Thyristor là phần tử bán dẫn có cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn và ba cực khác nhau được dùng để chỉnh lưu dòng điện có điều khiển.
1. Cấu tạo của Thyristor
Thyristor có cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn P – N ghép xen kẽ và được nối ra ba chân, trong đó:
A: Anode là cực dương
K: Cathode là cực âm
G: Gate là cực khiển hay còn gọi là cực cổng
Theo hình trên, Thyristor có thể xem như tương đương hai BJT gồm:
- BJT loại NPN
- BJT loại PNP
2. Nguyên lý hoạt động của Thyristor
Theo hình trên có hai trường hợp hoạt động của Thyristor
+ Trường hợp 1: Cực G để hở hay VG = OV:
Khi điện áp nguồn VCC được tăng lên đủ mức lớn, sẽ kéo theo điện áp VAK tăng theo đến điện thế ngập VBO lúc đó điện áp VAKsẽ giảm xuống như diode và lúc này dòng điện IA tăng nhanh. Lúc này Thyristor sẽ chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lực điện áp VAK giảm nhanh được gọi là dòng điện duy trì IH sau đó đặc tính của Thyristor giống như một diode nắn điện.
Trường hợp đóng khóa K: VG= VDC – IGRG, lúc này Thyristor dễ chuyển sang trạng thái dẫn điện. Lúc này Thyristor T1 được phân cực ở 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.
IC = IB2; IC2 = IB1
Theo nguyên lý trên, dòng điện đi qua hai transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và hai transistor ở trạng thái bão hòa. Khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ và dòng điện qua Thyristor sẽ là:
Khi thực nghiệm cho thấy dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì điện áp nguồn càng nhỏ tức là Thyristor càng dễ dẫn điện.
+ Trường hợp 2: Trường hợ 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 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
3. Các thông số kỹ thuật
Dòng điện thuận cực đại:
Công thức trên được dùng để tính dòng điện thuận khi Thyristor dẫn điện VAK khoảng 0,7V
Đây là trị số lớn nhất khi cho dòng điện qua Thyristor mà nó có thể chịu đựng liên tục, có nghĩa là khi quá trị số này Thyristor sẽ bị hư.
- Điện áp cực đại: Điện áp ngược cực đại của Thyristor thường khoảng 100V – 1000V. Đây là điện áp ngược lớn nhất có thể đặt giữa A và K khi Thyristor chưa bị đánh thủng. Khi vượt qua con số cực đại Thyristor sẽ bị phá hủy.
- Dòng điện tích kích cực tiểu: IGmin: Dòng điện này đóng vai trò kích cho cực G của Thyristor dẫn điện trong trường hợp điện áp VAK thấp. Dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc vào công suất của Thyristor, nếu Thyristor có công suất càng lờn thì IGmin phải càng lớn. Thông thường thì IGmin từ 1mA đến vài chục mA.
- Thời gian mở Thyristor: Lsà 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 micro giây.
- Thời gian tắt Thyristor: 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 thì Thyristor sẽ dẫn điện trở lại. Thời gian tắt của Thyristor dài hơn thời gian mở tuy nhiên cũng chỉ là vài chục micro giây.
4. Cách đo kiểm tra Thyristor
Đo kiểm tra Thyristor bằng cách đặt đồng hồ thang x1W, đặt que đen vào Anot, que đỏ vào Katot ban đầu kim không lên, sau đó dùng Tua – vit chập chân A vào chân G thì thấy kim đồng hồ dịch chuyển, sau đó bỏ Tua – vit ra đồng hồ vẫn lên kim, như vậy là Thyristor tốt. Các Thyristor thường được ứng dụng trong các mạch chỉnh lưu nhân đôi tự động của nguồn xung Tivi màu.
5. 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 G là VG = 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 thay đổi trị số VR sẽ làm thay đổi thời gian nạp của tụ tức là thay đổi thời điểm có dòng xung kích IGsẽ làm thay đổi thời điểm dẫn điện của Thyristor tức là 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.
