Giáo trình hình thành điều kiện để sử dụng đặc tính ổn áp trong mạch điện diot ổn áp 2

Chia sẻ: Gfrgd Dfghdsh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong điện tử công suất ng−ời ta dùng phổ biến nhất loại tranzito NPN. tranzito công suất đ−ợc dùng để đóng ngắt dòng điện một chiều c−ờng độ t−ơng đối lớn, vì vậy chúng chỉ làm việc ở hai trạng thái đóng và trạng thái mở. Để tranzito làm việc ng−ời ta phải đ−a điện áp một chiều tới các cực B của tranzito gọi là phân cực cho tranzito.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình hình thành điều kiện để sử dụng đặc tính ổn áp trong mạch điện diot ổn áp 2

B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 Líp ph¸t E cã c−êng ®é t¹p chÊt lín nhÊt, líp gèc B cã nång ®é t¹p chÊt nhá nhÊt. §Ó ph©n biÖt víi c¸c lo¹i tranzito kh¸c, tranzito PNP vµ NPN cßn gäi lµ tranzito l−ìng nèi viÕt BJT (Bipolar Juntion Tranzito). 1.2.1 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng Trong ®iÖn tö c«ng suÊt ng−êi ta dïng phæ biÕn nhÊt lo¹i tranzito NPN. tranzito c«ng suÊt ®−îc dïng ®Ó ®ãng ng¾t dßng ®iÖn mét chiÒu c−êng ®é t−¬ng ®èi lín, v× vËy chóng chØ lµm viÖc ë hai tr¹ng th¸i ®ãng vµ tr¹ng th¸i më. §Ó tranzito lµm viÖc ng−êi ta ph¶i ®−a ®iÖn ¸p mét chiÒu tíi c¸c cùc B cña tranzito gäi lµ ph©n cùc cho tranzito. a) b) H×nh 1.10: S¬ ®å ph©n cùc cña tranzito npn (a) vµ pnp (b) ë chÕ ®é khuÕch ®¹i §Ó ph©n tÝch nguyªn lý lµm viÖc ta lÊy tranzito pnp lµm vÝ dô. Do JE ph©n cùc thuËn nªn c¸c h¹t ®a sè (lç trèng) tõ miÒn E phun qua JE t¹o nªn dßng emit¬ (IE). Chóng tíi vïng baz¬ t¹o thµnh h¹t thiÓu sè vµ tiÕp tôc khuÕch t¸n s©u vµo vïng baz¬ h−íng tíi JC. Trªn ®−êng khuÕch t¸n mét phÇn nhá bÞ t¸i hîp víi h¹t ®a sè cña baz¬ t¹o nªn dßng ®iÖn cùc baz¬ (IB). Do cÊu t¹o miÒn baz¬ máng nªn gÇn nh− toµn bé c¸c h¹t khuÕch t¸n tíi ®−îc bê cña JC vµ bÞ tr−êng gia tèc (do JC ph©n cùc ng−îc) cuèn qua tíi ®−îc miÒn colect¬ t¹o nªn dßng ®iÖn colect¬ (IC). Qua viÖc ph©n tÝch trªn ta cã mèi qua hÖ vÒ dßng ®iÖn trong tranzito: IE= IB + IC (1-3) §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é hao hôt dßng khuÕch t¸n trong vïng baz¬ ng−êi ta ®Þnh nghÜa hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn α cña tranzito. 11
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 IC α= (1- 4) IE HÖ sè α x¸c ®Þnh chÊt l−îng cña tranzito vµ cã gi¸ trÞ cµng gÇn mét víi c¸c tranzito lo¹i tèt. §Ó ®¸nh gi¸ t¸c dông ®iÒu khiÓn cña dßng ®iÖn IB tíi dßng colect¬ (IC), ng−êi ta ®Þnh nghÜa vÒ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β cña tranzito. IC β= (1- 5) IB β th−êng cã gi¸ trÞ trong kho¶ng vµi chôc ®Õn vµi tr¨m. Tõ c¸c biÓu thøc trªn ta cã mèi quan hÖ gi÷a c¸c hÖ sè: IE= IB(1+β) (1- 6) β α= vµ (1- 7) 1+ β −u ®iÓm næi bËt cña tranzito lµ chØ cÇn ®iÒu khiÓn dßng IB lµ cã thÓ ®iÒu khiÓn cho tranzistor ®ãng ng¾t dÔ dµng. 1.2.3 C¸ch thøc ®iÒu khiÓn tranzito Gäi IC lµ dßng colect¬ chÞu ®−îc ®iÖn ¸p b·o hoµ VCEsat khi tranzito dÉn dßng b·o hoµ IB= IBbh vµ khi kho¸ IB= 0; VCEsat=VCE. + M¹ch trî gióp tranzito më Khi tranzito chuyÓn tõ tr¹ng th¸i ®ãng sang tr¹ng th¸i më. M¹ch trî gióp bao gåm c¸c phÇn tö tô ®iÖn (C), ®iÖn trë (R2), ®i«t(D2) 12
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 H×nh 1.11: M¹ch trî gióp tranzito më tf: thêi gian cÇn thiÕt ®Ó IC tõ gi¸ trÞ max gi¶m xuèng 0 Dßng ®iÖn t¶i I lµ thêi gian chuyÓn m¹ch cña tranzito rÊt ng¾n vËy cho nªn dßng t¶i = const. S¬ kiÖn: VCE = 0 IC = I ID = 0 (1- 8) Khi cho xung ¸p ©m t¸c ®éng vµo cùc gèc baz¬ cña tranzito dßng IC gi¶m xuèng kh«ng trong kho¶ng thêi gian tf. NÕu kh«ng cã m¹ch trî gióp ta cã: I = IC + ID = const (1-9) Khi gi¶m IC th× ID T¨ng lªn ngang D1 sÏ lµm ng¾n m¹ch t¶i n¨ng l−îng tiªu t¸n bªn trong tranzito sÏ lµ: U . I .t f WT = (1-10) 2 ChÝnh v× vËy ta ph¶i m¾c thªm m¹ch trî gióp më cho trazito. I= IC ≈ ID = const Khi IC b¾t ®Çu gi¶m th× I1 còng b¾t ®Çu t¨ng(IC vµ I1 phi tuyÕn víi nhau, lóc nµy tô ®iÖn C ®−îc n¹p ®iÖn) dV c I − I C = (1-11) dt C 13
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 Khi t = tf ; Ic = 0 Vc (tf)= V0 = VCE
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 n¨ng h¹n chÕ sù t¨ng vät cña dßng IC trong kho¶ng thêi gian ®ãng Ton cña tranzito. Ton: lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó VCE gi¶m tõ ®iÖn ¸p nguån VCC xuèng VCE≈ 0. Thêi gian tæng céng cho qóa tr×nh ®ãng lµ tf. ®iÖn c¶m L ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: Δi di I UR =U = L = L ⇒ L = L (1- 14) Δt dt R I §Ó chän L ta chän thêi gian ®ãng tr trong kho¶ng: 2ton < tr < 5ton §iÖn trë R4 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng do søc ®iÖn ®éng tù c¶m trong cuén c¶m (L) t¹o ra trong m¹ch L; D5; R4 trong kho¶ng thêi gian tc chuyÓn sang tr¹ng th¸i më cña tranzito. Nh− vËy tc ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn. i tc > (1-15) R4 §iÖn trë R5 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng ®iÖn phãng cña tô ®iÖn C trong m¹ch víi kho¶ng thêi gian ®ãng tf. Ta cã D6: T¹o m¹ch ®èi víi xung ¸p d−¬ng ®Æt vµo cùc gèc baz¬ D5: h¹n chÕ dßng ®iÒu khiÓn cho cùc gèc (baz¬) D4: Dïng ®Ó chèng b·o hoµ 1.2.4 øng dông cña tranzito c«ng suÊt + M¹ch khuÕch ®¹i H×nh: 1.13: Tranzito lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i - Trong thùc tÕ tranzito th−êng ®−îc lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸ - Khi dßng ë cùc gèc b»ng kh«ng dßng ®iÖn cùc ghãp b»ng kh«ng, 15
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 tranzito lóc nµy hë m¹ch hoµn toµn. - Khi dßng ®iÖn ë cùc gèc cã gi¸ trÞ b·o hoµ th× tranzito trë vÒ tr¹ng th¸i dÉn hoµn toµn. 1.2.5 C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña tranzito - §é khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β β cã trÞ sè thay ®æi theo dßng IC. Khi dßng IC nhá th× β thÊp, dßng IC t¨ng th× β t¨ng ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i nÕu tiÕp tôc t¨ng IC ®Õn møc b·o hoµ th× β gi¶m. IC β= (1-16) IB - Dßng ®iÖn giíi h¹n Dßng ®iÖn qua tranzito ph¶i ®−îc giíi h¹n ë møc cho phÐp nÕu qu¸ trÞ sè th× tranzito sÏ bÞ h−. ICmax : lµ dßng ®iÖn tèi ®a ë cùc colect¬ IBmax: lµ dßng ®iÖn tèi ®a ë cùc baz¬ - §iÖn thÕ giíi h¹n §iÖn thÕ ®¸nh thñng BV (breakdown Voltage) lµ ®iÖn thÕ ng−îc tèi ®a ®Æt vµo gi÷a c¸c cÆp cùc. - TÇn sè c¾t TÇn sè thiÕt ®o¹n (f cut- off) lµ tÇn sè mµ tranzito hÕt kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i lóc ®ã ®iÖn thÕ ngâ ra b»ng ®iÖn thÕ ngâ vµo. B¶ng 1.2 Giíi thiÖu mét sè lo¹i tranzito 16
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 VCE VCE0 VCE,sat IC I tf ton ts Pm M· hiÖu μs μs μs V V V A A W BUV, (BUX)20 160 125 1,2 50 5 0,3 1,5 1,2 250 (50) 21 250 200 1,5 40 3 0,12 1,8 1,2 50 22 300 250 1,5 40 2,5 0,5 1,3 2 50 23 400 325 1 30 3,2 1,2 1,3 2,5 50 24 450 400 1 20 2,4 1,4 1,6 3 50 BUT 90 200 125 1,2 50 7 0,4 1,2 1,5 250 91 300 200 1,2 50 4 0,3 1 1,5 250 BUX 47 850 400 1,5 9 1,2 0,8 1 3 125 47A 1000 450 1,5 9 1 0,8 1 3 125 48 850 400 1,5 15 2 0,8 1 3 175 48A 850 400 1,5 15 2 0,8 1 3 175 98 850 400 1,5 30 4 0,8 1 3 250 98C 1200 700 1,5 30 3 0,8 1 3 250 ESM 3000 200 100 1,5 150 15 0,5 1,5 1,8 400 3001 200 150 1,5 150 15 0,5 1,5 1,8 400 3002 250 200 1,5 140 28 0,7 1,5 2 400 3004 600 400 1,5 120 13 1 1,5 3,5 400 3005 600 500 1,5 120 10 1 1,5 3,5 400 3006 1000 600 1,5 50 7 1,5 1,5 5 300 3007 1000 700 1,5 50 6 1,5 1,5 5 300 1.3 Thyristor 1.3.1 CÊu t¹o 17
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 Thyristor cßn ®−îc gäi lµ SCR (Silicon controlled Rectifier) bé n¾n ®iÖn ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng chÊt silicum. Thyristor lµ linh kiÖn b¸n dÉn gåm b¸n dÉn gåm 4 líp P- N- P- N ghÐp nèi tiÕp t¹o nªn 3 cùc Anode ký hiÖu lµ A d−¬ng cùc, Catode ký hiÖu lµ K ©m cùc vµ cùc Gate ký hiÖu lµ G lµ cùc ®iÒu khiÓn hay cùc cöa. J1, J2, J3 lµ c¸c mÆt ghÐp. a b c c H×nh 1.14: Thyristor a- S¬ ®å cÊu tróc bªn trong b- Ký hiÖu c- C¸c lo¹i thyristor 1.3.2 Nguyªn lý lµm viÖc Tïy theo c¸ch nèi cña A vµ K cña thyristor víi nguån ®iÖn mét chiÒu mµ thyristor cã thÓ ®−îc ph©n ¸p ng−îc hay ph©n ¸p thuËn. Khi ph©n ¸p ng−îc (an«t nèi víi cùc ©m nguån, cat«t nèi víi cùc d−¬ng nguån) nh− h×nh1.15 th× líp ph©n cùc J2 ph©n cùc thuËn (®iÖn trë rÊt nhá) nh−ng c¸c líp tiÕp xóc J1 vµ J3 l¹i ph©n cùc ng−îc (®iÖn trë rÊt lín) kh«ng cã dßng ®iÖn qua tõ K sang A. Phô t¶i (bãng ®Ìn) kh«ng cã dßng ®iÖn ch¶y qua vµ kh«ng s¸ng. Thùc sù th× vÉn cã mét dßng ®iÖn rß rÊt nhá, kh«ng ®¸ng kÓ cì vµi mA. §Æc tÝnh V- A khi ph©n ¸p ng−îc lµ nh¸nh thuéc gãc phÇn t− thø III. 18
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 Khi ®iÖn ¸p ng−îc t¨ng ®Õn mét trÞ sè nµo ®ã ®ñ lín (Uct) th× thyristor bÞ chäc thñng gièng nh− tr−êng hîp cña ®i«t vµ kÕt qu¶ lµ dßng ®iÖn ng−îc t¨ng lªn rÊt nhanh vµ m¹nh. Khi ph©n ¸p thuËn (an«t nèi víi cùc d−¬ng nguån, cat«t nèi víi cùc ©m nguån) nh− h×nh 1.15 th× c¸c líp J1 vµ J3 ®−îc ph©n cùc thuËn, ®iÖn trë rÊt nhá, nh−ng líp J2 l¹i bÞ ph©n cùc ng−îc, cã ®iÖn trá rÊt lín. Do vËy, tr−êng hîp nµy còng chØ cã mét dßng ®iÖn rß rÊt nhá ch¶y qua líp J2 (thuéc gãc phÇn t− thø I). H×nh 1.15: S¬ ®å ph©n ¸p ng−îc vµ thuËn cña mét thyristor Thyristor kh¸c víi ®i«t ë chç: ®i«t dÉn ®iÖn ngay sau khi ph©n ¸p thuËn, cßn thyristor cã ph©n ¸p thuËn còng ch−a dÉn ®iÖn. Muèn cho thyristor th«ng khi cã ph©n ¸p thuËn cÇn ph¶i cã ®iÒu kiÖn. §iÒu kiÖn g×? §ã lµ ph¶i cÊp mét xung ¸p d−¬ng vµo cùc ®iÒu khiÓn G khi thyristor ®−îc ph©n ¸p thuËn. Xung d−¬ng ®iÒu khiÓn cã thÓ ®−îc t¹o ra mét c¸ch ®¬n gi¶n nhê ®ãng c«ng t¾c K ë H×nh 1.16 19
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46 H×nh 1.16: S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn thyristor Khi ®ã, líp tiÕp xóc J3 ®−îc ph©n ¸p thuËn thªm trùc tiÕp bëi nguån Eg nªn dßng ®iÖn qua líp J3 t¨ng m¹nh. C¸c ®iÖn tö tõ c¸c nguån ngoµi qua N2 chuyÓn dÞch sang P2 víi ®éng n¨ng lín. Mét phÇn vÒ cùc G h×nh thµnh dßng ®iÒu khiÓn Ig, phÇn kh¸c lín h¬n, v−ît qua líp J2 vµo N1 råi qua P1 vÒ nguån t¹o ra dßng Ia. Khi c¸c ®iÖn tö líp J2 víi ®éng n¨ng lín sÏ b¾n ph¸ c¸c nguyªn tö trung hßa trong líp tiÕp xóc, t¹o ra c¸c ®iÖn tö tù do kh¸c. Sè ®iÖn tö míi l¹i b¾n ph¸ tiÕp c¸c nguyªn tö trung hßa kh¸c.... cø nh− thÕ, sè ®iÖn tö tù do t¨ng lªn rÊt nhanh, sè c¸c phÇn tö dÉn ®iÖn t¨ng vät, ®iÖn trë trong cïng ®iÖn tr−êng rµo thÕ gi¶m m¹nh vµ dßng ®iÖn qua thyristor t¨ng vät. §iÓm lµm viÖc chuyÓn tõ T1 sang T2 råi T h×nh 1.17. Thyristor ë tr¹ng th¸i th«ng. TrÞ sè dßng ®iÖn Ia phô thuéc vµo ®iÖn trë trong m¹ch phô t¶i (ë h×nh: 1.16 dßng Ia phô thuéc vµo ®iÖn trë cña bãng ®Ìn). Khi thyristor th«ng ®iÖn trë trong R13 cña nã rÊt nhá (cì vµi phÇn trôc hoÆc phÇn tr¨m cña mét «m) nªn sôt ¸p ΔU13 kh«ng ®¸ng kÓ (kh«ng qu¸ 1V). Khi thyristor ®· th«ng, dßng ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông g× v× cã c¾t dßng ®iÒu khiÓn th× thyristor vÉn th«ng. Nguyªn do v× dßng Ia qua líp J2 sÏ tiÕp tôc lµm ®iÖn trë líp J2 gi¶m thÊp vµ duy tr× sù dÉn ®iÖn. Qua líp nµy tõ N1 sang P2. NÕu khi cho xung dßng ®iÒu khiÓn vµo cùc G ®Ó kÝch th«ng thyristor mµ ®iÖn ¸p thuËn gi¶m thÊp, ®o¹n OT1 trë thµnh OT’1, OT”1.... Th× cÇn ph¶i t¨ng dßng ®iÒu khiÓn lín h¬n I”®k1 > I’®k1> I®k1. Khi dßng ®iÒu khiÓn t¨ng tíi 20