Thyristor

Thyristor là gì?

Chào các bạn, trong bài viết này Dung sẽ giới thiệu đến các bạn một linh kiện điện tử, mà hiện nay các bạn đang tìm hiệu khá nhiều. Đó chính là Thyristor, đây là linh kiện được dùng trong các board mạch của thiết bị điện tử. Giờ chúng ta bắt đầu tìm hiểu Thyristor là gì? Cấu tạo Thyristor, nguyên lý hoạt động thyristor? Thông số Các loại thyristor và cách kiểm tra một thyristor như thế nào;…Xem xong bài viết  các bạn sẽ có thêm kiến thức về loại linh kiện điện tử này để áp dụng cho công việc và học tập nhé!

Thyristor là gì?

Với nhiều người Thyristor còn khá lạ lẫm vì nó là 1 từ ngữ chuyên ngành.Thyristor hay còn gọi với cái tên đầy đủ là Silicon Controlled RectifierThyristor SCR” (Chỉnh lưu silic có điều khiển). Là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn, là một loại linh kiện được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử.

Thyristor
Hình ảnh Linh Kiện Thyristor SCR

Thyristor SCR là gì?

Nói đơn giản Thyristor bản chất là một điốt được ghép từ bởi 2 transistor có với hai chiều đối nghịch và có thể điều khiển được, (tương đương hai BJT gồm một BJT loại PNP và một BJT loại NPN). Chúng hoạt động khi được cấp điện và tự động ngắt, và sẽ quay về trạng thái ngưng dẫn khi không có điện. Nó thường được dùng cho chỉnh lưu dòng điện có điều khiển.

Thyristor có ba cực hoạt động là anode (A)cathode (K) và cực điều khiển (G), nó có vai trò như một khóa điện tử có điều khiển. Trong đó Thyristor chỉ cho phép dẫn điện từ Anot sang Katot khi cho một dòng điện kích thích vào chân G

Lịch sử phát triển của thyristor

Vào những năm 1950 thì thyristor được đề xuất bởi William Shockley và bảo vệ bởi Moll cùng một số người khác ở phòng thí nghiệm Bell (Hoa Kỳ). Được phát triển lần đầu bởi các kỹ sư năng lượng của General Electric (G.E) mà đứng đầu là Gordon Hall và thương mại hóa bởi Frank W. “Bill” Gutzwiller của General Electric năm 1957.

Cấu tạo Thyristor

Thyristor gồm bốn lớp bán dẫn P-N ghép xen kẽ và được nối ra ba chân:

  • A – kí hiệu anode ( có nghĩa là cực dương)
  • K – kí hiệu cathode( có nghĩa là cực âm)
  • G – gate: có nghĩa là cực khiển (cực cổng)
Cấu tạo thyristor
Cấu tạo thyristor

Thyristor khá giống với một con diode vậy. Một diode thông thường sẽ cho phép dòng điện đi qua từ A sang K khi điện thế tại A lớn hơn điện thế tại K. Còn với một Thyristor thì vẫn phải đảm bảo điều kiện đó và cần thêm một điều kiện nữa đó là phải kích thích một dòng điều khiển đi vào chân G.

Kí hiệu của thyristor
Kí hiệu của thyristor

Nguyên lý làm việc của Thyristor

Lúc đầu khi công tắc K2 đóng, Thyristor được phân cực thuận nhưng vẫn không sáng, đơn giản là không có dòng điện chạy qua cấp áp cho nó.

  • Khi công tắc K1 đóng lại, điện áp của U1 cấp sang chân G làm bóng Q2 dẫn, cùng lúc bóng Q1 dẫn có dòng điện cấp từ U2 đi qua Thyristor làm đèn sáng.
  • Tiếp đến thì công tắc K1 đã ngắt nhưng đèn vẫn sáng. Vì khi Q1 dẫn, điện áp chân B bóng Q2 tăng làm Q2 dẫn, khi Q2 dẫn làm áp chân B bóng Q1 giảm làm bóng Q1 dẫn, như vậy hai bóng định thiên cho nhau và duy trì trạng thái dẫn điện
Nguyên lý hoạt động của thyristor
Nguyên lý hoạt động của thyristor

Thí nghiệm đơn giản hoạt động Thyristor

Đèn sáng duy trì cho đến khi K2 ngắt => Thyristor không được cấp điện và ngừng trang thái hoạt động.
– Khi Thyristor đã ngừng dẫn, ta đóng K2 nhưng đèn vẫn không sáng như trường hợp ban đầu.

 => Vậy khi được phân cực thuận, Thyristor sẽ không dẫn điện,  nhưng khi có một điện áp kích vào chân G Thyristor và dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn, thì Thyristor mới ngừng dẫn…

Bây giờ mình sẽ nói cụ thể hơn từng nguyên lý hoạt động của Thyristor

Có 3 trường hợp như sau, các bạn xem 2 hình mô tả bên dưới để dễ dàng hình dung hơn về nguyên lý hoạt động của thyristor nhé!

Thyristor
Nguyên lý hoạt động của thyristor

Trường hợp cực G để hở hay VG = OV

Khi cực G VG  = OV có nghĩa là transistor T1 không có phân cực ở cực B nên T1 ngưng dẫn. Khi T1 ngưng dẫn IB1 = 0, IC1 = 0 T2 cũng ngưng dẫn. Trường hợp này Thyristor không dẫn điện được, dòng điện qua thyristor là IA = 0 và VAK ≈ VCC.

Tuy nhiên, khi tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn là điện áp VAK tăng theo đến điện thế ngập VBO(Beak over) thì điện áp VAK giảm xuống như diode và dòng điện IA tăng nhanh. Lúc này Thyristor chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lúc điện áp VAK giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì IH (Holding). Sau đó đặc tính của Thyristor giống như một diode nắn điện.

Trường hợp phân cực ngược Thyristor

Phân cực ngược Thyristor là nối A vào cực âm, K vào cực dương của nguồn VCC. Trường hợp này giống như diode bị phân cực ngược. Thyristor sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng rỉ rất nhỏ đi qua. Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì Thyristor sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược lại. Điện áp ngược đủ để đánh thủng Thyristor là VBR. Thông thường trị số VBR và VBO bằng nhau và ngược dấu.

IG= 0 ; IG2>IG1>IG

 

Đặc tuyến

Đặc tuyến của Thyristor
Đặc tuyến của Thyristor

                                                                IG = 0 ; IG2 > IG1 > IG

Trường hợp đóng khóa K

Trường hợp đóng khóa K
Trường hợp đóng khóa K

Trường hợp này VG = VDC – IGRG Lúc này thyristor dễ chuyển sang trạng thái dẫn điện. Ttransistor T1 được phân cực ở cực B1 nên dòng điện IG chính là IB1  làm T1 dẫn điện, cho ra IC1 chính là dòng điện IB2 nên lúc đó I2 dẫn điện, cho ra dòng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 và IC2 = IB1. Nhờ đó mà Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng IG liên tục.

IC1 = IB2 ; IC2 = IB1

Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và hai transistor chạy ở trạng thái bão hòa. Khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ (≈ 0,7V) và dòng điện qua Thyristor là;

Thyristor
Thyristor – Trường hợp đóng khóa K

Thực nghiệm cho thấy, khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì áp ngập càng nhỏ tức Thyristor càng dễ dẫn điện.

Các thông số cơ bản của thyristor

Cấu tạo thyristor
Thyristor SCR

 1.Dòng điện thuận cực đại

Đây là trị số lớn nhất dòng điện qua mà Thyristor có thể chịu đựng liên tục, quá trị số này Thyristor bị hư. Khi Thyristor đã dẫn điện VAK khoảng 0,7V nên dòng điện thuận qua có thể tính theo công thức;

Công thức tính dòng điện thuận cực đại
Công thức tính dòng điện thuận cực đại

2.Điện áp ngược cực đại

Đây là giá trị điện áp ngược lớn nhất có thể đặt giữa AK mà Thyristor chưa bị đánh thủng, nếu vượt qua trị số này Thyristor sẽ bị phá hủy. Điện áp ngược cực đại của Thyristor thường khoảng 100V đến 1000V.

3.Dòng điện kích cực tiểu: IGmin

Để Thyristor có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp VAK thấp thì phải có dòng điện kích cho cực G của Thyristor. Dòng IGmin là trị số dòng kích nhỏ nhất đủ để điều khiển Thyristor dẫn điện và dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc công suất của Thyristor, nếu Thyristor công suất càng lớn thì IGmin phải càng lớn. Thông thường IGmin từ 1mA đến vài chục mA.

4.Thời gian mở Thyristor

Là thời gian cần thiết hay độ rộng của xung kích để Thyristor có thể chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, thời gian mở khoảng vài micrô giây.

Thời gian mở Thyristor
Thời gian mở Thyristor

5.Thời gian tắt

Theo nguyên lý Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích. Muốn Thyristor đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho IG = 0 và cho điện áp VAK  = 0. để Thyristor có thể tắt được thì thời gian cho VAK  = OV phải đủ dài, nếu không VAK tăng lên cao lại ngay thì Thyristor sẽ dẫn điện trở lại. Thời gian tắt của Thyristor khoảng vài chục micrô giây.

Cách đo Thyristor – Cách đo kiểm tra Thyristor công suất

Mình sẽ hướng dẫn các bạn cách đo Thyristor bằng cách đặt đồng hồ thang x1W.

  • Đặt que đen vào Anode và que đỏ vào cathode. Ban đầu kim của đồng hồ sẽ không lên, ta phải dùng Tua- vít chập chân A vào chân G thì kim đồng hồ sẽ dịch chuyển.
  • Chỉnh đồng hồ thang x1Ω, đặt que đen vào chân dương, que đỏ vào chân âm kim không nhúc nhích, dùng tô vít chập chân A với chân G đồng hồ lên kim, kế đó ta bỏ tô vít ra màn đồng hồ vẫn lên kim như vậy Thyristor còn tốt.
  • Các Thyristor ứng dụng nhiều trong các mạch chỉnh lưu nhân đôi tự động của nguồn xung tivi màu.

Đối với các loại Thyristor mới mua thì ta không cần kiểm tra, nhưng đối với Thyristor lâu ngày thì ta nên kiểm tra để đảm bảo Thyristor còn hoạt động hay đã chết. Vì khi chúng ta hàn vào mạch rồi mới biết thyristor đã hỏng thì khó xử lý và làm kém thẩm mỹ boarch mạch, ngoài ra còn ảnh hưởng đến các linh kiện và đường điện chạy trong boarch mạch.

Các loại thyristor

Các loại Thysistor thông dụng trên thị trường hiện nay có nhiều loại khác nhau. Dựa vào khả năng bật & tắt của thyristor được chia thành các loại thyristor như sau:

  • Thyristor điều khiển silic hoặc SCR
  • Thyristor cổng tắt hoặc GTO
  • Thyristor dẫn điện ngược hoặc RCT
  • Thyristor MOS tắt hoặc MTO
  • Thyristor tích hợp cổng hoặc IGCT
  • Thyristor chuyển đổi nhanh hoặc SCR
  • Thyristor Triode hai chiều hoặc TRIAC
  • Thyristor điều khiển pha hai chiều hoặc BCT
  • Thyristor kiểm soát FET hoặc FET-CTHs
  • Thyristor cực phát tắt hoặc ETOs
  • Bộ điều chỉnh silicon được kích hoạt bằng ánh sáng hoặc LASCR

Công dụng của Thyristor

Công dụng của Thyristor
Ứng dụng của Thyristor

Thyristor được sử dụng nhiều phổ biến trong các mạch chỉnh lưu nhân đôi tự động của nguồn xung, chỉnh lưu có điều khiển trên các mạch nắn điện 3 pha.

Ngoài ra nó đóng vai trò đóng ngắt mạch điện có công suất lớn( đóng ngắt không tiếp điểm),ở phần động lực của các thiết bị điện công nghiệp. Trên thực thế nó có dòng điện trực tiếp nên rất khó sử dụng cho thiết bị. Nhưng hiện nay, bằng cách sử dụng tín hiệu cổng điều khiển có thể bật & tắt các thiết bị mới, có thể sử dụng Thyristor để bật và tắt hoàn toàn. Nên linh kiện thyristor SCR được sử dụng làm công tắc chứ không thích hợp làm bộ khuếch đại analog.

Một thiết bị thyristor nhỏ có thể kiểm soát một lượng lớn điện áp và năng lượng. Nên nó được ứng dụng trong điều chỉnh ánh sáng, điều khiển công suất điện và điều khiển tốc độ của động cơ điện.

Các ưu nhược điểm khi sử dụng thyristor là gì?

Hầu hết mọi thứ khi sử dụng đều có những điểm mạnh và điểm yếu. Và thyristor cũng không ngoại lệ, chúng cũng có những cái làm rất tốt và những cái chưa tốt. Và phần này mình sẽ liệt kệ ra những thứ mà chúng làm tốt và chưa tốt để các bạn có thể biết thêm nhé.

Thyristor là gì?
Các loại Thyristor SCR

 Ưu điểm của Thyristor

Một số ưu điểm của thyristor hay bộ chỉnh lưu điều khiển silic (SCR):

  • Có thể xử lý điện áp, dòng điện và công suất lớn.
  • Có thể được bảo vệ bằng cầu chì.
  • Rất đơn giản để kiểm soát.
  • Rất dễ bật.
  • Mạch kích hoạt cho bộ chỉnh lưu được điều khiển bằng silicon (SCR) rất đơn giản.
  • Nó có thể điều khiển nguồn xoay chiều.
  • Chi phí thấp.

Nhược điểm của Thyristor

Một số nhược điểm của thyristor hay bộ chỉnh lưu điều khiển silic (SCR):

  • Dòng điện ở cổng (gate) không thể âm.
  • Bộ chỉnh lưu khiển silic (SCR) là thiết bị một chiều, vì vậy nó chỉ có thể điều khiển công suất bằng nguồn một chiều trong nửa chu kỳ dương của nguồn xoay chiều. Do đó chỉ có nguồn một chiều được điều khiển bằng thyristor.
  • Không thể sử dụng ở tần số cao.
  • Trong mạch xoay chiều, nó cần phải được bật trên mỗi chu kỳ.

Ứng dụng thực thế của Thyristor

Ứng dụng của Thyristor
Ứng dụng của Thyristor

Trong mạch điện động cơ M là động cơ vạn năng, loại động cơ có thể dùng điện AC hay DC. Dòng điện qua động cơ là dòng điện ở bán kỳ dương và được thay đổi trị số bằng cách thay đổi góc kích của dòng IG.

Khi Thyristor chưa dẫn thì chưa có dòng qua động cơ, diode D nắn điện bán kỳ dương nạp vào tụ qua điện trở R1 và biến trở VR. Điện áp cấp cho cực G lấy trên tụ C và qua cầu phân áp R2 – R3.

Giả sử:

Điện áp đủ để kích cho cực GVG = 1V và dòng điện kích IGmin = 1mA; thì điện áp trên tụ C phải khoảng 10V. Tụ C nạp điện qua R1 và qua VR với hằng số thời gian là :

T = (R1 + VR)C

Khi ta thay đổi trị số VR sẽ làm thay đổi thời gian nạp của tụ. Tức là thay đổi thời điểm có dòng xung kích IG sẽ làm thay đổi thời điểm dẫn điện của Thyristor, làm thay đổi dòng điện qua động cơ và làm cho tốc độ của động cơ thay đổi.

Khi dòng AC có bán kỳ âm thì diode D và Thyristor đều bị phân cực nghịch. Nên diode ngưng dẫn và Thyristor cũng chuyển sang trạng thái ngưng dẫn.

Các ứng dụng của Thyristor
Các ứng dụng của Thyristor

Lời kết: 

Như vậy Dung đã chia sẻ với các bạn thông tin và kiến thức cơ bản của Thyristor là gì? Nguyên lý hoạt động, cấu tạo của Thyristor,…Hy vọng bài viết này sẽ giúp ích cho các bạn đang muốn tìm hiểu về Thyristor. Vì đây là kiến thức cá nhân và được thu thập trên các trang mạng, nên không tránh khỏi sơ sót, rất mong nhận được sự góp ý của các bạn về bài viết.

Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên Dung không kinh doanh mặt hàng này. Xin cám ơn!



Bài viết liên quan

Phương pháp đo áp suất là gì?

Tìm hiểu ngay hai phương pháp đo áp suất nổi bật hiện nay

Để thực hiện đo áp suất con người cần lựa chọn phương pháp đo phù hợp. Vậy Thực tế phương pháp đo áp suất là gì? Hiện tại có những phương pháp nào để xác định giá trị áp suất của khí nén? Cập nhật ngay bài viết dưới đây của thietbidoluong.info nhé!  Tóm Tắt Nội […]

Đồng hồ áp suất có dầu là gì?

Bật mí những lý do nên dùng đồng hồ áp suất có dầu

Sử dụng đồng hồ đo là phương pháp đo áp suất phổ biến. Trong đó đồng hồ có dầu thường được dùng nhiều hơn. Vậy đồng hồ áp suất có dầu là gì? Những ưu điểm nổi bật khi sử dụng thiết bị này là gì? Cùng thietbidoluong.info tìm hiểu chi tiết ngay trong bài viết […]

Các loại biến tần phổ biến nhất

Điểm danh các loại biến tần thông dụng nhất hiện nay

Biến tần là thiết bị điện quan trọng, ứng dụng nhiều trong hệ thống lưới điện công nghiệp và dân dụng. Trong bài viết này, quý khách sẽ được biết về khái niệm, các loại biến tần thông dụng. Cùng thietbidoluong tìm hiểu ngay trong bài viết bên dưới nhé!  Tóm Tắt Nội Dung1 Khái niệm […]