GT ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT---- ĐCN CĐN TV

Phân loại linh kiện điện tử công suất Các linh kiện bán dẫn công suất trong lĩnh vực điện tử công suất có hai chức năng cơbản là đóng và ngắt dòng điện đi qua nó.. Trạng thái linh kiện

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU 3

Bài mở đầu 4

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 4

1 Trị số trung bình của một đại lượng 4

2 Công suất trung bình 4

3 Giá trị hiệu dụng của một đại lượng 5

4 Hệ số công suất 5

Chương 1 7

CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 7

1.1 Phân loại linh kiện điện tử công suất 7

1.2 Diode công suất 7

1.3 Transistor BJT 10

1.4 Transistor Mosfet 17

1.5 IGBT (Insulated gate bipolar transistor) 21

1.6 Thyristor SCR (SILICON CONTROLER RECTIFIER) 25

1.7 Triac - Triod Alternative Current 29

1.8 GTO - GATE TURN OFF THYRISTOR 29

Chương 2 29

BỘ CHỈNH LƯU 29

2.1 Bộ chỉnh lưu 1 pha 29

2.1.1 Bộ chỉnh lưu 1 pha không điều khiển 29

2.1.2 Bộ chỉnh lưu 1 pha có điều khiển 29

2.1.2.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha 29

2.1.2.3 Mạch chỉnh lưu một pha hình tia hai nửa chu kỳ 29

2.2 Bộ chỉnh lưu 3 pha 29

2.2.1 Chỉnh lưu 3 pha không điều khiển 29

2.2.2 Chỉnh lưu có điều khiển 29

2.3 Các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu 29

2.3.1 Chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu 29

2.3.2 Chế độ dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn 29

Chương 3 29

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 29

3.1 Tổng quát 29

3.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha 29

3.3 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha 29

3.3.1 Khái niệm chung 29

3.3.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha tải thuần trở 29

3.3.3 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha tải trở kháng (RL) 29

Chương 4 29

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 29

4.1 Khái niệm chung 29

4.2 Bộ giảm áp 29

4.3 Bộ tăng áp 29

4.4 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều 29

Chương 5 29

BỘ NGHỊCH LƯU VÀ BỘ BIẾN TẦN 29

5.1 Bộ nghịch lưu áp một pha 29

5.2 Bộ nghịch lưu áp 3 pha 29

5.3 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp 29

5.4 Bộ nghịch lưu dòng điện 29

5.4.1 Bộ nghịch lưu dòng điện 1 pha 29

5.5 Bộ biến tần gián tiếp 29

5.6 Bộ biến tần trực tiếp 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

Sau khi học xong môn học này người học có khả năng nhận biết được các linh kiệncông suất, chức năng hoạt động của nó Lắp ráp được các sơ đồ chỉnh lưu, nghịch lưu, điềukhiển cơ cấu chấp hành theo ý muốn người sử dụng.

Bài giảng được biên soạn bao gồm 1 bài và 4 chương như sau gồm 30 giờ lý thuyết

và 30 giờ thực hành

Bài mở đầu – Các khái niệm cơ bản

Chương 1 – Các linh kiện điện tử công suất

Chương 2 – Bộ chỉnh lưu

Chương 3 – Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Chương 4 – Bộ biến đổi điện áp 1 chiều

Chương 5 – Bộ nghịch lưu và bộ biến tần

Để củng cố kiến thức phù hợp với khả năng học tập của học sinh Trường trung cấpnghề Trà Vinh Việc biên soạn sẽ bám sát chương trình tổng cục dạy nghề

Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong sự đóng gópnhiệt tình của đồng nghiệp và các bạn

Bài mở đầu CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

A Mục tiêu bài học

- Trình bày được các khái niệm cơ bản về trị trung bình, hiệu dụng 1 đại lượng

- Nêu định nghĩa hệ số công suất, biện pháp nâng cao hệ số công suất

- Đo kiểm, nhận biết được các chân linh kiện công suất

- Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác và nghiêm túc trong học tập và trong thực hiệncông việc

dụng như những khóa bán dẫn, hay còn gọi là các van bán dẫn

Các van bán dẫn đóng cắt dòng điện mà không tạo ra tia lửa điện, không bị mài mòntheo thời gian, đạt hiệu suất cao

1 Trị số trung bình của một đại lượng

Gọi i(t) là hàm biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ TP Trị trung bình đạilượng I, viết tắt là Id được xác định theo hệ thức:

Ví dụ: Xét quá trình dòng điện như hình, tính trị trung bình của dòng điện.

0,3 0,5 0,80

dt dt

t i T dt t i T dt t i T

I

T

T

T T

5,0

10

5,0

110

5,0

1)

(

1)(

1)(

3 , 0

3 , 0 0 0

2 Công suất trung bình

Công suất tức thời của một tải tiêu thụ được xác định bằng điện áp và dòng điện tức

Công suất trung bình được xác định bằng cách áp dụng tính trung bình vào đại lượngcông suất tức thời p(t), tức là:

dt t i t u T dt t p T

P

T T

0 0

) ( ) (

1 )

( 1

Trường hợp dòng qua tải không đổi theo thời gian, I = const = Id, công suất trung bìnhqua tải bằng tích của điện áp và dòng điện trung bình

Pd = Ud I = Ud.Id

3 Giá trị hiệu dụng của một đại lượng

Giả thiết đại lượng i biến thiên theo thời gian, theo một hàm tuần hoàn với chu kỳ T.Trị hiệu dụng của một đại lượng i, u được tính theo công thức:

Chỉ số RMS (Root mean square) có nghĩa là trị hiệu dụng

P = m.U.I.cos; S = m.U.I; cos  S P

Trong đó: U,I – là các giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện qua tải

m – là tổng số pha

 - là góc lệch pha giữa điện áp nguồn và sóng hài cơ bản của dòng điện tạo nêncông suất tiêu thụ của tải:

Các sóng hài bậc cao tạo nên công suất ảo:

Q = m.U.I.sin - công suất phản kháng (công suất ảo, do sóng hài cơ bản của dòngđiện tạo nên)

Từ đó ta rút ra hệ số công suất theo các thành phần công suất như sau:

2 2

cos

Q P

P







4.2 Biện pháp nâng cao hệ số công suất

Từ công thức: cos 2 2

Q P

C Câu hỏi, bài tập

1 Để nâng cao hệ số công suất ta làm bằng cách nào

2 Trình bày công thức tính trị trung bình, trị hiệu dụng 1 đại lượng

Chương 1 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

A Mục tiêu bài học

- Phân biệt được các linh kiện công suất

- Vẽ được ký hiệu, trình bày được chức năng các linh kiện công suất

- Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác và nghiêm túc trong học tập và trong thực hiệncông việc

B Nội dung chính

1.1 Phân loại linh kiện điện tử công suất

Các linh kiện bán dẫn công suất trong lĩnh vực điện tử công suất có hai chức năng cơbản là đóng và ngắt dòng điện đi qua nó Trạng thái linh kiện dẫn điện (đóng) là trạng tháilinh kiện có tác dụng như một điện trở rất bé (gần bằng không) Độ lớn dòng điện qua linhkiện phụ thuộc trạng thái mạch điện lúc linh kiện đóng và độ sụt áp trên linh kiện nhỏ khôngđáng kể (tối đa khoảng vài volt)

Trạng thái linh kiện không dẫn điện ( ngắt dòng điện) là trạng thái linh kiện có tácdụng trong mạch như một điện trở rất lớn, dòng điện qua linh kiện có độ lớn không đáng kể,

độ lớn điện áp đặt lên linh kiện phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của mạch điện bên ngoài

Do đó, linh kiện bán dẫn hoạt động với 2 chế độ làm việc là đóng và ngắt dòng điện,được xem là lý tưởng nếu trạng thái dẫn điện có độ sụt áp bằng 0, và ở trạng thái không dẫnđiện dòng đi qua nó bằng 0

Các linh kiện bán dẫn có thể thay đổi trạng thái là việc của mình, ví dụ từ trạng tháikhông dẫn điện (ngắt) sang trạng thái dẫn điện (đóng) và ngược lại, thông qua các tác dụngkích thích của tín hiệu lên cực điều khiển (ngõ vào) cảu các linh kiện Tín hiệu điều khiển cóthể ở dạng dòng điện, điện áp,…

Trong trường hợp linh kiện không có cực điều khiển và quá trình chuyển trạng tháilàm việc của linh kiện xảy ra dưới tác dụng của nguồn công suất ở ngõ ra, ta gọi lịnh kiệnthuộc loại không điều khiển Ví dụ như Diac, Diode là linh kiện không điều khiển

Nếu thông qua cực điều khiển, tín hiệu chỉ tác động đến chức năng đóng dòng điện

mà không thể tác động làm ngắt dòng điện qua nó, ta gọi linh kiện không có khả năng kíchngắt Ví dụ như SCR, Triac

Ngược lại các linh kiện có thể thay đổi trạng thái từ dẫn điện sang ngắt điện và ngượclại thông qua tác dụng của tín hiệu điều khiển gọi là linh kiện có khả năng kích ngắt ( linhkiện tự chuyển mạch) Ví dụ như Transistor (BJT, Mosfet, IGBT), GTO(gate – turn – offthyristor),…

1.2 Diode công suất

Diode là phần tử bán dẫn gồm 2 miếng bán dẫn P và N ghép lại với nhau Đầu nối với bándẫn P gọi là anode (A), đầu nối với bán dẫn N gọi là Kathode (K)

Đặc tính Von-Ampe của Diode biểu thị

quan hệ I(U) giữa dòng điện qua Diode và điện

áp đặt vào hai cực Diode

Đặc tính Von-Ampe tĩnh của Diode có

hai nhánh

P N

Hình 1.1 Cấu tạo của Diode công suất

Nhánh thuận: ứng với phân áp thuận thì dòng điện đi qua Diode tăng theo điện áp.Khi điện áp đặt vào Diode vượt một ngưỡng Un cỡ 0,1V-0,5V và chưa lớn lắm thì đặc tính

có dạng Parabol (đoạn 1) Khi điện áp lớn hơn thì đặc tính gần như đường thẳng (đoạn 2)

Điện trở thuận của Diode ở một điểm nào đó trên đặc tính thường nhỏ và có thể tínhtheo: Rth =

U

I



 = tg Đó chính là nghịch đảo của giá trị đạo hàm dI/dU của đặc tính tạiđiểm tính điện trở

Nhánh ngược: ứng với phân áp ngược Lúc đầu điện áp ngược tăng thì dòng điệnngược (dòng điện rò) rất nhỏ cũng tăng nhưng rất chậm (đoạn 3) Tới điện áp ngược |U| >0,1V thì dòng điện ngược có trị số nhỏ khoảng vài mA và gần như giữ nguyên Sau đó, khiđiện áp ngược đủ lớn |U| > Ung.max thì dòng điện ngược tăng nhanh (đoạn 4) và cuối cùng (đoạn 5)thì Diode bị đánh thủng

Lúc này, dòng điện ngược tăng vọt

dù có giảm điện áp Điện áp này gọi là điện

áp chọc thủng Diode bị phá hỏng, để đảm

bảo an toàn cho Diode, ta nên chọn Diode

làm việc với điện áp ngược điện áp ~ 0,8

Ung.max Với Ung < 0,8 Ung.max thì dòng điện

rò qua Diode nhỏ không đáng kể và Diode

coi như ở trạng thái khoá

U th

I

0 th

ng I

U I

Un

V A

-A C V

A + -

A C

Hình 1.2 Đặc tính Von-Ampe của Diode

Vùng khuỷu là vùng điện trở ngược của Diode đang từ trị số rất lớn chuyển sang trị

số rất nhỏ dẫn đến dòng điện ngược từ trị số rất nhỏ trở thành trị số rất lớn

Từ đặc tính V.A của Diode, có thể thấy Diode (do tính chất đặc biệt của lớp tiếp xúcP-N) chỉ cho dòng điện chảy qua từ anode A sang cathode C khi phân áp thuận và không chodòng điện qua từ cathode C sang anode A khi phân áp ngược

Đặc tính của Diode thực là một đường phi tuyến (không thẳng) (đường a hình 1.6) Đặc tínhV.A của một Diode lý tưởng là nhữngđoạn thẳng (đường b hình 1.6) vì khi phân áp thuận,điện trở RAC là bằng 0, dòng điện thuận coi như ngắn mạch, còn khi phân áp ngược điện trở

RAC là vô cùng, không có dòng điện ngược Đặc tính V.A của Diode còn thay đổi theo nhiệt độ(hình 1.7)

t1 t2

t2

t1

t2>t1

Hình 1.4 Đặc tính Von-Ampe của Diode phụ thuộc nhiệt độ

Qua đặc tính V.A cho thấy tuỳ theo điều kiện phân áp mà Diode có thể dẫn dòng haykhông dẫn dòng Diode là một van (valve) bán dẫn

Tính chất này được sử dụng để chỉnh lưu (nắn) dòng điện xoay chiều thành mộtchiều

Khi nối một Diode vào giữa một nguồn điện xoay áp chiều vào phụ tải Diode sẽ dẫndòng ở nửa chu kỳ còn lại vì phân áp ngược Sự chuyển đổi thông = khoá của Diode làkhông tức thời mà cần có một thời gian nhất định

toff – thời gian cần để Diode chuyển từ trạng thái thông sang trạng thái khoá

ton – thời gian cần để Diode chuyển từ trạng thái khoá sang trạng thái thông (dẫn)

Chính vì vậy, nếu tần số điện áp xoay chiều quá lớn thì Diode bình thường có thểkhông tạo được chế độ khoá

K

A

- Một số hình ảnh diode thông dụng

1.3 Transistor BJT

1.3.1 Cấu tạo cấu tạo và nguyên lý hoạt động

a Cấu tạo: Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp

giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN tađược Transistor ngược về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấungược chiều nhau

Hình 1.5 - Cấu tạo và sơ đồ tương đương của Transistor

+ Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu làB(Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

+ Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, vàcực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn(loại Nhay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị chonhau được

b Nguyên lý hoạt động

* Xét transistor nghịch NPN:

- Thí nghiệm 1: Cực E nối vào cực âm, cực C nối vào cực dương của nguồn VCC, cực B đểhở.( hình 3.4)

Hình 1.6 - cực B để hở nên không có dòng qua transistor

Trong trường hợp này điện tử trong vùng bán dẫn N của cực E và C do tác dụng của lựctĩnh điện sẽ bị di chuyển từ cực E về cực C Do cực B để hở nên electron từ vùng bán dẫn Ncủa cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn P của cực B nên không có hiện tượng tái hợp giữelectron và lỗ trống và do đó không có dòng điện qua transistor

diode( gọi là diode BE) được phân cực thuận nên dẫn điện, electron từ vùng bán dẫn N củacực E sẽ sang vùng bán dẫn P của cực B để tái hợp với lỗ trống Khi đó vùng bán dẫn P củacực B nhận thêm electron nên có điện tích âm

- Cực B nối vào điện áp dương của nguồn nên sẽ hút một số electron trong vùng bándẫn P xuống tạo thành dòng điện IB

- Cực C được nối vào điện áp dương cao hơn nên hút hầu hết electron trong vùngbán dẫn P sang vùng bán dẫn N của cực C tạo thành dòng điện IC

- Cực E được nối vào điện áp âm nên khi vùng bán dẫn N bị mất electron sẽ hútelectron từ nguồn âm lên thế chỗ tạo thành dòng điện IE

Số lượng electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên dòng điện IB và

IC đều chạy sang cực E

Ta có: I E = I B + I C

* Đối với transistor PNP: đối với transistor PNP thì điện áp nối từ các chân ngược lại với

transistor NPN Hạt tải di chuyển trong transistor NPN là cas electron xuất phát từ cực E,còn đối với transistor PNP thì hạt tải di chuyển là các lỗ trống xuất phát từ cực E nguyên lýhoạt động giải thích tương tự như transisitor NPN

c Ký hiệu & hình dáng Transistor

Transistor nghịch NPN Transistor thuận PNP

Hình 1.8- Ký hiệu của Transistor

Hình 1.9 - Hình dáng của Transistor

động, làm mạch ổn áp, định thời

1.3.2 Các tham số cơ bản và tham số tới hạn của transsistor

Khi sử dụng transistor cần lưu ý các tham số của nó, các tham số này đều có ghi trong

sổ tay tra cứu Sau đây là các tam số chính

- Dòng góp lớn nhất cho phép (Icm)): nếu dòng góp một chiều vượt quá trị số cho phépthì transistor có thể bị hỏng

- Điện áp góp lớn nhất cho phép (Ucm): cả hai điện áp UCE và U CB đều phải dưới mứccho phép, nếu vượt quá thì transistor có thể bị hỏng

- Công suất tiêu tán tối đa cho phép (Ptt)) là mức công suất lớn nhất tiêu tán ở tiếp giápgốc – góp trong một thời gian dài mà transistor vẫn làm việc bình thường.

- Hệ số khuếch đại dòng điện α (mạch gốc chung) hay ò (mạch phát chung): α hay òcàng lớn thì khả năng khuếch đại tín hiệu của nó càng lớn

- Tần số cắt fC là tần số khi transistor làm việc thì hệ số khuếch đại dòng điện của nógiảm đi 0,7 lần trị số lúc nó làm việc ở tần số thấp ở tần số cao hơn thì hệ số khuếch đạidòng điện càng giảm nhanh Người ta còn xác định tần số tới hạn fT là tần số mà hệ sốkhuếch đại dòng điện ò của transistor còn bằng 1

- Dòng góp ngược hay dòng dò ICo; là dòng góp khi mạch vào hở mạch, đối với mạchgốc chung ta có dòng ICo (tức là ICbo) Với mạch phát chung ta có ICe Dòng này càng nhỏ thìtransistor càng tốt, transistor silic có dòng dò nhỏ rất nhiều so với transistor gecmani

- Giới hạn nhiệt độ làm việc: nhiệt độ càng tăng thì ICo tăng, ICm, UCm, Ptt đều giảm vàtranzito làm việc không ổn định Do đó, phải có giới hạn nhiệt độ của tranzito Tranzito chếtạo bằng silíc có giới hạn nhiệt độ làm việc cao hơn transistor chế tạo bằng gecmani

- Hệ số tạp âm: Hệ số tạp âm của các loại transsistor đều có ghi trong sổ tay và tínhtheo dB Transistor có hệ số tạp âm càng nhỏ thì trị số dB càng lớn

Hình 1.10 Đặc tuyến hoạt động của transistor

Đối với mỗi transistor có một vùng làm việc trên đặc tuyến ra, nếu transistor hoạt độngtrong vùng này sẽ có tỷ lệ tín hiệu ra trên tín hiệu vào là lớn nhất với độ méo nhỏ nhất Vùngnày sẽ bị giới hạn bởi một vài tham số như dòng IC lớn nhất ICmax (đối với cách mắc CE) Với transistor có đặc tuyến ra như Hình 4.6 có ICmax = 50 mA, UCemax = 20 V

Đường UCEbh trên đặc tuyến là giá trị nhỏ nhất của UCE, thông thường UCEbh = 0,3 V.Công suất tiêu hao lớn nhất được định nghĩa:

PCmax = UCE IC

Với transistor cho trên Hình 4.3 thì PCmax = 300mW

Ví dụ, chọn IC = ICmax = 50mA suy ra UCE = 6 V Chọn UCE = UCemax = 20V, suy ra IC =15mA Nếu chọn IC nằm giữa hai khoảng trên, IC = 25mA thì UCE = 12V Với 3 điểm trên ta

có thể vẽ được đường cong công suất (có thể lấy thêm các điểm khác)

Như vậy, vùng hoạt động của transistor bị giới hạn bởi các tham số:

ICEO  IC  ICmax

UCEbh  UCE  UCEmax

UCE IC  PCmax

Chú ý với cách mắc CB thì PCmax = UCB IC

1.3.3 Đo kiểm transistor

a Cách xác định chân E, B, C của Transistor

 Với các loại Transistor công xuất nhỏ thì thứ tự chân C và B tuỳ theo bóng củanước nào sản xuất , nhưng chân E luôn ở bên trái nếu ta để Transistor như hình dưới

Hình 1.11 Transistor công xuất nhỏ.

 Với loại Transistor công xuất lớn (như hình dưới ) thì hầu hết đều có chung thứ

tự chân là : Bên trái là cực B, ở giữa là cực C và bên phải là cực E

Hình 4.8 Transistor công xuất lớn thường

có thứ tự chân như trên.

 Khi xác định linh kiện là transistor BJT và để biết được chính xác vị trí chân

của nó thì ta có cách đo xác định chân như sau:

Ta đặt đồng hồ VOM ở thang đo điện trở X1, X10 hoặc X1K tùy theo transistor côngsuất lớn hay nhỏ Sau đó ta tiến hành theo các bước như sau:

- Bước 1: Xác định chân B

Ta đặt que đo vào một chân cố định, que còn lại đảo giữa hai chân còn lại, nếu kimđều lên thì ta đảo hai que đo với nhau và đo như trên thì kim không lên  chân có định làchân B

- Bước 2: Xác định transistor thuận hay nghịch

Ở trường hợp que còn lại đảo giữa hai chân còn lại kim đều lên, que cố định là queđen thì BJT là NPN, còn nếu chân cố định là que đỏ thì BJT là PNP.

- Bước 3: Xác định cực C và cực E

+ Transistor nghịch NPN: Ta đặt hai que đo vào hai chân còn lại( không đặt ở chân

B), dùng điện trở hoặc ngón tay để nối giữa que đen và cực B nếu kim lên thì chân tươngứng với que đen là chân C, chân còn lại là chân E Khi kim không lên thì ta đảo ngược quelại và kiểm tra như trên

+ Transistor thuận PNP: Ta đặt hai que đo vào hai chân còn lại( không đặt ở chân

B), dùng điện trở hoặc ngón tay để nối giữa que đỏ và cực B nếu kim lên thì chân tương ứngvới que đen là chân C, chân còn lại là chân E Khi kim không lên thì ta đảo ngược que lại vàkiểm tra như trên

b Phương pháp kiểm tra chất lượng Transistor

Transistor khi hoạt động có thể hư hỏng do nhiều nguyên nhân, như hỏng do nhiệt độ,

độ ẩm, do điện áp nguồn tăng cao hoặc do chất lượng của bản thân Transistor, để kiểm traTransistor bạn hãy nhớ cấu tạo của chúng

+ Kiểm tra Transistor ngược NPN tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Anôt,điểm chung là cực B, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que đen vào B ) thì tương đương như

đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kim không lên

+ Kiểm tra Transistor thuận PNP tương tự kiểm tra hai Diode đấu chung cực Katôt,điểm chung là cực B của Transistor, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que đỏ vào B ) thìtương đương như đo hai diode thuận chiều => kim lên , tất cả các trường hợp đo khác kimkhông lên

+ Trái với các điều trên là Transistor bị hỏng

+ Đo giữa C và E kim lên là bị chập CE.

1.3.4 Các cách mắc cơ bản của transistor:

Transirtor có ba cực (E, B, C), nếu đa tín hiệu vào trên hai cực và lấy tín hiệu ra trênhai cực thì phải có một cực là chung Do vậy, đối với transistor có ba cách mắc cơ bản: Bazơchung (CB: Common Base), emitơ chung (CE: Common Emitter ), colectơ chung (CommonCollector)

a Transistor mắc theo kiểu E chung :

Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua tụ xuốngmass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C, mạch có sơ đồnhư sau :

R c

Q1.

OUT IN

Hình 1.12 - Sơ đồ mạch khuếch đại cực E chung

* Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung

Mạch khuếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng 60% ÷

70 % Vcc

Biên độ điện áp tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ điện áp tín hiệu vào nhiều lần, nhưvậy mạch khuếch đại về điện áp

Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể

Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : Vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng

IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lạikhi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng

=> vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào

Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử

b Transistor mắc theo kiểu C chung:

Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn ( Lưu ý : vềphương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đương với mass ) , Tín hiệu được đưa vào cực B

và lấy ra trên cực E , mạch có sơ đồ như sau :

+Vcc

OUT

Hình 1.13 Sơ đồ mạch khuếch đại cực C chung

* Đặc điểm của mạch khuếch đại E chung

Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luôn luôn có giá trị khoảng0,6V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên

độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào

Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện áp ra cũngtăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm

Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần : Vì khi tín hiệuvào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBEnên giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE

sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độdòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào

Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếch đại đệm (Damper), trước khichia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta thường dùng mạch Damper để khuếch đại cho tín hiệumạnh hơn Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn

c Transistor mắc theo kiểu B chung:

Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân Bđược thoát mass thông qua tụ

Mạch mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế

1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

1.4.1.1 CÊu t¹o vµ kÝ hiÖu quy íc:

a Cấu tạo của Mosfet:

- Mosfet kênh N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N, giữa hai lớp

P-N được cách điện bởi lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P được nối ra thành cực D và cực S, nềnbán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được dấu ra thành cực G

- Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn ,còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS )

- Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệuứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càngnhỏ

b Ký hiệu quy ước:

D

S G

D

S G

Hình 1.15 Ký hiệu của Mosfet

1.4.1.2 Nguyên tắc hoạt động của Mosfet:

* Mạch điện thí nghiệm.

C1 K2

K1

UG

UD

Đ G

D

S Q1

Hình 1.16 Mạch thí nghiệm sự hoạt động của Mosfet

+ Thí nghiệm : Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn Đ vào hai cực D và Scủa Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa làkhông có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện

+ Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V =>đèn Q1 dẫn => bóng đèn Đ sáng

+ Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì cho đèn Q dẫn => chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS

+ Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0 => UGS= 0V

=> đèn tắt

=> Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo

ra dòng GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ

trường

=> làm cho điện trở RDS giảm xuống

1.4.2 Đặt tuyến V – A

Đặc tính V-I của MOSFET được phân làm 3 vùng:

- Cutoff mode - Vùng nghịch: VGS<VTh đặc tính ra với thông số ID = 0 Nằm

trong vùng này MOSFET ở chế độ ngắt Trong đó VTh là điện áp đóng của MOSFET

- Triode mode or Linear Active -Vùng tích vực: VDS<VGS-VTh; VGS>VTh là

vùng mà MOSFET dẫn, dòng điện chạy từ cổng Drain đến cổng Source Dòng ID tỷ lệ vớiđiện áp VDS Dòng điện ID lớn và điện áp Drain – Source nhỏ, MOSFET hoạt động nhưkhóa đóng ngắt

- Saturation -Vùng bão hòa: VDS>VGS-VTh; VGS>VTh Dòng điện Drain ID hầu

như không đổi khi điện áp VDS tăng và MOSFET hoạt động như một khâu khuếch đại

- MOSFET trong ĐTCS chỉ sử dụng hai trạng thái Triode mode và Cutoff mode

1.4.3 Các thông số và tính chất cơ bản của Mosfet

- Để MOSFET ở trạng thái đóng, đòi hỏi điện áp cổng tác dụng liên tục Dòng điện

đi vào mạch cổng điều khiển không đáng kể trừ khi mạch ở trạng thái quá độ, đóng hoặcngắt dòng Lúc đó xuất hiện dòng phóng và nạp điện cho tụ của mạch cổng

- Thời gian đóng ngắt rất nhỏ, khoảng vài ns đến hàng trăm ns phụ thuộc vào linh

kiện Điện trở trong của MOSFET khi dẫn điện RD.ON thay đổi phụ thuộc vào khả năngchịu áp của linh kiện Do đó, các linh kiện MOSFET thường có định mức áp thấp tương ứngvới trở kháng trong nhỏ và tổn hao ít

- Do tốc độ đóng ngắt nhanh, tổn hao phát sinh thấp Do đó, với định mức áp từ

300V- 400V MOSFET tỏ ra ưu điểm so với BJT ở tần số vài chục kHz.

- MOSFET có thể sử dụng đến mức điện áp 1000V, dòng điện vài chục amper và vớimức điện áp vài trăm volt với dòng cho phép đến khoảng 100A Điện áp điều khiển tối đa20V (2V,5V, 10V tùy theo loại), mặc dù thông thường có thể dùng áp đến 5V để điều khiểnđược nó

- MOSFET là linh kiện bán dẫn điều khiển đóng ngắt bằng điện áp và đòi hỏi dòngđiện nhỏ Tần số đóng ngắt rất cao và thời gian đạt đến 100 kHz Vì vậy MOSFET ứng dụngtrong các bộ biến đổi công suất nhỏ và tần số cao Tuy nhiên, linh kiện MOSFET khi kếthợp với công nghệ linh kiện

GTO lại phát huy hiệu quả cao và chúng kết hợp với nhau tạo nên linh kiện MTO cóứng dụng cho các tải công suất lớn

- MOSFET đòi hỏi công suất tiêu thụ ở mạch cổng kích thấp, tốc độ kích đóng nhanh

và tổn haodo đóng ngắt thấp Tuy nhiên, MOSFET có điện trở khi dẫn điện lớn, do vậy côngsuất tổn hao khi dẫn điện lớn làm nó không thể phát triển thành linh kiện công suất lớn

- Các linh kiện MOSFET có thể đấu song song để mở rộng công suất

- Ứng dụng cho các bộ biến đổi công suất nhỏ

- Tần số đóng cắt của MOSFET lên đến 100 kHz

- Áp định mức của MOSFET đến 1000V

- Dòng định mức của MOSFET đến 50 A

- Mosfet có cấu trúc diode ngược lý sinh (do cấu trúc bán dẫn)

- Độ sụt áp trên MOSFET cao hơn so với BJT

- Điện trở khi dẫn (từ 0,1 đến vài )

- Tổn hao trong MOSFET cao

1.4.4 Các trạng thái đóng ngắt.

- UGS<=0: MOSFET ngắt

1.4.5 Kiểm tra MOSET:

* Đo nguội:

Đặt VOM ở thang đo R X 10K

- Đo hai lần (đổi que đo) tại cặp chân (G,S) và (G, D) không lên kim

- Đo lại cặp chân (S, D)  5k

 Cẩn thận !

Do MOSFET rất nhạy cảm với kích thích (đáp ứng nhanh, tốt với tác động điện)  do

đó cũng rất nhạy cảm với tĩnh điện bên ngoài, cho nên nếu tĩnh điện bên ngoài lớn  dễ làmhỏng hoặc làm suy yếu MOSFET.Vì vậy, cách tốt nhất khi thử kích tay vào MOSFET là tanên cho bàn chân của mình chạm xuống đất hoặc cổ tay đeo vòng nối đất để thoát tĩnh điện

* Đo nóng:

Đặt VOM ở thang đo VDC như hình 6.23

- Đo điện áp UD và US (ta nên dùng VOM nội trở > 10 k)

- Kích tay vào cực G nếu kim đồng hồ thay đổi  tốt

q u e ® á

SD

U d d

Hình 1.17

1.5 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

- Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) – được phát minh vào đầu những năm

1980 và là linh kiện rất thành công với những đặc tính nổi trội IGBT có cẩu trúc 3 cực ứngdụng trong điều khiển năng lượng điện và nhiều ứng dụng khác không thể hiệu quả khikhông có IGBT Trước khi xuất hiện IGBT, BJT và MOSFET được sử dụng rộng rãi trongcác ứng dụng công suất vừa và nhỏ với tần số đóng ngắt cao mà ở đó GTO không thể sửdụng

- IGBT có đặc tính tốt hơn so với các linh kiện còn lại do IGBT là mạch Darlingtoncủa BJT và MOSFET, vì vậy nó có điện trở khi dẫn nhỏ như BJT, cách ly cực điều khiển vàcực công suất như MOSFET và điều khiển bằng điện áp

1.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Lớp p cực Collector của IGBT kết hợp với lớp n vùng khuyếch tán tạo tiếp xúc p-n, khi dẫn Để đơn giản ta giả thiết cực Emitter là điện thế mát (ground potential)

Khi điện thế cực C âm, lớp tiếp xúc p-n khuếch tán phân cực ngược, ngăn không cho dòng điện tải chạy trong linh kiện – linh kiện ở trạng thái ngắt

Khi cực G có điện áp mát (ground potential) mà điện áp dương trên cực C, tiếp xúc

p-n khuếch táp-n cũp-ng phâp-n cực p-ngược, làm cho dòp-ng điệp-n tải khôp-ng chạy trop-ng lip-nh kiệp-n – lip-nh kiện ở trạng thái chưa dẫn

Khi cực G mang điện thế dương lớn hơn điện áp đóng VTh , kênh n được hình thành cho phép điện tử dịch chuyển vào vùng n-khuếch tán Lớp tiếp xúc p-n khuếch tán phân cực thuận và điện tích lỗ hổng dịch chuyển vào vùng khuếch tán Trong vùng này điện tử kết hợpvới điện tích lỗ hổng thiết lập khoảng trung hòa, các điện tích lỗ hổng còn lại kết nối với cực

E, tạo dòng điện giữa hai cực E-C

Việc kích dẫn IGBT được thực hiện bằng xung điện áp đưa vào cực kích G Đặt tính V-I tương tự như Mosfet.

Khi tác dụng lên cực G điện thế dương so với Emiter để kích đóng IGBT, các hạt mang điện loại N được kéo vào kênh P gần cực G làm giàu điện tích mạch cổng P của

transistor NPN và làm cho transistor này dẫn điện và làm cho IGBT dẫn điện Việc ngắt IGBT có thể thực hiện bằng cách ngắt điện thế cấp cho cực G để ngắt kênh dẫn P Mạch kíchcủa IGBT vì thế rất đơn giản

- IGBT là transistor công suất hiện đại, chế tạo trên công nghệ VLSI, cho nên kíchthước gọn nhẹ Nó có khả năng chịu được điện áp và dòng điện lớn cũng như tạo nên độ sụt

áp vừa phải khi dẫn điện

- IGBT có cấu trúc gồm bốn lớp p-n-p-n IGBT có cấu tạo gồm 3 cổng Gate (G),Collector (C), Emitor (E) Mạch điều khiển nối vào cổng GE, mạch công suất được nối giữacổng C-E

- IGBT được thực hiện từ sự kết hợp giữa IGBT đầu vào với cổng Gate cách ly vàtransistor dạng n-p-n đầu ra, nhờ đó mà IGBT tập hợp được những đặc tính của cả IGBT vàIGBT Cổng Gate của IGBT giống như cổng Gate của MOSFET, còn cực Collector vàEmitor giống như BJT

- Việc kích dẫn IGBT được thực hiện bằng xung điện áp đưa vào cổng kích G Khitác dụng lên cổng G điện thế dương so với Emitter để kích đóng IGBT, các hạt mang điệnloại n được kéo vào kênh p gần cổng G làm giàu điện tích mạch cổng p của transistor n-p-n

và làm cho IGBT dẫn điện Để ngắt IGBT ta ngắt điện áp cấp cho cổng GE

1.5.2 Các thông số cơ bản IGBT

- IGBT kết hợp những ưu điểm của MOSFET và BJT

- Ưu điểm của IGBT là khả năng đóng ngắt nhanh, làm nó được sử dụng trong các bộbiến đổi điều chế độ rộng xung tần số cao IGBT hiện chiếm vị trí quan trọng trong côngnghiệp với họat động trong phạm vi công suất đến 10MW hoặc cao hơn nữa

- Công nghệ chế tạo IGBT phát triển tăng nhanh công suất của IGBT đã giúp nó thaythế dần GTO trong một số ứng dụng công suất lớn Điều này còn dẫn đến các cải tiến hơnnữa công nghệ của GTO và tạo nên các dạng cải tiến của nó như MTO, ETO và IGCT

- Giống như MOSFET, linh kiện IGBT có điện trở mạch cổng lớn làm hạn chế côngsuất tổn hao khi đóng và ngắt Giống như BJT, linh kiện IGBT có độ sụt áp khi dẫn điệnthấp ( 2→3V; 1000V định mức) nhưng cao hơn so với GTO Khả năng chịu áp khóa tuy caonhưng thấp hơn so với các thyristor IGBT có thể làm việc với dòng điện lớn Tương tự nhưGTO, transistor IGBT có khả năng chịu áp ngược cao

- So với thyristor, thời gian đáp ứng đóng và ngắt IGBT rất nhanh, khoảng một vài ìs

và khả năng chịu tải đạt dến mức điện áp vài ngàn Volt (6kV) và dòng điện vài ngàn Amper.

- Khả năng đóng cắt nhanh đến 100kHz

1.5.3 Đặc tính Volt-Amper IGBT

- Đặc tính V-A của IGBT có dạng tương tự như đặc tính V-A của MOSFET

Đặc tính V-I của IGBT được phân làm 3 vùng:

- Cutoff mode - Vùng nghịch: VGE<VTh đặc tính ra với thông số ID = 0 Nằm

trong vùng này IGBT ở chế độ ngắt Trong đó VTh là điện áp đóng của MOSFET

- Triode mode or Linear Active -Vùng tích vực: VCE<VGE-VTh; VGE>VTh là

vùng mà IGBT dẫn, dòng điện chạy từ cổng Drain đến cổng Source Dòng IC tỷ lệ với điện

áp VCE Dòng điện IC lớn và điện áp C-E nhỏ, IGBT hoạt động như khóa đóng ngắt

- Saturation -Vùng bão hòa: VCE>VGE-VTh; VGE>VTh Dòng điện IC hầu như

không đổi khi điện áp VCE tăng và IGBT hoạt động như một khâu khuếch đại

- IGBT trong ĐTCS chỉ sử dụng hai trạng thái Triode mode và Cutoff mode

- Để ngắt IGBT, cực G được nối tắt với cổng E làm cho dòng điện trong transistor n-p ngưng Dòng IC đột ngột giảm nguyên nhân là vì kênh điện tử bị gỡ bỏ, đồng thời hạtđiện tích dương dư thừa trong vùng n-khuyếch tán bị suy giảm vì kết hợp lại với điện tử

p-1.5.4 Modul IGBT thông minh (Intelligent Power Modul): được chế tạo bởi công nghệ

tích hợp cao Trên modul chứa đựng phần tử IGBT, mạch kích lái, mạch bảo vệ, cảm biếndòng điện Các modul này đạt độ tin cậy rất cao

1.5.5 Các trạng thái đóng ngắt.

- UCE>0, UGE>0: IGBT đóng

- UGE<=0: IGBT ngắt

1.5.6 Mạch bảo vệ: IGBT có khả năng hoạt động tốt không cần đến mạch bảo vệ Trong

trường hợp đặc biệt,có thể sử dụng mạch bảo vệ của MOSFET áp dụng cho IGBT

1.5.7 Mạch kích Mạch kích IGBT đượt thiết kế tương tự như mạch kích cho MOSFET.

Do giá thành IGBT cao, và đặc biệt cho công suất lớn, mạch kích lái IGBT được chế tạodưới dạng IC công nghiệp Các IC này có khả năng tự bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch,được chế tạo tích hợp dạng modul riêng (1,2,4,6 driver) hoặc tích hợp trên cả modul bán dẫn(hình thành dạng complex (bao gồm mạch lái, IGBT và mạch bảo vệ)

1.6 Thyristor SCR (SILICON CONTROLER RECTIFIER).

1.6.1 Cấu tạo và ký hiệu qui ước.

Thyristor được viết tắt là SCR ( Silicon Contronlled Rectifier : bộ nắn điện được điều khiển làm bằng chất silium)

Thyristor có cấu tạo gồm 4 lớp bán dẫn ghép lại tạo thành hai Transistor mắc nối tiếp,một Transistor thuận và một Transistor ngược ( như sơ đồ tương đương ở trên ) Thyristor

có 3 cực là Anot, Katot và Gate gọi là A-K-G, Thyristor là Diode có điều khiển, bìnhthường khi được phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có một điện áp kích vào chân

G => Thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn Thyristor mớingưng dẫn

Hình 1.18- Cấu tạo Thyristor Ký hiệu của Thyristor Sơ đồ tương tương

1.6.2 Nguyên lý hoạt động:

* Thí nghiệm sau đây minh hoạ sự hoạt động của Thyristor

Thí nghiêm minh hoạ sự hoạt động của Thyristor.

 Ban đầu công tắc K2 đóng, Thyristor mặc dù được phân cực thuận nhưng vẫn không

có dòng điện chạy qua, đèn không sáng

 Khi công tắc K1 đóng, điện áp U1 cấp vào chân G làm transistor Q2 dẫn => kéo theotransistor Q1 dẫn => dòng điện từ nguồn U2 đi qua Thyristor làm đèn sáng

 Tiếp theo ta thấy công tắc K1 ngắt nhưng đèn vẫn sáng, vì khi Q1 dẫn, điện áp chân

B Q2 tăng làm Q2 dẫn, khi Q2 dẫn làm áp chân B Q1 giảm làm Q1 dẫn , như vậy haitransistor định thiên cho nhau và duy trì trang thái dẫn điện

 Đèn sáng duy trì cho đến khi K2 ngắt => Thyristor không được cấp điện và ngưngtrang thái hoạt động

 Khi Thyristor đã ngưng dẫn, ta đóng K2 nhưng đèn vẫn không sáng như trường hợpban đầu

Hình dáng Thyristor

Đặt động hồ thang x1Ω , đặt que đen vào Anot, que đỏ vào Katot ban đầu kim khônglên, dùng Tovit chập chân A vào chân G => thấy đồng hồ lên kim, sau đó bỏ Tovit ra =>đồng hồ vẫn lên kim => như vậy là Thyristor tốt

1.6.4 Đặc tính Volt-Amper SCR I C = f (I G ,U AK )

Nhánh thuận : UAK>0 và IG>0, Thyristor dẫn tương ứng với giá trị khác nhau của

điện áp UAK mà dòng điều khiển IG có những gía trị khác nhau Thyristor có thể dẫn với IG

=0 khi điện áp UAK có giá trị khá lớn Mạch tương đương của SCR gồm 2 Transistor mắcđối Collector và Base với nhau xung IG làm 2Transistor nhanh chóng dẫn bão hoà

Nhánh nghịch khi UAK<0 Thyristor làm việc như một diode phân cực ngược và chỉ

cho dòng điện rò khoảng và mA chạy qua Khi áp ngược đạt đến giá trị nhất định (UBR) –giá trị này phụ thuộc vào cấu trúc của Thyristor, dòng điện tăng đột ngột và Thyristor bịđánh thủng

- Lúc SCR dẫn, trạng thái của nó giống diode nên dòng IG không còn cần thiết nữa

để duy trì trạng thái đóng của SCR

- VBO (BO- Break Over) – áp thông dòng Khi điện áp VAK đủ dương để đóng SCR

mà không cần tín hiệu điều khiển Khi tăng dòng kích thì áp thông dòng giảm theoIG2>IG1>IG0 → VB02<UB01<UB0

- IL (L- Latching) - Dòng chốt: Dòng điện anode nhỏ nhất để giữ cho thyristor ởtrạng thái dẫn thuận mà có thể ngắt xung điều khiển

- IH (H – Holding)- Dòng duy trì : trong quá trình dòng thuận SCR IF thấp hơn dòngduy trì IH thì SCR tự động chuyển sang trạng thái ngắt

- VBR – Áp đánh thủng SCR

1.6.5 Các thông số cơ bản của SCR

- Sau khi thyristor dẫn cực điều khiển mất tính chất điều khiển vì thế không thể sửdụng nó để ngắt Thyristor Thyristor có thể tự ngắt khi dòng điện qua nó nhỏ hơn dòng điệnduy trì Đối với Thyristor lý tưởng thì dòng duy trì bằng 0 Tuy nhiên đối với Thyristor thực

tế thì giá trị này khác 0

- Dùng cho mạch công suất lớn

- Mạch điều khiển được nối giữa cực G-K Mạch công suất được nối giữa cực A-K

- Linh kiện điều khiển bằng dòng IG kích đóng cho SCR

- Không có khả năng kích ngắt, SCR chỉ bị ngắt khi dòng qua nó nhỏ hơn dòng duytrì

- Áp định mức SCR vài kV, dòng định mức vài kA

1.6.6 Các trạng thái của SCR: SCR có 3 trạng thái:

- Trạng thái ngắt khi điện áp trên cực anode âm so với cực cathode

- Trạng thái ngắt khi điện áp trên cực anode dương so với cực cathode

- Trạng thái dẫn

1.6.7 Một vài ứng dụng của thyristo (SCR):

a Mạch chỉnh lưu có điều khiển kiểu pha xung như :

Hình 1.19 - Mạch điều khiển xung đơn giản; a Sơ đồ nguyên lý ; b Dạng điện áp

c Mạch điều khiển pha 180 0 :

UAK<0: SCR ngắt

Khóa nghịch UKhóa thuậnAK>0, IG<0: SCR ngắt UDẫn thuậnAK>0, IG>0: SCR dẫn

Hình 1.20 Mạch điều khiển pha 180 0

1.7 Triac - Triod Alternative Current

1.7.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

- TRIAC được cấu tạo bởi hai Thyristor mắc đối song Do đó linh kiện dẫn điện ở cả

hai nửa chu kỳ

1.7.1.1 Cấu tạo và ký hiệu triac

MT1

MT2 G

c) Khi triac được dùng trong mạch xoay chiều công nghiệp thì nguồn có bán kỳ dương cực

G cần kích xung dương, khi nguồn có bán kỳ âm cực G cần được kích xung âm Triac cho

MT2

MT1

G

MT

1G

dòng điện qua cả hai chiều và khi đã dẫn điện thì điện áp trên cả hai cực T1 - T2 rất nhỏ nênđược coi như công tắc bán dẫn dùng trong mạch xoay chiều (hình c).

1.7.3 Đặc tính Volt-Amper TRIAC

- Đặc tính Volt-Amper của TRIAC vẽ theo chiều quy ước của cực T1

- Đặc tính Volt-Amper của TRIAC có tính đối xứng

Gồm hai đặc tính tiristor đối xứng nhau qua gốc toạ độ như hình

1.7.4 Các thông số và tính chất cơ bản TRIAC

- Khái niệm Anode và Cathode không có ý nghĩa đối với TRIAC, ta đánh số T1 là cực gần cực điều khiển G

- TRIAC chỉ bị khoá khi I G = 0 và điện áp đặt nhỏ hơn áp ngưỡng.

- Ưu điểm cơ bản của TRIAC là mạch điều khiển đơn giản Nhưng công suất giới hạn không cao và nhỏ hơn Thyristor

- TRIAC tự bảo vệ chống lại quá điện áp theo cả hai chiều

1.7.5 Ứng dụng của triac:

- Dùng làm rơle không tiếp điểm

Khi cấp điện cho cuộn dây  k đóng a với b ở rơle cuộn dây, công tắc K đóng, mởliên tục  gây tiếng ồn và dễ làm sinh ra phóng lửa hồ quang (nhất là sử dụng ở mạch cấpdòng lớn)  tiếp điểm mau hỏng

Nếu ta sử dụng Triac thì sẽ tránh được hai khuyết điểm trên Chính vì vậy Triac còn cótên gọi là rơle AC không tiếp điểm:

U I

b K

Hình 1.21 Triac như một rơ le

- Mạch điều khiển dùng triac

Hình 1.22 Mạch điều khiển dùng triac

- Điều chỉnh tốc độ quạt điện; chỉnh độ sáng của đèn hình 8.15

Hình 1.23 Mạch điện điều chỉnh tốc độ quạt điện ; độ sáng của đèn

Mắc nối tiếp quạt M (hoặc bóng đèn Đ) với triac như hình vẽ Điện áp mồi cho cực Gcủa triac qua R1, VR1 và Diac Khi chỉnh thay đổi VR1  C1 nạp, xả, áp mở thông Diac vớithời gian dài, ngắn  cực G của triac được kích thông trùng nhịp với MT2 nhiều ít Motor, quạt quay nhanh, chậm tương ứng hoặc đèn sáng nhiều, ít tương ứng theo giá trị của

VR1

1.7.6 Cách đo Triac

Cách đo Triac gần giống như cách đo SCR:

- Do Triac có cấu tạo gồm hai SCR bên trong nên khi kẹp que đen vào cực G đặtque đỏ vào hai cực còn lại, kim đều lên, đó chính là điểm khác biệt cơ bản giữa SCR vàTriac

- Hai cực MT1 và MT2 có điện trở rất lớn

- Bạn dùng phương pháp kích như SCR để thử

1.8 GTO - GATE TURN OFF THYRISTOR

GTO là linh kiện bán dẫn công suất cấu trúc 3 cổng , 4 lớp p-n, thuộc họ Thyristor.Ngoài ra GTO thuộc dạng điều khiển hoàn toàn bằng dòng điện bằng cổng gate Cấu trúc,cải tiến và hoạt động của GTO rất dẽ hiểu nếu ta so sánh với thyristor thông thường Tương

tự như thyristor thông thường để đóng GTO cần một tín hiệu dương vào cổng Gate, tuynhiên có điểm khác là để ngắt GTO cần một tín hiệu âm ở cổng Gate

Có hai dạng GTO: không đối xứng và đối xứng, tuy nhiên loại không đối xứng được

sử dụng nhiều hơn Loại này mắc đối song với diode vì vậy khả năng khóa áp ngược làkhông có Dẫn ngược được thực hiện bởi diode ngược đã được tích hợp trong linh kiện.GTO dạng đối xứng có khả năng dẫn thuận và dẫn ngược

1.8.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu trúc cơ bản của GTO tương tự như Thyristor thông thường, tuy nhiên GTO có một số thiết kế khác với thyristor để đóng và ngắt linh kiện bằng cách thay đổi dấu của tín hiệu điều khiển Điểm khác biệt quan trọng nhất là GTO có chổt emitter hẹp bao quanh bởi điện cực gate và không đoản mạch cathode

Khi dẫn đặc tính của GTO tương tự thyristor, dòng các lỗ hổng phân cực thuận từ gate kết nối lớp liên kết p – cathode, làm phát xạ điện tử từ cathode Các điện tử này chạy đến anode và tạo ra lỗ hổng bởi phát xạ anode Sự dịch chuyển của các lỗ hổng và điện tử vào vùng base cho đến khi hiệu ứng khuếch tán làm cho GTO dẫn

- Cấu trúc của GTO gồm 4 lớp tiếp xúc n-p-n-p Với ba cực Anode (A), Cathode (K),

và Gate(G), trong đó cực Anode và Cathode được cấu tạo bởi nhiều phần tử công nghệ như những thyristor mắc song song, nhờ đó tạo khả năng ngắt từ cực điều khiển

Tuy nhiên GTO được đóng dẫn rất nhanh và có thể chịu được tăng dòng cao (di/dt).

Để ngắt GTO, cực gate phân cực ngược đồng thời tác động lên cathode, điện tích lỗ hổng từ anode tách khỏi lớp p

Kết quả là điện áp rơi tăng trong vùng p, và cuối cùng làm phân cực ngược tiếp xúcgate-cathode và ngắt sự dịch chuyển của điện tử Do điện tích lỗ hổng tiếp tục bị tách ra nênlớp p trở thành vùng nghèo, bằng cách đó ép trạng thái dẫn Dòng anode sau đó chạy quavùng xa với cổng gate, tạo dòng điện mật độ cao Đây là giai đoạn quyết định của quá trìnhngắt GTO, do sợi mật độ cao làm tăng nhiệt, gây ra hư linh kiện nếu không dập tắt nhanh sợinày Ứng dụng dòng điện âm giá trị lớn ở cổng gate có thể dập tắt sợi này nhanh Tuy nhiênđiện áp đánh thủng GTO làm hạn chế phương pháp này

1.8.2 Ký hiệu và sơ đồ kết nối

1.8.3 Đặc tính Volt-Amper GTO: Đặc tính V-A của GTO tương tự đặc tính của SCR Ở

trạng thái đóng GTO được đặc trưng bởi các thông số

- Định mức GTO : dòng vài kA , áp vài kV :

- Dùng cho mạch công suất rất lớn

1.8.5 Các trạng thái đóng ngắt

GTO có 3 trạng thái:

- Trạng thái ngắt khi điện áp trên cực anode âm so với cực cathode

- Trạng thái ngắt khi điện áp trên cực anode dương so với cực cathode

- Trạng thái dẫn

C Câu hỏi, bài tập

1 Vẽ ký hiệu các linh kiện công suất như Transistor, triac, SCR, GTO,

2 Nêu chức năng nhiệm vụ của các linh kiện công suất

3 Nêu sự khác nhau GTO – SCR; Triac – SCR; BJT – Mosfet,

4 Trình bày cách đo kiểm nhận biết các chân linh kiện GTO, SCR, BJT, Triac,

Chương 2

BỘ CHỈNH LƯU

A Mục tiêu bài học

- Phân biệt được chỉnh lưu, nghịch lưu

- Vẽ được sơ đồ, dạng sóng các mạch chỉnh lưu

- Lắp đặt được các bộ chỉnh lưu 1 pha, 3 pha

- Phân biệt được chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu không điều khiển

- Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác và nghiêm túc trong học tập và trong thực hiệncông việc

B Nội dung chính

2.1 Bộ chỉnh lưu 1 pha

Dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành nguồn một chiều

2.1.1 Bộ chỉnh lưu 1 pha không điều khiển

2.1.1.1 Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía sau thứ cấp là

u2= 2U2sint(v), và khi Diode dẫn điện thì điện áp sụt trên nó bằng không

- Trong 12chu kỳ đầu t = 0 đến  thì u2  0, van D được phân cực thuận, nên van

D dẫn điện.Ta có: uD = 0, utải = u2  0, iD = itải =

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

c Giản đồ dòng điện, điện áp

d Một số biểu thức tính toán

-Điện áp trung bình trên tải

Utải =

2

1



 0

2U2 sin (t) dt = 0,45 U2.-Trị số trung bình của dòng điện tải

Itải =

R

U20,45

2.1.1.2.Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha

R d

uD1 = uD4 = 0; uD2 = uD3 = - u2 0; utải = u2 0; iD1 = iD4= itải; iD2 = iD3 = 0.

- Trong nửa chu kỳ sau t =  đến 2, điện áp - u2 dương, khi đó cặp van D1 và D4 bịphân cực ngược, nên không dẫn điện Còn cặp van D2 và D3 phân cực thuận nên dẫn điện.Khi đó ta có:

uD2 = uD3 = 0; uD1= uD4 = u2 0; utải = - u2 0; iD2 = iD3 = itải ; iD1 = iD4 = 0

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

c Giản đồ dòng điện, điện áp (Hình 2.6)

b Nguyên lý làm việc

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp u2 = 2U2sint(v)khi Diode dẫn điện thì điện áp sụt trên nó là không Volt

- Trong một nửa chu kỳ đầu t = 0 đến , điện áp u2 0, khi u2 E, thì cặp van D1và

D4 vẫn chưa được phân cực thuận, nên chưa dẫn điện, đến khi u2 > E

thì cặp van D1và D4 được phân cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D2 và D3 bị phân cựcngược nên không dẫn điện Ta có:

uD2 = uD3 = 0; uD1= uD4 = u2 0; utải = - u2 > E > 0; iD2= iD3 = itải; iD1 = iD4 = 0

- Đến thời điểm - u2  E, cặp van D2 và D3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện.Cặp van D1 và D4 cũng bị phân cực ngược nên không dẫn điện Ta có: uD1= uD4 =

u2- E < 0; uD2= uD3 = - u2– E < 0; utải = E; iD1= iD2 = iD3 = iD4 = itải= 0

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

c Giản đồ dòng điện, điện áp

d Một số biểu thức tính toán

- Điện áp trung bình trên tải

Utải = 2.[



2

1

2 1

u2

iD2,3

uD1,4

2.1.1.3 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ

a Sơ đồ nguyên lý

b Nguyên lý làm việc

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía sau thứ cấp lần lượt là :

u21= 2U2sint(v), u22= - 2U2sint(v), coi rằng điện áp sụt trên Diode khi chúng dẫnđiện là không Volt

- Trong nửa chu kỳ đầu t = 0 đến , u21 0, van D1 được phân cực thuận, nên dẫnđiện Van D2 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Khi đó ta có:

uD1= 0; uD2= u22- u21< 0; utải = u21 0; iD1 = itải ; iD2 = 0

- Trong nửa chu kỳ sau t =  đến 2, u22 0, van D2 được phân cực thuận, nên dẫnđiện Van D1 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Khi đó ta có:

uD2= 0; uD1= u21- u22< 0; utải= u22 0; iD2 = itải ; iD1 = 0

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

c Giản đồ dòng điện, điện áp

d Một số biểu thức tính toán

- Điện áp trung bình trên tải:

Utải = 2

2

1



 0

u2

iD2 uD1 Hình 2.4