Đồ án mạch nghịch lưu 1 pha 1

Đồ án môn học
Trường ĐHSP Kỹ thuật hưng Yên

Khoa điện - điện tử

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Đồ án môn học
Sinh viên thực hiện : Đinh Công Hợp
Vũ Đình Huy
Lớp

: 112134.1

Khoá học

: 2013 - 2017

Ngành đào tạo

: KTĐ

Tên đề tài :Tính toán, thiết kế chế tạo mạch nghịch lưu nguồn áp một pha
 Số liệu cho trước:
- Các trang thiết bị đo, kiểm tra tại xưởng thực tập, thí nghiệm ĐTCS- TNMĐ
- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn.
 Nội dung cần hoàn thành:
1. Lập kế hoạch thực hiện
Giới thiệu chung về nghịch lưu.

2. Trình bày các phương pháp tính toán thiết kế bộ nghịch lưu nguồn áp.
3. Thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu nguồn áp một pha đảm bảo yêu cầu:
• Kiểm tra, thử nghiệm sản phẩm tại phòng 203B1.
4. Sản phẩm của đề tài đảm bảo tính công nghiệp và có tính khả thi trong thực tiễn.
5. Trình bày quyển thuyết minh theo yêu cầu: font – times new roman; lề phải 2.5cm; lề
trái 3cm; cách trên 2cm, cách dưới 2cm; đề mục các chương (phần) chữ viết hoa cỡ
13, các đề mục chính chữ thường in đậm, nội dung chính chữ 13. Cấu trúc thuyết
minh theo yêu cầu hiện hành của bộ môn.
Giáo viên hướng dẫn:

1. Lê Thành Sơn

Ngày giao đề tài:
Ngày hoàn thành:

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
Page 1


Đồ án môn học
................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Hưng Yên , ngày tháng
năm 2015
Giáo viên hướng dẫn
Lê Thành Sơn

Page 2


Đồ án môn học
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất,
các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã được sử
dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng
cao của xã hội. Trong thực tế sử dụng điện năng ta cần thay đổi tần số của nguồn
cung cấp, các bộ biến tần được sử dụng rộng rãi trong truyền động điện, trong các
thiết bị đốt nóng bằng cảm ứng, trong thiết bị chiếu sáng... Bộ nghịch lưu là bộ
biến tần gián tiếp biến đổi một chiều thành xoay chiều có ứng dụng rất lớn trong
thực tế như trong các hệ truyền động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa...
Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu môn
Điện tử công suất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống sản xuất
hiện đại. Vì vậy để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến thức đó vào
trong thực tế, chúng em được nhận đồ án môn học với đề tài: “Tính toán, thiết kế
chế tạo mạch nghịch lưu nguồn áp một pha”. Với đề tài được giao, chúng em

đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt
chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản
phẩm.
Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy Lê Thành Sơn cùng với sự
cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án
của mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi
thiếu sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý
kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
Page 3


Đồ án môn học
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện:
Đinh Công Hợp
Vũ Đình Huy

Page 4


Đồ án môn học

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.
1.1. Phân tích yêu cầu của đề tài.
Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải đi thiết kế một bộ nghịch lưu cho
ra điện áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số trong mạch đo được
là 50Hz, công suất ra của bộ nghịch lưu là 100W.
Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch và cho biến áp. Biến áp ở
đây sử dụng như một bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao hơn nhiều lần so
với giá trị áp ban đầu. Chính vì mạch có khả năng biến đổi nguồn một chiều

thành nguồn xoay chiều nên mạch có tính thiết thực rất lớn trong thực tế.
Mạch là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh kiện
công suất. Mạch sử dụng các van bán dẫn công suất như Transistor, MOSFET,
IGBT…Trong quá trình chạy mạch thì xung tạo ra là xung vuông và được
khuyếch đại lên bằng các van bán dẫn là Transistor, IGBT…
1.2. Mục tiêu của đề tài.
Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất.
Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của mạch
nghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án tối ưu nhất
để có áp dụng trên đồ án của mình và ngoài thực tiễn.

Page 5


Đồ án môn học
1.3.Kế hoạch tiến độ từng tuần
STT

Tuần

1

2

1,2

4

5

6

- Nhận đề tài, sắp xếp công việc cho từng
tuần ( phân chia công việc cho từng thành
viên)
-Tìm tài liệu liên quan:
điện tử công suất, truyền động điện

Người
thực hiện
Cả nhóm

- Tìm hiểu nguyên lý các mạch có liên
quan đến đề tài.
- Tham khảo ý kiến những người có chuyên
môn, các anh chị khóa trước.
-Đưa ra cơ sở lý thuyết chung của đề tài.

3

3

Công việc thực hiện

4
5,6

-.Đưa ra ý tưởng thiết kế mạch
- Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch, tính toán
thông số rồi tiến hành chạy mô phỏng.

Cả nhóm

7,8

- Ráp mạch và khảo sát trên bo mạch( nếu
gặp lỗi chỉnh sửa lại)
- Đo, chuẩn đoán các thông số điện.
- Tiến hành vẽ mạch, in mạch.
- Lắp ráp hoàn tất sản phẩm

Cả nhóm

9,10

- Chuẩn hoá nội dung, làm quyển lý thuyết.
- Hoàn tất sản phẩm, kiểm tra toàn bộ nội
dung.

Cả nhóm

Page 6


Đồ án môn học
1.4. Các phương án thực hiện.
Nhóm thực hiện đề tài sử dụng hai phương pháp chủ yếu:
 Phương pháp tham khảo tài liệu: Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh được
tìm kiếm trên mạng Internet.
 Phương pháp thực hành: Song song với việc đọc tài liệu nhóm thực hiện đề

tài đã thực hành trên mô hình để dễ dàng nắm bắt được lý thuyết.
1.5. Ý nghĩa của đề tài.
Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến
thức chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế. Đề tài còn thiết kế chế tạo
thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là sinh viên khoa Điện –
Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các học sinh, sinh viên
khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập.
Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúp
chúng em có thể hiểu sâu hơn về các bộ nghịch lưu, các phương pháp biến đổi
điện áp. Từ đó sẽ tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ra ngoài thực
tế.

Page 7


Đồ án môn học
CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU CÁC LINH KHIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT
2.1. Giới thiệu về các van bán dẫn công suất
2.1.1. DIODE công suất
a>Cấu tạo đặc điểm và phân loại:
-Diode công suất là phần tử bán dẫn có một tiếp giáp PN. Diện tích bề mặt
tiếp giáp được chế tạo lớn hơn so với diode thông thường, có thể đạt tới hàng trục
mm2. Mật độ dòng điện cho phép của tiếp giáp cỡ 10A/mm. 2 Do vậy dòng điện
định mức của một số loại diode có thể đạt tới hàng trăm ampe, như PK200, thậm
chí hàng nghìn ampe như BB2-1250. Cấu tạo và ký hiệu của diode công suất được
mô tả như hình 1

Hình 2.1 Cấu trúc và ký hiệu của diode công suất
-Diode có 2 loại thường được dùng trong các mạch chỉnh lưu công suất lớn:

*Diode chỉnh lưu Gecmani (Ge):
Tiếp giáp của diode Ge phần lớn được chế tạo bằng phương pháp làm nóng
chảy IN (indi) với nhiệt độ thích hợp, trong bán dẫn Ge loại N. Miếng bán dẫn Ge
được hàn với nền bằng thép. Tinh thể Ge được đặt trong vỏ bọc hợp kim cova để
bảo vệ và liên kết với bộ phận tản nhiệt.
-Đặc điểm của Diode Ge là điện áp chịu đựng được khoảng 400V, nhưng sụt
áp trên Diode nhỏ nên được sử dụng trong các bộ chỉnh lưu điện áp thấp. Diode Ge
Page 8


Đồ án môn học
thường bị đánh thủng do nhiệt độ. Nhiệt độ cho phép của Diode Ge là 75 0C, nên
khi làm việc ở nhiệt độ cao dòng điện ngược tăng lên đáng kể dẫn đến chất lượng
chỉnh lưu thấp, do vậy ta có thể coi nhiệt độ cho phép là nhiệt độ tới hạn của Diode
Ge.
*Diode chỉnh lưu silic (Si):
-Diode chỉnh lưu Si được chế tạo bằng cách làm nóng chảy nhôm trong tinh
thể Si loại N, hoặc làm nóng chảy hợp kim thiếc phốt pho, hay vàng antimoan
trong tinh thể silic loại P. Ngoài ra người ta còn chế tạo bằng phương pháp khuếch
tán
Phốt pho vào tinh thể Si loại N. Công nghệ chế tạo kiểu khuếch tán thường được
áp dụng cho các loại diode công suất lớn.
-Tinh thể Si và tiếp giáp PN được bọc bởi vỏ kim loại, tinh thể bán dẫn được
hàn bằng hợp kim bạc- antimoan hay vàng- antimoan.
- Diode Si có điện áp ngược cho phép cỡ 2500V, nhưng độ xụt diện áp trên
Diode Si cũng cao hơn Diode Ge. Nhiệt độ cho phép của Diode Si khá cao
tmax = 1250C, và hiện tượng đánh thủng chủ yếu cũng là do nhiệt độ.
b>Nguyên lý làm việc và đặc tính vôn – ampe:
-Khi tiếp giáp PN của diode được đặt đưới tác dụng của điện áp bên ngoài,
nếu điện trường ngoài cùng chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích xẽ

được mở rộng ra, nên điện trở tương đương của diode càng lớn và dòng điện xẽ
không thể chạy qua. Lúc này toàn bộ điện áp xẽ được đặt lênvùng nghèo điện tích,
ta nói rằng diode bị phân cực ngược. Hình 2.2
-Khi điện trường ngoài ngược chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện
tích xẽ bị thu hẹp lại. Nếu điện áp bên ngoài lớn hơn 0,65V thì vùng nghèo điện
tích xẽ thu hẹp lại đến bằng không, và các điện tích có thể di chuyển tự do qua cấu

Page 9


Đồ án môn học
trúc của diode. Dòng điện đi qua diode lúc này chỉ bị hạn chế do điện trở tải ở
mạch ngoài. Khi đó ta nói rằng diode được phân cực thuận.
Hình 2.3

vùng nghèo các điện tích

Hướng di chuyển các các điện tích

Hình 2.2

Hình 2.3

*Đặc tính vôn – ampe:

Hình 2.4 đặc tuyến von-ampe của diode
Đặc tính V-A của diode gồm 2 nhánh, nhánh thuận(1) nằm ở góc phần tư thứ
nhất ứng với UAK > 0, nhánh ngược (2) nằm ở góc phần tư thứ ba ứng với
UAK < 0 hình1.2.2-4.
Page 10

Đồ án môn học
-Trên đường đặc tính thuận của diode nếu điện áp U AK được tăng dần từ 0
đến vượt quá giá trị UD0≈ 0,6 – 0,7V, gọi là điện áp rơi trên diode theo chiều thuận,
thì dòng điện đi qua diode có thể đạt tới giá trị rất lớn, nhưng điện áp rơi trên diode
hầu như không đổi.
-Trên đường đặc tính ngược diode nếu điện áp U AK được tăng dần từ 0 đến giá
trị Ungmax thì dòng điện qua diode có giá trị rất nhỏ, gọi là dòng dò. Cho đến khi
UAK đạt đến giá trị lớn hơn Ungmax thì dòng điện qua diode tăng đột ngột, như vậy
khả năng cản trở dòng điện của diode theo chiều ngược bị phá vỡ. Đây là hiện
tượng diode bị đánh thủng.
-Trong những tính toán thực tế người ta thường dùng đặc tính gần đúng đã
tuyến tính hóa của diode. Biểu thức toán học của đường đặc tính này là:
u = UD0 + iDRD
Trong đó: UD0(V); ID (A); RD (Ω).
-Đặc tính V-A của diode thực tế là khác nhau, nó phụ thuộc vào dòng điện
cho phép và điện áp ngược mà diode chịu được. Theo đặc tính lý tưởng thì điện trở
tương đương của diode bằng 0 theo chiều thuận và bằng

theo chiều ngược.

c> Biểu thức giải tích đặc tính V-A
- Đặc tính V-A của diode được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức :
I = Is(
Trong đó:

- 1)

Is - Dòng điện rò khoảng vài trục mA.

q - Điện tích của điện tử (q = 1,59.10-19 C).
k - Hằng số Boltzmann (k = 1,38.10-23 J/K).
T = 2730 + t0 - Nhiệt độ nhiệt đối (0K).
t0 - Nhiệt độ môi trường 0C
u – Điện áp đặt trên diode (V)
Page 11


Đồ án môn học

d>Các tham số cơ bản của Diode
Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận, I D
.

Trong quá trình làm việc dòng điện chạy qua diode sẽ làm phát nóng tinh thể bán

dẫn của diode. Công suất tổn hao của diode khi đó sẽ bằng tích dòng điện chạy qua
nó với điện áp rơi trên diode. Diode chỉ dẫn dòng theo một chiều từ anốt đến catot.
Điều này có nghĩa là công suất phát nhiệt tỷ lệ với dòng điện trung bình qua diode,
Vì vậy giá trị ID là một thông số quan trọng để lựa chọn một diode trong một ứng
dụng cụ thể.
-

Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chiệu đựng được, Ung,max.
Ung,max là giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu đựng được,

đây cũng là một thông số quan trọng để lựa chọn một diode. Như ở đặc tính
vôn – ampe đã chỉ ra, quá trình diode bị đánh thủng là quá trình không thể đảo
ngược được, vì vậy trong các ứng dụng thực tế khi lựa chọn diode phải luôn đảm
bảo UAK<= Ung,max .

-Tần số làm việc của diode.
Quá trình phát nhiệt trên diode còn phụ thuộc vào tần số đóng cắt của diode.
Trong các khoảng thời gian diode mở ra hoặc khóa lại công suất tổn hao tức thời
u(t).i(t) có giá trị lớn hơn luc diode dẫn dòng hoặc lúc đạng bị khóa. Vì vậy nếu tần
số đóng cắt cao, hoặc trong trường hợp thời gian đóng cắt của diode
So sánh được với khoảng dẫn dòng hoặc khóa thì tổn thất trên diode lại bị quy định
chủ yếu bởi tần số làm việc chứ không phải chỉ có giá trị dòng điện trung bình.
Các diode được chế tạo để phù hợp với các dải tần số làm việc khác nhau, nên khi
lựa chọn diode cần phải quan tâm dến tần số làm việc của diode.
-Thời gian phục hồi tr.

Page 12


Đồ án môn học
Trong các bộ biến đổi thường sẩy ra quá trình chuyển mạch giữa các phần
tử, nghĩa là quá trình dòng điện chuyển từ một phần tử này sang một phần tử khác.
Các diode khi khóa lại có dòng ngược có thể có biên độ rất lớn để di tản các điện
tích ra khỏi cấu trúc bán dẫn của mình trong khoảng thời gian t r, gọi là thời gian
phục hồi. Thời gian phục hồi cũng quyết định tổn thất công suất trong diode. Các
diode có thời gian phục hồi rất ngắn cỡ µs, gọi là các diode cắt nhanh. Cần phải
phân biệt các diode cắt nhanh với các diode tần số cao, và t r là một thông số cần
quan tâm khi chọn diode.
2.2 .Transitor trường
2.2.1 Khái niệm
Transitor trường được viết
tắt là FET (Field effect Transitor)

Tinh thể bán dẫn loại N

vào rất lớn khác với Transitor

Điện trường

lưỡng cực BJT ( Bipolar Junction
Transitor) loại NPN hay PNP có

Đường điện tử

là loại Transitor có tổng trở đầu

tổng trở đầu vào tương đối nhỏ ở
cách lắp ráp thông thường kiểu E

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của

chung.
FET
Sự điều khiển dòng điện ở FET thông qua một điện trường nằm vuông góc
với đường dòng điện.Điều này thực ra đã được phát hiện ra từ năm 1928.Nhưng
ứng dụng thực tế chỉ xảy ra sau khi sự phát triển của nhiều loại bán dẫn khác nhau
ra đời.Hình 1.2.4-1 mô tả nguyên lí làm việc của FET.
Trong khi ở Transitor lưỡng cực thì dòng điện chính luôn luôn chạy qua hai
vật liệu bán dẫn loại N và P, thì ở Transitor trường dòng điện chỉ chạy ở 1 trong 2
loại bán dẫn nêu trên. Đường của dòng điện được cấu tạo từ chất bán dẫn loại N
Page 13


Đồ án môn học
được gọi là bán dẫn kênh N. Loại được cấu tạo từ bán dẫn loại P được gọi là kênh

P . Sơ đồ dưới đây mô tả các loại khác nhau của Transitor trường.
Các Transitor trường có 3 chân:
Cực máng D (Drain),
Cực nguồn (Source),
Cực cổng (Gate).
Các cực của Transitor trường so sánh với Transitor BJC
Cực S tương đương với cực Emitter
Cực G tương đương với cực Base
Cực D tương đương với cực Collector
Mỗi loại Transitor trường có một kí hiệu riêng. Nó được tóm tắt trên

Transitor trường (FETs)

JFETs (PNFETs)

JFETs kênh N

Kênh N

MOSFETs (IGFETs)

JFETs kênh P

Kênh P

Kênh N

MOSFETs

kênh đặt sẵn

Kênh P

MOSFETs
kênh cảm ứng

MOSFETs
Cổng đôi

Loại5
đặc biệt

VMOSFETs
SIPMOSFETs

Hình 2.6 Các loại Transitor trường
Vì đặc tính tổng trở đầu vào rất lớn (đối với JFETs có giá trị khoảng 10 9Ω, ở
MOSFETs thậm chí khoảng 1015Ω) cho nên sự điều khiển dòng điện trong
Page 14


Đồ án môn học
Transitor trường có công suất tổn hao gần bằng không. Vì vậy việc ứng dụng
Transitor trường rất rộng rãi đặc biệt với kỹ thuật MOSFETs.
Loại
JFETs

Loại kênh N

Loại kênh P

MOSFETs loại kênh liên tục
MOSFETs loại kênh gián đoạn

Hình 2.7 Ký hiệu Transitor trường
2.2.2 Transitor JFET (Junction FET)

a, Cấu tạo, nguyên lí làm việc
JFET còn được gọi là Transitor tiếp xúc P-N hay FET nối. Gọi tắt là FET.JFET
có hai loại là JFET kênh N và JFET kênh P.
Cấu tạo của JFET kênh N được cho như trên hình vẽ.Cấu tạo của nó bao gồm
có một tấm bán dẫn loại N, trên tinh thể bán dẫn Si-N người ta tạo xung quanh nó
một lớp bán dẫn P (có nồng độ cao hơn so với bán dẫn loại N) và đưa ra điện cực
là cực nguồn S (Source), cực máng D (Drain), và cực cổng G (Gate).
Như vậy hình thành một kênh dẫn điện loại N nối giữa hai cực D và S, cách li
với cực cổng G dùng làm cực điều khiển bởi một lớp tiếp xúc bao quanh kênh dẫn.
Đối với JFET kênh P thì hoàn toàn tương tự. Ký hiệu và cực tính điện áp phÂn cực
cũng như dòng điện và đặc tính điều khiển cho các JFET loại kênh N và kênh P
như hình 2.8

Page 15


Đồ án môn học

Hình 2.8 Mặt cắt của một JFET kênh N
b, Nguyên lí hoạt động
Để phân cực JFET kênh N người ta dùng hai nguồn điện áp ngoài là U DS> 0
và UGS< 0 như hình vẽ Hình 2.9 (đối với JFET kênh P, các chiều điện áp phân cực
sẽ ngược lại sao cho tiếp giáp P-N bao quanh kênh dẫn luôn được phân cực

ngược). Do tác dụng của các điện trường này, trên kênh dẫn xuất hiện một dòng
điện (là dòng điện tử đối với loại kênh N) hướng từ cực D tới cực S, được gọi là
dòng điện cực máng ID. Dòng IĐ có độ lớn tuỳ thuộc và các giá trị U DS và UGS vì độ
dẫn điện của kênh phụ thuộc mạnh vào cả hai điện trường này.Điều này có thể giải
thích như sau:

Page 16


Đồ án môn học
ID

-ID

D
G
S
+

-U

D
U

D S

-

G S

G

+

S
+
-

ID

-U G S

U

-U

DS

+

-U

D

G S

-ID

U G S

Hình 2.9 Ký hiệu, đặc tính điều khiển của FET kênh N và FET kênh P
Khi đặt điện áp -UGS giữa cực G và cực S (hình 2.9) thì cả hai tiếp giáp PN
đều bị phân cực ngược.Trong chất bán dẫn loại P và N bắtđầu hình thành vùng
chắn làm cho dòng điện không còn chạy qua được giữa hai vùng tiếp giáp PN phân
cực ngược.Khi vùng chắn cứ rộng mãi ra thì dòng điện trong kênh nhỏ dần
đi.Trong kênh gần cực Source là rộng nhất và phía cực Drain thì nhỏ hơn.
Điện áp -UGS càng lớn bao nhiêu thì vùng chắn trong kênh càng lớn bấy
nhiêu và dòng điện chạy trong kênh càng nhỏ đi bấy nhiêu.Độ lớn của điện trở R DS
giữa Source và Drain của JFET phụ thuộc vào độ lớn của điện áp U GS.Như vậy
điện áp có thể làm thay đổi được điện trở R DS.Khi các vùng chắn tiếp xúc với nhau
thì dòng điện sẽ bị gián đoạn và kênh lúc này bị thắt lại.Dòng điện I D lúc này sẽ
bằng không.Vì tiếp giáp PN phÂn cực ngược nên chỉ có một dòng điện rất nhỏ
chạy qua, do đó việc điều khiển dòng điện ID bằng điện áp -UGS có công suất tổn
hao rất nhỏ.

Page 17


Đồ án môn học
c, Đường đặc tính ra của JFET
Đường đặc tính đầu ra biểu diễn sự phụ thuộc giữa dòng điện cực máng I D
và điện áp UDS khi UGS bằng hằng số.
Vùng tuyến tính
Khi UDS nhỏ, ID tăng mạnh tuyến tính theo U DS và ít phụ thuộc vào U GS. Đây
là vùng làm việc mà JFET giống như điện trở thuần cho tới lúc đường cong bị uốn
mạnh
Vùng bão hoà
Khi UDS đủ lớn, ID phụ thuộc rất yếu vào UDS và phụ thuộc mạnh vào
UGS.Đây là vùng làm việc mà JFET giống như một phần tử khuếch đại, dòng điện
ID được điều khiển bằng điện áp UGS.

Vùng đánh thủng
Khi UDS có giá trị khá lớn, ID tăng đột biến do tiếp giáp PN bị đánh thủng,
hiện tượng thác lũ xảy ra tại khu vực gần cực D do điện áp ngược đặt lên tiếp giáp
PN tại vùng này là lớn nhất.
d, Phương pháp lấy đường đặc tính đầu ra:
•

Điều chỉnh nguồn điện áp U2 = 0

•

Đặt U1 ở gái trị mong muốn giữa 0 và -6V và giữ bằng hằng số

•

Đóng công tắc S1 và điều chỉnh U2 các giá trị khác nhau

•

Đọc dòng ID ở mỗi giá trị UDS

•

Mở công tắc S1, chỉnh U2 về không và U1 thay đổi các giá tri khác nhau

•

Đọc dòng ID ở mỗi giá trị UGS

•

Giữ nguyên U2 điều chỉnh thay đổi U1

•

Đọc dòng ID ở mỗi giá trị UGS

Page 18


Đồ án môn học

Hình 2.10 Phương pháp lấy đặc tính ra của MOSFETs

Hình 2.11 Đặc tuyến đầu ra của JFET
e, Các tham số của JFET
Tham số giới hạn
Dòng điện IDmax là dòng điện máng cực đại cho phép (ứng với UGS =0)
Điện áp UDSmax là điện áp máng nguồn cực đại cho phép
Điện áp UGSmax là điện áp cổng nguồn cực đại cho phép
Điện áp khoá UGS(P) là điện áp cổng nguồn làm cho dòng ID = 0
Tham số làm việc
Điện trở đầu ra dòng một chiều RDS: RDS = UDS/ID
Page 19


Đồ án môn học
Điện trở đầu ra dòng xoay chiều rDS: rDS = ∆UDS/∆ID, rDS thể hiện độ dốc của đường
đặc tính đầu ra trong vùng bão hoà.
Hỗ dẫn của đặc tính truyền dẫn S: S = ∆ID/ ∆UGS cho biết tác dụng điều khiển của

điện áp cực cổng tới dòng cực máng.
2.2.3 Transitor MOSFET (Transitor trường cực cổng cách li)
Ở MOSFETs, sự điều khiển không thông qua lớp chắn mà qua một lớp cách điện.
Lớp cách điện này về nguyên tắc có cấu tạo từ oxít kim loại cũng chính vì vậy mà
người ta gọi là MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor FET). Khi viết tắt người ta
cũng thường hay viết IFET (I: insulated) hoặc IGFET (IG: insulated gate).
MOSFETs được chia làm hai loại: Loại có kênh liên tục hay còn gọi là
MOSFETs có kênh đặt sẵn và loại có kênh gián đoạn còn gọi là MOSFETs có
kênh cảm ứng. MOSFETs có kênh liên tục có khả năng dẫn điện khi
UGS = 0V.
Ở MOSFETs có kênh gián đoạn thì ngược lại, khi U GS = 0V thì nó không
dẫn. Mỗi loại kênh liên tục hay gián đoạn đều có phân loại theo chất bán dẫn là
kênh N hay kênh P.
a Cấu trúc và ký hiệu:
-Không giống như Transitor thường được giới thiệu ở phần trên, chúng được
điều khiển bằng dòng điện. Còn MOSFET được điều khiển bằng điện áp nên công
suất điều khiển rất nhỏ, do vậy MOSFET có thể được điều khiển trực tiếp từ các
đầu ra của các vi mạch công suất nhỏ.
-Trên hình 2.12 biểu diễn cấu trúc của một MOSFET kênh dẫn kiểu n.
trong đó G là cực điều khiển cách ly hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn bởi lớp điện
môi mỏng silicđioxit (SiO2) nhưng có cách điện rất lớn. Nếu kênh dẫn là kiểu n thì
các hạt mang điện xẽ là các electron (các hạt điện tử) do đó cực tính điện áp của
cực máng là cực dương, còn cực gốc thường nối với đế P.
Page 20


Đồ án môn học
-Trên cấu trúc ký hiệu gạch chéo giữa D&S để chỉ ra rằng bình thường không có
kênh dẫn nối giữa D và S.

Hình 2.12 Cấu trúc bán dẫn và ký hiệu của MOSFET
b>Nguyên lý làm việc:

Hình 2.13 Sự tạo thành kênh dẫn trong cấu trúc bán dẫn của MOSFET
Trong chế độ làm việc bình thường U DS > 0. Giả sử UGS = 0.khi đó kênh dẫn
hoàn toàn không xuất hiện và giữa cực S và cực D lúc này là tiếp giáp p-n bị phân
Page 21


Đồ án môn học
cực ngược, điện áp xẽ rơi hoàn toàn trên tiếp giáp này, còn dòng qua cực gốc và
cực máng sẽ rất nhỏ.
- Nếu UGS< 0 thì vùng bề mặt giáp cực điều khiển xẽ tích tụ các lỗ (P) do đó dòng
điện giữa cực gốc và cực máng vẫn hầu như không có (hình 2.13 a.).
-Nếu UGS> 0 và đủ lớn thì vùng bề mặt giáp cực điều khiển xẽ tích tụ các
điện tử, như vậy một kênh dẫn đã được hình thành, lúc này dòng điện giữa cực
máng và cực gốc chỉ phụ thuộc vào điện áp UDS (hình 2.13 b.)
-Trên cấu trúc MOSFET hình (hình 2.13 c.) ta thấy rằng giữa cực gốc và cực
máng tồn tại một tiếp giáp p-n, tương đương với một diode ngược nối giữa D và S,
đó chính là ưu điểm của MOSFET.
c> Đặc tính ra của transistor MOSFET kênh N:

Hình 2.14 Họ đặc tính ra của MOSFET kênh N
Trên đường đặc tính ta thấy khi đặt điện áp điều khiển nhỏ hơn một mức nào
đấy cỡ 3V thì giữa cực máng và cực gốc điện trở rất lớn dòng qua đó gần bằng
không. Khi điện áp cỡ 6-7V thì MOSFET sẽ trong chế độ dẫn, thông thường
người ta điều khiển MOSFET bằng diện áp cỡ 15V để giảm điện áp rơi trên 2 cực
D và S. khi đó UDS gần như tỷ lệ với dòng ID.
MOSFET tác động rất nhanh có thể đóng, mở với tần số trên 100KHZ.
Khi MOSFET dẫn dòng thì điện trở rất nhỏ khoảng 0,1Ω đối với MOSFET -1000V

và khoảng 1Ω với MOSFET -500V.
Page 22


Đồ án môn học
Ngày nay người ta đã chế tạo được MOSFET với U DS tới 500V và ID tới
hàng trục ampe.Vì vậy MOSFET được dùng nhiều để làm khóa điện tử vì chịu
được tần số cao và nó giữ vai trò quan trong trong các thiết bị biến tần có khâu
trung gian.
2.3 . MOSFET ((Insulated Gate Bipolar Transitor)
2.3.1 Cấu trúc và ký hiệu:
- MOSFET là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET với
khả năng chịu tải của transistor thường. MOSFET cũng là phần tử được điều khiển
bằng điện áp, do đó công suất điều khiển rất nhỏ, dạng tín hiệu thường là các xung
điện áp ±15V.
-Cấu trúc của MOSFET cũng đưa ra ba cực Emitor, colector, và cực điều
khiển. Nhưng MOSFET khác với MOSFET ở chỗ giữa E & C là cấu trúc bán dẫn
p-n-p chứ không phải n-n. Có thể coi MOSFET giống như một transtor được điều
khiển bởi một MOSFET.

Hình 2.15 a> Cấu trúc MOSFET, b> Cấu trúc MOSFETtương đương
mộttranzitor với một MOSFET, c> Ký hiệu MOSFET
2.3.2 Nguyên lý làm việc
-Phân cực cho MOSFET sao cho UCE> 0, sau đó cấp vào cực G một điện
áp điều khiển UGE> 0 với một giá trị đủ lớn. Khi đó hình thành một kênh dẫn
Page 23


Đồ án môn học
với các hạt là điện tử giống như MOSFET.Các hạt điện tử di chuyển về phía

cực C, vượt qua lớp tiếp giáp p-n tạo nên dòng colector.-Thời gian đóng cắt
của MOSFET nhanh hơn transistor thường, trễ khi mở khoảng 0,15µs , trễ
khi khóa khoảng 1µs. công suất điều khiển MOSFET rất nhỏ thường dạng
điện áp điều khiển là ±15V. Để mở thường cấp tín hiệu +15V, để khóa thường
cấp tín hiệu là -15V.
2.4.Máy Biến Áp.
- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) và không làm
thay đổi tần số của nó.
2.4.1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
a. Cấu tạo:
- Gồm có hai cuộn dây : cuộn sơ cấp có N1 vòng và cuộn thứ cấp có N2 vòng.
Lõi biến áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh dòng Fucô và tăng cường từ thông qua
mạch.
- Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có
thể N1 > N2 hoặc ngược lại.
- Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu
thụ điện.
- Trong thực thế thì máy biến áp có dạng như hình 2, còn trong việc biểu diễn
sơ đồ máy biến áp thì có dạng như hình 1

Hình 2.16 sơ đồ nguyên lý máy biến áp 1 pha

Page 24


Đồ án môn học

Hình 2.17 máy biến áp 1 pha

b. Nguyên tắc hoạt động:

- Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Nó gây ra sự biến
thiên từ thông trong hai cuộn. Gọi từ thông này là: φ = φ0cosωt
- Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là : φ1 = N1φ0cosωt và φ2 =
N2φ0cosωt
- Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu
thức
Từ đó ta thấy nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm
ứng điện từ.
c. Khảo sát máy biến áp
Gọi N1. N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Trong khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi
vòng dây của cả hai cuộn suất điện động bằng:
Suất điện động trên một cuộn sơ cấp là:
Suất điện động trên cuộn thứ cấp:
=> Tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương
ứng
Page 25