BÀI THUYẾT TRÌNH_ nhóm 4_C10DT4+3_2

Bài thuyết trình nhóm 4

Đề Tài Thuyết Trình Nhóm 4: FET, THYRISTOR, DIAC & TRIAC

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

1. NGUYỄN THỊ TRANG.

2. NGUYỄN THANH SƠN.

3. NGUYỄN NGỌC SANG.

4. NGUYỄN THỊ THANH TUYỀN.

5. NGUYỄN LÂM CHÂU HUÂN.

6. LÊ NGỌC THÀNH.

7. LÊ ĐỨC THÀNH LONG.

8. LÊ BÌNH MINH.

9. LÊ THÀNH LỘC.

10.LÊ VĂN KỲ.

11.LƯƠNG MINH NHỰT.

12.ĐOÀN THÁI PHƯƠNG.

MỤC LỤC

Bum Friends 1

1


I. Transistor trường FET.....................................................................3

1. Transistor trường JFET..........................................................3

2. Transistor trường MOSFET..................................................7

II. Thyristor. ....................................................................................11

1. SCR…. .............................................................................11.................................................................................

2. Diac & Triac......................................................................13

3. Ứng dụng...........................................................................16

Bum Friends 2

2


I. TRANSISTOR TRƯỜNG FET.Nguyên tắc hoạt động cơ bản của FET là làm cho dòng điện cần điều

khiển đi qua một môi trường bán dẫn có tiết diện dẫn điện thay đổi dưới tác dụng của điện trường vuông góc với lớp bán dẫn đó. Sự thay đổi cường độ điện trường sẽ làm thay đổi điện trở của lớp bán dẫn và do đó làm thay đổi dòng điện đi qua nó. Lớp bán dẫn này được gọi là kênh dẫn điện. Đây là điểm khác biệt so với BJT vì BJT dùng dòng điện cực gốc để điều khiển.Trong FET, dòng điện hình thành do một loại hạt dẫn duy nhất, hoặc là điện tử hoặc là lỗ trống.

Transistor trường có 2 loại là:+ Transistor trường có điều khiển bằng tiếp xúc P-N (hay còn gọi là

transistor mối nối JFET- Junction field effect transistor)+ Transistor có cực cửa cách điện (IGFET- insulated gate field effect

transistor) hay MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor).MOSFET được chia làm 2 loại là MOSFET kênh có sẵn và MOSFET

kênh cảm ứngMỗi loại FET ở trên lại được chia thành loại kênh N hoặc kênh P (tuỳ theo hạt dẫn điện là điện tử hay lỗ trống).1. Transistor trường JFET.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.

JFET có cấu tạo gồm có một miếng bán dẫn mỏng loại N (ta có JFET kênh loại N) hoặc loại P (ta có JFET kênh loại P) ở giữa 2 tiếp xúc P-N và được gọi là kênh dẫn điện. Hai đầu của miếng bán dẫn được đưa ra 2 chân cực gọi là cực máng (D) và cực nguồn (S). Hai miếng bán dẫn ở 2 bên của kênh được nối với nhau và đưa ra một chân cực gọi là cực cổng (G)

Bum Friends 3

3


Nguyên lý làm việc: Muốn JFET làm việc ở chế độ khuếch đại cần phải cung cấp nguồn điện một chiều giữa cực cửa và cực nguồn UGS có chiều sao cho cả 2 tiếp xúc P-N đều được phân cực ngược còn nguồn điện cung cấp giữa cực máng và cực nguồn UDS có chiều sao cho các hạt dẫn đa số phải chuyển động từ cực nguồn S đi qua kênh về cực máng để tạo nên dòng điện cực máng ID. JFET kênh N và kênh P có nguyên tắc hoạt động giống nhau. Chúng chỉ khác nhau về chiều của nguồn điện cung cấp là ngược chiều nhau. Ở đây ta xét trường hợp JFET kênh loại N.a. Trường hợp VGS = 0, VDS có giá trị dương:

Khi có điện áp VDD = VDS các điện tử sẽ di chuyển từ cực nguồn S đến cực máng D tạo nên dòng điện ID với chiều được xác định như trên hình vẽ dòng điện chạy vào cực D cũng chính là dòng điện chạy ra cực S nên ta có ID = IS.

Trên hình ta thấy vùng nghèo rộng ra ở gần đỉnh của hai lớp bán dẫn P do tiếp giáp P-N phân cực ngược và kết quả dòng điện IG = 0.

Khi điện áp VDS tăng từ 0V đến vài Volt thì dòng điện sẽ tăng và kết quả là ta vẽ được dòng điện ID theo VDS khi VDS tăng và đạt đến giá trị VP thì các vùng nghèo sẽ rộng ra làm giảm độ rộng của kênh dẫn và việc này làm cho điện trở kênh tăng.

Nếu VDS tăng đên giá trị VP làm hai vùng nghèo đụng vào nhau điểm đụng này gọi là đểm thắt kênh và điện áp thiết lập nên điểm thắt gọi là điện áp thắt VP.

Bum Friends 4

4


Nếu VDS tăng vượt qua giá trị của VP thì điểm thắt sẽ dài ra và dòng ID

vẫn không đổi. Do đó có thể nói khi điện áp VDS > VP thì JFET có đặc tính như nguồn dòng, ký hiệu là IDSS và nó cũng chính là dòng điện từ cực máng D đến cực nguồn S trong trường hợp ngắn mạch G-S.

IDSS là dòng điện cực máng cực đại của JFET và được xác định bởi điều kiện VGS= 0 và VDS >VP .

b. Trường hợp VGS < 0, VDS có giá trị dương:

Ảnh hưởng của điện áp phân cực (-VGS) đến việc thiết lập các vùng nghèo giống như khi VGS = 0V, nhưng giá trị của VDS khi xảy ra hiện tượng thắt kênh bây giờ sẽ nhỏ hơn VP (do 2 tiếp giáp P-N bị phân cực ngược nên vùng nghèo được nới rộng hơn).

Kết quả của việc cung cấp điện áp âm phân cưc cho GS, để đạt giá trị bảo hòa tại mức thấp của điện áp VDS với giá trị VGS = -1V. Dòng điện bảo hòa ID sẽ giảm và tiếp tục giảm khi VGS càng âm. Ta thấy điện áp tại điểm thắt giảm theo đường cong parabol khi VGS âm và càng âm. Chú ý: Giá trị của điện áp âm VGS làm cho dòng ID = 0mA được xác định khi VGS = VP, đối với JFET kênh N thì VP là âm và đối với JFET kênh P thì VP là dương.* Các tham số của JFETKhi sử dụng JFET chúng ta cần quan tâm đến các tham số của nó như:

Điện áp cực đạiDòng điện cực đạiCông suất tiêu tán cực đại Các tham số đối với VGS và VDS chúng ta có thể tra cứu trong sổ tay

tra cưu linh kiện.2. Transistor trường MOSFET.2.1.MOSFET có sẵn kênh (D-MOSFET).a. Cấu tạo:

Bum Friends 5

5


Lớp bán dẫn loại P hay N được nối ra ngoài tạo thành cực tính SS (Substrate) cực đế, cực D và cực S được kết nối đến lớp bán dẫn loại N hay P. Cực G được nối đến bề mặt tiếp xúc kim loại nhưng được ngăn cách với lớp bán dẫn kênh N hay kênh P bằng một lớp dioxide silicon (SiO2). SiO2 là một vật liệu cách điện được xem như là chất điện môi.

Không có sự kết nối trực tiếp giữa cực G và kênh dẫn của MOSFET, lớp cách điện SiO2 trong cấu trúc của MOSFET có thể làm thay đổi tổng trở vào của MOSFET theo ý muốn.b. Nguyên lý hoạt độngKhi cho điện áp VGS = 0V điện áp cung cấp VDD được đưa đến 2 cực D và S, kết quả các điện tử tự do của kênh N di chuyển tạo nên dòng điện ID giống như JFET.

2.2. MOSFET chưa có sẵn kênh (E-MOSFET)a. Cấu tạo:

Bum Friends 6

6


(a) Là kênh N, (b) Là kênh PTa thấy cấu tạo của E-MOSFET thì cực D và cực S không được nối với nhau nên không có kênh dẫn giữa hai cực, đây là điểm khác so với D-MOSFET.b. Nguyên lý hoạt động

Nếu điện áp VGS = 0V và chỉ có điện áp cung cấp cho hai cực D và S do thiếu kênh dẫn giữa cực D và S nên ID = 0 khác với JFET.

Khi điện áp VGS và VDS được thiết lập ở giá trị dương lớn hơn 0V dẫn đến có sự chênh lệch điện áp giữa cực D và G so với cực S. Điện áp dương tại cực G sẽ tác động lên các lỗ trống trong lớp bán dẫn nền loại P nằm dọc trong lớp SiO2 các lỗ trống sẽ rời khỏi vùng này và đi sâu vào phía đế.

Kết quả tạo nên một vùng nghèo nằm gần lớp ngăn cách điện không có lỗ trống. Tuy nhiên các điện tử trong lớp nền P sẽ bị hút về phía cực G tạo thành một vùng chứa điện tử gần bề mặt của lớp SiO2. Lớp SiO2 với đặc tính cách điện của nó sẽ ngăn chăn các hạt tải mang điện tích âm di chuyển về cực G.

Bum Friends 7

7


Khi điện áp VGS tăng thì số lượng các điện tử tập trung gần mặt phẳng lớp SiO2 cũng tăng cho đến khi nó có thể tạo thành một kênh dẫn nối giữa hai cực D và S. Điện áp VGS đạt đến giá trị này gọi là điện áp ngưỡng VT do kênh dẫn không tồn tại khi điện áp VGS = 0 và nó sẽ xuất hiện khi cung cấp điện áp dương VGS ≥ VT nên người ta còn gọi đây là MOSFET loại tăng.

Khi điện áp VGS tăng vượt quá điện áp ngưỡng thì mật độ các hạt tải tự do chứa trong kênh dẫn sẽ tăng, dẫn đến dòng điện cực máng tăng. Tuy nhiên nếu VGS là hằng số và tăng điện áp VDS thì dòng điện cực máng sẽ tăng đến giá trị bão hòa giống như đã xảy ra giống như đã xảy ra đối với JFET và MOSFET có sẵn kênh.

Dòng điện ID sẽ giảm dần về không khi đi vào vùng thắt do kênh dẫn hẹp tại đầu cực máng. Khi giá trị điện áp VGS nhỏ hơn điện áp ngưỡng thì dòng điện cực máng của MOSFET chưa có sẵn kênh sẽ bằng không. Khi giá trị điện áp VGS lớn hơn điện áp ngưỡng thì dòng điện cực máng quan hệ tuyến tính với điện áp VGS qua biểu thức sau:

Trong đó k là hằng số và có thể suy ra giá trị của k từ biểu thức trên với ID(on) và VGS(on) là các giá trị tại các điểm đặc biệt trên đường cong đặc tuyến của E-MOSFET.II/THYRISTOR.

1/SCR.

1.1/ Cấu tạo và hình dạng thực tế:

SCR là bộ chỉnh lưu được điều khiển làm từ Silic hay còn gọi là Điođe bán

dẫn có điều khiển. SCR gồm có 4 lớp bán dẫn khác loại ghép lien kết với

nhau tạo nên ba lớp bán dẫn P – N và có ba cực:Anode A; cathode K; cực

cửa G.

Cấu tạo

Hình

dạng

thực

tế

SCR gồm có 2 loại :

Bum Friends 8

8


SCR điều khiển theo catot hay còn gọi là SCR theo quy ước ( đơn giản

SCR ). Loại này cực điều khiển G được nối với bán dẫn P2 sau.

SCR điều khiển theo anot hay còn gọi là SCR kiểu bù. Loại cực điều khiển

G được nối với bán dẫn N1 trước.

1.2/ Nguyên lý hoạt động:

Trường hợp G để hở hay G=0v

Trường hợp SCR không dẫn điện. VG = 0V dòng điện qua SCR IA = 0 và VAK

= VC.

Khi tăng hiệu điện thế nguồn VCC đến mức đủ lớn làm cho VAK tăng theo đến

điện thế ngưỡng VBO thì VAK lai giảm xuống giống như Diode và dòng IA

tăng nhanh lúc này SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện. Dòng điện ứng với

lúc điện thế VAK bị giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì Sau đó đặc tính

giống như 1 diot nắn điện.

Trường hợp cực G có VGK lớn hơn 0

Khi đóng công tắc để cấp nguồn VDC cho cực G thì SCR chuyển sang

trạng thái dẫn điện. Trasitor phân cực cực B dòng điện IG đi vào cực cổng

chính của Transistor 1 là IB1 cho ra dòng IC1, dòng điện IC1 chính là dòng

điện IB2 đi vào Transistor 2 cho ra dòng điện IC2 và cấp ngược lại cho

Transistor 1.

IC1 = IB2 và IC2 = IB1

Theo nguyên lý này dòng điện qua hai Transistor sẽ được khuếch đại lớn

dần và hai Transistor sẽ chạy ở trạng thái bảo

Bum Friends 9

9


Trường hợp phân cực ngược cho SCR:

Tức là nối cực A vào cực Âm(-) và cực K vào cực dương(+) của nguồn VCC

trường hợp này giống như 1 diode ngược -> SCR sẽ không dẫn điện mà chỉ

có dòng điện rĩ rất nhỏ đi qua. Khi điện thế ngược đủ lớn thì SCR bị đánh

thủng và dòng điện đi qua theo chiều ngược lại. Điện thế ngược đủ đánh

thủng SCR là VBR, VBR = VBO nhưng ngược dấu.

2/ DIAC:


Do tính dẫn điện hai chiều nên đầu ra chính của triac dùng để nối với nguồn

điện được coi là hai đầu ra MT1 & MT2. Giữa hai đầu ra là 5 lớp bán dẫn P-

N-P-N như SCR theo cả hai chiều. Đầu ra thứ 3 là cực điều khiển G.

Cấu tạo Hình dạng thực tế


Do không có cực điều khiển nên việc kích mở cho diac bằng việc nâng cao

điện áp đặt vào hai cực. Diac có thể dẫn theo hai hướng đặc tuyến của diac

giống hai diot zener mắc ngược chiều nhau. Khi VCC chưa đủ lớn thì Diac

Bum Friends 10

10


không dẫn điện, chỉ có dòng điện rò rất nhỏ đặt ở hai đầu Diac. Khi VCC tăng

đến giá trị đủ lớn sẽ làm cho Diac dẫn mạnh và dòng điện tăng rất nhanh, giá

trị Vcc đó được gọi là điện áp mở Diac.

3/ TRIAC:


Do tính dẫn điện hai chiều nên đầu ra chính của triac dùng để nối với nguồn

điện được coi là hai đầu ra MT1 & MT2. Giữa hai đầu ra là 5 lớp bán dẫn P-

N-P-N như SCR theo cả hai chiều. Đầu ra thứ 3 là cực điều khiển G.

Bum Friends 11

11



Khi phân cực thuận MT2 – MT1, khi có xung dương kích vào chân G

thì triac sẽ dẫn điện theo chiều từ MT2 – MT1.

Khi phân cực ngược từ MT2-MT1, khi có xung âm kích vào chân G

thì triac sẽ dẫn điện từ MT1-MT2

4/ ỨNG DỤNG:

4.1/ Ứng dụng SCR:

SCR có rất nhiều ứng dụng như: thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ,

báo động, mạch điều khiển nhiệt độ.

Bum Friends 12

12


Dòng máy cắt plasma thyristor Máy hàn điều khiển bằng thyristor.

4.2/ Ứng dụng Diac và Triac:

Triac dung để điều khiển điện áp xoay chiều và công tắc.

Diac ứng dụng chủ yếu kích mở Triac.

Bum Friends 13

13

Documents

BÀI THUYẾT TRÌNH_ nhóm 4_C10DT4+3_2