5. Dia c SC R Triac
5.3.1. Cấu tạo, ký hiệu và sơ đồ tương đương
Triac cú cấu tạo gồm cỏc lớp bỏn dẫn P-N ghộp nối tiếp lại với nhau như hình 1.24a.và được nối ra 3 chõn, hai chõn đầu cuối gọi là T1- T2 và 1 chõn là cực cửa G. hình 11.24b là ký hiệu và hình 1.24c là sơ đồ tương đương. Từ cấu tạo ta cú thể coi triac như 2 thyrsitor ghộp song song ngược chiều nhau.
5.3.2. Nguyờn lý hoạt động
Triac được xem như 2 SCR ghộp song song ngược chiều nhau. Để cho triac hoạt động được ta cấp điện cho triac theo sơ đồ hình 1.25a
- Khi cực T2 cú điện ỏp dương và cực G được kớch xung dương thì triac dẫn điện theo chiều từ T2 qua T1 hỡnh 1.25a
- Khi cực T2 cú điện ỏp õm và cực G được kớch xung dương thì triac dẫn điện theo chiều từ T1 qua T2 hỡnh 1.25b.
- Khi triac được dựng trong mạch điện xoay chiều cụng nghiệp thì nguồn cú bỏn kỳ dương cực G cần được kớch xung dương, khi nguồn cung cấp cú bỏn kỳ õm cực G cần được kớch xung õm. Triac cho dũng điện qua cả 2 chiều và khi đú dẫn điện thì điện ỏp trờn hai cực T1 –T2 rất nhỏ nờn được coi như cụng tắc bỏn dẫn dựng trong mạch điện xoay chiều hình 1.26c
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 106 5.3.3. Đặc tớnh của Triac
Triac cú đặc tớnh vụn – ampe gồm hai phần đối xứng nhau qua điểm o. Hai phần này giống như đặc tớnh của SCR mắc ngược chiều nhau. đường đặc tớnh được thể hiện ở trờn hình vẽ sau:
Đặc tớnh vụn – ampe của triac bao gồm hai đoạn đặc tớnh ở gúc phần tư thứ nhất và thứ ba, mỗi đoạn đều giống như đặc tớnh thuận của một thyristor(hình 1.26). Triac cú thể điều khiển cho mở dẫn dũng bằng cả xung dương (dũng đi vào cực điều khiển) lẫn xung dũng õm (dũng đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiờn xung dũng điều khiển õm cú độ nhạy kộm hơn, nghĩa là để mở được triac sẽ cần một dũng điều khiển õm lớn hơn so với dũng điều khiển dương. Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tớnh đối xứng của dũng điện qua triac thì sử dụng dũng điều khiển õm là tốt hơn cả. Triac đặc biệt hữu ớch trong cỏc ứng dụng điều khiển
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 107
Theo phõn tớch nguyờn lý của triac thì triac cần được kớch xung dương khi cực T2 cú điện ỏp dương và cần được kớch xung õm khi cực T2 cú điện ỏp õm.
Thực ra khi triac cú thể kớch bằng bốn phương thức nhu (hình 1.27), trong đú cỏch thứ nhất và cỏch thứ hai được coi là cỏch kớch thuận vì đỳng theo nguyờn lý và chỉ cần dũng điện kớch trị số nhỏ hơn so với cỏch thứ ba và thứ tư.
5.3.5. Cỏc tham số cơ bản của Triac
Khi sử dụng Triac để thiết kế mạch, lắp rỏp hay thay thế tương đương người ta thường qua tõm đến cỏc tham số sau:
- Dũng kớch IG
- Áp UMT2, UMT1
- Dũng tải IMT2
Cỏc thụng số này cú được nhờ vào việc tra cứu Sổ tay linh kiện điện tử căn cứ vào mó hiệu ghi trờn thõn linh kiện.
5.3.6. Xỏc định cực tớnh và kiểm tra chất lượng của DIAC - TRIAC a. Phương phỏp nhận dạng Triac – Diac a. Phương phỏp nhận dạng Triac – Diac
Căn cứ vào ký hiệu trờn sơ đồ nguyờn lý và trờn panel để nhận dạng Trac-Diac
b. Xỏc định cực G, cực MT1, MT2
Cũng giống như xỏc định cực G, cực A, cực K của Thyristor: Tại sợi dõy là cực G (Ig> 0 dũng chảy từ MT1, đến MT2 .Nếu Ig < 0 dũng chảy từ MT2, đến MT1) tại que đen là cực MT1, tại que đỏ là cực MT2.
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 108
Cũn đối với Diac thì MT1 vàMT2 khụng phõn biệt lẫn nhau.
c. Kiểm tra phẩm chất của Triac-Diac Bước 1: Dựng dồng hồ thang x1KΩ
Bước 2: Đặt hai que đo đồng hồ lờn hai chõn MT1 và MT2 , sau đú đảo que đo. Qua hai lần đo nếu kim đồng hồ đều nằm ở vị trớ ∞ => Diac tốt (hình 2.56c)
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 109 BÀI 4: CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG TRANSISTOR
1. Mạch khuếch đại đơn
1.1. Mạch mắc theo kiểu EC (Emitter - Common - phỏt chung)
Cực E là cực chung giữa mạch vào và mạch ra. Dũng điện vào IB, Dũng điện ra
a) Đường đặc tuyến V-A
*Họ đặc tuyến vào IB = f(UBE) khi UCE = const
Thể hiện mối quan hệ giữa dũng và ỏp của chuyển tiếp JE ở ngừ vào. Thực chất đõy vẫn là nhỏnh thuận của đặc tuyến diode
* Họ đặc tuyến ra
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 110
So với đặc tuyến ra của mạch BC, họ đặc tuyến này của mạch EC cú một vài khỏc biệt:
- Đường thấp nhất (ứng với IB = 0) phản ỏnh giỏ trị dũng điện ngược colector của mạch EC (ICEO). Dũng này lớn hơn dũng ICBO của mạch BCvì vậy khoảng cỏch giữa đặc tuyến này với trục hoành cũng lớn hơn. Phạm vi phớa dưới đặc tuyến này vẫn gọi là miền tắt (hoặc miền khoỏ), ứng với trạng thỏi JE và JC đều phõn cực nghịch.
- Cỏc đặc tuyến phớa trờn ( ứng với IB 0) vẫn bao gồm 3 đoạn. Đoạn chếch xiờn (ứng với trạng thỏi dẫn bảo hoà của transistor) lỳc này nằm ở bờn phải trục tung (trong phạm vi UCE từ 0 đến cỡ 1,2v). Khi UCE = 0, dũng IC sẽ giảm về khụng, mọi đặc tuyến đều đi qua gốc toạ độ - Đoạn nằm ngang (ứng với trạng thỏi khuếch đại của transistor) cú độ dốc lớn hơn so với đặc tuyến của mạch BC - Cũn đoạn dốc đứng (vẽ chấm chấm bờn phải) ứng với quỏ trình đỏnh thủng
Giải thớch cỏc điều trờn cần dựa vào đặc điểm của mạch EC. Ở đõy nguồn E2 (tức điện ỏp UCE) khụng chỉ gõy ra sự phõn cực nghịch của chuyển tiếp JC mà cũn cú một phõn lượng nhỏ hạ trờn chuyển tiếp JE khiến JE phõn cực thuận. Vì vậy khi UCE tăng thì tình trạng phõn cực thuận của JE cũng tăng, khiến dũng IC tăng nhanh. Ngoài ra: khi UCE
tăng, chiều dày thực tế của miền Base thu hẹp lại, số hạt dẫn hao hụt trờn đường đi giảm bớt và số đến được colector sẽ nhiều lờn. Hai lý do trờn làm cho đặc tuyến cú độ dốc lớn hơn.
Mặt khỏc: UCB = UCE - UBE
JE phõn cực thuận nờn UBE hầu như ớt thay đổi, do đú UCB giảm dần theo quỏ trình giảm của UCE. Khi UCE giảm đến một giỏ trị khỏ bộ nào đú (tương ứng với điểm uốn trờn đặc tuyến - ranh giới giữa đoạn chếch xiờn và đoạn nằm ngang) thì UCB trở nờn bằng khụng. Sau đú, trong khi UCE tiếp tục giảm thì UCB đổi dấu, nghĩa là JC trở nờn phõn cực thuận. Lỳc này qua miền Base cú thờm dũng điện thuận của JC (chạy ngược chiều dũng IC) làm cho dũng tổng hợp giảm. Quỏ trình này tương ứng với trạng thỏi dẫn bảo hoà của transistor (đoạn đặc tuyến chếch xiờn cạnh trục tung).
Khi UCE tăng lờn khỏ lớn sẽ đỏnh thủng chuyển tiếp JC - Quỏ trình này tương ứng như ở mạch BC nhưng giỏ trị UCE tương ứng thường nhỏ hơn điện ỏp đỏnh thủng UCB ở mạch BC. điều này bắt nguồn từ hiện tượng một bộ phận nhỏ của UCE hạ trờn JE và làm phõn cực thuận chuyển tiếp nàynhư đó nhận xột ở trờn. Khi UCE lớn dũng hạt dẫn từ emitter phun vào base sẽ rất lớn, tạo tiền đề cho quỏ trình đỏnh thủng (thỏc lũ hoặc tunen) xảy ra sớm hơn.
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 111
* Họ đặc tuyến truyền đạt dũng điện IC = f(IB) khi UCE = const
Độ dốc của đặc tuyến chớnh là hệ số khuyờch đại dũng điện . Trong phạm vi dũng điện lớn , giỏ trị giảm cho nờn đặc tuyến khụng con là tuyến tớnh nữa.
Để vẽ đặc tuyến này (cũng như ở mạch BC) khụng nhất thiết phải đo cỏc cặp giỏ trị tương ứng IC, IB ( hoặc IC, IE ở mạch BC) mà cú thể ngoại suy từ họ đặc tuyến ra.
1.2. Mạch mắc theo kiểu BC( Base - Common - BC )
Tớn hiệu cần khuếch đại đưa vào giữa cực E và cưc B, tớn hiệu sau khi khuếch đại lấy ra giữa cực C và cực B. Cực chung của mạch vào và mạch ra. Như vậy dũng điện vào là dũng emitter, dũng điện ra là dũng colector, điện ỏp vào là UEB cũn điện ỏp ra là UCB
a)Đường đặc tuyến V-A của mạch BC * Họ đặc tuyến vào
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 112
Mắc transistor theo sơ đồ BC ở trạng thỏi tĩnh ( tức là chỉ cú điện ỏp một chều phõn cực, xem hỡnh a ). E1 và E2 là nguồn điện ỏp một chiều cú thể thay đổi giỏ trị. Cỏc đồng hồ mA dựng để đo dũng điện, cũn cỏc volt kế dựng để đo điện ỏp giữa hai cực. Giữ điện ỏp UCB = const, lần lượt thay dổi cỏc giỏ trị E1 rồi đọc cỏc giỏ trị tương ứng của IE và UEB, kết quả ta vẽ được đồ thị IE = f( UEB ) khi UCB= const như hình:
Ta gọi đú là đặc tuyến vào của transistor mắc BC. Tập hợp của nhiều đặc tuyến vào ( mỗi đường tương ứng với một giỏ trị của UCB ) tạo nờn họ đặc tuyến vào. Ta dễ dàng nhận thấy dạng đặc tuyến này tương tự như đặc tuyến thuận của diode, bởi vì giữa cực E và cực B của transistor cú chuyển tiếp JE phõn cực thuận. Cỏc đặc tuyến vào nằm rất sớt nhau thể hiện điện ỏp UCB ảnh hương rất ớt đến dũng điện ngừ vào
+ Điện trở ngừ vào một chiều RBE
Điện trở ngừ vào một chiều được tớnh theo cụng thức: REB =
+ Điện trở ngừ vào động rBE
Từ đường đặc tớnh ngừ vào cú thể xỏc định điện trở ngừ vào động của transistor: REB = Khi UEC = const
Trong cỏc bảng tiờu chuẩn kỹ thuật của transistor, điện trở ngừ vào động thường được viết dưới dạng thụng số h:
h11e= rBE B EB I U B EB I U
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 113
* Họ đặc tuyến ra
Nếu lần lượt giữ dũng IE bằng cỏc giỏ trị nhất định, thay đổi nguồn E2rồi xỏc định cỏc cặp giỏ trị tương ứng của IC và UCB ta cú họ đặc tuyến ra của mạch BC
IC = f(UCB) khi IE = const
Như hình trờn. Họ đặc tuyến này cú mấy đăc điểm:
- Đặc tuyến gần như song song với trục hoành, cắt trục tung ở cỏc tung độ khỏc nhau. Điều nay chứng tỏ ngay cả khi UCB = 0, dũng IC vẫn cú một giỏ trị khỏc khụng nào đú và việc tăng UCB ảnh hưởng rất ớt đến trị số của IC. Dựa vào nguyờn lý hoạt động của transistor ta cú thể giải thớch điều này.
- Đường thấp nhất trờn hình vẽ (ứng với IE = 0) chỉ cỏch trục hoành một khoảng rất hẹp. Tung độ này chớnh là giỏ trị dũng điện ngược colector, khi IE = 0 (tức E hở mạch) thỡ IC = ICBO. Dũng này vốn cú giỏ trị rất nhỏ.
Phạm vi rất hẹp phớa dưới đặc tuyến này chớnh là miền tắt (hoặc miền khoỏ). Nú tương ứng với trạng thỏi khoỏ của transistor (cả hai chuyển tiếp JE và JC đều phõn cực ngược).
- Trị số IE càng tăng, đặc tuyến càng dịch lờn phớa trờn, nghĩa là IC càng tăng theo. Núi cỏch khỏc dũng IC tăng gần như tỷ lệ thuận với IE
- Mỗi đường đặc tuyến gồm cú 3 đoạn. Đoạn gần như song song với trụ hoành ứng với trạng thỏi khuếch đại của transistor (JE phõn cực thuận, JC phõn cực nghịch). Đoạn chếch xiờn ở bụn trỏi trục tung ( vẽ nột đứt ) tương ứng với trạng thỏi dẫn bóo hoà của transistor ( cả hai chuyển tiếp JE, JC đều phõn cực thuận). Đoạn thứ 3 bờn phải ( vẽ
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 114
chấm chấm) chớnh là quỏ trình đỏnh thủng chuyển tiếp JC xảy ra khi UCB quỏ lớn làm dũng IC tăng vọt. Đõy là miền cấm sử dụng để khỏi phỏ hỏng transistor.
* Đặc tuyến truyền đạt dũng điện
IC = f(IE) khi UCB = const
Nú cú dạng gần tuyến tớnh (coi là khụng đổi). Trờn thực tế hệ số chỉ là hằng số khi dũng điện IE tương đối nhỏ. Cũn khi IE khỏ lớn, nghĩa là dũng hạt dẫn khuếch tỏn qua miền Base cú mật độ lớn thì tỷ lệ phần trăm hạt dẫn bị tỏi hợp trờn đường đi sẽ tăng lờn, khiến giảm. Điều này làm cho đặc tuyến ở vựng dũng điện lớn ngày càng lệch khỏi quy luật tuyến tớnh
1.3. Mạch colecter chung
Họ đặc tuyến vào cú tớnh chất lý thuyết của mạch CC IB = f(UBC) khi UCE = const
Trờn thực tế ớt dựng Họ đặc tuyến ra: IE = f(UEC) khi IB = const
Họ đặc tuyến truyền đạt dũng điện: IE = f(IB) khi UCE = const
Thì gần giống đặc tuyến tương ứng của mạch EC, bởi vì IE IC.
2. Mạch ghộp phức hợp
2.1. Mạch khuếch đại dựng Transistor ghộp Cascading (Cascode)
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 115
và FET. Thực tế, một thiết bị điện tử luụn là sự nối kết của cỏc mạch căn bản để đạt đến mục tiờu nào đú. Trong chương này chỳng ta sẽ khảo sỏt cỏc dạng nối kết thụng dụng thường gặp trong mạch điện tử.
2.1.1. Liờn kết liờn tiếp: (cascade connection)
éõy là sự liờn kết thụng dụng nhất của cỏc tầng khuếch đại, mục đớch là tăng độ lợi điện thế. Về căn bản, một liờn kết liờn tiếp là ngừ ra của tầng này được đưa vào ngừ vào của tầng kế tiếp. Hình 4.1 mụ tả một cỏch tổng quỏt dạng liờn kết này với cỏc hệ thống 2 cổng.
Hỡnh 4.1: Mụ tả một cỏch tổng quỏt dạng liờn kết
Trong đú Av
1, Av
2, ... là độ lợi điện thế của mỗi tầng khi cú tải. Nghĩa là Av
1 được xỏc định với tổng trở vào Z
i2 như là tải của tầng Av
1. Với Av
2, Av
1
được xem như là nguồn tớn hiệu.
éộ lợi điện thế tổng cộng như vậy được xỏc định bởi: Av
T = Av
1. Av
2 . .... . Av
n (4.1) éộ lợi dũng điện được xỏc định bởi:
(4.2) Tổng trở vào: Z i = Z i1 Tổng trở ra : Z 0 = Z 0n
*. Sơ đồ mạch điện ghộp bằng tụ điện:
Hình 4.2 mụ tả một liờn kết liờn tiếp giữa hai tầng khuếch đại dựng JFET. - Tổng trở vào của tầng thứ 2: Z
i2 = R
G2
- éộ lợi của toàn mạch: Av
T = Av
1.Av
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 116 với Av 1 = - g m1(R D1 //Z i2) = - g m1(R D1 //R G2) thường R G2>>R D1⇒ Av 1 ≠ - g m1R D1 (4.3)
Hỡnh 4.2: Mụ tả một liờn kết liờn tiếp giữa 2 tầng khuếch đại dựng FET
và Av 2 = -g m2R D2 nờn Av T = Av 1.Av 2 Av T = g m1g m2R D1R D2 (4.4) - Tổng trở vào của hệ thống: Z i = Z i1 = R G1 - Tổng trở ra của hệ thống: Z 0 = Z 02 = R D2
Về mặt phõn cực, do 2 mạch liờn lạc với nhau bằng tụ điện nờn việc phõn giải giống như sự phõn giải ở mỗi tầng riờng lẻ.
Hình 4.3 là mạch cascade dựng BJT.
Hỡnh 4.3: Mụ tả một liờn kết liờn tiếp giữa 2 tầng khuếch đại dựng BJT
Cũng như ở FET, mục đớch của mạch này là để gia tăng độ lợi điện thế. - éộ lợi điện thế của hệ thống:
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 117
(4.5)
(4.6) - Tổng trở vào của toàn mạch: Zi = Z
i1= R1 //R2 //β1r e1 (4.7) - Tổng trở ra của toàn mạch: Z 0 = Z 02 = R C2 (4.8)
Hình 4.4 là mạch kết hợp giữa FET và BJT. Mạch này, ngoài mục đớch gia tăng độ khuếch đại điện thế cũn được tổng trở vào lớn.
Av T = Av 1. Av 2 Với Av 1 = - g m(R D //Z i2) (6.9) Trong đú Zi2 = R1 //R2 //βr e Z i = R G (rất lớn) Z 0 = R C
* Liờn lạc cascade trực tiếp
éõy cũng là một dạng liờn kết liờn tiếp khỏ phổ biến trong cỏc mạch khuếch đại nhất là trong kỹ thuật chế tạo vi mạch. Hình 4.5 mụ tả một mạch khuếch đại hai tầng liờn lạc trực tiếp dựng BJT.
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 118
Ta thấy mạch liờn lạc trực tiếp cú cỏc lợi điểm:
- Trỏnh được ảnh hưởng của cỏc tụ liờn lạc ở tần số thấp, do đú tần số giảm 3dB ở cận dưới cú thể xuống rất thấp.
- Trỏnh được sự cồng kềnh cho mạch.
- éiện thế tĩnh ra của tầng đầu cung cấp điện thế tĩnh cho tầng sau. Tuy thế, mạch cũng vấp phải một vài khuyết điểm nhỏ:
- Sự trụi dạt điểm tĩnh điều hành của tầng thứ nhất sẽ ảnh hưởng đến phõn cực của tầng thứ hai.
- Nguồn điện thế phõn cực thường cú trị số lớn nếu ta dựng cựng một loại BJT, vấn