Ứng dụng của chất bán dẫn trong công nghiệp, điện tử ngày càng phổ biến. Nhiều thiết bị bán dẫn với cấu tạo đặc biệt mang lại tính năng và tính ứng dụng cao trong hệ thống tự động hóa. Thyristor là một linh kiện bán dẫn được sử dụng nhiều trong các thiết bị, hệ thống.
Bạn đã hiểu về Thyristor là gì hay chưa? Cấu tạo và đặc trưng Thyristor như thế nào? Ứng dụng của linh kiện thyristor trong thực tế ra sao? Nhận định dưới đây của Batiea sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ về Thyristor trong lĩnh vực tự động hóa.
Bản chất của Thyristor là gì? Ký hiệu của Thyristor
Thyristor là thiết bị chỉnh lưu - một linh kiện bán dẫn đặc biệt. Tên đầy đủ của Thyristor là Silicon Controlled Rectifier (SCR) là chỉnh lưu silic có điều khiển. Đặc điểm của Thyristor là một phân tử bán dẫn được cấu thành từ 4 lớp bán dẫn.
Bản chất, Thyristor là linh kiện diode được ghép từ 2 transistor, với 2 chiều đối nghịch nhau, cho phép chúng có thể điều chỉnh được chiều dòng điện. Linh kiện hoạt động khi được cấp điện và tự động ngắt dòng trở về trạng thái ban đầu khi không có điện. Do vậy, Thyristor được sử dụng để chỉnh lưu dòng điện có điều khiển chủ động.
Ký hiệu của linh kiện Thyristor tương tự với các diode. Linh kiện diode với ký hiệu dòng chạy từ A sang K, với điều kiện điện áp tại A lớn hơn K. Nhưng với Thyristor ngoài điều kiện đó thì còn phải có thêm một điều kiện là có 1 dòng điện điều khiển kích thích đi vào chân G.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Thyristor
Cấu tạo của Thyristor được ghép nối bởi 2 transistor với 2 chiều đối nghịch nhau. Có thể hiển về cơ bản sẽ gồm 4 lớp bán dẫn P-N xen kẽ nhau và được nối ra ba chân. Tại đó:
- A - cực dương (Anode).
- K - cực âm (Cathode).
- G - cực khiển (Gate) hay cực cổng.
Nguyên lý hoạt động của linh kiện bán dẫn thyristor diễn ra như thế nào? Phân tích cơ chế hoạt động của Thyristor qua 3 trường hợp:
- Trường hợp cực G bị hở tức điện áp tại đây bằng 0v. Lúc này, transistor T1 không có phân cực ở cực P nên T1 ngưng dẫn, sẽ không có sự chuyển dịch dòng electron trong chất bán dẫn, I=0, nên T2 cũng ngưng dẫn. Như vậy, Thyristor sẽ không dẫn điện hay không hoạt động.
- Trường hợp đóng khóa K: Lúc này, Thyristor chuyển sang trạng thái dẫn điện, VG = VDC – IGRG. Cực P phân cực, dòng chạy trong T1 dẫn điện, dẫn đến T2 cũng dẫn điện, dòng điện IC2 sẽ cấp ngược lại cho T1. Do vậy Thyristor tự duy trì trạng thái dẫn điện. Các thí nghiệm cho thấy, cường độ dòng cấp cho G càng lớn thì Thyristor càng dẫn điện.
- Trường hợp phân cực ngược Thyristor: Lúc này, A nối vào cực âm còn K nối vào cực dương của nguồn VCC, thyristor sẽ không dẫn điện. Nhưng khi tăng điện áp ngược lên, thyristor bị đánh thủng, lúc này dòng điện sẽ chảy theo chiều ngược lại.
Phân loại linh kiện Thyristor hiện có trên thị trường
Linh kiện bán dẫn Thyristor được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực với đặc trưng cấu tạo khác nhau. Dựa trên khả năng bật tắt mà Thyristor được chia thành các loại sau:
- Thyristor điều khiển silic - SCR.
- Thyristor tích hợp cổng - IGCT.
- Thyristor cổng tắt - GTO.
- Thyristor triode 2 chiều - TRIAC.
- Thyristor dẫn điện ngược - RCT.
- Thyristor cực phát tắt - ETOs.
- Thyristor điều khiển pha hai chiều.
- Thyristor chuyển đổi nhanh.
- Bộ Thyristor điều chỉnh silicon, kích hoạt bằng ánh sáng.
Thông số kỹ thuật quan trọng của Thyristor
Thyristor là linh kiện bán dẫn sẽ có những thông số kỹ thuật quan trọng mà người dùng cần lưu ý, nắm rõ để lựa chọn sử dụng phù hợp:
- Giá trị ròng trung bình cho phép chạy qua Thyristor - là mức giá trị dòng cho phép chạy qua linh kiện bán dẫn thyristor với điều kiện nhiệt độ và cấu trúc tinh thể không vượt quá nhiệt độ cho phép. Dòng điện chạy qua thyristor phục thuộc vào các điều kiện làm mát và nhiệt độ môi trường.
- Điện áp ngược dòng cho phép lớn nhất - Giá trị cho thấy điện áp giữa cực A và K luôn thấp hơn điện áp ngược dòng max, để linh kiện bán dẫn không bị đánh thủng.
- Thời gian phục hồi tính chất của Thyristor - Khoảng thời gian tối thiểu đặt điện áp âm lên cực A, và dương lên K sau khi dòng đã về 0 là t. Thời gian quá trình đảm bảo bằng 1.5-2t.
- Tốc độ tăng điện áp cho phép - trường hợp điện áp thấp, tốc độ có thể đạt 50 - 200 V/μs, điện áp cao tốc độ có thể đạt 500-2000 V/μs.
Ứng dụng thực tế của Thyristor trong tự động hóa
Linh kiện thyristor được thiết kế với khả năng kiểm soát dòng với điện áp lớn và năng lượng. Ứng dụng của Thyristor khá đa dạng trong nhiều lĩnh vực tự động hóa, thiết bị điều khiển… Ứng dụng của thyristor có thể kể đến như:
- Điều chỉnh ánh sáng, công suất dòng điện và tốc độ của động cơ.
- Thyristor được sử dụng để bật tắt các thiết bị một cách chủ động.
- Thyristor phù hợp làm công tắc chứ không làm thiết bị khuếch đại.
Thyristor là linh kiện bán dẫn có tính ứng dụng cao, được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện nay. Trong kỹ thuật Thyristor còn được biết đến với thiết bị chỉnh lưu dòng điện, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực tự động hóa, thiết bị phức tạp. Hy vọng những chia sẻ trên đây của Batiea sẽ giúp bạn đọc hiểu về linh kiện bán dẫn này để ứng dụng và sử dụng hiệu quả.
>> Xem thêm bài viết:
Transistor là gì? Phân loại và cách hoạt động của transistor
