Với những người mới bắt đầu tìm hiểu về điện tử, khái niệm SCR (Silicon Controlled Rectifier) có thể còn khá mới mẻ. Vậy SCR là gì và nó hoạt động như thế nào? Hãy cùng Sen Tây Hồ khám phá chi tiết về linh kiện bán dẫn này trong bài viết dưới đây.
SCR Là Gì?
Định nghĩa
SCR (Silicon Controlled Rectifier), còn được gọi là Thyristor, là một linh kiện bán dẫn ba cực hoạt động như một khóa điện tử có điều khiển. Thyristor được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử điều khiển.
Một Thyristor có ba cực: Anode (A), Cathode (K) và Gate (G). Thyristor chỉ cho phép dòng điện chạy từ Anode sang Cathode khi có một dòng điện kích thích vào cực Gate.
Đặc tính của SCR
SCR sở hữu nhiều đặc tính quan trọng, bao gồm:
- Khả năng làm mát hai mặt, giúp tản nhiệt hiệu quả.
- Cổng khuếch đại, tăng cường khả năng điều khiển.
- Sử dụng công nghệ khuếch tán hoàn toàn với gói gốm kiểu viên nang, đảm bảo độ bền và độ tin cậy cao.
Ứng dụng của SCR
SCR được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Công tắc AC/DC, chỉnh lưu pha điều khiển: SCR được sử dụng để chuyển đổi và điều khiển dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC).
- Điều khiển động cơ DC và AC, bộ chỉnh lưu được điều khiển: SCR cho phép điều khiển tốc độ và hướng của động cơ điện.
- Truyền tải điện cao áp: SCR đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và bảo vệ hệ thống truyền tải điện cao áp.
- Hoạt động và phản ứng ngược: SCR có khả năng hoạt động trong cả hai chiều dòng điện, giúp bảo vệ mạch điện khỏi các sự cố.
Thyristor thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi điện áp và dòng điện lớn, đặc biệt là để điều khiển dòng điện xoay chiều (AC). Sự thay đổi cực tính của dòng điện AC cho phép thiết bị tự động đóng (quá trình Zero Cross – đóng cắt đầu ra tại lân cận điểm 0 của điện áp hình sin).
Ứng dụng của SCR trong mạch điện tử
Cấu Tạo của SCR
Thyristor có thể được xem như tương đương với hai bóng bán dẫn BJT (Bipolar Junction Transistor) gồm một BJT loại NPN và một BJT loại PNP ghép lại với nhau.
Về cấu trúc vật lý, Thyristor bao gồm bốn lớp bán dẫn P-N ghép xen kẽ, tạo thành ba cực:
- G (Gate): Cực điều khiển, dùng để kích hoạt Thyristor.
- K (Cathode): Cực âm, nơi dòng điện đi ra.
- A (Anode): Cực dương, nơi dòng điện đi vào.
Khi dòng điện cung cấp cho cực Gate càng lớn, điện áp cần thiết để Thyristor dẫn điện càng nhỏ, tức là Thyristor càng dễ dàng chuyển sang trạng thái dẫn điện.
Các Thông Số Kỹ Thuật Quan Trọng của SCR
Để hiểu rõ hơn về hoạt động của SCR, cần nắm vững các thông số kỹ thuật sau:
Thời gian tắt (Turn-off Time)
Theo nguyên lý hoạt động, Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích. Để chuyển Thyristor từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng, cần phải đưa dòng điện kích IG về 0 và điện áp VAK (điện áp giữa Anode và Cathode) về 0. Thời gian để VAK = 0 phải đủ dài để Thyristor có thể tắt hoàn toàn. Nếu VAK tăng lên quá nhanh, Thyristor sẽ dẫn điện trở lại. Thời gian tắt của Thyristor thường nằm trong khoảng vài chục micro giây (µs).
Thời gian mở (Turn-on Time)
Thời gian mở là khoảng thời gian cần thiết hoặc độ rộng của xung kích để Thyristor chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn. Thời gian mở thường ngắn hơn thời gian tắt, khoảng vài micro giây (µs).
Dòng điện kích cực tiểu (IGmin)
Để Thyristor có thể dẫn điện khi điện áp VAK thấp, cần có một dòng điện kích thích vào cực Gate. Dòng điện kích cực tiểu (IGmin) là giá trị dòng điện kích nhỏ nhất đủ để điều khiển Thyristor dẫn điện. Giá trị IGmin phụ thuộc vào công suất của Thyristor: Thyristor có công suất càng lớn thì IGmin càng lớn. Thông thường, IGmin nằm trong khoảng từ 1mA đến vài chục mA.
Điện áp ngược cực đại (VRRM)
Điện áp ngược cực đại là điện áp ngược lớn nhất có thể đặt giữa Anode và Cathode mà Thyristor chưa bị đánh thủng. Nếu vượt quá giá trị này, Thyristor sẽ bị phá hủy. Điện áp ngược cực đại của Thyristor thường nằm trong khoảng từ 100V đến 1000V.
Dòng điện thuận cực đại (IFRM)
Dòng điện thuận cực đại là giá trị lớn nhất của dòng điện có thể chạy qua Thyristor liên tục mà không gây hư hỏng. Khi Thyristor đã dẫn điện, điện áp VAK thường rất nhỏ (khoảng 0,7V), do đó dòng điện thuận qua Thyristor có thể được tính theo công thức: I = (Vguồn – 0.7) / R, trong đó R là điện trở của mạch.
Kết luận
Qua bài viết này, Sen Tây Hồ hy vọng bạn đã hiểu rõ hơn về SCR (Thyristor), bao gồm khái niệm, đặc trưng, ứng dụng, cấu tạo và các thông số kỹ thuật quan trọng. Việc nắm vững kiến thức về SCR sẽ giúp bạn tự tin hơn trong việc thiết kế và sửa chữa các mạch điện tử.