ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.45 MB, 95 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI :
ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ BỘ ĐIỀU
KHIỂN LẬP TRÌNH PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

GVHD : Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG
SVThực Hiện :NGUYỄN MẠNH LA
MSSinh viên : 97202438
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 02-2001
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
 
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN KHÍ HÓA VÀ CUNG CẤP ĐIỆN
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : NGUYỄN MẠNH LA
Lớp : 97 N ĐKC
Chuyên ngành : Điện Khí Hóa và Cung Cấp Điện
1) Tên đề tài : ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ BỘ ĐIỀU
KHIỂN LẬP TRÌNH PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU
Số liệu ban đầu
2) Nội dung các phần thuyết minh toán
I- Giới thiệu về linh kiện điện tử công suất
II- Ứng dụng điện tử công suất điều khiển tốc độ động cơ điện
III- Giới thiệu PLC và ứng dụng trong điều khiển động cơ điện một chiều.

IV- Khảo sát nguyên lý hoạt động của một số mạch cụ thể về điều khiển động cơ
điện một chiều
3) Các bản vẽ
4) Ngày giao nhiệm vụ : 8 –1 – 2001
5) Ngày hoàn thành : 3 – 03 – 2001
Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn
Ngày……tháng……năm 2001
Chủ nhiệm bộ môn
LỜI CẢM TẠ
Em xin chân thành cám ơn thầy NGUYỄN TRỌNG THẮNG đã tận tình hướng dẫn em
và đóng góp ý kiến quan trọng giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin cám ơn các thầy các cô trong khoa đã hết lòng chỉ bảo
để trang bị cho em những kiến thức kinh nghiệm trong quá trình
học tập tại trường và cũng xinh cảm ơn các bạn sinh viên đã giúp
đỡ tôi trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN MẠNH LA
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I : DẪN NHẬP
I- Đặt vấn đề..............................................................................................1
II- Giới hạn đề tài.......................................................................................1
III- Mục đích nghiên cứu.............................................................................2
IV- Thể thức nghiên cứu..............................................................................3
CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ LUẬN
GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT
A- DIODE công suất.........................................................................................5
B- TRANSISTOR công suất............................................................................8
C- THYRISTOR.............................................................................................16

D- TRIAC.......................................................................................................22
E- OP – AMP..................................................................................................26
CHƯƠNG III : GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
A- CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .......31
I- Khái quát chung..............................................................................................31
II- Chỉ tiêu chất lượng của truyền động điện......................................................32
III- Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách điều chỉnh điện trở mạch
phần ứng ..........................................................................................................35
IV- Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách điều chỉnh xung điện trở
mạch động lực..................................................................................................36
V- Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách điều chỉnh kích từ của
động cơ.............................................................................................................37
B- CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐIỆN MỘT CHIỀU
ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT............................................................................39
I- Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng hệ thống chỉnh lưu bán
dẫn........................................................................................................39
II- Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng bộ băm xung áp dùng
thyristor................................................................................................46
III- Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng bộ biến đổi van từ- động
cơ..........................................................................................................52
IV- Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng mạch chỉnh lưu cần 3 pha hỗn hợp
không đối xứng ...................................................................................54
CHƯƠNG IV : GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC VÀ ỨNG DỤNG
CỦA PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ ĐIỆN
A- GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC ........................................................57
I- Cấu trúc phần cứng của CPU..............................................................57
II- Cấu trúc bộ nhớ...................................................................................59

III- Cấu trúc chương trình..........................................................................61
IV- Phương pháp lập trình.........................................................................62
V- Cú pháp lệnh cơ bản trong S7-200......................................................63
VI- So sánh với các hệ thống điều khiển khác..........................................73
B- ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN........................................74
I- Ứng dụng PLC khởi động động cơ điện một chiều qua 3 cấp điện trở
phụ và quay thuận, quay nghịch..........................................................74
II- Ứng dụng PLC trong điều khiển động cơ bằng bộ băm xung áp một
chiều.....................................................................................................78
III- Ứng dụng PLC để điều khiển hệ thống...............................................82
CHƯƠNG V : TÌM HIỂU MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
I- Mạch điều khiển động cơ quay thuận quay nghịch............................87
II- Điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng cách điều khiển góc kích
SCR......................................................................................................88
III- Mạch điều khiển tốc độ và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều. .89
CHƯƠNG VI : KẾT LUẬN.....................................................................................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
MỤC LỤC BẢNG
BẢNG III –1 : CÁC DẠNG KHÁC NHAU CỦA LỆNH LD VÀ LDN CHO LAD, STL
BẢNG III –2 : MÔ TẢ LỆNH OUTPUT BẰNG LAD VÀ STL
BẢNG III – 3 : LỆNH GHI XÓA GIÁ TRỊ TIẾP ĐIỂM TRONG LAD, STL
BẢNG III – 4 : CÁC LỆNH LOGIC ĐẠI SỐ BOOLEAN
BẢNG III – 5 : CÚ PHÁP GỌI LỆNH STACK LOGIC TRONG STL
BẢNG III – 6 : CÁC LOẠI TIMER
BẢNG III –7 : CÚ PHÁP KHAI BÁO SỬ DỤNG TIMER
BẢNG III –8 : LỆNH KHAI BÁO SỬ DỤNG BỘ ĐẾM TRONG LAD
BẢNG III –9 : LỆNH DỊCH CHUYỂN Ô NHỚ TRONG LAD, STL
BẢNG III –10 : SO SÁNH VỚI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÁC
BẢNG IV – 1 : CÁC THÔNG SỐ CỦA DIODE CÔNG SUẤT

BẢNG IV – 2 : CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA TRANSISTOR CÔNG SUẤT
BẢNG IV – 3 : CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA THYRISTOR
BẢNG IV – 4 : THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ LOẠI TRIAC
BẢNG IV – 5 : TOÁN HẠNG VÀ GIỚI HẠN CHO PHÉP CỦA CPU 214
BẢNG IV – 6 : CÁC LỆNH SO SÁNH
BẢNG IV – 7 : TẠO KHOẢNG THỜI GIAN TRỄ 300MS BẰNG BA LOẠI TIMER KHÁC
NHAU
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hóa, tự động hóa các xí nghiệp công nghiệp vấn đề ứng
dụng các linh kiện điện tử công suất và ứng dụng bộ lập trình điều khiển PLC vào trong điều
khiển công nghiệp ngày càng được ứng dụng rộng rãi.
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện là một vấn đề rất cần thiết đối với các máy công nghiệp
như máy xúc, máy nâng vận chuyển, máy dệt… Hiện nay kỹ thuật điện tủ ngày càng phát triển
nên việc điều chỉnh động cơ điện và ổn định tốc độ động cơ ngày càng dễ dàng và chất lượng
điều chỉnh của hệ thống ngày càng cao. Đồ án tốt nghiệp này chủ yếu tập trung vào các vấn đề.
I- Tìm hiểu và giới thiệu các linh kiện điện tử công suất.
II- Một số ứng dụng điện tử công suất trong điều khiển động cơ điện một chiều
III- Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC , ứng dụng bộ điều khiển lập trình trong
điều khiển động cơ
IV- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của một số mạch điều khiển động cơ điện một
chiều trong thực tế
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 02 năm 2001
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN MẠNH LA
Chương I :
DẪN NHẬP
I- ĐẶT VẤN ĐỀ
II- GIỚI HẠN VẤN ĐỀ
III- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
IV- THỂ THỨC NGHIÊN CỨU

V- PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH LIÊN HỆ
I/ ĐẶT VẤN ĐỀ :
Trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa nền kinh tế của đất nước chúng ta cần sử
dụng nhiều thiết bị bán dẫn công suất được đưa vào trong các mạch điều khiển để tạo nên
sự thay đổi sâu sắc và vượt bậc trong lĩnh vực sản xuất và trong việc phục vụ đời sống sinh
hoạt hàng ngày.
Theo đó là sự bùng nổ của khoa học kỹ thuật điều này kéo theo sự phát triển và hoàn thiện
của các triac, diod, thyristor, các bộ biến đổi đổi điện ngày càng gọn nhẹ, độ tác động cao,
dễ dàng ghép nối với các vi mạch điện tử.
Để tiếp thu các tiến bộ của khoa học kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu đổi mới công nghệ
để đưa tự động hóa vào sản xuất Em xin giới thiệu đề tài.
“Ứng dụng điện tử công suất và điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ điện một
chiều”.
II/ GIỚI HẠN VẤN ĐỀ :
Đề tài ứng dụng điện tử công suất và điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ
điện một chiều là một đề tài rộng muốn tìm hiểu sâu rộng các linh kiện bán dẫn, các phương
pháp ứng dụng đòi hỏi mất nhiều thời gian vì thời gian làm đồ án có hạn nên đề tài được giới
hạn như sau :
1) Giới thiệu linh kiện bán dẫn (điện tử công suất)
2) Ứng dụng điện tử công suất trong điều khiển động cơ một chiều
3) Giới thiệu PLC và ứng dụng của bộ điều khiển lập trình PLC
4) Khảo sát nguyên lý hoạt động của một số mạch cụ thể
III/ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU :
Với chủ trương của Đảng đề ra để nâng cao đời sống là “công nghiệp hóa hiện đại hóa đất
nước” cùng với việc mở cửa đất nước nhiều xí nghiệp đã đưa vào dây chuyền sản xuất với
máy móc hiện đại nhằm đáp ứng yêu cầu đổi mới công nghệ. Trong đó sử dụng nhiều điện
tử công suất, muốn tiếp cận và sử dụng thành thạo các phương tiện kỹ thuật hiện đại, mỗi
cán bộ kỹ thuật cần có hiểu biết cơ bản về kỹ thuật điện tử nói chung, điện tử công suất và
điều khiển lập trình PLC nói riêng.
Đề tài nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản về một số linh kiện điện tử và một số

ứng dụng thực tế của điện tử công suất và ứng dụng điều khiển lập trình trong điều khiển động
cơ điện một chiều.
IV/ THỂ THỨC NGHIÊN CỨU :
Để việc nghiên cứu có hiệu quả cao, có tính khoa học.
Đồ án được chia làm 3 giai đoạn trong thời gian 8 tuần như sau :
1) Giai đoạn 1 : 1 tuần
- Tìm hiểu đề tài và soạn đề cương
2) Giai đoạn 2 : 3 tuần
- Thu thập tài liệu dữ kiện
3) Giai đoạn 3 : 4 tuần
- Viết đồ án
Chương 2 :
CƠ SỞ LÝ LUẬN
GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT.
A- DIODE CÔNG SUẤT
B- TRANSISTOR CÔNG SUẤT
C- THYRISTOR
D- TRIAC
E- OP AMP
A/ DIOD CÔNG SUẤT:
1) Cấu tạo Diode
Diode công suất hình thành từ hai chất bán dẫn P và N ghép lại với nhau tạo lớp chuyển
tiết P-N
- Các điện tự do trong bán dẫn N sẽ liên kết với các lỗ trống tự do của chất bán
dẫn P. Do đó lớp N sẽ mang điện tích dương được nối với điện cực catot (K) còn lớp P
mang điện tích âm được nối với điện cực anot (A) lớp chuyển tiếp P – N có hàng rào điện
thế vào khoảng 0,6÷ 0,7v khi có dòng điện định mức.
Khi ta đặt một điện áp ngược lại các điện tử tự do và lỗ trống sẽ bị đẩy ra xa lớp
chuyển tiếp, kết quả chỉ có dòng rò vài mA chạy qua chuyển tiếp P-N coi như không đáng kể
như vậy Diode có tính dẫn dòng điện theo một chiều

Diode công suất được cấu tạo như hình 1-1
Hình 1-1
a- Cấu trúc bên trong của Diode
b- Ký hiệu của Diode
c- Hình dạng bên ngoài của Diode
2) Đặc tính của diode
a. Khi Diode được đặt một điện áp V
Ak
= const
Trường hợp này U
AK
ngược chiều với U
TX
(điện áp tiếp xúc). Do đó hàng rào điện thế
giảm xuống hoặc mất đi điều đó làm dòng điện khuyếch tán (I
KT
) tăng lên mà dòng điện ngược
(I
ng
) vẫn bằng dòng điện bão hòa (I
s
). dòng điện đi qua mối nối P- N sẽ phụ thuộc vào điện áp
U
AK
Theo công thức :
I
S
: Dòng điện bão hòa
T: Nhiệt độ tuyệt đối T=273
0

K + nhiệt độ Diode
0
C
U
AK
: điện áp ngoài đặt vào Diode trong trường hợp này I và U
AK
là dòng điện và điện
áp thuận Diode trong trường hợp này gọi là Diode phân cực thuận






−






=−=
1
11522
AKsngKT
u
T
EXPIIII
a)

Hình 1-2 : Đặc tính của Diode
b. Khi Diode được đặt một điện áp U
AK
<0
Trường hợp này điện áp V
AK
cùng chiều với điện áp U
tx
hàng rào điện thế tăng lên, hàng
rào này đẩy các hạt mang điện đa số ra xa mặt tiếp xúc điều này tạo ra một lớp cách điện đối
với hạt mang điện đa số và cản trở hoàn toàn dòng điện khuyếch tán
Ta có đặc tính như hình 1-3
Từ hai đặc tính trên ta tổng hợp lại ta có đặc tính Volt – Ampe của
Diode như hình 2-3
Hình 1-4
Theo hình 1-4. Nếu đặt vào P (anot) một điện áp dương so với (N) catốt sẽ có dòng điện
chạy qua và tạo nên điện áp khoảng 0,6v khi dòng điện định mức
+ Khi phân cực thuận thì dòng điện qua Diode theo công thức
ta có : q = 1.6 10
-19







−=
1
KT

V.q
SD
D
eII
Hình 1-3
Điện áp rơi
Điện áp đánh thủng
Dòng rò
V
D
T= nhiệt độ tuyệt đối (
0
K)
K= hằng số boltz man k=1,38 , k= 1,38 10
-23
J/
0
K
+ Khi phân cực ngược
I
D
≈ I
s
(I
s
: dòng điện bão hòa nghịch)
Nếu đặt điện áp ngược các điện trở tự do và các lỗ trống bị 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 gây nên va chạm dây chuyền làm hàng rào điện thế bị chọc thủng. Kết quả Diode mất
tính dẫn điện theo một chiều khi điện áp ngược vượt quá.

3. Các thông số cơ bản của diode
- Dòng điện định mức : dòng điện cực đại cho phép đi qua diode trong một thời
gian dài khi diode mở (I
D
)
- Điện áp ngược cực đại : U
ngmax
là điện áp ngược cực đại cho phép đặt vào Diode
trong một thời gian dài khi Diode khóa.
- Điện áp rơi định mức ∆u là điện áp rơi trên Diode khi Diode mở và dòng qua
Diode bằng dòng thuận định mức
- Thời gian phục hồi tính khóa t
k
là thời gian cần thiết để Diode chuyển từ trạng
thái mở sang trạng thái khóa.
4. Các ứng dụng của diode công suất
4.1. Dùng cho bộ chuyển mạch cho thiết bị chỉnh lưu
Hình 1-5
a. Chỉnh lưu hai nữa chu kỳ cho 1 pha
V
1
= V
m
Sinωt
V
2
= -V
m
Sinωt
220VAc

D1
D2
b. Mạch chỉnh lưu 3 pha
V
1
= V
m
Sinωt
V
2
= V
m
(Sinωt - 2π/3)
V
3
= V
m
(Sinωt - 4π/3)
Hình 1 –6
c. Mạch nhân đôi điện áp
V2
V1
V2
C1
C2
DIODE
DIODE
Hình 1-7
d. Mạch chỉnh lưu cầu
V2

V1
Hình 1-8
4.2: Dùng bảo vệ transistor
Hình 1 - 9
B. TRAN SISTOR CÔNG SUẤT :
1. Cấu tạo :
Transistor là từ ghép của hai từ tranfer và resistor
Transistor là linh kiện bán dẫn có cấu tạo gồm ba lớp bán dẫn PNP hoặc NPN ghép với
nhau như hình
PNP
a: Cấu trúc loại PNP b. Ký hiệu loại PNP
NPN
V1
V2
V3
D1
D2
D3
D2
V2
V3
E
C
E
C N P
B
N
P N
B
P

Hình 2-1
a: Cấu trúc loại NPN b. Ký hiệu loại NPN
Hình 2-2
Lớp giữa được gọi là cực gốc (base) ký hiệu là B một lớp bên gọi là cực phát (emitter)
ký hiệu là E
Còn lớp khác gọi là lớp góp (collector) ký hiệu là C lớp phát (E) có cường độ tạp chất
lớn nhất, lớp gốc (B) có nồng độ tạp chất bé nhất. Để phân biệt với các loại transistor PNP và
NPN còn được gọi là Transistor lưỡng nối viết BJT (Bipolar Juntion Transistor).
2. Nguyên lý hoạt động :
Trong điện tử công suất người ta dùng phổ biến nhất loại NPN. Transistor công suất
được dùng để đóng ngắt dòng điện một chiều cường độ tương đối lớn vì vậy chúng chỉ làm
việc ở hai trạng thái đóng và trạng thái mở.
Để Transistor làm việc người ta phải đưa điện áp một chiều tới các cực B của Transistor
gọi là phân cực cho Transistor
Ta xét sơ đồ mạch như hình 2-3
Hình 2 - 3
Trong sơ đồ trên ta có thể xem dòng điện gốc I
B
là dòng điều khiển, dòng điện cực góp
I
c
là dòng động lực
N
P
N
I
B
=I
Bbh
3

I
B
=I
Bbh
I
Cmax
N
I
cbh
2
I
B
=I
B0
∆
c
M 1
I
b
=0
E
cc
U
CE
U
CEbh
U
CEO
3
3

I
B
=I
Bbh
I
Cmax
N
I
cbh
2
I
B
=I
B0
∆
c
M 1
I
b
=0
E
cc
U
CE
U
CEbh
U
CEO
I
C

3
I
B
=I
Bbh
I
Cmax
N
I
cbh
2
I
B
=I
B0
∆
c
M 1
I
b
=0
E
cc
U
CE
U
CEbh
U
CEO
I

Cmax
N
I
cbh
2
I
B
=I
B0
∆
c
M 1
I
b
=0
E
cc
U
CE
U
CEbh
U
CEO
I
Cmax
I
cbh
N
I
B

=I
B0
∆
c
2
M 1 I
b
=0
E
cc
U
CEbh
U
CEO
U
CE
a
b
Transistor có hai miền tiếp giáp
- Miền tiếp giáp giữa emitter và miền Bazo gọi là tiếp giáp emitor ký hiệu JE –
collector và bazơ → J
c
Khi điện áp u
BE
>0 và u
EC
>0 lớp ghép J
E
được phân cực thuận tiếp giáp J
c

được phân cực
ngược. Do đó các điện tử tự do dễ dàng chuyển dịch qua J
E
từ E sang B đến mặt tiếp giáp J
c
đến
dãy điện tử gia tốc bởi điện trường ngược E
CB
và dễ dàng đi qua J
c
đến C. Dòng điện tử
này tạo nên dòng điện cực góp I
c
. Một số ít điện tử tự do từ E sang B tái hợp với các lỗ trong
vùng B để cân bằng điện tích, lớp B phải lấy các lỗ mới từ nguồn E
B
bằng số điện tử tái hợp.
Như vậy ta gọi dòng điện tạo ra bởi các điện tử tự do đi từ E sang B là dòng điện phát I
E
thì ta có:
I
E
= I
C
+ I
B
Trong đó I
B
<<I
c

và tỷ số β=I
C
/ I
B
được gọi là hệ số khuyếch đại dòng điện tĩnh của
transistor thường B có giá trị vài trục đến vài trăm sự chuyển dịch của các hạt mang điện đa số
trên đây còn tồn tại dòng chuyển dịch của các hạt thiểu số từ lớp C qua B đến E. dòng chuyển
dịch này tạo nên dòng điện ngược I
CE0
từ đó ta có
I
C
= βI
B
+ I
CEO
Đặc tính Volt – Ampe của Transistor là ta xét đến quan hệ của điện áp U
CE
và dòng điện
khi I
B
không đổi.
Từ hình 2 –3 b ta thấy đặc tính Volt – Ampe của transistor qua 3 đường cong 1); 2); 3).
Đường biểu diễn quan hệ U
CE
và I
C
là đường thẳng ∆c trên đồ thị (hình 2-3b).
Các điểm cắt của ∆
c

với các đường cong (1) ; (2) ; (3) chính là điểm làm việc của
Transistor.
Khi dòng điện I
B
càng tăng thì điểm làm việc càng gần đến điểm uốn
Khi I
B
tăng đến giá trị nào đó thì điểm làm việc trùng với điểm uốn và I
c
không tăng lên
nữa ta nói I
c
đạt đến giá trị bão hòa I
cbh
Điểm cắt M của đường cong 1) và đường ∆c tương ứng với I
C
= 0 được gọi là điểm
khóa còn điểm N tương ứng với I
B
= I
Bbh
được gọi là điểm mở bão hòa
Khi transistor làm việc ở điểm M
Thì I
B
= 0 I
c

≈
0 Transistor khóa

Khi Transistor làm việc ở điểm N
I
B
= I
Bbh
transistor bão hòa
Trong thời gian chuyển mạch Transistor ở chế độ xung ở hai trạng thái ngắt và dẫn
dòng điện và điện áp tức thời phải nằm trong diện tích an toàn theo thang đo logarit như hình
vẽ:
β
cbh
Bbh
I
I
=
RC
E
II
CC
Bbhc
==
I
B
=I
Bbh
3
I
B
=I
Bbh

I
Cmax
N
I
cbh
2
I
B
=I
B0
∆
c
M 1
I
b
=0
E
cc
U
CE
U
CEbh
U
CEO
3
3
I
B
=I
Bbh

I
Cmax
N
I
cbh
2
I
B
=I
B0
∆
c
M 1
I
b
=0
E
cc
U
CE
U
CEbh
U
CEO
100
200
5050
10
V
CE

I
C
(A)
100ms
10ms
1ms
100µS
10µS
Hình 2 - 4
Vì thời gian chuyển mạch của Transistor từ 1÷ 2 µS thời gian chuyển mạch của
Transistor nhanh hơn thời gian chuyển mạch của Thyristor. Vấn đề điều khiển transistor nặng
nề hơn thyristor. Khả năng quá tải của Transistor kém hơn Thyristor : ưu điểm nổi bật của
transistor là chỉ cần điều khiển dòng I
B
là có thể điều khiển cho transistor có thể ngắt dẫn dễ
dàng
- Tổn hao công suất của transistor bằng tích của điện áp cực góp và cực phát với
dòng điện cực góp
P
ts
= V
CE
. I
C
3. Cách thức điều khiển transistor
Gọi I
C
là dòng collector chịu được điện áp bão hòa V
CESat
khi transistor dẫn dòng bão

hòa I
B
= I
Bbh
và khi khóa I
B
= 0 V
CEsat
= V
CE
a. Mạch trở giúp transistor mở
Khi transistor từ trạng thái đóng sang trạng thái mở mạch trợ giúp gồm các
phần tử tụ điện (C), điện trở (R
2
), Diod (D
2
)
Hình 2 -5
t
f
: là thời gian cần thiết để I
C
từ giá trị max giảm xuống 0
Dòng điện tải là I mà thời gian chuyển mạch của Transistor rất ngắn vậy cho nên dòng
tải = const
V
CE
= V
CESat
= 0

I
C
= I I
D
= 0
Khi cho xung áp âm tác động vào cực gốc (base) của transistor dòng I
C
giảm xuống đến
0 trong khoảng thời gian t
f
. Vậy cho nên
I = I
C
+ I
D
= const
Khi giảm I
c
thì I
D
tăng lên ngang D
1
sẽ làm ngắn mạch tải năng lượng tiêu tán bên trong
Transistor sẽ là.
2
fI
T
t.u
W
=

Chính vì vậy ta phải mắc thêm mạch trợ giúp mở cho Transistor
I= I
C

≈
I
D
= const
Khi I
C
bắt đầu giảm xuống thì I
1
cũng bắt đầu tăng (I
C
và I
1
phi tuyến tính với nhau lúc
này tụ điện C được nạp điện)
Khi t = t
f
; I
c
= 0
V
c
(t
f
)= V
0
= V

CE
<< V
CC
C
II
d
d
C
t
Vc
−
=
C
I
dt
d
Vc
=
V
CE
I
t
Vcc
D1
R1
1
T
D2
R2
C

D1
R1
C
D2
R2
a
V
CC
V
C
t
i
1
t
i
D
I
t
f
b
Sau thời gian t
f
tụ C được nạp bằng dòng I
Cho đến khi V
c
= V
CE
lúc này D
1
nó cho dòng chạy qua thời gian tổng cộng của quá

trình chuyển sang trạng thái mở là t
c
(t
c
).
Điện dung được tính gần đúng bằng công thức
Trong thực tế người ta chọn C trong khoảng
2t
f
≤ t
c
≤ 5t
f
b. Mạch trợ giúp đóng transistor
Khi transistor từ trạng thái mở sang trạng thái đóng mạch trợ giúp đóng cửa transistor
gồm các phần tử cuộn cảm (L), diode (D
3
), điện trở (R
3
) có chức năng hạn chế sự tăng vọt của
dòng I
C
trong khoảng thời gian đóng (T
on
) của transistor.
T
on
: là thời gian cần thiết để V
CE
từ điện áp nguồn V

CC
giảm xuống
V
CE
≈0
Sơ đồ như hình 2 – 6
+
-
G
-VCC
+
VCC
T
D2
C
D4
D5
D6
D3
L
D1
R2
R4
R3
R1
Hình 2 -6
Thời gian tổng cộng cho quá trình đóng là t
r

Điện cảm (L) được tính theo biểu thức

Để chọn L ta chọn thời gian đóng t
r
trong khoảng
2t
on
< t
r
< 5t
on
Điện trở R
3
có tác dụng hạn chế dòng do sức điện động tự cảm trong cuộn cảm (L) tạo
ra trong mạch L
1
; D
3
; R
3
trong khoảng thời gian t
c
chuyển sang trạng thái mở của transistor.
Như vậy t
c
phải thỏa mãn điều kiện
C
CE
t
u
C
dt

dv
CII
≈==
1
u
tI
C
C
.
=⇒
I
u
l
R
I
L
t
i
Lu
dt
di
L
tr
=⇒=
∆
∆
==
2
Điện trở R
2

có tác dụng hạn chế dòng điện phóng của tụ điện C trong mạch trong
khoảng thời gian đóng t
r
Ta có :
D
5
: tạo mạch đối với xung áp dương đặt vào cực gốc base
D
6
: hạn chế dòng điều khiển cho cực gốc (base)
D
4
: là chống bão hòa
4. Ứng dụng của transistor công suất
- Mạch khuyếch đại
VCC
Va
V
NPN
RC
Hình 2-7
- Trong thực tế transistor công suất thường được làm việc ở chế độ khóa
- Khi dòng ở cực gốc bằng không dòng điện cực góp bằng không transistor lúc
này hở mạch hoàn toàn
- Khi dòng điện ở cực gốc có giá trị bão hòa thì transistor trở về trạng thái dẫn
hoàn toàn hai trạng thái ngắt và dẫn của transistor được minh họa qua hình 2- 8
NPN
a b
Hình 2 - 8
5. Các thông số kỹ thuật cơ bản của transistor

a- Độ khuyếch đại dòng điện
β
transistor có
β
có trị số thay đổi theo dòng I
c

Hình 2-9 cho thấy khi dòng I
c
nhỏ thì β thấp dòng I
c
tăng thì β tăng đến giá trị cực đại
nếu tiếp tục tăng I
c
đến mức bão hòa thì β bị giảm
3
R
i
t
c
>
Trạng thái dẫn bão hòa
I
s
lớn, I
c
phụ thuộc
tải
Trạng thái ngắt
I

s
=0
I
c
V
ce
β
β
max
I
c
Hình 2 -9
b- Điện thế giới hạn
Điện thế đáng thủng BV (breakdown Voltage) là điện thế ngược tối đa vào giữa các cặp
cực
c- Dòng điện giới hạn
Dòng điện qua transistor phải được giới hạn ở mức cho phép nếu quá trị số thị transistor
bị hư
I
Cmax
: là dòng điện tối đa ở cực collector. ()
I
Bmax
: là dòng điện đối đa ở cực base (gốc)
d- Công suất giới hạn
Khi có dòng điện qua transistor sẽ sinh ra một công suất nhiệt làm nóng transistor
Công suất sinh ra được tính theo công thức
P
t
= I

c
– V
CE

e- Tần số cắt
Tần số thiết đoạn (f cut-off) là tần số mà transistor hết khả năng khuyếch đại lúc đó điện
thế ngõ ra bằng với điện thế ngõ vào
C- THYRISTOR
1. Cấu tạo
Thyristor còn được gọi là SCR (Silicon controlled Rectifier) bộ nắn điện được điều
khiển bằng chất silicium
Thyristor là linh kiện bán dẫn gồm 4 lớp P – N – P – N ghép nối tiếp tạo nên ba cực
anode ký hiệu A dương cực. Catode ký hiệu K âm cực và cực gate ký hiệu G là cực khiển hay
cửa J
1
, J
2
, J
3
là các mặt ghép

a
A
p
N
p
N
K
J
1

J
2
J
3
G
Hình 3 - 1
a- Sơ đồ cấu trúc bên trong
b- Ký hiệu
c- Các loại thyristor
2. Nguyên lý làm việc
Để nghiên cứu sự làm việc của thyristor ta xét trường hợp
a- Thyristor phân cực ngược
Hình 3 -2
Trong trường hợp này cực dương của nguồn E nối với catốt, cực âm của nguồn E nối
với anot thyristor phân cực ngược. Do đó nối tiếp giáp J
2
chịu toàn bộ điện áp nguồn E đặt vào
J
2
điện trường ngược E
c
. Điện trường ngược này ngăn cản sự chuyển dịch J
2
của các hạt mang
điện đa số (lỗ trống) nên dòng điện đi qua anốt rất bé chỉ vài mA
Mặc dù điện trường ngược E
C
này gia tốc cho các hạt mang điện thiểu số (điện tử) đi
qua J
2

. Do đó nguồn E tăng đến trị số u
cđ
nào đó khoảng từ 100-3000v, tùy loại thyristor. Khi
nào nguồn E tăng quá trị số u
cđ
trên đường đặc tính của thyristor thì các nguyên tử trong lớp
ghép J
2
bị phá vỡ lớp ghép J
1
và J
3
cũng bị phá vỡ lúc này dòng điện ngược tăng lên một cách
nhảy vọt điều đó làm hỏng thyristor ta có dạng đặc tính vôn ampe của thyristor Asene
I = f(E)
b- Thyristor phân cực thuận
Hình 3 - 3
Trong trường hợp này dưới tác dụng E
c
mặt ghép J
1
, J
3
được phân cực thuận điện
trường E
c
này ngăn cản sự chuyển dời của lỗ trống khi chưa có điện áp u
GK
thì nồng độ các điện
tử tự do trong lớp P

2
rất bé. Khio có U
GK
> 0 thì vì U
GK
là điện áp thuận đối với J
3
vì nồng độ
điện tử tự do rất lớn ở lớp catot N
3
cho nên số lượng lớn điện tử chuyển dịch từ N
2
sang P
2
Khi U
GK
và I
G
càng lớn thì số điện tự do đi qua J
2
càng nhiều hàng rào điện thế trên J
2
càng giảm và điện áp E cần thiết để gây ra hiện tượng dẫn điện ào ạt ở mặt ghép J
2
càng bé.
p
J
2
J
3

E
A
P
2
N
2
P
1
N
1
K
J
1
E
c
U
GK
I
a
J
2
J
3
E
A
p
N
pN
K
J

1
E
c
Điện áp ngược
U
cd
i
a
I
G
=0
E
E
A
B
C
D
Dòng áp ngược
Khi I
a
lớn hơn trị số I
L
nào đó (tương ứng với số điện tử tự do đủ để hiện tượng dẫn
điện ào ạt lan rộng ra khắp mặt J
2
). Thì nếu tắt dòng điện điều khiển I
G
hoặc điện áp u
GK
thyristor vẫn tiếp tục mở trị số I

L
được gọi là dòng điện anot khởi động
Thông thường I
L
= 10
-3
I
đm
Trong đó I
đm
: là dòng điện định mức của thyristor
Thyristor chỉ khóa lại khi I
a
nhỏ hơn trị số I
H
I
H
: là dòng điện duy trị hoặc U
GK
< 0
Vì khi I
a
giảm xuống thì số điện tử tự do qua mặt ghép J
2
giảm điều đó làm phần dẫn
điện của mặt ghép J
2
bị co lại phần không còn dẫn điện sẽ phục hồi tính khóa khi I
a
< I

H
toàn bộ
mặt ghép J
2
được phục hồi tính khóa và thyristor khóa lại
Trong thực tế I
H
rất bé do đó có thể xem thyristor bị khóa lại khi I =0
Từ những lý luận trên đây ta có đặc tính Volt-Ampe I
a
= f E, I
G
≠ 0
Hình 3 - 4
Hình 2- 2. Đặc tính volt ampe của thyristor ở trạng tháng mở ⇒ từ hai trạng thái phân
cực thuận phân cực ngược của thyristor ta có
- Mở bằng điện áp thuận
Hình 3 - 5
Hình 3 - 5 mở thyristor bằng điện áp thuận
- Mở bằng dòng điện điều khiển I
G

- Khi 0< E ≤ U
cd
Tại số I
a
có U
GK
cần thiết để mở thyristor phụ thuộc vào E, nhiệt độ thyristor và loại
thyristor

E
U
ct
I
a
I
G1
U
ct
I
2
I
a
E
Trạng thái dẫn
Trạng thái khởi động
Trạng thái khóa
Dòng điện duy trì
I
H
E=u
i
a
Hình 3 - 6
Hình 3 - 6 Mở thyristor bằng dòng điện
điều khiển
3. Công suất chuyển mạch của thyristor
- Công suất chuyển mạch (P
c
)và năng lượng

chuyển mạch (W
c
) là công suất và năng lượng tiêu tan
trong thyristor trong quá trình chuyển từ trạng thái
khóa sang trạng thái mở. Khi xem gần đúng E và I
a
biến thiên một cách đường thẳng theo thời gian (xem
hình 3-7) với độ dốc a=1/t
r
T
r
: thời gian tăng dòng cực anốt và chọn t
1
làm thời điểm gốc thì trong khoảng thời gian t
1
÷ t
2
Ta có :
E = u
0
(1-at)
I
a_
= I
a max
.a.t
Công suất chuyển mạch tức thời là
P
c
= E.I

a
= u
0
I
amax
(at – a
2
t
2
)
Công suất này sẽ đạt tại số cực đại khi
Và t = 1/ 2a năng lượng chuyển mạch
Khi thay trong biến thức này a=1/tr ta được :
Nếu thyristor có tần số đóng mở là f thì trong môt giây thyristor có f lần chuyển mạch
tiêu phí một năng lượng chuyển mạch
0
=
dt
d
pc
4
2
0
maxau
P
maxC
=
∫∫

