Giáo trình Điện tử Công suất - Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp

Giáo trình Điện tử công suất của ĐH Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp. Tài liệu cung cấp kiến thức cơ bản về Diot, Thyristor, đặc tính và ứng dụng.

• Chuyên ngành: Điện tử Công suất
• Đề tài: Các Phần Tử Bán Dẫn Công Suất Cơ Bản
• Loại tài liệu: Giáo trình

Tóm tắt

I. Tổng Quan Giáo Trình Điện Tử Công Suất Tài Liệu Full PDF

Điện tử công suất là một ngành kỹ thuật quan trọng. Nó tập trung vào việc biến đổi và điều khiển năng lượng điện ở mức công suất lớn. Lĩnh vực này ứng dụng các linh kiện bán dẫn công suất hoạt động ở chế độ chuyển mạch. Mục tiêu chính là đạt hiệu suất cao nhất. Các bộ biến đổi điện năng là trái tim của hệ thống, giúp chuyển đổi dạng năng lượng điện (AC-DC, DC-DC, DC-AC, AC-AC) để phù hợp với yêu cầu của tải. Việc nắm vững kiến thức nền tảng là yêu cầu bắt buộc đối với sinh viên và kỹ sư ngành điện, điện tử và tự động hóa. Một giáo trình Điện tử Công suất đầy đủ và chi tiết đóng vai trò như một kim chỉ nam. Nó hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao, từ lý thuyết về linh kiện bán dẫn công suất đến phân tích các mạch điện tử công suất phức tạp. Sở hữu một tài liệu dạng tài liệu điện tử công suất PDF mang lại nhiều lợi thế. Người học có thể truy cập mọi lúc, mọi nơi, dễ dàng tra cứu và ghi chú trực tiếp trên file. Đặc biệt, các tài liệu từ những trường đại học uy tín như giáo trình ĐH Bách Khoa hay tài liệu SPKT luôn được tìm kiếm vì tính chính xác và hàn lâm. Bộ tài liệu này cung cấp một cái nhìn toàn diện, không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn đi sâu vào các bài tập ứng dụng, giúp củng cố kiến thức và phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề thực tế.

1.1. Hiểu đúng về Power Electronics và tầm quan trọng

Power Electronics, hay Điện tử công suất, là công nghệ ứng dụng các linh kiện điện tử trạng thái rắn để điều khiển và biến đổi năng lượng điện. Trích dẫn từ tài liệu gốc, mục tiêu của môn học là "cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về các phần tử bán dẫn công suất sử dụng trong các mạch điện tử công suất". Điều này bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động, và ứng dụng của các linh kiện như Diode, Thyristor SCR, IGBT và MOSFET. Tầm quan trọng của nó thể hiện ở khắp mọi nơi: từ bộ sạc điện thoại, máy tính, hệ thống cung cấp điện liên tục (UPS), cho đến các hệ thống truyền động điện công nghiệp, hệ thống năng lượng tái tạo (pin mặt trời, tuabin gió) và xe điện. Hiệu suất của các bộ biến đổi này ảnh hưởng trực tiếp đến việc tiết kiệm năng lượng và giảm tác động môi trường. Do đó, việc nghiên cứu giáo trình power electronics là bước đầu tiên để làm chủ công nghệ cốt lõi của thế kỷ 21.

1.2. Lý do nên download miễn phí giáo trình này ngay lập tức

Việc tìm kiếm một ebook điện tử công suất chất lượng, đầy đủ và miễn phí là nhu cầu thiết thực của đa số sinh viên. Giáo trình này được tổng hợp và biên soạn một cách hệ thống, bao quát toàn bộ các chủ đề quan trọng. Thay vì phải tìm kiếm nhiều nguồn tài liệu rời rạc, người học sẽ có trong tay một bộ tài liệu duy nhất, từ các khái niệm cơ bản về linh kiện đến phân tích chi tiết các bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu và bộ băm xung DC-DC. Hơn nữa, tài liệu được trình bày dưới dạng PDF, cho phép download miễn phí giáo trình và sử dụng linh hoạt trên nhiều thiết bị. Đây là cơ hội để tiếp cận nguồn kiến thức chuẩn xác, tương đương với các tài liệu giảng dạy tại các trường kỹ thuật hàng đầu, mà không tốn bất kỳ chi phí nào. Việc sở hữu tài liệu này giúp quá trình tự học và nghiên cứu trở nên hiệu quả và dễ dàng hơn bao giờ hết.

II. Thách Thức Khi Học Điện Tử Công Suất Giải Pháp Tối Ưu

Học tập và nghiên cứu Điện tử Công suất đặt ra nhiều thách thức không nhỏ. Một trong những khó khăn lớn nhất là sự phức tạp của các nguyên lý hoạt động và các mạch điện tử công suất. Sinh viên thường phải đối mặt với các khái niệm trừu tượng về quá trình chuyển mạch của linh kiện bán dẫn, các phương trình vi phân mô tả trạng thái của mạch, và việc phân tích dạng sóng phức tạp. Nếu không có một nguồn tài liệu hướng dẫn bài bản, người học rất dễ bị lạc lối. Một thách thức khác là việc tìm kiếm các bài tập điện tử công suất có lời giải. Lý thuyết suông là không đủ. Việc thực hành giải bài tập giúp sinh viên hiểu sâu hơn về cách áp dụng công thức, phân tích sơ đồ và tính toán các thông số quan trọng. Tuy nhiên, các bài tập có lời giải chi tiết và chính xác thường không phổ biến. Cuốn giáo trình Điện tử Công suất này được thiết kế để giải quyết triệt để những vấn đề trên. Nó không chỉ cung cấp lý thuyết một cách rõ ràng, mạch lạc mà còn tích hợp hệ thống bài tập đa dạng, từ cơ bản đến nâng cao, kèm theo hướng dẫn giải chi tiết, giúp người học tự kiểm tra và củng cố kiến thức một cách hiệu quả.

2.1. Phân tích các linh kiện bán dẫn công suất cơ bản

Nền tảng của Điện tử Công suất chính là các linh kiện bán dẫn công suất. Hiểu rõ đặc tính của từng loại linh kiện là điều kiện tiên quyết để phân tích mạch. Tài liệu này đi sâu vào từng linh kiện. Ví dụ, về Thyristor, tài liệu mô tả: "Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo thành 3 lớp tiếp giáp J1, J2, J3". Nó giải thích chi tiết điều kiện mở và khóa của Thyristor (SCR), sự khác biệt khi có và không có dòng điều khiển IG. Tương tự, các linh kiện hiện đại hơn như MOSFET và IGBT cũng được phân tích cặn kẽ. MOSFET được mô tả là linh kiện điều khiển bằng điện áp với cấu trúc cổng cách ly, trong khi IGBT là sự kết hợp ưu điểm của cả BJT và MOSFET. Việc nắm vững các đặc tính V-A, thời gian chuyển mạch, và vùng làm việc an toàn của chúng là chìa khóa để thiết kế và vận hành các bộ biến đổi hiệu quả.

2.2. Giải mã nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi điện năng

Các bộ biến đổi điện năng là ứng dụng trực tiếp của các linh kiện bán dẫn. Giáo trình này tập trung giải mã nguyên lý của các bộ biến đổi phổ biến. Đối với bộ chỉnh lưu, tài liệu giải thích rõ ràng quá trình biến đổi AC-DC, phân biệt giữa chỉnh lưu không điều khiển (dùng Diode) và chỉnh lưu có điều khiển (dùng Thyristor). Nguyên lý được tóm tắt: "Ở một thời điểm bất kỳ khi bộ chỉnh lưu đang làm việc trong sơ đồ luôn có một van dẫn dòng, đó là van nối với pha có điện áp dương nhất". Tương tự, các nguyên lý của bộ nghịch lưu (DC-AC), bộ băm xung DC-DC (DC-DC chopper) và các bộ biến tần (AC-AC) cũng được trình bày một cách logic. Đặc biệt, kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM được giải thích như một phương pháp điều khiển hiện đại và hiệu quả, giúp kiểm soát điện áp và dòng điện đầu ra một cách chính xác.

III. Hướng Dẫn Toàn Diện Về Các Linh Kiện Bán Dẫn Công Suất

Để làm chủ lĩnh vực Điện tử Công suất, việc am hiểu sâu sắc về các linh kiện bán dẫn công suất là không thể thiếu. Chúng là những "công tắc" điện tử thực hiện việc đóng cắt dòng điện lớn ở tần số cao. Cuốn ebook điện tử công suất này cung cấp một chương riêng biệt, phân tích chi tiết từng loại linh kiện từ cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý làm việc, đặc tính V-A cho đến các thông số kỹ thuật quan trọng. Tài liệu bắt đầu với những linh kiện cơ bản nhất như Diode công suất và Thyristor SCR, giải thích tại sao Thyristor được coi là phần tử bán dẫn có điều khiển trong khi Diode thì không. Sau đó, nội dung được mở rộng sang các linh kiện hiện đại và được sử dụng rộng rãi hơn như Transistor công suất (BJT), MOSFET, và IGBT. Mỗi linh kiện đều được đặt trong bối cảnh ứng dụng cụ thể, giúp người đọc không chỉ hiểu về lý thuyết mà còn biết cách lựa chọn linh kiện phù hợp cho từng bài toán thiết kế. Các thông số như điện áp ngược cực đại, dòng thuận định mức, sụt áp thuận, và thời gian phục hồi được giải thích rõ ràng, là cơ sở để kỹ sư tính toán và lựa chọn linh kiện một cách an toàn và hiệu quả.

3.1. Đặc tính của Thyristor SCR và Triac trong thực tế

Thyristor, hay Silicon-Controlled Rectifier (SCR), là một linh kiện bán dẫn có điều khiển, chỉ cho dòng điện đi theo một chiều từ Anot đến Katot. Điểm đặc biệt của nó là cần hai điều kiện để mở: điện áp UAK > 0 và phải có một xung dòng kích vào cực điều khiển (G). Một khi đã mở, nó sẽ tiếp tục dẫn ngay cả khi xung điều khiển biến mất, và chỉ khóa lại khi dòng điện qua nó giảm xuống dưới mức dòng duy trì. Triac có thể được xem như hai Thyristor đấu song song ngược. Tài liệu gốc nêu rõ: "Về nguyên tắc, triac có thể coi là tương đương với 2 thyristor đấu song song ngược". Điều này cho phép Triac dẫn dòng theo cả hai chiều, làm cho nó trở nên cực kỳ hữu ích trong các ứng dụng điều khiển điện áp xoay chiều, chẳng hạn như các bộ dimmer đèn hoặc điều khiển tốc độ quạt.

3.2. So sánh ưu nhược điểm giữa IGBT và MOSFET công suất

MOSFET và IGBT là hai loại transistor công suất phổ biến nhất trong các ứng dụng chuyển mạch hiện đại. MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) là linh kiện điều khiển bằng điện áp, có trở kháng đầu vào rất cao và tốc độ đóng cắt cực nhanh. Điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng tần số cao và công suất thấp đến trung bình, như trong các bộ nguồn xung. Ngược lại, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) kết hợp các ưu điểm của cả MOSFET và BJT. Nó có cổng điều khiển cách ly như MOSFET (dễ điều khiển) nhưng lại có khả năng chịu dòng và áp lớn với sụt áp thấp khi dẫn như BJT. Tài liệu nhận định: "IGBT hiện chiếm vị trí quan trọng trong công nghiệp với hoạt động trong phạm vi công suất đến 10MW hoặc cao hơn nữa". Do đó, IGBT thường được ưu tiên trong các ứng dụng công suất lớn như biến tần cho động cơ và hệ thống năng lượng mặt trời.

IV. Phương Pháp Phân Tích Các Loại Bộ Biến Đổi Điện Năng

Trọng tâm của môn học Điện tử Công suất là nghiên cứu các bộ biến đổi điện năng. Đây là các mạch điện tử sử dụng linh kiện bán dẫn để chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác với hiệu suất cao. Cuốn giáo trình Điện tử Công suất này cung cấp các phương pháp phân tích chi tiết cho từng loại bộ biến đổi, giúp người học không chỉ hiểu nguyên lý mà còn có thể tính toán, thiết kế. Nội dung bao gồm bốn nhóm chính: bộ chỉnh lưu (AC-DC), bộ nghịch lưu (DC-AC), bộ băm xung DC-DC (DC-DC Chopper), và bộ biến tần xoay chiều (AC-AC). Đối với mỗi loại mạch, tài liệu trình bày từ sơ đồ nguyên lý, phân tích hoạt động ở các chế độ khác nhau (dòng liên tục, dòng gián đoạn), vẽ dạng sóng điện áp và dòng điện, cho đến việc xây dựng các công thức tính toán giá trị trung bình, giá trị hiệu dụng và các thông số quan trọng khác. Đặc biệt, chương về bộ chỉnh lưu điều khiển được trình bày rất chi tiết, bao gồm cả việc phân tích quá trình chuyển mạch và ảnh hưởng của bộ chỉnh lưu đến lưới điện, một vấn đề thực tiễn quan trọng.

4.1. Nguyên lý làm việc của các sơ đồ bộ chỉnh lưu điều khiển

Bộ chỉnh lưu là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC). Khi sử dụng Thyristor, bộ chỉnh lưu trở thành bộ chỉnh lưu điều khiển, cho phép thay đổi giá trị điện áp DC đầu ra bằng cách điều chỉnh góc kích α. Tài liệu giải thích: "Khi thay đổi giá trị của α thì dạng và giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu cũng thay đổi theo". Có hai sơ đồ nối dây chính là sơ đồ hình tia và sơ đồ hình cầu. Sơ đồ cầu có ưu điểm là không yêu cầu biến áp có điểm trung tính và cho chất lượng điện áp ra tốt hơn. Nguyên lý chung là tại mỗi thời điểm, các thyristor được kích mở theo một thứ tự nhất định để "nắn" các nửa chu kỳ của sóng sin xoay chiều thành một dòng điện một chiều. Giáo trình cũng phân tích chế độ nghịch lưu, nơi năng lượng được chuyển ngược từ phía DC về lưới AC, một tính năng quan trọng trong các hệ thống truyền động có hãm tái sinh.

4.2. Khám phá bộ nghịch lưu và kỹ thuật điều chế PWM

Trái ngược với bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu thực hiện chức năng biến đổi năng lượng từ một chiều (DC) thành xoay chiều (AC). Đây là thành phần cốt lõi trong các bộ lưu điện (UPS), biến tần điều khiển tốc độ động cơ AC, và các hệ thống hòa lưới năng lượng tái tạo. Để tạo ra điện áp AC có tần số và biên độ mong muốn, các kỹ thuật điều khiển phức tạp được áp dụng. Kỹ thuật phổ biến và hiệu quả nhất là điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation). Bằng cách so sánh một sóng tín hiệu (sóng điều khiển, thường là hình sin) với một sóng mang tần số cao (thường là hình tam giác), mạch điều khiển sẽ tạo ra các xung đóng cắt cho các linh kiện công suất (như IGBT). Độ rộng của các xung này thay đổi theo chu kỳ của sóng tín hiệu, từ đó tạo ra một điện áp đầu ra có thành phần cơ bản gần giống hình sin. Kỹ thuật PWM giúp giảm sóng hài, cải thiện chất lượng điện năng và cho phép điều khiển chính xác.

V. Tải Sách Điện Tử Công Suất Bài Tập Có Lời Giải PDF

Để củng cố kiến thức và chuẩn bị tốt cho các kỳ thi, việc tiếp cận một nguồn tài liệu toàn diện là cực kỳ cần thiết. Việc tải sách điện tử công suất này sẽ cung cấp cho bạn đọc một công cụ học tập mạnh mẽ. Tài liệu không chỉ là một cuốn sách điện tử công suất lý thuyết đơn thuần, mà còn là một kho tàng kiến thức ứng dụng. Nhiều sinh viên thường tìm kiếm các tài liệu tham khảo uy tín như sách điện tử công suất Nguyễn Bính hay các slide bài giảng điện tử công suất từ các trường đại học lớn. Bộ tài liệu PDF này tổng hợp những kiến thức tinh túy nhất, được trình bày một cách logic và dễ hiểu, phù hợp cho cả việc tự học và dùng làm tài liệu tham khảo chính. Đặc biệt, phần bài tập điện tử công suất có lời giải được biên soạn cẩn thận, bao gồm nhiều dạng bài từ tính toán thông số linh kiện, phân tích mạch chỉnh lưu, nghịch lưu đến thiết kế các bộ điều khiển cơ bản. Đây là nguồn tài nguyên quý giá giúp người học rèn luyện tư duy kỹ thuật và tự tin giải quyết các vấn đề thực tế.

5.1. So sánh với giáo trình ĐH Bách Khoa và tài liệu SPKT

Các giáo trình ĐH Bách Khoa và tài liệu SPKT (Đại học Sư phạm Kỹ thuật) từ lâu đã được xem là chuẩn mực về chất lượng trong đào tạo kỹ thuật tại Việt Nam. Các tài liệu này nổi bật với tính hệ thống, chiều sâu học thuật và sự chặt chẽ trong lập luận. Cuốn ebook điện tử công suất được giới thiệu ở đây được biên soạn dựa trên tinh thần đó. Nội dung bám sát chương trình đào tạo chuẩn, đồng thời cập nhật những kiến thức mới về các linh kiện công suất hiện đại và các phương pháp điều khiển tiên tiến. Ưu điểm của tài liệu này là sự kết hợp giữa lý thuyết hàn lâm và các ví dụ, bài tập thực tế, giúp người học dễ dàng liên hệ kiến thức với các ứng dụng trong công nghiệp. Thay vì phải tìm kiếm nhiều nguồn, bạn có thể tải sách điện tử công suất này như một tài liệu tham khảo toàn diện.

5.2. Hướng dẫn download miễn phí giáo trình định dạng PDF

Việc sở hữu tài liệu học tập chất lượng chưa bao giờ dễ dàng hơn. Để download miễn phí giáo trình Điện tử Công suất full định dạng PDF, người dùng chỉ cần thực hiện các bước đơn giản. Thông thường, các tài liệu này sẽ được chia sẻ qua các liên kết trực tiếp hoặc lưu trữ trên các nền tảng đám mây uy tín. Người học nên tìm kiếm với các từ khóa như "tài liệu điện tử công suất PDF" hoặc "giáo trình Điện tử Công suất full PDF" để tìm thấy các nguồn chia sẻ đáng tin cậy. Sau khi tải về, bạn có thể lưu trữ trên máy tính, máy tính bảng hoặc điện thoại để tiện cho việc học tập và tra cứu bất cứ lúc nào. Việc chủ động tìm kiếm và lưu trữ các tài liệu học thuật giá trị là một kỹ năng quan trọng, giúp quá trình học tập và nghiên cứu trở nên hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về các phần tử bán dẫn công suất sử dụng trong các mạch điện tử công suất như: cấu tạo, kí hiệu, nguyên lí làm việc, đặc tính V-A, các thông số kĩ thuật và ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất. ĐIOT CÔNG SUẤT Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Điot (Diode) được tạo thành bằng việc ghép hai phiến bán dẫn p – n và tạo nên một vùng chuyển tiếp (một lớp tiếp giáp) ký thiệu là J. Điot có 2 điện cực, một điện cực nối ra từ bán dẫn loại p được gọi là Anot (Anode), ký hiệu là A, điện cực còn lại nối ra từ bán dẫn n được gọi là katot (Kathode hoặc Cathode) và ký hiệu là K. Ký hiệu biểu diễn điot được minh họa trên hình 1.

A A A not P J N K K K atot Hình 1. Dòng điện qua điot được quy ước cùng chiều với điện áp và ký hiệu iD. Đặc tính Vôn – ampe (V-A) của điot là mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điot iD (uD), thể hiện bằng đồ thị hình 1. Đặc tính gồm hai phần: đặc tính thuận trong góc phần tư thứ I, tương ứng với uAK > 0.

Đặc tính ngược trong góc phần tư thứ III, tương ứng uAK < 0. Trên đường đặc tính thuận, nếu điện áp anot – katot tăng dần từ 0 đến khi vượt qua ngưởng điện áp UDo (0,6V ÷ 0,7V), dòng 1 có thể chảy qua điot. Dòng điện iD có thể thay đổi rất lớn, nhưng điện áp tơi trên điot uAK thì hầy như ít thay đổi. Như vậy, đặc tính thuận của điot đặc trưng bởi tính chất có điện trở tương đương nhỏ.

Trên đường đặc tính ngược, nếu điện áp uAK tăng dần từ 0 đến giá trị Ung.max, gọi là điện áp ngược lớn nhất, thì dòng qua điot vẫn có giá trị rất nhỏ, gọi là dòng rò, nghĩa là điot cản trở dòng chạy qua theo chiều ngược. Cho đến khi uAK đạt đến giá trị Ung.max thì xảy ra hiện tượng dòng qua điot tăng đột ngột, tính chất cản trở dòng điện ngược của điot bị phá vỡ. Quá trình này không có tính đảo ngược, nghĩa là nếu ta lại giảm điện áp trên anot – katot thì dòng điện vẫn không giảm. Ta nói điot bị đánh thủng.

Trong thực tế, để đơn giản cho việc tính toán, người ta thường dùng đặc tính khi dẫn dòng tuyến tính hóa của điot như được biểu diễn trên hình 1. Đặc tính V-A Đặc tính V-A của các điot thực tế sẽ khác nhau, phụ thuộc vào dòng điện cho phép chạy qua điot và điện áp ngược lớn nhất mà điot có thể chịu được. Tuy nhiên để phân tích sơ đồ các bộ biến đổi thì một đặc tính lý tưởng cho trên hình 1.2a được sử dụng nhiều hơn cả. Theo đặc tính lý tưởng, điot có thể cho phép một dòng điện lớn bất kỳ chạy qua với sụt áp trên nó bằng 0 và chịu được điện áp ngược lớn bất kỳ với dòng rò bằng 0.

Nghĩa là theo đặc tính lý tưởng, điot có điện trở tương đương khi dẫn bằng 0 và khi khóa bằng ∞.max UDo ( ( ( UDo c) a) b) Hình 1.2: Đặc tính V-A của một điot (a) Đặc tính lý tưởng; (b) Đặc tính tuyến tính hóa; (c) Đặc tính thực tế Các tham số cơ bản Khi lựa chọn và kiểm tra điot ta thường phải dựa vào một số tham số cơ bản mà nhà sản xuất đưa ra: - Điện áp ngược cực đại: Ungmax là điện áp ngược cực đại cho phép đặt vào điot mà không làm hỏng điot. 2 - Dòng điện thuận định mức: Là giá trị trung bình hoặc hiệu dụng lớn nhất cho phép của dòng điện qua điot mà điot vẫn đảm bảo hoạt động bình thường. - Sụt điện áp thuận trên điot (uD): là giá trị điện áp thuận trên điot khi điot làm việc ở trạng thái mở (dẫn dòng) với dòng điện bằng giá trị định mức. Ngoài ra, tùy thuộc vào loại điot mà còn có một số tham số khác.

THYRISTOR Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo thành 3 lớp tiếp giáp J1, J2, J3. Thyristor có nhiều loại khác nhau nhưng về cơ bản đều có ba điện cực là: Anot (A), Katot (K), cực điều khiển (G – Gate), loại thyristor thông dụng nhất (loại điều khiển theo katot) được biểu diễn trên hình 1. Sau đây chỉ nghiên cứu đặc tính loại thyristor này.3: Cấu tạo và ký hiệu thyristor (a) Cấu tạo thyristor (b) Ký hiệu Nguồn điện áp cấp cho mạch anot và katot của thyristor (uAK), nguồn điện áp cung cấp cho cực điều khiển thyristor (uđk), điện áp giữa A và K của thyristor ký hiệu là uT, dòng qua mạch A-K vủa thyristor ký hiệu là iT, dòng điện đi vào cực điều khiển của thyristor ký hiệu là idk. Trường hợp khi không có dòng điện điều khiển (iđk = iG= 0) Khi dòng vào cực điều khiển của thyrisor bằng 0 hay khi hở mạch cực điều khiển thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trường hợp phân cực điện áp giữa anot – katot.

Khi điện áp uAK < 0 theo cấu tạo bán dẫn của thyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, như vậy thyristor sẽ giống như hai điốt mắc nối tiếp bị phân cực ngược. Qua thyristor 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 là ung,max sẽ xảy ra hiện tượng thyristor bị đánh thủng, dòng điện có thể 3 tăng lên rất lớn. Giống như ở đoạn đặc tính ngược của điốt trong quá trình bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngược được nghĩa là nếu có giảm điện áp uAK xuống dưới mức ung,max thì dòng điện cũng giảm được về mức dòng rò.

Thyristor đã bị hỏng. Khi tăng điện áp A-K theo chiều thuận uAK > 0, lúc đầy cũng chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua , gọi là dòng rò. Điện trở tương đương mạch A-K vẫn có giá trị rất lớn. Khi đó tiếp giáp J1 và J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược.

Cho đến khi uAK tăng đạt 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 điện chạy qua thyristor sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở mạch ngoài. Nếu khi đó dòng điện qua thyristor có giá trị lớn hơn một mức dòng điện tối thiểu, gọi là dòng duy trì (Idt) thì khi đó thyristor sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận, giống như đường đặc tính thuận ở điốt. Đoạn đặc tính thuận được đặc trưng bởi tính chất dòng có thể có giá trị lớn nhưng điện áp rơi trên anot và katot thì nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị của dòng điện. Trường hợp có dòng điện vào cực điều khiển (IG > 0) Nếu có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và katot, quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uth,max.

Điều này được mô tả trên hình 1.4 bằng những đường nét đứt, ứng với các giá trị dòng điều khiển khác nhau IG1, IG2, IG3,…Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với uAK nhỏ hơn. Tình hình xảy ra trên đường đặc tính ngược sẽ không có gì khác so với trường hợp dòng điều khiển bằng 0. Thyristor có đặc tính như điốt, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua theo một chiều, từ Anot đến Katot và cản trở dòng điện chạy theo chiều ngược lại. Tuy nhiên khác với điốt, để thyristor có thể dẫn dòng ngoài điều kiện phải có điện áp UAK > 0 còn cần thêm một số điều kiện khác.

Do đó thyristor được coi là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với điôt là phần tử không điều khiển được. Mở thyristor Khi được phân cực thuận, UAK > 0, thyristor có thể mở bằng hai cách: Thứ nhất: có thể tăng điện áp anot-katot cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uthmax. Khi đó điện trở tương đương trong mạch anot-katot sẽ giảm đột ngột và dòng qua thyristor hoàn toàn do mạch ngoài xác định. Phương pháp này trong thực tế không được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn và không phải lúc nào cũng có thể tăng được điện áp đến giá trị Uth,max.

Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp thyristor tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trước. Phương pháp thứ hai, phương pháp được áp dụng thực tế, là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào cực điều khiển và katot. Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạnh thái 4 của thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anot-katot nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anot-katot lớn hơn một giá trị nhất định, gọi là dòng duy trì (Idt) thì thyristor sẽ tiếp tục ở trong trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung điều khiển nữa.

Điều này có nghĩa là có thể điều khiển các thyristor bằng các xung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạch điều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà thyristor là một phần tử đóng cắt, khống chế dòng điện. Khóa thyristor Một thyristor đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khóa (điện trở tương đương mạch anot- katot tăng cao) nếu dòng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trị dòng duy trì, Idt. Tuy nhiên để thyristor vẫn ở trạng thái khóa, với trở kháng cao, khi điệnn áp anot-katot lại dương (UAK > 0) cần phải có một thời gian nhất định để các lớp tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dòng điện của mình. Khi thyristor dẫn dòng theo chiều thuận, UAK> 0, hai lớp tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, các điện tíchđi qua hai lớp này dễ dàng và lấp đầy lớp tiếp giáp J2 đang bị phân cực ngược.

Vì vậy mà dòng điện có thể chảy qua ba lớp tiếp giáp J1, J2, J3. Để khóa thyristor lại cần giảm dòng anot-katot về dưới mức dòng duy trì (Idt) bằng cách hoặc là đổi chiều dòng điện hoặc áp một điện áp ngược lên giữa anot-katot của thyristor. Sau khi dòng về bằng không phải đặt một điện áp ngược lên anot-katot (UAK < 0) trong một khoảng thời gian tối thiểu, gọi là thời gian phục hồi tk (tài liệu tiếng anh ký hiệu là toff), thì sau đó thyristor mới có thể cản trở dòng điện theo cả hai chiều.