Giáo trình Điện công nghiệp

BỘ XÂY DỰNG
BAN XÂY DỰNG
GIÁO TRÌNH
Đ IE « 0NG1NGHI!P|
I p I ề V
^ r T T t r i
I J*

1
rÉBPP
-"0-
T#Õ*-
BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG TRUNG HỌC XÂY DựNG CÔNG TRÌNH ĐÒ THỊ
BÙI HỒNG HUẾ
GIÁO TRÌNH
ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
(Tái bản)
4
SOM.1«
stOt»
^*1 £
'1
/ -
«V i * ; ị t
1 í
!
0 < j u
NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG
HÀ NỘI -2012
LỜI NÓI ĐẨU

Trường Trung học Xây dưng công trình dô thị trong những năm (¡11(1 d(7 có nhiên cô' gắng
trong việc xuy dựng cơ sở vật chất, cải tiến mục tiên, nội dung chương trình dế dào tạo ra
những dội ngũ cán hộ kỹ thuật có kiến thức và tuy nghé vững vùng tham gia vào còng cuộc
"Công nghiệp ÌIOÚ, hiện dại hoớ" đất nước. Lù dơn vị ỉlutờng xuyên tổ chức các cuộc hội
thảo vê khoa học kĩ thuật, cúc cuộc hồi dưỡng, thi tuyên học sinh giói nghe và tuyên chọn
lao dộng đi lùm việc à nước ngoài nên chúng tỏi có dịp tiếp xúc với các cóng nghệ tiên tiến
cua các nước trong khu VIte và trên thê giới, dặc hiệt là ngành nước và diện. Dó cũng là lý
do mù Bộ Xây dựng dã í/uan tâm, chỉ dạo chu trường hicu soạn hộ giáo trình Dien câng
nghiệp - một trong những hộ tài liệu phục vụ tót cho các trường day nghé, trung học và cao
dắng vê các lĩnh vực này.
Cuốn sách dề cập đến nhiêu thiết bị diện mói hiện dang ứng dụng rộng rãi trong cóng
nghiệp. Với mỗi thiết bị déu được giới thiệu một (‘ách chi tiết vê cáu tạo, nguyên /ý hoạt dộng
kèm theo các thông sô kĩ thuật dê hạn dọc có thế tính toán, lựa chọn hoặc tra cứu. Bên cạnh
đó túc giả cũng trình bày một số kĩ thuật cơ bản sửa chữa, gia công lắp dật diện công nghiệp
tiên tiến mà các kì thi tuyên chọn tài nâng tre trong nước vù quốc té dã (lé cập tói.
Bằng sự trình bày ngắn gọn, rõ rùng cùng với nhiêu hình ảnh và hài tập ví du minh hoạ,
túc giả hy vọng sẽ giúp hạn dọc tiếp cận kiến thức vé lĩnh vực diện câng nghiệp một cách
khoa học vù dạt hiệu quả cao nhất. Cuốn sách cố thê dùng leim tài liệu tham khao cho các
dối tượng là công nhân, kĩ thuật viên bậc trung học, cao dắng diện hoặc không chuyên diện
nhưng có nhu cẩu tìm hiểu những vấn dề vé diện công nghiệp ứng dung trong nghê nghiệp
của mình.
Tuy dây /à một hộ giáo trình về diện công nghiệp nhưng tác gid dã dưa một sô ứng dụng
của kĩ thuật diện tử - tin học trong công nghiệp dế giúp hạn dọc những hước di tiêị) theo
trong việc nghiên cứu về lĩnh vực tự dộng hoá sau này.
Do bộ tài liệu đề cập đến nhiều vấn đế mới, viết cho nhiều dối tượng ó các trinh dộ khác
nhau nên không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các hạn dọc gần xa, các chuyên gia
kĩ thuật dầu ngành tham gia dóng góp ỷ kiến đê lần túi ban sau được hoàn thiện hơn.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Vụ Tố chức lao dộng - Bộ Xây dưng, các thây, cô giáo
ở trường Cao dẳng Xây dựng số ỉ, trường Cao đắng Xây dựng sô' II, trường Cao dắng Xúy
dựng số UI, trường Trung học Xây dựng số IV, trường Trung học Cóng nghiệp III đã có sự

quan tủm đóng góp ý kiên chân thành trước khi bộ tài liệu được hoàn thiện và phút hành.
Hiệu trưởng
Nguyễn Bá Thắng
3
Chương 1
LINH KIỆN ĐIÊN TỬ TRONG CÔNG NGHIỆP
Để phục vại cho việc nghiên cứu sâu hơn vổ lĩnh vực điện cồng nghiệp và tun hiểu một
số ứng dụng của kĩ thuật điện tử vào lĩnh vục mày, tiong chương này tác giả chỉ giới thiệu
một số linh kiện và thiết bị điệu tú ung dụng rộng rãi trong công nghiệp. Do khuôn khổ
của cuốn sách có hạn ncn mỗi linh kiện chí giới thiệu SO' lược cấu tạo, nguyên lý làm việc
cơ bản và một số ứng dụng của chúng mà không di sâu vào nghiên cứu han chất các hiện
lượng vật lý hay chứng minh các công thức. Thiết nghĩ, những vấn de cốt lõi nhu' vậv cĩíng
đủ đổ giúp bạn đọc vân dụng dế tìm hiểu vé những thiết bị diều khiến tụ' dộng ỏ' các chương
tiếp theo Những vấn đề cụ thế hơn tác giá sẽ trình bày trong mọt tài liệu khác.
1.1. ĐIỐT(DIODE)
1.1.1. Sơ lược cấu tạo và ngu ven lv làm việc cứa di ốt
Đi ốt gồm 2 lóp hán dân p, N ghép lại với nhau, dưa ra 2 cưc tương ứng là a nốt (A) và
ca tốt (K) và thường dược kí hiệu nhu' hình 1-la.
Tính chất cơ bản cứa di ốt là chí dẫn diện mọt chiéu theo chiều từ a nốt dến ca tốt khi
điện áp UAK đạt đến chôn áp ngưỡng (Ưn„,nlJ . Khi điện áp UAK <0 hau nhu' di ốt bị khơá,
còn khi điện áp U u - t iauợc thì đi ốt sẽ bị tỉánh thủng. Hình 1-lb minh hoa dậc lính V-A
của đi ốt.
A
N
K A K
Hình 1-la
1.1.2. Phàn loại đi ốt
Theo vật liêu chê tạo:
Đi ốt si-ìíc. Loại này có điện trở thuận Rlh < 1500Q, diện trơ ngược Rng>3MQ. Khi làm
việc điện áp thuận u = 0,6 v-0.7 V.

5
Đi ốt Gec-ma-iu. Loại này có điện trở thuận Rth<500Q , điện trỏ' ngược Rng>lQ0KQ. Khi
làm việc điện áp thuận L llgƯõln„=0,2 -r0,3 V.
Theo công dụng người ta chia ra:
Đi ốt nắn điện được dùng nhiều trong các mạch chỉnh lưu điện xoay chiều thành
một chiều.
Đi ốt Zê ne: Làm việc ở chế độ phân cực ngược, đặc
trưng của đi ốt Zê ne là điện áp nguõng (Ungưõ11g). Khi
điện áp phân cực ngược đặt vào đi ốt lớn hơn trị số này
đi ốt sẽ bị đánh thủng.
Sơ dồ ổn áp một chiều đơn giản hình 1-2 sẽ cho ta
một điện áp ra ƯDZ = UngưSng tương đối ổn định khi điện
áp nguồn lớn hơn điện áp ngưỡng. Thông thường ta
nên chọn:
UDZ <Unguồn< 2.Udz
Đi ốt phát quang (LED - Light Emitting Diode).
Phô to đi ốt: Điện trở thuận của đi ốt này phụ thuộc và cường độ ánh sáng chiếu vào nó.
1.1.3. Một sô ứng dụng của đi ốt
1. Mạch chỉnh lưu một pha nữa chu kỳ
D
Hình 1-3 a
Điện áp ngược đặt lên đi ốt Ung= 3,14 U0.
Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì:
U0 =0,45 u 2
Khi có tụ lọc và hở mạch tải thì U0= V2 U2.
Khi có tải điện áp này phụ thuộc vào điện trử
tải. Trong đó:
Ưng: Điện áp ngược đặt lên đi ốt;
U2
I \ I \ 1

0
1 \ / 1
Uo ,
lo
H
A
0
'
Uo ■
lo
> ìũưòn” phóim nnp cút
0
Hình l-3b
6
U0: Điện áp ra chỉnh lưu;
U2: Điện áp xoay chiều thứ cấp biến áp nguồn cho chính lưu.
Do đi ốt bán dẫn có dặc tính dẫn điện một chiều, từ a nốt đến ca tốt, nên khi đặt lên di ốt
một điện áp xoay chiều, đi ốt sẽ chỉ dẫn điện khi xuất hiện bán chu kỳ dưoTig của điện áp
này (A nốt có điện thế dương so với ca tốt). Ớ bán chu kỳ âm, dòng điện đi qua đi ốt rất
nhỏ, có thể coi như bằng 0. Do vậy dòng điện xoay chieu sau khi đã đi qua di ốt sẽ thành
dòng điện một chiều. Chiều dòng điện qua phụ lải phụ thuộc vào chiều mắc của đi ÚI, Dòng
điện sau khi chỉnh lưu lý tưởng là những nửa hình sin. Muốn cho dòng diện này trỏ' nên
bằng phẳng, người ta phải dùng các mạch lọc gồm tụ điện - cuộn dây, tu điện-điện trở hoặc
đon giản chỉ dùng tụ điện như hình l-3a. Hình l-3b minh hoạ dạng sóng điện áp vào và ra
sau khi chỉnh lưu.
2. Mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ dùng hai điốt
Mạch này đòi hỏi cuộn thứ cấp phải tạo ra 2 cấp điện áp đối xứng H i So'đồ nguyên lý
như hình 1 -4a. Nguyên lý hoạt động như sau:
Ở bán kì đầu A dương hơn B (A dương hon o o dương hơn B), đi ốt D, dãn, đi ốt D2
khoá. Bán ki sau D| khoá, D2 dãn. Hình l-4b minh hoạ dạng sóng điện áp vào và điện áp ra

sau chỉnh lưu.
2
Ư1
Điện áp ngược đặt lên đi ốt:
Ung= l,5 7 U 0
Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì:
Ư0 =0,45 ư 2
Khi có tụ lọc c và hở mạch tải thì:
o
Đưpng phóng nạp
Khi có tải điện áp này phu thuộc vào điện trở tải.
Hình l-4b
1
Trong đó:
u : Điện áp ngược đặt lên đi ốt;
U0: Điện áp ra chỉnh lưu;
U2 : Điện áp xoay chiều thứ cấp biến áp nguồn cho chỉnh lưu.
3. Mạch chỉnh lull cầu một pha
Xem sơđồ nguyên lý như hình l-5a. Nguyên lý hoạt động như sau:
Ở bán kì đâu A dương hon B. đi ốt D2, IX dẫn, đi ốt D, và D4 khoá. Bán kì sau đi ốt D„
Dj khoá, đi ốt D, và D4 dẫn. Hình l-4b minh hoạ dạng sóng điện áp vào và điện áp ra sau
chỉnh lun.
A +
Hình 1-5 a
Điện áp ngược đặt lên đi ốt:
u„,= l,57 u 0
Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì:
u 0=0,9 u 2
Khi có tụ lọc c và hở mạch tải thì;
U0= V 2 U 2

Khi có tải điện áp này phụ thuộc vào điện
trở tải.
Trong đó:
Ung: Điện áp ngược đặt lên đi ốt;
Uu : Điện áp ra chỉnh lưu;
U, : Điện áp xoay chiều thứ cấp biến áp
nguồn cho chính lưu.
8
1.2. TRANSISTOR LUỠNG cục
1.2.1. Khái niệm
Transistor lưỡng cực gồm có ba lớp bán dẫn loại p, N ghép lại với nhau và được nối ra
ba cực c, B, E. Nếu lóp bán dẫn N nằm giữa thì ta có Transistor thuộc loại đèn thuận PNP,
Ngược lại, nếu lóp bán dẫn p nằm giữa thì ta có Transistor thuộc loại đèn ngược NPN. Cấu
tạo và kí hiệu như hình l-6a,b; hình dáng trên hình 1-7.
Hình 1-7
1.2.2. Nguyên lý làm việc
Để nghiên cứu nguyên lý hoạt đông của Transistor ta xét từng trường hợp cụ thể sau:
1. Transistor ngược NPN
Thí nghiệm
- Nối mạch như hình 1-8, mạch được cung cấp bởi nguồn một chiều E. Chân B của
transistor NPN nối xuống cực âm nguồn, khi đó không có dòng điện chạy qua tiếp giáp BE
của transistor NPN.
9
- Đo điện áp ra ở chân c của transistor (kí hiệu là Uc), ta thấy điện áp Uc = E. Như vậy
liếp giáp CE đang ở trạng thái hở mạch.
- Hở mạch chân B ta cũng có kết quả tương tự.
+E
lc=0
+E
1

Rt
c
Uc
/
E
L *
+
0
- Chuyển cực biến trở VR lên dương nguồn (hình 1-9) khi đó sẽ có dòng điện chạy qua
tiếp giáp BE do tiếp giáp BE được phân cực thuận (tiếp giáp BE chính là một đi ốt). Dòng
( E - LI - ^
điên này đươc goi là dòng cưc gốc Ig . Giảm biến trở dể tăng dòng IB I B = —— . Khi
V V R ' J
đó ta thấy điện áp Uc giảm dần. Tới một vị trí xác định của biến trở thì điện áp Uc « ov .
Tức là là tiếp giáp CE đã trở thành một dây dẫn. Ta nói transistor NPN đã thông bão hoà.
Giá trị dòng Igkhi đó được gọi là dòng bão hoà Ibh.
- Tiếp tục tăng Ig ta vẫn nhận được kết quả Uc « ov
- Thay đổi điện trở tải hoặc thay đổi thông số của transistor ta nhận được các giá trị Ibh
khác nhau.
- Điện áp đo được tại chân B (khi có dòng IB) tương đối ổn định. Cụ thể:
UB w 0,6 -rO,7V đối với transistor silic
UB » 0,2 -r0,3V đối với transistor géc-ma-ni
Hình 1-9
10
2. Transistor thuận PNP
- Nối mạch như hình 1-10, cung cấp chơ mạch bởi nguồn một chiều li. Chùn B của
transistor NPN nối lên dương nguồn, khi dó không có dòng điện chạy qua liếp giáp EB cứa
transistor PNP.
- Đo điện áp ra ở chân c của transistor (kí hiệu là Uc), ta thấy diện áp IJC = ov . Như vậy
tiếp giáp EC đang ở trạng thái hở mạch.

- Hở mạch chân B ta cũng có kết quả tương tự.
Hình 1-10
- Chuyển cực biến trở VR xuống âm nguồn (hình 1-11) khi đó sẽ có dòng điện chạy qua
tiếp giáp EB do tiếp giáp EB dược phân cực thuận. Giảm biến trở dể tăng dòng Ifj . Khi đó
ta thấy điện áp Uc tăng dần. Tới một vị trí xác định của biến trở thì điện áp Uc = +E. Tức là
là tiếp giáp EC đã trở thành một dây dẫn. Ta nói transistor PNP dã thông bão hoà.
Hình 1-11
Kết luận:
- Khi không có dòng điện IB = 0 thì transistor bị khoá (tiếp giáp CE hở mạch), ở trạng
thái này dòng cực góp Ic = 0
- Khi có dòng điện IB chạy qua tiếp giáp BE (đối với NPN) hoặc EB (đối với PNP) thì
tiếp giáp EC bắt đầu dẫn điện . Khi đó tiếp giáp EC coi như là một điện trỏ.
- Khi dòng điện IB đạt đến giá trị bão hoà Ibh thì transistor trở nên thông bão hoà, lúc đó
dòng cực góp đạt đến giá trị cực đại.
_ _ E _
~ R,
E
- Nhò' việc thay đổi dòng điện Ig (rất nhỏ chỉ cỡ mA) mà ta thay đổi được điện áp ra u c .
Vì vậy người ta dùng transistor đê khuyếch đại các tín hiệu.
- Khi các transistor chỉ hoạt động ở một trong 2 trạng thái: Hoặc là thông bão hoà hoặc
là khoá hoàn toàn thì nó có chức năng như một công tắc điện trong mạch điện một chiều và
chế dộ này dược gọi là chế độ khoú điện tử - được dùng khá nhiều trong kĩ thuật số và trong
công nghiệp.
- Dòng diện bão hoà lbh phụ thuộc vào hệ số khuyếch dại và điện trở Rt của transistor.
Ngưưi ta đã chứng minh được rằng đổ transistor thông bão hoà phải thoả mãn điều kiện:
RB< ß .R t
Trong đó: RB: Điện trở cực gốc;
ß: Hộ số khuyếch đại;
Rp Điện trở cực góp (còn gọi là trở gánh hay trở tải).
1.2.3. Một sô thông sô kĩ thuật cơ bản và những chú ý khi sử dụng transistor

a) Dòng điện cụi góp cho phép ỉCmaxCI,
Đây là trị số lớn nhất của dòng điện qua tiếp giáp CE của transistor mà nó thể làm việc được
trong thời gian lâu dài trước khi bị hỏng . Thông thường thì Ic ax từ vài chục mi-li-am pe đến
vài chục am pe. Điêu kiện cần để transistor có thể làm việc mà không bị quá tải là:
ẪCma>
_E_
R Ĩ
<' Evn
CmaxCP
h) Điện úp UclLnii,
Đáy lằ điện áp lớn nhất cho phép đặt vào tiếp giáp CE của transistor mà tiansistor không
bị đánh thủng, nếu vượt quá trị số này thì transistor sẽ bị phá hỏng. Khi tra bảng thì trị số
này đôi khi được ghi là UCBo vì UCBo « UCEmax đối với transistor lưỡng cực, còn đối với
transistor trường (FET) thì đó là UDSma Tnông thường giá trị này từ vài chục vôn đến vài
nghìn vón. Khi transistor bị khoá thì tiếp giáp CE sẽ phải chịu một điện áp UCELV nhất định.
12
Nếu tải là điện trở thì UCEK =u„guỏ„.
Nếu tải là cuộn cảm thì UCEK lớn hơn nhiều so với điện áp nguồn (Ullfluoll) do khi nỏ
chuyển từ trạng thái dãn sang khoá có thêm sức điện động cảm ứng của cuộn dây. Đổ giam
điện áp này người ta có thể dùng đi ốt mắc song song với cuộn cam, ngược chiểu với diện
áp nguồn hoặc mắc tụ dập xung và tiếp giáp CE. Điều kiện cẩn dể transistor có thô làm viộc
mà không bị đánh thủng là:
U c’EK UcEmax
c) Hê số khuyếch đai dòng điên p = —- thường bằng từ vài chuc đến vài trăm lẩn.
1.2.4. Một số ứng dụng của transistơr
a) On áp một chiểu đơn giản dùng transistoi'
Hình l-12a chỉ cho một mức điện áp ra.
Hình l-12b có thể chỉnh được nhiều mức điện áp ra bằng biến trở VR.
T
Hình l-12b

Xét sơ đồ hình l-12a ta có điện áp ra U2= Ug - UBE = UD/ - 0,6V. VI điện áp trên đi ốt ổn
áp zê-ne UD luôn ổn định nên ta có điện áp ra U2 luôn ổn định.
Xét sơ đồ hình 1-12b vì UD? luôn ổn định nên ứng với mỗi vị trí của chiết áp ta sẽ có một
điện áp Ug ổn định nên điện áp ra cũng ổn định.
Trong quá trình làm việc transistor sẽ phải gánh một điện áp là Ư, - U2, tương đương nó
đã tiêu tán một công suất p = I0(U, - U2). Khi Ư, càng lớn thì p càng lớn và nhiệt độ trên
transistor tăng cao và nó có thể hư hỏng. Để mạch hoạt động tốt ta lên chọn U2 < Uị < 2.U2
h) Mạch dao động da hài
Mạch dao động đa hài được dùng rất rộng rãi trong các thiết bị điện công nghiệp cũng như
dân dụng. Nó là phần tử cơ bản để tạo ra tín hiệu nhịp (trong các mạch đèn quảng cáo ), tín
hiệu âm thanh (trong các mạch cảnh báo ). Các linh kiện trong mạch gồm:
13
- Transistor loại NPN T| và T2;
- Tụ điện c, , Cn .
- Điện trở gánh RC1 , RC2. Trở định thiên RB1 , R B2.
Nguyên lỷ hoạt động
Mạch dao động đa hài là một mạch dao động tự kích điển hình dùng hai transistor mắc
theo sơ đồ E chung (1-13).
Ec
Khi đóng điện cho mạch, các tụ Cj và C2 được nạp điện. Giả sử C2 nạp nhanh hơn C ị.
Nhờ dòng nạp của C2, T, dẫn, chân colector của T, ở mức thấp, làm tụ c , phóng điện. Cực
dương của c, nối đất, cực âm của c nối vào cực BT2 tạo ra điên áp âm trên tiếp c i áp BEp.
T2sẽ bị khoá.
Khi c 2 nạp đầy dòng nạp bằng 0, tương ứng dòng IB, của T, bằng 0, T, khoá. Điện áp
trên chân c của T, ở mức cao, tụ Cj lại được nạp điện làm T2 dẫn và C7 phóng điện làm T,
bị khóa.
Quá trình đó cứ tiếp diễn làm cho T| và T, thay nhau thông tắt, tạo nên 2 chuỗi xung
vuông ngược pha ử hai chân c của T, và T2. Tần sô dao động của mạch phụ thuộc chủ yếu
các giá trị RB1, Rb2, c, , C2 . Khi ta thay đổi các giá trị này thì tần số dao động của mạch sẽ
thay đổi.

1.3. THYRISTOR
1.3.1. Khái niệm
Thyristor được viết tắt là SCR (Silicon Controlled Rectifier) bộ nắn điện dược điều khiển
làm băng chất silicium.
14
SCR gồm có bốn lớp bán dẫn khác loại P, N nhép với nhau và được nối ra ba cực A, K,
G (A: anốt, K: Catốt, G: Gate). Xem nguyên lý cấu tạo hình l-14a, kí hiệu trèn hình l-14b
và hình dáng của một số Thyristor trên hình 1-15.
Hình 1-15
1.3.2. Nguyên lý hoạt động
Về mặt cấu tạo ta có thể xem SCR như hai Transistor PNP và Transistor NPN ghép lại
với nhau như hình l-16a, b.
Khi cực G chưa có xung dương kích thích (UCK < OV) sẽ không có dòng điện chạy qua
tiếp giáp E^Eị (IBI = 0) của Transistor T, nên Tị khoá. Tức ÍCI - 0 => IB2= o, T, cũng bị khóa
==> IC2= 0 tức IA=0. Như vậy trường hợp này SCR không dẫn điện khi đó UAK= Unguón.
Nếu ta tăng điện áp UAK đủ lớn sẽ có dòng điện chạy qua tiếp giáp B,E, của Transistor
Tị nên Tị dẫn. Tức IC| > 0 => IB2> 0, làm cho T2 dẫn khi đó:
T u cc - UAK
A R,
Vì khi SCR thông thì UAK = 0 nên IA » i A
^ t
15
Khi SCR đã dẫn điện, nếu ta giảm điện áp UAK xuống thì T| vẫn dẫn do T2 đang dẫn
(IBI = IC2>Ib2= Ici) tức là ta không cần xung kích thích nữa.
Bây giờ ta phân cực ngược cho SCR, tức là nối cực A vào cực âm và cực K vào cực
dương của nguồn điện, trường hợp này tương tự như phân cực ngược cho đi ốt. SCR sẽ
không dẫn điện mà chỉ có dòng điện rò rất nhỏ đi qua. Tuy nhiên khi điện áp ngược quá lớn
thì SCR sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược khá lớn.
Kết luận:
Khi kích thích w)o SCR một xung dương có diện áp ỉớn hơn điện úp ngưỡng thì SCR sẽ

thông ị giống như một đi ốt thông thường). M ột khi SCR đã thông thì không cần xung kích
thích nữa. Tuy nhiên, khi SCR dang thông nêu ngắt nguồn cấp cho SCR hoặc phân cực
ngược (ỈA - tì) thì khi có điện trở lại SCR sẽ không thông được nữa. Muốn thông trở lại cần
phải có xung kích thích.
1.3.3. Một vài thông sô cơ bản của SCR
1. Dòng điện thuận cực đại
Đây là trị số lớn nhất của dòng điện qua SCR theo chiều thuận mà SCR có thổ làm việc
được trong thời gian lâu dài trước khi bị hỏng IAKmax. Thông thường thì IAKmax =1A - 1000A.
Để SCR làm việc tốt thì dòng điện qua tải 1A=-^— < I XK
R ^
Trong đó: Vcc là điện áp nguồn;
0,7V là điện áp UAKkhi SCR thông;
Rt là điện trở tải.
16
2. Điện áp ngược cục đại
Đây là điện áp ngược lớn nhất cho phép dặt vào A va K mà SCR chua bị đánh thung, neu
vượt quá trị số này SCR sẽ bị phá hóng, diện áp ngưực cực dại của SCR thường khoáng tù
vài trăm vòn đến vài ki-lô-vôn.
3. Dòng điện kích thích tói thiểu hoặc điện áp ngưỡng
Để SCR có thể dẫn điện thì phai có dòng diện dủ 1Ỏ11 (lGmni) kích thích cho cực G cita SCR.
Dòng điện IGm„, là trị số dòng kích nhó nhất dit de dieu khiến SCR dẫn diện và dòng lG„„n có
trị số lớn hay nhỏ tuỳ thuộc công suất và chung loại cúa SCR. nếu SCR có còng suất càng kill
thì IGmm phải càng lớn. Thông thường IGmintừ 1 mili-ampe den vài chục mili-ampo.
4. Dòng rò
Đây là trị số dòng ngược khi SCR ò' trạng thái khoa, giá tri này cũng rất nho chí cỡ vài niA.
5. Thòi gian mởSCR
Chính là độ rộng của xung kích de SCR có the chuyến tù' trạm: thái khoá sang trạng thái
dẫn. Thời gian mở thường rất nhỏ cữ vài micro giây.
6. Thời gian tất
Titeo nguyên lý SCR SC tụ duy trì trạng thái dẫn diện sau khi duơc kích. Muốn SCR dang

ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái khoá thì pliai cho I( =0 và cho diện áp UAK < 0. Đế
SCR có thể tắt được thì cẩn phải đặt UAK <0V trong một thời gian t tối thiếu nào dó. Thời
gian đó gọi là thời gian tắt. Thời gian tắt của SCR khoáng vài chực micro giây
1.3.4. Một vài ứng dụng cua SCR
Khi sử dụng SCR ta cần chú ý một vài điếm sau:
- Quá trình chuyển từ trạng thái mở sang khoá khỏng xãy ra tức thời. Nếu khi Thyristor
chua khoá hẳn mà đã xác lập đổ UA.K dương, sẽ làm chập mạch nguồn và hóng Thyristor.
- Khi đặt vào Thyristor diện thế xoay chiều, Thyristor chỉ làm việc với bán kỳ dương mà
không làm việc với bán kỳ âm của điện thế nuôi. Ớ bán kỳ âm. Thyristor tự động chuyên vé
chế độ khoá do sự đảo cực cùa nguồn điện xoay chiều. Sau đây là một vài ứng dụng cúa SCR.
a) Chỉnh lưu một pha có điên khiển
Tương tự như đi ốt, SCR có thê’ dùng dể chính lưu. Nhưng khác vó'i di ót là chính lưu
dùng SCR có thể điểu khiển được điện áp ra theo yêu cầu. Sơ dổ nguyên lý nhu hình 1-Ỉ7a.
Nguyên lý điều khiển như sau:
Dùng một xưng có biên độ đủ lớn và tần số xung bằng với tần số của diện áp xoay chiều
chỉnh lưu đặt vào cực G. Khi đó SCR sẽ chỉ dẫn điện ở bán kì dương và bắt dầu tại thời
điểm sườn lên của xung kích thích. Dạng sóng diện áp IT, U(lk, u„ dược minh hoạ trên
hình 1-17b.
17
Nhận xét:
Nhìn vào hình l-17b ta nhận thấy:
Nếu góc 9 = 0 tức là xung kích thích trùng pha với điện áp xoay chiều thì điện áp ra sau
chính lưu giống như chỉnh lưu bán kì dùng đi ốt.
Hình 1-17a Hình l-17b
- Nếu góc 9 càng lớn (trong khoảng từ 0 đến ĩĩ) thì điện áp ra càng nhỏ (càng bị "xén
nhiều”).
- Nếu góc 9 nằm trong khoảng từ 71 đến cận 2ĩt) thì điện áp ra coi như bằng không.
Kết luận: Chỉ cần thay dối góc lệch pha (còn gọi lù góc mở) giữa xung kích thích và
điện áp xoay chiêu thì ta sẽ điêu khiến được điện áp ra.
h) Mạch điều khiển tốc độ động cơ

Sơ đồ nguyên lý hình 1-18 cho phép
ta điểu khiển tốc độ động cơ vạn năng
M bằng cách vặn chiết áp VR. Nguyên
lý hoạt động như sau:
Ban đầu khi SCR chưa dẫn, chưa có
dòng điện qua động cơ, điốt D nắn điện
tạo thành điện áp dương nạp vào tụ c
qua điện trở R, và biến trở VR. Khi điện
áp này đủ lớn đưa vào cực G (qua cầu
phần áp R2 , R3) kích thích cho SCR
thông trong bán kì dương.
Hình 1-18
18
SCR sẽ tự tắt ở bán kì âm (như dã phân tích trong phần nguyên lý hoat dộng của SCR).
Quá trình hoạt động của SCR lại lặp lại ữ chu kì dưưng tiếp theo.
Khi vặn chiết áp VR sẽ làm thay đổi hằng số phóng nap I = (R,+VR).C. Tức là làm
chậm pha của xung kích thích. Từ đó sẽ làm thay dối dòng diện qua dộng cư tương ứng với
việc thay đổi tốc độ động cơ.
1.4. TRIAC VÀ DIAC
Khác với linh kiện điện một chiều nhu Transistor hay Thyristor mà ta dã nghiên cứu ờ
phần trên, Triac và Diac là loại linh kiện diện xoay chiều. Chúng dược dùng chủ yếu đê
điều khiển công suất của thiết bị diện xoay chiều.
1.4.1. Triac
1. Khái niệm
Triac được viết tắt bởi từ "Triode Alternative Current semiconductor switch" (cóng tác
bán dẫn dòng xoay chiều ba cực).
Về mặt cấu tạo thì Triac gồm các lớp bán dẫn p, N ghép với nhau như hình 1-19a và dược
nối ra ba cực là T ,, T2 và cực cứa G. Nếu ta tưởng tượng tách Triae thành 2 phần thì ta có mỏi
Triac tương đương với 2 Thyristor mắc song song ngược chiều nhau. Xem hình 1-1%.
/

Hình 1-19 a
Hình 1-19 lì
Trên sơ đồ Triac được kí hiệu như
hình 1-20 và thường có hình dáng
tương tự transistor vó'i các mã hiệu
như BTD BTR, BTV, BTU
• _
T2
Hình 1-20
19
Như trên đã nói, Triac được xem như hai SCR ghcp song song và ngược chiều nên ứng
với mỗi trạng thái phàn cực thì nguyên lý hoạt động của Triac tương tự Thyristor. Cụ thể:
- Khi cực T, có điện thế dương hơn cực T,, nếu cực G được kích thích xung dương thì
Tnac dẫn diện theo chicu từT , qua T, (hình 1-2la).
- Khi cực T, có diện thế âm hon cực T,,nếu cực G được kích thích xung âm thì Triac dẫn
điện theo chiều từ T, qua T: (hình l-21b).
D D
2. Nguyên lý làm việc của Triac
Trong mạch điện xoay chiểu thì xuim kích thích Triac được lấy ngay tại nguồn xoay
chiều. Vì vậy ứng với từng bán kl của điện xoay chiều ta sẽ có cực tính xung (âm hay
dương) tương ứng.
1.4.2. Diac
Diac dược viết tắt bới từ "Diode Alternative Current Semieonductor switch" (công tắc
bán dẫn dòng xoay chiều hai cực).
Về mặt cấu tạo thì Diac gỏm ba lóp bán dẫn p, N ghép với nhau nhir hình 1.22a và được
nối ra 2 cực là Tị, To đối xứng nên không cần phân biệt 2 cực nà''. Xem cấu tao và kí hiệu
trên hình 1.22b.
♦ T2
N
p

N
1 Ti
Hình l-22a
20
Xét mạch thí nghiệm hình l.22b nguồn xoay chiêu có thc chinh vô cấp. Ban đầu khi
điện áp xoay chiều thấp ta thấy am pe mét xoay chiều chí giá trị rất nhỏ, diện áp trên diac
bằng điện áp nguồn, coi như diac không dẫn.
Tiếp tục tăng điện áp nguồn tới một giá trị nào đó, giá trị dòng diện Iren am pc mct tăng
cao sau đó đạt giá trị cực đại.
I .
max R,
Khi đó điện áp trên Diac giảm dần và trở thành một dây dẫn dòng xoay chiều. Như vậy
về mặt nguyên lý làm việc của diac có thể coi như tương đương với một cặp diốt ổn áp
Zêne mắc nối tiếp ngược chiều nhau như hình 1.23.
Khi biên độ điện áp xoay chiồu nhỏ hơn điện áp
ngưỡng của Zêne thì cả 2 đi ốt này đều khóa.
Khi bicn độ điện áp xoay chiều lớn hơn diện áp ngưữnu
của Zêne thì cả 2 đi ốt này sẽ thay nhau dẫn trong từng
bán kì âm dương của nguồn diện xoay chiều (ở mỗi bán kì
thì đi ốt này phân cực thuận còn đi ốt kia phân cực ngược).
Nguyên lý lùm việc
1.4.3. Một vài ứng dụng của Triac và Diac
Trong mạch xoay chiều khi Triac đã làm việc thì điện áp trên hai cực T,, T, rất nhó ncn
nó được coi như một công tắc diện xoay chiều thông thường, chỉ có diều nó là còng tắc bán
dẫn nên việc đóng cắt không phát sinh ra hồ quang hay gây tiếng ồn cơ khí như công tắc cơ
khí thông thường. Sau đây là một vài ứng dụng của Triac.
u) Điều khiển điện ÚỊ) xoay chiều
Sơ đồ nguyên lý như hình 1 -24a. Nguyên lý điều khiến như sau:
Sử dụng một xung có biên độ đủ lớn và tần số xung bằng với tần số của điện áp nguồn
xoay chiều kích thích vào cực G. Khi đó, ở bán kì dương vào thời điểm kích thích xung

dương Triac sẽ dẫn điện theo chiều từ Tt đến T,. Ngược lại ở bán kì âm vào thời điểm kích
thích xung âm Triac sẽ dẫn điện theo chiều từ Tị đến T2. Dạng sóng điện áp IX, Ulik, U0
được minh hoạ trên hình l-24b.
Chú ỷ: Dạng điện áp ra Ư0 trên hình
l-24b chỉ đúng khi tải là điện trở, còn khi
tải là cuộn dây thì dạng sóng U0 sỗ bị "méo
mó" không giống nhu hình l-24b nữa.
Hình 1-24(1
21
b) Điêu khiển công suất í ủa phụ tải xoay chiều
Để điều khiển công suất của
phụ tải mà không tiêu hao
năng lượng điện, hiện nay
người ta dùng khá phổ biến bộ
thiết bị bán dẫn để điều khiển
độ sáng của đèn hoặc tốc độ
quạt trần. Sơ đồ nguyên lý
hình 1-25.
Nguyên lý hoạt động của
mạch này tuơng tự như đã phân
tích ở phần trên.
ơ đây mạch tạo xung kích
thích gồm c, và [R2 nt
(VR//R,)]. Diac làm nhiệm vụ
dẫn xung kích thích vào cực G
và khống chế điện áp đặt vào cực G (tính chất của Diac đã trình bày ở trên). Mạch tạo xung
lấy nguồn từ điện lưới nên tần số của xung kích thích bằng tần số điện nguồn. Điều chỉnh
chiêt áp VR sẽ làm thay đổi bộ điện trở [R2 nt (VR//R,)]. Từ đó làm thay đổi hằng số
phóng nạp c,. [R2 nt (VR//R,)] tức là thay đổi góc mở cp để thay đổi điện áp đặt vào đèn.
22

c) Bảo vệ điện úp cao cho thiết hí điện tử
Trong mạch này diac được mắc song song VỚI
nguồn xoay chiều, phía sau cầu chì. Trị số của Diac
được lựa chọn sao cho ở điện áp nguồn lớn hơn điện áp
định mức khoảng dưới 30% thì Diac chưa bị đánh
thủng. Khi điện áp nguồn lớn hơn 30% điện áp định
mức Diac sẽ bị đánh thủng làm cho cầu chì F bị đứt
bảo vệ an toàn cho phụ tải. Sơ đồ nguyên lý hình 1-26.
(Ị) Tự động chiếu sáng đèn khi trời tối, không tiếp điểm
F
Phụ tải
Hình 1-26
Hình 1-27 là sơ đồ tự động chiếu sáng khi trời tối
dùng Triac, Diac và quang trở LDR (LDR có tính chất: điện trở của nó giảm khi cường độ
ánh sáng chiếu vào nó càng lớn). Nguyên lý hoạt dộng cúa mạch như sau:
Khi trời sáng, điện trở của LDR giảm,
điện áp trên tụ điện c thấp hơn điện áp
ngưỡng của Diac, Diac không dẫn điện và
Triac không có dòng kích thích nên nó ỡ
trạng thái khoá, đèn D tắt.
Khi trời tối, điện trở của LDR tăng, điện
áp trên tụ điện c lớn hơn điện áp ngưỡng
của Diac, Diac dẫn điện đưa xung kích
thích vào Triac làm cho Triac dãn, đèn D tư
động sáng.
D
1.5. LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ
Đây là những linh kiện có tính chất biến đổi quang năng thành điện năng hoặc ngược lại
biến đổi điện năng thành quang năng.
Nhóm các linh kiện biến đổi điện năng thành quang năng (nói đơn giản là cho dòng điện

chạy qua thì nó phát sáng) như đi ốt phát quang (Light Emitting Diode viêt tăt là LtiEb,
hiển thị tinh thể lóng (Liquid Crystal Display viết tắt là LCD)
Nhóm các linh kiện biến đổi quang năng thành điện nang (cho ánh sáng chiêu vào thì
dòng điện chạy qua nó thay đổi) như phôto đi ốt, quang trở, transistor quang Sau đây
chúng ta chỉ nghiên cứu một số linh kiện quang điện thông dụng.
1.5.1. Điốt phát quang
Điốt phát quang LED thường được chế tạo từ các chất Ga, As, R Đặc tính cơ bản giống
đi ốt thông thường tức là cũng chỉ dẫn điện một chiều theo chiều từ anốt đến catốt nhưng điên
A
áp ngưỡng (điện áp đo theo chiều thuận khi LED
phát sáng) lớn hơn so với đi ốt.
Thông thường điện áp này từ 1,6 4-5V. Cụ thể:
- Đối với LED màu đỏ điện áp ngưỡng Ungưỡng
= 1 ,6V -2V .
p
N
- Đối với LED màu cam UngưSng =2,2V 4- 3V. Hỉnh 1-28
- Đối với LED màu xanh lá cây Ungư8ng =2,8V 4- 3,2V.
- Đối với LED màu vàng UngưSng =2,4V 4- 3,2V.
- Đối với LED màu xanh da trời u ưỡng =3V 4- 5V.
- Đối với đi ốt phát tia hồng ngoại u ưSng =1,8V 4- 5V.
Đi ốt phát tia hồng ngoại thường có màu trắng, được dùng chủ yếu trong các bộ điều
khiển từ xa hoặc trong việc truyền tín hiệu ở các bộ ghép quang.
Đi ốt phát ra ánh sáng (LED) nhìn thấy chủ yếu
được dùng làm tín hiệu báo nguồn hoặc báo trạng
thái hoạt động của mạch, sơ đồ hình 1-29.
Điện trở R để hạn chế dòng qua LED. Thông
thường dòng định mức của LED chỉ từ 10 4- 20mA.
Điện trở R được chọn như sau:
ĩ

u -
R
LED ỷ
Hình 1-29
Một trong những ứng dụng khác rất quan trọng của đi ốt phát sáng là nó được chế tạo
dưới dạng LED bảy thanh. Loại LED này có thê hiển thị được chữ và số tuỳ theo trạng thái
tắt hay sáng của các LED thành phần.
Đê cho kết cấu của LED bảy thanh nhỏ gọn, tiện sử dụng người ta thường đấu chung các cực
anốt hoặc các catốt và được gọi là LED anôt chung (hình l-30a) hoặc catốt chung (hình l-30b).
a b c d e f g
-E
Hình l-30b
24
Vị trí của các LED được sắp xếp thành hình số "8" như hình 1-3la và các kí tự mà
LED có thể hiển thị được như hình 1 -31 b.
Hình l-3la
Hình l-31b
1.5.2. Quang trở (Photo Resistor)
Quang trở là một linh kiện quang điện có điện trở phụ thuộc vào cường độ ánh sáng
chiếu vào nó. Chính vì vậy nó còn một tên gọi khác nữa là LDR (Viết tắt của Light
Dependent Resistor). Nói chung điện trở của nó tỉ lộ nghịch với cường độ ánh sáng chiếu
vào nó. Ví dụ như khi bị che tối thì điện trở của nó rất lớn cỡ vài mc ga ôm còn khi được
chiếu sáng thì điện trở của nó giảm nhỏ chí còn vài chục ỏm.
Xét về mặt cấu tạo thì quang trở được chế tạo bằng cách tạo một lớp bán dẫn (thường là
một đường ngoằn ngoèo để giảm kích cỡ) trên nền cách điện sau đó nối ra hai dầu kim loại
rồi đặt vào trong một vỏ nhựa trong suốt để nhận ánh sáng từ bên ngoài.
Độ nhậy của quang trở phụ thuộc vào vật liệu chế tạo và tần số ánh sáng chiếu vào nó.
Thông thường nó được chế tạo từ chất Cadmium Sunfit (viết tắt là CdS, dọc là cat-mi sun-
phít) hay Cadmium Selenide (viết tắt là CdSe, đọc là cat-mi-sê-lê-nua). Xem hình dáng và
kí hiệu trên hình 1-32.

Để lấy tín hiệu điện áp trên quang trở ngưÒ! ta thường mắc quang trở với một điện trở
để tạo thành cầu phân áp. Có 2 cách lấy điện áp ra như sơ đồ hình l-33a và hình 1 -33b.
25
Io
Hỉnh l-33a
lo
U, „ u,
Trên hình l-33a ta có: U t = Iq.R =

-

R = —


R l d r + R R ldr , Ị
R
Trong sơ đồ này, khi cường độ sáng tăng lên thì Rldr giảm và theo công thức trên thì U2
sẽ tăng.
u, „ U,
Trên hình l-33btacó: U 2 = I 0.R ldr =

-

R ldr =

i

Trong sơ đồ này, khi cường độ sáng tăng
sẽ giảm.
Môt ứng dụng quan trọng của quang trở :

đèn khi trời tối. Xem sơ đồ hình 1-34.
Trong sơ đồ này, đơn giản chí dùng
một transistor. Khi trời sáng điện trở của
quang írở nhỏ, điện áp trên UB của T,
nhỏ, T| khoá, cuộn hút rơ le RL không có
điện, mở tiếp điểm, đèn tắt. Khi trời tối
điện trơ của quang trỏ lớn, điện áp trên
UB của T, tang lên, T, dẫn, cuộn hút rơ le
RL có điện, đong tiếp điểm, đèn sáng.
Để mạch hoạt động tin cậy hơn ta phải
dùng 2 transistor mắc như hình 1-34.
Mạch hoạt động như sau:
LDR 1 J
___
__
___
R ldr
lên thì Rldr giảm và theo công thức trên thì U 2
à dùng làm cảm biến trong mạch tự động sáng
+12 V
26