Chỉnh lưu có điều khiển SCR (Silicon Controlled Rectifier)

Chơng III: Linh kiện tích cực

mở thông. Khi điện áp phân cực thuận tăng lên và đạt đến giá trị ngỡng

thủng VB0 (break-over) thì dòng bắt đầu tăng nhanh, điện áp V AK qua

SCR giảm đột ngột xuống một giá trị thấp gọi là điện áp ngỡng thuận

VAK0 . Khi mà SCR dẫn, nó sẽ có mức trở kháng rất nhỏ và điện áp qua nó rất

nhỏ (khoảng vài Volt), ít phụ thuộc vào dòng điện.

Tác dụng của cực cửa G là điều khiển điện áp ngỡng đánh thủng VB0

.

Hình bên chỉ ra điện áp ngỡng thủng phụ thuộc vào dòng cực cửa IG.

4. DIAC và TRIAC.

a. DIAC

DIAC là một linh kiện gồm 2 phần PNPN kết nối

song song-đối nhau, xem hình bên.

Có hai điểm khác biệt của DIAC so với SCR là:

DIAC dẫn không cần điện áp đa vào cực cửa mà

chỉ cần đạt điện áp ngỡng giữa cực T1 và T2.

DIAC có thể dẫn theo cả hai hớng.

Những đặc trng này đợc chỉ ra trên đờng cong

dòng/áp của hình dới đây.

Trong đoạn (1) của đặc tuyến (-V B0 VB0), DIAC sẽ



hoạt động nh một chuyển mạch với cả hai chiều phân cực thuận và

nghịch. Khi điện áp vợt qua giá trị ngỡng đánh thủng VB0 , dòng bắt đầu

tăng nhanh và điện áp giảm xuống giá trị Vm.

Trong đoạn (2) của đặc tuyến (-V B0 -Vm hoặc Vm VB0), điện áp

sụt xuống trong khoảng thời gian ngắn, trong khoảng thời gian này, DIAC

có điện trở âm. Nếu điện áp đặt vào DIAC giảm xuống nhỏ hơn Vm,

DIAC sẽ quay trở lại trạng thái hở mạch (ngắt).



Hình trên là sơ đồ một bộ tạo dao động đơn giản sử dụng DIAC.

Với mạch này, tụ sẽ nạp qua R1 trong khoảng t1. Khi điện áp trên tụ

bằng với VB0 DIAC sẽ bắt đầu dẫn. Lúc này, tụ sẽ phóng qua R2 và DIAC ;

điện áp trên tụ giảm xuống giá trị Vm. Khi này , DIAC chuyển về trạng thái



Pham Thanh Huyen_GTVT



Chơng III: Linh kiện tích cực

hở mạch (ngắt). Chu kỳ lại tiếp tục.

b. TRIAC

Cấu tạo và ký hiệu



Hình bên cho thấy TRIAC về mặt cấu

tạo tơng đơng nh 2 SCR mắc song song,

một kiểu P và một kiểu N.

Tuy nhiên, TRIAC khác biệt so với SCR ở

khả năng dẫn theo hai hớng.

Nguyên tắc hoạt động

Đặc tuyến dòng/áp đợc thể hiện ở

hình bên

Khi không có tín hiệu vào cực cửa G, TRIAC sẽ luôn ngắt, vì luôn có

một diode phân cực ngợc: nếu VMT2 > VMT1 , chuyển tiếp N2P1 sẽ đảm bảo

trạng thái ngắt; còn nếu VMT1> VMT2 chuyển tiếp N2 P2 sẽ đảm bảo cho

trạng thái ngắt.

TRIAC sẽ dẫn khi điện áp giữa

MT1

và MT2 vợt quá giá trị ngỡng VB0.

Cũng

giống nh SCR, giá trị ngỡng VB0 có

thể

đợc điều khiển bởi dòng trên cực

cửa

G. Sự dẫn có thể theo hai hớng: khi

MT1

dơng hơn MT2 thì P2N2P1N1 sẽ tạo

đờng

dẫn, còn khi MT2 dơng hơn so với

MT1

thì dòng sẽ chảy qua P1N2P2N4

TRIAC sẽ dẫn

khi có các điện áp phân

cực và dòng điều

khiển có chiều nh hình dới đây.



110



Cấu kiện điện tử



Chơng IV: Linh kiện quang điện tử



Chơng IV



Linh kiện quang điện tử

I. khái niệm chung về kỹ thuật quang điện tử

1. Định nghĩa

Quang điện tử là những hiệu ứng tơng hỗ giữa bức xạ ánh sáng và

mạch điện tử.

Bức xạ ánh sáng là 1 dạng của bức xạ ®iƯn tõ cã d¶i bíc sãng tõ 0,001

nm ®Õn 1cm. Sự thay đổi trạng thái năng lợng trong nguyên tử và phân tử

là nguồn gốc của các bức xạ ánh sáng đó.

Các bức xạ quang đợc chia thành 3 vùng là:

Vùng cực tím



Độ dài bớc sóng từ 100 nm đến 380

nm

Vùng ánh sáng nhìn Độ dài bớc sóng từ 380 đến 780 nm

thấy

Vùng hồng ngoại

Độ dài bớc sóng từ 780 nm đến1 mm

2. Phân loại linh kiện quang điện tử

Gồm 2 loại linh kiện là linh kiện bán dẫn và linh kiện không bán dẫn.

* Linh kiện bán dẫn quang điện tử là những linh kiện thể rắn đợc

chế tạo từ vật liệu bán dẫn nh điện trở quang, diode quang, transistor

quang, LED, PiN, Laser, APD …

* Linh kiƯn kh«ng bán dẫn quang điện tử là sợi quang, mặt chỉ thị

tinh thể lỏng LCD, ống nhân quang

II. các linh kiện phát quang

1. Nguyên lý bức xạ

Hai tiên đề của Bohr:

* Tiên đề về trạng thái dừng: nguyên tử chỉ tồn tại ở những trạng thái

có mức năng lợng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Trong các trạng thái

dừng nguyên tử không bức xạ.

* Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lợng của nguyên tử: trạng thái

dừng có mức năng lợng càng thấp thì càng bền vững. Khi nguyên tử ở các

trạng thái dừng có năng lợng lớn bao giờ cũng có xu hớng chuyển sang trạng

thái dừng có mức năng lợng nhỏ hơn.

Hệ quả rút ra từ hai tiên đề trên là: trong trạng thái dừng của nguyên

tử, điện tử chỉ chuyển động quang hạt nhân theo những quỹ đạo có bán

kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng.

Điều này cho thấy khi cung cấp cho nguyên tử một năng lợng nào đó

thì điện tử sẽ hấp thụ năng lợng này và nhảy lên mức năng lợng cao hơn.

Tuy nhiên, nếu quỹ đạo càng xa hạt nhân thì thời gian tồn tại ở quỹ đạo

này càng ngắn và có xu hớng trở về quỹ đạo gần hạt nhân theo cách nhảy



Cấu kiện điện tử

111



Chơng IV: Linh kiện quang điện tử

thẳng hoặc nhảy từng bớc.

a. Sự bức xạ ánh sáng không kết hợp (bức xạ tự phát)

Nh đã nói ở trên nếu các điện tử trở về mức năng lợng cơ bản từ các

mức năng lợng cao theo cách nhảy thẳng hoặc nhảy từng bớc qua các trạng

thái dừng trung gian thì ánh sáng do chúng bức xạ ra sẽ là ánh sáng tổng

hợp. Nghĩa là các xung ánh sáng này không cùng pha và tần số, ta nói

nguyên tử đã bức xạ ra ánh sáng không kết hợp (đây chính là nguyên tắc

hoạt động của LED).

b. Sự bức xạ ánh sáng kết hợp (bức xạ kích thích)

Khi các nguyên tử tồn tại trong cùng một mạng tinh thể thì chúng ảnh

hởng lẫn nhau, do đó khái niệm mức năng lợng có thể thay bằng khái niệm

dải năng lợng. Sự dịch chuyển từ trạng thái năng lợng này sang trạng thái

năng lợng khác có thể bị cấm nhiều, cấm ít hay cấm hẳn.

Xét trờng hợp của Laser hồng ngọc

Các điện tử có 3 mức năng lợng E1, E2, E3. Trong đó E1 là mức năng lợng cơ bản. E2 là mức năng lợng ổn định (thời gian tồn tại điện tử ở mức

này là 10-2s). E3 là mức năng lợng cao (thời gian điện tử tồn tại ở đây chỉ

là 10-8s) nên khi bị kích thích lên mức này thì điện tử nhanh chóng nhảy

xuống E2.



E3

E2

E1

Trạng thái bình th

Trạng thái kích

Đảo mật độ tích

ờng

thích

luỹ

Nh vậy khi có năng lợng cung cấp thích hợp đa vào mạng tinh thể thì

điện tử sẽ tập trung ë møc E2 (E1  E2; E1  E3 E2). Nghĩa là trong

nguyên tử xảy ra hiện tợng đảo mật độ tích luỹ (điện tử bình thờng tập

trung ë E1 nay chuyÓn sang tËp trung ë E2)

NÕu ngÉu nhiên xảy ra một quá trình bức xạ của một điện tử bị kích

thích nào đó thì sẽ có hiệu ứng dây chuyền xảy ra. Sở dĩ vậy là do khi

chuyển từ E2 về E1 điện tử này sẽ bức xạ ra một dao động ngắn, dao

động này lan truyền và tác động tới các điện tử khác và làm chúng cũng

bức xạ. Tần số của bức xạ đợc xác định bởi mức chênh lệch năng lợng giữa

E2 và E1. Do đó có thể coi rằng các điện tử nằm cùng mức năng lợng E2 đợc điều hởng ở cùng một tần số và pha trùng với tần số và pha của ánh sáng

kích thích. Tức là ánh sáng phát ra là ánh sáng kết hợp. Ngời ta gọi đây là

hiện tợng khuếch đại ánh sáng nhờ bức xạ cỡng bức. Nguyên lý này còn gọi là

nguyên lý Fabry Perot, và LASER chính là linh kiện có nguyên tắc hoạt

động dựa vào nguyên lý này.

Trên thực tế năng lợng dùng để kích thích cho các quá trình đã phân

tích ở trên là năng lợng điện trờng và ngời ta gọi đó là nguyên lý biến

đổi điện / quang. Nghĩa là từ năng lợng điện chuyển thành năng lợng

quang nhờ các hiện tợng bức xạ.



112



Cấu kiện điện tử