Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 13

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

sơ đồ sử dụng các bộ ghép quang, thyristor và triac Mục đích: Tìm hiểu cấu trúc nguyên lý hoạt động của các bộ ghép quang, Thyristor và Triac, các mạch ứng dụng của nó.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 13

Bµi 13 s¬ ®å sö dông c¸c bé ghÐp quang, thyristor vµ triac Môc ®Ých: T×m hiÓu cÊu tróc nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c bé ghÐp quang, Thyristor vµ Triac, c¸c m¹ch øng dông cña nã. phÇn lý thuyÕt 1. C¸c bé ghÐp quang (Opto- couplers) Trong hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn c«ng suÊt th−êng cã ®iÖn ¸p cao kho¶ng 200V ÷ 380V, cã tr−êng hîp lªn tíi 660V hay 1000V. Trong khi c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn th−êng l¹i cã ®iÖn ¸p thÊp nh− c¸c m¹ch ®iÖn tö t−¬ng tù, m¹ch logic, m¸y tÝnh hoÆc c¸c hÖ thèng ph¶i tiÕp xóc víi con ng−êi. §Ó t¹o ra sù c¸ch ®iÖn gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch c«ng suÊt cã sù kh¸c biÖt lín vÒ ®iÖn ¸p ng−êi ta chÕ t¹o ra c¸c bé ghÐp quang. 1.1. CÊu t¹o, nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c bé ghÐp quang. Bé ghÐp quang gåm cã hai phÇn gäi lµ s¬ cÊp vµ thø cÊp - PhÇn s¬ cÊp lµ mét diode lo¹i GaAs ph¸t ra tia hång ngo¹i, phÇn thø cÊp lµ mét quang transistor lo¹i Silic. Khi ®−îc ph©n cùc thuËn, diode ph¸t ra bøc x¹ hång ngo¹i chiÕu lªn quang transistor. Bé ghÐp quang ho¹t ®éng theo nguyªn lý: TÝn hiÖu ®iÖn ®iÒu khiÓn LED hång ngo¹i (cßn gäi lµ phÇn ph¸t) t¹o thµnh tÝn hiÖu ¸nh s¸ng. TÝn hiÖu ¸nh s¸ng ®−îc chiÕu vµo quang transistor (cßn gäi lµ phÇn nhËn) ®Ó t¹o thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. 1.2. §Æc tr−ng kü thuËt - Bé ghÐp quang ®−îc dïng ®Ó c¸ch ®iÖn gi÷a hai m¹ch ®iÖn cã ®iÖn ¸p c¸ch biÖt lín. §iÖn ¸p c¸ch ®iÖn gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp th−êng tõ vµi tr¨m v«n ®Õn hµng ngh×n v«n. - Bé ghÐp quang cã thÓ lµm viÖc víi dßng mét chiÒu, hay tÝn hiÖu xoay chiÒu cã tÇn sè cao. - §iÖn trë c¸ch ®iÖn gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp cã trÞ sè rÊt lín th−êng tõ vµi chôc ®Õn vµi tr¨m mªga «m ®èi víi dßng ®iÖn mét chiÒu. 236
- HÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn lµ tØ sè phÇn tr¨m cña dßng ®iÖn ë thø cÊp Ic víi dßng ®iÖn vµo ë s¬ cÊp IF. §©y lµ th«ng sè quan träng nhÊt cña bé ghÐp quang th−êng cã trÞ sè tõ vµi chôc phÇn tr¨m ®Õn vµi tr¨m phÇn tr¨m tuú lo¹i bé ghÐp quang. 1.3. C¸c lo¹i bé ghÐp quang a) Bé ghÐp quang transistor (Opto transistor). Thø cÊp cña bé ghÐp quang nµy lµ mét Photo transistor lo¹i Silic. §èi víi bé ghÐp quang transistor cã 4 ch©n th× transistor kh«ng cã cùc B (base), tr−êng hîp bé ghÐp quang transistor cã 6 ch©n th× cùc B (base) ®−îc nèi ra ngoµi nh− h×nh 13.1a. 1 1 4 6 5 2 2 3 4 3 H×nh 13.1a: C¸c bé ghÐp quang Transistor Bé ghÐp quang kh«ng cã cùc B cã −u ®iÓm lµ hÖ sè khuÕch ®¹i kh¸ lín, tuy nhiªn lo¹i nµy cã nh−îc ®iÓm lµ ®é æn ®Þnh nhiÖt kÐm. §èi víi bé ghÐp quang transistor cã cùc B, nÕu nèi gi÷a cùc B vµ cùc E mét ®iÖn trë th× lµm viÖc kh¸ æn ®Þnh víi nhiÖt ®é nh−ng hÖ sè truyÒn ®¹t gi¶m. b) Bé ghÐp quang Dalingt¬n - transistor. Bé ghÐp quang Dalingt¬n - transistor cã nguyªn lý nh− bé ghÐp quang transistor nh−ng víi hÖ sè truyÒn ®¹t lín h¬n vµi tr¨m lÇn nhê tÝnh chÊt khuÕch ®¹i cña m¹ch Dalington. Bé ghÐp quang lo¹i nµy lµ bÞ ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é rÊt lín, nªn th−êng ®−îc chÕ t¹o cã ®iÖn trë gi÷a B vµ E cña transistor sau ®Ó æn ®Þnh nhiÖt. S¬ ®å nguyªn lý ®−îc tr×nh bµy ë h×nh 13.2a. 1 6 5 2 4 3 H×nh 13.2a: S¬ ®å nguyªn lý cña bé ghÐp quang Dalingt¬n - transistor. 237
c) Bé ghÐp quang Tiristo (OPTO -Tiristo). Bé ghÐp quang Thyristor cã s¬ ®å cÊu tróc nh− h×nh 13.3a oA 1 6 2 5 4 3 Go oK H×nh 13.3a: Ký hiÖu vµ s¬ ®å cÊu tróc cña OPTO - Thyristor. Bé ghÐp quang Thyristor cã cÊu tróc gåm cã 1 quang - diode vµ 2 transistor m¾c theo s¬ ®å ®å nguyªn lý cña Thyristor. Khi cã ¸nh s¸ng hång ngo¹i LED ë s¬ cÊp chiÕu vµo quang diode th× sÏ cã dßng ®iÖn IB cÊp cho transistor NPN vµ khi transistor NPN dÉn sÏ ®iÒu khiÓn transistor PNP dÉn ®iÖn. Nh− vËy quang Thyristor ®· ®−îc dÉn ®iÖn vµ sÏ duy tr× tr¹ng th¸i dÉn ®iÖn mµ kh«ng cÇn kÝch liªn tôc ë s¬ cÊp. §Ó t¨ng kh¶ n¨ng chèng nhiÔu, ng−êi ta nèi gi÷a ch©n G vµ K mét ®iÖn trë tõ vµi KΩ ®Õn vµi chôc KΩ . d) Bé ghÐp quang Triac (OPTO - Triac) OPTO - Triac cã cÊu tróc ®−îc tr×nh bµy ë h×nh 13.4a. o T2 1 6 2 5 3 4 Go o T1 H×nh 13.4a: Ký hiÖu vµ cÊu tróc cña OPTO -Triac 238
Bé ghÐp quang Triac vÒ s¬ ®å cÊu tróc gåm 2 bé ghÐp quang Thyristor m¾c song song ng−îc nhau. 1.4. øng dông cña bé ghÐp quang. C¸c bé ghÐp quang cã dßng ®iÖn ë s¬ cÊp cho LED hång ngo¹i kho¶ng 10mA. §èi víi bé ghÐp quang transistor khi thay ®æi trÞ sè dßng ®iÖn qua LED hång ngo¹i ë s¬ cÊp sÏ lµm thay ®æi dßng ®iÖn ra Ic cña photo transistor ë thø cÊp. Bé ghÐp quang cã thÓ dïng thay cho r¬le hay biÕn ¸p xung ®Ó giao tiÕp víi t¶i th−êng cã ®iÖn ¸p cao vµ dßng ®iÖn lín. H×nh 13.5a lµ øng dông cña bé ghÐp quang transistor ®Ó ®iÒu khiÓn ®ãng ng¾t r¬le. Quang tranzistor trong bé ghÐp quang ®−îc ghÐp Dalington víi transistor c«ng suÊt bªn ngoµi, khi LED hång ngo¹i ë s¬ cÊp ®−îc cÊp nguån 5V th× quang transistor dÉn ®iÒu khiÓn transistor c«ng suÊt dÉn cÊp ®iÖn cho r¬le RY. §iÖn trë 330Ω ®Ó giíi h¹n dßng qua LED hång ngo¹i kho¶ng 10mA. o + 24V RY 330Ω +5V o R H×nh 13.5a : øng dông bé ghÐp quang ®Ó ®iÒu khiÓn r¬le RY. H×nh 13.6a: Tr×nh bµy s¬ ®å øng dông cña OPTO -Triac ®Ó ®ãng ng¾t cho ~ t¶i cña nguån xoay chiÒu 220 V . §iÖn trë 1KΩ ®Ó giíi h¹n dßng qua LED hång ngo¹i kho¶ng 10mA. Khi LED s¬ cÊp ®−îc cÊp nguån 12V th× quang triac sÏ ®−îc kÝch dÉn ®iÖn t¹o dßng kÝch cho tri¨c c«ng suÊt, khi tri¨c c«ng suÊt dÉn ®iÖn, t¶i ®−îc cÊp ®iÖn. 239
o+ T¶i o 1KΩ +12V o AC 220V o H×nh 13.6a: øng dông cña OPTO –Triac 2. Tiristo (Thyristo) Tiristo (Thyristo) hoÆc gäi lµ SCR (Silicon Controlled Rectifier) lµ linh kiÖn ®iÖn tö c«ng suÊt cã ®iÒu khiÓn do phßng thÝ nghiÖm Bell Telephone s¸ng chÕ. 2.1. CÊu t¹o cña Tiristo Tiristo lµ linh kiÖn gåm 4 líp b¸n dÉn PNPN liªn tiÕp (h×nh 13.7a) gåm 3 cùc: an«t A, catèt K, vµ cùc ®iÒu khiÓn G (Gate). oA oA P1 N1 oG P2 oK N2 oG oK H×nh 13.7a: CÊu tróc vµ ký hiÖu Tiristo VÒ cÊu tróc, Tiristo ®−îc t¹o nªn tõ 1 ®Üa silic ®¬n tinh thÓ lo¹i N cã ®iÖn trë suÊt cao. Trªn líp ®iÖn b¸n dÉn lo¹i P cã cùc ®iÒu khiÓn b»ng d©y nh«m. C¸c chuyÓn tiÕp ®−îc t¹o nªn nhê kü thuËt bay h¬i cña gali, líp tiÕp xóc gi÷a an«t vµ catèt lµm b»ng ®Üa molip®en, hay tungsten cã ®iÓm nãng ch¶y gÇn b»ng silic. CÊu t¹o d¹ng ®Üa ®Ó dÔ t¶n nhiÖt. 2.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña Tiristo. §Ó nghiªn cøu ho¹t ®éng ta xÐt 2 tr−êng hîp sau: 240
2.2.1/ Tiristo ph©n cùc ng−îc. Khi ph©n cùc ng−îc An«t nèi víi ©m , cat«t nèi víi d−¬ng cña nguån mét chiÒu. Tiristo lµm viÖc nh− mét diode ph©n cùc ng−îc (h×nh 13.8a). Dßng qua Tiristo lµ dßng ng−îc cña c¸c h¹t thiÓu sè. ë gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng−îc kho¶ng tõ 100V ®Õn 3000V tuú theo lo¹i Tiristo, n¨ng l−îng ®iÖn tö thiÓu sè trong vïng P2 ®ñ lín g©y ra hiÖu øng th¸c lò lµm dßng ®iÖn t¨ng ®ét ngét, Tiristo bÞ ®¸nh thñng. IA A K P- N P N UA-K −+ H×nh 13.8a:S¬ ®å vµ ®Æc tr−ng tÜnh Von - Ampe cña Tiristo ph©n cùc ng−îc 2.2.2/ Tiristo ph©n cùc thuËn. Ph©n cùc thuËn cho Tiristo lµ nèi An«t víi d−¬ng, cat«t nèi víi ©m cña nguån 1 chiÒu. §Ó gi¶i thÝch nguyªn lý ho¹t ®éng cña Tiristo ta xem cÊu tróc b¸n dÉn PNPN nh− gåm 2 transistor mµ base cña transistor nµy nèi víi collector cña transistor kia (h×nh 13.9a). Ao Ao oA IE1 P1 P1 T1 IC2 N1 N1 N1 IC1 P2 P2 P2 T2 Go Go Go N2 N2 IE2 Ko Ko Ko H×nh 13.9a: S¬ ®å cÊu tróc vµ s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña Tiristo. 241
Tranzistor T1 lµ lo¹i PNP dßng ®iÖn collector ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: I C1 = I CB 01 + α1 I A ë ®©y I CB 01 lµ dßng ®iÖn ng−îc gi÷a collector vµ base cña T1; α 1 lµ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn T1. T−¬ng tù ®èi víi transistor T2 lµ lo¹i NPN ta cã: I C 2 = I CB 02 + α 2 I A ë ®©y I CB 02 lµ dßng ®iÖn ng−îc gi÷a collector vµ base cña T2; α 2 lµ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn T2. Dßng ®iÖn tæng céng ch¹y qua Tiristo lµ: I A = (α1 + α 2 ) I A + I CB 01 + I CB 02 §Æt I C 0 = I CB 01 + I CB 02 lµ dßng ®iÖn ng−îc tæng qua Tiristo, khi ®ã ta cã : IC0 IA = 1 − (α1 + α 2 ) §Ó t¨ng IA nghÜa ®Ó “måi” hay “kÝch” “më” tiristo tøc lµ chuyÓn chÕ ®é lµm viÖc cña tiristo tõ cÊm sang th«ng, cÇn cho biÓu thøc cña mÉu sè cña IA tiÕn tíi kh«ng. Nh− vËy khi ph©n cùc thuËn, ®Çu tiªn α 1 + α 2 < 1 tiristo vÉn tiÕp tôc kho¸, dßng ®iÖn IA b»ng dßng ®iÖn rß (ng−îc). Khi α 1 + α 2 = 1 , mÉu sè tiÕn tíi kh«ng, dßng IA t¨ng ®ét ngét, tiristo ®−îc måi vµ trë nªn dÉn ®iÖn t−¬ng tù nh− ®i«t ph©n cùc thuËn. Mét trong nh÷ng tÝnh chÊt c¬ b¶n cña transistor silic lµ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn t¨ng theo dßng emitter. Do ®ã cã hai kh¶ n¨ng måi tiristo. a) T¨ng ®iÖn ¸p ph©n cùc thuËn. B»ng c¸ch t¨ng ®iÖn ¸p ph©n cùc thuËn, ®iÖn ¸p trªn c¸c líp chuyÓn tiÕp t¨ng lªn, c¸c ®iÖn tÝch ®−îc t¨ng thªm n¨ng l−îng, t¹o nªn hiÖn t−îng va ch¹m d©y chuyÒn lµm cho tiristo trë nªn dÉn ®iÖn. TrÞ sè ®iÖn ¸p UB t¹i ®ã tiristo trë nªn dÉn ®iÖn gäi lµ ®iÖn ¸p më (h×nh 13.10a), lóc ®ã ®iÖn ¸p UA-K gi¶m xuèng nh− ®iÖn ¸p gi÷a an«t vµ cat«t cña diode, dßng IA t¨ng nhanh. Dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t−¬ng øng khi chuyÓn tõ tr¹ng th¸i cÊm sang më (dÉn ®iÖn) gäi lµ dßng ®iÖn duy tr× IH (holding), UH. 242
IA IH UH UB UA-K H×nh 13.10a: Måi Tiristo b»ng ®iÖn ¸p ph©n cùc thuËn. b) Måi xung vµo cùc ®iÒu khiÓn G. NÕu ®−a dßng ®iÖn cã cùc tÝnh d−¬ng so víi cat«t th× tiristo ®−îc måi vµo ®iÖn ¸p thuËn nhá h¬n (h×nh 13.11a). Khi t¨ng dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG c¸c ®iÓm chuyÓn tr¹ng th¸i cña tiristo lïi vÒ bªn tr¸i øng víi ®iÖn ¸p thuËn nhá h¬n. Khi IG ®¹t tíi gi¸ trÞ ®ñ lín th× ngay lËp tøc tiristo ®−îc måi. Khi tiristo ®· ®−îc måi, nghÜa lµ chuyÓn sang tr¹ng th¸i dÉn, th× cùc ®iÒu khiÓn G kh«ng cßn t¸c dông. Tiristo chØ chuyÓn sang tr¹ng th¸i kho¸ khi dßng IA nhá h¬n 1 trÞ sè gäi lµ dßng ®iÖn duy tr× IH (holding current) vµ cÇn mét kho¶ng thêi gian ®ñ ®Ó líp ®iÒu khiÓn phôc håi l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu. Nãi c¸ch kh¸c muèn kho¸ ®−îc tiristo ph¶i triÖt tiªu ®−îc dßng ®iÖn ng−îc. IA IG2 IG1 IH IG=0 UB0 UA-K H×nh 13.11a: Måi tiristo b»ng xung ®iÒu khiÓn ( I G 2 > I G1 ) 2.2.3/ Kho¸ Tiristo Tiristo chØ bÞ kho¸ khi triÖt tiªu hiÖn t−îng th¸c lò, nghÜa lµ ph¶i gi¶m dßng ®iÖn xuèng d−íi møc dßng ®iÖn duy tr× IH. Trong m¹ch xoay chiÒu, viÖc kho¸ ®−îc thùc hiÖn khi dßng ®iÖn qua trÞ sè kh«ng (chuyÓn m¹ch tù nhiªn). 243
Trong m¹ch mét chiÒu, ®Ó kho¸ tiristo cÇn cã m¹ch kho¸ phô (chuyÓn m¹ch c−ìng bøc) ®Ó ®Æt mét ®iÖn ¸p ng−îc lªn tiristo. CÊu tróc tiristo cã bèn líp t¹o nªn nh−îc ®iÓm khi kho¸ tiristo, bëi v× tõng líp ph¶i trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu. V× vËy ®Ó kho¸ tiristo cÇn ®Æt mét ®iÖn ¸p ng−îc trong mét kho¶ng thêi gian ®Ó dßng ®iÖn ®æi chiÒu vµ nhá h¬n dßng ®iÖn duy tr×. C¸c tiristo chuyÓn m¹ch tù nhiªn b»ng sù ®æi chiÒu cña ®iÖn ¸p nguån cßn gäi lµ tiristo chËm, thêi gian kho¸ kh¸ lín. ChuyÓn m¹ch c−ìng bøc sö dông c¸c tiristo nhanh thêi gian kho¸ cì hµng chôc micro gi©y. 2.2.4/ øng dông c¸c tiristo. Tiristo ®−îc øng dông trong m¹ch chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn hoÆc øng dông lµm chuyÓn m¹ch ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬. 3. Triac (Triore Alternative current) Tiristo chØ lµm viÖc ë mét trong hai nöa chu kú cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu, sau ®ã nÕu ta nèi song song ng−îc hai tiristo th× cã thÓ gi¶i quyÕt ®−îc sù lµm viÖc trong c¶ hai nöa chu kú cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu. 3.1. CÊu t¹o cña triac Triac lµ mét linh kiÖn b¸n dÉn t−¬ng tù nh− 2 tiristo nèi song song ng−îc, ®−îc thùc hiÖn trªn cïng mét ®¬n tinh thÓ silic gåm hai cùc vµ mét cùc ®iÒu khiÓn (h×nh 13.12a). o TA o T1 N1 P1 UT N2 o UGT o T2 N4 P2 N3 Go o T2 H×nh 13.12a: CÊu tróc vµ ký hiÖu cña Triac Ba líp P1, N2, P2 ë h×nh 13-12a vµ vïng N1 khuÕch t¸n sang P1 vµ 2 vïng N3, N4 khuÕch t¸n trong P2, c¸c d©y nèi t¹o ra 2 an«t A1, A2 (hay 2 cùc T1, T2) vµ cùc ®iÒu khiÓn G. 244
3.2. §Æc tÝnh tÜnh. H×nh 13.13a tr×nh bµy ®Æc tÝnh I T = f (U T ) khi ch−a sö dông cùc ®iÒu khiÓn. Khi UT d−¬ng tæ hîp N1, P1, N2, P2 ho¹t ®éng nh− tiristo thø nhÊt, nã sÏ dÉn khi ®iÖn ¸p UT ®¹t ®Õn ®iÖn ¸p UB0 cña chuyÓn tiÕp N2, P2 ph©n cùc ng−îc. Khi UT ©m tæ hîp N4, P2, N2, P1 ho¹t ®éng nh− tiristo thø hai, nã sÏ dÉn khi ®iÖn ¸p −UT ®¹t ®Õn ®iÖn ¸p −UB0 cña chuyÓn tiÕp P1, N2 ph©n cùc ng−îc. §iÖn ¸p UB0 theo chiÒu thuËn vµ chiÒu ng−îc b»ng nhau, nh−ng do sù kh«ng ®èi xøng cña cÊu tróc nªn dßng ®iÖn duy tr× IH (+) víi UT d−¬ng lín h¬n nhiÒu dßng duy tr× IH (-) víi UT ©m nhiÒu. It IH (+) - UB0 UB0 UT IH (-) H×nh 13.13a: §Æc tÝnh I T = f (U T ) cña Triac 3.3. Måi triac (kÝch triac) §−a mét xung d−¬ng hoÆc ©m vµo cùc ®iÒu khiÓn sÏ måi triac, ®iÖn ¸p trªn c¸c cùc UT cã thÓ d−¬ng hoÆc ©m. Cã bèn chÕ ®é måi tuú theo cùc tÝnh ®iÖn ¸p cña T1 vµ G so víi T2 (h×nh 13.14a). - Gãc phÇn t− thø nhÊt : UT hay UT1T2 d−¬ng, xung ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn d−¬ng gi÷a G vµ T2. Tiristo P1, N2, P2, N4 ®−îc måi nh− tiristo th−êng, lóc ®ã T1 lµ an«t, T2 lµ cat«t. - Gãc phÇn t− thø hai : UT d−¬ng vµ xung ®iÖn ¸p ©m gi÷a G vµ T2. Tiristo P1, N2, P2, N4 , chuyÓn tiÕp P2N2 ph©n cùc ng−îc, chuyÓn tiÕp P2N3 ph©n cùc thuËn, c¸c ®iÖn trë ë vïng N3 khuÕch t¸n sang P2 g©y ra hiÖu øng th¸c lò ë P2N2 gÇn N3. §iÖn trë b¸n dÉn trong vïng nµy gi¶m vµ ®iÖn ¸p cña P2 xung quanh N3 gÇn b»ng ®iÖn ¸p cña T1. Bªn tr¸i chuyÓn tiÕp P2N4 ph©n cùc thuËn, vµ vïng N4 khuÕch t¸n ®iÖn tö trong P2 g©y ra hiÖu øng th¸c lò trong toµn bé chuyÓn tiÕp P2N2 . 245
UT + o T1 2 1 P1 P1 N2 N2 P2 P2 N3 N4 N4 −o G +o G o T2 o T2 U T 1T 2 > 0 , U G.T 2 < 0 U T 1T 2 > 0 , U G.T 2 > 0 UG.T2 − o T1 − o T1 3 4 P1 N1 P1 N1 N2 N2 P2 P2 N3 N4 −o G o T2 +o G o T2 U T 1T 2 < 0 , U G.T 2 < 0 U T 1T 2 < 0 , U G.T 2 > 0 H×nh 13.14a: Bèn chÕ ®é måi triac. - Gãc phÇn t− thø ba : UT ©m , UG.T2 ©m . Tiristo b©y giê lµ P2, N2, P1, N1. Do ¶nh h−ëng UG.T2 vïng N3 khuÕch t¸n vµo P2. Mét sè chuyÓn ®éng tíi vïng ®iÖn tÝch kh«ng gian P2, N2 vµ bÞ ®Èy vÒ N2. Dßng ®iÖn ng−îc cña chuyÓn tiÕp N2P1 ®ãng vai trß vïng ®iÒu khiÓn, t¨ng thªm vµ t¹o nªn th¸c lò. - Gãc phÇn t− thø t− : UT ©m, UG.T2 ©m viÖc måi còng nh− trong tr−êng hîp tr−íc, bëi v× tiristo ®−îc måi vÉn cßn lµ P2, N2, P1, N1. C¸c ®iÖn tö ®¶m b¶o t¨ng dßng ®iÖn ng−îc cña chuyÓn tiÕp N2P1, b©y giê ®−îc duy tr× bëi phÝa tr¸i cña chuyÓn tiÕp N4P2 ph©n cùc thuËn. Còng t−¬ng tù tiristo, khi cùc cöa cã dßng ®iÖn kÝch, triac chuyÓn tõ tr¹ng th¸i kho¸ sang tr¹ng th¸i më ë ®iÖn ¸p thÊp h¬n. øng dông cña triac lµm chuyÓn m¹ch cÊp dßng cho t¶i. 246
PhÇn thùc nghiÖm A. ThiÕt bÞ sö dông: 1. ThiÕt bÞ chÝnh cho thùc tËp ®iÖn tö t−¬ng tù (Khèi ®Õ nguån) 2. Panel thÝ nghiÖm AE - 113N cho bµi thùc tËp vÒ bé liªn kÕt quang - Thyristor - Triac (G¾n lªn thiÕt bÞ chÝnh - khèi ®Õ nguån). 3. Dao ®éng ký 2 chïm tia. 4. D©y nèi c¾m 2 ®Çu. B. CÊp nguån vµ nèi d©y Khèi thÝ nghiÖm AE - 113N chøa 6 m¶ng s¬ ®å A13-1 ... A13- 6 cho phÐp tæ chøc c¸c m¹ch thÝ nghiÖm. §Êt (GND) cña c¸c m¶ng s¬ ®å ®Êt ®−îc nèi s½n víi nhau. Do ®ã chØ cÇn nèi ®Êt chung cho toµn khèi AE 113N. 1. Bé nguån chuÈn DC POWER SUPPLY cña thiÕt bÞ chÝnh, cung cÊp c¸c thÕ chuÈn ± 5V , ± 12V cè ®Þnh. 2. Bé nguån ®iÒu chØnh DC ADJUST POWER SUPPLY cña thiÕt bÞ chÝnh, cung cÊp c¸c gi¸ trÞ ®iÖn thÕ mét chiÒu 0.... + 15V vµ 0.... − 15V . Khi vÆn c¸c biÕn trë chØnh nguån, cho phÐp ®Þnh gi¸ trÞ ®iÖn thÕ cÇn thiÕt. Sö dông ®ång hå ®o thÕ DC trªn thiÕt bÞ chÝnh ®Ó x¸c ®Þnh ®iÖn thÕ ®Æt. Chó ý : c¾m ®ïng ph©n cùc cña nguån vµ ®ång hå ®o. C. C¸c bµi thùc tËp 1. Bé liªn kÕt quang (OPTOCOUPLER) NhiÖm vô: T×m hiÓu nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña bé liªn kÕt quang. C¸c b−íc thùc hiÖn: 1.1. CÊp nguån +12 cho m¶ng s¬ ®å A13- 1. 1.2. §Æt thang ®o thÕ lèi vµo cña dao ®éng ký ë 1V cm , thêi gian quÐt ë 0,1 ms cm . ChØnh cho c¶ 2 tia n»m gi÷a kho¶ng phÇn trªn vµ phÇn d−íi cña mµn dao ®éng ký. 1.3. Nèi nguån AC ~9V víi biÕn trë 10K cña thiÕt bÞ chÝnh: - Nèi chèt ~9V cña nguån AC SOURCE víi chèt r×a tr¸i cña biÕn trë 10K cña thiÕt bÞ chÝnh. Chèt ~0V nèi víi chèt r×a ph¶i cña biÕn trë . 247
- Nèi ®iÓm gi÷a cña biÕn trë víi lèi vµo A/ IN1 s¬ ®å A13-1. Chèt ~0V nèi víi lèi vµo B/ IN1 cña s¬ ®å A13-1. - §iÒu chØnh biÕn trë 10K/ cña thiÕt bÞ chÝnh ®Ó tÝn hiÖu AC t¹i Vi /IN ~2V Chó ý: §Êt cña 13-1 vµ nguån +12V c¸ch ly víi nguån AC. V× vËy khi quan s¸t tÝn hiÖu vµo ë A-B, ®Êt dao ®éng ký ph¶i nèi víi B. OPTOCOUPLER: bé liªn kÕt quang 1.4. VÆn biÕn trë 10K/ cña thiÕt bÞ chÝnh ®Ó cã c¸c gi¸ trÞ theo b¶ng A13-1. Sö dông dao ®éng ký quan s¸t tÝn hiÖu vµo (IN1/ A-B) vµ ra (OUT1). VÏ l¹i d¹ng biªn ®é ra t−¬ng øng cho mçi b−íc thay ®æi cña tÝn hiÖu vµo. B¶ng A11- 2 Biªn ®é vµo D¹ng tÝn hiÖu vµo Biªn ®é ra D¹ng tÝn hiÖu ra ~ 2V ~ 3V ~ 4V ~ 6V ~ 8V ~ 10V Dùa theo kÕt qu¶ thu ®−îc. NhËn xÐt vÒ ®Æc ®iÓm ho¹t ®éng cña bé liªn kÕt quang. 248
2. Kh¶o s¸t ®Æc tr−ng v-A cña thyristor NhiÖm vô: T×m hiÓu nguyªn t¾c ho¹t ®éng vµ ®Æc tr−ng V-A cña Thyristor. C¸c b−íc thùc hiÖn: 2.1. CÊp nguån ±12 cho m¶ng s¬ ®å A13-2. 2.2. M¾c c¸c ®ång hå ®o: - §ång hå ®o dßng ®iÒu khiÓn: Nèi c¸c chèt ®o mA (G) cña m¹ch h×nh 13-2 víi ®ång hå ®o dßng hiÖn sè DIGITAL mA METER cña thiÕt bÞ chÝnh. Kho¶ng ®o ®Æt ë 20mA. - §ång hå ®o dßng ra: Bé ®o hiÖn sè DIGITAL V-A METER cña thiÕt bÞ chÝnh ®Æt ë chÕ ®é ®o dßng (A) vµ kho¶ng ®o ®Æt ë 200 mA. Nèi bé ®o hiÖn sè víi ®ång hå ®o dßng mA (E) cña m¹ch A13- 2. - §ång hå ®o thÕ ra: Nèi chèt ®ång hå ®o V cña m¹ch h×nh 13- 2 víi ®ång hå ®o thÕ hiÖn sè DIGITAL VOLTMETER cña thiÕt bÞ chÝnh. Kho¶ng ®o ®Æt ë 20V. 2.3. Nèi thyristor tõ m¶ng A13- 2: G → G, E → A, F → K. 2.4. VÆn biÕn trë P1 ®Ó dßng ®iÒu khiÓn lèi vµo G lµ ©m. Ghi gi¸ trÞ dßng vµ thÕ ra. NhËn xÐt tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña Thyristor khi ®iÒu khiÓn b»ng dßng ph©n cùc ©m. 2.5. VÆn biÕn trë P1 ®Ó dßng ®iÒu khiÓn lèi vµo G lµ d−¬ng I(G)1 = ..... mA. VÆn biÕn trë chØnh nguån 0 ... +15V ®Ó t¨ng dÇn V. øng víi mçi gi¸ trÞ V, 249
ghi gi¸ trÞ dßng I(mA) vµ sôt thÕ U(A) t−¬ng øng trªn Thyristor vµo b¶ng A13- 1. B¶ng A11- 1 V I 2.6. VÆn biÕn trë P1 ®Ó dßng ®iÒu khiÓn lèi vµo G lµ d−¬ng I(G)2 = ..... mA. LÆp l¹i b−íc 5 ®Ó ®o ®Æc tr−ng Volt-Ampere cña Thyristor theo dßng I(G)2 vµo b¶ng A13- 2. B¶ng A11- 2 V I 2.7. VÏ ®å thÞ biÓu diÔn ®Æc tr−ng Volt-Ampere cña Thyristor : m« t¶ sù phô thuéc dßng qua Thyristor I(A) - (trôc y) theo sôt thÕ trªn Thyristor U(A) - (trôc x). 2.8. Th¸o d©y cÊp nguån ±12 cho m¶ng s¬ ®å A13- 2. C¸c d©y nèi cßn l¹i gi÷ nguyªn. Nèi chèt P1/ A13- 2 víi m¸y ph¸t xung cña thiÕt bÞ chÝnh (chÕ ®é ph¸t xung vu«ng). §iÒu chØnh biªn ®é vµ tÇn sè ®Ó kh¶o s¸t chÕ ®é kÝch SCR b»ng xung. X¸c ®Þnh chÕ ®é cô thÓ ®Ó kÝch SCR b»ng xung. 3. Kh¶o s¸t ®Æc tr−ng v-A cña triac NhiÖm vô: T×m hiÓu nguyªn t¾c ho¹t ®éng vµ ®Æc tr−ng v-A cña Triac. C¸c b−íc thùc hiÖn: 3.1. CÊp nguån ±12 cho m¶ng s¬ ®å A13-3. Nèi chèt V víi nguån ®iÒu chØnh 0 ... +15V cña thiÕt bÞ chÝnh. 3.2. M¾c c¸c ®ång hå ®o: - §ång hå ®o dßng ®iÒu khiÓn: Nèi c¸c chèt ®o mA (G) cña m¹ch h×nh 13-3 víi ®ång hå ®o dßng hiÖn sè DIGITAL mA METER cña thiÕt bÞ chÝnh. Kho¶ng ®o ®Æt ë 20mA. - §ång hå ®o dßng ra: Bé ®o hiÖn sè DIGITAL V-A METER cña thiÕt bÞ chÝnh ®Æt ë chÕ ®é ®o dßng (A) vµ kho¶ng ®o ®Æt ë 200 mA. Nèi bé ®o hiÖn sè víi ®ång hå ®o dßng mA (E) cña m¹ch A13-3. - §ång hå ®o thÕ ra: Nèi chèt ®ång hå ®o V cña m¹ch h×nh 13-3 víi ®ång hå ®o thÕ hiÖn sè DIGITAL VOLTMETER cña thiÕt bÞ chÝnh. Kho¶ng ®o ®Æt ë 20V. 250
3.3. Nèi Triac tõ m¶ng A13- 5 vµo s¬ ®å h×nh A13-3: G → G, E → A1, F → A2. 3.4. VÆn biÕn trë P1 ®Ó dßng ®iÒu khiÓn lèi vµo G lµ ©m I(G)1 = - ..... mA. VÆn biÕn trë chØnh nguån 0 ... +15V ®Ó t¨ng dÇn V. øng víi mçi gi¸ trÞ V, ghi gi¸ trÞ dßng I(A) vµ sôt thÕ U(A) t−¬ng øng trªn Tri¨c vµo b¶ng A13- 3. B¶ng A11- 3 V I 3.5. VÆn biÕn trë P1 ®Ó dßng ®iÒu khiÓn lèi vµo G lµ d−¬ng I(G)2 = ..... mA. VÆn biÕn trë chØnh nguån 0 ... +15V ®Ó t¨ng dÇn V. øng víi mçi gi¸ trÞ V, ghi gi¸ trÞ dßng I(A) vµ sôt thÕ U(A) t−¬ng øng trªn Triac vµo b¶ng A13- 4. B¶ng A11- 4 V I 3.6. VÆn biÕn trë P1 ®Ó dßng ®iÒu khiÓn lèi vµo G lµ ©m I(G)3 = - ..... mA. Nèi chèt V víi nguån 0 ... -15V. VÆn biÕn trë chØnh nguån ®Ó t¨ng dÇn V. øng víi mçi gi¸ trÞ V, ghi gi¸ trÞ dßng I(A) vµ sôt thÕ U(A) t−¬ng øng trªn Triac vµo b¶ng A13- 5. 251
B¶ng A11- 5 V I 3.7. VÆn biÕn trë P1 ®Ó dßng ®iÒu khiÓn lèi vµo G lµ d−¬ng I(G)3 = ..... mA. VÆn biÕn trë chØnh nguån 0 ... -15V ®Ó t¨ng dÇn thÕ -V. øng víi mçi gi¸ trÞ V, ghi gi¸ trÞ dßng I(A) vµ sôt thÕ U(A) t−¬ng øng trªn Tri¨c vµo b¶ng A13- 6. B¶ng A11- 6 V I 3.8. VÏ ®å thÞ biÓu diÔn ®Æc tr−ng Volt-Ampere cña Triac : m« t¶ sù phô thuéc dßng qua Thyristor I(A) - (trôc y) theo sôt thÕ trªn Triac U(A) - (trôc x), theo c¸c cung phÇn t− t−¬ng øng. 3.9. Th¸o d©y cÊp nguån ±12 cho m¶ng s¬ ®å A13- 3. C¸c d©y nèi cßn l¹i gi÷ nguyªn. Nèi chèt P1/ A13- 2 víi m¸y ph¸t xung cña thiÕt bÞ chÝnh (chÕ ®é ph¸t xung vu«ng). §iÒu chØnh biªn ®é vµ tÇn sè ®Ó kh¶o s¸t chÕ ®é kÝch Tri¨c b»ng xung. X¸c ®Þnh chÕ ®é cô thÓ ®Ó kÝch Triac b»ng xung. 4. s¬ ®å ®iÒu khiÓn ®ång bé thyristor NhiÖm vô: T×m hiÓu nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Thyristor theo gãc c¾t lùa chän. C¸c b−íc thùc hiÖn: 4.1. Nèi bé liªn kÕt quang: - Nèi nguån xoay chiÒu AC ~ 9V ~ 0V víi c¸c chèt A-B cña s¬ ®å h×nh A13- 4. 4.2. Bé nèi ®iÒu khiÓn: - Nèi lèi ra OUT1/ A13-1 víi chèt IN2 cña m¹ch A13-4. - Nèi chèt J1. Nèi m¸y ph¸t xung cña thiÕt bÞ chÝnh (ph¸t xung vu«ng, tÇn sè 1KHz, biªn ®é 5V) víi lèi vµo ®iÒu khiÓn CTRL m¹ch A13- 4.3. 4.3. Nèi Thyristor: - Nèi H vµ I (lèi ra biÕn thÕ TF1) víi c¸c ch©n K vµ G cña Thyristor. - Nèi ch©n K cña Thyristor víi chèt V2 cña m¶ng ®Ìn. 252
4.4. Nèi t¶i: - Nèi c¸c chèt cña nguån xoay chiÒu (~ 9V ~ 0V) víi c¸c chèt V1 vµ V2 cña s¬ ®å A13- 3. - Nèi ch©n cña Thyristor víi chèt L2 cña m¶ng A13- 3. 4.5. Sö dông dao ®éng ký, quan s¸t tÝn hiÖu t¹i c¸c vÞ trÝ: - TÝn hiÖu vµo bé liªn kÕt quang (IN1/ A-B). - TÝn hiÖu ra bé liªn kÕt quang (OUT1). - TÝn hiÖu t¹i ®iÓm C ë lèi ra bé h×nh thµnh xung tam gi¸c. - TÝn hiÖu ra bé so s¸nh IC1- 7. NÕu lèi ra kh«ng cã tÝn hiÖu, cÇn vÆn biÕn trë P1 ®Ó chän ng−ìng t−¬ng øng. - TÝn hiÖu lèi vµo CTRL. 253
- TÝn hiÖu collector T3, T4. - TÝn hiÖu trªn G vµ trªn A cña Thyristor. 4.6. Dùa trªn kÕt qu¶ quan s¸t tÝn hiÖu, vÏ gi¶n ®å xung ho¹t ®éng cña m¹ch. 4.7. Thay ®æi gi¸ trÞ P1, quan s¸t sù thay ®æi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t−¬ng øng. VÏ gi¶n ®å xung t−¬ng øng. 4.8. Trªn c¬ së gi¶n ®å xung, gi¶i thÝch nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn. Chó ý: Do cã m¹ch c¸ch ly lèi vµo vµ lèi ra, nªn khi quan s¸t tÝn hiÖu vµo vµ ra ph¶i nèi ®Êt dao ®éng ký theo c¸c ®iÓm t−¬ng øng. 5. s¬ ®å ®iÒu khiÓn ®ång bé triac NhiÖm vô: T×m hiÓu nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Triac theo gãc c¾t lùa chän. C¸c b−íc thùc hiÖn: 5.1. Gi÷ nguyªn s¬ ®å nèi nh− môc IV: 5.2. Thay Thyristor b»ng Triac: - Nèi H vµ I (lèi ra biÕn thÕ TF1) víi c¸c ch©n G vµ T1 cña Triac. - Nèi ch©n T2 cña Triac víi chèt L2 cña m¶ng ®Ìn. 5.3. Nèi t¶i: - Nèi c¸c chèt cña nguån xoay chiÒu (~ 9V ~ 0V) víi c¸c chèt V1 vµ V2 cña s¬ ®å A13-3. - Nèi ch©n T1 cña Triac víi chèt V2 cña m¶ng A13-3. 5.4. Sö dông dao ®éng ký, quan s¸t tÝn hiÖu t¹i c¸c vÞ trÝ: - TÝn hiÖu vµo bé liªn kÕt quang (IN1/ A-B). - TÝn hiÖu ra bé liªn kÕt quang (OUT1). - TÝn hiÖu t¹i ®iÓm C ë lèi ra bé h×nh thµnh xung tam gi¸c. - TÝn hiÖu ra bé so s¸nh IC1-7. NÕu lèi ra kh«ng cã tÝn hiÖu, cÇn vÆn biÕn trë P1 ®Ó chän ng−ìng t−¬ng øng. - TÝn hiÖu t¹i lèi vµo CTRL. - TÝn hiÖu collector T3, T4. - TÝn hiÖu trªn G vµ trªn T2 cña Triac. 5.5. Dùa trªn kÕt qu¶ quan s¸t tÝn hiÖu, vÏ gi¶n ®å xung ho¹t ®éng cña m¹ch. 254
5.6. Thay ®æi gi¸ trÞ P1, quan s¸t sù thay ®æi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t−¬ng øng. VÏ gi¶n ®å xung t−¬ng øng. 5.7. Trªn c¬ së gi¶n ®å xung, gi¶i thÝch nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn. Chó ý: Do cã m¹ch c¸ch ly lèi vµo vµ lèi ra, nªn khi quan s¸t tÝn hiÖu vµo vµ ra ph¶i nèi ®Êt dao ®éng ký theo c¸c ®iÓm t−¬ng øng. 255