KHOA ĐIỆN TỬ - data.ute.udn.vn

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TS. NGUYỄN LINH NAM

Chương 5:

Thyristor và mạch ứng dụng

Chương 5:

Thyristor và Ứng Dụng

5.1. KHÁI NIỆM CHUNG

5.2. SCR

5.3. TRIAC

5.4. DIAC

5.5. MẠCH ỨNG DỤNG TỔNG HỢP

Mục tiêu của chương: - Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý

hoạt động, các tham số cơ bản và vẽ được đặc tuyến của SCR, DIAC, TRIAC

- Giải thích và tính toán được các mạch điện tử ứng dụng cơ bản dùng SCR, DIAC, TRIAC

- Áp dụng được các kiến thức về SCR, DIAC, TRIAC trong thực tế

KHÁI NIỆM CHUNG

Thyristor = Thyratron + Transistor

Điện cực Một chiều Hai chiều

2 cực Diode Shottky DIAC

3 cực SCR, SUS, PUT TRIAC

4 cực SCS

Linh kiện bán dẫn công suất lớn, làm việc với dòng điện, điện áp lớn

Phân loại: theo điện cực và chiều dẫn điện

SCR-Semiconductor Controller Rectifier

Cấu tạo và ký hiệu SCR là một diode chỉnh lưu được kiểm soát bởi cổng silicium. Các tiếp xúc kim

loại được tạo ra các cực Anod A, Catot K và cổng G.

Nguyên lý hoạt động

IB2

IB1

+ Điều kiện: VA > VK

+ Để SCR dẫn, đưa tín hiệu kích dương (VG, IG) vào cực G:

IG=IB2→T2 dẫn→IC2=β2IB2=IB1→T1 dẫn

→ IC1=β1IB1→IB2=IC1

→T1, T2 dẫn bão hòa

→ khi đã tắt tín hiệu kích, SCR vẫn dẫn.

SCR có tác dụng như một công tắc điều khiển bằng điện áp

T1

T2 IC2

IC1

Dòng điện qua SCR

Tín hiệu kích dương IG

Dòng IA chảy qua SCR từ cực A đến cực K

VAK

Đặc tuyến

Vùng phân cực nghịch

VAK < 0 → dòng rò (rỉ) rất nhỏ

chảy qua SCR

VBR: điện thế đánh thủng

Vùng phân cực thuận

VAK > 0

+VAK nhỏ→dòng rất nhỏ chảy qua SCR

+VAK = VBO (điện thế quay về) →VAK trở về 0.7V→dòng duy trì (IH)

→SCR dẫn điện, dòng điện tăng

như diode thường (dòng thuận IA)

Nếu cấp tín hiệu kích (VG>0, IG>0)

VBO (điện thế quay về) nhỏ hơn Dòng kích IG càng lớn→VBO càng nhỏ

Khi chưa cấp tín hiệu kích (VG=0, IG=0)

Các tham số kỹ thuật của SCR

+ Dòng thuận tối đa IA: là dòng thuận lớn nhất mà SCR có thể chịu

được, vài trăm mA ~ hàng trăm A

+ Điện thế đánh thủng VBR: điện thế phân cực nghịch tối đa, vài

chục V ~ hàng ngàn V

+ Dòng chốt (latching current): dòng thuận tối thiểu để SCR dẫn điện

khi chuyển từ tắt→dẫn, thường lớn hơn dòng duy trì một ít

+ Dòng cổng tối thiểu: 1mA ~ vài chục mA

+ Thời gian mở (ton): từ lúc kích đến khi SCR bảo hòa, vài μs

+ Thời gian tắt (toff): từ lúc VAK giảm về 0 đến lúc lên cao trở lại mà

SCR vẫn tắt, vài chục μs

SCR hoạt động ở chế độ xoay chiều: chỉnh lưu

220V/50Hz

SCR

Rt

~

chỉnh lưu bán kỳ

IG

220V

50Hz

VAC

VRt

IG

SCR ngưng SCR dẫn

α: góc kích

Φ=1800-α: góc dẫn

Bài tập 1:

Cho mạch chỉnh lưu bán sóng dùng SCR có điện áp dẫn là 100V tại dòng

kích Ig=1mA. Với điện áp ngõ vào hình có biên độ đỉnh 200V. Xác định

1. Gốc kích?

2. Gốc dẫn?

3. Điện áp và dòng điện trung bình qua tải RL=100Ω

Bài tập 2:

Cho mạch chỉnh lưu bán sóng dùng SCR, giả sử điện áp

vào có dạng v = 240sin314t.

Nếu điện áp dẫn là 180V thì thời gian tắt sẽ là bao nhiêu?

Bài tập về nhà 1:

Cho mạch chỉnh lưu bán sóng dùng SCR có điện áp dẫn là

150V tại dòng kích Ig=1mA. Với điện áp ngõ vào hình có

biên độ đỉnh 400V. Xác định

1. Gốc kích?

2. Gốc dẫn?

3. Điện áp và dòng điện trung bình qua tải RL=200Ω

Bài tập về nhà 2: Cho mạch chỉnh lưu bán sóng dùng SCR, hãy xác định biên

độ đỉnh áp ngõ vào nếu dòng tải trung bình là 1A, cho tải

RL=100Ω và góc kích 300?

chỉnh lưu toàn kỳ

SCR

D4

D3 D2

D1Rt

220V/50Hz~ 220V

50Hz

IG

Bài tập:

Cho mạch chỉnh lưu toàn sóng dùng SCR cấp cho tải RL=100Ω.

Nếu biên độ điện áp đỉnh là 200V và góc kích là 600, hãy xác định:

1. Điện áp trung bình tại ngõ ra?

2. Dòng trung bình tại ngõ ra?

SCR as static contactor

Một số ứng dụng dùng SCR

SCR for power control

SCRs for speed control of DC shunt motor

Overlight detector

Mạch cảm biến rung dùng SCR

TRIAC-Triode AC Semiconductor Switch

TRIAC thường được coi như một SCR lưỡng

hướng vì có thể dẫn điện theo hai chiều

Cấu tạo và ký hiệu

Cổng npn

Cổng pnp

Các cách kích cho TRIAC

T2(+) →G(+)

→G(-)

T1(+) →G(+)

→G(-)

Cách 1 Cách 2

Cách 3 Cách 4

T2(+); G(+)

Đặc tuyến I

VT2T1

Góc phần tư I:

T2(+); G(+)

Góc phần tư III:

T2(-); G(-)

TRIAC gồm 2 SCR dẫn điện

theo 2 chiều ngược nhau:

-Góc phần tư thứ I: tương ứng

SCR dẫn điện theo chiều từ T2

đến T1. Dùng tín hiệu kích

dương để kích cho TRIAC.

-Góc phần tư thứ III: tương ứng

SCR dẫn điện theo chiều từ T1

đến T2. Dùng tín hiệu kích âm

để kích cho TRIAC.

TRIAC hoạt động ở chế độ xoay chiều

R

VR

220V/50Hz

Rt

TRIAC

D2

D1

~

VRt

http://phuclanshop.com/TraoDoiHocTap-ChiTiet.aspx?NewsId=103

DIAC-Diode AC

DIAC (Diode Alternative Current) có cấu tạo gồm 4 lớp

PNPN, hai cực A1 và A2, cho dòng chảy qua theo hai chiều

dưới tác động của điện áp đặt giữa hai cực A1 và A2.

Cấu tạo và ký hiệu

A1

A2

Đặc tuyến

DIAC dẫn điện theo 2 chiều

ngược nhau tùy vào điện áp

đặt:

-Nếu VA1A2 > 0: Dòng điện đi

từ A1 đến A2.

-Nếu VA1A2 < 0: Dòng điện đi

từ A2 đến A1.

VA1A2

I

Trong ứng dụng, DIAC thường dùng để mở Triac

mạch điều chỉnh độ sáng của bóng đèn

https://voer.edu.vn/c/diac/749e7bb6/2bbe38e1

MẠCH ỨNG DỤNG TỔNG HỢP

Mạch điều khiển dòng qua tải dùng DIAC kích TRIAC

- Khi CdS được chiếu sáng → R(CdS) nhỏ → điện thế nạp trên tụ C

thấp → DIAC không dẫn điện → TRIAC không được kích nên không

có dòng qua tải.

- Khi CdS bị che tối → R(CdS) lớn → điện thế nạp trên tụ C cao →

DIAC dẫn điện → TRIAC được kích dẫn điện cho dòng điện qua tải.

220V/50Hz

TRIAC

C

VR1R1

UJT

LOAD

R2

D

T

6.3V A

G

Mạch điều khiển dòng qua tải dùng UJT kích TRIAC

T

TRIAC

Dz

220Vac/50Hz

R1

LOAD

UJT

R2VR

C

Mạch điều khiển dòng qua tải dùng UJT kích TRIAC

Mạch điều khiển độ sáng của đèn 6V

Mạch điều khiển dòng qua tải dùng UJT kích SCR

T

6.3V D

R2

LOAD

UJT

R1VR

C

220Vac/50Hz

SCR

A

G

C

VRR2

UJT

R1

LOAD

SCR

Rs

220Vac/50Hz

Dz

Bài tập 1:

Cho sơ đồ mạch dùng SCR như hình vẽ:

1.Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch

2.Vẽ dạng điện áp trên tải và giải thích việc điều khiển điện áp trên

tải (Rt).

Bài tập 2:

Cho sơ đồ mạch dùng SCR như hình vẽ:

1.Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch

2.Vẽ dạng điện áp trên tải và giải thích việc điều khiển điện áp trên

tải (Rt).

Bài tập 3:

Cho sơ đồ mạch như hình vẽ:

1. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch

2. Vẽ dạng điện áp xoay chiều ngõ vào và trên tải (Rt). Giải thích tác

dụng của biến trở VR.

Bài tập 4:

Cho sơ đồ mạch như hình vẽ:

1. Giải thích tác dụng các linh kiện trong mạch

2. Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch

Bài tập 5: Cho sơ đồ mạch như hình vẽ:

1. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch.

2. Điện áp trên tải phụ thuộc yếu tố nào? Giải thích?

3. Vẽ dạng điện áp tại điểm A, trên tụ C, cực G của TRIAC và trên tải

(LOAD).

220V/50Hz

TRIAC

C

VR1R1

UJT

LOAD

R2

D

T

6.3V A

G

Bài tập 6: Cho sơ đồ mạch như hình vẽ:

1. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch.

2. Điện áp trên tải phụ thuộc yếu tố nào? Giải thích?

3. Vẽ dạng điện áp tại điểm A, trên tụ C, cực G của SCR và trên tải (LOAD).

T

6.3V D

R2

LOAD

UJT

R1VR

C

220Vac/50Hz

SCR

A

G