Lý thuyết dải năng lượng là một khái niệm quan trọng trong vật lý vật rắn, giúp giải thích các tính chất điện, quang, và nhiệt của các vật liệu.. Khoảng cách giữa dải hoá trị và dải dẫn
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT MỨC NĂNG LƯỢNG TRONG VẬT LIỆU BÁN DẪN I Lý thuyết dải năng lượng
Khoảng cách giữa các băng
Chất dẫn (Conductors): Không có khoảng cách giữa băng dẫn và băng hóa trị, cho phép electron dễ dàng di chuyển Ví dụ: kim loại.
Chất cách điện (Insulators): Có khoảng cách lớn giữa băng dẫn và băng hóa trị, electron cần nhiều năng lượng để chuyển sang băng dẫn Ví dụ: cao su.
Chất bán dẫn, như silicon, có khoảng cách vừa phải giữa băng dẫn và băng hóa trị, cho phép electron được kích thích sang băng dẫn thông qua nhiệt độ cao hoặc ánh sáng.
3 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ cao: Gây ra sự gia tăng năng lượng của electron, làm tăng khả năng chuyển sang băng dẫn, dẫn đến sự tăng cường khả năng dẫn điện.
Nhiệt độ thấp: Electron chủ yếu nằm trong băng hóa trị, dẫn đến khả năng dẫn điện thấp.
Điện tử: Lý thuyết dải năng lượng là cơ sở cho việc phát triển các thiết bị điện tử như transistor, diode và chip máy tính.
Quang học: Giúp giải thích cách mà các vật liệu tương tác với ánh sáng, dẫn đến các hiện tượng như quang điện và phát quang.
Vật liệu mới đang được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và nghiên cứu các vật liệu có tính chất điện và quang đặc biệt, chẳng hạn như graphene và vật liệu siêu dẫn Những tiến bộ này không chỉ mở ra cơ hội cho các công nghệ tiên tiến mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững trong nhiều lĩnh vực.
II Khoảng cách giữa dải hoá trị và dải dẫn trong vật liệu bán dẫn
Khoảng cách giữa dải hóa trị và dải dẫn trong các vật liệu bán dẫn đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến tính chất điện và khả năng dẫn điện của chúng Dưới đây là khoảng cách giữa dải hóa trị và dải dẫn của một số vật liệu bán dẫn phổ biến.
1 Silicon (Si): Khoảng cách: ~1.1 eV
2 Germanium (Ge): Khoảng cách: ~0.66 eV
3 Gallium Arsenide (GaAs): Khoảng cách: ~1.42 eV
4 Cadmium Telluride (CdTe): Khoảng cách: ~1.5 eV
5 Indium Phosphide (InP): Khoảng cách: ~1.34 eV
6 Zinc Oxide (ZnO): Khoảng cách: ~3.3 eV
7 Tin (II) Oxide (SnO2): Khoảng cách: ~3.6 eV
Khoảng cách giữa các thành phần trong vật liệu không chỉ ảnh hưởng đến tính dẫn điện mà còn tác động đến hiệu suất hoạt động của chúng trong các ứng dụng quang điện, chẳng hạn như pin mặt trời và diode phát quang.
Germanium có khoảng cách năng lượng nhỏ, cho phép electron dễ dàng di chuyển từ dải hóa trị sang dải dẫn, từ đó cải thiện khả năng dẫn điện ở nhiệt độ thấp.
Vật liệu như oxit kẽm có khoảng cách lớn giữa các mức năng lượng, điều này yêu cầu nhiều năng lượng hơn để kích thích electron Do đó, chúng có khả năng hoạt động như chất cách điện ở nhiệt độ thường.
Silicon có khoảng cách năng lượng lớn hơn Germanium, cho phép nó hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao mà không gặp hiện tượng dẫn điện tự nhiên Điều này làm cho silicon trở thành vật liệu lý tưởng cho các thiết bị điện tử hiện đại.
III Ứng dụng của lý thuyết mức năng lượng trong việc thiết kế các linh kiện bán dẫn
Lý thuyết mức năng lượng đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và phát triển linh kiện bán dẫn, xác định cách thức hoạt động cũng như các đặc tính của diode và transistor Các ứng dụng cụ thể của lý thuyết này rất đa dạng, góp phần nâng cao hiệu suất và tính năng của các linh kiện điện tử.
1 Xác định cấu trúc và vùng tiếp giáp
Diode được hình thành từ sự kết hợp giữa hai loại bán dẫn N-type và P-type Tại vùng tiếp giáp giữa hai loại bán dẫn này, các electron và lỗ tương tác, tạo ra một rào cản năng lượng Hiểu rõ lý thuyết mức năng lượng giúp tối ưu hóa cấu trúc diode, từ đó điều chỉnh các tính chất điện của nó.
Transistor, bao gồm BJT và FET, hoạt động dựa trên cấu trúc của các vùng bán dẫn Việc hiểu rõ ảnh hưởng của mức năng lượng đến sự di chuyển của electron và lỗ là rất quan trọng để xác định nguyên lý hoạt động của transistor.
2 Tính toán rào cản năng lượng: Sự hiểu biết về mức năng lượng cho phép tính toán các rào cản năng lượng mà electron cần vượt qua để chuyển từ dải hóa trị sang dải dẫn. Điều này quan trọng trong việc thiết kế các linh kiện để đảm bảo chúng hoạt động ở các mức điện áp và dòng điện nhất định.
3 Tối ưu hoá tính chất điện: Khoảng cách giữa các dải năng lượng quyết định khả năng dẫn điện của vật liệu Kỹ sư có thể chọn vật liệu bán dẫn với khoảng cách năng lượng phù hợp để đạt được các tính chất điện mong muốn, chẳng hạn như khả năng dẫn điện tốt hơn hoặc ngưỡng điện áp hoạt động thấp hơn.
4 Điều khiển dòng điện: Trong transistor, một dòng điện nhỏ ở chân điều khiển
Cấu trúc cơ bản của transistor, bao gồm base trong BJT hoặc gate trong FET, có khả năng điều khiển dòng điện lớn hơn giữa các chân khác như collector-emitter trong BJT Lý thuyết mức năng lượng giải thích cơ chế hoạt động này, từ đó hỗ trợ trong việc thiết kế các transistor với khả năng khuếch đại hiệu quả.
5 Hiện tượng phát quang: Lý thuyết mức năng lượng cũng giải thích các hiện tượng như phát quang trong diode phát sáng (LED) Khi electron chuyển từ dải dẫn về dải hóa trị, chúng phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng Điều này giúp thiết kế các LED với các màu sắc và hiệu suất khác nhau.
Các mức năng lượng ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau Hiểu rõ tác động của nhiệt độ đến sự phân bố electron là yếu tố quan trọng để thiết kế các linh kiện hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau.
Ứng dụng
Điện tử: Lý thuyết dải năng lượng là cơ sở cho việc phát triển các thiết bị điện tử như transistor, diode và chip máy tính.
Quang học: Giúp giải thích cách mà các vật liệu tương tác với ánh sáng, dẫn đến các hiện tượng như quang điện và phát quang.
Vật liệu mới đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và nghiên cứu các vật liệu có tính chất điện và quang đặc biệt, chẳng hạn như graphene và vật liệu siêu dẫn Những tiến bộ này không chỉ mở ra cơ hội cho các ứng dụng công nghệ tiên tiến mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững trong ngành vật liệu.
Khoảng cách giữa dải hoá trị và dải dẫn trong vật liệu bán dẫn
Khoảng cách giữa dải hóa trị và dải dẫn trong vật liệu bán dẫn có vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất điện và khả năng dẫn điện của chúng Dưới đây là một số khoảng cách giữa dải hóa trị và dải dẫn của các vật liệu bán dẫn phổ biến.
1 Silicon (Si): Khoảng cách: ~1.1 eV
2 Germanium (Ge): Khoảng cách: ~0.66 eV
3 Gallium Arsenide (GaAs): Khoảng cách: ~1.42 eV
4 Cadmium Telluride (CdTe): Khoảng cách: ~1.5 eV
5 Indium Phosphide (InP): Khoảng cách: ~1.34 eV
6 Zinc Oxide (ZnO): Khoảng cách: ~3.3 eV
7 Tin (II) Oxide (SnO2): Khoảng cách: ~3.6 eV
Khoảng cách này ảnh hưởng đến tính dẫn điện và khả năng hoạt động của vật liệu trong các ứng dụng quang điện, bao gồm pin mặt trời và diode phát quang.
Germanium có khoảng cách năng lượng nhỏ, cho phép electron dễ dàng chuyển từ dải hóa trị sang dải dẫn Điều này dẫn đến khả năng dẫn điện tốt hơn, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp.
Ứng dụng của LTMNL trong việc thiết kế các linh kiện bán dẫn
nhiều năng lượng hơn để kích thích electron, do đó chúng có thể hoạt động như chất cách điện ở nhiệt độ thường.
Silicon có khoảng cách năng lượng lớn hơn Germanium, cho phép hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao mà không bị dẫn điện tự nhiên Vì lý do này, silicon trở thành lựa chọn hàng đầu cho các thiết bị điện tử hiện đại.
III Ứng dụng của lý thuyết mức năng lượng trong việc thiết kế các linh kiện bán dẫn
Lý thuyết mức năng lượng là yếu tố quan trọng trong thiết kế và phát triển linh kiện bán dẫn, đóng vai trò quyết định trong việc xác định hoạt động và các tính chất của diode và transistor Các ứng dụng cụ thể của lý thuyết này rất đa dạng và thiết thực.
1 Xác định cấu trúc và vùng tiếp giáp
Diode được hình thành từ sự kết hợp giữa hai loại bán dẫn N-type và P-type Tại vùng tiếp giáp giữa hai loại bán dẫn này, các mức năng lượng của electron và lỗ tương tác, tạo ra một rào cản năng lượng Lý thuyết mức năng lượng không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu trúc của diode mà còn tối ưu hóa và điều chỉnh các tính chất điện của nó.
Transistor, bao gồm BJT và FET, hoạt động dựa trên cấu trúc của các vùng bán dẫn Hiểu biết về ảnh hưởng của mức năng lượng đối với sự di chuyển của electron và lỗ là chìa khóa để xác định nguyên lý hoạt động của transistor.
2 Tính toán rào cản năng lượng: Sự hiểu biết về mức năng lượng cho phép tính toán các rào cản năng lượng mà electron cần vượt qua để chuyển từ dải hóa trị sang dải dẫn. Điều này quan trọng trong việc thiết kế các linh kiện để đảm bảo chúng hoạt động ở các mức điện áp và dòng điện nhất định.
3 Tối ưu hoá tính chất điện: Khoảng cách giữa các dải năng lượng quyết định khả năng dẫn điện của vật liệu Kỹ sư có thể chọn vật liệu bán dẫn với khoảng cách năng lượng phù hợp để đạt được các tính chất điện mong muốn, chẳng hạn như khả năng dẫn điện tốt hơn hoặc ngưỡng điện áp hoạt động thấp hơn.
4 Điều khiển dòng điện: Trong transistor, một dòng điện nhỏ ở chân điều khiển
Cơ chế điều khiển dòng điện lớn hơn giữa các chân của transistor, như collector-emitter trong BJT, thông qua base (hoặc gate trong FET) được giải thích bởi lý thuyết mức năng lượng Điều này cho phép thiết kế các transistor có khả năng khuếch đại hiệu quả hơn.
5 Hiện tượng phát quang: Lý thuyết mức năng lượng cũng giải thích các hiện tượng như phát quang trong diode phát sáng (LED) Khi electron chuyển từ dải dẫn về dải hóa trị, chúng phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng Điều này giúp thiết kế các LED với các màu sắc và hiệu suất khác nhau.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật liệu, với các mức năng lượng khác nhau Hiểu cách nhiệt độ tác động đến sự phân bố electron giúp chúng ta thiết kế linh kiện hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau.
Diode được hình thành từ sự kết hợp của hai loại bán dẫn khác nhau, bao gồm bán dẫn N-type và P-type Tại vùng tiếp giáp giữa hai loại bán dẫn này, mức năng lượng của electron và lỗ (holes) tương tác, tạo ra các đặc tính điện quan trọng cho diode.
Hiện tượng băng năng lượng xảy ra khi điện áp được áp dụng, khiến cho electron từ băng dẫn của bán dẫn N di chuyển sang băng hóa trị của bán dẫn P, hoặc ngược lại Lý thuyết mức năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các mức năng lượng cần thiết để electron có thể vượt qua rào cản năng lượng tại vùng tiếp giáp giữa hai loại bán dẫn.
Ứng dụng: Diode được sử dụng trong nhiều ứng dụng như chỉnh lưu, bảo vệ mạch điện và điều chỉnh dòng điện.
Transistor, bao gồm BJT hoặc FET, được cấu tạo từ các vùng bán dẫn N và P Sự tương tác giữa các mức năng lượng tại các vùng tiếp giáp đóng vai trò quan trọng trong việc xác định nguyên lý hoạt động của transistor.
Trong BJT, khi dòng điện nhỏ được đưa vào chân điều khiển (base), nó tạo ra một trường điện, giúp điều khiển dòng điện lớn hơn giữa các chân collector và emitter Lý thuyết mức năng lượng cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách di chuyển và chuyển đổi năng lượng của các electron trong các vùng bán dẫn.
Tính toán và thiết kế transistor yêu cầu hiểu biết về mức năng lượng cho phép, giúp xác định các thông số cụ thể như độ khuếch đại và tần số hoạt động, từ đó tối ưu hóa hiệu suất cho các ứng dụng điện tử.
Ứng dụng: Được sử dụng trong các mạch khuếch đại tín hiệu, công tắc điện, trong vi xử lý và tín hiệu, điện thoại, máy tính….
Lý thuyết mức năng lượng là nền tảng quan trọng trong việc thiết kế, phân tích và tối ưu hóa linh kiện bán dẫn Việc nắm vững các mức năng lượng giúp các kỹ sư phát triển thiết bị điện tử hiện đại, đảm bảo hiệu suất cao và độ tin cậy tối ưu.
HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU
Khái quát về hồ quang điện
Ở điều kiện bình thường, chất khí hầu như không dẫn điện và là môi trường cách điện tốt.
Khi áp dụng một điện trường mạnh lên hai điện cực trong không khí, tính cách điện của khí sẽ bị phá vỡ, khiến nó trở thành dẫn điện và có khả năng dẫn dòng điện lớn Khả năng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tính chất của khí, áp suất, nhiệt độ môi trường, loại vật liệu của điện cực và cường độ điện trường.
Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện lớn từ 10^2 đến 10^3 /mm^2, điện áp rơi trên ca-tốt nhỏ từ 10 đến 20V, và nhiệt độ của hồ quang cao từ 6000 đến 18000K Quá trình này thể hiện sự liên kết chặt chẽ giữa điện và nhiệt, đồng thời kèm theo hiệu ứng ánh sáng đặc trưng.
Hình vẽ trình bày sự phân bố điện áp, cường độ điện trường của hồ quang: vùng anot, vùng catot và vùng than hồ quang.
Vùng canot có khoảng cách ngắn từ 10 đến 3 mm và điện áp U C từ 10 đến 20V, dẫn đến cường độ điện trường lớn khoảng 20 x 10^3 V/mm Giá trị này chịu ảnh hưởng bởi loại vật liệu sử dụng cho điện cực và đặc tính của chất khí.
Vùng anot có điện áp rơi thấp, cỡ 5 đến 20V và chiều dài cỡ 10 -2 mm, vì vậy E
A thấp hơn nhiều so với EC.
Vùng thân hồ quang có cường độ điện trường E hq ổn định, dao động từ 1 đến 20V/mm Cường độ này phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt, tốc độ chuyển động của các phần tử khí và vận tốc di chuyển của hồ quang.
Điện áp rơi trên thân hồ quang U hq phụ thuộc vào chiều dài của hồ quang cà được tính theo công thức: U hq = E hq l hq
Trong công nghệ, hồ quang điện được sử dụng như nhân tố hữu ích ở các quá trình hàn điện, lò hồ quang… cần hồ quang cháy ổn định.
Trong các thiết bị điện đóng cắt, hồ quang xuất hiện trong quá trình chuyển mạch điện là một yếu tố không mong muốn Do đó, việc giảm thiểu hồ quang tới mức tối thiểu là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Để hiểu rõ về hồ quang điện, cần khảo sát nguyên nhân hình thành và cách dập tắt hồ quang, bao gồm quá trình ion hóa và phản ion trong khu vực hồ quang.
Quá trình phát sinh hồ quang-Quá trình ion hoá
Ở điều kiện bình thường, môi trường khí gồm các phần tử trung hoà nên nó không dẫn điện.
Nếu các phần tử trung hoà đó bị phân tách thành các phần tử tự do, các ion dương, ion âm thì nó trở thành dẫn điện.
Quá trình ion hóa là sự hình thành các điện tử tự do và ion trong chất khí, xảy ra dưới tác động của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường hoặc va chạm Các dạng ion hóa có thể được phân loại theo các yếu tố này.
Tự phát xạ điện tử
Phát xạ nhiệt điện tử
Ion hoá do va chạm
Ion hoá do nhiệt độ cao
Tự phát xạ điện tử hay còn gọi là phát xạ nguội điện tử
Khi một điện trường mạnh tác động lên điện cực, các điện tử tự do nhận thêm năng lượng và có khả năng thoát ra khỏi điện cực Quá trình này phụ thuộc vào cường độ điện trường E và loại vật liệu của điện cực.
JAe0xE 2 xe -b/E Trong đó: JAe là mật độ dòng điện do tự phát xạ điện tử gây ra;
E là cường độ điện trường ở catot; b là thông số phụ thuộc vào vật liệu làm catot.
Phát xạ nhiệt điện tử
Khi nhiệt độ của catot tăng cao, các điện tử tự do trong điện cực có động năng lớn và có khả năng thoát ra khỏi bề mặt kim loại Hiện tượng này dẫn đến sự hình thành dòng điện trong chất khí, được gọi là hiện tượng nhiệt điện tử.
Quá trình phát xạ nhiệt điện tử phụ thuộc vào nhiệt điện cực, vật liệu làm điện cực và được biểu diễn theo công thức:
JAe0xT 2 xe -b/T Trong đó: JAe là mật độ dòng điện do tự phát xạ điện tử gây ra;
T là nhiệt độ tuyệt đối của catot; b là thông số phụ thuộc vào vật liệu làm catot.
Ở các đèn điện tử chân không, sợi đốt làm phát xạ nhiệt điện tử.
Trong quá trình cắt của các thiết bị điện đóng cắt, tiếp điểm động tách rời khỏi tiếp điểm tĩnh, dẫn đến việc tăng điện trở tiếp xúc và gây tổn hao lớn Sự gia tăng nhiệt độ tại các tiếp điểm tạo điều kiện cho quá trình phát xạ nhiệt điện tử Khi hai tiếp điểm vừa tách rời, cường độ điện trường giữa chúng đạt mức cao, thuận lợi cho việc phát xạ điện tử.
Mật độ dòng điện do phát xạ điện tử tăng lên khi nhiệt độ cao và điện trường mạnh.
Ion hoá do va chạm
Dưới tác động của điện trường mạnh với cường độ khoảng 10^3 V/mm, các điện tử tự do di chuyển với tốc độ cao, đủ để va chạm và làm ion hóa các phần tử trung hòa, từ đó tạo ra các ion âm và ion dương mới Quá trình này được gọi là ion hóa do va chạm.
Quá trình này phụ thuộc vào cường độ điện trường, mật độ các phần tử trong vùng điện cực, lực liên kết phân tử, khối lượng của phân tử…
Ion hoá do nhiệt độ cao
Khi nhiệt độ của chất khí tăng cao, chuyển động nhiệt của các phân tử trong chất khí trở nên mạnh mẽ hơn, dẫn đến việc chúng dễ dàng va chạm và tách ra thành các ion Quá trình này được gọi là ion hóa do nhiệt độ cao.
Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ vùng hồ quang, mật độ các phần tử khí và đặc tính của chất khí.
Khi nhiệt độ của hồ quang đạt khoảng 8000 đến 9000K, ion hóa chủ yếu do nhiệt độ đóng vai trò quan trọng Do đó, quá trình hình thành hồ quang điện gắn liền chặt chẽ với quá trình nhiệt.
Quá trình dập tắt hồ quang-Quá trình phản ion hoá
Quá trình phản ion hoá là quá trình ngược lại với quá trình ion hoá, tức là quá trình suy giảm số lượng ion trong vùng hồ quang.
Nguyên nhân chính của quá trình phản ion là tái hợp và khuếch tán.
Tái hợp là hiện tượng xảy ra khi các hạt mang điện trái dấu va chạm và kết hợp với nhau, tạo ra các phần tử trung hòa Quá trình này phụ thuộc vào mật độ các phần tử trong vùng hồ quang cũng như nhiệt độ của hồ quang.
Mức độ tái hợp được biểu diễn bằng công thức:
Tốc độ siêu giảm ion do tái hợp (r) được xác định bởi hệ số tái hợp (r2α), phụ thuộc vào đặc tính của chất khí, áp suất và nhiệt độ Số lượng các ion cùng dấu trong vùng thân hồ quang (n) ở trạng thái ổn định là n+ = n-.
Khuếch tán: là hiện tượng di chuyển các ion ở vùng có mật độ cao đến vùng có mật độ thấp, làm giảm số lượng ion trong vùng hồ quang.
Mức độ khuếch tán được thể hiện qua công thức:
Trong đó: │ dn dt │d là tốc độ suy giảm các ion do
Hệ số khuếch tán D phụ thuộc vào khoảng cách tự do λ của các ion và vận tốc trung bình v của chúng Số lượng các ion cùng dấu trong vùng thân hồ quang được ký hiệu là n.
Trong hồ quang điện tồn tại song song hai quá trình ion hoá và phản ion.
Nếu quá trình ion hoá lớn hơn quá trình phản ion thì hồ quang sẽ phát sinh và phát triển mạnh, dòng điện hồ quang sẽ tang.
Nếu quá trình ion hoá bé hơn quá trình phản ion thì dòng điện hồ quang sẽ tang;
Nếu quá trình ion hoá cân bằng với quá trình phản ion, dòng điện hồ quang không tăng và hồ quang cháy ổn định.
Hồ quang điện là một điện trở phi tuyến có quan hệ phức tạp.
Tiếp theo, ta cùng so sánh tính chất của hồ quang điện một chiều và xoay chiều.
Tính chất của hồ quang điện 1 chiều và xoay chiều
Hồ quang điện một chiều
Hồ quang điện xoay chiều Đư ờng đặc tính
Mạch tạo hồ quang điện bao gồm điện trở R, điện cảm L và hai cực điện hồ quang, với đặc điểm là dòng điện và điện áp đều giảm xuống 0 sau mỗi nửa chu kỳ của nguồn điện xoay chiều Hồ quang điện có tính chất phi tuyến, dẫn đến sự đồng pha giữa dòng điện và điện áp Trong chu kỳ đầu tiên, điện áp hồ quang tăng nhanh đến mức cháy theo điện áp nguồn, và khi hồ quang đã cháy, điện áp sẽ giảm dần.
Dòng điện tăng từ 0 đến điểm cháy. o Dòng tăng mạnh và khi tiếp với nguồn điện
U0. o Phương trình cân bằng điện áp này có dạng:
Trong đó: U0 – điện áp nguồn một chiều; UR – điên áp giáng trên điện trở R; UL – điện áp giáng trên điện kháng; Uhq – điện áp hồ quang. Đặc tính Vôn –
Trong mạch điện, tại thời điểm t=T/4, dòng điện đạt giá trị cực đại trong khi điện áp hồ quang gần như không thay đổi Ở chu kỳ tiếp theo, dòng điện giảm dần cho đến khi tắt, trong khi điện áp hồ quang tăng lên rồi suy giảm về 0 cùng với dòng điện Nếu hồ quang ổn định, quá trình này sẽ lặp lại ở nửa chu kỳ sau Khi dòng điện đi qua 0, hồ quang không nhận được năng lượng, dẫn đến quá trình phản ion mạnh mẽ tại vùng điện cực Nếu điện áp giữa hai điện cực thấp hơn mức điện áp cháy, hồ quang sẽ tắt hoàn toàn Khi dòng điện gần bằng 0, nó không còn tuân theo quy luật hình sin liên tục do điện trở hồ quang tăng cao, có thể coi dòng điện bằng 0 Thời gian này kéo dài khoảng micro giây, tùy thuộc vào đặc tính tải và điện áp nguồn U0.
(coi công suất nguồn vô cùng lớn);
Đường 2 thể hiện đặc tính tĩnh của hồ quang, được coi là dòng điện biến thiên chậm, với chiều dài hồ quang ổn định và môi trường cháy không có sự biến động lớn.
UR (còn gọi là đặc tính tải).
Xét trường hợp đặc tính hồ quang, đường 2 cắt điểm
A và B( hình vẽ điện của hồ quang. trên)
L di dt =0 hay di dt
=0 nghĩa là trị số dòng điện ở hai điểm này không đổi.
A nếu dòng điện suy giảm thì Ldi/dt
A), dòng điện sẽ tiếp tục suy giảm về 0 và hồ quang tắt.
Nếu dòng điện tăng thì Ldi/dt
A), dòng điện sẽ tăng đến điểm B.
Vậy điểm A là điểm cân bằng không ổn định của hồ quang.
B nếu dòng điện giảm (bên trái) thì
Ldi/dt >0, sẽ đẩy dòng điện tăng lên đến B.
(bên phải điểm B) thì Ldi/dt
