Thyristor ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu khieån coâng suaát treân taûi, ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô… Coøn UJT ñöôïc söû duïng nhö laø linh kieän taïo xung kích cho thyristor, maïch dao ñ[r]
(1)Bài : THYRISTOR VÀ UJT (UJT: Uni – Junction Transistor)
Đây loại linh kiện cấu tạo lớp bán dẫn Loại linh kiện có hai loại chính: loại thứ họ thyristor bao gồm Shockley diode, SCR, SCS, Diac Triac; loại thứ hai UJT
Thyristor sử dụng để điều khiển công suất tải, điều khiển tốc độ động cơ… Còn UJT sử dụng linh kiện tạo xung kích cho thyristor, mạch dao động mạch định thời…
I Shockley Diode:
Shockley diode loại thyristor cực Cấu tạo linh kiện gồm lớp bán dẫn tạo thành cấu trúc pnpn có dạng hình vẽ
Khi đặt vào nguồn có cực hình Mối nối BE Q1
Q2 bị phân cực thuận mối nối BC Q1 Q2 bị phân cực
nghịch Khi giá trị điện áp phân cực bé Ta có:
( ) 1
1 1 1 1 1 1
1 E CBO
B CBO E E B CBO C E B I I I I I I I I I I I − − = − − = − − = α α
( )
1 1 A CBO
B I I
I = − −
⇒ α
2
2
2 E CBO K CBO
C I I I I
I =α + =α +
maø IB1 ≡IC2 vaø IA ≡IK
( 2)
1 α α + − + =
⇒ CBO CBO A I I I Moái noái p p n
n nối 3Mối Mối nối Anode Cathode Cathode Anode Ký hieäu 3
V C C +VCC
IC2 = IB1 IA = IE1
IC1 = IB2
(2)trong điều kiện này, α bé Vì mức điện thấp dòng điện IA
bé nên trạng thái tắt hay khóa mở Khi VAK tăng IA tăng dần α1
α2 tăng lên Tại điểm α1 + α2 = IA có giá trị lớn
Tại điểm VAK = VBR, transistor bên bão hịa Khi VAK
giảm đột ngột VBE + VCE(sat)
Shockley diode vào vùng dẫn thuận (khóa đóng)
Diode tiếp tục dẫn, dẫn dòng IA giảm nhỏ
mức ngưỡng IH diode tắt
Dòng điện chuyển mạch IS giá trị IA diode chuyển từ
vùng phân cực thuận tắt sang vùng phân cực thuận dẫn ( IS≤ IH )
II SCR: (Silicon – Controlled Rectifier)
SCR loại linh kiện lớp bán dẫn pnpn tương tự Shockley diode có cực: Anode, Cathode Gate
SCR sử dụng nhiều ứng dụng điều khiển động cơ, mạch tạo trễ, điều khiển nhiệt độ, điều khiển pha, điều khiển relay…
Mạch tương đương SCR:
72 IH
0 VBR On
Off
VAK IA
Đặc tuyến làm việc
p p n n
Anode
Cathode Gat
e
A
K
G
Ký hiệu R → ∞
K
A A
K Ở trạng thái tắt
R →
A
K
A
K Ở trạng thái dẫn
p p n n
A
C G
1
2
3
3
2
1
A
K G
Q1
(3)SCR dẫn: IG = 0, SCR giống Shockley diode trạng thái tắt
Khi kích xung dương vào cực G, Q1 Q2 dẫn
ID2 kích Q2 dẫn, cung cấp dòng IB1 kích Q1 dẫn Khi Q1 dẫn (dòng IC1≡
IB2) cung cấp IB2 cho Q2 để Q2 tiếp tục dẫn khơng có xung kích (IG =
0) Vì vậy, ta thấy Q2 dẫn bão hòa cung cấp IB1 cho Q1 Ngược lại
Giống Shockley diode, SCR dẫn mà không cần xung kích VAK > VBR (forward Breakover) Điện VBR giảm IG
càng tăng Dòng IG điều khiển giá trị điện áp VBR để SCR dẫn
Mặc dù VAK > VBR không phá hỏng linh kiện doøng
IG bị giới hạn Nên để SCR dẫn ta cần kích xung cực G SCR tắt:
Sau kích IG = 0, SCR tiếp tục dẫn Dòng IA phải giảm nhỏ giá trị
ngưỡng IH để SCR tắt Có hai cách để SCR tắt:
IA = (ngắt dòng IA ) Bằng cách sau:
2
3
3
2
1
V C C
RA
Q2 Q1
IG = G
Ta ét Ta
ét
K A
RA
V C C
A
K mạchHở
1
2
3
3
2
1
V C C
RA
Q2 Q1
G
K A
IG IA
IB1 IB2
RA
V C C
A
K Ngắn mạch
1
2
3
3
2
1
V C C
RA
Q2 Q1
K A
IG =
IA
IB1 IB2
RA
V C C
A
K Ngắn mạch G
V C C
G
RA IA =
0
V C C
(4) Chuyển mạch cưỡng bức: SCR dẫn, tạo dòng qua SCR theo hướng ngược lại cho dòng điện tổng qua SCR < IH SCR tắt
Đặc tuyến SCR:
VBR giá trị điện áp VAK mà SCR vào vùng dẫn thuận VBR lớn
nhất IG = 0, IG tăng lên VBR giảm bước tương ứng
74
V C C
RK G
IA
S
SCR daãn
V C C
RK G
IA
S
SCR tắt
Vùng khóa nghịc
h
Vùng khóa thuậ
n
VBR
VBD IH V
F (VAK)
IF
Vùng đánh thủn
g
Vùng dẫn thuận
IA
VAK IH0
IH1
IG = IG1>IG
2
IG2>IG1
VBR0 VBR1 VBD
(5)IH giá trị dòng IA < IH để SCR chuyển từ vùng dẫn thuận sang vùng
khóa thuận IH tăng IG giảm lớn IG =
III SCS: (Silicon – Controlled Switch)
SCS có cấu trúc giống SCR có cực điều khiển Cathode gate Anode gate SCS tắt hay dẫn tùy thuộc vào mức xung kích vào cực
SCS dẫn: kích xung kích dương vào GK kích
xung âm vào GA
SCS tắt: SCS dẫn ta kích xung âm vào GK
kích xung dương vào GA SCS tắt Ta dùng cách
giống SCR làm cho IA =
Ứng dụng: SCR SCS có ứng dụng tương tự SCS có thời gian tắt nhanh cơng suất dịng áp nhỏ so với SCR SCS chủ yếu đếm, ghi mạch định thời
IV Diac Triac:
1 Diac:
Diac dẫn chiều có cấu tạo lớp bán dẫn
Diac dẫn điện áp hai cực > VBR hai chiều Dịng điện qua
diac có chiều tùy thuộc vào cực tính điện áp đặt vào cực Diac tắt dịng điện qua giảm nhỏ IH
75 Ký
hiệu
GA GK
A
K
1
2
3
3
2
1 G
A
GK A
K Mạch tương đương
V C C
1
2
3
3
2
1
GA GK
A
K Q1
Q2 VCC
n A1
A2 p p
n
A1
A2 Cấu
tạo Ký hiệu
I
V IH
-IH VBR -VBR
1
2
3
3
2
1
1
2
3 3
2
1
Q1
Q2
Q3
Q4 A
(6)Mạch tương đương:
Điện trở liên nền: RBB = RB1 + RB2
Giá trị RB1 thay đổi nghịch đảo với dòng IE nên RB1 biến trở, giá trị
RB1 thay đổi từ vài chục Ω đến vài chục KΩ
BB B B
R V
R R V B = ×
2
1
Tỷ số
BB B R R 1
=
η : VEB1<VRB1+Vpn mối nối PN phân cực nghịch IE = Giá
trị điện VE để mối nối BE phân cực thuận gọi VP
pn BB
P V V
V =η +
Khi VEB1 = VP, mối nối PN phân cực thuận IE# Lỗ trống bên P qua N,
kéo điện tử từ cực âm nguồn VBB vào cực B1 tái hợp với lỗ trống Lúc
đó, hạt dẫn n tăng cao đột ngột làm cho RB1 giảm xuống, kéo VE giảm
xuống làm cho IE tăng leân
Trong khoảng này, điện áp VE bị giảm dòng điện IE lại tăng lên nên
người ta gọi vùng điện trở âm Khi RB1 giảm điện trở liên RBB
cũng bị giảm dòng điện IBB tăng
Dòng điện IE tiếp tục tăng điện áp VE
giảm đến trị số thấp gọi điện áp thung lũng (valley voltage) IE VE
tăng lên đường đặc tuyến diode thông thường Vùng gọi vùng bão hòa
77 Base
1
Base Emitter
Moái noái PN n
p
Cấu tạo
3
2
1
E B2
B1 Ký hiệu B2
B1 E RB2
RB1
Moái noái pn
Diode
RB2 : điện trở mối nối B2E
RB1 : điện trở mối nối B1E
B2
B1 E RB2
RB1
VBB VEB1
+
-ηVBB IE
VP VV
Vù ng R <
0
Vùng bão hòa Vùng
tắt
VE
IE IV
(7)