Tìm hiểu tác dụng đóng mở của transistor và SCR

Hình vẽ cho thấy chúng ta dùng các transistor NPN và PNP làm các khóa điện đóng mở dòng cấp cho bóng đèn bằng mức volt cao thấp đặt trên chân B.

Trong mạch: Với transistor NPN, bóng đèn đặt trên chân C, transistor sẽ dẫn điện khi chân B được cấp mức volt cao, cao hơn chân B. Với transistor PNP thì transistor sẽ dẫn điện khi mức volt chân B xuống thấp, thấp hơn chân E. Transistor chỉ là loại khóa điện đơn hướng, dòng qua tải chỉ chảy theo một chiều, transistor là khóa điện không có tính tự giữ, sự tắt mở của bóng đèn trên chân C thay đổi theo mức volt thấp cao trên chân B.

Chúng ta xem các transistor loại hai mối nối BJT có cấu trúc tương đương với 2 diode, Bạn xem hình, do vậy đo kiểm tra các transistor là đo kiểm tra tính thuận nghịch của 2 diode. Nếu cả 2 diode đều tốt là transistor tốt.

SCR cũng là một khóa điện bán dẫn đóng mở theo mức áp trên cực cổng Gate, và SCR cũng là một khóa điện đơn hướng nhưng có tính tự giữ. Người ta có thể dùng 2 transistor hỗ bổ ráp đẳng hiệu như một SCR.

Hình vẽ cho thấy, cách dùng 2 transistor ráp thành một SCR, Bạn thấy dòng I_B của Q2 sẽ là dòng I_C của Q1 và dòng I_B của Q1 là dòng I_C của Q2. Nên khi Q2 ngưng dẫn, nó không cấp dòng I_Bcho Q1, và khi Q1 ngưng dẫn nói cũng sẽ không cấp dòng I_B cho Q2. Điều này cho thấy khi Q2 tắt, Q1 cũng tắt và khi Q2 dẫn thì Q1 cũng dẫn, do vậy nó có thể dùng như một khóa điện đơn hướng có tính tự giữ như SCR.

Nguyên lý làm việc của SCR như sau:

Hình vẽ cho thấy, khi cực cổng (tức chân B của Q2) không được cấp mức volt mòi, áp dương, Q2 tắt thì Q1 cũng tắt và đèn LP1 không sáng. Nếu cực cổng được cấp mức áp dương, Q2 sẽ dẫn điện, dòng I_C của Q2 lại chính là dòng I_B của Q1, Q1 dẫn sẽ cấp lại dòng I_B cho Q2 và giữ cho Q2 luôn ở trạng thái bão hòa dù cho lúc này không còn mức áp mòi trên chân B của Q2 nữa. Q3 cũng có cách làm việc tương tự.

Trong mạch, các điện trở R1, R2 (10K) duǹg để tăng độ ổn định nhiệt. Chúng at cũng có thể lấy chân B của transistor Q1 làm cực cổng, tuy nhiên cực cổng này ḱch chạy với mức volt thấp. Tóm lại khi đèn đã sáng thì nó sẽ luôn sáng do tính tự giữ. Muốn tắt đèn chúng ta phải làm tắt SCR, như cho ngắt nguồn hay cho nốt tắt ngang SCR.

Cách đo kiểm tra các SCR: Bạn dùng một Ohm kế, lấy thang đo Rx1 để có dòng chảy trên dây đo lớn. Khi đặt dây đỏ trên chân K (cho bơm dòng vào chân K) và dây đen trên chân Anode (cho hút dòng ra trên chân A), kim sẽ không lên vì không có dòng chảy qua SCR. Bây giờ "tìm cách" cho chân cổng G chạm nhẹ vào chân Anode, kim sẽ lên, SCR đã vào trạng thái dẫn điện, và lúc này cho bỏ chân cổng ra khỏi chân Anode, kim vẫn tiếp tục lên, do khi SCR đã dẫn điện nó có tính tự giữ nên tiếp tục dẫn điện.

Tôi dùng 4 hình ghép lại tạo hình động trên, dùng hình này để Bạn thấy hoạt động của các SCR khác với các transistor. Hình động này có 4 trình tự:

Trình tự 1: Khi S1 đóng kín, và S2 ở mức áp thấp 0V, lúc này transistor Q1 tắt và SCR Q2 cũng tắt nên các đèn LP1, LP2 đều không sáng.

Trình tự 2: Khi S1 đóng kín, S2 chuyển lên mức áp cao, lúc này chân B của transistor Q1 có phân cực, Q1 dẫn đèn LP1 sáng, lúc này cực cổng của SCR Q2 được cấp mức áp mòi, Q2 dẫn và đèn LP2 sáng.

Trình tự 3: Khi S1 đóng kín, S2 trở lại mức áp thấp 0V, lúc này chân B của Q1 mất áp phân cực, Q1 tắt và đèn LP1 tắt. Chân cổng của SCR Q2 cũng mất mức áp mòi, nhưng do có tính tự giữ nên Q2 vẫn ở trạng thái dẫn điện, và đèn LP2 vẫn sáng.

Trình tự 4: Lúc này S1 cho hở mạch, S2 ở mức áp thấp, và khi S1 trở lại đóng kín mạch, lúc này cả Q1 và Q2 đều tắt nên cả LP1, LP2 đều không sáng.

2. Sự khác biệt giữa SCR và TRIAC

* Qua phần trên chúng ta thấy SCR là một khóa điện bán dẫn, mở bằng mức áp mòi trên cực cổng và nó có tính tự giữ. Nhưng SCR là một khóa điện đơn hướng.

* TRIAC có cấu trúc tương đương như hai SCR ghép như hình vẽ, nên TRIAC cũng là khóa điện bán dẫn, cũng có tính tự giữ, nhưng TRIAC là khóa điện song hướng, hai chiều, dòng điện có thể chảy qua TRIAC theo cả hai chiều.

Cách đo kiểm tra TRIAC, cũng làm giống như cách đo của SCR, trong cách đo TRIAC, khi Bạn đảo chiều TRIAC, và cho kích cực cổng, nó cũng sẽ vào trạng thái dẫn điện, trong khi đó thì SCR lạ không dẫn điện.

Trong bước 1: Dây đen của Ohm kế trên chân MT2, dây đỏ trên chân MT1, kim không lên, cho chân Gate chạm nhẹ vào chân MT2, kim lên, lúc này để hở chân Gate kim vẫn lên vì có tính tự giữ.

Trong bước 2: Đảo ngược TRIAC, dây đỏ của Ohm kế trên chân MT2, dây đen trên chân MT1, cho chân Gate chạm nhẹ vào chân MT1, kim lên, lúc này để hở chân gate kim vẫn lên vì có tính tự giữ.

TRIAC có 4 cách dùng, Bạn xem hình sau:

Trong 4 cách dùng này, cách 1 là nhạy nhất và cách 4 là kém nhạy nhất. Theo thứ tự: cách 1 → cách 2 → cách 3 → cách 4.

3. Dùng PSpice tìm hiểu nguyên lý làm việc của TRIAC

Trong hình này, chúng ta dùng TRIAC 2N6342, trên chân MT2 cho gắn các dãy dây đèn, các đèn thường là các bóng 5W cho mắc song song và nối thẳng vào đường nguồn 220V. Vậy khi TRIAC dẫn điện nó sẽ cấp dòng cho các dãy đèn sáng. Mạch dùng các điện trở tụ điện R4 - C2 và R5 - C1 để tạo điện áp mòi cực cổng Gate để kích mở TRIAC. Tùy theo góc mở lớn hay nhỏ mà lượng điện cấp cho các dãy đèn nhiều hay ít, chúng ta điều chỉnh các điện trở trong mạch có thể làm thay đổi mức sáng của các dãy đèn. Để hiểu rõ loại mạch này hơn, chúng ta sẽ dùng đến phần mềm PSpice để phân tích mạch.