Thiristor (SCR) linh kiện điện tử cơ bản

1.2. Tiristor (SCR)
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Nguyªn lÝ cÊu t¹o
§Æc tÝnh, th«ng sè
KÕt cÊu
Më tiristor
Khãa tiristor
KiÓm tra


1. Nguyên lí cấu tạo

Cấu tạo p - n của tiristor

A

J2

J1

J3

p

n

p

n

1

1

2

2

K

Cấu tạo từ bốn chất bán dẫn đặt liên tiếp nhau.
Nếu đặt điện áp ngoài vào trong các tiếp giáp
trên có một tiếp giáp ngợc
UAK>0 có J2 ngợc
UAK<0 có J1, J3 ngợc
Cả hai trờng hợp này đều không dòng điện.
Muốn có dòng điện chạy qua pn cần có dòng điện
điều khiển (xoá đi một cặp bán dân nào đó)


Nguyên lí làm việc loại điều
từ
anod
i
J1

J2 khiển
AK
J
3

A

p1 n1

p2

n2 K

iAG

G a)
Đa thêm một cực G (gate) vào n1

Khi có điện trờng UAK>0, có dòng điện iAG cặp
bán dẫn p1, n1 thành dây dẫn, khi đó A coi
nh đợc đặt trực tiếp vào p2, khi đó xuất
hiện dòng iAK
Khi đã có dòng iAK, dòng điều khiển không còn
ý nghĩa nữa. Các chất bán dẫn p,n chỉ trở
về trạng thái ban đầu khi ngng dòng điện


+

A

Nguyên lí làm việc loại điều
khiển
từ Katod
i
J1

p1

n1

a)

n1

J2 J3 AK
p2 n2 K _
G

iGK

A

T1
p1

+

Đa thêm một cực G (gate) vào p2

n2 K
T2

p2
b)

G

c)

Khi có điện trờng UAK>0, có dòng điện iGK cặp bán
dẫn p2, n2 thành dây dẫn, khi đó K coi nh đợc
đặt trực tiếp vào n1, khi đó xuất hiện dòng iAK
Khi đã có dòng iAK, dòng điều khiển không còn ý
nghĩa nữa. Các chất bán dẫn p,n chỉ trở về
trạng thái ban đầu khi ngng dòng điện


2. Đặc tính và thông số
I

1

_
+
Đặc tính có dạng nh hình bên
Thông số:
IG3>IG2>IG1 >
2
Có các thông số nh diod

ITG
4
0
UN
U
đã nói ở trên
UAK UBO
3
Các thông số riêng của tiristor _
+
ITG dòng điện tự giữ;
tm, tk thời gian mở, khóa tiristor, tCM = tm +
tK
Uđk, iđk - điện áp và dòng điện điều khiển
dU/dt, di/dt - giới hạn tốc độ biến thiên điện
áp và dòng điện


So sánh tiristor với các linh kiện
bán dẫn công suất khác
Ưu điển chính của tiristor là có
mật độ dòng điện cao, tổn hao
nhỏ
Nhợc điểm: tốc độ chuyển mạch
chậm, tần số làm việc thấp


3. KÕt cÊu
§Æc ®iÓm kÕt cÊu c¬ b¶n cña tiristor lµ
dÉn nhiÖt ra ngoµi nhanh nhÊt.

KÕt cÊu tiristor cã d¹ng nh h×nh T3


4. Mở tiristor
Định nghĩa việc mở tiristor là chuyển
nó từ trạng thái không dòng điện sang
trạng thái có dòng điện.
Điều kiện có dòng điện chạy qua
tiristor
Muốn có dòng điện chạy qua tiristor
phải đáp ứng hai điều kiện:
Có điện áp UAK>0;
Có dòng điện điều khiển iGK 0


Trong mạch điện một chiều, tiristor đợc mở
dễ dàng, còn trong mạch xoay chiều việc mở
tiristor phức tạp hơn do điện áp và dòng điện
thừơng xuyên đổi chiều
Một số sơ đồ mở tiristor trong mạch xoay
chiều
K

U1
U,i

U1

Up
b)

a)

U1

MĐK

U,i

U,i
t

Mở tiristor
bằng điện
áp anod

K

t

Mở tiristor
bằng
nguồn phụ

c)
t

Điều khiển
bằng mạch ĐK

5. Khoá tiristor
Định nghĩa việc khoá tiristor là chuyển từ
trạng thái có dòng điện về trạng thái không
dòng điện (hay pn trở về trạng thái ban
đầu)
Điều kiện để khoá tiristor là phải đa dòng
điện chạy qua nó về 0
Có thể hiểu về điều kiện này là đặt một
điện áp ngợc trực tiếp trên hai đầu UAK<0,
tiristor đợc khoá.
Việc đặt điện áp ngợc nh thế không phải
khi nào cũng thuận tiện, do đó có một số
cách khoá nh sau:


Mét sè s¬ ®å kho¸ tiristor trong m¹ch
mét chiÒu

• Trong m¹ch ®iÖn xoay chiÒu
tiristor tù kho¸ do dßng ®iÖn tù
®éng ®æi chiÒu theo ®iÖn ¸p,
khi dßng ®iÖn b»ng 0 tiristor tù
kho¸.
IT
• Mét sè s¬ ®å kho¸ tiristor trong
IN
m¹ch mét chiÒu
a) Hë m¹ch
dßng

b)Ng¾n
m¹ch

c)T¹o dßng ch¹y ng
îc tiristor víi IT


• Mét sè s¬ ®å m¹ch kho¸ tiristor
b»ng m¹ch ®iÖn phô

T1
+
U1

L

C
Ud
D0

U1

T1

T1 L

C

C

L

D0

Ud

Id U

1

Zd

Id
D0

Ud Z
d


L2

T1
+
C -

U1

T2

Id

D0
D1

L

Zd U1

Ud

C +

- T2

T3

T1

+
-

L

T2

L1

+
Id

T2

T4 C

T5

U
Zd d

U1

W2

W1
D0

g.

+
C D0

T3

+
Id
U
Zd Ud 1
-

Zd Ud

+

Id

T2

Zd Ud

T3

-

e.

L1

T1

C-

U1

Zd Ud

+

-

D2

Id

D2

T1

-

D0

c.

T2

L1

U1

-

T3

d.
+C-

T1

C

D0

U1

+

Zd Ud U1

T3

D2

L2

-

D0

Id

b.

a.

T2

T1

T1

L

+

L2

f.

L2

T2
+
h.

T1

L1

T1

L1
C

T3

Id

D0

ZdU U

d
1

T2

C

T4
D0

+

-

T5

T3
i.

Id
Zd Ud


T1

+

A
+

T2

C
U1

B
L

IT
IN

Id
D0
D1

Ud

Zd


6. Kim tra s b
Bớc 1: Kim tra bng ồng hồ vạn năng
Để thang điện trở đo lớn nhất:
A với K (đổi đầu que đo) có điện trở
A với G (đổi đầu que đo) có điện trở .
K với G (đổi đầu que đo) có điện trở (5 20)
Đợc nh thế này có thể mắc tiristor vào mạch
Bớc 2. Kiểm tra điều khiển
Dùng các mạch a, b ở mục 4 để kiểm tra tiristor

VÝ dô m¹ch kiÓm tra
• Tiristor ®îc m¾c vµo líi ®iÖn xoay chiÒu nh
c¸c h×nh vÏ díi.
• §iÒu kiÖn ®îc phÐp m¾c tiristor vµo m¹ch:
2
UN>2. U~
• Khi kho¸ K hë tiristor kho¸ ®Ìn kh«ng s¸ng
• Khi kho¸ K ®ãng tiristor dÉn ®Ìn s¸ng 1/4
c«ng suÊt
K
K
U~
U~
§
§
Up


7. Diod Shockley

(cùng họ đặc tính
còn có SUS - SiliconUnilateral Switch)

Diod Shockley có cấu tạo bốn chất bán
dẫn nh tiristor nhng không có cổng
điều khiển.
Ngời ta chế tạo linh kiện này có đỉnh
đặc tính phi tuyến ở góc phần t thứ
nhất nhỏ. Linh kiện này giống diod ổn

áp là chúng cho dòng điện chạy qua khi
I
J một
J ngỡng nào đó.
Jáp vợt
+ có
điện
Khi
A
K
p điện
p
dòng
chạy
qua
rồi, diod shockley
n
n
có sụt áp bằng 0
U
U
2

1

1

3

2

1

2

N

+

-

UBO