Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí ở cấp trình độ Cao đẳng và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo chuyên ngành. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: tranzitor trường; một số linh kiện đặc biệt; mạch biến đổi AC/DC; mạch biến đổi AC/AC; mạch biến đổi DC/DC;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Bài 5: Tranzitor hiệu ứng trƣờng Mã bài: MĐ19.05 Giới thiệu: Tranzitor hiệu ứng trường (đèn trường) Là loại linh kiện được sử dụng khá phổ biến trong kỹ thuật điện tử nhất là trong ứng dụng làm chuyển mạch điện tử. Tranzitor hiệu ứng trường có đặc tính làm việc khá linh hoạt và có thể điều khiển ở nhiều chế độ, trạng thái làm việc khác nhau giống như BJT. Mục tiêu: - Trình bày được đặc điểm cấu tạo và đặc tính làm việc của các loại Tranzitor trường cũng như phạm vi ứng dụng của chúng; - Nhận dạng, phân loại được các loại JFET,MOSFET; - Xác định được các cực và kiểm tra được tình trạng kỹ thuật của JFET, MOSFET. Nội dung: Transistor trình bày trước được gọi là transistor mối nối lưỡng cực (BJT = Bipolar Junction Transistor). BJT có điện trở ngõ vào nhỏ ở cách mắc thông thường CE, dòng IC =  IB, muốn cho IC càng lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối vào). Đối với transistor hiệu ứng trường có tổng trở vào rất lớn. Dòng điện ở lối ra được tăng bằng cách tăng điện áp ở lối vào mà không đòi hỏi dòng điện. Vậy ở loại này điện áp sẽ tạo ra một trường và trường này tạo ra một dòng điện ở lối ra. Field Effect Transistor (FET) FET có hai loại: JFET v à MOSFET. 1.JFET 1.1.Cấu tạo – kí hiệu JFET (Junction Field Effect Transistor) được gọi là FET nối. JFET có cấu tạo như (hình 5.1) Hình 5.1: Cấu tạo của JFET kênh N (a), JFET kênh P (b). Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 75
Trên thanh bán dẫn hình trụ có điện trở suất khá lớn (nồng độ tạp chất tương đối thấp), đáy trên và đáy dưới lần lượt cho tiếp xúc kim loại đưa ra hai cực tương ứng là cực máng (cực thoát) và cực nguồn. Vòng theo chu vi của thanh bán dẫn người ta tạo một mối nối P – N. Kim loại tiếp xúc với mẫu bán dẫn mới, đưa ra ngoài cực cổng (cửa). D: Drain: cực máng (cực thoát). G: Gate: cực cổng (cực cửa). S: Source: cực nguồn. Vùng bán dẫn giữa D và S được gọi là thông lộ (kênh). Tùy theo loại bán dẫn giữa D và S mà ta phân biệt JFET thành hai loại: JFET kênh N, JFET kênh P. Nó có kí hiệu như (hình 5.2) Hình 5.2: Hình vẽ qui ước của JFET kênh N (a), JFET kênh P (b). 1.2. Nguyên lí hoạt động Giữa D và S đặt một điện áp VDS tạo ra một điện trường có tác dụng đẩy hạt tải đa số của bán dẫn kênh chạy từ S sang D hình thành dòng điện I D. Dòng ID tăng theo điện áp VDS đến khi đạt giá trị bão hòa IDSS (saturation) và điện áp tương ứng gọi là điện áp thắt kênh VPO (pinch off), tăng VDS lớn hơn VPO thì ID vẫn không tăng. Giữa G và S đặt một điện áp VGS sao cho không phân cực hoặc phân cực nghịch mối nối P – N. Nếu không phân cực mối nối P – N ta có dòng ID đạt giá trị lớn nhất IDSS. Nếu phân cực nghịch mối nối P – N làm cho vùng tiếp xúc thay đổi diện tích. Điện áp phân cực nghịch càng lớn thì vùng tiếp xúc (vùng hiếm) càng nở rộng ra, làm cho tiết diện của kênh dẫn bị thu hẹp lại, điện trở kênh tăng lên nên Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 76
dòng điện qua kênh ID giảm xuống và ngược lại. VGS tăng đến giá trị VPO thì ID giảm về 0. 1.3.Cách mắc JFET - Cũng tương tự như BJT, JFET cũng có 3 cách mắc chủ yếu là: Chung cực nguồn(CS), chung cực máng (DC), và chung cực cửa(CG) - Trong đó kiểu CS thường được dùng nhiều hơn cả vì kiểu mắc này cho hệ số khuếch đại điện áp cao, trở kháng vào cao. Còn các kiểu mắc CD, CG thường được dùng trong tầng khuếch đại đệm và khuếch đại tần số cao. (hình 5.3) Hình 5.3: Các cách mắc của JFET trong các mạch ứng dụng - CS: Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu ra D so với S. - CG: Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu ra D so với G. - CD: Tín hiệu vào G so với D, tín hiệu ra S so với D. 1.4. Đặc tuyến của JFET. Hình 5.4: Sơ đồ mạch khảo sát đặc tuyến của JFET. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 77
Khảo sát sự thay đổi dòng thoát ID theo hiệu điện thế VDS và VGS, từ đó người ta đưa ra hai dạng đặc tuyến của JFET. a. Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. Giữ VDS = const, thay đổi VGS bằng cách thay đổi nguồn VDC, khảo sát sự biến thiên của dòng thoát ID theo VGS. Ta có: VGS 2 I D  I DSS (1  ) VP 0 - Khi VGS = 0V, dòng điện ID lớn nhất và đạt giá trị bão hòa, kí hiệu: IDSS. - Khi VGS âm thì dòng ID giảm, VGS càng âm thì dòng ID càng giảm. Khi VGS = VPO thì dòng ID = 0. VPO lúc này được gọi là điện thế thắt kênh (nghẽn kênh). b. Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const. Giữ nguyên VGS ở một trị số không đổi (nhất định). Thay đổi VCC và khảo sát sự biến thiên của dòng thoát ID theo VDS. .(hình 5.5) Hình 5.5: Đặc tuyến làm việc của JFET - Giả sử chỉnh nguồn VDC về 0v, không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = 0V = const. Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi. Đo dòng ID và VDS. Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đó ID đạt giá trị bão hòa, ID không tăng mặc dù VDS cứ tăng. - Chỉnh nguồn VDC để có VGS = 1v. Không thay đổi nguồn VDC, ta có VGS = Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 78
1V = const. Thay đổi nguồn VCC → VDS thay đổi → ID thay đổi. Đo dòng ID và VDS tương ứng. Ta thấy lúc đầu ID tăng nhanh theo VDS, sau đó ID đạt giá trị bão hòa, ID không tăng mặc dù VDS cứ tăng. - Lặp lại tương tự như trên ta vẽ được họ đặc tuyến ngõ ra I D(VDS) ứng với VGS = const. Hình 5.6: Họ đặc tuyến ngõ ra của JFET. 2. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) MOSFET hay còn được gọi IGFET (Insulated Gate FET) là FET có cực cổng cách li. MOSFET chia làm hai loại: MOSFET kênh liên tục (MOSFET loại hiếm) và MOSFET kênh gián đoạn (MOSFET loại tăng). Mỗi loại có phân biệt theo chất bán dẫn: kênh N hoặc kênh P. 2.1.MOSFET kênh liên tục a. Cấu tạo – kí hiệu Hình 5.7: Cấu tạo và hình qui ước của Mosfet kênh dẫn N Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 79
Hình 5.8: Cấu tạo – kí hiệu MOSFET kênh dẫn loại P. - Gate (G): cực cửa (cực cổng) - Drain (D): cực thoát (cực máng) - Source (S): cực nguồn Cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N Trên nền chất bán dẫn loại P, người ta pha hai vùng bán dẫn loại N với nồng độ cao (N+) được nối liền với nhau bằng một vùng bán dẫn loại N pha nồng độ thấp (N). Trên đó phủ một lớp mỏng SiO2 là chất cách điện. Hai vùng bán dẫn N+ tiếp xúc kim loại (Al) đưa ra cực thoát (D) và cực nguồn (S). Cực G có tiếp xúc kim loại bên ngoài lớp oxit nhưng vẫn cách điện với kênh N có nghĩa là tổng trở vào cực là lớn. Để phân biệt kênh (thông lộ) N hay P nhà sản xuất cho thêm chân thứ tư gọi là chân Sub, chân này hợp với thông lộ tạo thành mối nối P-N. Thực tế, chân Sub của MOSFET được nhà sản xuất nối với cực S ở bên trong MOSFET. b. Đặc tuyến VDS là hiệu điện thế giữa cực D và cực S. VGS là hiệu điện thế giữa cực G và cực S. Xét mạch như (hình 5.9) Hình 5.9: Mạch khảo sát đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 80
Khi VGS = 0V: điện tử di chuyển tạo dòng điện ID, khi tăng điện thế VDS thì dòng ID tăng, ID sẽ tăng đến một trị số giới hạn là IDsat (dòng ID bão hòa). Điện thế VDS ở trị số IDsat được gọi là điện thế nghẽn VP0 giống như JFET. Khi VGS < 0: cực G có điện thế âm nên đẩy điện tử ở kênh N vào vùng P làm thu hẹp tiết diện kênh dẫn điện N và dòng ID sẽ giảm xuống do điện trở kênh dẫn điện tăng. Khi điện thế cực G càng âm thì dòng ID càng nhỏ, và đến một trị số giới hạn dòng điện ID gần như không còn. Điện thế này ở cực G gọi là điện thế nghẽn –VP0. Đặc tuyến chuyển này tương tự đặc tuyến chuyển của JFET kênh N. Khi VGS > 0, cực G có điện thế dương thì điện tử thiểu số ở vùng nền P bị hút vào kênh N nên làm tăng tiết diện kênh, điện trở kênh bị giảm xuống và dòng I D tăng cao hơn trị số bão hòa IDsat. Trường hợp này ID lớn dễ làm hư MOSFET nên ít được dùng. Tương tự JFET, ta khảo sát hai dạng đặc tuyến của MOSFET kênh liên tục: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. - Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const. Cách khảo sát tương tự như khảo sát JFET nhưng đến khi cần VGS > 0, ta đổi cực của nguồn VDC nhưng lưu ý chỉ cần nguồn dương nhỏ thì ID đã tăng cao. Ta có hai dạng đặc tuyến Hình 5.10: Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) của MOSFET kênh liên tục loại N. Hình 5.11: Họ đặc tuyến ngõ ra I (V ) của MOSFET kênh liên tục loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 81
2.2. MOSFET kênh gián đoạn a. Cấu tạo – kí hiệu: Hình 5.12: Cấu tạo - kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại N. Hình 5.13: Cấu tạo- kí hiệu MOSFET kênh gián đoạn loại P. Cực cửa: Gate (G) ;Cực thoát: Drain (D) ;Cực nguồn: Source (S) ; Nền (đế ): Substrate (Sub) Cấu tạo MOSFET kênh gián đoạn loại N tương tự như cấu tạo MOSFET kênh liên tục loại N nhưng không có sẵn kênh N. Có nghĩa là hai vùng bán dẫn loại N pha nồng độ cao (N+) không dính liền nhau nên còn gọi là MOSFET kênh gián đoạn. Mặt trên kênh dẫn điện cũng được phủ một lớp oxit cách điện SiO2. Hai dây dẫn xuyên qua lớp cách điện nối vào vùng bán dẫn N+ gọi là cực S và D. Cực G được lấy ra từ kim loại tiếp xúc bên ngoài lớp oxit SiO2 nhưng cách điện với bên trong. Cực Sub được nối với cực S ở bên trong MOSFET. b. Đặc tuyến Xét mạch sau: . Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 82
Hình 5.14: Mạch khảo sát đặc tuyến của MOSFET kênh gián đoạn loại N. Khi VGS = 0V, điện tử không di chuyển được nên ID = 0, điện trở giữa D và S rất lớn. Khi VGS > 0V thì điện tích dương ở cực G sẽ hút điện tử của nền P về phía giữa hai vùng bán dẫn N+ và khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều hơn, đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N+ và kênh N nối liền hai vùng bán dẫn N+ đã hình thành nên có dòng ID chạy từ D sang S. Điện thế cực G càng tăng thì ID càng lớn. Điện thế ngưỡng V  là điện thế VGS đủ lớn để hình thành kênh, thông thường V  vài volt. Tương tự JFET và MOSFET kênh liên tục ta khảo sát hai dạng đặc tuyến của MOSFET kênh gián đoạn: - Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) ứng với VDS = const. - Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS) ứng với VGS = const. Cách khảo sát tương tự như khảo sát JFET và MOSFET kênh liên tục nhưng khác với hai trường hợp trên là cần VGS > 0, cụ thể nguồn VDC phải dương đủ để VGS bằng điện thế ngưỡng V  thì ID có giá trị khác 0. Ta có hai dạng đặc tuyến như (hình 5.15) và (hình 5.16) Hình 5.15: Đặc tuyến truyền dẫn ID(VGS) của MOSFET kênh gián đoạn loại N. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 83
Hình 5.16: Họ đặc tuyến ngõ ra I (V ) của MOSFET kênh gián đoạn loại N. 2.3. Các cách mắc cơ bản của MOSFET Tương tự JFET, MOSFET cũng có ba kiểu mắc cơ bản: - Cực nguồn chung CS : Tín hiệu vào G so với S, tín hiệu ra D so với S. - Cực cổng chung CG : Tín hiệu vào S so với G, tín hiệu ra D so với G. - Cực thoát chung CD : Tín hiệu vào G so với D , tín hiệu ra S so với D. 3. Ứng dụng Như đã trình bày ở trên, FET có hai loại JFET và MOSFET đều hoạt động dựa trên sự điều khiển độ dẫn điện của mẫu bán dẫn bởi một điện trường ngoài, chỉ dùng một loại hạt dẫn (hạt tải đa số), nó thuộc loại đơn cực tính (unipolar), không có quá trình phát sinh và tái hợp của hai loại hạt dẫn nên các tham số của FET ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Những ưu điểm nổi bật của FET: tổng trở vào lớn, hệ số khuếch đại cao, tiêu thụ năng lượng bé, kích thước các điện cực D, G, S có thể giảm xuống rất bé, thu nhỏ thể tích của FET một cách đáng kể và nó được ứng dụng nhiều trong chế tạo IC mà đặc biệt là loại IC có mật độ tích hợp cao. Cũng như BJT, FET được ứng dụng nhiều trong cả hai dạngmạch số và tương tự. Nó làm một phần tử trong nhiều dạng mạch khuếch đại, làm chuyển mạch điện tử…. Ngoài ra, họ FET còn có các dạng sau: CMOS, V-MOS, D-MOS, FET,…đây là những dạng được cải tiến từ MOSFET để có thêm ưu điểm trong ứng dụng. 4. Thực hành. 4.1. Cơ sở vật chất: - Mô đun thực hành điện tử - Đồng hồ đo điện van năng - Bo cắm đa năng, dây cắm kết nối - JFET, MOSFET các loại 4.2. Nội dung tiến hành: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 84
4.2.1. Nhận dạng, phân loại JFET, MOSFET. Hình dạng bên ngoài của chúng khá giống so với các linh kiện 3 chân khác vì vậy để nhận dạng, phân loại ta có thể dựa vào 1 số cơ sở như sau: - Dựa vào kết quá các phép đo điện trở giữa các cực; - Dựa vào mã hiệu ngoài vỏ - Dựa vào kết quá tra cứu trên các kênh thông tin của mạng Internet. Các JFET, MOSFET thông dụng thường có các hình dạng như sau: Hình 5.17: Hình ảnh thực tế của một số Tranzitor trường Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 85
4.2.2. Xác định các cực: Việc xác định các cực D,G,S là kỹ năng quang trọng trong quá trình lắp ráp, thay thế linh kiện. Để xác định các cực của chúng ta dựa vào 1 số cơ sở sau đây: - Dựa vào phép đo nguội bằng cách đo điện trở giữa các cực của chúng để xác định - Dựa vào qui luật xắp xếp các cực của JFET, MOSFET. Với các loại đèn thông thường hiện nay qui luật xáp xếp các cực thường như sau: Hình 5.18: Thứ tự xắp xếp các cực của một số Tranzitor trường - Dựa vào kết quả tra cứu trên các kênh thông tin của mạng Internet. 4.2.3. Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của các linh kiện: Khi lắp ráp sửa chữa các mạch điện tử kỹ năng kiểm tra linh kiện đóng vai trò quan trọng. Đa số các linh kiện điện tử khi hư hỏng không thế hiện ra bên ngoài vì vậy để biết được tình trạng kỹ thuật của chúng ta thường kiểm tra nguội bằng cách đo điện trở giữa các cực của chúng. Cũng tương tự như các linh kiện bán dẫn khác tình trạng hư hỏng thông thường của JFET, MOSFET là các cực thường bị ngắn mạch với nhau nhất là giữa 2 cực D, S vì vậy ta có thể thông qua kết quả của các phép đo điện trở để xác định được tình trạng kỹ thuật của chúng. Câu hỏi và bài tập: 1) Trình bày cấu tạo của JFET và MOSFET; 2) Trình bày đặc tính điều khiển của JFET, MOSFET 3) Trình bày các thông số kỹ thuật của MOSFET. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 86
Bài 6: Một số linh kiện đặc biệt Mã bài: MĐ19.06 Giới thiệu: Ngoài các linh kiện bán dẫn được sử dụng khá phổ biến đã được đề cập ở các bài trên thì trong các mạch điện tử còn sử dụng khá nhiều các linh kiện có cấu trúc, đặc tính làm việc khá đặc biệt. Mục tiêu: - Trình bày được đặc điểm cấu tạo và đặc tính làm việc của các loại linh kiện đặc biệt cũng như phạm vi ứng dụng của chúng; - Nhận dạng, phân loại được các loại linh kiện đặc biệt; - Xác định được các cực và kiểm tra được tình trạng kỹ thuật của các linh kiện đặc biệt. Nội dung: 1. Các phần tử quang: Các phần tử quang là các linh kiện bán dẫn đặc biệt với việc điều khiển trạng thái làm việc của chúng không sử dụng các tín hiệu điện mà sử dụng ánh sáng. Tùy theo cấu tạo, đặc tính làm việc và công dụng ta có một số loại sau đây: 1.1. Điốt quang. Điốt quang là linh kiện có đặc tính làm việc giống như điốt tuy nhiên nó chỉ dẫn điện khi có anh sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận của chúng. Trong kỹ thuật Điốt quang thường được sử dụng làm các cảm biến quang...vvv. Trong sơ đồ mạch điện điốt quang được biểu diễn như sau: A K Hình 6.1: Hình vẽ qui ước của điốt quang 1.2. Tranzitor quang: Tranzitor quang có đặc tính làm việc giống như BJT thông thường tuy nhiên việc điều khiển trạng thái dẫn của chúng không dùng tín hiệu điện mà dùng ánh sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận của chúng. Mức độ dẫn phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào mạnh hay yêu. Trong kỹ thuật nó thường được sử dụng để chế tạo các loại cảm biến quang. Tranzitor quang trong các sơ đồ mạch điện thường được biểu diễn như sau: C E Hình 6.2: Hình vẽ qui ước của phôtô quang Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 87
1.3. Triac quang: Triac quang có đặc tính làm việc giống như Triac thông thường tuy nhiên việc điều khiển trạng thái dẫn của chúng không dùng các xung điện áp điều khiển mà dùng tia sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận của chúng. Trong sơ đồ mạch điện Triac quang được biểu diễn như sau: T1 T2 Hình 6.3: Hình vẽ qui ước của trac quang 2. Các bộ ghép quang. Các bộ ghép quang được sử dụng phổ biến trong các mạch truyền tín hiệu mà đòi hỏi sự cách ly về điện giữa đầu vào và đầu ra. Về cấu trúc các bộ ghép quang là sự kết hợp giữa điốt phát quang với các phần tử quang dẫn. Hai bộ ghép quang được sử dụng khá phổ biến trong kỹ thuật điện tử hiện nay là: 2.1. Bộ ghép quang Điốt – phô tô quang: Đây là loại linh kiện được hình thành do sự kết hợp của điốt phát quang (Led) và đèn tranzitor quang. Hình vẽ cấu trúc và cũng là hình biểu diễn được thể hiện như sau: Và Ra o Khí có tín hiệu điện áp đặt vào của vào khi tín hiệu biến thiên thì cường độ phát sáng của điốt phát quang cũng thay đổi từ đó trạng thái dẫn của Tranzitor quang cũng thay đổi theo. 2.2. Bộ ghép quang Điốt – Triac quang: Đây là loại linh kiện được hình thành do sự kết hợp của điốt phát quang (Led) và đèn triac quang. Hình vẽ cấu trúc và cũng là hình biểu diễn được thể hiện như sau: Hình 6.5: Sơ đồ chân của 1 loại bộ ghép điốt – triac quang Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 88
Khi có xung điện áp điều khiển đặt vào led nó sẽ phát ra tia sáng kích thích vào tri ắc quang làm cho triac quang được kích mở và chuyển sang trạng thái dẫn theo chiều phân cực thuận. 3. Vi mạch. 3.1. Khái niệm: Vi mạch (IC) là một linh kiện đặc biệt mà cấu trúc bên trong nó là một mạch điện tử tổ hợp bao gồm nhiều các linh kiện điện tử kết nối với nhau để thực hiện một hoặc nhiều chức năng. Với trình độ công nghệ cao như hiện nay người ta đẫ chế tạo ra các loại vi mạch đa chức năng mà cấu trúc bên trong của nó bao gồm hàng triệu linh kiện kết nối thành. Sự phát minh và ứng dụng của vi mạch trong công nghiệp điện tử góp phần to lớn cho sự phát triển của tất cả các lĩnh vực nhất là các lĩnh vực công nghệ cao như Công nghệ thông tin, điện tử truyền thông, Hàng không, vũ trụ, quân sự...vvv. 3.2. Cấu trúc: Như đã đề cập ở trên với các chức năng khác nhau vi mạch sẽ có cấu trúc khác nhau. Bên ngoài của vi mạch bao gồm rất nhiều chân để thực hiện liên kết với bên ngoài như đưa tín hiệu vào, ra. Lấy nguồn cung cấp, liên kết với các phần tử khác...vvv. Tuy theo các xắp xếp các chân của vi mạch mà ta có một số dạng cấu trúc bên ngoài như sau: - Vi mạch 1 hàng chân - Vi mạch 2 hàng chân - Vi mạch 4 hành chân - Ci mạch chân cắm - Vi mạch chân dán - Vi mạch không chân Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 89
Câu hỏi và bài tập: 1) Trình bày đặc điểm cấu trúc và đặc tính làm việc của các linh kiện đặc biệt 2) Trình bày một số ứng dụng của các phần tử quang dẫn và các bộ ghép quang. Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 90
Bài 07: Mạch biến đổi AC/DC Mã bài: MĐ19.7 Giới thiệu: Các bộ chỉnh lưu biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều cung cấp cho các tải một chiều như: động cơ điện một chiều, kích từ cho máy phát đồng bộ....Bộ chỉnh lưu còn dùng để chuyển đổi điện xoay chiều thành dạng một chiều để truyền tải đi xa. Bài học này sẽ trình bày nguyên lý hoạt động, dạng sóng, điện áp, dòng điện của các bộ chỉnh lưu. Mục tiêu : - Trình bày được chức năng, nhiệm vụ của mạch biến đổi AC/DC ; - Vẽ và phân tích được nguyên lý làm việc của các mạch chỉnh lưu - Lựa chọ, kiểm tra linh kiện và lắp ráp được các mạch chỉnh lưu hoạt động theo đúng yêu cầu. Nội dung : 1. Khái quát chung. 1.1. Khái niệm: Mạch biến đổi AC /DC hay còn gọi là các mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều cung cấp cho các tải một chiều như: động cơ điện một chiều, kích từ cho máy phát đồng bộ...vvv. Bộ chỉnh lưu còn dùng để chuyển đổi điện xoay chiều thành dạng một chiều để truyền tải đi xa. Trong các mạch chỉnh lưu phần tử chính được sử dụng phải có đặc tính dẫn điện 1 chiều đó là điốt chỉnh lưu và thyristo. 1.2. Phân loại: Các mạch chỉnh lưu được phân chia dựa vào các yếu tố khác nhau : * Phân loại theo phần tử sử dụng trong mạch chỉnh lưu: - Mạch chỉnh lưu không có điều khiển: Đây là mạch chỉnh lưu mà phần tử chỉnh lưu là các điốt chỉnh lưu; - Mạch chỉnh lưu có điều khiển: Là các mạch chỉnh lưu là các thyristo hoặc có sự kết hợp giữa Thyristo và điốt chỉnh lưu. * Phân loại theo nguồn đầu vào: - Mạch chỉnh lưu 1 pha: Là các mạch chỉnh lưu biến đổi nguồn điện áp xoáy chiều 1 pha thành nguồn điện 1 chiều; - Mạch chỉnh lưu 3 pha: Là mạch chỉnh lưu biến đổi nguồn điện áp xoáy chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều. * Phân loại theo tần số nguồn xoay chiều: Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 91
- Mạch chỉnh lưu tần số công nghiệp, - Mạch chỉnh lưu tần số cao. 2. Mạch chỉnh lƣu không có điều khiển 2.1.Mạch chỉnh lưu một pha 2.1.1. Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ Trong mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ ta dùng một điốt mắc nối tiếp trong mạch nguồn. Tuy thuộc theo chiều của điốt mắc nối tiếp trong mạch mà ta có mạch chỉnh lưu dương và mạch chỉnh lưu âm. Sơ đồ mạch điện nguyên lý thể hiện như hình 7.1: + - D D Ung UDC Ung UDC - + Chỉnh lưu dương Chỉnh lưu âm Hình 7.1: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 1 pha dùng điốt Trong quá trình làm việc trong các mạch chỉnh lưu do đặc tính dẫn điện một chiều của điốt chỉnh lưu vì vậy điốt sẽ dẫn dòng điện ở một nửa chu kỳ của nguồn xoáy chiều đặt vào mạch chỉnh lưu. Kết quả chỉnh lưu và dạng điện áp một chiều đầu ra được thể hiện như hình 7.2: UAC 0 t UDC 0 t UDC 0 t Hình 7.2: Dạng điện áp trước và sau mạch chỉnh lưu Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 92
Điện áp một chiều sau mạch chỉnh lưu có trị số trung bình được xác định như sau: T/2 UDCtb = 1 ∫uAC dt = 0,45UAC T U Trong đó AC là trị hiệu dụng của điện áp xoáy chiều đặt vào mạch chỉnh 0 lưu. Ta nhận thấy ở mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ cho ta điện áp 1 chiều không liên tục, chất lượng thấp vì vậy loại mạch chỉnh lưu này thường được sử dụng ở các mạch chỉnh lưu tần số cao. 2.1.2. Mạch chỉnh lưu hình tia: Mạch chỉnh lưu hình tia thực chất là tổng hợp của 2 mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ với 2 nguồn xoay chiều đầu vào ngược pha nhau. Sơ đồ nguyên lý được thể hiện như hình 7.3: a a - + D1 D1 UDC UDC Ung GND Ung GND b b D2 D2 Chỉnh lưu dương Chỉnh lưu âm Hình 7.3: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 1 pha hình tia Điện áp xoáy chiều đặt vào 2 điốt chỉnh lưu D1 và D2 có cùng trị số nhưng ngược pha nhau vì vậy ở mỗi nửa chu kỹ của nguồn xoay chiều đầu vào 2 điốt thay phiên nhau dẫn dòng điện cung cấp cho phụ tải một chiều. Sự phân cực điện áp một chiều đầu ra được thể hiện như trên hình vẽ. Kết quả ta thu được ở đầu ra của mạch chỉnh lưu là điện áp một chiều và được thể hiện có đồ thị điện áp đầu ra được thể hiện trên hình 7.4: Trị số trung bình của điện áp một chiều sau chỉnh lưu được xác định theo biểu thức sau: UDCtb = 0,9Ua = 0,9Ub Mạch chỉnh lưu hình tia cho ta điện áp một chiều đầu ra liên tục trong cả 2 nửa chu kỳ của nguồn điện xoay chiều vì vậy chất lượng điện áp một chiều sau chỉnh lưu cao hơn so với mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ. Tuy nhiên mạch chỉnh lưu này luôn luôn phải đi kèm với máy biến áp làm cho mạch chỉnh lưu có chi phí cao, Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 93
kích thước cồng kềnh vì vậy phạm vi ứng dụng của mạch có nhiều hạn chế và không được sử dụng rộng rãi. ua 0 t ub 0 t UDC 0 t UDC 0 t Hình 7.4: Dạng điện áp trước và sau mạch chỉnh lưu hình tia 2.1.3. Mạch chỉnh lưu cầu: Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha là mạch chỉnh lưu được sử dụng khá phổ biến trong các mạch nguồn một chiều công suất nhỏ. Sơ đồ mạch điện nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu 1 pha được thể hiện như hình vẽ sau: D3 D1 D4 D2 + Ung UDC - Hình 7.5: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu 1 pha Khoa Điện – Điện TĐH CĐ Việt Xô 94