Điện tử công nghiệp: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Điện tử công nghiệp" phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Transisto đơn nối; Thysisto; Diac- Triac; Các linh kiện điều khiển khác; Linh kiện quang điện tử;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Điện tử công nghiệp: Phần 1

TỦ SÁCH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGUYỄN TẢN PHƯỚC KS ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CH ĐIỀU KHIỂN Tự ĐỘNG LINH KIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN MỘT CHIỀU CÔNG NGHIỆP NHÀ XUẤT BẢN TỔNG Hựp TP Hồ CHÍ MINH
NGUYỄN TẤN PHƯỚC LINH KIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN MỘT CHIỀU CÔNG NGHIỆP NHÀ XUẤT BẢN TP Hổ CHÍ MINH
LINH KIỆN ĐIEU KHIEN ĐIỆN MỘT CHIỀU CÔNG NGHIỆP NGUYÊN TÃN PHƯỚC Chịu trách nhiệm xuất bản : TRẦN ĐÌNH VIỆT Biên tập : ĐÚC NHÂN Sửa bản in :DƯƠNG LY Trình bày : TRẦN VĨNH THÁI Bìa : NGUYỄN TẤN PHƯỚC NHÀ XUẤT BẢN TỔNG Hộp THÀNH PHố Hồ CHÍ MINH 62 NGUYỀN THỊ MINH KHAI - Q1 ĐT:8225340 - 8296764 - 8220405 - 8222726 - 8296713 - 8223637 FAX:84.8.222726 Thực hiện liên doanh . : NGUYỄN TẤN PHƯỚC In 1.000 cuốn, khổ 19x29cm. Tại Công ty In & Bao bì HUNG PHÚ, Số 755 Phạm Thế Hiển p.4 Q.8 TP.HCM. số XB 1809-100/XB-QLXB cấp ngày 23/12/2003. In xong và nộp lưu chiểu tháng 01 năm 2005
LỜI NÓI ĐÂU Điện tử công nghiệp là một lĩnh vực ứng dụng của điện tử kỹ thuật trong công nghiệp. Tuy là lĩnh vực mới mẻ nhưng ngành điện tử công nghiệp phát triển rất nhanh và rộng, nó xâm nhập hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại như giấy, da, dệt, sợi, nhuộm, may, thực phẩm ... Hiện nay tài liệu kỹ thuật và đặc biệt là giáo trình điện tử công nghiệp còn thiếu rất nhiều, có nhiều giáo trình cũ nội dung không còn thích hợp với những thiết bị mới trong ngành công nghiệp hiện đại. Điều này gây khó khăn cho học viên, sinh viên các ngành Điện - Điện tử muốn tìm hiểu về lĩnh vực này. Bộ giáo trình “Điện tử công nghiệp” này được soạn nhằm mục đích hệ thống hóa các kiến thức cơ bản, giới thiệu các thiết bị điện tử dùng trong các hệ thống tự động điều khiển để giúp cho học viên, sinh viên có điều kiện ôn tập hay tìm hiểu thêm về một ngành điện tử ứng dụng còn rất mới mẻ này. Bộ giáo trình “Điện tử công nghiệp” gồm 4 quyển là: 1. Linh kiện điều khiển - Điện một chiều công nghiệp 2. Kỹ thuật xung 3. Điện tử ứng dụng trong công nghiệp - tập 1 4. Điện tử ứng dụng trong công nghiệp - tập 2 Đây là một môn khoa học kỹ thuật hiện đại nên trong lần in đầu có nhiều sai sót rất mong bạn đọc thông cảm. Lần tái bản này được thực hiện với hình thức rỗ, đẹp hơn, tránh những sai sót do khâu đánh máy vi tính. Rất mong được sự góp ý của bạn đọc để sách được hòan thiện hơn trong các lần xuât bản sau. Tháng 10 năm 2000 Tác giả 3
LINH KIẸN ĐIEU KHIEN ĐIỆN MỘT CHIỀU CÔNG NGHIỆP MỤC LỤC Trang Lời nói đầu -------------------------------------------------------------------- 3 Mục lục ------------------------------------------------------------------- 4 Chương 1: Transisto đơn nối (UJT) ----------------------------------- 5 Chương 2:Thysisto ---------------------------------------------------------- 12 Chương 3:Diac- Triac_________________________________ 17 Chương 4: Các linh kiện điều khiển khác ---------------------------- 23 Chương 5: Limh kiện quang điện tử ----------------------------------- 33 Chương 6: Linh kiện nhiệt điện -------------------------------------- 45 Chương 7: Vi mạch định thì 555 --------------------------------------- 50 Chương 8: Mạch nắn điện một pha, ba pha --------------------------- 63 Chương 9: Mạch lọc điện ------------------------------------------------ 73 Chương 10: Nguồn cấp điện ổn định ------------------------------------- 78 Chương 11: Mạch Inverter ------------------------------------------------ 95 Chương 12: Mạch nạp ắc qui tự động - Chiếu sáng an toàn -------- 101 Tài liệu tham khảo -------------------------------------------------------- 108 4
chương 1 TRANSISTO ĐƠN Nối UJT § 1.1. ĐẠI CƯƠNG Transisto đơn nối được viết tắt là UJT (Uni-junction Transistor) là loại transisto chỉ có một mối nối. về cấu tạo UJT có cấu tạo hơi giông FET (Field Effect Transistor) nhưng có đặc tính khác biệt với FET và thường dùng trong các mạch tạo xung hay định thì. Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu UJT § 1.2. CẤU TẠO CỦA UJT Transisto đơn nôi gồm một nền là thanh bán dẫn loại N pha tỉ lệ rất thấp. Hai cực kim loại nôi vào hai đầu của thanh bán dẫn N gọi là cực nền B1 và B2. Một dây nhôm nhỏ có đường kính nhỏ hơn o,lmm được khuếch tán vào thanh N tạo thành một vùng chát p có mật độ rất cao hình thành một mối nối P-N giữa dây nhôm và thanh bán dẫn, dây nhôm nôi chân ra gọi là cực phát E . § 1.3. NGUYÊN LÝ VÀ ĐẶC TÍNH CỦA UJT Xét mạch thí nghiệm hình 1.2. Một transisto đơn nôi có thể vẽ mạch tương đương gồm hai điện trở Rbi và Rb2 nôi từ cực B1 đến cực B2 gọi chung là điện trở liên nền Rbb và một điốt nối từ cực E vào thanh bán dẫn ở điểm B . Hình 1.2 Ta có: Rbb = Rbi + Rb2 5
Điểm B thường ở gần cực B2 hơn B] nên Rin > Rb2,- Mỗi UJT có tỉ sô điện trở khác nhau gọi là r| và: n = R-_ (n = 0,5- 0,8) Rbb 1. Khi cực E có Ve = ov thì điện trở liên nền Rbb có trị số từ vài kílô ôm đến 10 kílô ôm. Lúc đó dòng điện đi qua thanh bán dẫn là: Ibb = ------ (vì R1, R2 « Rbb ) Rbb + Ri + R2 Rbb Dòng điện này chỉ khoảng vài miliampe vì Rbb lớn. Qua cầu phân áp Rbi - Rb2 dòng Ibb tạo ra điện áp ở điểm B là: Rbi Vb = Vcc-------- = n .Vcc Rbb Lúc này Vb lớn hơn Ve nên điốt EB bị phân cực ngược và có dòng điện rỉ đi từ B ra E, dòng điện rỉ trị số rất nhỏ. 2. Khi tăng điện áp Ve từ ov lên thì dòng điện rỉ giảm dần và khi Ve = Vb thì dòng điện rỉ bằng không (Ib =0) 3. Nếu tiếp tục tăng Ve lên một mức bằng điện áp ngưỡng của điốt EB để đạt điện áp đỉnh Vp = Vb + V, thì điô't EB được phân cực thuận nên dẫn điện và dòng điện Ib tăng cao. Do vùng bán dẫn p của đi ốt EB có mật độ rất cao, khi điốt được phân cực thuận lỗ trông từ p đỗ dồn sang thanh bán dẫn N kéo điện tử từ cực âm của nguồn Vcc vào cực nền B1 tái hợp với lỗ trông. Lúc đó hạt tải trong thanh N tăng cao đột ngột làm cho điện trở Rbi giảm xuống kéo Ve giảm xuôìig lại làm cho dòng Ie tăng cao. Trong khoảng này điện áp Ve bị giảm trong khi dòng điện Ie lại tăng lên nên người ta gọi đây là vùng điện trở âm. 6
Khi Rbi giảm thì điện trở liên nền Rbb cũng bị giảm và dòng điện Ibb tăng lên gần bằng hai lần trị số ban đầu vì bây giờ điện trở liên nền chủ yếu là Rb2 và dòng điện liên nền có trị số gần đúng là: Dòng điện Ie tiếp tục tăng và điện áp Ve giảm đến một trị số thâ'p nhâ't là điện áp thung lũng Vv (valley) thì dòng điện Ie và Ve sẽ tăng lên như đường đặc tính của một điốt thông thường. Vùng này gọi là vùng bão hòa. Hình 1.3 là đường đặc tính của UJT biểu diễn sự biến thiên của Ie theo điện áp cực phát Ve . § 1.4. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA UJT Transisto đơn nối có các thông số kỹ thuật quan trọng cần thiết khi sử dụng và tính toán là: 1. Điện trở liên nền Rbb : Là trị số điện trở giữa hai cực nền B1 và B2 khi cực E để hở. Trị số Rbb khoảng vài kílô ôm đến 10 kílô ôm 2. Tỉ so tị: Rbi Theo định nghĩa r| = ------- . Thông thường TI = 0,5 4- 0,8. Rbb Từ giá trị của T| có thể tính được điện áp điểm B giữa hai điện trở Rbi và Rb2 theo công thức: Rbi Vb = Vcc --------- = Ĩi-Vcc Rbb 3. Điện áp đỉnh Vp: Điện áp đỉnh Vp là điện áp tối thiểu để phân cực thuận điốt EB khi hai cực nền Bl B2 nô'i vào nguồn Vcc . Vp = Vb + Vy = r| . Vcc + Vy 4. Dòng điện đỉnh Ip : Dòng điện đỉnh Ip là dòng điện Ie ứng với điện áp Ve là điện áp đỉnh Vp. Dòng điện Ip thường có trị sô nhỏ khoảng vài chục micro ampe. 5. Điện áp thung lũng Vv: Là điện áp cực phát Ve giảm xuốhg thấp nhất sau khi phân cực thuận điôt EB. Điện áp Vv có trị sô khoảng vài vôn. 6. Dòng điện thung lũng Iv: Dòng điện thung lũng Iv là dòng Ie ứng với điện áp Ve là điện áp thung lũng Vv. Dòng điện Iv thường có trị số rất lớn so với Ip ( Iv khoảng vài mili-ampe trỏ lên). 7
7. Công suất tiêu tán Pnrnax: Là công suất nhiệt lớn nhất mà UJT có thể chịu được khi có dòng điện đi qua, lớn hơn trị số này UJT sẽ bị hư. s 1.5. ÚNG DỤNG CỦA UJT Do UJT có tính chất đặc biệt là khi Ve < Vp thì dòng Ie = 0 và dòng Ip rất nhỏ, nhưng khi Ve - Vp thì dòng Ie tăng cao đột ngột và dòng Ip cũng tăng lên gấp đôi nên UJT thường được dùng trong các mạch tạo xung. Mạch ứng dụng phổ biến nhát của UJT là mạch dao động tích thoát. 1. Mạch dao động tích thoát: Hình 1.4 Hình 1.5 Mạch điện hình 1.4 là sơ đồ mạch tích thoát cơ bản, trong đó điện trở R1-R2 để nhận tín hiệu xung ra (R2 còn có tác dụng ổn định nhiệt cho điện áp đỉnh Vp), tụ điện c và điện trở là mạch nạp để tạo điện áp tăng dần cho cực E. Khi thay đổi trị số điện trở R là thay đổi thời gian nạp xả của tụ. 2. Nguyên lý mạch dao động tích thoát: Để phân tích nguyên nhân mạch dao động tích thoát, ta có thể đổi từ mạch điện hình 1.4 thành mạch tương đương như hình 1.5. Giả sử UJT có điện trở liên nền Rbb = 10kfì và r| = 0,6 Suy ra: Rbi = r| . Rbb = 0,6 X lOkíì = 6 kQ Rb2 = Rbb ■ Rbi = 10 kfì - 6kQ = 4kfì Mới đóng điện thì tụ c coi như nôi tắt nên Ve = ov. Lúc đó điốt EB bị phân cực ngược nên chỉ có dòng điện Ibb đi từ nguồn Vcc xuống mass. Dòng điện Ibb được tính theo công thức: T _ _ Vcc _ 10V Ibb = ——————---- — = ---------------- —--------------- * R1 + Rbi + Rb2 +R2 100Q + 6kQ + 4kQ + 200Q Địên áp ở cực nền là: 8
Vbi = Ibb . Ri = 1mA X 100 = 0,1 V(« 0V) VB2 = Vcc - Ibb . R2 = 10V- (1mA X 200 Q) = 9,8V (« Vcc) Điện áp điểm B trong thanh dẫn điện là: Khi tụ điện c nạp điện qua R làm điện áp tăng lên đến trị sô điện áp đỉnh Vp thì điốt EB sẽ dẫn điện. Vp = Vb + VY = 6V + 0,6V = 6,6V R1 + Rbi 100 n + 6kQ VB = Vcc-------------------------- = 10V X -------------------- «6V R| + Rbi + RB2 + Rj 10,3kíl Khi điôt EB dẫn điện như đã biết, lỗ trông từ cực E đỗ sang thanh bán dẫn làm Rbi giảm trị sô' nên điện áp Vb giảm kéo theo Ve giảm làm tụ xả điện qua điổt EB và điện trở Rbi xuống mass . Khi Rbi giảm trị sô' thì dòng điện Ibb đi qua thanh dẫn tăng lên khoảng gấp đôi ( ~ 2mA) nên điện áp VB2 bây giờ là: VB2 = Vcc - (Ibb . R2) * 10V - ( 2mA X 200 íì) = 9,6V ơ cực B2 có xung âm ra với biên độ là: VB2 = 9,6V - 9,8V = -0,2 V. Đồng thời lúc đó dòng diện qua Rbi và R1 là Ibb và Ie do tụ xả ra nên điện áp Vbi tăng cao. Cực B] có xung dương ra nhưng biên độ lớn xung âm ở cực B2 nhiều lần vì dòng điện Ie có trị số lớn hơn IB2. Khi tụ c xả điện từ điện áp VB xuông trị sô' Vv thì điô't EB lại ngưng dẫn và ở hai cực B không còn xung ra. Xung ra ở hai cực B có dạng xung nhọn âm và dương. Sau khi tụ xả xong thì điện áp các chân trở lại bình thường và tụ c lại nạp điện qua R, hiện tượng trên lại được tiếp diễn. 9
3. Tần sô' của mạch dao động tích thoát : Khi vừa mới đóng điện thì tụ sẽ nạp điện từ ov lên đến Vp rồi sau đó tụ xả điện đến mức Vv. Những lần nạp sau tụ đều nạp từ điện áp Vv lên đến Vp rồi lại xả từ điện áp Vp giảm đến Vv. Thời gian nạp và xả điện của tụ được tính giữa hai điện áp này (Hình 1.6 ). Tụ c nạp điện theo công thức: - _Ị_ vc= Vv + (Vcc-Vv).(l-eRC) - _Ị_ vc= Vv-(Vcc-Vv).(l-eRC) Thời gian để tụ nạp từ Vv lên Vp là ti, khi đó Vc =Vp - _Ll Vp = Vcc - (Vcc - Vv) . e RC ■ -Ll (Vcc - Vv). e RC = Vcc - Vp ■ _ỈJ_ RC _ Vcc - Vp tị Vcc - Vv Q RC Vcc - Vv Suy ra: e = 'v V cc " V p Do hàm số ngược của hàm sô' mũ là logarit nên ta có: Tụ c xả điện theo công thức: - t w w (Rbi + Rj).C Vc = Vp . e Thời gian để tụ xả từ Vp xuốhg Vv là t2) khi đó Vc = Vv ____ Z—L_____ (Rbi + Ri).C Vc = Vp . e Tương tự cách giải trên ta có: t2 = (Rbi R1) . c . In Vp Vv Lưu ý: điện trở Rbi trong công thức tính t2 có trị sô' nhỏ ứng với trạng thái UJT dòng Ibb đi qua điôt ED, Trị sô này nhỏ hơn điện trở Rbi khi Ve = ov khoảng vài chục đến một trăm lần. Chu kỳ dao động là: T = tnạp + txà = t] + t2 Trong trường hợp (Rbi + R1). c có trị số nhỏ có thể coi như T « ti đồng thời do Vv « Vcc và Vp * r|. Vcc nên chu kỳ T có thế tính theo công thức gần đúng : 10
T * RC . In ■ ' 1 -n Tần sô' dao động là: f = —= ——7----------- T RC. In 1 4. Phương trình đường tải : Trong mạch dao động tích thoát, trị sô' điện trở R của mạch nạp RC có ý nghĩa quan trọng, nếu trị sô' R quá lớn hay quá nhỏ mạch có thể không hoạt động đúng theo nguyên lý mạch tích thoát được. Nếu điện trở R có trị sô' quá lớn, khi tụ nạp đến điện áp Vp mà dòng điện qua R trong thời điểm này nhỏ hơn Ip thì mạch RC không kích UJT được. Như vậy phải có: R< Vg-V- Ip Nêu điện trở R có trị sô quá nhỏ, khi tụ xả xuông đến điện áp Vv mà dòng điện đi qua R ở thời điểm này lớn hơn Iv thì UJT sẽ không ngưng được. Như vậy phải có: Iv Phương trình đường tải là: Vcc - Vy < R < Vọc - Vp Iv ỉp Thông thường: R=lkfì + IMG C = 100 pF - 100 pF CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 1) Phân biệt câ'u tạo của UJT và FET ? 2) Giải thích hiện tượng vùng điện trở âm của UJT ? 3) Cho biết các thông sô' kỳ thuật của UJT ? 4) Giải thích nguyên lý của mạch dao động tích thoát ? 5) Cách tính tần số của mạch dao động tích thoát ? 11
chương 2 THYRISTO § 2.1. CẤU TẠO Thyristo còn được viết tắt là SCR (Silicon Controlled Rectifier: bộ nắn điện được điều khiển làm bằng chất silicium ) SCR gồm có bốn lớp bán dẫn khác loại PN ghép nối tiếp nhau và được nôi ra ba chân: _ A : anôt (dương cực _ K : catôt (âm cực) _ G : gate (cực cửa) Hình 2.1 Cấu tạo của SCR § 2.2. NGUYÊN LÝ VẬN CHUYEN của SCR Đê phần tích nguyên lý vận chuyển của SCR, người ta có thể xem SCR như hai transisto gồm một transisto PNP và một transisto NPN ghép lại theo kiêu cực c của NPN nôi với cực B của PNP và ngược lại cực c của PNP nôi cực B của NPN. Xét mạch thí nghiệm hình 2.1. Mạch điện hình 2.2b là mạch thí nghiệm được vẽ theo kiểu xem SCR như hai transisto, gọi là transisto NPN và T2 là transisto PNP. 12
1. Trường hợp cực G để hở hay Vg = OV: Khi cực G có Vg = ov có nghĩa là transisto T1 không có phân cực ở cực B nên T1 ngưng dẫn . Khi T1 ngưng dẫn, Ibi= 0 , Ici = 0, nên ỈB2 = 0 và T2 cũng ngưng dẫn. Như vậy trường hợp này SCR không dẫn điện được, dòng điện qua SCR là Ia = 0 và Vak « Vcc . Tuy nhiên khi tăng điện áp nguồn Vcc lên mức đủ lớn là điện áp Vak tăng theo đến điện áp ngập Vbo (Break-over) thì điện áp Vak giảm xuống như điốt và dòng điện Ia tăng nhanh. Lúc này SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện. Dòng điện ứng với lúc điện áp Vak bị giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì Ih (holding). Sau đó, đặc tính của SCR giông như một điôít nắn điện. 2. Trường hợp cực G có Vak > OV: Khi đóng công tắc để câp nguồn Vdc được giảm áp qua Rg thì SCR dễ chuyển sang trạng thái dẫn điện. Lúc này transisto T] được phân cực ở cực B nên dòng điện Ig vào cực cổng chính là Ibi làm T1 dẫn cho ra Ici chính là dòng điện Ib2 nên lúc đó T2 cũng dẫn điện và cho ra dòng điện Ic2 dòng điện Ic2 lại cung câp ngược lại cho T1 và Ic2 = Ibi- Nhờ đó mà SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng Ig liên tục . Hình 2.3 Ta có: Ici = Ib2 và Ic2= Ibi Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transisto sẽ được khuếch đại lớn dần và hai transisto chạy ở trạng thái bão hòa, khi đó điện áp Vak giảm râ't nhỏ (~ 0,7V ) và dòng điện qua SCR là: Vcc - Vak Vcc Ia Rl Ri. Qua thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì điện áp ngập Vbo càng thấp tức là SCR càng dễ dẫn điện. Hình 11.3 là đặc tính của SCR với ba trường hợp Ig = 0 và Ig2 > Igi > 0 . 13
3. Trường hợp phân cực ngược SCR : Phân cực ngược SCR là nôi cực A vào cực âm và cực K vào cực dương của nguồn Vcc. Trường hợp này giông như một điôt bị phân cực ngược, SCR sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng điện rỉ rất nhỏ đi qua. Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì SCR sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược. Điện áp ngược để đủ đánh thủng SCR là Vbr . Thông thường trị sô' Vbr và VBobằng nhau và ngược dâu. § 2.3 KÝ HIỆU VÀ HÌNH DÁNG CỦA SCR Hình 2.4a Kỷ hiệu của SCR Hình 2.4b Các loại SCR thông dụng g 2.4. CÁC THÔNG số KỸ THUẬT CỦA SCR Khi sử dụng SCR phải biết các thông sô' kỹ thuật quan trọng để tránh làm hư SCR do dùng sai chổ hay do vượt quá các giới hạn cho phép. 1. Dòng điện thuận cực đại: Umax hay Ipinax Đây là trị sô lớn nhất dòng điện qua SCR mà SCR có thể chịu đựng liên tục quá trị sô' này SCR bị hư. Khi SCR đà dẫn điện Vak khoảng 0,7V nên dòng điện thuận qua SCR có thể tính theo công thức: Vcc - 0,7V Ia= —---- — Rl 2. Điện áp ngược cực đại : Vbr Đây là điện áp ngược lớn nhất có thê đặt vào giữa A và K mà SCR chưa bị đánh thủng, nếu vượt qua trị sô này SCR sẽ bị phá hủy. Điện áp ngược cực đại của SCR thường khoảng 100V đến 1000V. 3. Dòng điện kích cực G cực tiếu: iGmin Để SCR có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp Vak thấp thì phải có dòng điện kích cho cực G của SCR. Dòng iGmin là trị sô' dòng kích nhỏ nhất đủ để điều khiển SCR dẫn điện và dòng iGmin có trị sô' lớn hay nhỏ tùy thuộc công suất của SCR, nếu SCR có công suất càng lớn thì ỈGmin phải càng lớn. Thông thường ỈGmin từ 1 mili-ampe đến vài chục mili-ampe. 4. Thời gian mở SCR : 14
Là thời gian cần thiết hay độ rộng của xung kích để SCR có thể chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn. Thời gian mở khoảng vài micrô giây. 5. Thời gian tắt : Theo nguyên lý SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích. Muôn SCR đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho Ig = 0 và cho điện áp Vak = 0. Để SCR có thể tắt được thì thời gian cho Vak= ov phải đủ dài, nếu không khi Vak tăng lên cao laị ngay thì SCR sẽ dẫn điện trở lại. Thời gian tắt của SCR khoảng vài chục micrô giây. § 2.5. ÚNG DỤNG CỦA SCR 1. Mạch điều khiến tốc độ dộng cơ: Trong mạch điện hình 2.5 thì động cơ M là động cơ vạn năng - loại động cơ có thể dùng điện AC hay DC. Dòng điện qua động cơ là dòng điện ở bán kỳ dương và được thay đổi trị sô' bằng cách thay đổi góc kích của dòng Ig . Khi SCR chưa dẫn thì chưa có dòng điện qua động cơ, điốt D nắn điện bán kỳ dương nạp vào tụ qua điện trỏ R1 và biến trở VR . Điện áp cấp cho cực G lấy trên tụ c và qua cầu phân áp Rá - R;?. Giả sử điện áp đủ để kích cho cực G là Vg = IV và dòng điện kích iGmin =lmA thì điện áp trên tụ c phải khoảng 10V. Tụ c nạp điện qua R1 và qua VR với hằng sô' thời gian là: T = c (R1 + VR) Khi thay đổi trị sô' VR sẽ làm thay đổi thời gian nạp của tụ tức là thay đổi thời điểm có dòng xung kích Ig sẽ làm thay đổi thời điểm dẫn điện của SCR tức là thay đổi dòng điện qua động cơ và làm cho tốc độ của động cơ bị thay đổi. Khi dòng AC có bán kỳ âm thì điốt D và SCR đều bị phân cực nghịch nên điốt ngưng dẫn và SCR cũng chuyển sang trạng thái ngưng. 15
Vs t Hình 2.6 Hình 2.7 2.Mạch báo động: Nếu SCR dùng với nguồn một chiều thì có thể ứng dụng trong các mạch báo dộng quá nhiẽt, quá áp suất, theo ánh sáng hay báo trộm khi kẻ trộm mỏ cửa nhà hay cửa tủ. Trong mạch hình 2.7, nút p là nút ấn băng tay để ấn khi khẩn cấp, công tắc K là là công tắc tự động có thể là loại thermostat để bảo vệ quá nhiệt hay pressostat để báo quá áp suất và s là công tắc tí hon được đặt ở các cửa nhà, cửa tủ... Khi một trong các tiếp điểm trên đóng lại thì SCR sẽ được kích dẫn điện và duy trì trạng thái dẫn để cấp điện cho đèn báo hiệu và còi hú để báo động . CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 1) Giải thích nguyên lý vận chuyển của SCR khi cực G có điện áp kích và không có điện áp kích ? 2) Các thông số kỹ thuật quan trọng của SCR ? 3) Phân biệt nguyên lý vận chuyển của SCR khi dùng với nguồn mộ chiều và nguồn xoay chiều ? 16
chương 3 DIAC - TRIAC Trong các chương trước dã giới thiệu các linh kiên điện tử bán dẫn như điốt, transisto lưỡng nôi, transisto trường ứng, transisto đơn nối, SCR là những linh kiện bán dẫn chỉ sử dụng với nguồn điện một chiều, nên điốt và SCR khi dùng vói nguồn điện xoay chiều thì cũng chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều từ A sang K. Trong chương này giới thiệu hai linh kiện bán dẫn có thể cho dòng điện đi qua cả hai chiều - tức là hoạt động được với nguồn xoay chiều là diac và triac. s 3.1. DIAC Diac được viết tắt bởi diod AC semiconductor switch (công tắc bán dẫn xoay chiều hai cực ) . 1. Cấu tạo: Diac có cấu tạo gồm ba lớp bán dẫn khác loại ghép nôi như một transisto nhưng chỉ ra có hai chân nên được như một transisto không có cực nền. Hai cực ở hai đầu được gọi là T1 và T2 và do tính chất đôi xứng của diac nên không cần phân biệt T1 - T2 . Hình 3.1 cho thấy cấu tạo và hình dạng của diac. t2T t2 2. Nguyên lý: Xét mạch thí nghiệm hình 3.2 nguồn Vcc có thể chỉnh được từ thấp đến cao. Khi Vcc có trị sô' thấp thì dòng điện qua điôt chỉ là dòng điện ri có ỉiiilhlt. TẰM T.Í.RiựH If. THỜ VIỂN 17
trị số rất nhỏ. Khi tăng điện áp Vcc lên một trị số đủ lớn là Vbo thì điện áp trên diac bị giảm xuống và dòng điện tăng lên nhanh. Điện áp này gọi là điện áp ngập (Break over) và dòng điện qua diac ở điểm Vbo là dòng điện ngập Ibo . Điện áp Vbo có trị sô' trong khoảng từ 20V đến 40V. Dòng điện I] có trị trong khoảng từ vài chục micro ampe đến vài trăm micro ampe . Hình 3.3 cho thấy đặc tính của diac, đặc tính này hơi giống đặc tính của hai điô't Zener ghép nôi tiếp nhưng ngược chiều nhau như hình 3.4 Khi có điện áp đặt vào hai chân T1 - T2 của hai điôt Zener Z1 - Z2 thì sẽ phân cực thuận một điô't Zener cho ra điện áp Vd ~ 0,7V và phân cực ngược điốt Zener tạo ra hiệu ứng Zener cho ra điện áp Vz . Như vậy điện áp Vbo của Z1 - Z2 chính là: Vbo = Vd+ Vz t2 T2 T1 Khi đổi chiều dòng điện ngược lại thì vẫn có một Zener phân cự thuận và một Zener phân cực nghịch nên ta cũng có điện áp Vbo theo côní thức trên. Nếu khéo chọn điện áp Vz của Zener ta có thể tạo ra được nhiều linl kiện có đặc tính tương đương diac có nhiều cấp điện áp Vbo khác nhau. § 3.2. TRIAC Triac được viết tắt bởi triôt AC semiconductor switch (công tắc bán dẫn xoay chiều ba cực) 1. Cấu tạo: Về cấu tạo tri ac gồm các lớp bán dẫn P.N ghép nối tiếp nhau như 18 ' HịHV Uri ĩ
hình 3.5a và được nôi ra ba chân, hai chân đầu cuối gọi là T1 - T2 vàhiột chân là cực cửa G . Từ câu tạo hình 3.5 triac có ký hiệu như hình 3.6 và cũng được coi như hai SCR ghép song song và ngược chiều . t2 t2 t2 G-Jf = Ti T, Ti Hmh3.6a: Ký hiệu của triac Hình 3.6b: Triac tương đương hai SCR 2. Nguyên lý: Theo cấu tạo một triac được xem như hai SCR ghép song song và ngược chiều nên khi khảo sát đặc tính của triac người ta khảo sát như thí nghiệm trên hai SCR. a) Khi cực T2 có điện áp dương và cực G được kích xung dương thì triac dẫn điện theo chiều từ T2 qua T1 (hình 3.7a) b) Khi cực T2 có điện áp âm và cực G được kích xung âm thì triac dẫn điện theo chiều từ T1 qua T2 (hình 3.7b) c) Khi triac được dùng trong mạch điện xoay chiều công nghiệp thì nguồn có bán kỳ dương cực G cần được kích xung dương, khi nguồn có bán kỳ âm cực G cần được kích xung âm. Triac cho dòng điện qua cả hai chiều và khi đã dẫn điện thì điện áp trên hai cực T1 - T2 rất nhỏ nên được coi như công tắc bán dẫn dùng trong mạch điện xoay chiều (hình 3.7c) Hĩnh 3.7c 19