Một số chi tiết bán dẫn có thể dùng cho các mạch đóng ngắt điện-điện tử. Đó là điôt, tiristo triac và tranzito.

Điôt (đèn 2 cực) thuộc loại chuyển mạch điện tử công suất (switching power electronics), cấu tạo từ bán dẫn kết nối loại p-n. Cực nối phía miền p gọi là anot, cực nối miền n gọi là catot. Điot có đường đặc tuyến Vôn-Ampe thể hiện trong hình 2.53,là đường cong phức tạp chia thành 3 vùng sau:

- vùng phân cực thuận (vùng mở); khi V_Đ>V_γ (V_γ=0,7V dối với silicon, 0,3V đổi với germanium), khi đó diot đóng, anod và catot trở thành mạch tương đương với nguồn điện áp ngược chiều V_γ (hình 2.53).

-vùng phân cực ngược (vùng khóa) khi V_i <V_D< V_γ, lúc dó diot hoạt động như
một mạch hở.

- vùng đánh thủng: khi V_Đ<V_D diot lại hoạt động lại như đóng mạch, với dòng diện lớn qua diot.

Điôt có thể được coi như là “van một chiều", cho phép dòng diện vào chỉ theo 1 hướng, hướng thuận (anôt sang catot). Khi có sự đối chiếu, trong mạch chỉ có dòng rò (rất nhỏ) cho đến khi diện áp tăng, vượt qua điện áp định ngược cực đại (điện áp chọc thủng), điôt có thể bị đánh thủng, Như vậy nối mạch chỉ thực hiện khi dòng điện là thuận. Hình 2.54a thể hiện chỉnh lưu qua điôt của một đòng xoay chiều, kết quả tạo nên dòng được chỉnh lưu một nửa nhờ có nửa phần dương của diện áp đầu vào.

Thông số để thiết kế cho diot /à : đòng diện max cho phép qua điot và điện áp chọc thùng v_z.

Tiristo (thyristor) là một chuyển mạch bán dẫn 4 lớp (p-n-p-n), tương tự như một điot nhưng có thêm một cổng điều khiển các trạng thái để diôt có thể đóng mạch (hình 2.55a). Hình 2.55b thể hiện đặc tuyến Vôn- Ampe của tiristo.Để tiristo đóng mạch phải thoả mãn 2 điều kiện:

• Anot và cathode được cấp diện áp thuận (tức điện áp ở anod cao hơn cathode).
• Dòng vào cổng I_c (đòng kích) phải đủ trong thời gian (thường một vài micro giây). Dòng cổng được tạo bởi xung điện áp đương ngắn, áp qua cổng và chân cathode, Lượng tối thiểu của dòng để giữ tiristo đóng mạch gọi là dòng ghim (latching curent).

Ở trạng thái không có dòng kích (tương đương với dòng tại cổng I_G bằng zero) tiristo truyền 1 dòng diện rò không đáng kể khi cấp diện áp nghịch (trừ khi hiệu diện thế ngược quá lớn, đến hàng trăm vôn, nó có thể bị đánh thủng). Khi hiệu diện thế dịch thuận, dòng vẫn giữ không đáng kể cho đến khi vượt qua điện áp chọc thủng thuận. Khi xảy ra điều này diện áp qua diôt rơi xuống mức thấp khoảng 1 4-2 V và dòng l_SCR (dòng qua thiết bị) khi đó bị giới hạn chỉ bởi điện trở ngoài trong mạch. Ngay khi được đóng mạch, tiristo giữ trạng thái như vậy cho đến khi dòng thuận giảm xuống dưới mức vài miliampe. Điện áp tại đó xuất hiện trạng thái chọc thủng thuận được quyết định bởi đòng kích tại cổng, dòng kích càng cao thì điện áp chọc thủng thuận càng thấp.

Không như diot, chỉ có thể chính lưu điện áp đầu vào AC thành điện áp trung bình DC (hình 2.54a), tiristo có thể được dùng để tạo chỉnh lưu có điều khiển, loại có thể chỉnh các nguồn AC và điều chỉnh điện áp trung bình DC đầu ra bằng điều chỉnh thời gian phát đòng/ điện áp cổng (hình 2.54b)

Thông số thiết kế tiristo là: .điện áp chọc thủng ngược, dòng ghim, đòng và điện áp làm việc max. của tiristo.

Triaxêta (triac) hoạt động tương tự như tiristo và tương đương với cặp tiristo mắc song song ngược chiều nhau trong cùng 1 vi mạch (chip). Triac có thể dẫn đòng diện thuận hoặc ngược. Hình 2.56 mô tả đặc tính của triac.

Hình 2.57 mô tả ảnh hưởng khi một điện áp xoay chiều hình sin chạy qua tiristo a) và triac b). Trạng thái khoá xẩy ra khi điện áp đạt giá trị chọc thủng, lúc đó điện áp thiết bị giữ ở mức thấp. Thiết bị như vậy có thể sử dụng cho mục đích điều khiển. Hình 2.58 minh hoạ tiristo được dùng để điều khiển 1 diện áp DC. Trường hợp này tiristo hoạt động như một công tắc, sử đụng cổng dể đóng/ngắt thiết bị. Bằng sử dụng tín hiệu xoay chiều tại cổng, diện áp cấp có thể được chia nhỏ, như vậy giá trị trung bình của điện áp đầu ra DC có thể thay đổi, do đó điều khiển được.

Tranzito lương cực (bipolar transistor) là thiết bị 3 lớp p-n-p hoặc n-p-n, có 3 cực nối với 3 lớp gọi là : emitơ (C), colectơ (E) và basơ (B). về nguyên tắc có thể lấy 2 trong số 3 cực của tranzito làm đầu vào, cực thứ 3 còn lại cùng với một cực đầu vào làm đầu ra (như vậy luôn có một cực chung cho cả đầu vào và đầu ra). Để sử dụng khuếch đại công suất, chỉ có 3 cách mắc, chung emitơ, chung coletơ hoặc chung basơ được sử dụng. Transitor lưỡng cực có thể hoạt động ở 3 vùng : ngắt (cuttoffy, tranzitor hoạt động như một mạch hở, tuyến tính tích cực (active linear): tranzitor hoạt động như một khuếch đại dòng và bảo hoà (saturator): mạch đóng. Nhìn chung tranzito dược dùng như các dòng ngắt - hình 2.59. Khi không có điện áp đầu vào V_vào), tại đầu ra xuất gần như toàn bộ điện áp V_cc. Khi điện áp đầu vào đủ lớn, tranzito sẽ chuyển mạch để điện áp V_cc xuất hiện tại đầu ra rất bé.

Cơ điện tử, các thành phần cơ bản,TS.Trương Hữu Trí, TS.Võ Thị Ry