Chương 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ THYRISTOR I - Cấu tạo – Nguyên lý làm việc của Thyristor 1 - Cấu tạo Thyristor còn gọi là SCR (Sillcon – Controlled – Rectifier) là loại linh kiện 4 lớp P – N đặt xen kẽ nhau. Để tiện việc phân tích các lớp bán dẫn này người ta đặt là P 1 , N 1 , P 2 , N 2, giữa các lớp bán dẫn hình thành các chuyển tiếp lần lượt từ trên xuống dưới là J 1 , J 2 , J 3 . Sơ đồ cấu trúc, ký hiệu, sơ đồ tương đương và cấu tạo của thyristor được trình bày H1 H.I.1a. H.I.1b H.I.1c H.I.1d A : Anốt K : catốt G : Cực điều khiển J 1 , J 3 : Mặt tiếp giáp phát điện tích J 2 : Mặt tiếp giáp trung gian H.I.1a : Sơ đồ ký hiệu của SCR H.I.1b : Sơ đồ cấu trúc bốn lớp của SCR H.I.1c : Sơ đồ mô tả cấu tạo của SCR H.I.1d : Sơ đồ tương đương của SCR 2. Nguyên lý làm việc của thyristor: Có thể mô phỏng một Thyristor bằng hai transistor Q 1 , Q 2 như H.I.1d. Transistor Q 1 ghép kiểu PNP, còn Q 2 kiểu NPN. Gọi  1 ,  2 là hệ số truyền điện tích của Q 1 và Q 2. Khi đặt điện áp U lên hai đầu A &K của Thyristor, các mặt tiếp giáp J 1 & J 3 chuyển dòch thuận, còn mặt tiếp giáp J 2 chuyển dòch ngược ( J 2 mặt tiếp giáp chung của Q 1 & Q 2 ). Do đó dòng chảy qua J 2 là I J2 I J2 =  1 Ie 1 +  2 Ie 2 + I o . I 0 : Là dòng điện rò qua J 2 Nhưng vì Q 1 & Q 2 ghép thành một tổng thể ta có: Ie 1 = Ie 2 = I J2 = I. Do đó I J2 = I =  1 I +  2 I + I o Suy ra => I = I o / [1-(  1 +  2 )] (1) Do J 2 chuyển dòch ngược nên hạn chế dòng chảy qua nó, dẫn đến  1 ,  2 cùng điều có giá trò nhỏ, I  I o , cả hai transistor ở trạng thái ngắt. Từ biểu thức (1) ta thấy rằng dòng điện chảy qua Thyristor phụ thuộc vào hệ số truyền điện tích  1 &  2 . Mối quan hệ giữa  và dòng emiter được trình bày ở H.I.2. Như vậy khi  1 +  2 tăng dần đến 1 thì I tăng rất nhanh. Theo sơ đồ tương đương của SCR H.I.1d ta có thể giải thích như sau: - Dòng I C1 chảy vào cực B của Q 2 làm cho Q 2 dẫn và I C2 tăng, tức I B1 cũng tăng (I C2 = I B1 ) khiến Q 1 dẫn mạnh -> I C1 tăng và cứ tiếp diễn như thế. Hiện tượng này gọi là hồi tiếp dương về dòng, tạo điều kiện làm tăng trưởng nhanh dòng điện chảy qua Thyristor.  1 Ie 0 H.I.2 - Dòng Ie 1 tăng làm cho  1 tăng (H.I.2), còn tăng Ie 2 làm cho  2 tăng. Cuối cùng thưcï hiện được điều kiện ( 1 +  2 ) -> 1, cả hai transistor chuyển sang trạng thái mở, lúc này nội trở giữa A và K của SCR rất nhỏ. Vậy muốn làm cho Q 1 , Q 2 từ trạng thái ngắt chuyển sang trạng thái bão hoà (hay muốn mở Thyristor) chỉ cần làm tăng I B2 . Để làm được việc này người ta thường cho một dòng điều khiển I đk chảy vào cực cổng của Thyristor, đúng theo chiều I B2 trên H.I.1d. II. Đặc tuyến Volt - Ampere của Thyristor: H.I.3 H.I.3 Đặc tuyến Volt - Ampere của Thyristor I th max : Giá trò cực đại dòng thuận U th : Điện áp thuận U ng : Điện áp ngược U dt : Điện áp đánh thủng I ng : Dòng ngược. I o : Dòng rò qua Thyristor I dt : Dòng duy trì. u: Điện áp rơi trên Thyristor Để giải thích được ý nghóa vật lý của đường đặc tuyến Volt - Ampere Thyristor, người ta chia ra làm bốn đoạn đánh số la mã như H.I. 3b - Đoạn ( I) ứng với trạng thái ngắt của Thyristor. Trong đoạn này (  1 +  2 ) < 1, có dòng rò qua Thyristor I  I o , việc tăng giá trò U ít có ảnh hưởng đến giá trò dòng I. Khi U tăng đến giá trò U ch (điện áp chuyển mạch) thì bắt dầu quá trình tăng trưởng nhanh chóng của dòng điện,Thyristor chuyển sang trang thái mở. -Đoạn (II) ứng với giai đoạn chuyển dòch thuận của mặt tiếp giáp J 2 (Q 1 , Q 2 chuyển sang trạng thái bão hoà). Ở giai đoạn này, mỗi một lượng tăng nhỏ dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp. Đoạn này được gọi là đoạn điện trở âm. -Đoạn (III) ứng với trạng thái mở của Thyristor. Trong đoạn này cả 3 mặt tiếp giáp J 1 , J 2 , J 3 điều đã chuyển dòch thuận, một giá trò điện áp nhỏ có thể tạo ra một dòng điện lớn. Lúc này dòng điện thuận chỉ còn bò hạn chế bởi điện trở mạch ngoài, điện áp rơi trên Thyristor rất nhỏ. Thyristor được giữ ở trạng thái mở chừng nào dòng I th còn lớn hơn dòng duy trì I dt. - Đoạn (IV) ứng với trạng thái của Thyristor khi ta đặt một điện áp ngược lên nó (cực dương lên catốt, cực âm lên Anod). Lúc này J 1 , J 3 chuyển dòch ngược, còn J 2 chuyển dòch thuận, vì khả năng khoá của J 3 rất yếu nên nhánh ngược của đặc tính Volt-Ampere chủ yếu được quyết đònh bằng khả năng khoá của mặt tiếp giáp J 1, do đó có dạng nhámh ngược của đặc tính diod thường. Dòng điện I ng có giá trò rất nhỏ I ng  I o . Khi tăng U ng đến giá trò U đt (điện áp đánh thủng) thì J 1 bò chọc thủng và Thyristor bò phá hỏng. Vì vậy để tránh hư hỏng cho Thyristor ta không nên đặt điện áp ngược có giá trò gần bằng U đt lên Thyristor. Nếu cho những giá trò khác nhau của dòng điều khiển I đk thì sẽ nhận được một họ đường đặc tính Volt-Ampere của Thyristor (H.I.4). Đoạn (I) của đường đặc tính Volt-Ampere sẽ bò rút ngắn lại và điện áp U ch cũng nhỏ đi nếu tăng dần giá trò U đk . Khi dòng điều khiển tương đối lớn I đk3 (H.I.4) thì đường đặc tính được nắn gần như thẳng giống như nhánh thuận của đặc tính Diod, có thể nói với giá trò của I đk như thế ( 1 +  2 ) và mặt tiếp giáp J 2 chuyển dòch thuận nhanh chóng. H.I.4 . bày H1 H.I.1a. H.I.1b H.I.1c H.I.1d A : Anốt K : catốt G : Cực điều khiển J 1 , J 3 : Mặt tiếp giáp phát điện tích J 2 : Mặt tiếp giáp trung gian H.I.1a : Sơ đồ ký hiệu của SCR H.I.1b :. SCR H.I.1c : Sơ đồ mô tả cấu tạo của SCR H.I.1d : Sơ đồ tương đương của SCR 2. Nguyên lý làm việc của thyristor: Có thể mô phỏng một Thyristor bằng hai transistor Q 1 , Q 2 như H.I.1d. Transistor. của Thyristor. Trong đoạn này (  1 +  2 ) < 1, có dòng rò qua Thyristor I  I o , việc tăng giá trò U ít có ảnh hưởng đến giá trò dòng I. Khi U tăng đến giá trò U ch (điện áp chuyển mạch)