Thiết kế, thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất

Trang 1
Luận văn Tốt Nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ











LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài: THIẾT KẾ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN LÊ MINH THƯ
NGUYỄN THỊ HỒNG HUỆ
Giáo viên hướng dẫn : VŨ ĐỖ CƯỜNG


TP. HỒ CHÍ MINH – THÁNG 3/2000


Trang 2
Luận văn Tốt Nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU

Trong mạng lưới điện hiện nay, điện xoay chiều chiếm ưu thế và được sử dụng rộng
rãi trong mọi lónh vực. Tuy nhiên nguồn điện một chiều không mất đi thế đứng của nó. Với
sự ra đời và phát triển của dụng cụ bán dẫn công suất lớn, cùng với việc các mạch điều
khiển các linh kiện điện tử công suất ngày càng được cải tiến và hoàn thiện đã tạo nên sự
thay đổi lớn của kỹ thuật biến đổi điện năng.
Để cung cấp điện một chiều cho các thiết bò dùng nguồn điện một chiều mà nguồn
điện này không có sẵn, người ta hoàn chỉnh các bộ chỉnh lưu để đáp ứng áp và dòng điện
cho các thiết bò một cách thuận lợi, tối ưu nhất.
Chỉnh lưu dùng dụng cụ bán dẫn công suất có điều khiển đã ra đời nhằm thỏa mãn
nhu cầu ngày càng cao của các thiết bò dùng nguồn điện một chiều, với sự điều chỉnh điện
áp một cách có lợi nhất.
Tập luận án này đã thiết kế và thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất cụ thể là
chỉnh lưu bán điều khiển một và ba pha, với mục đích giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về các
vấn đề đã được học trong lý thuyết của môn học Điện Tử Công Suất.
Mặc dù thầy Vũ Đỗ Cường đã hướng dẫn tận tình, chu đáo nhưng do trình độ người
thực hiện luận án không cao, kiến thức kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên trong tập luận
án này chắc không tránh khỏi thiếu sót. Mong nhận sự đóng góp ý kiến q báu của Thầy

Cô và các bạn để tập luận án được hoàn thiện hơn, có thể áp dụng vào thực tế.

Thành phố Hồ Chí Minh ngày 20 tháng 2 năm 2000

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lê Minh Thư
Nguyễn Thò Hồng Huệ
Trang 3
Luận văn Tốt Nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Lê Minh Thư
Nguyễn Thò Hồng Huệ
Lớp : 95KĐĐ
Ngành : Điện Tử
1. Tên đề tài : Thiết kế – Thi công bộ thí nghiệm Điện Tử Công Suất.
2. Nội dung các phần thuyết minh:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. Các bản vẽ:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. Giáo viên hướng dẫn: Vũ Đỗ Cường
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Trang 4
Luận văn Tốt Nghiệp
5. Ngày giao nhiệm vụ:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6. Ngày hoàn thành nhiện vụ:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………


Giáo viên hướng dẫn ký tên: Thông qua Bộ Môn
Ngày…………. tháng ………… năm
Chủ nhiệm Bộ Môn
Trang 5
Luận văn Tốt Nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN LÊ MINH THƯ
NGUYỄN THỊ HỒNG HUỆ
Lớp : 95KĐĐ
Tên đề tài : Thiết kế -Thi công bộ thí nghiệm Điện Tử Công Suất
Nội dung luận văn Tốt Nghiệp:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Nhận xét của cán bộ hướng dẫn:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………
Trang 6
Luận văn Tốt Nghiệp
…………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
.………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………



Cán bộ hướng dẫn
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Trang 7
Luận văn Tốt Nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN LÊ MINH THƯ
NGUYỄN THỊ HỒNG HUỆ
Lớp : 95KĐĐ
Tên đề tài : Thiết kế - Thi công bộ thí nghiệm Điện Tử Công Suất
Nội dung luận văn Tốt Nghiệp:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Nhận xét của cán bộ phản biện:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………
Trang 8
Luận văn Tốt Nghiệp
……………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
.………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………
………………………………………………………

Cán bộ phản biện
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Trang 9
Luận văn Tốt Nghiệp
LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy Vũ Đỗ Cường,
Thầy Cô trong Khoa Điện đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành tập đồ
án tốt nghiệp.
Chúng tôi xin cảm ơn bạn bè, thân hữu đã giúp đỡ, động viên chúng tôi làm tốt
nhiệm vụ được giao một cách tốt đẹp.
Trang 10
Luận văn Tốt Nghiệp
MỤC LỤC
Trang
Chương I: Các linh kiện điện tử công suất .............................................................................
I. Diode công suất .........................................................................................................
II. Transistor công suất ...................................................................................................
III. SCR ..........................................................................................................................
IV. UJT ..........................................................................................................................
Chương II. Khảo sát các dạng mạch động lực ........................................................................
I. Chỉnh lưu dùng Thyristor ............................................................................................
1. Chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ ........................................................
2. Chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ ..................................................
3. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha ....................................................................
II. Chỉnh lưu dùng diode và thyristor .............................................................................
1. Sơ đồ 1 ...............................................................................................................
2. Sơ đồ 2 ...............................................................................................................
III. Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển ...................................................................
1. Tải là R thuần  = 0 .......................................................................................
2. Tải là R+L   0 .............................................................................................
IV. Chỉnh lưu hình cầu ba pha bán điều khiển ..............................................................
1. Chế độ làm việc ...............................................................................................
2. Giá trò U
d
..........................................................................................................

3. Ưu điểm ............................................................................................................
V. Chỉnh lưu điều khiển hình cầu ba pha ......................................................................
1. Tải là thuần trở R và R+L với  = 0 .................................................................
2. Tải là R và   0 ..............................................................................................
3. Tải là L+R với L =  và góc   0 ...................................................................
Chương III. Nguyên lý hoạt động ..............................................................................................
I. Nguyên lý mạch 1 pha ...............................................................................................
1. Sơ đồ khối ........................................................................................................
2. Các khối của mạch điều khiển SCR .................................................................
3. Chọn mạch thi công...........................................................................................
II. Nguyên lý mạch ba pha ............................................................................................
1. Sơ đồ khối ........................................................................................................
2. Mạch nguyên lý ...............................................................................................
Trang 11
Luận văn Tốt Nghiệp
Chương IV: Thiết tính ...............................................................................................................
I. Mạch một pha ............................................................................................................
1. Khối đồng bộ ....................................................................................................
2. Tạo xung kích ...................................................................................................
II. Thiết tính mạch ba pha .............................................................................................
1. Mạch dòch pha ..................................................................................................
2. Mạch tích phân .................................................................................................
3. Tính mạch retriggerable ....................................................................................
4. Mạch dao động bất ổn ......................................................................................
5. Khối nguồn .......................................................................................................
III. Thiết kế bàn thí nghiệm ...........................................................................................
Chương V: Thi công ...................................................................................................................
I. Mạch một pha .............................................................................................................
A. Linh kiện sử dụng .............................................................................................
B. Thử mạch ..........................................................................................................

II. Mạch ba pha ..............................................................................................................
A. Linh kiện sử dụng .............................................................................................
B. Thư û mạch .........................................................................................................
III. Thi công bàn thí nghiệm...........................................................................................
Chương VI: Soạn bài thí nghiệm ..............................................................................................
A. Mục đích yêu cầu ......................................................................................................
B. Các bài thí nghiệm ....................................................................................................
Bài 1: Giới thiệu bàn thí nghiệm Điện tử công suất ........................................
1. Giới thiệu bộ thí nghiệm ..........................................................................
2. Mô hình thí nghiệm .................................................................................
3. Yêu cầu đối với sinh viên thực tập .........................................................
Bài 2: Chỉnh lưu có điều khiển một pha ...........................................................
I. Mạch chỉnh lưu nửa bán kỳ ......................................................................
1. Lý thuyết .........................................................................................
2. Thí nghiệm .....................................................................................
II. Chỉnh lưu toàn kỳ bán điều khiển ..........................................................
1. Lý thuyết ........................................................................................
2. Thí nghiệm .....................................................................................
3. Câu hỏi ............................................................................................
Trang 12
Luận văn Tốt Nghiệp
Bài 3 Chỉnh lưu công suất ba pha .......................................................................
A. Thiết bò sử dụng.......................................................................................
B. Thí nghiệm ..............................................................................................
I. Mạch chỉnh lưu hình tia ..................................................................
1. Lý thuyết ................................................................................
2. Thí nghiệm ............................................................................
3. Câu hỏi ...................................................................................
II. Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng ...........................................
1. Lý thuyết ................................................................................

2. Thí nghiệm ............................................................................
3. Câu hỏi ...................................................................................
Chương VII. Lời giải .................................................................................................................
Bài 2: Chỉnh lưu có điều khiển một pha .....................................................................
I. Chỉnh lưu bán kỳ một pha ..................................................................................
1. Công thức .................................................................................................
2. Dạng sóng ...............................................................................................
3. Nhận xét ..................................................................................................
II. Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển .............................................................
1. Công thức ................................................................................................
2. Dạng sóng ...............................................................................................
Bài 3: Mạch chỉnh lưu ba pha .....................................................................................
I. Mạch chỉnh lưu hình tia .....................................................................................
1. Công thức ................................................................................................
2. Dạng sóng ...............................................................................................
II. Mạch chỉnh lưu ba pha bán điều khiển ...........................................................
1. Công thức ................................................................................................
2. Dạng sóng ...............................................................................................
Trang 13
Luận văn Tốt Nghiệp

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT
Trong một thời gian dài ứng dụng của Kỹ thuật điện tử chủ yếu là trong lónh vực tần
số cao, từ những năm 50 ngành Điện tử Công Nghiệp ra nhưng ứng dụng của chúng
bò hạn chế vì thiếu những linh kiện điện tử công suất tần số cao, kích thước nhỏ, và
đặc biệt là có độ tin cậy cao. Các đèn điện tử chân không và có khí, các đèn thủy
ngân không đáp ứng được các yêu cầu khắc khe của điều khiển công nghiệp.Từ
những năm 60 do sự hoàn thiện của của kỹ thuật bán dẫn, một loạt những linh kiện
bán bẫn công suất như Diode, Thyristo, Transistor... ra đời. Từ những năm 70 Kỹ
thuật vi mạch và Tin học ngày càng phát triển tạo nên những thiết bò điện tử công

suất có điều khiển với tính năng ngày càng phong phú và làm thay đổi tận gốc
ngành Kỹ thuật điện. Từ đây kỹ thuật điện và điện tử hòa nhập và thúc đẩy nhau
cùng phát triển.
Trong chương này sẽ giới thiệu những linh kiện bán dẫn công suất chủ yếu là Diode,
Transistor, Thyristo, cùng các linh kiện điều khiển chúng.
I. DIODE CÔNG SUẤT:
Diode do hai lớp vật liệu bán dẫn p-n ghép lại thành. Các điện tử tự do trong bán
dẫn n sẽ liên kết với các lỗ tự do của bán dẫn p, do đó phía n sẽ mang điện tích
dương và phía p sẽ mang điện tích âm.




a b
Hình 1-1. Diode a. Cấu tạo; b. Ký hiệu
i,A
Điện áp rơi


Điện áp chọc thủng
u,V
Dòng điện rò

Hình 1-2. Đặc tính Vôn- ampe của Diode
Hình 1-2 trình bày đặc tính Vôn- ampe của Diode. Nếu đặt vào p (anode) một điện
áp dương so với n (cathode) sẽ có dòng chạy qua và tạo nên một điện áp rơi khoảng
N
p
Anode
Cathode

Trang 14
Luận văn Tốt Nghiệp
0,7V khi dòng điện đònh mức. Nếu điện áp ngược lại, các điện tử tự do và lỗ trống bò
đẩy xa lớp chuyển tiếp, kết quả chỉ có dòng rò vào khoảng vài mA có thể chạy qua.
Khi tăng tiếp tục điện áp ngược, các điện tích được gia tốc, gây nên va chạm dây
chuyền làm hàng rào điện thế bò chọc thủng. Kết quả Diode mất tính chất dẫn điện
theo một chiều khi điện áp vượt qua điện áp ngược cực đại.
Các thông số kỹ thuật cơ bản để chọn Diode là:
Dòng điện đònh mức I
đm
(A)
Điện áp ngược cực đại U
ngmax
(V)
Điện áp rơi U (V)
II. TRANSISTOR CÔNG SUẤT:
Transistor là linh kiện bán dẫn gồm ba lớp npn hay pnp và được biểu diễn trên hình
1-3 và 1-4





a. b.
Hình 1-3. Transistor npn. a. Cấu tạo b. Ký hiệu

Hình 1-4. Transistor pnp. a.Cấu tạo b. Ký hiệu
Ở chế độ làm việc tuyến tính dòng điện cực góp I
C
là hàm số của dòng điện cực gốc
I
B
, với một điện áp cực góp – phát U
CB
đã đònh một biến thiên rất nhỏ của dòng
điện gốc dẫn đến sự biến thiên lớn của dòng điện góp, tỉ số giữa hai dòng điện đó
vào khoảng từ 15 đến 100. Hình 1-5 vẽ đặc tính của Transistor loại npn.
I
B
Ic
E
V
CE
B
C
C
B
E
Gốc
Phát
Gốc
Gốp
Gốp
Trang 15
Luận văn Tốt Nghiệp
I

C

I
B3


I
B2
I
B3
>I
B2
> I
B1
I
B1
I
B
= 0








Hình 1-5. Đặc tính V-A của Transistor loại npn.
Trong thực tế sử dụng, Transistor công suất thường được cho làm việc ở chế độ
khóa. Ở chế độ này, khi dòng điện gốc bằng không, dòng cực góp bằng không,

transistor được xem như hở mạch. Nhưng với dòng điện gốc ở trạng thái có giá trò
bão hòa, thì transistor trở về trạng thái đóng hoàn toàn. Transistor là một linh kiện
phụ thuộc nên cần phải phối hợp dòng điện gốc với dòng điện góp. Ở trạng thái bão
hòa, để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn, dòng
điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng. Ở chế độ
khóa dòng điện gốc phải giảm cùng qui luật như dòng điện góp để tránh hiện tượng
chọc thủng thứ cấp.






U
CE



Hình 1-6. Trạng thái dẫn và bò khóa
Để giảm dòng điện góp ở trạng thái khóa người ta duy trì một điện áp ngược với giá
trò nhỏ ở cực gốc như một khóa chuyển mạch, tổn hao công suất trong transistor là
nhỏ. Tổn hao đó sinh ra do dòng rò nhỏ ở trạng thái mở, do điện áp bảo hòa (trong
hình 1-6) và dòng góp ở trạng thái đóng. Điện áp bảo hòa thông thường của
transistor công suất silic khoảng 1,1V.
Các tổn hao chuyển mạch của transistor có thể lớn. Trong lúc chuyển mạch, điện áp
trên các cực và dòng điện của transistor cũng lớn. Tích của điện áp với dòng điện và
thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong một lần chuyển mạch.
Trạng thái đóng mạch hay
ngắn mạch, IB lớn.
Ic do tải giới hạn

Ic
V
CE
I
B
I
C
Trạng thái hở
I
B
= 0
Trang 16
Luận văn Tốt Nghiệp
Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm số của các thông số của mạch
phụ tải và dạng biến thiên của dòng điện gốc.
Người ta cải thiện hệ số khuếch đại dòng điện của transistor bằng cách lấy dòng gốc
từ một transistor khác theo mạch Darlington trình bày như hình 1-7:






Hình 1-7. Transistor công suất theo sơ đồ Darlington
III.SCR ( Silicon Controlled Rectifiers )
SCR hoạt động như một công tắc bán dẫn cho dòng chạy qua từ anode đến
cathode đến tải nếu có tín hiệu cấp cho cực cổng. SCRs khác với một công tắc thuần
túy là SCR đổi từ điện áp AC thành DC (mach lọc) nếu áp AC được dùng như
nguồn cung cấp. Ngoài ra thời gian dẫn của SCR cũng có thể thay đổi nên dòng cung
cấp cho tải cũng thay đổi từ zêro đến giá trò lớn nhất của nguồn cung cấp.

Hình 1-8

Hình 1-8 mô tả SCR kết nối với trở tải. SCR có thể làm việc với nhiều loại nguồn
cung cấp khác nhau. Nếu nguồn cung cấp hình 1-8 là điện áp DC, SCR sẽ dẫn khi có
tín hiệu được kích ở cực cổng. Để SCR ngưng dẫn thì ta cắt nguồn cung cấp cho
SCR, nên nó không được tiện lợi cho lắm. Nếu nguồn cung cấp cho SCR là nguồn
xung hay AC thì SCR sẽ tự ngắt ở điểm cuối mỗi chu kỳ khi điện áp bằng không.
Nếu nguồn cung cấp là điện áp AC thì SCR sẽ chỉ dẫn ở nửa chu kỳ dương của dạng
sóng. SCR có thể thay đổi dòng cho phép qua tải bằng cách thay đổi điểm kích ở cực
cổng. Nếu SCR được dẫn, ngay lập tức nó sẽ dẫn dòng và áp đầy ở 1/2 chu kỳ
(180
0
). Nếu điểm kích trễ 90
0
thì SCR chỉ dẫn xấp xỉ mức dòng và áp đến tải. Nếu
điểm kích trễ 175
0
, SCR sẽ dẫn ít hơn 10% mức dòng và áp của nguồn đến tải, vì
nửa chu kỳ sẽ tự động tắt SCR tại điểm 180
0
. Điều này có nghóa rằng cực cổng của
SCR có thể điều khiển mức áp và dòng của tải từ zêro đến max.
Anode và cathode của SCR được xác đònh giống như mối nối của Diode. Cực cổng
dùng kích giúp SCR dẫn cho phép dòng và áp qua SCR từ anode đến cathode.
SCR được cấu tạo từ bốn lớp pnpn gồm hai transistor như được mô tả ở hình 1-9 a, b,
c, d

B

C
E
Tải
A+
SCR
Ma ïch
kích
Ngu ồn
cung
cấp
K-
Trang 17
Luận văn Tốt Nghiệp







a. b.





c. d.
Hình 1-9 a,b,c,d
Khi đặt SCR dưới điện áp một chiều, anode nối vào cực dương, cathode nối vào
cực âm của nguồn điện áp, J

1
và J
3
được phân cực thuận, J
2
được phân cực nghòch.
Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J
2
. Điện trường nội tại E của J
2
có
chiều từ N
1
hướng về P
2
. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E, vùng chuyển
tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điện chảy qua SCR
mặc dù nó bò đặt dưới điện áp.
Mở SCR: nếu cho một xung điện áp dương U
g
tác động vào cực G (dương so
với cathode), các điện tử từ N
2
chạy sang P
2
. Đến đây, một số ít chúng chảy vào
nguồn U
g
và hình thành dòng điều khiển I
g

chảy theo mạch G-J
3
-K-G, còn phần lớn
điện tử chòu sức hút của điện trường tổng hợp của mạch ghép J
2
, lao vào vùng
chuyển tiếp này chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên, bẻ gãy các liên kết
nguyên tử Si, tạo nên những điện tử tự do mới. Số điện tử mới được giải phóng này
lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của phản ứng
dây chuyền làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N
1
qua P
1
và đến cực
dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt. J
2
trở thành mặt
ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát triển toàn
bộ ra toàn bộ mặt ghép.
Khóa SCR: một SCR đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển (I
g
) là
không còn cần thiết. Để khóa SCR có hai cách:
- Làm giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trò dòng duy trì I
H
(holding
current)
-Đặt một điện áp ngược lên SCR (thường dùng). Khi đặt điện áp ngược lên SCR
U
AK

<0 hai mặt ghép J
1
và J
3
phân cực ngược J
2
phân cực thuận. Những điện tử
trước thời điểm đảo cực tính U
AK
đang có mặt P
1
, N
1
,P
2
, bây giờ đảo chiều hành
trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ cathode về anode, về cực âm của nguồn điện
áp ngoài. Đặc tính V – A của SCR:
GATE
ANODE
CA THODE
ANODE
CA THODE
GATE
P
P
N
N
J1
J2

J3
NNN
ANODE
GATE
P
P
N
N
N
P
N
CA THODE
GATE
ANODE
Q1
Q2
Trang 18
Luận văn Tốt Nghiệp






Hình 1-10
Đặc tính V-A của SCR gồm 4 đoạn :
Đoạn 1: ứng với trạng thái khóa của SCR, chỉ có dòng điện rò chảy qua SCR. Khi
tăng U đến U
ch
(điện áp chuyển trạng thái), dòng tăng nhanh và chuyển sang trạng

thái mở.
Đoạn 2: ứng với giai đoạn phân cực thuận của J
2.
Trong đoạn này ứng với mỗi một
lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp đặt lên SCR.
Đoạn 2 còn được gọi là đoạn điện trở âm.
Đoạn 3: ứng với trạng thái mở của SCR. Lúc này cả ba mặt ghép trở thành dẫn
điện. Dòng điện chảy qua SCR chỉ còn bò hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp
rơi trên SCR rất nhỏ khoảng 1V. SCR được giữ ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn
hơn I
H
.
Đoạn 4: ứng với trạng thái SCR bò đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện ngược rất
nhỏ, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đến U
Z
thì dòng điện ngược tăng lên rất
nhiều, mặt ghép bò chọc thủng. Bằng cách cho những I
g
> 0 sẽ nhận được một họ
đặc tính V-A với các U
ch
nhỏ dần đi.

V
AK


135
0


V
tải



0 
Hình 1-11 mô tả dạng sóng SCR được kích tại điểm 135
0
, khi đó SCR được dẫn cho
đến khi gặp điểm 180
0
điện áp bằng không SCR bò phân cực nghòch. Nếu góc kích
nhỏ thì thời gian mở SCR sớm. Vì SCR luôn bò ngắt tại góc 180
0
nên để điều khiển
dòng qua SCR ta điều khiển thời điểm kích.
i
U
3
2
1
4
0
Uz
Trang 19
Luận văn Tốt Nghiệp
IV. UJT (Unijunction Transistor)
UJT là một linh kiện bán dẫn đặc biệt, được thiết kế để tạo ra các xung nhọn. Cấu
tạo gồm 3 cực gọi là base 2 (B2), base 1 (B1) và emitter (E). Chức năng của cực B

và E thì khác so với cực B và E của transistor vì UJT chỉ có một mối nối pn còn
transistor thì 2 được mô tả ở hình dưới đây:







a. b. c.
Hình 1-12
Từ hình 1-12a ta nhận thấy, trong cấu tạo của UJT chất bán dẫn n được chiếm
phần lớn mà hai cực B
1
và B
2
được lấy ra từ chất bán dẫn này. Cực E được lấy ra từ
chất bán dẫn p, chất bán dẫn này chỉ chiếm một phần nhỏ trong UJT và được ghép
với chất bán dẫn n hình thành mối nối pn. Hình 1-12b. là sơ đồ tương đương của UJT,
hình 1-12c. ký hiệu.
Như đã nói ở trên, UJT là một linh kiện được thiết kế tạo xung nhọn kích mở SCR
hoặc Triac.
Quá trình tạo xung được tóm tắt như sau: khi điện đặt vào giữa cực E với B
1
tăng
đến giá trò điện áp đỉnh thì mối nối pn được phân cực thuận, điện trở nội r
B1
giảm
dần đến gần bằng không và có dòng đi từ E xuống B
1

. Điện trở r
B2
được giữ cố đònh
nghóa là dòng qua r
B2
tạo nên một điện áp V
B2
tương ứng với dòng I
B2
. Sự thay đổi
điện trở r
B1
làm điện áp tăng rất nhanh đến giá trò điện áp đỉnh và sau đó giảm dần
về gần bằng không (xem hình 1-13 ). Nếu điện áp đặt vào E vàB
1
được cung cấp
bởi điện áp tụ thì điện áp giảm từ đỉnh về gần không sẽ nhanh hơn tương ứng với
thời gian xả của tụ.
V
EB1




0 I
B
I
E
Hình 1-13. Dạng sóng ngõ ra của UJT
RB2

RB1
B2
B1
E
B2
E
B1
Trang 20
Luận văn Tốt Nghiệp

CHƯƠNG II. KHẢO SÁT CÁC DẠNG MẠCH ĐỘNG LỰC
Bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghóa là đổi điện áp
xoay chiều thành điện áp một chiều trên tải. Điện áp một chiều trên tải không được
lý tưởng như điện áp của ácquy mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một
chiều.
Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được xem là một chiều, nhưng thật ra thì điện
áp đập mạch. Trò số điện áp một chiều, hiệu suất và ảnh hưởng của chúng do nguồn
xoay chiều rất khác nhau.
Các bộ chỉnh lưu được chia làm hai nhóm chính: chỉnh lưu nửa chu kỳ còn gọi
là chỉnh lưu nửa sóng và chỉnh lưu hai nửa chu kỳ còn gọi là chỉnh lưu toàn sóng.
Trong trường hợp chỉnh lưu nửa chu kỳ, để cung cấp cho tải một chiều, cần
mắc nối tiếp chỉnh lưu với mỗi đầu ra của nguồn xoay chiều và nối các cathode của
mỗi chỉnh lưu với điểm nối chung. Theo nghóa của từ nửa chu kỳ dòng điện từ
nguồn xoay chiều qua mỗi phần tử chỉ qua một chiều, nên người ta gọi là chỉnh lưu
nửa chu kỳ là chỉnh lưu một đường.
Chỉnh lưu hai nữa chu kỳ gồm hai chỉnh lưu nữa chu kỳ mắc nối tiếp, một chỉnh
lưu cung cấp cho tải (cathode nối chung) còn chỉnh lưu kia đưa dòng điện tải về
nguồn (anode nối chung), do đó bỏ được trung tính của nguồn của nguồn xoay chiều.
Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ thường dùng là chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu có trung tính ở
điểm giữa, còn gọi là chỉnh lưu hai đường hoặc chỉnh lưu toàn sóng.

Người ta chia các phần tử chỉnh lưu ra làm ba loại: chỉnh lưu không điều khiển
dùng toàn diode, chỉnh lưu có điều khiển dùng toàn SCR và chỉnh lưu bán điều
khiển dùng cả SCR và diode.
Chỉnh lưu không điều khiển chỉ gồm có toàn diode. Điện áp ra là điện áp
một chiều cố đònh.
Chỉnh lưu có điều khiển gồm các SCR (đôi khi cùng dùng Transistor công
suất). Người ta điều chỉnh điện áp một chiều của tải theo góc mở của SCR. Chỉnh
lưu có điều khiển thường gọi là bộ biến đổi hai chiều vì công suất có thể chạy theo
hai chiều giữa nguồn và tải.
Chỉnh lưu bán điều khiển gồm các SCR và Diode, cho phép điều chỉnh điện
áp xoay chiều nhưng không đổi được cực tính của điện áp tải.
Chỉnh lưu bán điều khiển và không điều khiển còn gọi là bộ biến đổi một
chiều vì nó chỉ cho công suất từ nguồn đến tải theo một chiều.
Trang 21
Luận văn Tốt Nghiệp

CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN:
I. Chỉnh lưu dùng Thyristor:
1. Chỉnh lưu điều khiển một pha nữa chu kỳ:
Thyristor khác diode ở chỗ khi bò đặt dưới điện áp U
AK
> 0, thyristor vẫn ở trạng thái
khóa. Thyristor chỉ cho dòng chảy qua khi thỏa hai điều kiện sau:
U
AK
> 0
I
G
> 0
1.1. Khi tải là R+ L:

Gọi  là góc mở,  là góc tắt dòng

với U
v
là điện áp hiệu dụng.
Do dòng điện i chậm pha hơn điện áp u nên đường cong của dòng điện i
d
kéo dài ra
ngoài  khi mà u
d
chuyển sang nửa chu kỳ âm.






KTX: khối tạo xung



Hình II.1: sơ đồ mạch và dạng sóng chỉnh lưu nửa bán kỳ.
Khi thyristor mở, ta có phương trình:
Phương trình này chỉ đúng trong khoảng:      với   t
Góc cắt dòng  tính từ góc tọa độ.
tUu
Vv

sin2
KTX

i
v
U~
i
g
U
i
d
u
T
T
R
L
tU
t
dt
di
LRiuu
v
d
ddv

sin2

Trang 22
Luận văn Tốt Nghiệp
1.1.1. Xác đònh các giá trò trung bình U
d
, I
d

:
Ta có:
Khi    và   , ta lấy tích phân.
Xác đònh 2 vế từ  đến , I
d
= 0.
chia hai vế cho 2 vì  ở hai bán kỳ
Theo đònh nghóa về giá trò trung bình ta có: U
d
= RI
d

1.1.2Dạng điện áp trên thyristor u
T
khi có diode chuyển mạch
(D).
U
d
= U
T
+ U
d

Khi dùng diode chuyển mạch D thì u
d
không trở thành âm được, do đó điện áp u
v
trong nửa chu kỳ âm được đặt lên thyristor.
u
d

,i
d

0 
u
T


0 

Hình II.2 Sơ đồ mạch và dạng sóng khi có D

did
d
idv
diXdRU
dt
di
LRtU




sin2
sin2
2










ddv
diXdiRdU sin2
 
 




coscos
2
2
coscos
2
2


R
U
I
U
U
v
d
v
d

KTX
i
v
U
i
g
i
r
u
T
u
d
T
R
L
D
Trang 23
Luận văn Tốt Nghiệp
1.2. Khi tải là R+L+E: ta chỉ có thể mở thyristor nếu thỏa: 
1
<  < 
2

Khi thyristor mở ta có phương trình:

u
d



0 

i
d

0 

Hình II.3 Sơ đồ mạch và dạng sóng khi tải là R + L + E
1.2.1. Xác đònh các giá trò trung bình U
d
, I
d

Được xác đònh khi thyristor mở, lúc đó ta có phương trình:
Chia hai vế cho 2, ta lấy tích phân từ  đến , khi  =  và  =  thì i
d
= 0



sin2
v
r
rrv
UE

dt
di
LRiuu 
KTX
i
U
i
g
i
d
U
d
T
R
L
+
E
E
dt
di
XiRU
UE
dt
di
LiR
d
dv
v
d
d





sin2
sin2














d
E
di
R
dU
dv
22
sin2
2
1

Trang 24
Luận văn Tốt Nghiệp
Ta có:
Trong đó
1.2.2. Dạng điện áp trên thyristor u
T
u
T
- Khi chưa có diode chuyển mạch:
U
v
= U
R
+ U
T
E

1
<  : I
d
= 0, U
d
= E, U
T
= U
v
- E 0

 < 
1

< : thyristor mở, U
T
= 0
 < 
3
< 2 : I
r
= 0, U
d
= E, U
T
= U
v
- E U
ngmax
Hình II.4. Dạng sóng trên thyristor khi không có D

- Trường hợp dùng diode hoàn năng lượng D u
T
0 < 
1
<  : U
r
= E U
T
= U
v
E
 < 
1

< : thyristor mở, U
T
= 0 0
<
3
<
4
: D mở cho dòng chạy qua. U
d
= 0, U
T
= E

3
<
4
< 2 <
5
: U
r
= E, U
T
= U
v
- E.
Hình II.5. Dạng sóng trên thyristor khi có diode D
















d
E
di
R
dU
dv
22
sin2
2
1
 



2
E
RIU
dd
 

 















1
sincoscos
2
2
coscos
2
2
v
v
d
v
d
R
U

I
U
U
Trang 25
Luận văn Tốt Nghiệp
2. Chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ:
2.1. Khi tải là R+L:
Trong thực tế L > R nên i
d
luôn là dòng liên tục. Khi ta biết được góc mở thì sẽ
biết được góc tắt dòng với  =  + .
Khi  =  và  =  thì giá trò dòng i
d
có cùng giá trò với I
o

u
r

 2 3


i
r

I
0

Hình II.6 Sơ đồ mạch và dạng sóng chỉnh lưu nửa chu kỳ.
2.2.1. Xác đònh các giá trò trung bình U
d
, I
d
:
T
1
mở ta có phương trình:

Chia 2 vế cho , lấy tích phân xác đònh từ  đến  + 
Giải phương trình trên và theo đònh luật Ohm: U
d
= Ri
d
.
Ta được :




d
di
XRiU
dv
sin2















ddv
di
X
di
R
dU sin2
1


cos
22
v
d
U
U 
KTX
KTX
i
d

u
T
i
2
i
1
u
V1
u
V2
u
V
u
r
T1
T2
L
R