Bài giảng Cấu kiện điện tử - Chương 6: Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển - Đỗ Mạnh Hà

N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Chương 6:
Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển
• Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các đặc tính và ứng
dụng của:
– SCR (Silicon Controlled Rectifier; Thysistor)
– TRIAC
– DIAC
– Diode 4 lớp
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Điốt 4 lớp (điốt Shockley)
• Cấu tạo:
– Điốt 4 lớp gồm có 4 lớp bán dẫn p-n-p-n xen kẽ nhau,
hai đầu của 4 lớp bán dẫn được nối với hai chân
Anode (A) và Kathode (K)
– Có thể coi điốt 4 lớp tương đương với hai transistor
khác loại mắc song song với nhau
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Điốt 4 lớp (điốt Shockley)
• Nguyên lý hoạt động: Điốt 4 lớp chỉ hoạt động
với điện áp UAK>0, khi đó nó như một công tắc
điện tử điều khiển bằng điện áp
– Khi UAK<UBRF, tiếp giáp J1 và J3 phân cực thuận, tiếp
giáp J2 phân cực ngược, dòng điện qua điốt IA là
dòng ngược của tiếp giáp J2→điốt 4 lớp như một
công tắc hở; Trên đặc tuyến V-A đây là miền chắn
thuận
– Khi UAK≥UBRF, dòng ngược của tiếp giáp J2 tăng dần
và bằng IS là dòng kích cho 2 transistor tương đương
dẫn bão hòa. Lúc này điện trở của điốt 4 lớp giảm
mạnh nên sụt áp trên nó giảm manh và dòng điện
qua nó tăng mạnh→điốt 4 lớp như một công tắc
đóng; Trên đặc tuyến V-A đây là miền dẫn thuận
– Để điốt 4 lớp trở về trạng thái ngắt điện thì phải giảm
dòng IA xuống dưới một giá trị IS, gọi là dòng ngắt
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Điốt 4 lớp (điốt Shockley)
VBRF: Điện áp đỉnh khủy (forward-
breakover voltage)
IS: Dòng ngắt (switching current)
IH: Dòng giữ (holding current)
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Ứng dụng của điốt 4 lớp
• Mạch tạo dao động răng cưa:
– Khi đóng khóa SW, nguồn nạp cho tụ qua điện trở R,
khi điện áp trên tụ bằng điện áp đỉnh khủy UBRF thì
điốt được kích mở
– Khi điốt 4 lớp được kích mở thì điện áp trên tụ xả qua
điốt đến khi dòng IA giảm tới IS thì điốt khóa, tụ lại
được nạp điện từ nguồn; các chu kỳ sau lặp lại
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
• Cấu tạo
– Gồm 4 lớp bán dẫn đặt xen kẽ nhau p-n-p-n; trên 4
lớp bán dẫn lấy ra ba cực Anode (A), Kathode (K), và
cực điều khiển G (Gate)
– SCR có thể coi là hai transistor khác loại mắc song
song với nhau và có cực điều khiển G
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động của SCR
• Khi UAK<0: tiếp giáp J1 và J3 phân cực ngược,
nên chỉ có dòng ngược rất nhỏ đi qua SCR do
vậy nó không dẫn điện, trên đặc tuyến V-A đây
là vùng chắn ngược; nếu tiếp tục giảm UAK thì
J1, J3 bị đánh thủng→SCR hỏng
• Khi UAK>0
– Nếu để hở cực G (IG=0) thì SCR hoạt động như điốt 4
lớp (nhưng có điện áp đỉnh khủy lớn hơn rất nhiều)
– Nếu UG>0→transistor tương đương loại npn (Q1)
hoạt động→transistor tương đương loại pnp (Q2)
hoạt động. Do IC2=IB1 và IB2=IC1 nên Q1 và Q2 nhanh
chóng dẫn bão hòa→SCR dẫn, điện trở của nó giảm
nhanh, sụt áp trên SCR giảm mạnh và dòng điện IA
thì tăng mạnh: Miền dẫn thuận
– Sau khi SCR dẫn, không tác động UG>0 nữa thì SCR
vẫn dẫn do Q1 và Q2 vẫn dẫn bão hòa→kích mở
– Để ngắt SCR phải giảm dòng IA<IH
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động của SCR
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động của SCR
Đặc tuyến V-A của SCR
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Nguyên lý hoạt động của SCR
• Ngắt SCR: Để ngắt SCR thì phải giảm dòng IA<IH hoặc
triệt tiêu dòng IA. Có hai cách thông dụng để ngắt SCR
– Ngắt dòng IA (anode current interupt)
– Đặt điện áp âm lên UAK (force commutation)
• Khi SCR ngắt, để nó dẫn trở lại thì phải kích mở trở lại
anode current interupt force commutation
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Ứng dụng của SCR
Đóng ngắt dòng điện
Nhấn các nút bấm 
SW1, SW2 để đóng, 
ngắt tải
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Ứng dụng của SCR
• Chỉnh lưu có điều khiển: Khi SCR làm việc với điện áp
(dòng điện) xoay chiều thì nó tự ngắt ứng với nửa chu
kỳ âm của điện áp. Tùy vào góc kích mở đưa đến cực
G, SCR có khả năng điều tiết công suất ra tải
Giá trị của R1, R2 
xác định góc mở :
• Nếu R1, R2 nhỏ thì 
góc mở gần bằng 
0o→SCR kích mở cùng 
pha với điện áp vào
• Khi R1, R2 thay đổi thì 
góc kích thay đổi từ 0o-
90o
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Ứng dụng của SCR
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Ứng dụng của SCR
Mạch tự động mở đèn khi mất điện
UAK0, D4 dẫn
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Ứng dụng của SCR
Mạch bảo vệ quá áp ở nguồn 1 chiều
Uout tăng→ID1 tăng→Utrig tăng→D2 dẫn→nguồn AC chập, 
đứt cầu chì
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Diac
• Cấu tạo: gồm 4 lớp bán dẫn p-n-p-n xen kẽ
nhau và lấy ra hai cực Anode 1 (A1) và Anode 2
(A2)
• Diac có thể coi là 2 điốt 4 lớp mắc song song
ngược chiều nhau, như vậy nó có thể dẫn điện
cả hai chiều
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Triac
• Cấu tạo: Gồm có 4 lớp bán dẫn p-n-p-n xen kẽ
nhau, trên các lớp bán dẫn lấy ra các cực Anode
1 (A1), Anode 2 (A2) và cực điều khiển G (Gate)
• Triac có thể coi là hai SCR mắc song song,
ngược chiều nhau, nên nó có khả năng dẫn điện
theo hai chiều
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Triac
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Triac
N
H
A
T
R
A
N
G
 U
N
IV
E
R
S
IT
Y
Ứng dụng của Triac
• Triac dẫn điện cả hai chiều, nên nó được dùng
để điều tiết công suất cho tải xoay chiều
• Đóng ngắt dòng điện xoay chiều: Triac có thể
đóng hay ngắt dòng xoay chiều tùy thuộc vào
điện áp đưa đến cực G có liên tục hay không