Đồ án Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu một pha

i vì nếu không sẽ không có điểm làm việc A2 trong chế độ tĩnh. Hình 1.2.3.-6 Chuyển mạch công suất với tải tụ điện Hình 1.2.3-7 Đường đặc tính làm việc với tải tụ điện f> Khuếch đại chuyển mạch với tải là cuộn dây Sự hoạt động của bộ khuếch đại chuển mạch công suất với tải là cuộn dây và đường đặc tính tương ứng mô tả trên hình 1.2.3-8 và 1.2.3-9. Trong điểm làm việc A1, Transitor không dẫn nên không có dòng điện chạy qua Rload và Lload Cuộn dây không dự trữ năng lượng từ trường. Trong khoảnh khắc đóng mạch khi có dòng điện IB thì xuất hiện trong cuộn dây một sức điện động cảm ứng. Lúc đầu nó nhỏ hơn điện áp nguồn nuôi US và nó nhỏ dần. Chính sức điện động cảm ứng này sinh ra dòng điện có chiều ngược với chiều dòng IC, nên dòng IC bị tác động chỉ tăng từ từ. Điểm làm việc chuyển dời trong pham vi quá độ trên đường đặc tính mô tả là phía dưới theo chiều mũi tên tới làm việc A2. Hình 1.2.3-8 Chuyển mạch công suất với tải điện cảm Hình 1.2.3-9 Đường đặc tính làm việc với tải điện cảm Ở điểm làm việc A2 Transitor dẫn một dòng collector nhất định. Dòng này chạy qua Rload và Lload. Trong cuộn dây lúc này dự trữ một năng lượng từ trường. Trong khoảnh khắc ngắt mạch, Transitor không dẫn, như vậy kéo theo một sự cùng đổ vỡ của từ trường và năng lượng dự trữ sẽ được giải phóng. Nó xuất hiện một sức điện động tự cảm UL mà cực dương của nó đặt trực tiếp vào cực C của Transitor, độ lớn của sức điện động tự cảm này phụ thuộc vào năng lượng dự trữ và sự nhanh hay chóng của quá trình ngắt (thời gian quá trình ngắt). Lúc này điểm làm việc chuyển dời trong phạm vi quá độ trên đường đặc tính phía trên theo hướng mũi tên tới điểm làm việc A1. Qua hiện tượng tự cảm, trong quá trình ngắt mạch có thể sẽ xuất hiện trên cực C của Transitor một điện áp quá cao, cao hơn cả điện áp US. Điều này có thể dẫn tới tình trạng làm hỏng Transitor, do đó các mạch có tải là các cuộn dây thường cần có biện pháp bảo vệ. Một trong những biện pháp bảo vệ là người ta thực hiện theo sơ đồ hình 1.2.3-10 Hình 1.2.3-10 Mạch bảo vệ bằng Diode cho mạch khuếch đại chuyển mạch công suất 1.2.4. TRANSITOR TRƯỜNG – FIELD EFFECT TRANSISTOR 1.2.4.1. Khái niệm Transitor trường được viết tắt là FET (Field effect Transitor) là loại Transitor có tổng trở đầu vào rất lớn khác với Transitor lưỡng cực BJT ( Bipolar Junction Transitor) loại NPN hay PNP có tổng trở đầu vào tương đối nhỏ ở cách lắp ráp thông thường kiểu E chung. Đường điện tử Điện trường Tinh thể bán dẫn loại N Hình 1.2.4-1. Sơ đồ nguyên lí hoạt động của 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 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 hình 1.2.4-2 Transitor trường (FETs) JFETs (PNFETs) MOSFETs (IGFETs) JFETs kênh N JFETs kênh P MOSFETs kênh đặt sẵn MOSFETs kênh cảm ứng Loại5 đặc biệt Kênh N Kênh P Kênh N Kênh P MOSFETs Cổng đôi VMOSFETs SIPMOSFETs Hình 1.2.4-2 Các loại Transitor trường Vì đặc tính tổng trở đầu vào rất lớn (đối với JFETs có giá trị khoảng 109W, ở MOSFETs thậm chí khoảng 1015 W) cho nên sự điều khiển dòng điện trong 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 Loại kênh N Loại kênh P JFETs MOSFETs loại kênh liên tục MOSFETs loại kênh gián đoạn Hình 1.2.4-3. Ký hiệu Transitor trường 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 1.2.4-5. Hình 1.2.4 -4. 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 UDS > 0 và UGS < 0 như hình vẽ Hình 1.2.4 -4 (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 UDS 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: Hình .1.2.4-5. 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 1.2.4-4) 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 RDS giữa Source và Drain của JFET phụ thuộc vào độ lớn của điện áp UGS. Như vậy điện áp có thể làm thay đổi được điện trở RDS. Khi các vùng chắn tiếp xúc với nhau thì dòng điện sẽ bị gián đoạn và kênh lúc này bị thắt lại. Dòng điện ID 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. c, Đường đặc tính ra của JFET Đường đặc tính đầu ra biểu diễn sự phụ thuộc giữa dòng điện cực máng ID và điện áp UDS khi UGS bằng hằng số. Vùng tuyến tính Khi UDS nhỏ, ID tăng mạnh tuyến tính theo UDS và ít phụ thuộc vào UGS. 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 Phương pháp lấy đặc tính ra của MOSFETs 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 Điện trở đầu ra dòng xoay chiều rDS: rDS = DUDS/DID, rDS thể hiện độ dốc của đường đặc tính đầu ra trong vùng bão hoà. Hỗ dẫn của đặc tính truyền dẫn S: S = DID/ DUGS cho biết tác dụng điều khiển của điện áp cực cổng tới dòng cực máng. 1.2.4.3. 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 oxýt kim loại cũng chính vì vậy mà người ta gọi la 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 UGS = 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: 1.2.4-6. 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. -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. Hình1.2.4-6: Cấu trúc bán dẫn và ký hiệu của MOSFET b>Nguyên lý làm việc: Hình1.2.4-7: Sự tạo thành kênh dẫn trong cấu trúc bán dẫn của MOSFET Trong chế độ làm việc bình thường UDS > 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 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 1.2.4-7 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 1.2.4-7 b.) -Trên cấu trúc MOSFET hình (hình 1.2.4-7 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 1.2.4-8: 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 0,1 W đối với MOSFET -1000V và khoảng 1W với MOSFET -500V. Ngày nay người ta đã chế tạo được MOSFET với UDS 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. 1.2.5. Thyristor: 1.2.5.1.Cấu tạo và kí hiệu: -Thyristor là phần tử gồm có bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo ra ba tiếp giáp J1, J2, J3 . Thyristor có ba cực anôt (A), catôt (K), và cực điểu khiển G. Hình1.2.5-1 1.2.5.2.Đặc tính vôn – ampe. -Gồm hai phần: Phần đặc tính thuận nằm ở góc phần tư thứ nhất với UAK > 0, còn phần đặc tính ngược nằm ở góc phần tư thứ ba với UAK < 0. a>Trường hợp IG = 0: *Khi UAK < 0 thì tiếp giáp J1 và J3 bị phân cực ngược còn J2 phân cực thuận, khi đó dòng điện qua thyristor rất nhỏ. Gọi là dòng điện dò. -Nếu thực hiện tăng UAK đến giá trị nhỏ hơn Ung,max thì dòng điện qua thyristor cũng vẫn rất nhỏ. Nếu cứ tiếp tục tăng đến giá trị UAK > Ung,max thì xẽ sẩy ra hiện tượng thyristor bị đánh thủng, dòng điện qua thyristor xẽ tăng lên rất lớn, quá trình này không đảo ngược lại được. *Khi UAK > 0 khi đó tiếp giáp J1 và J3 được phân cực thuận còn J2 bị phân cực ngược, lúc này dòng điện qua thyristor cũng rất nhỏ, gọi là dòng điện dò. -Nếu ta thực hiện tăng UAK đến giá trị lớn hơn điện áp thuận lớn nhất Uth,max thì xẽ sẩy ra hiện tượng điện trở tương đương A- K đột ngột giảm xuống và đòng điện dễ dàng chảy qua thyristor, và giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào điện trở mạch ngoài. Nếu khi đó dòng qua thyristor lớn hơn dòng đuy trì Idt thì thyristor xẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận ( giống như diode). Đặc tính thuận được đặc trưng bởi tính chất dòng điện có thể thay đổi lớn nhưng điện áp rơi trên thyristor gần như không đổi. b> Trường hợp IG > 0 . *Khi UAK > 0 nếu đặt vào cực điều khiển dòng IG > 0 thì quá trình chuyển điểm làm việc lên đường đặc tính thuận xẽ xớm hơn. Nếu dòng điều khiển càng lớn thì quá trình chuyển điểm làm việc lên đường đặc tính thuận xẽ càng xớm hơn với UAK nhỏ hơn. *Khi UAK < 0 thì quá trình sẩy ra cũng tương tự trường hợp IG = 0. 1.2.5.3.Mở và khóa thyristor: Hình 1.2.5-2: Mở thyristor Hình 1.2.5-3: Khóa thyristor a>Mở thyristor: -Có 2 phương pháp kích mở thyristor: * Phương pháp thứ nhất là tăng UAK > Uth,max khi đó điện trở tương đương trong mạch A – K giảm đột ngột, dòng điện qua thyristor lúc đó chỉ phụ thuộc vào điện trở mạch ngoài. Phương pháp này ít được sử dụng trong thực tế. *Phương pháp thứ hai là: phân cực cho UAK >0, sau đó thực hiện đưa một dòng điện có giá trị nhất định vào cực G. Khi đó thyristor xẽ chuyển từ trạng thái trở kháng cao sang thấp, nên có dòng điện đi qua thyristor. -Nếu dòng qua thyristor lớn hơn dòng duy trì thì thyristor tiếp tục duy trì dẫn dòng mà không cần xung điều khiển nữa. Phương pháp này chỉ cần mạch điều khiển có công suất rất nhỏ so với mạch lực. b>Khóa thyristor: -Để khoa thyristor lại cần phải giảm dòng qua A-K về dưới mức dòng duy trì (Idt), và đặt một điện áp ngược lên thyristor trong thời gian tối thiểu. 1.2.5.4.Các thông số cơ bản của Thyristor: -Giá trị dòng trung bình cho phép qua thyristor, IV,trb. Đây là giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua Thyristor với điều kiện nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn của tinh thể Thyristor không được vượt quá một giá trị cho phép. Trong thực tế dòng điện chạy qua Thyristor còn phụ thuộc vào các điều kiện làm mát và nhiệt độ môi trường. Thyristor có thể được gắn lên các bộ tản nhiệt tiêu chuẩn để làm mát tự nhiên, ngoài ra Thyristor còn có thể được làm mát cưỡng bức nhờ quạt gió hoặc dùng nước để làm mát nhanh hơn. Nói chung có thể lựa chọn dòng điện qua Thyristor theo các điều kiện làm mát sau: +Làm mát tự nhiên dòng sử dụng cho phép đến 1/3 IV,trb. + Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió dòng sử dụng cho phép đến 1/2 IV,trb. + Làm mát cưỡng bức bằng nước dòng sử dụng cho phép đến 100% IV,trb. -Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ung,max. Đây là giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên thyristo. Trong các ứng dụng phải đảm bảo rằng tại bất kỳ thời điểm nào UAK luôn nhỏ hơn Ung,max. Ngoài ra còn phải đảm bảo một độ dự trữ điện áp, nghĩa là Ung,max phải được ít nhất là bằng 1,2 đến 1,5 lần giá trị biên độ lớn nhất của điện áp trên sơ đồ. -Thời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor. tr (ms). Đây là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lê giữa anot – catot của thyristor sau khi dòng qua thyristor đã về bằng không, trước khi có thể có điện áp UAK dương mà thyristor vẫn khóa. Tr là thông số rất quan trọng của thyristor, nhất là khi sử dụng trong các bộ nghịch lưu phụ thuộc, hoặc nghịch lưu độc lập. Trong đó luôn phải đảm bảo rằng thời gian dành cho quá trình khóa phải bằng 1,5 – 2 lần tr. -Tốc độ tăng điện áp cho phép (v/ ms) Thyristor được sử dụng như một phần tử có điều khiển, nghĩa là mặc dù khi được phân cực thuận (UAK > 0) nhưng vẫn phải có tín hiệu điều khiển thì nó mới cho phép dòng điện chạy qua. Khi thyristor được phân cực thuận phần lớn điện áp được đặt lên tiếp giáp J2 như trên hình vẽ sau: Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược nên độ dầy của nó rộng ra, tạo nên vùng không gian nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua. Vùng không gian này có thể coi như một tụ điện có điện dung CJ2. Khi đó điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dòng điện của tụ có thể có giá tri đáng kể, nó đóng vai trò như dòng điều khiển. Kết quả là thyristor có thể mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G. Hiệu ứng du/dt tác dụng như dòng điều khiển Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt các thyristor tần số thấp với các thyristor tần số cao. ở thyristor tần số thấp vào kgoảng 50 ¸ 200V/ms. Với các thyristor tần số cao có thể đạt đến 500 ¸ 2000 V/ms -Tốc độ tăng dòng điện cho phép (A/ ms). Khi thyristor bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn của nó đều dẫn dòng đồng đều. Dòng điện sẽ chảy qua bắt đầu ở một số điểm gần ở cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan tỏa dần sang các điểm khác trên toàn bộ tiết diện. Nếu tốc độ tăng dòng quá lớn có thể dẫn đến mật độ dòng điện ở các điểm dẫn điện ban đầu quá lớn, dẫn đến sự phát nhiệt cục bộ quá mãnh liệt có thể dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó có thể dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn. Tốc độ tăng dòng điện cho phép cũng phân biệt ở thyristor tần số thấp có giá trị khoảng 50 ¸ 100A/ms. với các thyristor tần số cao có khoảng 500 ¸ 2000A/ms. Trong các bộ biến đổi phải luôn có biện pháp đảm bảo tốc độ tăng dòng điện luôn nhỏ hơn giá trị cho phép. Điều này đạt được nhờ mắc nối tiếp các phần tử bán dẫn với những điện kháng nhỏ, lõi không khí, hoặc đơn giản hơn là các lõi xuyến ferit được lồng lên nhau. Các lõi xuyến ferit được dùng rất phổ biến vì cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số xuyến lồng lên thanh dẫn. Xuyến ferit còn có tích chất của cuộn cảm bão hòa, khi dòng qua thanh dân xcòn nhỏ điện kháng sẽ lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng. Khi dòng đã lớn ferit bị bão hòa từ, điện cảm giảm gần như bằng không. Vì vậy điện kháng kiểu này không gây sụt áp trong chế độ dòng định mức đi qua dây dẫn. 1.2.5.5 Đặc tính điều khiển Đặc tính điều khiển cho quan hệ giữa điện áp UG theo dòng điện IG có dạng gần giống như ở Diode. Đối với các Thyristor có cùng một series, do sự phân tán của các đặc tính trong các miền P2 và N2, các đặc tính này tạo nên một miền giữa các giới hạn max và min của điện trở. Hình 1.2.5 -4. Đặc tính điều khiển của Thyristor Trên đặc tính điều khiển miền gạch chéo đảm bảo Thyristor được mồi chắc chắn. Đường nét đứt là đường giới hạn công suất điều khiển (UGM.IGM) cực đại. UGM giới hạn điện áp điều khiển cực đại IGM giới hạn dòng điện điều khiển cực đại IG dòng điện điều khiển nhỏ nhất ở nhiẹt độ bất kỳ UG điện áp điều khiển nhỏ nhất ở nhiệt độ bất kỳ Đặc tính dòng - áp của Thyristor ở trạng thái dẫn có thể được làm gần đúng bằng đoạn thẳng, nên ta có: UT = UO + r.iT Khi nhiệt độ tăng thì r tăng còn UO giảm. 1.2.6. Triac (Triode Alternative Current) a. Cấu trúc và ký hiệu Hình 1.2.6-1: Cấu trúc và ký hiệu của Triac Hình 1.2.6-2: Đặc tính vôn - ampe của Triac -Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp tiếp giáp, có đường đặc tính vôn – ampe đối xứng, nhận góc mở a trong cả hai chiều. Như vậy triac được dùng để làm việc trong các mạch điện xoay chiều, và có tác dụng như hai thyristor đấu song song ngược. Vì vậy định nghĩa dòng thuận hay dòng ngược đều không có ý nghĩa, tương tự cho khái niệm điện áp ngược. Việc kích dẫn Triac thực hiện nhờ xung dòng điện đưa vào cổng điều khiển G. Giống như Thyristor, không thể điều khiển ngắt dòng qua Triac. Triac sẽ ngắt theo quy luật như đã giải thích đối với Thyristor. b. Đặc tính V-A Đặc tính V-A của Triac tương tự như của Thyristor do khả năng dẫn điện theo cả hai chiều đặc tính của Triac có dạng đối xứng qua tâm toạ độ. Việc kích mở Triac có thể chia ra làm các trường hợp: Mở bằng xung điều khiển UGT1> 0 khi UT2T1> 0 Mở bằng xung điều khiển UGT1 0 Mở bằng xung điều khiển UGT1 0 Mở bằng xung điều khiển UGT1> 0 khi UT1T2> 0 Mặc dù có thể tạo dòng kích có dấu tuỳ ý, nhưng thực tế việc kích thuận lợi hơn khi dòng kích dương cho trường hợp dòng qua triac dương và dòng kích âm khi dòng qua triac âm. c> Các tham số cơ bản -Dòng điện định mức Iđm (A):dòngđiện hiệu dụng cho phép đi qua triac trong một thời gian dài khi triac mở. - Điện áp ngược cực đại Ungmax (V): điện áp ngược cực đại cho phép đặt vào triac trong một thời gian dài khi triac khoá. - Điện áp rơi trên triac U (V): điện áp rơi trên triac khi triac mở với dòng qua triac bằng dòngđiện định mức. -Dòng điện điều khiển Ig:dòng điện điều khiển đảm bảo mở triac. 1.2.7. Diac Về cấu tạo, DIAC giống như một SCR không có cực cổng hay đúng hơn là một transistor không có cực nền. Hình 1.2.7 -1 sau đây mô tả cấu tạo, ký hiệu và mạch tương đương của DIAC. Hình1.2.7- 1 Khi đặt một hiệu điện thế một chiều theo một chiều nhất định thì khi đat đến giá trị điện thế VBO, DIAC dẫn điện và khi đặt một hiệu thế theo chiều ngược lại và khi tăng đến trị số -VBO, DIAC cũng dẫn điện, DIAC thể hiện một điện trở âm (điện thế hai đầu DIAC giảm khi dòng điện qua DIAC tăng). Từ các tính chất trên, DIAC có thể coi tương đương với hai Diode Zener mắc đối đầu. Thực tế, khi không có DIAC người ta có thể dùng hai Diode Zener có điện thế Zener thích hợp để thay thế trong ứng dụng (Hình 1.2.7-1), DIAC thường dùng để mở Triac. Thí dụ như mạch điều chỉnh độ sáng của bóng đèn (Hình 1.2.7-2) Trên sơ đồ hình1.2.7-2 ta thấy ở nửa chu kỳ dương thì tụ nạp điện cho đến giá trị điện thế VBO thì DIAC dẫn, tạo dòng kích cho Triac dẫn điện. Hết bán kỳ dương, Triac ngưng dẫn điện. Đến bán kỳ âm tụ C nạp điện theo chiều ngược lại đến điện thế -VBO, DIAC dẫn điện kích cho Triac dẫn điện. Ta thay đổi VR để thay đổi thời gian nạp điện của tụ C, do đó thay đổi góc dẫn của Triac đưa đến làm thay đổi độ sáng của bóng . Hình 1.2.7-2 1.2.8. Diode đệm Diode đệm (còn gọi là Diode phóng điện, Diode hoàn năng lượng) là Diode mắc song song ngược với một phụ tải điện một chiều có tính chất cảm kháng (hình1.2.8-1). Diode đệm D0 có hai nhiệm vụ: - Khi phụ tải làm việc, Diode đệm D0 chịu điện áp ngược và ở trạng thái khoá. Dòng điện tải được cấp từ nguồn một chiều (hình 1.2.8-1a). Khi ngắt nguồn (U= 0), do s.đ.đ tự cảm của của cảm kháng phụ tải lúc ngắt mạch, dòng cảm ứng trong phụ tải khép kín qua Diode D0 (hình 1.2.9-1a). Nếu không có Diode D0, điện cảm ứng lớn sẽ đặt lên các phần tử nguồn và có thể phá hỏng chúng, đánh thủng cách điện và nguy hiểm cho người. - Đảm bảo dòng điện liên tục cho tải. Hình 1.2.8-1 Diode đệm nối vào mạch có tính chất cảm kháng để tránh sự giảm về 0 đột ngột của dòng điện Bình thường, dòng điện phụ tải có tính chất cảm kháng do nguồn cung cấp. Khi dòng điện phụ tải giảm (đột ngột) hoặc bị ngắt rồi lại có, trong phụ tải sẽ xuất hiện điện áp cảm ứng qúa độ rất lớn, dẫn đến các nguy hiểm đã nêu cho thiết bị và nguồn. Diode D0 sẽ cho dòng cảm ứng khép kín qua nó và duy trì dòng tải. Dòng cảm ứng phóng qua D0 có độ lớn tuỳ thuộc năng lượng điện từ tích luỹ trong cuộn dây phụ tải tức là tuỳ thuộc trị số độ tự cảm L nhỏ hay lớn. Cường độ dòng điện phóng giảm theo hàm mũ với hằng số thời gian: t = L/R Nếu t >> T (T- chu kỳ điện áp hình sin) thì cường độ dòng điện qua tải coi như không đổi. 1.2.9. MOSFET ((Insulated Gate Bipolar Transitor) a>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 1.2.9-1 a> Cấu trúc MOSFET, b> Cấu trúc MOSFET tương đương một tranzitor với một MOSFET, c> Ký hiệu MOSFET b>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 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 k