Bài giảng Cấu kiện điện tử - Chương 6: Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển

Chương 6: Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển • Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các đặc tính và ứng dụng của: – SCR (Silicon Controlled Rectifier; Thysistor) SITY – TRIAC – DIAC NIVER – Diode 4 lớp ANG U NHATR Điốt 4 lớp (điốt Shockley) • Cấu tạo: – Điốt 4 lớp gồm có 4 lớp bán dẫn p-n-p-n xen kẽ nhau, hai đầu của 4 lớp bán dẫn được nối với hai chân Anode (A) và Kathode (K) SITY – Có thể coi điốt 4 lớp tương đương với hai transistor khác loại mắc song song với nhau NIVER ANG U NHATR Điốt 4 lớp (điốt Shockley) • Nguyên lý hoạt động: Điốt 4 lớp chỉ hoạt động với điện áp UAK>0, khi đó nó như một công tắc điện tử điều khiển bằng điện áp – Khi UAK<UBRF, tiếp giáp J1 và J3 phân cực thuận, tiếp SITY giáp J2 phân cực ngược, dòng điện qua điốt IA là dòng ngược của tiếp giáp J2→điốt 4 lớp như một công tắc hở; Trên đặc tuyến V-A đây là miền chắn NIVER thuận – Khi UAK≥UBRF, dòng ngược của tiếp giáp J2 tăng dần và bằng IS là dòng kích cho 2 transistor tương đương ANG U dẫn bão hòa. Lúc này điện trở của điốt 4 lớp giảm mạnh nên sụt áp trên nó giảm manh và dòng điện qua nó tăng mạnh→điốt 4 lớp như một công tắc NHATR đóng; Trên đặc tuyến V-A đây là miền dẫn thuận – Để điốt 4 lớp trở về trạng thái ngắt điện thì phải giảm dòng IA xuống dưới một giá trị IS, gọi là dòng ngắt Điốt 4 lớp (điốt Shockley) SITY NIVER ANG U NHATR VBRF: Điện áp đỉnh khủy (forward- breakover voltage) IS: Dòng ngắt (switching current) IH: Dòng giữ (holding current) Ứng dụng của điốt 4 lớp • Mạch tạo dao động răng cưa: – Khi đóng khóa SW, nguồn nạp cho tụ qua điện trở R, khi điện áp trên tụ bằng điện áp đỉnh khủy UBRF thì điốt được kích mở SITY – Khi điốt 4 lớp được kích mở thì điện áp trên tụ xả qua điốt đến khi dòng I giảm tới I thì điốt khóa, tụ lại NIVER A S được nạp điện từ nguồn; các chu kỳ sau lặp lại ANG U NHATR SCR (Silicon Controlled Rectifier) • Cấu tạo – Gồm 4 lớp bán dẫn đặt xen kẽ nhau p-n-p-n; trên 4 lớp bán dẫn lấy ra ba cực Anode (A), Kathode (K), và cực điều khiển G (Gate) SITY – SCR có thể coi là hai transistor khác loại mắc song song với nhau và có cực điều khiển G NIVER ANG U NHATR NHATRANG UNIVERSITY SCR (Silicon Controlled Rectifier) Nguyên lý hoạt động của SCR • Khi UAK<0: tiếp giáp J1 và J3 phân cực ngược, nên chỉ có dòng ngược rất nhỏ đi qua SCR do vậy nó không dẫn điện, trên đặc tuyến V-A đây là vùng chắn ngược; nếu tiếp tục giảm UAK thì J1, J3 bị đánh thủng→SCR hỏng SITY • Khi UAK>0 – Nếu để hở cực G (I =0) thì SCR hoạt động như điốt 4 NIVER G lớp (nhưng có điện áp đỉnh khủy lớn hơn rất nhiều) – Nếu UG>0→transistor tương đương loại npn (Q1) ANG U hoạt động→transistor tương đương loại pnp (Q2) hoạt động. Do IC2=IB1 và IB2=IC1 nên Q1 và Q2 nhanh chóng dẫn bão hòa→SCR dẫn, điện trở của nó giảm NHATR nhanh, sụt áp trên SCR giảm mạnh và dòng điện IA thì tăng mạnh: Miền dẫn thuận – Sau khi SCR dẫn, không tác động UG>0 nữa thì SCR vẫn dẫn do Q1 và Q2 vẫn dẫn bão hòa→kích mở – Để ngắt SCR phải giảm dòng IA<IH NHATRANG UNIVERSITY Nguyên lý hoạt động của SCR của động hoạt lý Nguyên NHATRANG UNIVERSITY Nguyên lý hoạt động của SCR của động hoạt lý Nguyên Đặc tuyếnV - Acủa SCR Nguyên lý hoạt động của SCR • Ngắt SCR: Để ngắt SCR thì phải giảm dòng IA<IH hoặc triệt tiêu dòng IA. Có hai cách thông dụng để ngắt SCR – Ngắt dòng IA (anode current interupt) – Đặt điện áp âm lên UAK (force commutation) • Khi SCR ngắt, để nó dẫn trở lại thì phải kích mở trở lại SITY NIVER ANG U NHATR anode current interupt force commutation Ứng dụng của SCR Đóng ngắt dòng điện SITY NIVER Nhấn các nút bấm SW1, SW2 để đóng, ANG U ngắt tải NHATR Ứng dụng của SCR • Chỉnh lưu có điều khiển: Khi SCR làm việc với điện áp (dòng điện) xoay chiều thì nó tự ngắt ứng với nửa chu kỳ âm của điện áp. Tùy vào góc kích mở đưa đến cực G, SCR có khả năng điều tiết công suất ra tải SITY Giá trị của R1, R2 xác định góc mở : NIVER • Nếu R1, R2 nhỏ thì góc mở gần bằng ANG U 0o→SCR kích mở cùng pha với điện áp vào NHATR • Khi R1, R2 thay đổi thì góc kích thay đổi từ 0o- 90o NHATRANG UNIVERSITY Ứng dụng của SCR của dụng Ứng Ứng dụng của SCR Mạch tự động mở đèn khi mất điện SITY NIVER ANG U NHATR UAK0, D4 dẫn Ứng dụng của SCR Mạch bảo vệ quá áp ở nguồn 1 chiều SITY NIVER ANG U NHATR Uout tăng→ID1 tăng→Utrig tăng→D2 dẫn→nguồn AC chập, đứt cầu chì Diac • Cấu tạo: gồm 4 lớp bán dẫn p-n-p-n xen kẽ nhau và lấy ra hai cực Anode 1 (A1) và Anode 2 (A2) • Diac có thể coi là 2 điốt 4 lớp mắc song song SITY ngược chiều nhau, như vậy nó có thể dẫn điện cả hai chiều NIVER ANG U NHATR Triac • Cấu tạo: Gồm có 4 lớp bán dẫn p-n-p-n xen kẽ nhau, trên các lớp bán dẫn lấy ra các cực Anode 1 (A1), Anode 2 (A2) và cực điều khiển G (Gate) • Triac có thể coi là hai SCR mắc song song, SITY ngược chiều nhau, nên nó có khả năng dẫn điện theo hai chiều NIVER ANG U NHATR NHATRANG UNIVERSITY Triac NHATRANG UNIVERSITY Triac Ứng dụng của Triac • Triac dẫn điện cả hai chiều, nên nó được dùng để điều tiết công suất cho tải xoay chiều SITY NIVER ANG U NHATR • Đóng ngắt dòng điện xoay chiều: Triac có thể đóng hay ngắt dòng xoay chiều tùy thuộc vào điện áp đưa đến cực G có liên tục hay không