1. Cấu tạo và hoạt động của tiristor.
a. Cấu trúc và ký hiệu:
Tiristor là một thiết bị gồm bốn lớp bán dẫn P1, N1, P2, N2 liên tiếp và tạo thành ba cực : Anốt A, catốt K, và cực điều khiển G.
Hình4.1 : Cấu trúc và ký hiệu tiristo
b. Nguyên lý làm việc:
Khi đặt tiristor dưới điện áp một chiều, anốt nối vào cực dương, catốt nối vào cực âm của nguồn điện áp, J1 và J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược. Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2.. Điện trường nội tại Ei của J2 có chiệu từ N1 hướng về P2. Điện trường ngồi tác động cùng chiều với Ei, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rồng ra khơng có dịng điện chảy qua mặc dù nó bị đặt dưới điện áp. Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G( Dương so vói K), các điện tử từ N2 chạy sang P2, đến đây một số ít trong chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dịng Ig, phần lớn điện tử chịu sức hút của điện trường tại bề mặt J2, lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng tăng tốc , động năng lớn lên bẻ gãy các liên kết của giữa các nguyên tử silíc, tạo nên những điện tử tự do mới. Số điện tử tự do này lại tiếp tục
nhiều các điện tử nhảy vào N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn gây nên hiện tượng dẫn điện . J2 trở thành mặt ghép dẫn điện. Điện trở của tiristor từ khoảng 100K khi ở trạng thái khóa trở thành 0,01 khi dẫn.
Một tiristor đang ở trạng thái dẫn thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig khơng cịn cần thiết. Để khóa tiristor có hai phương pháp:
- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị duy trì. - Đặt một điện áp ngược lên tiristor.
c. Đặc tính vơn-ampe của tiristor.
Đặc tính vơn ampe của T gồm có bốn đoạn :
Hình 4.2 Đặc tính vơn-ampe của Tiristor
Đoạn 1 tương ứng với trạng thái khóa của T, chỉ có dong rị chạy qua T. Khi tăng U đến Uch(Điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quả trình tăng nhanh chóng của dịng điện, T chuyên sang trạng thái mở .
Đoạn 2 tương ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2, giai đoạn này mỗi một lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng tưng lớn của điện áp đặt lên T.
Đoạn 3 ứng với trạng thái mở của T, cả 3 mặt tiếp giáp đã trở thành dẫn điện.
Đoạn 4 tương ứng với khi T bị đặt điện áp ngược . dòng điện ngược rất nhỏ, vài chục mA. Nếu tăng U đến Uz thì dịng điện ngược tăng lên mãnh liệt, chọc thủng mặt tiếp giáp. T bị hỏng.
Bằng cách chọn dòng điều khiển Ig > 0 khác nhau ta có họ đặc tính Vơn- Ampe như hình vẽ.
t
2
2. Các nguyên tắc điều khiển Tiristor.
Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng “arccos” để thực hiện điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên T.
a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.
Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp:
- Điệ áp đồng bộ, ký hiệu là us đồng bộ với điện áp đặt trên anôt-catôt của T, thường đằt vào đầu đảo của khâu so sánh.
- Điện áp điều khiển là điện áp một chiều ucm có thể điều chỉnh độ lớn thường đặt vào đầu khơng đảo của khâu so sánh .
-
Hình 4.3 ngun tắc điều khiển thẳng đứng tuyến t ính
Mỗi khi us=ucm thì khâu so sánh lật tràng thái , ta nhận được sườn xuống của điện áp đầu ra khâu so sánh. Thông qua đa hài một trạng thái ổn định tạo ra một xung điều khiển. Bằng cách thay đổi giá trị ucm ta có thể điều khiển được thời điểm xuất hiện xung đièu khiển, tức là điều chỉnh được góc .
Giữa và ucm có quan hệ sau: u.umccm .
b. Nguyên lý điều khiển thẳng đứng “arccos”
t
2
Hình 4.4 nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”
- Điện áp đồng bộ us, vượt trức uAK= Umsin .t T một góc bằng /2: us= Umcos .t .
- Điện áp điều khiển ucm là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được độ lớn theo hai chiều dương và âm.
- Nếu đặt us vào cổng đảo, và ucm vào cổng khơng đảo của khâu so sánh thì us=ucm ta sẽ nhận được xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái : Umcos =ucm.
Do đó =arcos(ucm/Um).
Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ +Um đến –Um ta có thể điều chỉnh góc từ 0 đến .