Đặc điểm và cấu tạo
Diode công suất là loại diode chuyên dụng trong mạch điện tử công suất, có cấu tạo khác biệt so với diode thông thường để chịu được dòng điện cao hơn Giống như diode thông thường, diode công suất cũng có hai cực và chỉ dẫn dòng điện theo một chiều.
Diode bán dẫn được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P kết hợp với một khối bán dẫn loại N, với hai chân ra là anode và cathode Mạch chỉnh lưu là mạch điện tử có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Hình 2 5: Cấu tạo và ký hiệu diode công suất
Nguyên lý hoạt động
Khi tiếp giáp PN của diode chịu tác dụng của điện áp bên ngoài, nếu điện trường ngoài cùng chiều với điện trường E, vùng nghèo điện tích sẽ được mở rộng, dẫn đến điện trở tương đương của diode tăng lên và dòng điện không thể chạy qua Lúc này, toàn bộ điện áp sẽ được đặt lên vùng nghèo điện tích, và diode được coi là bị phân cực ngược.
Khi điện trường bên ngoài ngược chiều với điện trường E, vùng nghèo điện tích sẽ bị thu hẹp Nếu điện áp bên ngoài vượt quá 0,65V, vùng nghèo điện tích sẽ thu hẹp đến mức không còn tồn tại, cho phép các điện tích di chuyển tự do trong cấu trúc.
Chương II trình bày cơ sở lý thuyết về diode, trong đó dòng điện qua diode chỉ bị giới hạn bởi điện trở tải ở mạch ngoài Khi đó, diode được xem là đang ở trạng thái phân cực thuận.
Đặc tính Vôn-Ampe
Đặc tính Von-Ampe bao gồm hai phần chính: đặc tính thuận, nằm trong góc phần tư thứ I với U AK > 0, và đặc tính ngược, nằm trong góc phần tư thứ III với U AK < 0.
Khi điện áp A-K tăng từ 0 đến ngưỡng điện áp V F, dòng điện sẽ bắt đầu chảy qua Diode Dòng điện i D có thể thay đổi đáng kể trong quá trình này.
Chương II: Cơ sở lý thuyết cho thấy rằng điện áp rơi trên Diode U AK hầu như không thay đổi, điều này cho thấy đặc tính thuận của Diode được đặc trưng bởi điện trở tương đương nhỏ.
Trên đường đặc tính ngược của Diode, khi điện áp U AK tăng từ 0 đến U ng.max, dòng điện qua Diode vẫn rất nhỏ, gọi là dòng rò, cho thấy Diode cản trở dòng điện theo chiều ngược Khi U AK đạt đến U ng.max, dòng điện qua Diode tăng đột ngột, làm mất tính chất cản trở dòng điện ngược, dẫn đến hiện tượng Diode bị đánh thủng Mặc dù đặc tính Von-Ampe của các Diode khác nhau, một đặc tính lý tưởng thường được sử dụng trong phân tích sơ đồ các bộ biến đổi, cho phép dòng điện chạy qua mà không có sụt áp và chịu được điện áp ngược lớn mà không có dòng rò Theo đặc tính lý tưởng, Diode có điện trở tương đương bằng 0 khi dẫn và vô cùng khi khóa.
Các thông số
Dòng điện thuận I D là giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận, và đây là tiêu chí quan trọng để lựa chọn diode cho các ứng dụng thực tế Điện áp ngược U Ng.max là giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu đựng, do đó cần phải luôn lựa chọn diode phù hợp với các thông số này.
Dòng điện thuận I D là giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận Đây là tiêu chí quan trọng để lựa chọn diode phù hợp cho các ứng dụng thực tế.
Transitor lưỡng cựu (BJT)
Khái niệm
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Transistor lưỡng cực nối (BJT) là linh kiện bán dẫn với cấu trúc gồm hai tiếp xúc từ ba khối chất bán dẫn có tính chất dẫn điện khác nhau.
Đặc điểm cấu tạo
Transistor có cấu tạo gồm các miền bán dẫn p và n xen kẽ nhau.
Miền bán dẫn đầu tiên của Transistor là miền Emitter, hay còn gọi là miền phát, có đặc điểm là nồng độ tạp chất cao nhất Điện cực kết nối với miền này được gọi là cực Emitter, ký hiệu là E.
Miền thứ hai trong cấu trúc là miền Base, hay còn gọi là miền gốc, có nồng độ tạp chất thấp và độ dày của nú nhỏ khoảng vài mét Điện cực tương ứng với miền này được gọi là cực Base, ký hiệu là B.
Miền còn lại là miền Collector (miền thu) với nồng độ tạp chất trung bình và điện cực tương ứng là Collector (cực thu) ký hiệu C.
Hình 2 9: Cấu tạo và kí hiệu của BJT loại NPN
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Transistor PNP có cấu tạo và ký hiệu đặc trưng, điểm khác biệt chính so với transistor NPN là hướng mũi tên ở cực phát Cụ thể, mũi tên trên transistor NPN hướng ra ngoài, trong khi đó mũi tên trên transistor PNP hướng vào trong.
Transistor hoạt động dựa trên chất bán dẫn, một loại vật liệu không hoàn toàn dẫn điện như đồng, nhưng cũng không phải là chất cách điện như không khí Độ dẫn điện của chất bán dẫn thay đổi theo các yếu tố như nhiệt độ và mật độ electron, tạo nên những ứng dụng kỳ diệu trong công nghệ điện tử.
Mạch tương đương của transitor:
Transistor có thể được coi là một phần mở rộng của diode, vì thực chất chúng là hai diode được kết nối với nhau qua cực âm hoặc cực dương.
Hình 2 11: Mạch tương đương với cấu tạo
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ở đây, diode nối giữa cực gốc với cực phát là một diode quan trọng nó khớp với hướng của mũi tên trên ký hiệu mạch của transistor, và cho thấy hướng đi của dòng điện chạy qua transistor.
Hoạt động của transistor có thể được hiểu thông qua mạch tương đương, nhưng điều này không hoàn toàn chính xác Sự tương tác giữa ba chân của transistor bị chi phối bởi nhiều yếu tố kỳ lạ ở cấp độ vật lý lượng tử.
Nguyên lý hoạt động của transitor:
Chúng ta có cái nhìn mới mẻ về các dòng transistor, mặc dù chúng hoạt động theo hai phương thức thuận nghịch khác nhau Điều quan trọng là nếu hiểu một trong hai phương thức, ta chỉ cần đổi cực để áp dụng phương thức còn lại.
Nguyên lý làm việc của transitor nghịch NPN
Transistor NPN hoạt động bằng cách chuyển electron từ cực phát sang cực thu, với dòng điện di chuyển từ cực thu đến cực phát Cực phát "phát" electron vào cực nền, trong khi cực gốc điều khiển số lượng electron mà cực phát phát ra Phần lớn electron được phát ra sẽ được cực thu "thu" lại và gửi đến phần tiếp theo của mạch.
Hình 2 12: Hoạt động của NPN
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Transistor nghịch cho phép dòng điện I B chảy từ khu B sang khu E, tạo ra dòng điện I C mới từ khu C sang khu E Đặc biệt, dòng điện I C luôn lớn hơn nhiều lần so với dòng I B trong mọi trường hợp.
Phần tăng dòng này chính là sự khuếch đại dòng điện một chiều của con linh kiện transistor.
Nguyên lý cụ thể như sau: Dòng điện từ chân B truyền vào hướng như hình thì lập tức 2 chân C và E sẽ tạo thành một hình nối tiếp.
Nguyên lý làm việc của transitor thuận PNP
Hình 2 13: Hoạt động của PNP
Transistor PNP hoạt động theo nguyên lý tương tự như transistor NPN, nhưng yêu cầu phải đảo ngược cực âm và dương của các nguồn điện.
Và các dòng điện I C sẽ chạy từ chân E sang chân C / Dòng điện I B chạy từ chân E sang chân B.
Đặc tuyến của BJT
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2 14: Mạch khảo sát đặc tuyến tính BJT
Xét mạch như hình 2.14 Với V BE là hiệu điện thế giữa cực nền B và cực phát E.
V CE là hiệu điện thế giữa cực thu C và cực phát E. Đặc tuyến ngõ vào I B (V BE ) ứng với V CE = const
Hình 2 15: Đặc tuyến ngõ vào của BJT
Chọn nguồn V CC dương cố định để duy trì V CE ổn định Điều chỉnh nguồn V BB để thay đổi V BE từ 0 đến giá trị nhỏ hơn điện thế ngưỡng Vγ, sau đó đo dòng I B.
0 Tiếp tục tăng nguồn V BB để có V BE = Vγ thì bắt đầu có dòng I B và I B cũng tăng theo dạng hàm số mũ như dòng I D của diode phân cực thuận.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đặc tuyến truyền dẫn I C (V BE ) ứng với V CE = const Để khảo sát đặc tuyến này, ta đo, chỉnh nguồn tương tự đặc tuyến ngõ vào nhưng dòng thì đo I C , quan sát xem I C thay đổi như thế nào khi V BE thay đổi Ta có đặc tuyến truyền dẫn I C (V BE ) có dạng giống như đặc tuyến ngõ vào I B (V BE ) nhưng dòng I C có trị số lớn hơn I B nhiều lần.
I C = β.I B Đặc tuyến ngõ ra I C (V CE ) ứng với I B = const
Nguồn V BB phân cực thuận mối nối P – N giữa B và E để tạo dòng I B V CC Khi điện thế V B < Vγ tức V BE < Vγ thì có dòng I B = 0 và I C = 0 mặc dù có tăng nguồn Khi điện thế V BE ≥ Vγ thì có dòng I B ≠ 0.
Để thực hiện thí nghiệm, đầu tiên cần thay đổi V BB để đạt được giá trị I B cụ thể, giả sử I B = 15 µA Sau đó, giữ I B cố định bằng cách giữ V BB không đổi, tiếp tục thay đổi V CC để quan sát sự thay đổi của V CE, và đo dòng I C tương ứng với các giá trị V CE đã thay đổi.
Ban đầu I C tăng nhanh theo V CE , nhưng đến giá trị cỡ I C =β.I B thì I C gần như không tăng mặc dù hiệu điện thế V CE tăng nhiều.
Để tăng cường dòng điện thu (I_C) trong BJT, cần điều chỉnh điện áp cơ sở (V_BB) để làm tăng dòng điện cơ sở (I_B) Khi thay đổi điện áp cung cấp (V_CC) để đo I_C, nhận thấy rằng I_C tăng nhanh theo điện áp thu (V_CE) ở giai đoạn đầu Tuy nhiên, khi đạt đến giá trị bão hòa, I_C sẽ không tăng nhiều mặc dù V_CE vẫn tiếp tục tăng, với I_C gần bằng β.I_B.
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY
Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi điện áp trong hệ thống dòng điện xoay chiều mà không thay đổi tần số Hệ thống điện đầu vào của máy biến áp bao gồm điện áp.
Máy biến áp có đầu vào nối với nguồn điện, gọi là sơ cấp, với điện áp U1, dòng điện I1 và tần số f Đầu ra của máy biến áp, được kết nối với tải, gọi là thứ cấp, với các thông số điện áp U2, dòng điện I2 và tần số f Các đại lượng sơ cấp được ghi chỉ số trong ký hiệu.
1: số vòng dây sơ cấp W 1 , điện áp sơ cấp U 1 , dòng điện sơ cấp I 1 , công suất sơ cấp
P 1 Các đại lượng và thông số thứ cấp có chỉ số 2: số vòng dây thứ cấp W 2 , điện áp thứ cấp U 2 , dòng điện thứ cấp I 2 , công suất thứ cấp P 2
Máy biến áp được phân loại thành hai loại chính: máy biến áp tăng áp, khi điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp, và máy biến áp giảm áp, khi điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp.
1.2 Cấu tạo máy biến áp
Máy biến áp gồm ba bộ phận chính: vỏ máy, lõi thép và dây quấn.
Hình 3 1: Cấu tạo máy biến áp
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY
Vỏ của máy biến áp
Hình 3 2: Vỏ máy biến áp
Máy biến áp được chế tạo từ nhiều loại chất liệu khác nhau như nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng Những chất liệu này có chức năng bảo vệ các bộ phận bên trong máy biến áp, bao gồm nắp thùng và thùng, trong đó nắp thùng được sử dụng để che đậy thùng.
Lõi thép của máy biến áp
Hình 3 3: Lõi thép máy biến áp
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY
Lõi thép máy biến áp, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ chất lượng cao như thép kỹ thuật điện, có vai trò quan trọng trong việc dẫn từ thông chính của máy Lõi thép bao gồm hai bộ phận chính: trụ và gông.
Trụ là nơi để đặt dây quấn.
Gông là bộ phận kết nối các trụ để hình thành mạch từ kín Để giảm thiểu dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta sử dụng lá thép kỹ thuật điện có độ dày từ 0,35mm đến 0,5mm, với hai mạch được sơn cách điện và ghép lại với nhau để tạo thành lõi thép.
Dây quấn của máy biến áp
Dây quấn máy biến áp thường được làm từ đồng hoặc nhôm và được bọc cách điện bên ngoài để tiếp nhận và truyền tải năng lượng Biến áp sử dụng dây đồng có khả năng dẫn điện tốt hơn, giúp hạn chế ôxi hoá và kéo dài tuổi thọ của thiết bị Dây quấn có thể có tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật.
Cuộn dây sơ cấp là phần nhận năng lượng và kết nối với mạch điện xoay chiều, trong khi cuộn dây thứ cấp là phần truyền năng lượng ra và kết nối với tải tiêu thụ.
Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại.
Hình 3 4: Dây quấn máy biến áp
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY Để làm mát và tăng cường cách điện cho máy biến áp, người ta thường đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa dầu máy biến áp Đối với biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu dầu có chứa cánh tản nhiệt.
Có thể giải thích hoạt động của máy biến áp qua 2 hiện tượng vật lý:
Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường.
Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra hiệu điện thế cảm ứng.
Khi dòng điện xoay chiều với hiệu điện thế U1 đi qua cuộn dây sơ cấp, sẽ xuất hiện dòng điện sơ cấp I1 Dòng điện này chạy trong cuộn dây và tạo ra từ thông.