Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện tử công nghiệp - Sơ cấp) - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ

1

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN 05: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: SƠ CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 228A/QĐ-CĐNKTCN – ĐT ngày 02 tháng 8
năm 2016 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội)

Hà Nội, năm 2016


2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng
nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


3

LỜI GIỚI THIỆU
Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp ở trình độ Sơ cấp,
giáo trình Điện tử cơng suất là một trong những giáo trình mơ đun đào tạo chun ngành
được biên soạn theo nội dung chương trình chi tiết mơ đun Điện tử công suất. Nội dung biên
soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau.

Giáo trình được thiết kế theo từng bài trong hệ thống mơ đun của chương trình, có
mục tiêu học tập, thực tập cho mô đun, phần lý thuyết cơ bản học viên cần phải nắm vững
để thực hành, thực tập. Cuối mỗi bài sau phần lý thuyết cơ bản đều có phần bài tập thực hành
để giáo viên và học sinh sinh viên thực hiện.
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan
đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và
thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn
cao.
Nội dung giáo trình được bố cục bao gồm 5 bài với nội dung như sau:
Bài 1: Van bán dẫn
Bài 2: Chỉnh lưu khơng điều khiển
Bài 3: Chỉnh lưu có điều khiển
Bài 4: Điều chỉnh điện áp
Bài 5: Nghịch lưu
Trong giáo trình này tác giả đã sử dụng nhiều tài liệu tham khảo và biên soạn theo
một trật tự logic nhất định. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị tại
trường có thể sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được
mục tiêu đào tạo nhưng khơng tránh được những khiếm khuyết.Rất mong nhận được đóng
góp ý kiến của quý thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hồn thiện
hơn.Các ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa Điện tử điện lạnh Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật
Công nghệ.
Xin trân trọng cảm ơn
Hà Nội, ngày 20 .tháng 06 năm 2016
BAN BIÊN SOẠN


4

MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 3

Bài 1: Van bán dẫn ............................................................................................................. 9
1. Diode công suất: .............................................................................................................. 9
1.1. Đặc tuyến V - A .............................................................................................................................. 10
1.2. Ví dụ .................................................................................................................................................. 10
1.3. Hệ số hình dáng .............................................................................................................................. 11
1.4. Cơng suất trên diode khi dẩn điện ............................................................................................. 12
1.5. Ví dụ: ................................................................................................................................................. 12
1.6. Điều kiện chuyển mạch và điện áp nghịch .............................................................................. 13
1.7. Phân loại diode công suất............................................................................................................. 14
2. Transistor MOSFET ...................................................................................................... 14
2.1 Cấu tạo MOSFET ........................................................................................................................... 14
2.2. Nguyên lý hoạt động ..................................................................................................................... 15
2.3. Đặc tính V- A .................................................................................................................................. 15
3. Thyristor ........................................................................................................................ 15
3.1. Cấu tạo và ký hiệu ......................................................................................................................... 15
3.2.Nguyên lý hoạt động ...................................................................................................................... 16
3.3. Các thông số cơ bản ...................................................................................................................... 19
4. Triac và Điac ................................................................................................................. 20
4.1. Triac................................................................................................................................................... 20
4.2. Điac.................................................................................................................................................... 23
5. IGBT .............................................................................................................................. 24
5.1 Cấu tạo .............................................................................................................................................. 24
5.2. Nguyên lý hoạt động ..................................................................................................................... 25
5.3. Đặc tính đóng cắt IGBT ............................................................................................................... 26
5.4. Thơng số IGBT ............................................................................................................................... 26
6. GTO ............................................................................................................................... 27
6.1 Cấu tạo .............................................................................................................................................. 27
6.2. Nguyên lý hoạt động ..................................................................................................................... 28

5

Bài 2: Chỉnh lưu không điều khiển................................................................................. 30
1. Khái niệm cơ bản ........................................................................................................... 30
1.1 Phân loại ............................................................................................................................................ 31
1.2 Các tham số cơ bản của mạch chỉnh lưu .................................................................................. 31
1.3 Luật dẫn của van ............................................................................................................................. 32
2. Chỉnh lưu công suất 1 pha không điều khiển ................................................................ 33
2.1. Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ ................................................................................................... 33
2.2. Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điểm giữa (M2) ..................................................... 38
2.3 Chỉnh lưu cầu 1 pha (B2) ............................................................................................................. 39
3. Chỉnh lưu công suất ba pha không điều khiển .............................................................. 42
3.1 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia (M3) .......................................................................................... 42
3.2. Chỉnh lưu cầu ba pha .................................................................................................................... 47
BÀI 3: CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT CÓ ĐIỀU KHIỂN ................................................... 74
1.Tổng quan mạch điều khiển chỉnh lưu công suất ........................................................... 74
1.1 Nguyên tắc cơ bản .......................................................................................................................... 74
1.2 Điều khiển chuỗi xung .................................................................................................................. 74
1.3 Điều khiển góc pha ........................................................................................................................ 81
2.Chỉnh lưu cơng suất một pha có điều khiển ................................................................... 88
2.1. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ có điều khiển ................................................................................ 88
2.2. Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển ............................................................... 89
2.3. Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển ............................................................................... 90
3.Chỉnh lưu công suất ba pha có điều khiển ...................................................................... 91
3.1 Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển..................................................................................... 91
3.2 Chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển(B6) .................................................................................... 97
BÀI 4: MẠCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ........................................................................ 119
1. Mạch điều áp một chiều .............................................................................................. 119
1.1. Bộ giảm áp ..................................................................................................................................... 119
1.2. Bộ tăng áp....................................................................................................................................... 123

2. Mạch điều áp xoay chiều một pha ............................................................................... 126
2.1. Điện áp xoay chiều một pha tải thuần trở ............................................................................. 126
2.2. Điện áp xoay chiều một pha tải RL .......................................................................... 127


6

4. Biến đổi điện thế AC một pha sử dụng TRIAC .......................................................... 132
BÀI 5: NGHỊCH LƯU .................................................................................................... 134
1. Bộ Nghịch Lưu Áp Một Pha: ...................................................................................... 134
2.Bộ Nghịch Lưu Áp Ba Pha: .......................................................................................... 139
3.Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM ................................................................. 142
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 147


7

GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun: Điện tử cơng suất
Mã mơ đun: MĐ 05
* Vị trí, tính chất của mơ đun:
-

Vị trí: Mơ đun được bố trí dạy cuối chương trình sau khi học xong các mơn

học/mơ đun cơ bản như: Kỹ thuật điện, linh kiện điện tử, mạch điện tử cơ bản, đo lường
điện tử, kỹ thuật xung - số...
-

Tính chất: Là mơ đun bắt buộc

* Mục tiêu của mơ đun:
- Về kiến thức:
+ Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số linh kiện điện tử công
suất và mạch điện tử công suất.
- Về kỹ năng:
+ Đo, kiểm tra, lắp, khảo sát, sửa chữa, thay thế được các linh kiện điện tử bị hư
hỏng trong mạch điện tử công suất.
- Về thái độ:
+ Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an tồn vệ sinh công nghiệp
* Nội dung của mô đun:
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Thời gian (giờ)
Số
TT

Tên các bài trong mơ đun

Tổng

Lý

số

thuyết

10

4

Thực hành, thí

Thi/

nghiệm, thảo

Kiểm

luận, bài tập

tra

Bài 1: Van bán dẫn
1

1. Diode công suất
2. Transistor MOSFET
3. Thyristor SCR

6


8

4. Triac và Điac
5. IGBT
6. GTO
Bài 2: Chỉnh lưu không điều khiển
1. Các khái niệm cơ bản

2

2. Chỉnh lưu công suất một pha không
điều khiển

18

6

11

1

20

7

12

1

10

4

6

15

4

10

3. Chỉnh lưu công suất ba pha khơng
điều khiển
Bài 3: Chỉnh lưu có điều khiển
1. Tổng quan mạch điều khiển chỉnh
lưu công suất
3

2. Chỉnh lưu công suất một pha có điều
khiển
3. Chỉnh lưu cơng suất ba pha có điều
khiển
Bài 4: Điều chỉnh điện áp

4

1. Mạch điều áp một chiều
2. Mạch điều áp một pha
Bài 5: Nghịch lưu

5

1. Nghịch lưu 1 pha
2. Nghịch lưu 3 pha

1

3. PWM

7

Thi kết thúc mô đun
Cộng

2

2
75

25

45

5


9

Bài 1: Van bán dẫn
MĐ 05 - 01
* Giới thiệu:
Bài học này giới thiệu về nguyên lý đóng/cắt mạch điện xoay chiều và một chiều
bằng linh kiện bán dẩn công suất : Diode, BJT, MOSFET, Thyristor, Triac... Phuơng pháp
này đã dần thay thế các thiết bị đóng/căt cơ học do có nhiều ưu điễm đặc biệt đối với các ứng
dụng yêu cầu tốc độ và tần suất đóng/cắt cao.
* Mục tiêu:
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc tính của linh kiện điện tử cơng suất.
- Đo, kiểm tra được chất lượng của linh kiện điện tử cơng suất.
- An tồn cho người, thiết bị, rèn luyện tác phong cơng nghiệp, tinh thần làm việc theo

nhóm, tính tư duy, sáng tạo và vệ sinh công nghiệp.
* Nội dung chính:
1. Diode cơng suất:
Khác với diode thuờng, về mặt cấu tạo diode công suất bao gồm 3 vùng bán dẩn silic
với mật độ tạp chất khác nhau gọi là cấu trúc PsN, giữa hai vùng bán dẩn PN là một vùng có
mật độ tạp chất rất thấp (vùng S) (hình 2.1)

Hình 2.1 Cấu tạo và ký hiệu điện diode công suất PsN


10

1.1.

Đặc tuyến V - A

Đường đặc tính diode cơng suất rất gần với đặc tính lý tưởng (hình 2.2), trong đó đoạn
đặc tính thuận có độ dốc rất thẳng đứng (hình 2.2b) vì vây, nhiệt độ trên diode xem như không
đổi, điện áp thuận trên diode là tổng giữa điện áp ngưỡng U(TO) khơng phụ thuộc dịng điện
với thành phần điện áp tỉ lệ với dòng điện thuận chảy qua diode. Giả sử nhiệt độ là hằng số,
điện áp thuận trên diode được tính theo cơng thức gần đúng sau :
UF = U(TO) + rF.IF
Với rF : Điện trở động theo chiều thuận

Các ký hiệu thường dùng trong thiết kế : F = Forward để chỉ trạng thái dẩn theo chiều
thuận, R = Reverse để chỉ trạng thái khóa trong vùng nghịch

Hình 2.2 a) Đặc tính diode lý tưởng ; b) đặc tính diode thực tế
1.2.

Ví dụ

Một diode cơng suất có đặc tính như sau:
Điện áp ngưỡng U(TO) = 0,85v
Điện trở động rF = 8mQ
Với dòng chảy qua cố định IF = 50A, suy ra điện áp thuận trên diode là:


11

UF = U(TO) + rF.IF = 0,85v + 8mQ.50A = 1,25v
1.3.

Hệ số hình dáng

Độ tin cậy của diode được đánh giá qua khả năng chịu tải ở chế độ làm việc dài hạn với
tần số lưới điện 50-60Hz và nhiệt độ tại mối nối phụ thuộc rất lớn vào công suất tiêu tán, nhiệt
trở và điều kiện tỏa nhiệt của diode
Trong ví dụ 1.2, dịng qua diode có giá trị cố định là trường hợp hiếm khi xảy ra. Trên
thực tế, dịng qua diode có dạng xung và gồm hai giá trị: Giá trị hiệu dụng và giá trị trung bình,
như trong trường hợp chỉnh lưu 3 pha bán kỳ (M3) thời gian dẩn của mỗi diode là T/3. Hình 2.3
trình bày các giá trị của iF đo bằng dụng cụ đo chỉ thị kim

Hình 2.3: Đồ thị dịng thuậncủa diode, giá trị trung bình và hiệu dụng
Trong số tay tra cứu thường cho giá trị trung bình IFAV của diode. Hình 2.3 cho thấy các
giá trị này được tính từ chuổi xung dòng qua diode

Mặt khác giá trị hiệu dụng IFRMS được đo bằng đồng hồ

12

Sự khác nhau giữa dòng điện đo bằng đồng hồ với dịng tính tốn được thể hiện bởi hệ
số hình dáng F, đó là tỉ số giữa giá trị hiệu dụng với giá trị trung bình. Theo hình 2.3

Vì hệ số hình dáng phụ thuộc vào dạng dịng điện nên trong thực tế đối với các dạng tín
hiệu thơng dụng khi biết F và một trong hai giá trị, có thể tìm được giá trị cịn lại một cách dể
dàng (hình 2.4)

Hình 2.4 Hệ số hình dáng các dạng dịng điện quan trọng
1.4.

Công suất trên diode khi dẩn điện

Công suất rơi trên diode được tính theo cơng thức

1.5.

Ví dụ:

Một diode cơng suất có: IFAV = 25A, IFRMS = 48A, U(TO) = 0,75v và rF = 8111Q được
xử dụng trong một mạch chỉnh lưu cầu với tải điện trở có Id = 40A. Kiểm tra khả năng chịu
đựng của diode
Giải:
Trong mạch nắn cầu dịng chảy qua mỗi diode chỉ trong khỗng thời gian một bán kỳ.
Do đó


13

Từ hình 2.4 suy ra: F = 1,57
IFRMS = F. IFAV = 1,57. 20A = 31,4A < 48A
Cả hai giá trị dòng điện đều nhỏ hơn trị số cho phép, cơng suất rơi trên diode được tính
như sau:

1.6.

Điều kiện chuyển mạch và điện áp nghịch

Một diode được điều khiển dẩn hay tắt là do cực tính điện áp đặt trên nó, nhưng diode
chỉ chuyển sang trạng thái tắt khi dịng qua diode bằng 0 (hình 2.5)

Hình 2.5 Diode như 1 cơng tắc điều khiển bằng điện áp
Trong hình trình bày một công tắc diode lý tưởng đáp ứng được các điều kiện sau:
- Công tắc hở khi U < 0v
- Cơng tắc đóng khi U > 0v
- Cơng tắc hở khi IF < 0A

Trong quá trình làm việc thường xuất hiện các xung nhiểu làm cho điện áp nghịch tức thời
đặt lên diode tăng nhưng không được vượt quá trị số cho phép U RRM, trong mạch chỉnh lưu trị
số này được chọn với hệ số an toàn từ 1,5...2. Do đó:
URRM » (1,5...2). U


14

Nếu ngõ ra mạch chỉnh lưu có dùng tụ lọc thì điện áp nghịch đặt trên diode bằng 2 lần giá
trị đỉnh của điện áp xoay chiều ở ngõ vào
URRM » (1,5...2). U
1.7.

Phân loại diode công suất

Dựa trên lỉnh vực ứng dụng, các diode công suất được chia thành các loại như sau:
- Diode tiêu chuẩn (tốc độ chậm) dùng cho các yêu cầu thông thường với tần số làm

việc từ 50...60Hz
- Diode cơng suất lớn với dịng cho phép đến 1,5KA
- Diode điện áp cao với điện áp nghịch cho phép đến 5KV
- Diode tốc độ nhanh với thời gian trì hỗn ngắn, có đặc tính động và hiệu suất cao.
- các diode cho phép làm việc với xung điện áp nghịch trong một khoãng thời gian ngắn

2 Transistor MOSFET
2.1 Cấu tạo MOSFET

a

b
Hình 2.6. Cấu trúc và ký hiệu của BJT
a. Loại NPN

b. Loại NPN

Tranzito là phần tử bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn PNP ( gọi là bóng thuận ) hoặc NPN (
gọi là bóng ngược ) tạo nên hai tiếp giáp PN. Các lớp PN giữa từng điện cực được gọi là lớp
emitter J1 và lớp colecto J2. Mỗi lớp có thể được phân cực theo chiều thuận hoặc theo chiều
ngược dưới tác dụng của điện thế ngồi.
Tranzito có 3 cực: Bazơ ( B ), colectơ ( C ), emitơ ( E ).
Cấu trúc và ký hiệu tranzito được thể hiện trên (hình 2.6).

15

2.2. Nguyên lý hoạt động
2.2.1. Nguyên lý
Trong chế độ làm việc bình thường UDS > 0. Giả sử điện áp giữa cực điều khiển và cực
gốc bằng 0, UGS = 0, khi đó kênh dẫn hồn tồn khơng xuất hiện và giữa cực gốc với cực máng
sẽ là tiếp giáp pn- phân cực ngược. Điện áp UDS sẽ rơi hoàn tồn trên vùng điện trở lớn của tiếp
giáp này, dịng qua cực gốc và cực máng sẽ nhỏ.
Nếu điện áp điều khiển UGS < 0 thì vùng bề mặt tiếp giáp cực điều khiển sẽ tích tụ các lỗ
do đó dòng điện giữa cực máng và cực gốc vẫn hầu như khơng có.
Khi điện áp điều khiển UGS > 0 và đủ lớn vùng bề mặt tiếp giáp cực điều khiển sẽ tích tụ
các điện tử. Như vậy một kênh dẫn thực sự đã hình thành. Dịng điện giữa cực máng và cực gốc
lúc này sẽ phụ thuộc vào điện áp UDS.
2.2.2. Khảo sát hoạt động MOSFET
a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Mudun linh kiện chứa MOSFET công suất.
- Tải đèn .
- Dây có chốt cắm hai đầu.
- Khối nguồn AC, DC
- Máy hiện sóng.
b.Qui trình thực hiện
- Cấp nguồn cung cấp DC, nguồn vào AC và nối tải bóng đèn tại đầu ra như hình vẽ.
Thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào. Quan sát và đo điện áp ở đèn.
- Ngắt nguồn vào AC. Thay đổi biên độ tín hiệu đầu vào. Quan sát và đo điện áp ở đèn.
- Kết luận hoạt động MOSFET
2.3. Đặc tính V- A
Đặc tính V – A được vẽ trên hình 2.6. Đặc tính này có dạng tương tự với đặc tính V – A của
BJT.
3 Thyristor

3.1. Cấu tạo và ký hiệu
Cấu trúc và ký hiệu của SCR được thể hiện trên (hình 2.7)


16

A
A

P
G
N
P
G
N
K
b
K
a P
N Cấu trúc và ký hiệu của SCR
Hình 2.7:
Pa.Cấu tạo b.ký hiệu
SCR là linh kiện bán dẫn có cấu tạo từ 4 lớp bán dẫn p-n-p-n tạo ra ba tiếp giáp p-n: J1, J2, J3
N
và đưa ra 3 cực
-

Cực cổng: G

-

Anơt: A

-

Catơt: K

3.2.Ngun lý hoạt động
3.2.1. Ngun lý
SCR có đặc tính giống như điốt, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua theo một chiều từ anot
đến catot và cản trở dòng chạy theo chiều ngược lại. Nhưng khác với điốt, SCR có thể dẫn dịng
ngồi điều kiện có điện áp UAK > 0 còn cần thêm một số điều kiện khác. Cụ thể là điện áp kích
UG đặt vào cực G.
Để nghiên cứu sự làm việc của SCR ta xét 2 trường hợp sau:
-Trường hợp SCR mở:
Khi được phân cực thuận SCR có thể mở bằng 2 phương pháp:
Phương pháp 1:


17

Có thể tăng điện áp UAK cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uth.max . Khi đó
điện trở tương đương trong mạch anot – catot sẽ giảm đột ngột và dịng qua SCR sẽ hồn toàn
do mạch ngoài xác định.
Phương pháp này trong thực tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn
và khơng phải lúc nào cũng có thể tăng được điện áp đến giá trị Uth.max . Điều này dẫn tới sẽ xảy
ra trường hợp SCR tự mở ra dưới tác dụng của các xung của các xung điện áp tại một thời điểm
ngẫu nhiên không định trước được.
Phương pháp 2:
Nội dung của phương pháp này là đưa một xung dịng điện có giá trị nhất định vào giưa cực

điều khiển và catot. Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của SCR từ trở kháng cao
sang trở kháng thấp ở mức điện áp anot – catot nhỏ.Khi đó nếu dòng qua anot – catot lớn hơn
một giá trị nhất định, gọi là dịng duy trì Idt thì SCR sẽ tiếp tục ở trạng thái mở dẫn dịng mà
khơng cần đến sự tồn tại của xung dòng điều khiển. Điều này cho thấy có thể điều khiển mở các
SCR bằng các xung dịng có độ rộng xung nhất định. Phương pháp này được áp dụng trong thực
tế.
-Trường hợp SCR khóa:
Để khóa SCR lại cần giảm dịng anot – catot về dưới mức dịng duy trì Idt bằng cách đổi
chiều dòng điện hoặc áp một điện áp ngược lên giữa anot và catot. Sau khi dịng về bằng khơng
phải đặt một điện áp ngược lên anot và catot ( UAK < 0 ) trong một khoảng thời gian tối thiểu,
gọi là thời gian phục hồi tr , sau đó SCR mới có thể cản trở dịng điện theo cả hai chiều.
Thời gian phục hồi là một trong những thông số của SCR. Thời gian này xác định dải tần
số làm việc của SCR. Nó có giá trị khoảng từ 5 đến 50µs đối với các SCR tần số cao và từ 50
đến 500µs đối với các SCR tần số thấp.
3.2.2.Khảo sát hoạt động SCR
a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Môdun linh kiện chứa SCR công suất.
- Tải đèn.
- Dây có chốt cắm hai đầu.
- Nguồn 12VDC, 24VAC.


18

- Khối nguồn phát xung.
- Máy hiện sóng.
b. Qui trình thực hiện.

G
Z

- Cấp nguồn 12VDC, cấp nguồn tín hiệu vào cực G và nối tải bóng đèn, SCR như hình vẽ. Quan
sát hiện tượng ở đèn. Đo Uđèn và USCR. Vẽ dạng sóng ra trên tải.
- Đổi cực nguồn cấp. Quan sát hiện tượng của đèn. Nhận xét.
- Thay nguồn 12VDC bằng nguồn 24VDC. Quan sát hiện tượng ở đèn. Đo Uđèn và USCR. Vẽ
dạng sóng ra trên tải.
- Thay đổi nguồn tín hiệu cấp ở cực G cho 2 trường hợp trên. Quan sát hiện tượng ở đèn và kết
luận. Vẽ dạng sóng ra trên tải.
- Kết luận hoạt động SCR
3.2.3. Đặc tính V- A
Đặc tính V- A của SCR gồm 2 phần:
- Đặc tính thuận: Nằm trong góc phần tư thứ I, tương ứng với trường hợp điện áp UAK > 0.
- Đặc tính ngược nằm trong góc phần tư thứ II, tương ứng với trường hợp UAK < 0
Khi dòng vào cực điều khiển bằng 0 hay khi hở mạch cực điều khiển sẽ cản trở dòng điện
ứng với cả 2 trường hợp phân cực điện áp UAK.
Khi điện áp UAK < 0, hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận . Lúc
này SCR sẽ giống như 2 điốtmắc nối tiếp bị phân cực ngược. Qua SCR sẽ chỉ có một dòng điện
rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò.
Khi UAK tăng đạt đến một giá trị điện áp lớn nhất Ung.max sẽ xảy ra hiện tượng SCR bị đánh
thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn. SCR đã bị hỏng.


19

Khi tăng điện áp UAK > 0, lúc đầu cũng chỉ có một dịng điện nhỏ chạy qua, gọi là dòng
rò. Điện trở tương đương mạch anot – catot vẫn có giá trị rất lớn. Tiếp giáp J1, J3 phân cực
thuận, J2 phân cực ngược. Cho đến khi điện áp UAK tăng đến giá trị điện áp thuận lớn nhất
Uth.max sẽ xảy ra hiện tượng điện trở tương đương mạch A – K đột ngột giảm, dòng chạy qua
SCR sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở mạch ngoài . Nếu khi đó dịng qua SCR lớn hơn một mức
tối thiểu gọi là dịng duy trì Idt thì khi đó SCR sẽ dẫn dịng trên đường đặc tính thuận giống như

đường đặc tính thuận ở điốt.

Hình 2.8 Đặc tính V- A
3.3. Các thông số cơ bản
Khi sử dụng SCR ta cần quan tâm tới các thơng số cơ bản sau:
1.Dịng điện thuận cực đại: IA max
Đây là trị số dòng điện IA cực đại qua SCR mà SCR có thể chịu đựng liên tục, quá trị số này
SCR sẽ bị hư.
2.Điện áp ngược cực đại
Đây là điện ấp ngược lớn nhất có thể đặt vào giữa A và K mà SCR chưa bị đánh thủng, nếu
vượt qua trị số này SCR sẽ bị phá hủy. Điện áp ngược cực đại của SCR thường khoảng 100V
đến 1000V.
3.Dịng điện kích cực G cực tiểu.:IGmin


20

Để SCR có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp thấp thì phải có dịng điện kích cho cực
G của SCR. Dịng điện kích cực tiểu là trị số dòng nhỏ nhất tùy đủ để điều khiển SCR dẫn điện.
Dịng điện kích cực tiểu có trị số lớn hay nhỏ s tùy thuộc vào công suất của SCR. Nếu SCR có
cơng suất càng lớn thì dịng kích cực tiểu càng lớn. Thơng thường nó có giá trị từ 1mA đến vài
chục mA.
4.Thời gian mở SCR:ton
Là thời gian cần thiết hay độ rộng xung của xung kích để SCR có thể chuyển từ trạng thái
ngưng sang trạng thái dẫn. Thời gian mở khoảng vài µs.
5.Thời gian tắt:toff
Theo nguyên lý, SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích. Muốn SCR đang
ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho IG bằng khơng và cho điện áp UAK
bằng khơng. Để SCR có thể tắt được thì thời gian cho UAK phải đủ lớn nếu khơng khi UAK tăng
lên cao lại ngay thì SCR sẽ dẫn điện trở lại. Thời gian tắt của SCR khoảng vài chục µs.

4

Triac và Điac

4.1. Triac
4.1.1.Cấu tạo
Triac là phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm 5 lớp tạo nên cấu trúc p-n-p-n như SCR
theo cả 2 chiều. Triac gồm có 2 cực T1 , T2 và cực cổng G. Cấu tạo và ký hiệu triac được
cho ở (hình 2.9)

MT2
MT2

N1

G
N3

MT1

P1
N2
P2

G
N4

MT1

Ký hiệu

Cấu tạo
Hình 2.9 Cấu tạo, ký hiệu Triac

Về ngun tắc triac hồn tồn có thể coi tương đương với 2 SRC mắc song


21

M
PT

MT2
M
T

N
G
P G
M
N
T
M
b)T

MT2
N
P
G
N G

MT1
P
MT1

c)

Hình 2.10a. Triac mắc song song

Hình 2.10b. SRC mắc song song
4.1.2.Nguyên lý hoạt động:
Triac là linh kiện có thể dẫn dịng điện theo cả 2 chiều. Vì vậy định nghĩa dịng thuận, dịng
ngược trong trường hợp này khơng có ý nghĩa. Việc kích dẫn triac thực hiện nhờ xung dòng
điện đưa vào cổng điều khiển G. Điều kiện để triac đóng điện là đưa xung dịng kích vào cổng
điều khiển trong điều kiện tồn tại điện áp trên linh kiện khác.
Triac có thể điều khiển mở dẫn dịng bằng cả xung dòng dương hoặc xung dòng âm. Tuy
nhiên xung dịng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn nghĩa là dịng chỉ có thể chạy qua triac khi
điện áp giưa T1 và t2 phải lớn hơn một giá trị nhất định, lớn hơn khi dùng dòng điều khiển
dương. Nguyên lý thực hiện được biểu diễn như


22

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý
4.1.3. Khảo sát hoạt động TRIAC
a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Mudun linh kiện chứa Triac cơng suất.
- Tải đèn.
- Dây có chốt cắm hai đầu.
- Nguồn 12VDC.
- Nguồn phát tín hiệu xung .

- Máy hiện sóng.
b. Qui trình thực hiện.

T
G

Zt

- Cấp nguồn 12VDC, nối tải bóng đèn và triac như hình vẽ. Quan sát hiện tượng ở đèn.
Đo Uđèn và Utriac. Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng
đặt trên bóng đèn.Nhận xét.


23

- Đảo cực nguồn cấp. Quan sát hiện tượng ở đèn. Đo Uđèn và Utriac. Dùng máy hiện sóng
quan sát dạng tín hiệu trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng đặt trên bóng đèn.Nhận xét.
- Thay nguồn 12VDC bằng nguồn 24VAC. Quan sát hiện tượng của đèn. Dùng máy hiện
sóng quan sát dạng tín hiệu trên tải bóng đèn. Vẽ dạng sóng đặt trên bóng đèn.
- Kết luận hoạt động TRIAC
4.1.4.Đặc tuyến V -A
Đặc tuyến gồm 2 đoạn đặc tuyến ở góc phần tư thứ I và thứ II, mỗi đoạn đều giống như đặc
tính thuận của một SCR như (hình 2.13)

Hình 2.12: Đặc tuyến V – A
4.2. Điac
4.2.1 Cấu tạo - kí hiệu quy ước
Cấu tạo diac tương tự triac nhưng khơng có cực khống chế G, gồm 2 cực MT1 và MT2 hồn
tồn đối xứng nhau như Hình 7.14 khi lắp vào mạch AC, ta không cần phân biệt thứ tự. Thực
tế khi sử dụng Diac, ta nhớ quan tâm hai thơng số: dịng tải và áp giới hạn. Thực tế áp giới hạn

của Diac khoảng 20V 40V (cụ thể ta tra cứu sổ tay linh kiện để biết chính xác).Kí hiệu và đặc
tuyến của Diac như Hình 2.13


24

Hình 2.13: Cấu tạo Diac
4.2.2 Nguyên lý hoạt động của Diac:
Mạch mô tả nguyên lý hoạt động của Diac như hình 2.14

Hình 2.14 Sơ đồ mơ tả ngun lý hoạt động của Diac
Ta thấy khi Uđạt đến giá trịUBo hoặc - UBo thì dịng I tăng vọt với giá trị | UBo | xác lập,
tức ngưởng ổn áp. Giống đặc tuyến làm việc của 2 Diốt zene ổn áp dương và ổn áp âm.
Vì vậy, ta có thể ghép đối tiếp (nối tiếp và đối đầu ) 2 điốt Zene để thay thế Diac khi cần
thiết hình 2.15

Hình 2.15 Thay thế Diac bằng nối tiếp đối đầu hai điốt zener
5 . IGBT
5.1 Cấu tạo
Cấu trúc và ký hiệu của IGBT được thể hiện trên (hình 2.16)


25

E
G
C
n

n

n

p

n
p

G

p

n+

E
Colecter
Hình 2.16 Cấu trúc IGBT
Về cấu trúc rất giống MOSFET, điểm khác là có thêm lớp p nối với colector tạo nên cấu
trúc bán dẫn PNP giữa emiter ( cực gốc) với coletor ( cực máng), không phải là n – n như
ở MOSFET.
Có thể nói IGBT tương đương với 1 tranzito PNP với dòng bazo được điều
khiển bởi MOSFET.
5.2. Nguyên lý hoạt động
5.2.1. Nguyên lý
Về mặt điều khiển IGBT gần như giống hoàn toàn MOSFET tức được điều khiển bằng điện
áp , do đó CS điều khiển yêu cầu cực nhỏ.
Nếu UGE > 0 ( điện áp điều khiển) kênh dẫn các hạt mang điện là các điện tử được hình
thành. Các điện tử di chuyển về phía colector vượt qua tiếp giáp n-- p như ở cấu trúc giữa bazo
và colector ở tranzito thường, tạo nên dòng colector.
5.2.2.Khảo sát hoạt động MOSFET.

a. Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Mudun linh kiện chứa IGBT.
- Tải đèn.
- Dây có chốt cắm hai đầu.
- Nguồn 12VDC, 24VAC.