Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
5
Đó chính là giá trị nghịch đảo đạo hàm
dI
dU
của đặc tính của tại điểm
tính điện trở.
Nhánh ngợc ứng với phân áp ngợc (sơ đồ nối mạch ở góc III). Lúc
đầu , điện áp ngợc tăng thì dòng điện ngợc (dòng điện rò) rất nhỏ cũng tăng
nhng chậm (đoạn 3). Tới điện áp ngợc
U
> 0,1V thì dòng điện ngợc có trị
số nhỏ vài mA và gần nh giữa nguyên. Sau đó điện áp ngợc đủ lớn
U
>
U
ngmax
thì dòng điện ngợc tăng nhanh (đoạn khuỷnh 4) và cuối cùng (đoạn 5)
thì điôt bị đánh thủng. Lúc này, dòng điện ngợc tăng vọt dù có giảm điện áp.
Điện áp lúc này là điện áp chọc thủng. Điôt bị phá hỏng. Để đảm bảo an toàn
cho điôt, ta nên cho điôt làm việc với điện áp ngợc 0,8 U
ngmax
thì dòng điện
rò qua điôt nhỏ không đáng kể và điôt coi nh ở trạng thái khóa.
Vùng khuỷnh là vùng điện trở ngợc của điôt đang từ trị số rất lớn
chuyển sang trị số rất nhỏ dẫn đến dòng điện ngợc từ trị số rất nhỏ trở thành
trị số rất lớn.
Hình 1.2: Đặc tính V-A của điôt
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
6
Khi phân cực thuận thì dòng điện qua điôt theo công thức:
.
1
D
V
KT
Ds
q
IIe
=
(1- 2)
Ta có: q= 1,6.10
-19
C
T: Nhiệt độ tuyệt đối (
0
K)
K: Hằng số boltzman, k=1,38 hoặc K=1,38.10
-23
j/
0
K.
+ Các thông số cơ bản của điôt.
- Dòng điện định mức l dòng cực đại cho phép đi qua điôt trong thời
gian điôt mở (I
D
).
-Điện áp ngợc cực đại U
Ngmax
là điện áp ngợc cực đại cho phép đặt
vào điôt trong một thời gian dài khi điôt khoá.
- Điện áp rơi định mức u là điện áp rơi trên điôt khi điôt mở và dòng
qua điôt bằng dòng thuận định mức.
- Thời gian phục hồi tính khoá T
k
là thời gian cần thiết để điôt chuyển
từ trạng thái mở sang trạng thái khoá.
+ Các ứng dụng của điôt
- Chỉnh lu một pha hai nửa chu kỳ
V
1
= V
m
Sint
V
2
= -V
m
Sint
Hình1.3: Mạch chỉnh lu một pha hai nửa chu kỳ
- Mạch chỉnh lu 3 pha một nửa chu kỳ
V
1
= V
m
Sint
V
2
= V
m
(Sint - 2/3)
V
3
= V
m
(Sint - 4/3)
Hình 1.4: Mạch chỉnh lu ba pha một nửa chu kỳ
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
7
- Chỉnh lu cầu
V2
V1
Hình 1.5: Chỉnh lu cầu
- Dùng bảo vệ tranzito
Hình 1.6: Mạch bảo vệ tranzito
Bảng 1.1: Điôt công suất
I
tb
U
im
U
Tốc độ quạt Tộc độ nớc
Mã hiệu
A V V m/s l/ph
Liên Xô (cũ)
chế tạo
B- 10
B-20
B-25
B-50
B-200
BK2b-350
B-10
B- 25
B-50
10
20
25
50
200
350
10
25
50
100ữ 1000
100ữ 1000
100ữ 1000
100ữ 1000
100ữ 1000
300ữ 1000
300ữ 1000
300ữ 1000
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,8
0,6
0,6
0,6
3
6
12
3
6
4
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
8
B-200
B-1000
200
1000
300ữ 1000
1000
0,7
0,8
12
4
Hãng Thomson chế tạo
ESM- 61
BYX- 61
BYT 30
BYT 60
BYW 80
10
12
30
60
80
200
ữ
800
80
ữ
300
200
ữ
1000
200
ữ
1000
50
ữ
200
1.1.2 Điôt ổn áp
Điôt ổn áp là một loại điôt bán dẫn có đặc tính ổn áp, đợc dùng sản
xuất chuyên dụng phục vụ các thiết bị ổn áp và mạch điện tử. Nó đợc phân
biệt với các loại điôt khác có ứng dụng chỉnh lu, tách sóng
+ Tác dụng ổn áp.
Để thấy rõ tác dụng ổn áp của điôt ta hãy xét phần nghịch của đặc tuyến
V- A của điôt ổn áp. Khi điện áp nghịch đạt đến một giá trị nhất định, thì
dòng điện nghịch tăng lên một cách đột biến, sau đó ứng với phạm vi biến
thiên rất lớn của dòng điện nghịch là phạm vi biến thiên rất nhỏ của điện áp
nghịch. Đó là hiện tợng đánh thủng điện.
Điều kiện để sử dụng đặc tính ổn áp nói trên là trong mạch điện điôt ổn
áp phải có biện pháp hạn chế dòng điện sao cho sự đánh thủng không dẫn đến
sự đánh thủng nhiệt làm hỏng bóng ổn áp.
+ Mạch điện tơng đơng
Hình 1.7: Mạch điện tơng đơng và ký hiệu của điôt ổn áp
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
9
+ Nguyên lý đánh thủng: Hiện tợng đánh thủng xảy ra trong chuyển tiếp P- N
có thể do hai cơ chế sau đây:
- Hiện tợng đánh thủng zener (xuyên hầm): Khi điện trờng nghịch đặt
vào đủ lớn thì các điện tử liên kiết đồng hoá trị có thể đủ năng lợng để tách
khỏi nguyên tử trở thành điện tử tự do, tạo ra cặp điện tử- lỗ trống. Vì lúc này
số hạt dẫn tăng đột biến nên xảy ra hiện tợng đánh thủng.
- Cơ chế đánh thủng thác lũ: Khi điện trờng nghịch đặt vào mạnh, thì
năng lợng của các hạt dẫn tăng lên lớn hơn, có thể xảy ra va chạm làm bứt
các điện tử lớp ngoài của nguyên tử. Phản ứng dây chuyền này xảy ra làm cho
số hạt dẫn tăng lên đột biến nên xảy ra hiện tợng đánh thủng.
+ Các tham số của điôt ổn áp
- Điện áp ổn áp là giá trị điện áp ổn áp trên hai cực của điôt ổn áp khi
nó làm việc trong mạch điện ổn áp. Giá trị này có thể thay đổi nhỏ, phụ thuộc
vào dòng điện công tác nhiệt độ.
- Dòng điện công tác là giá trị dòng điện nằm giữa đoạn đặc tuyến làm
việc của điôt zener đợc dùng để tham khảo.
- Hệ số nhiệt độ là hệ số biểu thị sự ảnh hởng của biến đổi nhiệt độ đối
với giá trị điện áp ổn áp.
- Điện trở động là tỷ số giữa số gia điện áp và số gia dòng điện tơng
ứng. Điện trở động thay đổi theo dòng địên công tác, dòng địên công tác càng
lớn thì điện trở động càng nhỏ.
- Công suất tiêu hao cho phép là tham số xác định nhiệt độ tăng cao
cho phép. Nếu biết điện áp ổn áp thì tính đợc dòng điện công tác cực đại cho
phép bằng tỷ số giữa công suất tiêu hao cho phép với giá trị điện áp ổn áp.
1.1.3 điôt phát quang (Đèn LED)
+ Linh kiện hiển thị bán dẫn
- Một số vật liệu bán dẫn đặc biệt nh hợp chất GaAsP, khi làm thành
lớp chuyển tiếp P- N, nếu có điện áp thuận đặt vào, thì có bức xạ quang, tức là
biến điện năng thành quang năng. Sử dụng các chuyển tiếp P- N bức xạ quang
có thể chế tạo các linh kiện nh điôt phát quang (đèn LED).
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
10
- Đặc điểm: Quang phổ phát xạ của hiển thị bán dẫn phù hợp với cảm
thụ thị giác, điện áp công tác thấp (1,5 5)V, thể tích nhỏ, tuổi thọ cao (hơn
1000 giờ làm việc), dòng định mức I
đm
=(10 ữ20) mA.
+ Nguyên lý làm việc.
Tơng tự nh các loại điôt bán dẫn khác, chỉ có điều khác biệt là dới
tác dụng của dòng điện thì vật liệu chế tạo điôt quang sẽ phát sáng. Do đặc
điểm này nên vỏ của điôt quang phải trong suốt để có thể nhận biết đợc mầu
sắc của ánh sáng chất phát quang tạo ra khi có dòng điện tác dụng vào.
+ Đặc điểm
- u điểm: hiển thị phù hợp với thị giác, ổn định và tin cậy, tâm hiển thị
khá lớn, tuổi thọ cao.
- Nhợc điểm: cần nguồn công suất phù hợp để có thể phát ra ánh sáng
đủ để có thể nhận biết bằng mắt thờng.
1.2 Tranzito công suất
1.2.1
Cấu tạo
Tranzito là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn PNP hoặc NPN ghép
với nhau nh hình sau.
a) b)
Hình 1.8: Tranzito loại PNP
a, sơ đồ cấu trúc b, ký hiệu
a) b)
Hình 1.9: Tranzito loại NPN
a, sơ đồ cấu trúc b, ký hiệu
Lớp giữa đợc gọi là cực gốc (Bazơ) ký hiệu là B, một lớp bên gọi là
cực phát (Emiter) ký hiệu là E, lớp còn lại là lớp ghóp (Colectơ) ký hiệu là C.
P
N
B
P
E
C
N P
B
N
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
11
Lớp phát E có cờng độ tạp chất lớn nhất, lớp gốc B có nồng độ tạp chất
nhỏ nhất. Để phân biệt với các loại tranzito khác, tranzito PNP và NPN còn
gọi là tranzito lỡng nối viết BJT (Bipolar Juntion Tranzito).
1.2.1 Nguyên tắc hoạt động
Trong điện tử công suất ngời ta dùng phổ biến nhất loại tranzito NPN.
tranzito công suất đợc dùng để đóng ngắt dòng điện một chiều cờng độ
tơng đối lớn, vì vậy chúng chỉ làm việc ở hai trạng thái đóng và trạng thái
mở.
Để tranzito làm việc ngời ta phải đa điện áp một chiều tới các cực B
của tranzito gọi là phân cực cho tranzito.
a) b)
Hình 1.10: Sơ đồ phân cực của tranzito npn (a) và pnp (b) ở chế độ khuếch đại
Để phân tích nguyên lý làm việc ta lấy tranzito pnp làm ví dụ. Do J
E
phân cực thuận nên các hạt đa số (lỗ trống) từ miền E phun qua J
E
tạo nên
dòng emitơ (I
E
). Chúng tới vùng bazơ tạo thành hạt thiểu số và tiếp tục khuếch
tán sâu vào vùng bazơ hớng tới J
C
. Trên đờng khuếch tán một phần nhỏ bị
tái hợp với hạt đa số của bazơ tạo nên dòng điện cực bazơ (I
B
). Do cấu tạo
miền bazơ mỏng nên gần nh toàn bộ các hạt khuếch tán tới đợc bờ của J
C
và
bị trờng gia tốc (do J
C
phân cực ngợc) cuốn qua tới đợc miền colectơ tạo
nên dòng điện colectơ (I
C
). Qua việc phân tích trên ta có mối qua hệ về dòng
điện trong tranzito: I
E
= I
B
+ I
C
(1-3)
Để đánh giá mức độ hao hụt dòng khuếch tán trong vùng bazơ ngời ta
định nghĩa hệ số truyền đạt dòng điện của tranzito.
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
12
=
C
E
I
I
(1- 4)
Hệ số xác định chất lợng của tranzito và có giá trị càng gần một với
các tranzito loại tốt.
Để đánh giá tác dụng điều khiển của dòng điện I
B
tới dòng colectơ (I
C
),
ngời ta định nghĩa về hệ số khuếch đại dòng điện của tranzito.
=
C
B
I
I
(1- 5)
thờng có giá trị trong khoảng vài chục đến vài trăm.
Từ các biểu thức trên ta có mối quan hệ giữa các hệ số:
I
E
= I
B
(1+) (1- 6)
và =
1
+
(1- 7)
u điểm nổi bật của tranzito là chỉ cần điều khiển dòng I
B
là có thể điều
khiển cho tranzistor đóng ngắt dễ dàng.
1.2.3 Cách thức điều khiển tranzito
Gọi I
C
là dòng colectơ chịu đợc điện áp bão hoà V
CEsat
khi tranzito dẫn
dòng bão hoà I
B
= I
Bbh
và khi khoá I
B
= 0; V
CEsat
=V
CE
.
+ Mạch trợ giúp tranzito mở
Khi tranzito chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái mở. Mạch trợ
giúp bao gồm các phần tử tụ điện (C), điện trở (R
2
), điôt(D
2
)
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
13
Hình 1.11: Mạch trợ giúp tranzito mở
t
f
: thời gian cần thiết để I
C
từ giá trị max giảm xuống 0
Dòng điện tải I là thời gian chuyển mạch của tranzito rất ngắn vậy cho
nên dòng tải = const.
Sơ kiện: V
CE
= 0
I
C
= I I
D
= 0 (1- 8)
Khi cho xung áp âm tác động vào cực gốc bazơ của tranzito dòng I
C
giảm xuống không trong khoảng thời gian t
f
. Nếu không có mạch trợ giúp ta
có: I = I
C
+ I
D
= const (1-9)
Khi giảm I
C
thì I
D
Tăng lên ngang D
1
sẽ làm ngắn mạch tải năng lợng
tiêu tán bên trong tranzito sẽ là:
2
f
T
UIt
W =
(1-10)
Chính vì vậy ta phải mắc thêm mạch trợ giúp mở cho trazito.
I= I
C
I
D
= const
Khi I
C
bắt đầu giảm thì I
1
cũng bắt đầu tăng(I
C
và I
1
phi tuyến với nhau,
lúc này tụ điện C đợc nạp điện)
Vc C
t
dII
dC
=
(1-11)
Báo cáo tốt nghiệp Nguyễn Văn Hiệu TĐH46
14
Khi t = t
f
; I
c
= 0 V
c
(t
f
)= V
0
= V
CE
<< V
CC
Vc
t
dI
dC
=
(1-12)
Sau thời gian t
f
tụ C đợc nạp bằng dòng I, cho đến khi V
c
= V
CE
lúc
này
D
1
cho dòng chạy qua, thời gian tổng cộng của quá trình chuyển sang trạng
thái mở là t
c
.
Điện dung đợc tính gần đúng bằng công thức:
1
CE
F
dv U
I IC C
dt t
==
F
It
C
U
=
(1- 13)
Trong thực tế ngời ta chọn C trong khoảng. 2t
f
t
F
5t
f
+ Mạch trợ giúp đóng tranzito
Hình 1.12: Mạch trợ giúp đóng tranzito
Khi tranzito từ trạng thái mở sang trạng thái đóng mạch trợ giúp đóng
của tranzito gồm các phần tử cuộn cảm (L), điôt(D
3
), điện trở (R
3
) có chức
L
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét