Điện tử chất bán dẫn

Chia sẻ: Nguyen Ngoc Son Son | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

203
lượt xem 64
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn như Diode, Transistor, IC mà ta đã thấy trong các thiết bị điện tử ngày nay. Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử. đó là các chất Germanium ( Ge) và Silicium (Si) Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Điện tử chất bán dẫn

1 – Chất bán dẫn 1.1 - Chất bán dẫn là gì ? Chất bán dẫn là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán d ẫn nh ư Diode, Transistor, IC mà ta đã thấy trong các thi ết b ị đi ện t ử ngày nay. Chất bán dẫn là những chất có đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phương diện hoá học thì bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử. đó là các ch ất Germanium ( Ge) và Silicium (Si) Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode hay Transistor. Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết cộng hoá trị như hình dưới. Chất bán dẫn tinh khiết . 1.2 - Chất bán dẫn loại N * Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào ch ất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên k ết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán d ẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang điện âm) và đ ược g ọi là bán d ẫn N ( Negative : âm ).
Chất bán dẫn N 1.3 - Chất bán dẫn loại P Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 nh ư Indium (In) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá tr ị và liên kết b ị thi ếu m ột điện tử => trở thành lỗ trống ( mang điện dương) và được gọi là chất bán dẫn P. Chất bán dẫn P 2 – Diode (Đi ốt) Bán dẫn 2.1 – Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai ch ất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuy ếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => t ạo thành m ột l ớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn. Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode . * Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là c ấu t ạo c ủa Diode bán d ẫn.
Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn. 2.2 - Phân cực thuận cho Diode. Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và đi ện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng t ương tác c ủa đi ện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch gi ữ hai c ực đ ạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì di ện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện. N ếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nh ưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn gi ữ ở m ức 0,6V ) Diode (Si) phân cực thuận – Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode * Kết luận : Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì ch ưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nh ưng s ụt áp thu ận v ẫn gi ữ ở giá trị 0,6V . 2.3 – Phân cực ngược cho Diode. Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của đi ện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng đi ện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng.
Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V 2.4 – Phương pháp đo kiểm tra Diode Đo kiểm tra Diode Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, n ếu : • Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo • kim không lên là => Diode tốt Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập. • Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode b ị đ ứt. • Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt • Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode b ị dò. • 2.5 – Ứng dụng của Diode bán dẫn . * Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chi ều thành m ột chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor ho ạt động . trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng . Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều
3.dac trung von ampe Khi đặt giữa A và K một điện áp U AK> 0 thì điốt cho dòng đi qua và gọi là phân cực thuận. ngược lại nếu đặt điện áp U AK
3. Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì: a. Mạch chỉnh lưu hai điôt Cấu tạo: gồm MBA có dây chung tính lấy ra điểm giữa, 2 điôt, tải tiêu thụ điện 1 chiều RL Mạch điện: Nguyên lý làm việc: + Ở bán kỳ dương, diode D1 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D2 phân cực nghịch nên dòng điện qua D1 qua tải có chiều từ A đến B và về nguồn. + Ở bán kỳ âm, diode D2 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc diode D1 phân cực nghịch nên dòng điện qua D2, qua tải có chiều từ A đến B và về nguồn. + Vậy qua 2 nửa chu kì dòng điện qua tải có chiều không đổi là chiều từ A đến B đó là dòng điện 1 chiều. b. Mach chỉnh lưu cầu ( dùng 4 điôt ) Cấu tạo: gồm nguồn điện xoay chiều, 4 điôt, tải tiêu thụ điện 1 chiều. Mạch điện: Nguyên lí làm việc: + Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D2 và D4 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D1 và D3 phân cực nghịch dòng điện qua D2, qua tải có chiều từ A đến B ,qua D4, về nguồn. + Ở bán kỳ âm của nguồn điện, D1 và D3 phân cực thuận và dẫn điện trong lúc D2, D4 phân cực nghịch dòng điện qua D3, qua tải có chiều từ A đến B ,qua D1, về nguồn. + Vây qua 2 nửa chu kì dòng điện qua tải co chiều không đổi là chiều từ A đến B đó là dòng điện 1 chiều. 3 – Mạch ổn áp cố định 3.1 – Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener.
. Mạch ổn áp tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh trong Ti vi m ầu • Từ nguồn 110V không cố định thông qua điện trở hạn dòng R1 và gim trên Dz 33V đ ể l ấy ra m ột điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kệnh • Khi thiết kế một mạch ổn áp như trên ta cần tính toán đi ện trở h ạn dòng sao cho dòng đi ện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ hơn dòng mà Dz chịu được, dòng cực đại qua Dz là khi dòng qua R2 = 0 • Như sơ đồ trên thì dòng cực đại qua Dz bằng sụt áp trên R1 chia cho giá trị R1 , g ọi dòng đi ện này là I1 ta có I1 = (110 – 33 ) / 7500 = 77 / 7500 ~ 10mA Thông thường ta nên để dòng ngược qua Dz ≤ 25 mA 2.1 – Mạch lọc dùng tụ điện. Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhô, nếu không có t ụ lọc thì đi ện áp nh ấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch điện tử , do đó trong các mạch nguồn, ta ph ải l ắp thêm các t ụ l ọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh l ưu. Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có t ụ và không có t ụ • Sơ đồ trên minh hoạ các trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có t ụ l ọc. • Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia , vì vậy đi ện áp thu đ ược có d ạng nhấp nhô. • Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia l ọc nguồn , kết quả là đi ện áp đầu ra được lọc tương đối phẳng, nếu tụ C1 có điện dung càng lớn thì đi ện áp ở đầu ra càng bằng ph ẳng, t ụ C1 trong các bộ nguồn thường có trị số khoảng vài ngàn µF .
Minh hoạ : Điện dụng của tụ lọc càng lớn thì điện áp đầu ra càng bằng ph ẳng. • Trong các mạch chỉnh lưu, nếu có tụ lọc mà không có t ải hoặc t ải tiêu th ụ một công xuất không đáng kể so với công xuất của biến áp thì điện áp DC thu được là DC = 1,4.AC Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuếch đại hoặc một khóa điện tử. Tranzitor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các tranzitor được sử dụng trong nhi ều ứng d ụng t ương t ự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hi ệu, và t ạo dao động.Tranzitor cũng thường được kết hợp thành mạch tích h ợp (IC),có th ể tích h ợp t ới một tỷ tranzitor trên một diện tích nhỏ. Một số tranzito Cũng giống như điốt, tranzito được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện. Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta đ ược m ột PNP tranzito. Khi
ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn đi ện âm ta được m ột NPN tranzito. Mỗi tranzito đều có ba cực: Cực gốc (base) 1. Cực góp (collector) 2. Cực phát (emitter) 3. 1. Transistor mắc theo kiểu E chung. Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C, mạch có sơ đồ như sau : Mạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung , Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C Rg : là điện trở ghánh , Rđt : Là điện trở định thiên, Rpa : Là điện trở phân áp . Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung. Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện • áp UCE khoảng 60% ÷ 70 % Vcc. Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy • mạch khuyếch 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 IBEtăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp
chân C giảm , và ngược lại khi 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. 2. Transistor mắc theo kiểu C chung. Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn ( Lưu ý : về phương 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 : Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E Đặc điểm của mạch khuyếch đại C chung . Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E • Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luôn luôn có giá trị • khoảng 0,6V 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 • cũng tăng, 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 hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì ICE = β.IBE 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 độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào.
Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếch đại đêm (Damper), • trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta thường dùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn . Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn ( ta sẽ tìm hiểu trong phần sau ) 3. 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 B được thoát mass thông qua tụ. Mach mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế. • Mạch khuyếch đại kiểu B chung , khuyếch đại về điện áp và không khuyếch đại về dòng điện. JFET Cấu tạo của JFET: Tranzito JFET cấu tạo gồm có một miếng bán dẫn mỏng loại N (gọi là kênh loại N) hoặc loại P (gọi là kênh loại P) ở giữa hai tiếp xúc PN và được gọi là kênh dẫn điện. Hai đầu của miếng bán dẫn đó được đưa ra hai chân cực gọi là cực máng (ký hiệu là D) và cực nguồn (ký hiệu là S). Hai miếng bán dẫn ở hai bên của kênh được nối với nhau và đưa ra một chân cực gọi là cực cửa (ký hiệu là G). Cho nên, cực cửa được tách khỏi kênh bằng các tiếp xúc PN. Các tranzito trường JFET hầu hết đều là loại đối xứng, có nghĩa là khi đấu trong mạch có thể đổi chỗ hai chân cực máng và nguồn cho nhau thì các tính chất và tham số của tranzito không hề thay đổi.
Hình 1: Cấu tạo của tranzito trường loại JFET kênh dẫn loại N Nguyên lý hoạt động của JFET: Nguyên lý hoạt động của tranzito trường JFET kênh loại N và kênh loại P giống nhau. Chúng chỉ khác nhau về chiều của nguồn điện cung cấp vào các chân cực. Để cho tranzito trường làm việc ở chế độ khuếch đại phải cung cấp nguồn điện UGS có chiều sao cho cả hai tiếp xúc PN đều được phân cực ngược. Còn nguồn điện UDS có chiều sao cho các hạt dẫn đa số chuyển động từ cực nguồn S, qua kênh, về cực máng D để tạo nên dòng điện trong mạch cực máng ID. Ta có các sơ đồ nguyên lý như hình 53. Trong phần này trình bày về nguyên lý hoạt động của tranzito JFET kênh N. Hình 2: Sơ đồ nguyên lý của mạch dùng JFe Xét sơ đồ hình 9.2 a): Để cho hai tiếp xúc PN đều phân cực ngược ta phải cung cấp nguồn VGG có cực dương vào chân cực nguồn S, cực âm vào chân cực cửa G. Để cho các hạt dẫn điện tử chuyển động từ cực nguồn về cực máng thì nguồn điện VD có chiều dương vào cực máng, chiều âm vào cực nguồn. Khi UDS > 0, thì điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh sẽ tăng dần từ cực nguồn S đến cực máng D. Do vậy, tiếp xúc PN sẽ bị phân cực ngược mạnh dần về phía cực máng. Bề dày lớp tiếp xúc tăng dần về phía cực máng và tiết diện của kênh sẽ hẹp dần về phía cực máng
MOSFET Cấu tạo: Tranzito trường MOSFET kênh sẵn còn gọi là MOSFETchế độ nghèo (DepletionMode MOSFET viết tắt là DMOSFET). Ta có mô hình mô phỏng cấu tạo của MOSFET trong hình 9.3. Tranzito trường loại MOS có kênh sẵn là loại tranzito mà khi chế tạo người ta đã chế tạo sẵn kênh dẫn. Hình 3: Cấu tạo của MOSFET kênh sẵn loại P Nguyên lý hoạt động: Tranzito loại MOSFET kênh sẵn có hai loại là kênh loại P và kênh loại N. (ví dụ trong hình 9.2 là MOSFET có kênh sẵn loại P). Khi tranzito làm việc, thông thường cực nguồn S được nối với đế và nối đất nên US = 0. Các điện áp đặt vào các chân cực cửa G và cực máng D là so với chân cực S. Nguyên tắc cung cấp nguồn điện cho các chân cực sao cho hạt dẫn đa số chạy từ cực nguồn S qua kênh về cực máng D để tạo nên dòng điện ID trong mạch cực máng. Còn điện áp đặt trên cực cửa có chiều sao cho MOSFET làm việc ở chế độ giàu hạt dẫn hoặc ở chế độ nghèo hạt dẫn. Nguyên lý làm việc của hai loại tranzito kênh P và kênh N giống nhau chỉ có cực tính của nguồn điện cung cấp cho các chân cực là trái dấu nhau. Sơ đồ nguyên lý đấu nối MOSFET kênh sẵn như trong hình 9.3.
Hình 4: Cấu tạo của MOSFET kênh sẵn loại Sơ đồ nguyên lý của MOSFET: a- MOSFET kênh sẵn loại P. b- MOSFET kênh sẵn loại N Khả năng điều khiển dòng điện ID của điện áp trên cực cửa UGS chính là đặc tuyến truyền đạt của MOSFET, nói cách khác, đó là mối quan hệ giữa dòng điện ID với điện áp UGS, ta có hàm sau: ID = f(UGS) khi UDS = const. Để các hạt dẫn lỗ trống chuyển động từ cực nguồn S về cực máng D, ta đặt một điện áp trên cực máng UDS = UDS1
Khi điện áp UDS đạt tới trị số bão hòa (UDSb.h.) thì dòng điện cực máng cũng đạt tới một trị số gọi là dòng điện bão hòa IDb.h.. Trong trường hợp này, lớp tiếp xúc PN chạm vào đáy của lớp oxit và kênh có điểm "thắt" tại cực máng, nên UDSbh còn được gọi là điện áp “thắt”. Nếu cho |UDS|>|UDSb.h.| thì dòng điện không thay đổi và giữ nguyên trị số bão hòa IDb.h.. Đồng thời, tiếp xúc PN bị phân cực ngược càng mạnh về phía cực máng, làm cho chiều dài của phần kênh bị "thắt" tăng lên. Độ chênh lệch của điện áp ΔUDS = ⎪UDS⎪⎪UDSbh⎪ được đặt lên đoạn kênh bị "thắt" và làm cho cường độ điện trường ở đây tăng, giúp cho số các lỗ trống vượt qua đoạn kênh bị "thắt" không thay đổi, do vậy dòng IDbh giữ không đổi. Ta có vùng dòng điện ID bão hòa. Trường hợp, nếu đặt UDS quá lớn sẽ dẫn đến hiện tượng đánh thủng tiếp xúc PN ở phía cực máng, dòng điện ID tăng vọt. Lúc này tranzito chuyển sang vùng đánh thủng. Qua các họ đặc tuyến của MOSFET kênh sẵn ta thấy nó làm việc ở cả 2 chế độ nghèo và giàu hạt dẫn. MOSFET kênh sẵn có mức ồn nhỏ nên nó thường được dùng trong các tầng khuếch đại đầu tiên của thiết bị cao tần. Độ hỗ dẫn gm của nó phụ thuộc vào điện áp UGS nên hệ số khuếch đại điện áp thường được tự động điều khiển. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của Thyristor. Cấu tạo: Chỉnh lưu silic có điều khiển, gọi tắt là SCR, gồm có 4 lớp bán dẫn P và N sắp xếp theo kiểu PNPN. Ba chân cực được ký hiệu bằng các chữ A anốt, K catôt, và G cực điều khiển. Cực anốt nối với phần bán dẫn P1 trước, còn catốt nối với phần bán dẫn N2 sau; cực điều khiển G thường được nối với phần bán dẫn P2. Đèn chỉnh lưu silic có điều khiển chỉ dẫn điện một chiều. Mô hình cấu tạo và ký hiệu của SCR trong sơ đồ mạch mô tả trong hình 6 1a,b,c. Có hai loại SCR là: + SCR điều khiển theo catốt hay còn gọi là SCR theo qui ước (đơn giản gọi là SCR). Loại này cực điều khiển G được nối với phần bán dẫn P2 sau. + SCR điều khiển theo anốt hay còn gọi là SCR kiểu bù. Loại này cực điều khiển G được nối với phần bán dẫn N1 trước. Thông thường người ta sử dụng loại SCR qui ước. Các SCR kiểu bù công suất thấp ít được dùng vì công suất tiêu thụ của nó cao hơn loại SCR qui ước. Sau đây, chúng ta nghiên cứu về nguyên lý làm việc của SCR qui ước, gọi tắt là SCR. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của Triac. Là một cấu kiện thuộc họ Thyristo. Triac có 3 chân cực và có khả năng dẫn điện hai chiều khi có tín hiệu kích khởi động (dương hoặc âm). Cấu tạo của triac: Do tính dẫn điện hai chiều nên hai đầu ra chính của triac dùng để nối với nguồn điện được gọi là đầu ra MT1 và MT2 . Giữa hai đầu ra MT1 và MT2 có năm lớp bán dẫn bố trí theo thứ tự PNPN như SCR theo cả 2 chiều. Đầu ra thứ ba gọi là cực điều khiển G. Như vậy triac được coi như hai SCR đấu song song ngược chiều với nhau, xem hình 64.
Hình 8: Cấu tạo triac Nguyên lý làm việc: Theo quy ước, tất cả các điện áp và dòng điện đều quy ước theo đầu ra chính MT1. Như vậy, điện áp nguồn cung cấp cho MT2 phải dương (hoặc âm) hơn so với MT1. Còn tín hiệu điều khiển được đưa vào giữa hai chân cực G và chân cực MT1. Ký hiệu và sơ đồ nguyên lý đấu triac trong mạch mô tả trong hình 65a,b. Đặc tuyến VônAmpe của triac được biểu diễn trong hình 6 6. Đặc tuyến thể hiện khả năng dẫn điện hai chiều của triac. Phương pháp kích cổng của triac cũng giống như SCR chỉ khác là có thể dùng cả dòng dương hay dòng âm cho cả phần tư thứ I và phần tư thứ III của đặc tuyến Vôn Ampe của triac. Có hai phương pháp kích khởi động cho triac hoạt động nhạy nhất là: Hình 9 Cực cổng G dương và cực MT2 dương so với MT1 Cực cổng G âm và cực MT2 âm so với MT1 Trong mạch điện, một triac cho qua 2 nửa chu kỳ của một điện áp xoay chiều và điều khiển bằng một cực điều khiển G. Khác với SCR, triac tắt trong một khoảng thời gian rất ngắn lúc dòng điện tải đi qua điểm O. Nếu mạch điều khiển của triac có gánh là điện trở thuần thì việc ngắt mạch không có gì khó khăn. Nhưng nếu tải là
một cuộn cảm thì vấn đề làm tắt triac trở nên khó khăn vì dòng lệch pha trễ. Thông thường để tắt Thyristo người ta sử dụng cái ngắt điện hoặc mạch đảo lưu dòng điện trong mạch. Hình 6: Ký hiệu và cấu tạo của SCR Nguyên lý làm việc: Sơ đồ mạch tương đương của SCR: Hình 7: Mạch ứng dụng Theo cấu tạo, SCR có 3 tiếp xúc P N được ký hiệu T1, T2, và T3 Khi cực điều khiển G để hở (IG = 0):
Đặt điện áp nguồn cung cấp UAK vào giữa anốt và catốt để phân cực cho SCR và lúc này nó được coi như 1 điốt: + Khi phân cực ngược (UAK 0) thì các tiếp xúc T1 và T3 phân cực thuận, tiếp xúc T2 phân cực ngược và qua SCR cũng chỉ có dòng điện ngược rất nhỏ (hay SCR ở chế độ trở kháng cao). Nếu tăng dần điện áp phân cực thuận UAK > 0 lên đến điện áp đánh thủng tiếp xúc T2 thì dòng điện qua SCR tăng vọt. Lúc này cả 3 tiếp xúc PN đều coi như được phân cực thuận, điện trở của chúng rất nhỏ làm cho sụt áp trên SCR giảm hẳn xuống còn khoảng từ 1 ÷ 2 V. Trị số điện áp mà tại đó xảy ra đánh thủng tiếp xúc T2 được gọi là điện áp đỉnh khuỷu UBO. Trị số UBO này thường vào khoảng từ 200 ÷ 400V. Vùng điện áp này ta gọi là vùng chặn thuận. Như vậy, khi SCR đã dẫn điện thì dòng điện qua nó không thể khống chế được trong SCR mà nó được hạn chế nhờ điện trở mắc ở mạch ngoài. Theo sơ đồ mạch tương đương ở hình 6 2 của SCR ta thấy, khi SCR dẫn điện thì qua nó có dòng điện I chạy từ A đến K và giữa các tiếp xúc PN của 2 tranzito Q1 và Q2 có các dòng điện vào và ra là: IC1 = IB2 và IC2 = IB1 Trong đó: IC1 = α1I + ICBo1 IC2 = α2I + ICBo2 Và α1, α2 là hệ số khuếch đại thác lũ alpha (hay số nhân thác lũ). Dòng điện tổng qua SCR là: I = IC1 + IC2 = I(α1 + α2) + ICBo1 + ICBo2 Thay: ICBo1 + ICBo2 = ICBo ICBo là dòng điện ngược bão hòa của tiếp xúc PN. Vậy ta có: I = ICBo/(1 – (α1 + α2) Như vậy, khi (α1 + α2) = 1 thì dòng điện tăng vọt và không giới hạn được, nó tương ứng với tiếp xúc T2 được phân cực thuận. Lúc này, SCR dẫn điện và có nghĩa là cả hai tranzito Q1 và Q2 đều dẫn bão hòa. Lúc này, SCR ở chế độ "ON": đóng mạch, hệ số khuếch đại α của hai tranzito hở nên nhỏ và đạt được điều kiện (α1 + α2) = 1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của Diac. Cấu tạo và ký hiệu của diac Diac là cấu kiện 4 lớp bán dẫn có 2 chân cực A1 và A2. Cấu trúc của diac giống như triac nhưng không có cực điều khiển G nên diac cũng dẫn điện hai chiều.. Hình 67 giới thiệu ký hiệu của diac trong các sơ đồ mạch.
Nguyên lý hoạt động của diac Do không có cực điều khiển nên việc kích mở cho diac thực hiện bằng cách nâng cao điện áp đặt vào hai cực. Khi điện áp nguồn đạt đến giá trị UB0 thì diac dẫn điện và điện áp trên nó sụt xuống chỉ còn 1 đến 2 vôn (UV). Trong ứng dụng, diac thường dùng làm phần tử mở cho triac dẫn. Khi diac dẫn điện, độ sụt áp trên nó là: ∆U = UB0 – UV được đưa vào cực điều khiển của triac như là xung kích để làm cho triac dẫn điện. Thông thường, trên thực tế ứng dụng, diac và triac được tổ hợp thành một linh kiện duy nhất.Các phương pháp điều khiển và bảo vệ cơ bản. KHUYẾCH ĐẠI ĐẢO Sơ đồ mạch như hình 8-2. Đây là một ứng dụng khá hữu ích c ủa b ộ khu ếch đ ại thu ật toán. Ngõ vào không đảo được nối đất, vin được nối qua R1 với ngõ vào đảo, và điện trở hồi tiếp Rf được nối giữa ngõ ra và vi-. Bởi vì sử dụng bộ khuếch đại ở chế độ đảo, nên ta chỉ rõ h ệ số khuếch đại điện áp là –A, vì vậy: vo = -A vi- (8-1) Chú ý vi khác vi- . Chúng ta sẽ tìm hiểu mối quan hệ giữa vo và vin khi độ lớn của A là vô cùng. Hình 8-2: Một ứng dụng của đại thuật toán với tín hiệu vin đi qua R1, điện trở hồi tiếp Rf. vo/vi- = -A Hình 8-3 chỉ ra kết quả của điện áp và dòng đi ện đó khi tín hi ệu vào v in được kết nối. Từ định luật Ohm, dòng điện i1 là sự chênh lệch về áp trên R1, chia cho R1:
Hình 8-3: Kết quả điện áp và dòng điện với điện áp vào vin. i1= (vin – vi-)/R1. (8-2) Tương tự, dòng điện if là sự sai biệt áp qua Rf, chia cho Rf. if = ( vi- - vo )/Rf. ( 8-3 ) Theo định luật Kirchhoff dòng ở ngõ vào đảo, chúng ta có i1= if + i- (8-4) Ở đó i- là dòng đi vào bộ khuếch đại ở ngõ vào đảo. Tuy nhiên, khuếch đại lý t ưởng có tr ở kháng ngõ vào vô cùng, mà giá trị i- phải bằng 0. Vậy thì rất đơn giản i1 = if. Thay thế (8-2) và (8-3) vào (8-5) được (vin – vi-)/ R1 = (vi- - vo)/Rf hoặc vin/R1 – vi-/R1 = vi-/Rf - vo/Rf (8-6) Từ định nghĩa ( biểu thức 8-1), vi- = -vo/A (8-7) nếu bây giờ giả định rằng |A| = vô cùng, ta thấy rằng –vo/A = 0. Và do đó vi- = 0 ( khuếch đại lý tưởng, với |A| = vô cùng) (8-8) thay vi- = 0 vào (8-6) được