lý thuyết về các linh kiện bán dẫn trong điện tử công suất

1, Diode
Điôt có hai cực, anôt A là cực nối với lớp p, catôt K là cực
nối với lớp n. Dòng điện chỉ chạy qua điôt theo chiều từ A
đến K khi . Khi , dòng qua điôt bằng không.
Cấu tạo :
Điôt được cấu tạo bởi một lớp tiếp giáp p-n (vẽ hình).

Đặc tính :
+ Phân cực thuận : điện áp tăng dần từ 0 đến khi vượt qua
ngưỡng điện áp có dòng chảy qua diode.
+ Phân cực ngược : điện áp U
AK
tăng dần từ 0 đến giá trị nhỏ
hơn (điện áp ngược lớn nhất) thì diode có dòng rò rất nhỏ.
Nếu đạt đến giá trị diode bị đánh thủng.
Lựa chọn diode :
+ Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu được
+ Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua diode theo chiều
thuận
+ Tần số đóng cắt của diode
+ Thời gian phục hồi.
Ứng dụng :
điốt được dùng để chỉnh lưu dòng xoay chiều thành dòng một
chiều.
2, Thyristor
Điều khiển bằng xung dòng
Cấu tạo :
Gồm bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo ra 3 lớp tiếp giáp p-n:
.Thyristor có 3 cực: anot A, catot K, cực điều khiển G (vẽ
hình)
Đặc tính :

A ) Khi dòng điều khiển = 0:
+ Khi cho : phân cực ngược; phân cực thuận. Lúc này chỉ
có dòng rò. Khi thyristor bị đánh thủng dòng điện tăng lên
rất lớn.
+ Khi cho : phân cực thuận; phân cực ngược. Lúc đầu chỉ có
dòng rò. Khi thyristor dẫn dòng như diode.
B ) Khi dòng điều khiển > 0:
Quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ
xảy ra sớm hơn.
C ) Mở thyristor :
+ Tăng
+ Đưa xung dòng vào giữa cực điều khiển và catot
D ) khóa thyristor :
+ Đổi chiều dòng điện
+ Đặt một điện áp ngược lên giữa anot và catot của
thyristor.
Lựa chọn thyristor :
+ Giá trị dòng trung bình cho phép chảy qua thyristor, (A)
+ Điện áp ngược cho phép lớn nhất (V) ,sao cho
+ Thời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor,()
+ Tốc độ tăng dòng cho phép, ()
+ Tốc độ tăng điện áp cho phép,
ứng dụng : Thyristor chủ yếu được sử dụng ở những ứng dụng
yêu cầu điện áp và dòng điện lớn, và thường được sử dụng để
điều khiển dòng xoay chiều AC
3, Triac
Điều khiển bằng xung dòng
Cấu tạo :
Triac là phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm năm lớp,
tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai chiều

giữa các cực T1 và T2
Đặc tính :
+ Đặc tính vôn-ampe của triac bao gồm hai đoạn đặc tính ở
góc phần tư thứ I và thứ III, mỗi đoạn đều giống như đặc
tính thuận của một thyristor.
+ Triac có thể điều khiển mở dẫn dòng bằng cả xung dòng
dương (dòng đi vào cực điều
khiển) hoặc bằng xung dòng âm (dòng đi ra khỏi cực điều
khiển).
Lựa chọn triac :
+ Giá trị dòng trung bình cho phép chảy qua triac, (A)
+ Thời gian phục hồi tính chất khóa của triac, ()
+ Tốc độ tăng dòng cho phép, ()
+ Tốc độ tăng điện áp cho phép,
ứng dụng :
Triac đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng điều chỉnh điện áp
xoay chiều và các công-tắc-tơ tĩnh. Sử dụng trong tủ lạnh,
bình nóng lạnh.
4, GTO (GATE TURN-OFF THYISTOR )
Cấu tạo :
Có 4 lớp bán dẫn p-n-p-n
Có cấu trúc bán dẫn phức tạp so với thyristor
Đặc tính:
+ Mở GTO bằng cách đưa xung dương vào cực cổng .
+ Tắt GTO bằng cách đưa xung âm vào cực cổng .
Lựa chọn GTO :
+ Giá trị dòng trung bình cho phép chảy qua triac, (A)
+ Thời gian phục hồi tính chất khóa của triac, ()
ứng dụng :
GTO dùng như một linh kiện có chuyển mạch nhanh. GTO thường

được dùng rất phổ biến trong các mạch đếm, mạch tạo xung,
mạch điều hoà điện thế.
5, Transistor lưỡng cực BJT
Cấu tạo :
gồm 3 lớp bán dẫn p-n-p (bóng thuận) hoặc n-p-n (bóng
ngược). Có 3 cực bazơ B, emitơ E,
colectơ C.
Đặc tính : ( tự vẽ hình )
Điều khiển bằng dòng điện
Gồm có vùng tuyến tính, vùng gần bão hòa, vùng bão hòa.
: hệ số khuếch đại. tăng => =>
transistor hoạt ở chế độ bão hòa.
Chọn transistor :
+ Dòng điện cực đại : Là dòng điện giới hạn của transistor,
vượt qua dòng giới hạn này Transistor sẽ bị hỏng.
+ Điện áp cực đại : Là điện áp giới hạn của transistor đặt
vào cực CE , vượt qua điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị
đánh thủng.
+ Tấn số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc
bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của
Transistor bị giảm .
+ Hệ số khuyếch đại : Là tỷ lệ biến đổi của dòng I
CE
lớn gấp
bao nhiêu lần dòng I
BE

+ Công xuất cực đại : Khi hoat động Transistor tiêu tán một
công xuất P = U
CE

. I
CE
nếu công xuất này vượt quá công xuất
cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị hỏng .
Ứng dụng:
Dùng để đóng cắt mạch điện , bộ nạp điện, Tivi, màn hình,
đông cơ.
6, Transistor trường MOSFET
Cấu tạo của MOSFET : (vẽ hình)
Transistor MOSFET được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp
Oxit Kim loại và bán dẫn (ví dụ Oxit Bạc và bán dẫn Silic)
MOSFET có hai loại:
N-MOSFET: chỉ hoạt động khi nguồn điện Input (Gate) là zero,
các electron bên trong vẫn tiến hành hoạt động cho đến khi
bị ảnh hưởng bởi nguồn điện Input.
P-MOSFET: các electron sẽ bị cut-off cho đến khi gia tăng
nguồn điện thế vào ngỏ Input (Gate)
Thông thường chất bán dẫn được chọn là silíc .
Đặc tính :
Điều khiển bằng V
GS
, chế độ khóa với V
GS
0, chế độ dẫn với
V
GS
>0 Hoạt động của MOSFET có thể được chia thành ba chế độ
khác nhau tùy thuộc vào điện áp trên các đầu cuối. Với
transistor NMOSFET thì ba chế độ đó là:
1. Chế độ cut-off hay sub-threshold (Chế độ dưới ngưỡng tới

hạn).
2. Triode hay vùng tuyến tính.
3. Bão hoà
Ứng dụng :
Đóng ngắt với tần số cao.
Trong các mạch số thì các tranzito chỉ hoạt động trong chế
độ cut-off và triode.
Chế độ bão hòa chủ yếu được dùng trong các ứng dụng mạch
tương tự.

7, Transistor có cực điều khiển cách ly, IGBT
Cấu tạo :
Transistor IGBT được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp Oxit
Kim loại và bán dẫn giống với MOSFET, điểm khác nhau là có
thêm lớp p nối với colectơ tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p
giữa emitơ (tương tự cực gốc) với colectơ (tương tự cực
máng), không phải là n-n như ở MOSFET.
Đặc tính :
điện áp điều khiển Vge>0
Đóng cắt với tần số cao nhưng thấp hơn MOSFET.

Chọn IGBT:
Quá trình đóng cắt tần số cao có thể gây hỏng IGBT vì thế
cần làm chậm lại quá trình khóa của IGBT.
Ứng dụng :
Bếp từ, lò vi sóng