Xem mẫu
- Luận văn tốt nghiệp
Đề tài: " Nghiên cứu thiết kế
mạch bảo vệ động cơ dùng bán
dẫn công suất"
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
Më ®Çu
1 §Æt vÊn ®Ò
HiÖn nay ®iÖn n¨ng ®· vµ ®ang lµ nguån n¨ng l−îng chÝnh t¹o ®µ cho sù
ph¸t triÓn cña mäi, ngµnh mäi lÜnh vùc ®êi sèng, kinh tÕ, quèc phßng... cña
mçi quèc gia. ë mçi thêi kú kh¸c nhau n¨ng l−îng ®iÖn th©m nhËp vµo qu¸
tr×nh s¶n xuÊt, phôc vô c¸c môc ®Ých cña con ng−êi còng kh¸c nhau. Nh−ng
mét ®iÒu râ rµng lµ x· héi cµng ph¸t triÓn, hiÖn ®¹i th× nhu cÇu vÒ ®iÖn n¨ng
cµng lín vµ nã cµng ®−îc øng dông réng r·i. Tuy nhiªn n¨ng l−îng ®iÖn chØ
mang tÝnh −u viÖt khi c¸c th«ng sè cña nã nh− dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p, tÇn sè... æn
®Þnh ë møc cho phÐp. Cßn khi l−íi ®iÖn x¶y ra sù cè nh− mÊt mét pha, ng¾n
m¹ch, chÕ ®é mÊt ®èi xøng vÒ ®iÖn ¸p hoÆc ®¶o thø tù pha... nÕu kh«ng cã c¸c
biÖn ph¸p b¶o vÖ tin cËy th× sÏ g©y t¸c h¹i rÊt xÊu ®Õn thiÕt bÞ ®iÖn vµ rÊt nguy
hiÓm cho ng−êi sö dông.
V× vËy viÖc nghiªn cøu, thiÕt kÕ øng dông c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ lµ vÊn ®Ò
rÊt quan träng. C¸c thiÕt bÞ ®iÖn cµng tinh vi cµng hiÖn ®¹i th× cµng cÇn thiÕt
ph¶i b¶o vÖ. Yªu cÇu cña b¶o vÖ khi Êy ph¶i rÊt tin cËy, chÝnh x¸c vµ ®é ch¾c
ch¾n cao.
ChÕ ®é kh«ng ®èi xøng cña l−íi ®iÖn ba pha g©y qua t¶i, ph¸t nãng vµ
t¨ng tæn thÊt trong m¸y ph¸t, ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, m¸y biÕn ¸p.... lµm cho
thiÕt bÞ ®iÖn ho¹t ®éng kh«ng tin cËy hoÆc bÞ háng.
ChÕ ®é mÊt ®èi xøng rÊt nguy hiÓm mµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé th−êng
gÆp lµ mÊt pha hoÆc thø tù pha thay ®æi. Khi ®ã ®éng c¬ bÞ qu¸ t¶i, m«men
quay gi¶m, nhiÖt ®é t¨ng cao lµm ch¸y háng c¸ch ®iÖn. ThiÖt h¹i do ®éng c¬
bÞ háng hãc, lµm gi¸n ®o¹n quy tr×nh c«ng nghÖ cña nhµ m¸y, xÝ nghiÖp, g©y
ra c¸c hËu qu¶ nghiªm träng.
®Ó b¶o vÖ ®éng c¬ ®iÖn vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ba pha nãi chung ng−êi ta sö
dông c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ nh−: cÇu ch¶y, ¸pt«m¸t, r¬le..... nh−ng trong nhiÒu
tr−êng hîp chóng ta ch−a ®¹t ®−îc nhu cÇu cÇn thiÕt cña b¶o vÖ. Ch¼ng h¹n ®Ó
b¶o vÖ ®éng c¬ khi bÞ qua t¶i ng−êi ta th−êng dïng c¸c lo¹i r¬le nhiÖt, song
1
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
trong nhiÒu tr−êng hîp r¬le nhiÖt kh«ng t¸c ®éng, nhÊt lµ khi ®éng c¬ bÞ mÊt
pha vµ ®¶o pha. V× thÕ nhiÒu quèc gia trªn thÕ giíi ®· ®Çu t− m¹nh mÏ cho
viÖc nghiªn cøu vµ øng dông nh÷ng thµnh tùu míi cña khoa häc kü thuËt trªn
c¬ së ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña kü thuËt ®iÖn tö, ®iÖn tö c«ng suÊt.... vµo viÖc
nghiªn cøu vµ chÕ t¹o thiÕt bÞ b¶o vÖ.
Trong giai ®o¹n c«ng nghiÖp hãa hiÖn ®¹i hãa nÒn kinh tÕ cña ®Êt n−íc
chóng ta cÇn sö dông nhiÒu thiÕt bÞ b¸n dÉn c«ng suÊt ®−îc ®−a vµo trong c¸c
m¹ch ®iÒu khiÓn ®Ó t¹o nªn sù thay ®æi s©u s¾c vµ v−ît bËc trong lÜnh vùc s¶n
xuÊt vµ trong viÖc phôc vô ®êi sèng hµng ngµy.
Theo ®ã lµ sù bïng næ cña khoa häc kü thuËt, ®iÒu nµy kÐo theo sù ph¸t
triÓn vµ hoµn thiÖn cña c¸c triac, diod, thyristor... c¸c bé biÕn ®æi ngµy cµng
hiÖn ®¹i, gän nhÑ, ®é t¸c ®éng nhanh, dÔ ghÐp nèi víi c¸c vi m¹ch ®iÖn tö.
§Ó tiÕp thu c¸c tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt nh»m ®¸p øng yªu cÇu ®æi
míi c«ng nghÖ ®Ó ®−a tù ®éng hãa vµo s¶n xuÊt em xin giíi thiÖu ®Ò tµi.
“Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt.”
ë n−íc ta, nhiÒu n¨m gÇn ®©y mét sè ®¬n vÞ khoa häc kü thuËt ®· ®Çu t−
nghiªn cøu chÕ t¹o thiÕt bÞ b¶o vÖ chèng mÊt pha vµ ®¶o pha ®èi víi ®éng c¬
®iÖn. C¬ s¬ cña viÖc nghiªn cøu chÕ t¹o dùa trªn nh÷ng t− liÖu n−íc ngoµi vµ
c¶i tiÕn mét sè thiÕt bÞ s½n cã cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn n−íc ta.
HiÖn nay nÒn kinh tÕ ph¸t triÓn theo xu h−íng thÞ tr−êng, ngµnh thiÕt bÞ
®iÖn còng ®−îc ®a d¹ng ho¸. C¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ còng v× thÕ mµ phong phó,
nhiÒu chñng lo¹i, chÕ t¹o theo nhiÒu tiªu chuÈn kh¸c nhau. Bªn c¹nh nh÷ng −u
viÖt vÒ tÝnh n¨ng kü thuËt, ph¹m vi sö dông. C¸c thiÕt bÞ nµy cßn béc lé nhiÒu
trë ng¹i lµ gi¸ thµnh cao. §Æc biÖt lµ trong n«ng nghiÖp, ®èi víi c¸c c¬ së kinh
tÕ nhá, xÝ nghiÖp xay s¸t, chÕ biÕn n«ng s¶n, c¸c tr¹m b¬m c«ng suÊt nhá th×
viÖc sö dông c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ ®¾t tiÒn cho ®éng c¬ lµ mét bµi to¸n nan gi¶i.
Do cßn h¹n chÕ vÒ mÆt tr×nh ®é vµ thêi gian nghiªn cøu, kinh nghiÖm
con nhiÒu non kÐm nªn ®Ò tµi nµy ch¾c kh«ng thiÕu nh÷ng sai sãt, ch−a ®−îc
2
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
hoµn thiÖn. RÊt mong ®−îc sù gãp ý, gióp ®ì cña c¸c thÇy c« gi¸o, c¸c c¸n bé
khoa häc kü thuËt vµ c¸c b¹n ®ång nghiÖp quan t©m ®Õn ®Ò tµi nµy.
2 Môc ®Ých ®Ò tµi
- T×m hiÓu vÒ c¸c linh kiÖn b¸n dÉn vµ c¸c phÇn tö logic.
- Nghiªn cøu vÒ ®éng c¬ ba pha vµ sù mÊt c©n b»ng pha.
- øng dông c¸c linh kiÖn b¸n dÉn vµ phÇn tö logic vµo viÖc nghiªn cøu,
thiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ ®éng c¬.
3 néi dung ®Ò tµi
§Ò tµi øng dông ®iÖn tö c«ng suÊt trong Nghiªn cøu thiÕt kÕ m¹ch b¶o
vÖ ®éng c¬ dïng b¸n dÉn c«ng suÊt lµ mét ®Ò tµi réng. C¸c ph−¬ng ph¸p
nghiªn cøu øng dông ®ßi hái mÊt nhiÒu thêi gian. V× thêi gian lµm ®å ¸n cã
h¹n nªn ®Ò tµi ®−îc giíi h¹n nh− sau.
Ch−¬ng1: Giíi thiÖu mét sè linh kiÖn b¸n dÉn vµ mét sè m¹ch logic c¬
b¶n
Ch−¬ng 2: Giíi thiÖu vÒ m¹ch ®iÖn xoay chiÒu vµ ®éng c¬ ba pha
Ch−¬ng 3: ¶nh h−ëng cña nguån ®iÖn ®Õn sù lµm viÖc cña ®éng c¬ ba
pha
Ch−¬ng 4: Mét sè ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ ®éng c¬ ba pha
4 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
- ThiÕt kÕ, tÝnh to¸n m¹ch ®iÖn trªn lý thuyÕt.
- Tæ hîp c¸c tÝn hiÖu ph¸t hiÖn mÊt pha vµ ®¶o pha trªn chÝnh c¸c pha
cña nguån, tõ hai pha liªn tiÕp nhau ®Ó ®¶m b¶o ®óng thø tù c¸c pha. ViÖc tæ
hîp c¸c tÝn hiÖu nµy ®−îc thùc hiÖn trªn c¸c m¹ch logic cña NhËt: 4011, 4049,
4081.
- TiÕn hµnh l¾p r¸p kh¶o nghiÖm trong thùc tÕ ®Ó hiÖu chØnh l¹i m¹ch.
Ch−¬ng I
3
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
mét sè linh kiÖn b¸n dÉn vµ c¸c m¹ch logic
c¬ b¶n
1.1 §i«t
1.1.1 §i«t c«ng suÊt
+ CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng
§i«t ®−îc h×nh thµnh tõ hai chÊt b¸n dÉn P vµ N ghÐp l¹i víi nhau t¹o
thµnh líp chuyÓn tiÕp P- N.
§i«t b¸n dÉn cã cÊu t¹o nh− h×nh 1.1
c)
H×nh 1.1: §i«t b¸n dÉn
a- CÊu tróc bªn trong cña ®i«t
b- Ký hiÖu cña ®i«t
c- H×nh d¹ng bªn ngoµi cña ®i«t
§Æc tÝnh V- A cña ®i«t biÓu diÔn quan hÖ U= f(I) gi÷a dßng ®iÖn qua
®i«t vµ ®iÖn thÕ ®Æt vµo 2 cùc ®i«t.
§Æc tÝnh V- A tÜnh cña ®i«t cã 2 nh¸nh.
Nh¸nh thuËn: øng víi ph©n ¸p thuËn (s¬ ®å nèi m¹ch ë gãc I) th× dßng
®iÖn t¨ng theo ®iÖn ¸p. Khi ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®i«t v−ît mét ng−ìng Un cì 0,1÷
0,5 V vµ ch−a lín l¾m th× ®Æc tÝnh cã d¹ng parabol (®o¹n 1). Khi ®iÖn ¸p lín
h¬n th× ®Æc tÝnh gÇn nh− ®−êng th¼ng (®o¹n 2).
§iÖn trë thuËn cña ®i«t ë 1 ®iÓm nµo ®ã trªn ®Æc tÝnh th−êng nhá vµ cã
thÓ tÝnh theo:
ΔI
1
= tgα
= (1-1)
Rth ΔU
4
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
dI
§ã chÝnh lµ gi¸ trÞ nghÞch ®¶o ®¹o hµm cña ®Æc tÝnh cña t¹i ®iÓm
dU
tÝnh ®iÖn trë.
Nh¸nh ng−îc øng víi ph©n ¸p ng−îc (s¬ ®å nèi m¹ch ë gãc III). Lóc
®Çu , ®iÖn ¸p ng−îc t¨ng th× dßng ®iÖn ng−îc (dßng ®iÖn rß) rÊt nhá còng t¨ng
nh−ng chËm (®o¹n 3). Tíi ®iÖn ¸p ng−îc U > 0,1V th× dßng ®iÖn ng−îc cã trÞ
sè nhá vµi mA vµ gÇn nh− gi÷a nguyªn. Sau ®ã ®iÖn ¸p ng−îc ®ñ lín U >
Ungmax th× dßng ®iÖn ng−îc t¨ng nhanh (®o¹n khuûnh 4) vµ cuèi cïng (®o¹n 5)
th× ®i«t bÞ ®¸nh thñng. Lóc nµy, dßng ®iÖn ng−îc t¨ng vät dï cã gi¶m ®iÖn ¸p.
§iÖn ¸p lóc nµy lµ ®iÖn ¸p chäc thñng. §i«t bÞ ph¸ háng. §Ó ®¶m b¶o an toµn
cho ®i«t, ta nªn cho ®i«t lµm viÖc víi ®iÖn ¸p ng−îc – 0,8 Ungmax th× dßng ®iÖn
rß qua ®i«t nhá kh«ng ®¸ng kÓ vµ ®i«t coi nh− ë tr¹ng th¸i khãa.
Vïng khuûnh lµ vïng ®iÖn trë ng−îc cña ®i«t ®ang tõ trÞ sè rÊt lín
chuyÓn sang trÞ sè rÊt nhá dÉn ®Õn dßng ®iÖn ng−îc tõ trÞ sè rÊt nhá trë thµnh
trÞ sè rÊt lín.
H×nh 1.2: §Æc tÝnh V-A cña ®i«t
5
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
Khi ph©n cùc thuËn th× dßng ®iÖn qua ®i«t theo c«ng thøc:
⎛ q.VD ⎞
I D = I s ⎜ e KT − 1⎟ (1- 2)
⎝ ⎠
Ta cã: q= 1,6.10-19 C
T: NhiÖt ®é tuyÖt ®èi (0K)
K: H»ng sè boltzman, k=1,38 hoÆc K=1,38.10-23j/0K.
+ C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña ®i«t.
- Dßng ®iÖn ®Þnh møc là dßng cùc ®¹i cho phÐp ®i qua ®i«t trong thêi
gian ®i«t më (ID).
-§iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i UNgmax lµ ®iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i cho phÐp ®Æt
vµo ®i«t trong mét thêi gian dµi khi ®i«t kho¸.
- §iÖn ¸p r¬i ®Þnh møc Δu lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn ®i«t khi ®i«t më vµ dßng
qua ®i«t b»ng dßng thuËn ®Þnh møc.
- Thêi gian phôc håi tÝnh kho¸ Tk lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ®i«t chuyÓn
tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i kho¸.
+ C¸c øng dông cña ®i«t
- ChØnh l−u mét pha hai nöa chu kú
V1 = Vm Sinωt
V2 = -Vm Sinωt
H×nh1.3: M¹ch chØnh l−u mét pha hai nöa chu kú
- M¹ch chØnh l−u 3 pha mét nöa chu kú
V1 = Vm Sinωt
V2 = Vm (Sinωt - 2π/3)
V3 = Vm (Sinωt - 4π/3)
H×nh 1.4: M¹ch chØnh l−u ba pha mét nöa chu kú
6
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
- ChØnh l−u cÇu
V1
V2
H×nh 1.5: ChØnh l−u cÇu
- Dïng b¶o vÖ tranzito
H×nh 1.6: M¹ch b¶o vÖ tranzito
B¶ng 1.1: §i«t c«ng suÊt
ΔU
Itb Uim Tèc ®é qu¹t Téc ®é n−íc
M· hiÖu
A V V m/s l/ph
Liªn X« (cò)
chÕ t¹o
100÷ 1000
B- 10 10 0,7
100÷ 1000
B-20 20 0,7
B-25 25 0,7 3
100÷ 1000
B-50 50 0,7 6
100÷ 1000
B-200 200 0,7 12
100÷ 1000
BK2b-350 350 0,8 4
300÷ 1000
BΠ-10 10 0,6
300÷ 1000
BΠ- 25 25 0,6 3
300÷ 1000
50 0,6 6
BΠ-50
7
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
BΠ-200 300÷ 1000
200 0,7 12
BΠ-1000 1000 1000 0,8 4
H·ng Thomson chÕ t¹o
200÷ 800
ESM- 61 10
80÷ 300
BYX- 61 12
200÷ 1000
BYT 30 30
200÷ 1000
BYT 60 60
50÷ 200
BYW 80 80
1.1.2 §i«t æn ¸p
§i«t æn ¸p lµ mét lo¹i ®i«t b¸n dÉn cã ®Æc tÝnh æn ¸p, ®−îc dïng s¶n
xuÊt chuyªn dông phôc vô c¸c thiÕt bÞ æn ¸p vµ m¹ch ®iÖn tö. Nã ®−îc ph©n
biÖt víi c¸c lo¹i ®i«t kh¸c cã øng dông chØnh l−u, t¸ch sãng.....
+ T¸c dông æn ¸p.
§Ó thÊy râ t¸c dông æn ¸p cña ®i«t ta h·y xÐt phÇn nghÞch cña ®Æc tuyÕn
V- A cña ®i«t æn ¸p. Khi ®iÖn ¸p nghÞch ®¹t ®Õn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh, th×
dßng ®iÖn nghÞch t¨ng lªn mét c¸ch ®ét biÕn, sau ®ã øng víi ph¹m vi biÕn
thiªn rÊt lín cña dßng ®iÖn nghÞch lµ ph¹m vi biÕn thiªn rÊt nhá cña ®iÖn ¸p
nghÞch. §ã lµ hiÖn t−îng ®¸nh thñng ®iÖn.
§iÒu kiÖn ®Ó sö dông ®Æc tÝnh æn ¸p nãi trªn lµ trong m¹ch ®iÖn ®i«t æn
¸p ph¶i cã biÖn ph¸p h¹n chÕ dßng ®iÖn sao cho sù ®¸nh thñng kh«ng dÉn ®Õn
sù ®¸nh thñng nhiÖt lµm háng bãng æn ¸p.
+ M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng
H×nh 1.7: M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng vµ ký hiÖu cña ®i«t æn ¸p
8
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
+ Nguyªn lý ®¸nh thñng: HiÖn t−îng ®¸nh thñng x¶y ra trong chuyÓn tiÕp P- N
cã thÓ do hai c¬ chÕ sau ®©y:
- HiÖn t−îng ®¸nh thñng zener (xuyªn hÇm): Khi ®iÖn tr−êng nghÞch ®Æt
vµo ®ñ lín th× c¸c ®iÖn tö liªn kiÕt ®ång ho¸ trÞ cã thÓ ®ñ n¨ng l−îng ®Ó t¸ch
khái nguyªn tö trë thµnh ®iÖn tö tù do, t¹o ra cÆp ®iÖn tö- lç trèng. V× lóc nµy
sè h¹t dÉn t¨ng ®ét biÕn nªn x¶y ra hiÖn t−îng ®¸nh thñng.
- C¬ chÕ ®¸nh thñng th¸c lò: Khi ®iÖn tr−êng nghÞch ®Æt vµo m¹nh, th×
n¨ng l−îng cña c¸c h¹t dÉn t¨ng lªn lín h¬n, cã thÓ x¶y ra va ch¹m lµm bøt
c¸c ®iÖn tö líp ngoµi cña nguyªn tö. Ph¶n øng d©y chuyÒn nµy x¶y ra lµm cho
sè h¹t dÉn t¨ng lªn ®ét biÕn nªn x¶y ra hiÖn t−îng ®¸nh thñng.
+ C¸c tham sè cña ®i«t æn ¸p
- §iÖn ¸p æn ¸p lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p trªn hai cùc cña ®i«t æn ¸p khi
nã lµm viÖc trong m¹ch ®iÖn æn ¸p. Gi¸ trÞ nµy cã thÓ thay ®æi nhá, phô thuéc
vµo dßng ®iÖn c«ng t¸c nhiÖt ®é.
- Dßng ®iÖn c«ng t¸c lµ gi¸ trÞ dßng ®iÖn n»m gi÷a ®o¹n ®Æc tuyÕn lµm
viÖc cña ®i«t zener ®−îc dïng ®Ó tham kh¶o.
- HÖ sè nhiÖt ®é lµ hÖ sè biÓu thÞ sù ¶nh h−ëng cña biÕn ®æi nhiÖt ®é ®èi
víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p.
- §iÖn trë ®éng lµ tû sè gi÷a sè gia ®iÖn ¸p vµ sè gia dßng ®iÖn t−¬ng
øng. §iÖn trë ®éng thay ®æi theo dßng ®Þªn c«ng t¸c, dßng ®Þªn c«ng t¸c cµng
lín th× ®iÖn trë ®éng cµng nhá.
- C«ng suÊt tiªu hao cho phÐp lµ tham sè x¸c ®Þnh nhiÖt ®é t¨ng cao
cho phÐp. NÕu biÕt ®iÖn ¸p æn ¸p th× tÝnh ®−îc dßng ®iÖn c«ng t¸c cùc ®¹i cho
phÐp b»ng tû sè gi÷a c«ng suÊt tiªu hao cho phÐp víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p.
1.1.3 ®i«t ph¸t quang (§Ìn LED)
+ Linh kiÖn hiÓn thÞ b¸n dÉn
- Mét sè vËt liÖu b¸n dÉn ®Æc biÖt nh− hîp chÊt GaAsP, khi lµm thµnh
líp chuyÓn tiÕp P- N, nÕu cã ®iÖn ¸p thuËn ®Æt vµo, th× cã bøc x¹ quang, tøc lµ
biÕn ®iÖn n¨ng thµnh quang n¨ng. Sö dông c¸c chuyÓn tiÕp P- N bøc x¹ quang
cã thÓ chÕ t¹o c¸c linh kiÖn nh− ®i«t ph¸t quang (®Ìn LED).
9
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
- §Æc ®iÓm: Quang phæ ph¸t x¹ cña hiÓn thÞ b¸n dÉn phï hîp víi c¶m
thô thÞ gi¸c, ®iÖn ¸p c«ng t¸c thÊp (1,5 – 5)V, thÓ tÝch nhá, tuæi thä cao (h¬n
1000 giê lµm viÖc), dßng ®Þnh møc I®m=(10 ÷20) mA.
+ Nguyªn lý lµm viÖc.
T−¬ng tù nh− c¸c lo¹i ®i«t b¸n dÉn kh¸c, chØ cã ®iÒu kh¸c biÖt lµ d−íi
t¸c dông cña dßng ®iÖn th× vËt liÖu chÕ t¹o ®i«t quang sÏ ph¸t s¸ng. Do ®Æc
®iÓm nµy nªn vá cña ®i«t quang ph¶i trong suèt ®Ó cã thÓ nhËn biÕt ®−îc mÇu
s¾c cña ¸nh s¸ng chÊt ph¸t quang t¹o ra khi cã dßng ®iÖn t¸c dông vµo.
+ §Æc ®iÓm
- −u ®iÓm: hiÓn thÞ phï hîp víi thÞ gi¸c, æn ®Þnh vµ tin cËy, t©m hiÓn thÞ
kh¸ lín, tuæi thä cao.
- Nh−îc ®iÓm: cÇn nguån c«ng suÊt phï hîp ®Ó cã thÓ ph¸t ra ¸nh s¸ng
®ñ ®Ó cã thÓ nhËn biÕt b»ng m¾t th−êng.
1.2 Tranzito c«ng suÊt
1.2.1 CÊu t¹o
Tranzito lµ linh kiÖn b¸n dÉn gåm 3 líp b¸n dÉn PNP hoÆc NPN ghÐp
víi nhau nh− h×nh sau.
P P
N
a) b)
B
H×nh 1.8: Tranzito lo¹i PNP
a, s¬ ®å cÊu tróc b, ký hiÖu
E
C N P N
B
a) b)
H×nh 1.9: Tranzito lo¹i NPN
a, s¬ ®å cÊu tróc b, ký hiÖu
Líp gi÷a ®−îc gäi lµ cùc gèc (Baz¬) ký hiÖu lµ B, mét líp bªn gäi lµ
cùc ph¸t (Emiter) ký hiÖu lµ E, líp cßn l¹i lµ líp ghãp (Colect¬) ký hiÖu lµ C.
10
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
Líp ph¸t E cã c−êng ®é t¹p chÊt lín nhÊt, líp gèc B cã nång ®é t¹p chÊt
nhá nhÊt. §Ó ph©n biÖt víi c¸c lo¹i tranzito kh¸c, tranzito PNP vµ NPN cßn
gäi lµ tranzito l−ìng nèi viÕt BJT (Bipolar Juntion Tranzito).
1.2.1 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng
Trong ®iÖn tö c«ng suÊt ng−êi ta dïng phæ biÕn nhÊt lo¹i tranzito NPN.
tranzito c«ng suÊt ®−îc dïng ®Ó ®ãng ng¾t dßng ®iÖn mét chiÒu c−êng ®é
t−¬ng ®èi lín, v× vËy chóng chØ lµm viÖc ë hai tr¹ng th¸i ®ãng vµ tr¹ng th¸i
më.
§Ó tranzito lµm viÖc ng−êi ta ph¶i ®−a ®iÖn ¸p mét chiÒu tíi c¸c cùc B
cña tranzito gäi lµ ph©n cùc cho tranzito.
a) b)
H×nh 1.10: S¬ ®å ph©n cùc cña tranzito npn (a) vµ pnp (b) ë chÕ ®é khuÕch ®¹i
§Ó ph©n tÝch nguyªn lý lµm viÖc ta lÊy tranzito pnp lµm vÝ dô. Do JE
ph©n cùc thuËn nªn c¸c h¹t ®a sè (lç trèng) tõ miÒn E phun qua JE t¹o nªn
dßng emit¬ (IE). Chóng tíi vïng baz¬ t¹o thµnh h¹t thiÓu sè vµ tiÕp tôc khuÕch
t¸n s©u vµo vïng baz¬ h−íng tíi JC. Trªn ®−êng khuÕch t¸n mét phÇn nhá bÞ
t¸i hîp víi h¹t ®a sè cña baz¬ t¹o nªn dßng ®iÖn cùc baz¬ (IB). Do cÊu t¹o
miÒn baz¬ máng nªn gÇn nh− toµn bé c¸c h¹t khuÕch t¸n tíi ®−îc bê cña JC vµ
bÞ tr−êng gia tèc (do JC ph©n cùc ng−îc) cuèn qua tíi ®−îc miÒn colect¬ t¹o
nªn dßng ®iÖn colect¬ (IC). Qua viÖc ph©n tÝch trªn ta cã mèi qua hÖ vÒ dßng
®iÖn trong tranzito: IE= IB + IC (1-3)
§Ó ®¸nh gi¸ møc ®é hao hôt dßng khuÕch t¸n trong vïng baz¬ ng−êi ta
®Þnh nghÜa hÖ sè truyÒn ®¹t dßng ®iÖn α cña tranzito.
11
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
IC
α= (1- 4)
IE
HÖ sè α x¸c ®Þnh chÊt l−îng cña tranzito vµ cã gi¸ trÞ cµng gÇn mét víi
c¸c tranzito lo¹i tèt.
§Ó ®¸nh gi¸ t¸c dông ®iÒu khiÓn cña dßng ®iÖn IB tíi dßng colect¬ (IC),
ng−êi ta ®Þnh nghÜa vÒ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β cña tranzito.
IC
β= (1- 5)
IB
β th−êng cã gi¸ trÞ trong kho¶ng vµi chôc ®Õn vµi tr¨m.
Tõ c¸c biÓu thøc trªn ta cã mèi quan hÖ gi÷a c¸c hÖ sè:
IE= IB(1+β) (1- 6)
β
α=
vµ (1- 7)
1+ β
−u ®iÓm næi bËt cña tranzito lµ chØ cÇn ®iÒu khiÓn dßng IB lµ cã thÓ ®iÒu
khiÓn cho tranzistor ®ãng ng¾t dÔ dµng.
1.2.3 C¸ch thøc ®iÒu khiÓn tranzito
Gäi IC lµ dßng colect¬ chÞu ®−îc ®iÖn ¸p b·o hoµ VCEsat khi tranzito dÉn
dßng b·o hoµ IB= IBbh vµ khi kho¸ IB= 0; VCEsat=VCE.
+ M¹ch trî gióp tranzito më
Khi tranzito chuyÓn tõ tr¹ng th¸i ®ãng sang tr¹ng th¸i më. M¹ch trî
gióp bao gåm c¸c phÇn tö tô ®iÖn (C), ®iÖn trë (R2), ®i«t(D2)
12
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
H×nh 1.11: M¹ch trî gióp tranzito më
tf: thêi gian cÇn thiÕt ®Ó IC tõ gi¸ trÞ max gi¶m xuèng 0
Dßng ®iÖn t¶i I lµ thêi gian chuyÓn m¹ch cña tranzito rÊt ng¾n vËy cho
nªn dßng t¶i = const.
S¬ kiÖn: VCE = 0
IC = I ID = 0 (1- 8)
Khi cho xung ¸p ©m t¸c ®éng vµo cùc gèc baz¬ cña tranzito dßng IC
gi¶m xuèng kh«ng trong kho¶ng thêi gian tf. NÕu kh«ng cã m¹ch trî gióp ta
cã: I = IC + ID = const (1-9)
Khi gi¶m IC th× ID T¨ng lªn ngang D1 sÏ lµm ng¾n m¹ch t¶i n¨ng l−îng
tiªu t¸n bªn trong tranzito sÏ lµ:
U . I .t f
WT = (1-10)
2
ChÝnh v× vËy ta ph¶i m¾c thªm m¹ch trî gióp më cho trazito.
I= IC ≈ ID = const
Khi IC b¾t ®Çu gi¶m th× I1 còng b¾t ®Çu t¨ng(IC vµ I1 phi tuyÕn víi nhau,
lóc nµy tô ®iÖn C ®−îc n¹p ®iÖn)
dV c I − I C
= (1-11)
dt C
13
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
Khi t = tf ; Ic = 0 Vc (tf)= V0 = VCE
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
n¨ng h¹n chÕ sù t¨ng vät cña dßng IC trong kho¶ng thêi gian ®ãng Ton cña
tranzito.
Ton: lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó VCE gi¶m tõ ®iÖn ¸p nguån VCC xuèng VCE≈ 0.
Thêi gian tæng céng cho qóa tr×nh ®ãng lµ tf.
®iÖn c¶m L ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
Δi
di I UR
=U = L = L ⇒ L =
L (1- 14)
Δt
dt R I
§Ó chän L ta chän thêi gian ®ãng tr trong kho¶ng: 2ton < tr < 5ton
§iÖn trë R4 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng do søc ®iÖn ®éng tù c¶m trong
cuén c¶m (L) t¹o ra trong m¹ch L; D5; R4 trong kho¶ng thêi gian tc chuyÓn
sang tr¹ng th¸i më cña tranzito.
Nh− vËy tc ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn.
i
tc > (1-15)
R4
§iÖn trë R5 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng ®iÖn phãng cña tô ®iÖn C trong
m¹ch víi kho¶ng thêi gian ®ãng tf.
Ta cã D6: T¹o m¹ch ®èi víi xung ¸p d−¬ng ®Æt vµo cùc gèc baz¬
D5: h¹n chÕ dßng ®iÒu khiÓn cho cùc gèc (baz¬)
D4: Dïng ®Ó chèng b·o hoµ
1.2.4 øng dông cña tranzito c«ng suÊt
+ M¹ch khuÕch ®¹i
H×nh: 1.13: Tranzito lµm viÖc ë chÕ ®é khuÕch ®¹i
- Trong thùc tÕ tranzito th−êng ®−îc lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸
- Khi dßng ë cùc gèc b»ng kh«ng dßng ®iÖn cùc ghãp b»ng kh«ng,
15
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
tranzito lóc nµy hë m¹ch hoµn toµn.
- Khi dßng ®iÖn ë cùc gèc cã gi¸ trÞ b·o hoµ th× tranzito trë vÒ tr¹ng th¸i
dÉn hoµn toµn.
1.2.5 C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña tranzito
- §é khuÕch ®¹i dßng ®iÖn β
β cã trÞ sè thay ®æi theo dßng IC. Khi dßng IC nhá th× β thÊp, dßng IC
t¨ng th× β t¨ng ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i nÕu tiÕp tôc t¨ng IC ®Õn møc b·o hoµ th× β
gi¶m.
IC
β= (1-16)
IB
- Dßng ®iÖn giíi h¹n
Dßng ®iÖn qua tranzito ph¶i ®−îc giíi h¹n ë møc cho phÐp nÕu qu¸ trÞ
sè th× tranzito sÏ bÞ h−.
ICmax : lµ dßng ®iÖn tèi ®a ë cùc colect¬
IBmax: lµ dßng ®iÖn tèi ®a ë cùc baz¬
- §iÖn thÕ giíi h¹n
§iÖn thÕ ®¸nh thñng BV (breakdown Voltage) lµ ®iÖn thÕ ng−îc tèi ®a
®Æt vµo gi÷a c¸c cÆp cùc.
- TÇn sè c¾t
TÇn sè thiÕt ®o¹n (f cut- off) lµ tÇn sè mµ tranzito hÕt kh¶ n¨ng khuÕch
®¹i lóc ®ã ®iÖn thÕ ngâ ra b»ng ®iÖn thÕ ngâ vµo.
B¶ng 1.2 Giíi thiÖu mét sè lo¹i tranzito
16
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
VCE VCE0 VCE,sat IC I tf ton ts Pm
M· hiÖu
μs μs μs
V V V A A W
BUV, (BUX)20 160 125 1,2 50 5 0,3 1,5 1,2 250
(50)
21 250 200 1,5 40 3 0,12 1,8 1,2 50
22 300 250 1,5 40 2,5 0,5 1,3 2 50
23 400 325 1 30 3,2 1,2 1,3 2,5 50
24 450 400 1 20 2,4 1,4 1,6 3 50
BUT 90 200 125 1,2 50 7 0,4 1,2 1,5 250
91 300 200 1,2 50 4 0,3 1 1,5 250
BUX 47 850 400 1,5 9 1,2 0,8 1 3 125
47A 1000 450 1,5 9 1 0,8 1 3 125
48 850 400 1,5 15 2 0,8 1 3 175
48A 850 400 1,5 15 2 0,8 1 3 175
98 850 400 1,5 30 4 0,8 1 3 250
98C 1200 700 1,5 30 3 0,8 1 3 250
ESM 3000 200 100 1,5 150 15 0,5 1,5 1,8 400
3001 200 150 1,5 150 15 0,5 1,5 1,8 400
3002 250 200 1,5 140 28 0,7 1,5 2 400
3004 600 400 1,5 120 13 1 1,5 3,5 400
3005 600 500 1,5 120 10 1 1,5 3,5 400
3006 1000 600 1,5 50 7 1,5 1,5 5 300
3007 1000 700 1,5 50 6 1,5 1,5 5 300
1.3 Thyristor
1.3.1 CÊu t¹o
17
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
Thyristor cßn ®−îc gäi lµ SCR (Silicon controlled Rectifier) bé n¾n ®iÖn
®−îc ®iÒu khiÓn b»ng chÊt silicum.
Thyristor lµ linh kiÖn b¸n dÉn gåm b¸n dÉn gåm 4 líp P- N- P- N ghÐp
nèi tiÕp t¹o nªn 3 cùc Anode ký hiÖu lµ A d−¬ng cùc, Catode ký hiÖu lµ K ©m
cùc vµ cùc Gate ký hiÖu lµ G lµ cùc ®iÒu khiÓn hay cùc cöa.
J1, J2, J3 lµ c¸c mÆt ghÐp.
a
b
c
c
H×nh 1.14: Thyristor a- S¬ ®å cÊu tróc bªn trong
b- Ký hiÖu c- C¸c lo¹i thyristor
1.3.2 Nguyªn lý lµm viÖc
Tïy theo c¸ch nèi cña A vµ K cña thyristor víi nguån ®iÖn mét chiÒu
mµ thyristor cã thÓ ®−îc ph©n ¸p ng−îc hay ph©n ¸p thuËn.
Khi ph©n ¸p ng−îc (an«t nèi víi cùc ©m nguån, cat«t nèi víi cùc d−¬ng
nguån) nh− h×nh1.15 th× líp ph©n cùc J2 ph©n cùc thuËn (®iÖn trë rÊt nhá)
nh−ng c¸c líp tiÕp xóc J1 vµ J3 l¹i ph©n cùc ng−îc (®iÖn trë rÊt lín) kh«ng cã
dßng ®iÖn qua tõ K sang A. Phô t¶i (bãng ®Ìn) kh«ng cã dßng ®iÖn ch¶y qua
vµ kh«ng s¸ng. Thùc sù th× vÉn cã mét dßng ®iÖn rß rÊt nhá, kh«ng ®¸ng kÓ cì
vµi mA. §Æc tÝnh V- A khi ph©n ¸p ng−îc lµ nh¸nh thuéc gãc phÇn t− thø III.
18
- B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
Khi ®iÖn ¸p ng−îc t¨ng ®Õn mét trÞ sè nµo ®ã ®ñ lín (Uct) th× thyristor
bÞ chäc thñng gièng nh− tr−êng hîp cña ®i«t vµ kÕt qu¶ lµ dßng ®iÖn ng−îc
t¨ng lªn rÊt nhanh vµ m¹nh.
Khi ph©n ¸p thuËn (an«t nèi víi cùc d−¬ng nguån, cat«t nèi víi cùc ©m
nguån) nh− h×nh 1.15 th× c¸c líp J1 vµ J3 ®−îc ph©n cùc thuËn, ®iÖn trë rÊt
nhá, nh−ng líp J2 l¹i bÞ ph©n cùc ng−îc, cã ®iÖn trá rÊt lín. Do vËy, tr−êng
hîp nµy còng chØ cã mét dßng ®iÖn rß rÊt nhá ch¶y qua líp J2 (thuéc gãc phÇn
t− thø I).
H×nh 1.15: S¬ ®å ph©n ¸p ng−îc vµ thuËn cña mét thyristor
Thyristor kh¸c víi ®i«t ë chç: ®i«t dÉn ®iÖn ngay sau khi ph©n ¸p thuËn,
cßn thyristor cã ph©n ¸p thuËn còng ch−a dÉn ®iÖn. Muèn cho thyristor th«ng
khi cã ph©n ¸p thuËn cÇn ph¶i cã ®iÒu kiÖn. §iÒu kiÖn g×? §ã lµ ph¶i cÊp mét
xung ¸p d−¬ng vµo cùc ®iÒu khiÓn G khi thyristor ®−îc ph©n ¸p thuËn. Xung
d−¬ng ®iÒu khiÓn cã thÓ ®−îc t¹o ra mét c¸ch ®¬n gi¶n nhê ®ãng c«ng t¾c K ë
H×nh 1.16
19
nguon tai.lieu . vn