Thyristor là gì? Tổng hợp kiến thức về Thyristor

Thyristor là một trong những linh kiện quen thuộc trong các bo mạch điện tử hiện nay. Chính vì vậy, nếu muốn học sửa chữa các thiết bị điện tử thì các bạn cần biết Thyristor là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó ra sao? Hãy cùng Học viện iT.vn tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây nhé.

Thyristor là gì?

Thyristor (Hay còn được gọi là Silicon Controlled Rectifier – Chỉnh lưu silic có điều khiển) là một phần tử bán dẫn được cấu thành từ bốn lớp bán dẫn và tạo ra ba lớp tiếp giáp.

Xét về mặt bản chất, Thyristor được ghép từ hai transistor có hai chiều đối nghịch và có khả năng điều khiển được (Một BJT loại NPN và một BJT loại PNP). Khi được cấp điện, linh kiện này sẽ hoạt động và khi không có điện thì nó sẽ tự động ngắt và trở về trạng thái ngưng dẫn.

Tìm hiểu thêm: Bảng tra các thông số Thyristor theo tham số của Nga và Tây Âu

Ký hiệu của Thyristor

Nếu nhìn sơ qua thì ta sẽ thấy Thyristor có ký hiệu khá giống với một con diode. Nhưng ta có thể phân biệt bằng cách: Thyristor có thêm điều kiện để cho phép dòng điện đi qua đó là ta phải kích thích một dòng điều khiển đi vào chân G.

Cấu tạo của Thyristor

Như đã đề cập ở trên, Thyristor cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn. Trong đó, bốn lớp bán dẫn này được xen kẽ lẫn nhau và nối ra ba chân:

– A (Anode): Cực dương.

– K (Cathode): Cực âm.

– G (Gate): Cực cổng (Cực khiển).

Nguyên lý hoạt động của Thyristor

Trường hợp 1: Cực G để hở hay V_G = 0V

Ở trường hợp V_G = 0V thì có nghĩa là Transistor T₁ ngưng dẫn vì ở cực B của Transistor không phân cực. Điều này cũng có nghĩa là ta có I_B1 = 0, I_C1 = 0 và Transistor T₂ cũng ngưng dẫn. Kết quả là Thyristor không dẫn điện và dòng điện đi qua nó I_A = 0, V_AK ≈ V_CC.

Thế nhưng khi ta tăng điện áp V_CC lên một mức độ nhất định (Mức điện áp đủ lớn để điện áp V_AK tăng theo đến điện thế ngập V_BO (Break over)) thì diode và dòng điện I_A tăng nhanh nhưng điện áp V_AK giảm xuống.

Bây giờ, trạng thái của Thyristor là dẫn điện. Ta gọi dòng điện tương ứng với khi điện áp V_AK giảm nhanh là dòng điện duy trì I_H (Holding). Lúc này, đặc tính của Thyristor y hệt một diode nắn điện.

 

Trường hợp 2: Đóng khóa K

Đối với trường hợp đóng khóa K: V_G = V_DC – I_GR_G thì Thyristor sẽ rất dễ bị chuyển sang trạng thái dẫn điện. Trong đó, Transistor T₁ phân cực ở cực B₁ nên T₁ dẫn điện cho ra I_C1 . Suy ra I₂ cũng dẫn điện cho ra I_C2 cung cấp điện ngược lại cho T₁. Ta có: I_C1 = I_B2; I_C2 = I_B1.

Cũng nhờ nguyên lý này mà Thyristor có thể tự duy trì ở trạng thái dẫn mà không cần đến dòng I_G phải cung cấp liên tục.

Lập luận từ nguyên lý trên, ta có dòng điện qua hai Transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và hoạt động ở trạng thái bão hòa. Khi đó, điện áp VAK giảm rất nhỏ (chỉ ≈ 0,7V) và dòng điện qua Thyristor được tính theo công thức: 

I_A = (V_CC – V_AK)/R_A ≈ V_CC/R_A

Trên thực tế, người ta nhận thấy rằng khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì Thyristor càng dẫn điện tốt.

 

Trường hợp 3: Phân cực ngược Thyristor

Phân cực ngược Thyristor có nghĩa là nối K vào cực dương, A vào cực âm của nguồn V_CC. Ta có thể hiểu trường hợp này tương tự như diode phân cực ngược. Ở trường hợp này, Thyristor không dẫn điện mà chỉ cho dòng rỉ rất nhỏ đi qua mà thôi. Nếu điện áp ngược tăng lên (Đạt mức điện áp đánh thủng Thyristor V_BR) thì dòng điện sẽ đi theo chiều ngược. Thông thường trị số V_BR và V_BO  bằng nhau và ngược dấu.

 

Đường đặc tuyến của Thyristor

Một số thông số kỹ thuật của Thyristor

Một số thông số kỹ thuật của Thyristor mà bạn cần biết như sau:

 

Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor (Iv, tb)

Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor là giá trị trung bình được phép chạy qua Thyristor trong điều kiện nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn không vượt quá một giá trị nhiệt độ cho phép. Trên thực tế, giá trị dòng điện cho phép chạy qua thyristor không cố định mà nó phụ thuộc vào điều kiện làm mát và môi trường. Nhìn chung, ta có thể làm mát dòng điện bằng một trong ba cách sau:

– Làm mát tự nhiên: Dòng sử dụng cho phép bằng một phần ba dòng cho phép Iv, tb.

– Làm mát cưỡng bức bằng nước: Dòng sử dụng cho phép bằng 100% dòng cho phép Iv, tb.

– Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: Dòng sử dụng cho phép bằng hai phần ba dòng cho phép Iv, tb.

 

Điện áp ngược cho phép lớn nhất (Ung, max)

Đây là mức điện áp ngược lớn nhất được sử dụng trên thyristor nếu không muốn thyristor bị hỏng. Chính vì vậy, chúng ta phải luôn đảm bảo rằng điện áp giữa Anode và Cathode luôn nhỏ hơn hoặc bằng mức điện áp ngược cho phép lớn nhất. Ngoài ra, chúng ta cũng cần đảm bảo độ dự trữ nhất định về điện áp (Ung, max phải ít nhất là bằng 1,2 – 1,5 lần biên độ lớn nhất của điện áp trên sơ đồ).

 

Thời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor τ (μs)

Thời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên giữa anode và cathode của thyristor sau khi dòng anode-cathode đã về bằng không trước khi lại có thể có điện áp Uak dương mà thyristor vẫn khóa. Thông thường, ta phải đảm bảo thời gian dành cho quá trình khóa phải bằng 1,5-2 lần τ.

 

Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs)

Bởi vì thyristor là một linh kiện bán dẫn có điều khiển nên cho dù khi thyristor được phân cực thuận mà không có tín hiệu điều khiển thì nó cũng không cho phép dòng chạy qua. Tốc độ tăng điện áp là một thông số để phân biệt giữa thyristor tần số thấp với thyristor tần số cao. Ở thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 V/μs còn với các thyristor tần số cao dU/dt có thể lên tới 500-2000 V/μs.

 

Ứng dụng của thyristor trên thực tế

Trên thực tế, thyristor được ứng dụng như sau:

– Điều chỉnh ánh sáng, điều khiển công suất điện và điều khiển tốc độ của động cơ điện. 

– Đảo ngược dòng điện và sử dụng tín hiệu cổng điều khiển có thể bật và tắt để bật/tắt hoàn toàn thiết bị (Làm công tắc). 

– Sử dụng nhiều trong những ứng dụng yêu cầu điện áp và dòng điện lớn.

– Điều khiển dòng xoay chiều AC.

 

Ưu và nhược điểm của thyristor

 

Ưu điểm

– Có khả năng xử lý điện áp, dòng điện và công suất lớn.

– Cầu chì có thể bảo vệ được thyristor.

– Dễ dàng khi bật.

– Cấu tạo của mạch kích hoạt bộ chỉnh lưu sử dụng thyristor rất đơn giản.

– Kiểm soát rất dễ dàng.

– Không mất nhiều chi phí.

– Có khả năng điều khiển nguồn xoay chiều.

 

Nhược điểm

– Thyristor chỉ điều khiển nguồn một chiều vì nó chỉ có thể điều khiển công suất bằng nguồn một chiều trong nửa chu kỳ dương của nguồn xoay chiều.

– Mỗi chu kỳ, thyristor đều phải được bật lên trong mạch xoay chiều.

– Không thể sử dụng ở tần số cao.

– Dòng điện ở cổng (gate) không thể âm.

Trên đây là chia sẻ của Học viện iT.vn về những kiến thức liên quan đến Thyristor. Hy vọng những kiến thức này có thể giúp ích cho bạn trong quá trình học tập và làm việc. Nếu có bất cứ thắc mắc nào thì hãy để lại bình luận ngay bên dưới bài viết này hoặc inbox trực tiếp cho Học viện iT.vn để được giải đáp tốt nhất. Chúc bạn thành công!

Mọi chi tiết xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY CỔ PHẦN HỌC VIỆN IT
MST: 0108733789
Tổng đài hỗ trợ: 024 3566 8686 – Hotline: 0981 223 001
Facebook: www.fb.com/hocvienit
Đăng ký kênh Youtube để theo dõi các bài học của Huấn luyện viên tốt nhất: http://bit.ly/Youtube_HOCVIENiT
Hệ thống cơ sở đào tạo: https://hocvienit.vn/lien-he/
Học viện IT.vn – Truyền nghề thực tế cùng bạn đến thành công!