngưng dẫn hai cực B1, B2 không xung Xung hai cực B1, B2 có dạng xung nhọn dương âm Sau tụ xả xong điện chân trở lại bình thường tụ C lại nạp điện qua R, tượng tiếp tục Tần số dao động mạch: Khi vừa đóng điện tụ nạp điện từ 0V lên đến Vp sau tụ xả điện đến VV Những lần sau tụ nạp từ VV đến VP lại xả từ điện VP xuống VV Thời gian nạp xả tụ tính hai điện Tụ C nạp điện theo công thức: VC = VV + (VCC - VV) (1- e VC = VCC + (VCC - VV) e   t RC ) t RC t1 thời gian để tụ nạp từ VV lên VP Khi VC = VP :  VP = VCC – (VCC –VV) e  VCC  VV e  t1  e RC  e t1 RC   t1 RC  t1 RC  VCC  VP VCC  VP VCC  VV VCC  VV VCC  VP  t  RC ln VCC  VV VCC  VP Tụ C xả điện theo công thức: t VC  VP e R B1  R1 C t2 : thời gian để tụ xả từ VP  VV, VC = VV  t2  VV  VP e RB1 R1 C 81 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm  t  R B  R C ln VP VV Chu kỳ dao động là: T = t nạp + txả = t1 + t2 Trường hợp (RB1 + R1)C có trị số nhỏ coi T  t1, đồng thời VV IG1 > IG 6.3.4 Các thông số kỹ thuật SCR a Dòng điện thuận cực đại: Đây trị số lớn dòng điện qua SCR mà SCR chịu đựng liên tục, trị số SCR bị hư Khi SCR dẫn điện VAK khoảng 0,7V nên dòng điện thuận qua SCR tính theo công thức: IA  VCC  0,7 RA b Điện áp ngược cực đại Đây điện áp ngược lớn đặt A K mà SCR chưa bị đánh thủng, vượt qua trị số SCR bị phá hủy Điện áp ngược cực đại SCR thường khoảng 100V đến 1000V c Dòng điện kích cực tiểu: IGmin Để SCR dẫn điện trường hợp điện áp V AK thấp phải có dòng điện kích cho cực G SCR Dòng IGmin trị số dòng kích nhỏ đủ để điều khiển SCR dẫn điện dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc công suất 84 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm SCR, SCR có công suất lớn IGmin phải lớn Thông thường IGmin từ 1mA đến vài chục mA d Thời gian mở SCR Là thời gian cần thiết hay độ rộng xung kích để SCR chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, thời gian mở khoảng vài micrô giây e Thời gian tắt Theo nguyên lý SCR tự trì trạng thái dẫn điện sau kích Muốn SCR trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng phải cho IG = cho điện áp VAK = để SCR tắt thời gian cho VAK = OV phải đủ dài, không VAK tăng lên cao lại SCR dẫn điện trở lại Thời gian tắt SCR khoảng vài chục micrô giây 6.3.5 Ứng dụng SCR M D R1 10 0K 1K Vs = 220v VR R2 4,7K S CR + C R3 1K - Hình 6.10 Trong mạch điện động M động vạn năng, loại động dùng điện AC hay DC Dòng điện qua động dòng điện bán kỳ dương thay đổi trị số cách thay đổi góc kích dòng IG Khi SCR chưa dẫn chưa có dòng qua động cơ, diode D nắn điện bán kỳ dương nạp vào tụ qua điện trở R1 biến trở VR Điện áp cấp cho cực G lấy tụ C qua cầu phân áp R2 - R3 Giả sử điện áp đủ để kích cho cực G V G = 1V dòng điện kích IGmin = 1mA điện áp tụ C phải khoảng 10V Tụ C nạp điện qua R qua VR với số thời gian : T = (R1 + VR)C Khi thay đổi trị số VR làm thay đổi thời gian nạp tụ tức thay đổi thời điểm có dòng xung kích IG làm thay đổi thời điểm dẫn điện SCR tức thay đổi dòng điện qua động làm cho tốc độ động thay đổi 85 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Khi dòng AC có bán kỳ âm diode D SCR bị phân cực nghịch nên diode ngưng dẫn SCR chuyển sang trạng thái ngưng dẫn VA + + - t - IG t VM + + t Hình 6.11 6.4 DIAC (Diode Alternative Current) 6.4.1 Cấu tạo A1 A1 A N1 N1 P1 P1 P1 N2 N2 N2 P2 P2 P2 T4 N3 N3 T1 T3 T2 A A2 A2 Hình 6.12 DIAC có cấu tạo gồm lớp PNPN, hai cực A1 A2, cho dòng chảy qua theo hai chiều tác động điện áp đặt hai cực A1 A2 Ký hiệu: A1 A2 6.4.2 Đặc tuyến R A1 R + A1 V cc V cc A2 86 + A2 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Hình 6.13 ID VD -VBO VBO Hình 6.14 Khi A1 có điện dương J1 J3 phân cực thuận J2 phân cực ngược VCC có giá trị nhỏ DIAC trạng thái ngưng dẫn (khóa) Nếu tăng V CC đủ lớn để VD = VBO DIAC chuyển sang trạng thái mở, dòng qua DIAC tăng nhanh, có đặc tuyến hình vẽ Khi A1 có điện âm tượng tương tự VBO (Beak over) : điện ngập, dòng điện qua DIAC điểm VBO dòng điện ngập IBO Điện áp VBO có trị số khoảng từ 20V đến 40V Dòng tương ứng IBO có trị khoảng từ vài chục microampe đến vài trăm microampe Người ta thường dùng DIAC để kích cổng TRIAC 6.5 TRIAC (Triode Alternative Current) 6.5 Cấu tạo TRIAC linh kiện bán dẫn có ba cực, bốn lớp, làm việc SCR mắc song song ngược chiều, dẫn điện theo hai chiều B1 B2 G N1 P1 P1 N2 N2 P2 P2 N3 G B1 87 B2 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Hình 6.15.Cấu tạo TRIAC Có bốn tổ hợp điện mở TRIAC cho dòng chaûy qua: B2 G + Xung + + Xung - Xung - Xung + dòng điện chạy từ B2 sang B1 dòng điện chạy từ B1 sang B2 6.5.2 Đặc tuyến TRIAC có đặc tuyến Volt - Ampe gồm hai phần đối xứng qua gốc O, phần tương tự đặc tuyến thuận SCR IB IG2 IG1 IG = -VBo VBo Hình 6.16.Đặc tuyến TRIAC 88 VB1B2 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm 6.5.3 Ứng dụng TAI R T RIAC V = 220v C R Hình 6.17 Đây mạch điều khiển dòng điện qua tải dùng TRIAC, DIAC kết hợp với quang trở Cds để tác động theo ánh sáng Khi Cds chiếu sáng có trị số điện trở nhỏ làm điện nạp tụ C thấp DIAC không dẫn điện, TRIAC không kích nên dòng qua tải Khi Cds bị che tối có trị số điện trở lớn làm điện tụ C tăng đến mức đủ để DIAC dẫn điện TRIAC kích dẫn điện cho dòng điện qua tải Tải loại đèn chiếu sáng lối hay chiếu sáng bảo vệ, trời tối đèn tự động sáng 89 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm 90 ... tác động điện áp đặt hai cực A1 A2 Ký hiệu: A1 A2 6. 4.2 Đặc tuyến R A1 R + A1 V cc V cc A2 86 + A2 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Hình 6. 13 ID VD -VBO VBO Hình 6. 14 Khi A1 có điện dương... d.Dòng điện tỉnh IP: Dòng điện tỉnh Ip dòng điện IE ứng với VE điện đỉnh Vp Dòng Ip thường có trị số nhỏ khoảng vài chục A e .Điện thung lũng VV: 78 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Là điện. .. t Hình 6. 5 Khi RB1 giảm  IB tăng gần gấp đôi ( mA) nên điện thế: VB2 = VCC - IB R2 = 10 – 2.200  9 ,6 (V) 80 Chương 6: Linh kiện có vùng điện trở âm Ở cực B2 có xung âm với biên độ 9 ,6 –9,8