Bài tập lớn Điện tử công suất: Trình bày cấu trúc, ký hiệu và đặc tính VA của Transitor lưỡng cực, Trình bày sơ đồ chỉnh lưu cầu điốt 1 pha khi tải là R+E.

HỌC VIỆN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
1

BÀI TẬP
MƠN HỌC : Điện tử cơng suất
GVHD:
Nguyễn Thị Thanh
Danh sách thành viên nhóm 03 :
Nguyễn Khắc Cường – B19DCDT025
Phạm Khắc Thức
– B19DCDT241
Nguyễn Tiến Dũng – B19DCDT029
Bùi Hữu Tuấn Anh – B19DCDT005
Phạm Ngọc Tùng
– B19DCDT209
Đỗ Tấn Đức
– B19DCDT057
Hà Nội, Tháng 4/2022


2

Nội Dung Thuyết Trình
I.
II.
III.
IV.

Câu hỏi lý thuyết
Cơng thức

Mạch mơ phỏng
Bài Tập


I
Câu hỏi lý thuyết


“
Câu 3: Trình bày cấu trúc, ký hiệu và đặc tính V-A của Transitor
lưỡng cực

○
○

Ký hiệu

Transitor lưỡng cực BJT về cơ bản là linh kiện có 3 cực. Các chân
của transistor được gắn nhãn là cực thu C (Collector), cực gốc B (Base)
và cực phát E (Emitter). Các ký hiệu mạch cho cả transistor BJT loại
NPN và PNP như sau:

4


5

○

Điểm khác nhau duy nhất giữa hai loại transistor NPN và PNP

đó là hướng mũi tên ở cực phát. Mũi tên ở cực phát trên transistor
NPN hướng đi ra và trên transistor PNP, hướng đi vào.

○

Các transistor dựa vào chất bán dẫn để làm nên kỳ diệu của
chúng. Chất bán dẫn là một vật liệu khơng hồn tồn là một chất
dẫn điện thuần khiết (như dây đồng) nhưng cũng không phải là
chất cách điện (như khơng khí). Độ dẫn điện của chất bán dẫn
phụ thuộc vào các biến như nhiệt độ hoặc mật độ của các
electron.


○

Mạch tương đương của transistor

○

Transistor giống như một phần mở rộng của một linh kiện bán dẫn
khác: diode. Theo một cách nào đó, các transistor chỉ là hai diode với cực âm
(hoặc cực dương) được gắn với nhau:

○

Ở đây, diode nối giữa cực gốc với cực phát là một diode quan trọng; nó
khớp với hướng của mũi tên trên ký hiệu mạch của transistor, và cho bạn
thấy hướng của dòng điện chạy qua transistor.

○

Chúng ta có thể tìm hiểu hoạt động của transistor dựa vào mạch tương
đương ở trên, tuy nhiên nó khơng thật sự chính xác. Bạn khơng thể giải thích
hoạt động của transistor dựa trên mạch tương đương đó (và đừng bao giờ cố
gắng ráp mạch đó trên breadboard để thay thế cho transistor, nó sẽ khơng
hoạt động). Có rất nhiều thứ ở cấp độ vật lý lượng tử kỳ lạ kiểm soát sự tương
tác giữa ba chân của transistor.

○

(Mơ hình này rất hữu ích nếu bạn cần kiểm tra transistor. Sử dụng chức
năng kiểm tra diode (hoặc điện trở) trên đồng hồ vạn năng, bạn có thể đo qua
các cực BE và BC để kiểm tra sự hiện diện của các “diode” đó.)

6


○
○

7
Cấu tạo và hoạt động

Các transistor lưỡng cực được chế tạo bằng cách xếp chồng ba lớp vật
liệu bán dẫn khác nhau lại với nhau. Một số lớp trong số đó có các electron bổ
sung được thêm vào (q trình này được gọi là “pha tạp”) và các lớp khác đã
loại bỏ các electron (pha tạp với “các lỗ trống”). Một vật liệu bán dẫn có thêm
electron được gọi là chất bán dẫn loại n (n là viết tắt của negative vì các
electron có điện tích âm) và vật liệu bị loại bỏ electron được gọi là loại chất
bán dẫn loại p (p là viết tắt của positive). Các transistor được tạo ra bằng cách

xếp xen kẽ chất bán dẫn loại n và chất bán dẫn loại p như hình dưới đây.


8

○

Transitor NPN được thiết kế để chuyển các electron từ cực phát sang cực
thu (vì vậy dịng điện thơng thường đi từ cực thu đến cực phát). Cực phát
“phát” electron vào cực nền, cực gốc sẽ điều khiển số lượng electron mà cực
phát phát ra. Hầu hết các electron được phát ra được “thu” bởi cực thu, cực
thu sẽ gửi các electron này đến phần tiếp theo của mạch.

○

Transistor PNP hoạt động theo cách tương tự nhưng ngược lại. Cực
gốc vẫn kiểm sốt dịng điện chảy qua, nhưng dịng diện này chảy theo hướng
ngược lại – từ cực phát đến cực thu. Thay vì các electron, cực phát phát ra các
“lỗ trống” và các lỗ trống này được thu bởi cực thu.

○

Các transistor hoạt động giống như một van điện tử. Chân cực gốc giống
như một tay cầm mà bạn có thể điều chỉnh để cho phép nhiều hoặc ít electron
chuyển từ cực phát sang cực thu. Chúng ta hãy tìm hiểu thêm sự tương tự này
trong phần tiếp theo …


“
Câu 13: Trình bày sơ đồ chỉnh lưu cầu điốt 1 pha khi tải là R+E.

9


10

○

Nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu như hình (1)(trái qua phải) Khi điện áp thứ cấp

u2 của máy biến áp B là nửa chu kỳ dương, tức là điện áp ở cực a là dương và điện áp ở
cực b là âm, và điốt V1 V3 được bật dưới điện áp thuận, điốt V2 và V4 bị cắt dưới điện áp

ngược và chiều dòng điện là: a → V1 → R2 → V3 → b để hoàn thành mạch nên trên tải
thu được một nửa điện áp Rz. Khi điện áp U2 ở nửa chu kỳ âm thì điện thế đầu a của
cuộn thứ cấp máy biến áp là âm và điện thế ở đầu b là dương. Điốt V2 và V4 được bật
dưới điện áp dương, còn V1 và V3 thì cắt bởi điện áp ngược, và chiều dòng điện là b → V2

→ Rz → V4 → a hoàn thành mạch, và trên tải thu được một nửa điện áp cùng chiều với
nửa chu kỳ đầu. Bằng cách này, trong một chu kỳ, hai nửa sóng thu được trên tải Rz.
Hình sau đây cho thấy các dạng sóng điện áp và dịng điện của chỉnh lưu cầu một pha.
Giá trị trung bình của điện áp tải Uz là: Uz = 0,9U2


“
Câu 23: Trình bày sơ đồ chỉnh lưu tiristo điều khiển cầu 1 pha khi tải
là R+L

11

12

Trong trường hợp
tải có tính cảm L =
0.1H thì dạng sóng
ngõ ra như sau.


13

Nguyên lý mạch với tải RL

○

+ Ở bán kỳ dương: Ở chu kỳ đầu tiên khi chưa có tín hiệu kích thì Vo =
0V. Khi có tín hiệu kích thì D1, D2 dẫn nên Vo = Vs.

○

+ Ở bán kỳ âm: Tải mang tính cảm vừa bị ngắt điện nên giải phóng năng
lượt phát dịng duy trì 2 SCR D1 và D2. Do đó D1 và D2 dẫn điện nên áp tải
bằng với áp nguồn Vo < Vs < 0. Dịng tải trễ pha so với điện áp nên khơng về
0 ở cuối bán kỳ dương.

○

Nếu L nhỏ thì sau khi tải phát hết năng lượng thì Vo = 0V, cho đến khi có
tín hiệu điều khiển.

○

– Nhận xét: ở trường hợp này có phần điện áp âm nên làm giảm giá trị
điện áp trung bình thu được. Một trong những cách làm triệt tiêu phần điện áp
âm để nâng cao chất lượng điện áp là kết hợp dùng SCR và diode. Ngồi ra sử
dụng kết hợp với diode cịn giúp sử dụng triệt để phạm ví góc kích từ 0 – 180.


14

II. Công thức


Chỉnh lưu điốt 1 pha dùng MBA có điểm giữa tải R
- Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

1
Ud 
2

2



ud d 

0

2 2



U2

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt:

U ng max  2 2U 2
-Giá trị trung bình dịng điện tải:

Ud
Id 
R
-Giá trị dịng điện trên mỗi điôt:

Id
ID 
2


Chỉnh lưu điốt 1 pha dùng MBA có điểm giữa tải R + E
- Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

1
Ud 
2

2



ud d 

0

2 2



U2

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt:

U ng max  2 2U 2
-Giá trị trung bình dịng điện tải:

Id 

Ud  E
R

-Giá trị dịng điện trên mỗi điơt:

Id
ID 
2


Chỉnh lưu cầu 1 pha dùng điốt tải R
- Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

1
Ud 
2

2



ud d 

0

2 2



U2

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi điôt:

U ng max  2U 2
-Giá trị trung bình dịng điện tải:

Ud
Id 
R
-Giá trị dịng điện trên mỗi điơt:

Id
ID 

2


Chỉnh lưu cầu 1 pha dùng điốt tải R + E
- Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

1
Ud 
2

2



ud d 

0

2 2



U2

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi điơt:

U ng max  2U 2
-Giá trị trung bình dịng điện tải:

Ud  E

Id 
R
-Giá trị dòng điện trên mỗi điôt:

Id
ID 
2


Chỉnh lưu thyristor 1 pha dùng MBA có điểm giữa ti R
+ Giá trị trung bỡnh của điện áp chỉnh lu:
1
Ud 
2

2

 ud d 
0

2



U 2 (1  Cos )

+ iện áp ngợc cực đại trên mỗi điôt Ungmax:
U ng max 2 2U 2

+ Giá trị trung bỡnh dòng điện tải:

Id

Ud
R

+ Trị số trung bỡnh của dòng điện qua mỗi thyristor:
IT

Id
2


Chỉnh lưu thyristor 1 pha dùng MBA có điểm giữa ti R +L
+ Giá trị trung bỡnh của điện áp chØnh lu:
1
Ud 
2

2

 ud d 
0

2 2



U 2Cos

+ ĐiƯn ¸p ngợc cực đại trên mỗi điôt Ungmax:

U ng max 2 2U 2
+ Giá trị trung bỡnh dòng điện tải:
Id

Ud
R

+ Trị số trung bỡnh của dòng điện qua mỗi thyristor:
IT 

Id
2


Hiện tượng trùng dẫn:
Điện áp chỉnh lưu:

U ' d  U d  U 
Với:

U  

Ud 

X c .I ' d



2 2U 2



cos

Phương trình chuyển mạch:

X c .I ' d
cos - cos (+) =
2U 2


Chỉnh lưu 1 pha cầu dùng thyristor tải R

+ Gi¸ trị trung bỡnh của điện áp chỉnh lu:
1
Ud
2

2

ud d
0

2 2



U 2 (cos 1)

+ iện áp ngợc cực đại trên mỗi Thyrirtor Ungmax:
U ng max 2U 2

+ Giá trị trung bỡnh dòng điện tải:
Id

Ud
R

+ Trị số trung bỡnh của dòng điện qua mỗi thyristor:
IT

Id
2


Chỉnh lưu 1 pha cầu dùng thyristor tải R+L

+ Gi¸ trị trung bỡnh của điện áp chỉnh lu:
1
Ud
2

2

ud d
0

2

U 2 cos

+ iện áp ngợc cực đại trên mỗi Thyrirtor Ungmax:
U ng max 2U 2

+ Giá trị trung bỡnh dòng điện tải:
Id

Ud
R

+ Trị số trung bỡnh của dòng điện qua mỗi thyristor:
IT

Id
2


Hiện tượng trùng dẫn:
Điện áp chỉnh lưu:

U ' d  U d  U 
Với:

U  

2 X c .I ' d

Ud 

2 2U 2





cos

Phương trình chuyển mạch:

2 X c .I ' d
cos - cos(+) =
2U 2


Chỉnh lưu hình tia 3 pha dùng điơt tải R
+ Giá trị trung bỡnh của điện áp chỉnh lu:
1
Ud
2

2

ud d
0

3 6
U2

2

+ iện áp ngợc cực đại trên mỗi điôt Ungmax :

U ng max 6U 2

+ Giá trị trung bỡnh dòng điện tải:
U
Id d
R
+ Trị số trung bỡnh của dòng điện qua mỗi điôt:
ID

Id
3