Đặc tính Vôn - Ampe của điốt 3
Đặc tính gồm 2 phần: Phần đặc tính thuận nằm trong góc phần t- thứ nhất t-ơng ứng với U AK > 0
Phần đặc tính ng-ợc nằm trong góc phần t- thứ ba, t-ơng ứng với
Trên đường đặc tính thuận của điốt, khi điện áp Anốt - Catốt (U AK) tăng dần từ 0 đến khoảng 0,6 đến 0,7 V, được gọi là điện áp rơi trên điốt theo chiều thuận Mặc dù dòng qua điốt có thể đạt giá trị lớn, nhưng điện áp rơi trên điốt hầu như không thay đổi.
Nh- vậy đặc tính thuận của điốt đặc tr-ng bởi tính chất là có điện trở t-ơng đ-ơng nhỏ
Trên đường đặc tính ngược của điốt, khi điện áp Anốt và Katốt (U AK) tăng từ 0 đến giá trị tối đa U ng.max, dòng điện qua điốt chỉ đạt giá trị rất nhỏ, gọi là dòng rò Khi U AK đạt U ng.max, dòng điện qua điốt tăng đột ngột, cho thấy khả năng cản trở dòng điện của điốt theo chiều ngược đã bị phá vỡ Hiện tượng này được gọi là điốt bị đánh thủng Để phân biệt giữa dòng điện lớn trên đường đặc tính thuận và dòng điện nhỏ trên đường đặc tính ngược, chúng ta sử dụng đơn vị A cho nửa trên trục dòng điện và mA cho nửa dưới.
Trong tính toán thực tế ta th-ờng dùng đặc tính gần đúng, đã tuyến tính hoá của điốt u = U D,0 + i D R D
Theo đặc tính lý t-ởng điện trở t-ơng đ-ơng của điốt bằng 0 theo chiều thuận và bằng theo chiều ng-ợc.
Đặc tính đóng cắt của điốt 4
Khác với đặc tính Vôn - Ampe (tĩnh), đặc tính U(t) và I(t) thể hiện sự thay đổi của điện áp và dòng điện qua điốt theo thời gian, được gọi là đặc tính động (Đóng - Cắt).
Khoảng (1), (6) điốt ở trạng thái khoá, với điện áp phân cực ng-ợc và dòng điện bằng 0
Khi hai điốt bắt đầu dẫn dòng, dòng điện ban đầu nạp điện cho tụ điện tương đương của tiếp giáp p-n phân cực ngược, làm cho điện áp U(t) trên điốt tăng lên đến vài vôn Khi U(t) trở thành dương, tiếp giáp p-n được phân cực thuận và điện áp trên điốt ổn định ở mức sụt áp U D,0 khoảng 1-1,5V.
Trong quá trình hoạt động của điốt, khoảng (3) điốt đang ở trạng thái dẫn, trong khi quá trình khoá điốt bắt đầu ở khoảng (4) khi điốt vẫn còn phân cực thuận cho đến khi các điện tích trong lớp tiếp giáp p-n được di tản ra ngoài Tốc độ tăng của dòng ngược được biểu thị bằng d(i)/d(t) Ở cuối giai đoạn (4), tiếp giáp p-n trở nên phân cực ngược, cho phép điốt phục hồi khả năng ngăn cản điện áp ngược của mình ở cuối giai đoạn (5).
Dòng điện i(t) gần bằng điện tích di tản ra ngoài Q r (Q r : l-ợng điện tích phuc hồi)
Thời gian t r giữađầu giai đoạn (4) đến cuối giai đoạn (5) gọi là thời gian phục hồi và là 1 trong những thông số quan trọng của điốt.
Các thông số cơ bản của điốt 5
Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua điốt theo chiều thuËn, I D
Giá trị điện áp ng-ợc lớn nhất mà điốt có thể chịu đựng đ-ợc, U ng, max UAK< = U ng, max Tần số; Thời gian phục hồi, t r
1 Cấu tạo và ký hiệu
2 Đặc tính Vôn-Ampe của thyristor
Bài viết này được chia thành hai phần: Phần đầu tiên nằm trong góc phần t-I, mô tả đặc tính tương ứng với điện áp U AK Phần thứ hai, nằm trong góc phần t-III, được gọi là đặc tuyến ngược, tương ứng với trường hợp U AK < 0.
2.1 Tr-ờng hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (I G =0)
2.2 Tr-ờng hợp có dòng điện vào cực điều khiển (I G >0)
Khi có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và katốt, quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tuyến thuận sẽ diễn ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt giá trị tối đa U th, max.
Nói chung nếu điều khiển lớn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xẩy ra với U AK nhỏ hơn
Thyristor là linh kiện điện tử có đặc tính tương tự như đi-ốt, cho phép dòng điện chỉ chạy theo một chiều từ Anốt đến Katốt, đồng thời ngăn cản dòng điện chạy ngược lại.
Khác với điốt, thyristor không chỉ cần điện áp U AK > 0 để dẫn dòng mà còn yêu cầu thêm một số điều kiện khác Do đó, thyristor được xem là một phần tử bán dẫn có điều khiển, trong khi điốt là phần tử không thể điều khiển.
Khi phân cực thuận, U AK > 0, thyristor có hai cách mở:
C 1 : Có thể tăng điện áp Anốt - Katốt cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, U th, max khi đó điện trở t-ơng đ-ơng trong mạch
Anốt - Katốt sẽ giảm đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định cách này ít đ-ợc sử dụng
Khi một xung dòng điện có giá trị nhất định được đưa vào giữa cực điều khiển và Katốt, xung dòng điện này sẽ làm thay đổi trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp, ngay cả khi mức điện áp Anốt - Katốt nhỏ.
Nếu dòng qua Anốt - Katốt vượt quá một giá trị nhất định, thyristor sẽ duy trì trạng thái mở và cho phép dòng điện chảy mà không cần xung điều khiển nửa.
Một thyristor đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khoá nếu dòng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trị duy trì, I dt
Thời gian phục hồi là thông số quan trọng của thyristor, ảnh hưởng đến tần số làm việc của thiết bị Đối với thyristor tần số cao, thời gian phục hồi (tr) thường nằm trong khoảng 5 - 50µs, trong khi đối với thyristor tần số thấp, giá trị này dao động từ 50 - 200µs.
4 Các yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor
H1.5 Yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển
Mối quan hệ giữa điện áp trên các cực điều khiển và katốt cùng với dòng điện vào cực điều khiển là yếu tố quyết định các yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor.
Để đảm bảo mở chắc chắn thyristor, cần xác định giới hạn về điện áp và dòng điện nhỏ nhất tương ứng với một nhiệt độ môi trường nhất định mà tín hiệu điều khiển phải đạt được.
Nếu tín hiệu điều khiển là một xung có độ rộng càng ngắn thì công suất cho phép có thể càng lớn
5 Các thông số cơ bản của thyristor
Giá trị trung bình cho phép chạy qua thyristor, I V,trb
Giá trị điện áp ng-ợc lớn nhất cho phép đặt lên thyristor
U AK U ng,max Thời gian phục hồi tính chất khoá của thyristor, t r (s)
Tốc độ thyristor tăng điện áp cho phép, ( ) s
Tốc độ thyristor tăng điện áp là thông số phân biệt thyristor tần số thấp với các thyristor tần số cao ở thyristor tần số thấp s
6 Tốc độ tăng dòng cho phép, ( ) s
Tốc độ tăng dòng cho phép cũng phân biệt ở thyristor tần số thấp s
Với các thyristor tần số cao
Cấu trúc và ký hiệu:
Thyristor là một loại phần tử bán dẫn được cấu tạo từ năm lớp bán dẫn, hình thành nên cấu trúc p-n-p-n Cấu trúc này cho phép thyristor dẫn dòng theo cả hai chiều giữa các cực T1 và T2.
Triac có thể coi nh- t-ơng đ-ơng với hai thyristor đấu song song ng-ợc
Triac có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung d-ơng lẫn xung âm tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn s
Trong thực tế đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua triac thì duy trì dòng điều khiển âm là tốt hơn cả
Triac đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiÒu
IV GTO (Gate Turn – Off thyistor)
GTO nh- tên gọi của nó nghĩa là khoá lại đ-ợc bằng cực điều khiển Cấu trúc bán dẫn GTO phức tạp hơn so với các thyistor th-ờng
Cấu trúc và ký hiệu:
Cấu trúc bán dẫn GTO lớp p được cải tiến bằng cách bổ sung các phần tử bán dẫn kiểu n, trong đó dấu “+” biểu thị cho kiểu dẫn điện p (lỗ) hoặc n (điện tử) Điều này cho thấy rằng mật độ các hạt mang điện tích tương ứng đã được gia tăng, dẫn đến việc giảm điện trở suất trong các vùng đó.
GTO (Gate Turn-Off Thyristor) được điều khiển mở bằng cách cung cấp dòng điện cho cực điều khiển, tương tự như thyristor thông thường Tuy nhiên, nhờ vào cấu trúc bán dẫn đặc biệt, dòng duy trì ở GTO cao hơn so với thyristor thông thường.
Điều khiển mở GTO có thể thực hiện bằng các xung ngắn với công suất không đáng kể Để khóa GTO, cần lấy một xung dòng từ cực điều khiển, với biên độ lớn (I G,max = 0,2 - 0,25) và độ dốc rất lớn, kéo dài từ 0,5 đến 1µs.
V Transistor công suất (Bipolar Transistor)
1 Cấu trúc và ký hiệu transistor
Transistor là một phần tử bán dẫn cấu tạo từ ba lớp bán dẫn p-n-p hoặc n-p-n, tạo ra hai tiếp giáp p-n Đặc biệt, transistor công suất lớn thường có cấu trúc n-p-n Phần tử này bao gồm ba cực: bazơ (B), collector (C) và emitter (E).
Đặc tính động của một transistor được phân tích thông qua mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện khi tín hiệu điều khiển điện áp U s (t) có dạng bước nhảy chữ nhật.
U C (t), i C (t) trên transistor bị trễ so với dạng điện áp điều khiển U 8 (t) thời gian là t 0m (2) và t ok (6)
S-ờn tr-ớc và s-ờn sau của xung đều chỉ hình thành sau các khoảng thời gian t m (3) và t k (7)
2.1 Sự tạo thành s-ờn tr-ớc của xung
Thời gian trễ t o m (khoảng (2) ) ở s-ờn tr-ớc của xung tồn tại là do khi bắt đầu tín hiệu điều khiển nhảy từ -U B2 lên U B1
Còn một thời gian nạp điện cho tụ : C đầu vào = C BE + C BC
S-ờn tr-ớc của xung (khoảng(3), (4)) bắt đầu hình thành sau khi kết thóc thêi gian trÔ t 0m
2.2 Sự tạo thành s-ờn sau của xung
Là các (khoảng (6), (7), (8) ) Trong thời gian transistor mở bảo hoà điện tích tụ không chỉ trong lớp bazơ mà còn trong cả lớp colectơ
Thời gian trễ càng nhỏ nếu I B2 càng nhỏ và I B2 càng lớn
S-ờn sau của xung đ-ợc xác định chủ yếu bởi hằng số thời gian C H R C
3 Tóm tắt các thông số cơ bản của Transistor
Dòng điện collector cho phép lớn nhất I c, max Đặc tính công suất giới hạn cũng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng
Hệ số khuếch đại dòng điện
Thời gian trễ lúc đóng cắt và các thời gian tạo s-ờn tr-ớc, s-ờn sau th-ờng gộp chung thành thời gian mở và thời gian khoá t m , t k
Vi Transistor tr-êng - MOSFET (Matal - Oxide -Semiconductor
1 Cấu trúc và ký hiệu
Thyistor 5
Đặc tính Vôn – Ampe của
Bài viết này bao gồm hai phần chính: Phần đầu tiên nằm trong góc phần t- thứ I, đề cập đến đặc tính thuận tương ứng với điện áp U AK Phần thứ hai nằm trong góc phần t- thứ III, được gọi là đặc tuyến ngược, tương ứng với trường hợp U AK < 0.
2.1 Tr-ờng hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (I G =0)
2.2 Tr-ờng hợp có dòng điện vào cực điều khiển (I G >0)
Khi có dòng điều khiển đi vào giữa cực điều khiển và katốt, quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tuyến thuận sẽ diễn ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt giá trị tối đa U th, max.
Nói chung nếu điều khiển lớn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xẩy ra với U AK nhỏ hơn
Thyristor có đặc điểm tương tự như đi-ốt, cho phép dòng điện chỉ chảy theo một chiều từ Anốt đến Katốt, đồng thời ngăn cản dòng chảy ngược lại.
Khác với điốt, thyristor cần có điện áp U AK > 0 và một số điều kiện khác để có thể dẫn dòng mà không cần điều khiển Do đó, thyristor được xem là một phần tử bán dẫn có khả năng điều khiển, trong khi điốt là phần tử không thể điều khiển.
Khi phân cực thuận, U AK > 0, thyristor có hai cách mở:
C 1 : Có thể tăng điện áp Anốt - Katốt cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, U th, max khi đó điện trở t-ơng đ-ơng trong mạch
Anốt - Katốt sẽ giảm đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định cách này ít đ-ợc sử dụng
Khi một xung dòng điện nhất định được đưa vào giữa cực điều khiển và Katốt, nó sẽ làm thyristor chuyển từ trạng thái trở kháng cao sang trở kháng thấp, ngay cả khi điện áp Anốt - Katốt ở mức nhỏ.
Nếu dòng qua Anốt - Katốt vượt quá một giá trị nhất định, thyristor sẽ duy trì trạng thái mở và cho phép dòng chảy mà không cần xung điều khiển nửa.
Một thyristor đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khoá nếu dòng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trị duy trì, I dt
Thời gian phục hồi là thông số quan trọng của thyristor, ảnh hưởng đến tần số làm việc của thiết bị Đối với thyristor tần số cao, thời gian phục hồi (tr) có giá trị từ 5 đến 50µs, trong khi đối với thyristor tần số thấp, tr nằm trong khoảng 50 đến 200µs.
4 Các yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor
H1.5 Yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển
Mối quan hệ giữa điện áp tại các cực điều khiển và katốt cùng với dòng điện vào cực điều khiển là yếu tố quyết định các yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor.
Để đảm bảo thyristor hoạt động hiệu quả, cần xác định giới hạn điện áp và dòng điện tối thiểu tương ứng với nhiệt độ môi trường nhất định mà tín hiệu điều khiển phải đạt được.
Nếu tín hiệu điều khiển là một xung có độ rộng càng ngắn thì công suất cho phép có thể càng lớn
5 Các thông số cơ bản của thyristor
Giá trị trung bình cho phép chạy qua thyristor, I V,trb
Giá trị điện áp ng-ợc lớn nhất cho phép đặt lên thyristor
U AK U ng,max Thời gian phục hồi tính chất khoá của thyristor, t r (s)
Tốc độ thyristor tăng điện áp cho phép, ( ) s
Tốc độ thyristor tăng điện áp là thông số phân biệt thyristor tần số thấp với các thyristor tần số cao ở thyristor tần số thấp s
6 Tốc độ tăng dòng cho phép, ( ) s
Tốc độ tăng dòng cho phép cũng phân biệt ở thyristor tần số thấp s
Với các thyristor tần số cao
Cấu trúc và ký hiệu:
Thyristor là một loại bán dẫn có cấu trúc p-n-p-n với năm lớp bán dẫn, cho phép dẫn dòng điện theo cả hai chiều giữa các cực T1 và T2.
Triac có thể coi nh- t-ơng đ-ơng với hai thyristor đấu song song ng-ợc
Triac có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung d-ơng lẫn xung âm tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn s
Trong thực tế đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua triac thì duy trì dòng điều khiển âm là tốt hơn cả
Triac đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiÒu
IV GTO (Gate Turn – Off thyistor)
GTO nh- tên gọi của nó nghĩa là khoá lại đ-ợc bằng cực điều khiển Cấu trúc bán dẫn GTO phức tạp hơn so với các thyistor th-ờng
Cấu trúc và ký hiệu:
Cấu trúc bán dẫn GTO lớp p được cải tiến bằng cách bổ sung các phần tử bán dẫn kiểu n Ký hiệu “+” chỉ ra loại dẫn điện p (lỗ) hoặc n (điện tử), cho thấy mật độ hạt mang điện tích tương ứng, từ đó dẫn đến việc giảm điện trở suất trong các vùng này.
GTO (Gate Turn-Off Thyristor) được điều khiển mở bằng cách cung cấp dòng điện vào cực điều khiển, tương tự như thyristor thông thường Tuy nhiên, nhờ vào cấu trúc bán dẫn khác biệt, dòng duy trì ở GTO cao hơn so với thyristor thông thường.
Điều khiển mở GTO có thể thực hiện bằng các xung ngắn với công suất điều khiển không đáng kể Để khóa GTO, cần lấy một xung dòng từ cực điều khiển, trong đó xung dòng điện phải có biên độ lớn, với I G,max dao động từ 0,2 đến 0,25 Ngoài ra, xung dòng cần có độ dốc rất lớn, với biên độ từ 0,5 đến 1μs.
V Transistor công suất (Bipolar Transistor)
1 Cấu trúc và ký hiệu transistor
Transistor là một phần tử bán dẫn với cấu trúc gồm ba lớp bán dẫn p-n-p hoặc n-p-n, tạo ra hai tiếp giáp p-n Đặc biệt, các transistor công suất lớn thường có cấu trúc n-p-n Mỗi transistor có ba cực: bazơ (B), collector (C), và emitter (E).
2 Đặc tính động của 1 khoá Transistor Đặc tính động của 1 transistor đ-ợc xét đến qua dạng của điện áp và dòng điện qua transistor khi tín hiệu điều khiển điện áp U s (t), có dạng b-ớc nhảy chữ nhật
U C (t), i C (t) trên transistor bị trễ so với dạng điện áp điều khiển U 8 (t) thời gian là t 0m (2) và t ok (6)
S-ờn tr-ớc và s-ờn sau của xung đều chỉ hình thành sau các khoảng thời gian t m (3) và t k (7)
2.1 Sự tạo thành s-ờn tr-ớc của xung
Thời gian trễ t o m (khoảng (2) ) ở s-ờn tr-ớc của xung tồn tại là do khi bắt đầu tín hiệu điều khiển nhảy từ -U B2 lên U B1
Còn một thời gian nạp điện cho tụ : C đầu vào = C BE + C BC
S-ờn tr-ớc của xung (khoảng(3), (4)) bắt đầu hình thành sau khi kết thóc thêi gian trÔ t 0m
2.2 Sự tạo thành s-ờn sau của xung
Là các (khoảng (6), (7), (8) ) Trong thời gian transistor mở bảo hoà điện tích tụ không chỉ trong lớp bazơ mà còn trong cả lớp colectơ
Thời gian trễ càng nhỏ nếu I B2 càng nhỏ và I B2 càng lớn
S-ờn sau của xung đ-ợc xác định chủ yếu bởi hằng số thời gian C H R C
3 Tóm tắt các thông số cơ bản của Transistor
Dòng điện collector cho phép lớn nhất I c, max Đặc tính công suất giới hạn cũng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng
Hệ số khuếch đại dòng điện
Thời gian trễ lúc đóng cắt và các thời gian tạo s-ờn tr-ớc, s-ờn sau th-ờng gộp chung thành thời gian mở và thời gian khoá t m , t k
Vi Transistor tr-êng - MOSFET (Matal - Oxide -Semiconductor
1 Cấu trúc và ký hiệu