Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng "Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: BJT (Phần 4)" cung cấp cho người học các kiến thức về "Thyristor và các dụng cụ liên quan" bao gồm: Diode 4 lớp p-n-p-n, đặc tuyến dòng-áp của diode p-n-p-n, biểu diễn SCR bằng 2 BJT, cấu tạo của SCR,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT BMĐT GVPT: Hồ Trung Mỹ Môn học: Dụng cụ bán dẫn Chương BJT 5.10 Thyristor dụng cụ liên quan Giới thiệu • Thyristor dụng cụ cơng suất quan trọng mà thiết kế để xử lý điện áp cao dòng điện lớn Thyristor sử dụng cho ứng dụng chuyển mạch mà cần dụng cụ đổi từ trạng thái tắt hay chặn sang trạng thái mở hay dẫn, ngược lại Cơ chế chuyển mạch thyristor khác với BJT • Do cấu trúc dụng cụ thyristor có dải trị số làm việc dòng áp rộng nhiều so với BJT Hiện có thyristor có định mức dòng điện từ vài mA đến 5000A định mức điện áp 10KV • Thyristor dụng cụ cực có lớp bán dẫn, tên thương mại thyristor SCR (Silicon Controlled Rectifier) hãng GE đặt Các ký hiệu sơ đồ mạch Thyristor Tên dụng cụ Ký hiệu 5.10.1 Đặc tính • Hình kế (a) cho thấy mặt cắt ngang cấu trúc thyristor, dụng cụ lớp p-n-p-n với chuyển tiếp mắc nối tiếp: J1, J2, J3 Điện cực tiếp xúc với lớp p bên gọi anode(A) với lớp n bên ngoại gọi cathode(K) Cấu trúc (khơng có thêm điện cực nào) dụng cụ cực gọi diode p-n-p-n Nếu có thêm điện cực, gọi điện cực cổng G (gate), nối vào lớp p bên (p2), kết ta có dụng cụ cực SCR (semiconductor controlled rectifier) hay thyristor • Hình kế (b) cho thấy nồng độ tạp chất lớp SCR, hình(c) cho thấy giản đồ lượng SCR điều kiện cân Chú ý chuyển tiếp có miền nghèo với điện nội xác định nồng độ tạp chất pha SCR Diode lớp p-n-p-n a) Cấu trúc diode lớp p-n-p-n b) Nồng độ tạp chất lớp SCR c) Giản đồ lượng Đặc tuyến dòng-áp diode p-n-p-n (Dẫn thuận) (Chặn ngược) (Chặn thuận) Đặc tuyến dòng-áp diode p-n-p-n ( ) Có miền đặc tuyến I-V: • 0-1: Dụng cụ trạng thái tắt (off) hay chặn thuận có tổng trở tất cao Chuyển trạng thái (hay chuyển mạch) xảy chỗ dV/dI = 0; điểm ta định nghĩa điện áp VBF (hay VFB-FB=forwardbreakover ), dòng chuyển mạch IS • 1-2: Dụng cụ miền điện trở âm, nghĩa dòng tăng áp giảm • 2-3: Dụng cụ trạng thái dẫn (on) hay dẫn thuận có tổng trở thấp Ở điểm 2, với dV/dI = 0, ta định nghĩa dòng giữ (holding current) Ih (hay IH) điện áp giữ Vh (hay VH) • 0-4: Dụng cụ trạng thái chặn ngược • 4-5: Dụng cụ miền đánh thủng ngược Biểu diễn SCR BJT • Như diode p-n-p-n làm việc miền thuận dụng cụ lưỡng ổn (bistable device) mà chuyển từ trạng thái tắt (off) dòng thấp, tổng trở cao sang trạng thái dẫn (on) dòng cao, tổng trở thấp, ngược lại • Để hiểu đặc tính chặn thuận, ta xét dụng cụ BJT nối theo cách sau: • Dòng BJT PNP (BJT có =1) với I1 dòng rĩ ICBO BJT • Dòng thu BJT NPN (BJT có =2) với I2 dòng rĩ ICBO BJT • Vì IB1 = IC2, ta suy 10 11 Bề rộng miền nghèo sụt áp thyristor điểm làm việc khác Cân Chặn thuận Dẫn thuận 12 Dẫn ngược Cấu tạo SCR Cấu tạo SCR cực planar Mặt cắt ngang chiều SCR planar 13 14 15 Ảnh hưởng dòng cổng IG Khi dòng cổng IG tăng điện áp chuyển VBF giảm 16 TD: Ứng dụng SCR để điều khiển công suất tải 17 Hình dạng thực tế Thyristor 18 19 Characteristics of thyristors 20 10 Ways to turn-on thyristors 21 Considerations on gating signals 22 11 Thyristor turn-off characteristics 23 Thyristor Turn Off 24 12 Thyristor Turn-Off: Line-Commutated Thyristor Circuit 25 Thyristor Turn-Off: Forced-Commutated Thyristor Circuit Turn-off time tq: minimum value of time interval between the instant when the onstate current has decreased to zero and the instant when the thyristor is capable of withstanding forward voltage without turning on again 26 13 The SCR can be turned on at its gate terminal With a dc source, the SCR stays on after it is gated Anode Load Cathode Load current Gate Gate pulse occurs here Time With an ac source, the SCR turns off at the zero-crossing Load Gate 27 Anode Cathode on Load current off Gate pulse occurs here Time Turns off here 28 14 The gate can be pulsed for each positive alternation Load Cathode Load current Gate Anode Time Load Gate Anode Cathode Load current The average load current can be decreased by gating the SCR later 29 Time 30 15 … and later Load Cathode Load current Gate Anode Time … or, not at all 31 Load Load current Gate Anode Cathode No gate pulses: ILoad = 0 Time 32 16 Major Kinds of Thyristors 33 Các ứng dụng SCR 34 17 35 36 18 ... lớp p-n-p-n a) Cấu trúc diode lớp p-n-p-n b) Nồng độ tạp chất lớp SCR c) Giản đồ lượng Đặc tuyến dòng-áp diode p-n-p-n (Dẫn thuận) (Chặn ngược) (Chặn thuận) Đặc tuyến dòng-áp diode p-n-p-n (... IH) điện áp giữ Vh (hay VH) • 0-4 : Dụng cụ trạng thái chặn ngược • 4 -5 : Dụng cụ miền đánh thủng ngược Biểu diễn SCR BJT • Như diode p-n-p-n làm việc miền thuận dụng cụ lưỡng ổn (bistable device)... GE đặt Các ký hiệu sơ đồ mạch Thyristor Tên dụng cụ Ký hiệu 5. 10.1 Đặc tính • Hình kế (a) cho thấy mặt cắt ngang cấu trúc thyristor, dụng cụ lớp p-n-p-n với chuyển tiếp mắc nối tiếp: J1, J2, J3