Chương I : TRIAC Triac là linh kiện bán dẫn , nó đóng vai trò là cái van đối với dòng điện xoay chiều nên ta sẽ tìm hiểu về : 1.2 Diode bốn lớp.6 Một số ứng dụng của Triac. GVHD:Thấy Pham Huy Châu SVTH : Lê Phú Dang Khoa Luận van tốt nghiệp :Triac , Phototriac và lắp mạch ứng dụng.1Đặc tí ủa ch iếp P-N: Chuyển tiếp P-N là một cấu trúc cơ bản của nhiều linh kiện điện tử Nó được tạo thành ở miễn tiếp xúc tỉnh thé của bán dẫn loại P và loại N. Ở đây chúng ta chỉ quan tâm tới tiếp xúc được thực hiện từ một đơn tỉnh thể như Si (hay Ge). Giả sử tiếp xúc nhảy bac , tức là nồng độ các hạt tải thay đổi đột ngột qua mặt phẳng tiếp xúc.
Do vậy , nếu không có điện trường ngoài ,các hạt tải điện cơ bản từ mién này sẽ khuếch tán qua lớp chuyển tiếp. Cụ thể: Điện tử từ miền N khuếch tán sang miền P tạo thành dòng khuếch tin/, Lỗ trống của miễn P khuếch tán sang miền N tạo thành dòng khuếch tán /„, Khi rời khỏi bán dẫn gốc , các hạt tải điện cơ bản để lại ở vùng biên giới giữa hai miễn N và P các nguyên tử ion hoá (dương ở miền N và âm ở miễn P) liên kết với mang tinh thé , vì được giữ cố định nên tạo thành một điện trường nội. Điện trường này có xu hướng cản trở dòng khuếch tán của các hạt cơ bản .Như vậy ở vùng biên giới giữa hai lớp bán dẫn xuất hiện một hàng rào thé cản trở sự khuếch tán của các hạt tải điện cơ bản. Còn các hạt tải điện không cơ bản (điện tử ở miền P và lỗ trống ở miễn N) luôn có mặt ở lân cận biên giới , dưới tác dụng của điện trường nội lại dé dàng di chuyển qua biên giới tạo thành đòng ngược /,, 7 „ và dòng ngược tổng cộng hướng từ miễn N sang miền P.
Ở trạng thái cân bằng nhiệt động , đòng tổng cộng qua đường biên giới giữa hai vùng bằng không vì dòng khuếch tán có giá trị đúng bằng dòng ngược. Do đó xuất hiện một vùng không còn các hạt tải cơ bản tự do ở lân cận biên giới. Vùng đó gọi là vùng sa mạc hay còn gọi là vùng chuyển tiếp P-N.Trong vùng này chỉ còn các nguyên tử của mạng tỉnh thể bị ion hoá nên còn gọi là vùng điện tích không gian ( hay còn gọi là vùng nghèo vì không có hạt mang điện trong vùng này , nên lúc đó vùng này có điện trở lớn, và lúc đó điện trường này làm các hạt mang điện trong vùng này bị đẩy ra xa vùng nghèo, làm vùng nghèo càng nghèo thêm và các hat tích điện ở bên ngoài vùng nghèo thì không thể vào vùng nghèo.) GVHD:Thấy Pham Huy Châu SVTH: Lê Phú Đăng Khoa Luận văn tốt nghiệp :Triac , Phototriac và lap mach ứng dụng. Vùng nghèo +++ P +++ +++ Trường electron Lỗ trống tá dòng lỗ khuếch tán —> dòng điện khuếch tấn + dòng lỗ kéo theo + dòng điện kéo theo Electron ƒ4— dòng electron khuếch tán —» dòng điện khuếch tán 1 đòng electron kéo theo 4_ dòng điện kéo theo 1.2 Ch - : Nếu tác dung một hiệu điện thế từ bên ngoài vào lớp chuyển tiếp P-N thì xảy ra 3 quá trình: ¢ Cấu trúc vùng năng lượng bị biến điệu.
e Vùng điện tích không gian bị biến điệu. se C6 mật độ dòng chuyển qua lớp tiếp xúc. a, Phân cực thuan : Điện trừơng ngoài làm giảm hàng rào thế , do vậy các hạt tải điện cơ bản dễ đàng qua lớp chuyển tiếp , tạo thành dòng thuận có giá trị khá lớn , trong khi các hạt tải không cơ bản lại không có tác dụng. Trường hợp này làm nâng cao hàng rào thế , do vậy các hạt tải cơ bản không thể chuyển qua lớp chuyển tiếp, trong khi các hạt tải không cơ bản lại chuyển qua một cách dé dang tạo thành dòng điện ngược.
Lớp chuyển tiếp như thế có đặc tính như vậy tạo nên một diode bán dẫn P-N. Ký hiệu : A -Ì>— K GVHD:Thấy Phạm Huy Châu SVTH: Lẻ Phú Đăng Khoa Luận văn tốt nghiệp :Triac , Phototriac và lắp mạch ứng dụng. Và đầu tiên khi phân cực cho Diode thì hiệu điện thế V giữa hai đầu Diode đạt trị số điện áp V=V, thì mới bắt đầu có dòng điện qua Diode. U gọi là điện áp thém hay điện áp ngưỡng và có giá trị tuỳ thuộc chất bán dẫn.
Kết quả tính toán cho ta dòng thuận tổng cộng qua lớp tiếp giáp là: qv f=1, €XP c1 |với r,:dòng điện bão hoà ngược. Thay số ta có: 1-1,] me) J ex Khi1 phâ phan cực huậ thuận , V Ƒ >Ƒ, t thi exp(— xP —) >>l l é nên L [=T,ex PC26m) phâ cực ngược V<0 Khii phân á ) <<l ,V< 0 thì exp( 26mE én [=T nên Í =l; Ta biết rằng nếu tăng cao mức điện áp ngược thì sẽ xảy ra hiện tượng thác lũ do các electron được cung cấp năng lượng lớn nên từ một electron ban đầu sẽ đánh bật một electron khác trong vùng hoá trị và kết quả là từ một electron ban đầu có năng lượng lớn sẽ tạo ra hai electron trong vùng hoá dẫn và một lỗ trống trong vùng hoá trị ,và quá trình như thế cứ tiếp diễn nên dòng điện ngược tăng rất nhanh và làm hỏng Diode.Khi sử dụng Diode phải chú ý đến trị số này. Đường đặc trưng Volt-Ampe của Diode: I GVHD:Thay Pham Huy Châu SVTH : Lê Phú Dang Khoa Ta thấy vùng chuyển tiếp J,,/, phân cực thuận , J,cdn phân cực ngược. Khi thế còn thấp linh kiện hoạt động như một diode phân cực ngược.
Phan này của đặc trưng kéo dài đến tận điểm b và được gọi là miền có trở kháng cao hoặc miền OFF. Khi thế tác dụng đạt đến 1„., được gọi là thế mồi, dòng bắt đầu tăng một ít ( đoạn bc) Sau đó thế giảm đột ngột trong khi dòng tăng không đáng kể (đoạn cả). Tiếp theo sau nữa là dòng tăng đột ngột khi thế ở hai đầu linh kiện chỉ khoảng O.7 V , Đặc trưng tương tự như diode phân cực thuận (đoạn de) , ngươi ta nói linh kiện ở trong trạng thái ON hay trở kháng thấp .Dòng và thế 7, gọi là dòng và thế duy trì.Nếu dòng điện giảm dưới mức dòng duy trì thì linh kiện lại chuyển về trạng thái OFF. Nếu linh kiện bị phân cực ngược thì dòng điện qua linh kiện vẫn rất nhỏ khi thế nhỏ hơn thế đánh thủng V,, với V,=¥,,+¥,, :tổng thế đánh thủng hai vùng chuyển tiếp.
Để hiểu hoạt động của linh kiện này , ta tưởng tượng chia thành hai phần tương tự như hai transistors Q,,Q, như hình vẽ: GVHD:Thẩy Phạm Huy Châu SVTH : Lê Phú Đăng Khoa Luận văn tốt nghiệp :Triac , Phototriac va lấp mạch ứng dụng. Chúng ta có J Men" + JS cai I, =Œ1l+ lọ; (2) Với „<0 và /,„;>0 .Suy ra: cọ; = —lcói # feo Ta có tổng ddng điện cho Transistor @: 7 + /„,—/„; =0 (3) „ Í= ưu; .0 77— | 20 N „ /co a7 hệ imfa+a.) ey Giải hệ (1)(2)(3) ,ta được: trong đó G;) |, :ddng bão hoa của chuyển tiếp J,. Như ta đã biết trong transistor , khi thế colector tang thì hệ số khuếch đại dòng cũng tăng theo, do vậy nếu thế ở hai đầu của cấu trúc P_LN_P_N tăng thì tổng: œ +œ, _„ | thi dong I đột ngột tăng đến một giá trị giới han nhờ điện trở hạn chế ở mạch ngoài. Đó là trạng thái dẫn ON .Sự tăng của MUA ee ee 0122220 20A 0022 (0., GVHD:Thấy Pham Huy Châu SVTH : Lê Phú Dang Khoa Luận văn tốt nghiệp :Triac , Phototriac và lắp mạch ứng dụng.
dong | làm tăng giá trị của a và hệ thức trên chỉ ra rằng dòng | có thể bị nghịch đảo.3 Tiristor: Họ Tiristor bán dẫn gồm một số lính kiện rất hữu dụng .Loại được sử dụng rộng rãi nhất trong họ này là bán dẫn Silic chỉnh lưu có điều khiển (SCR), Triac, Diac. Những dung cụ này có rất nhiều ứng dụng như thực hiện các chức năng đóng mở và đáp ứng được vấn để bảo vệ môi trường , tốc độ và các đặc trưng ổn định mà không thể tìm thấy ở hệ thống cơ điện khác .Vì chúng khác biệt với các máy cơ điện tương ứng trên nhiều phương tiện nên có nhiều đặc tính , thuật ngữ và tham số phải nắm vững. Các phương pháp mở Tiristor: Có 3 cách : e Ấp tín hiệu vào cổng -Tín hiệu này yêu câu phải cao hơn dòng điện cổng /„ và cao hơn điện áp cổng ¥,, của Tiristor được sử dụng. Đối với SCR ,tin hiệu này phải dương.
Còn đối với Triac sẽ mở với tín hiệu cổng G có cực tính bất kỳ (tuy nhiên có yêu cầu về dòng điện cổng /„„và điện áp cổng V,,. Diac không có cực (chân)cổng , nên phương pháp này không ứng dụng cho Diac. e Mở bing tinh : việc mở này xuất phát từ việc tăng nhanh điện áp trên các cực Anốt và Catốt của SCR hay trên các cực chính của Triac. Do đặc tinh tự nhiên vốn có của Tiristor , có một tụ điện tiếp giáp nhỏ được tạo thành trên mỗi tiếp giáp PN.
Hình vẽ sẽ chỉ ra các tụ này. Khi điện áp đột ngột gây một áp trên một tiếp giáp PN , dòng điện sẽ bắt đầu tích lại thể hiện trên phương trình i= c= , khi c= lớn hơn hay bằng dòng điện cổng Tiristor /,, thi Tiristor sẽ mở. Thông thường kiểu mở này không làm hư hỏng hay làm kém phẩm chất của dung cụ , miễn là dòng điện tăng vọt đó bị giới hạn. Nói chung , mạch ứng dụng Tiristor được thiết kế với mạng điều chỉnh dùng dao hàm nh (tốc độ điện áp tĩnh) nếu điện áp tăng đủ nhanh.
GVHD:Thầy Pham Huy Châu SVTH : Lê Phú Đăng Khoa Luan văn tốt nghiệp ;Triác , Phototnac và lắp mach ứng dụng. Mở bằng điện áp đánh thủng :Day là phương pháp dùng để mở Diac. tuy nhiên không nên dùng điện áp đánh thủng của SCR và Triac quá mạnh. Thuật ngữ thông dụng: Trạng thái mở (ON) :là trạng thái của Tiristor tương ứng với điện trở thấp và ít nhất có một điện áp thấp của đặc tính điện áp -dòng điện chính ở một phần tư Tiristor mở mạch.
Trạng thái khoá (OFF) :là trạng thái của Tiristor tương ứng với điện trở cao và có ít nhất một dòng điện thấp trong một phan tư của Tiristor của đặc tính điện áp -dờng điện giữa điểm gốc và điểm đánh thủng .