Lý thuyết bán dẫn : Thyristor và Ujt

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>Bài 7 : THYRISTOR VÀ UJT</b>

(UJT: Uni – Junction Transistor)

Đây là loại linh kiện được cấu tạo bởi 4 lớp bán dẫn. Loại linh
kiện này có hai loại chính: loại thứ nhất là họ thyristor bao gồm
Shockley diode, SCR, SCS, Diac và Triac; loại thứ hai là UJT.

Thyristor được sử dụng để điều khiển công suất trên tải, điều
khiển tốc độ động cơ… Còn UJT được sử dụng như là linh kiện tạo
xung kích cho thyristor, mạch dao động và mạch định thời…

<b>I. Shockley Diode:</b>

Shockley diode là loại thyristor 2 cực. Cấu tạo của linh kiện này gồm 4 lớp bán
dẫn tạo thành cấu trúc pnpn có dạng như hình vẽ.

Khi đặt vào nguồn có cực như hình trên. Mối nối BE của Q1 và

Q2 bị phân cực thuận và mối nối BC của Q1 và Q2 bị phân cực

nghịch. Khi giá trị điện áp phân cực bé.
Ta có:

(

)

1 1

1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1

1 <i>_E</i> <i>_CBO</i>

<i>B</i>
<i>CBO</i>
<i>E</i>
<i>E</i>
<i>B</i>
<i>CBO</i>
<i>C</i>
<i>E</i>
<i>B</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
−
−

=
−
−
=
−
−
=
α
α

(

)

1

1 1 1 <i>A</i> <i>CBO</i>

<i>B</i> <i>I</i> <i>I</i>

<i>I</i> = − −

⇒ α

2
2

2

2 2 <i>E</i> <i>CBO</i> 2 <i>K</i> <i>CBO</i>

<i>C</i> <i>I</i> <i>I</i> <i>I</i> <i>I</i>

<i>I</i> =α + =α +

maø <i>IB</i>1 ≡<i>IC</i>2 vaø <i>IA</i> ≡<i>IK</i>

(

1 2

)

1
2
1
α
α +
−
+
=

⇒ <i>CBO</i> <i>CBO</i>
<i>A</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
Moái
noái 1
p
p
n

n _{noái 3}Mối
Mối
nối 2
Anode
Cathode

Cathode
Anode
Ký
hiệu
1
2
3
3
2
1

V C C
+V_CC

I_C2 = I_B1
I_A = I_E1

I_C1 = I_B2

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

trong điều kiện này, α rất bé. Vì thế tại mức điện thế thấp dịng điện IA rất

bé nên đây là trạng thái tắt hay khóa mở. Khi VAK tăng  IA tăng dần vì thế α1 và

α2 cũng tăng lên. Tại điểm α1 + α2 = 1 thì IA có giá trị rất lớn.

Tại điểm VAK = VBR, các transistor bên trong bão hịa. Khi đó VAK

giảm đột ngột bằng VBE + VCE(sat).

 Shockley diode vào vùng dẫn thuận (khóa đóng).

Diode tiếp tục dẫn, nó sẽ dẫn cho đến khi dòng IA giảm nhỏ hơn

mức ngưỡng IH  diode tắt.

Dòng điện chuyển mạch IS là giá trị của IA khi diode chuyển từ

vùng phân cực thuận tắt sang vùng phân cực thuận dẫn. ( IS≤ IH )

<b>II. SCR: (Silicon – Controlled Rectifier)</b>

SCR cũng là một loại linh kiện 4 lớp bán dẫn pnpn tương tự như Shockley diode
nhưng nó có 3 cực: Anode, Cathode và Gate.

SCR được sử dụng trong nhiều ứng dụng như điều khiển động cơ, mạch tạo trễ,
điều khiển nhiệt độ, điều khiển pha, điều khiển relay…

Mạch tương đương của SCR:

72
I_H

0 V_BR
On

Off

V_AK
I_A

Đặc tuyến làm
việc

p
p
n
n

Anode

Cathode
Gat

e

A

K

G

Ký
hiệu
R → ∞

K

A A

K

Ở trạng
thái tắt

R → 0

A

K

A

K
Ở trạng
thái dẫn

p
p
n
n

A

C
G

1

2

3

3

2

1

A

K
G

Q₁

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>SCR dẫn</b>: IG = 0, SCR giống như Shockley diode ở trạng thái tắt.

Khi kích một xung dương vào cực G, Q1 và Q2 dẫn.

ID2 kích Q2 dẫn, cung cấp dòng IB1 kích Q1 dẫn. Khi Q1 dẫn (dòng IC1≡

IB2) cung cấp IB2 cho Q2 để Q2 tiếp tục dẫn nếu khơng có xung kích (IG =

0). Vì vậy, ta thấy rằng Q2 dẫn bão hịa cung cấp IB1 cho Q1 . Ngược lại

Giống như Shockley diode, SCR có thể dẫn mà không cần xung
kích nếu như VAK > VBR (forward Breakover). Điện thế VBR càng giảm khi IG

càng tăng. Dịng IG điều khiển giá trị điện áp VBR để SCR dẫn.

Mặc dù VAK > VBR nhưng sẽ không phá hỏng linh kiện nếu doøng

IG bị giới hạn. Nên để SCR dẫn ta chỉ cần kích 1 xung tại cực G.
<b>SCR tắt:</b>

Sau khi kích thì IG = 0, SCR tiếp tục dẫn. Dòng IA phải giảm nhỏ hơn giá trị

ngưỡng IH để SCR tắt. Có hai cách để SCR tắt:

 IA = 0 (ngắt dòng IA ). Bằng cách sau:
1

2

3

3

2

1

V C C

R_A

Q₂
Q₁

I_G = 0
G

Ta
ét
Ta

ét

K
A

R_A

V C C

A

K _mạchHở

1

2

3

3

2

1

V C C

R_A

Q₂
Q₁

G

K
A

I_G
I_A

I_B1
I_B2

R_A

V C C

A

K Ngắn _mạch

1

2

3

3

2

1

V C C

R_A

Q₂
Q₁

K
A

I_G =
0

I_A

I_B1
I_B2

R_A

V C C

A

K Ngắn _mạch
G

V C C

G

R_A
I_A=

0

V C C

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

 Chuyển mạch cưỡng bức: SCR đang dẫn, tạo dòng qua SCR theo hướng
ngược lại sao cho dòng điện tổng qua SCR < IH SCR tắt.

<b>Đặc tuyến SCR:</b>

VBR là giá trị điện áp của VAK mà tại đó SCR vào vùng dẫn thuận. VBR lớn

nhất khi IG = 0, khi IG tăng lên thì VBR giảm từng bước tương ứng.

74

V C C

R_K

G

I_A

S

SCR
dẫn

V C C

R_K
G

I_A

S

SCR
tắt

Vùng
khóa
nghịc

h

Vùng
khóa
thuậ

n

V_BR

V_BD IH V

F (VAK)

I_F

Vùng
đánh
thủn

g

Vùng dẫn
thuận

I_A

V_AK
I_H0

I_H1

I_G = 0
I_G1>I_G

2

I_G2>I_G1

V_BR0
V_BR1
V_BD

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

IH là giá trị của dòng IA < IH để SCR chuyển từ vùng dẫn thuận sang vùng

khóa thuận. IH tăng khi IG giảm và lớn nhất khi IG = 0.

<b>III. SCS: (Silicon – Controlled Switch)</b>

SCS có cấu trúc giống như SCR nhưng có 2 cực điều khiển Cathode gate và
Anode gate. SCS có thể tắt hay dẫn tùy thuộc vào mức của xung kích vào 2 cực này.

<b>SCS dẫn:</b> khi kích xung kích dương vào GK hoặc kích

xung âm vào GA.

<b>SCS tắt:</b> khi SCS dẫn ta kích xung âm vào GK hoặc

kích xung dương vào GA  SCS tắt. Ta có thể dùng cách

giống như SCR là làm cho IA = 0.

<b>Ứng dụng:</b> SCR và SCS có ứng dụng tương tự nhau. SCS có thời gian tắt nhanh hơn
nhưng cơng suất dòng và áp sẽ nhỏ hơn so với SCR. SCS chủ yếu trong bộ đếm,
thanh ghi và mạch định thời.

<b>IV. Diac và Triac:</b>

<b>1. Diac:</b>

Diac có thể dẫn 2 chiều và có cấu tạo 4 lớp bán dẫn.

Diac dẫn khi điện áp trên hai cực của nó > VBR ở cả hai chiều. Dịng điện qua

diac có chiều tùy thuộc vào cực tính của điện áp đặt vào 2 cực của nó. Diac tắt
khi dịng điện qua nó giảm nhỏ hơn IH.

75
Ký

hiệu

G_A
G_K

A

K

1

2

3

3

2

1 _G

A

G_K
A

K
Mạch tương
đương

V C C

1

2

3

3

2

1

G_A

G_K

A

K
Q₁

Q₂
V_CC

n
A₁

A₂
p
p

n

A₁

A₂
Cấu

tạo Ký hiệu

I

V
I_H

-I_H V_BR
-V_BR

1

2

3

3

2

1

1

2

3 ₃

2

1

Q₁

Q₂

Q₃

Q₄
A

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Mạch tương đương:

Điện trở liên nền:
RBB = RB1 + RB2

Giá trị RB1 thay đổi nghịch đảo với dòng IE nên RB1 là 1 biến trở, giá trị của

RB1 có thể thay đổi từ vài chục Ω đến vài chục KΩ.

<i>BB</i>
<i>B</i>
<i>B</i>

<i>R</i> <i>V</i>

<i>R</i>
<i>R</i>
<i>V</i> <i>_B</i> = ×

2
1

1

Tỷ số

<i>BB</i>
<i>B</i>
<i>R</i>
<i>R</i> ₁

=

η _{: khi}<i>V_EB</i>1<<i>V_R_B</i>₁+<i>V_pn</i> mối nối PN phân cực nghịch  IE = 0. Giá

trị điện thế VE để mối nối BE phân cực thuận được gọi là VP.

<i>pn</i>
<i>BB</i>

<i>P</i> <i>V</i> <i>V</i>

<i>V</i> =η +

Khi VEB1 = VP, mối nối PN phân cực thuận IE# 0. Lỗ trống bên P đi qua thanh N,

kéo điện tử từ cực âm của nguồn VBB vào cực nền B1 tái hợp với lỗ trống. Lúc

đó, hạt dẫn trong thanh n tăng cao đột ngột làm cho RB1 giảm xuống, kéo VE giảm

xuống làm cho IE tăng lên.

Trong khoảng này, điện áp VE bị giảm trong khi dòng điện IE lại tăng lên nên

người ta gọi đây là vùng điện trở âm.

Khi RB1 giảm thì điện trở liên nền RBB

cũng bị giảm và dòng điện IBB tăng.

Dòng điện IE tiếp tục tăng và điện áp VE

giảm đến 1 trị số thấp nhất gọi là điện
áp thung lũng (valley voltage) thì IE và VE sẽ

tăng lên như đường đặc tuyến của diode
thông thường. Vùng này gọi là vùng bão
hịa.

77
Base

1

Base
2
Emitter

Mối nối
PN _n

p

Cấu
tạo

3

2

1

E B2

B₁
Ký
hiệu
B₂

B₁
E RB2

R_B1

Mối nối pn 

Diode

R_B2 : điện trở mối
nối của B₂E

R_B1 : điện trở mối
nối của B₁E

B₂

B₁
E RB2

R_B1

V_BB
V_EB1

+

-ηV_BB
I_E

V_P
V_V

Vuø
ng
R <

0

Vùng bão
hòa
Vùng

tắt

V_E

I_E
I_V

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7></div>

<!--links-->