B
B
À
À
I
IG
G
I
I
Ả
Ả
N
N
G
G

T
T
h
h
ự
ự
c
c

Ô
Ô
N
N
G
GS
S
U
U
Ấ
Ấ
T
TL
L
Ư
Ư
U
UH
H
À
À
Đ
Đ
Ạ
Ạ
I
IH
H
Ọ
Ọ
C
CC
C
Ô
Ô
N
N
G
GN
N

O
O
A
AC
C
Ô
Ô
N
N
G
GN
N
G
G
H
H
Ệ
ỆĐ
Đ
I
I

-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-

24V
AC
A
B
A
B
220V
AC

MỤC LỤC

Bài thí nghiệm số 1: Linh kiện điện tử công suất 1

Bài thí nghiệm số 2: Các phương pháp điều khiển 11

Bài thí nghiệm số 3: Chỉnh lưu công suất 24

Bài thí nghiệm số 4: Biến đổi điện áp xoay chiều 33

Bài thí nghiệm số 5: Biến đổi điện áp một chiều 39 Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
1

Do hiệu ứng khuếch tán các phần tử tải điện cơ bản giữa 2 miền , tại lớp tiếp xúc
(phần truyền) sẽ hình thành 1 hiệu điện thế tiếp xúc , tạo ra từ trường E để ngăn ngừa
sự khuếch tán tiếp tục của các phần tử tải điện cơ bản . Kết quả là ở trạng thái cân
bằng , ở ranh giới tiếp xúc tạo ra vùng nghèo các phần tử tải điện.
Khi đặt vào diode một điện trường ngoài ( U ) , trạng thái cân bằng bị phá vỡ , nếu
nối điện thế ngoài theo chiều dương + với Katod và chiều âm – nối với Anod của
diode , sẽ tạo ra điện trườn ngoài cùng chiều với điện thế tiếp xúc, điện trường tổng
cộng sẽ làm tăng hàng rào điện thế , làm vùng nghèo được mở rộng .Vùng nghèo của
lớp tiếp xúc khôn cho phép các phần tử tải điện chuyển qua phần truyền và dòng qua
phần truyền chỉ là dòng điện rò ( dòng rỉ )
Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
2
P
N
A
K
U
A
K

Nối điện thế ngoài theo chiều + với Anod và – với Katod của diode , điện
trường ngoài sẽ ngược chiều với điện trường của điện áp tiếp xúc , điện trường tổng
cộng sẽ làm giảm hàng rào điện thế , cho phép các phần tử tải điện dịch chuyển qua
vùng tiếp xúc và tạo ra dòng điện qua diode. Trên hình 1b mô tả đặc tuyến volt-ampe
của diode tương ứng với quá trình mô tả trên .Ứng với nhánh phân cực ngược dòng rĩ
là hông đáng kể , song nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.
Diode công suất làm việc với dòng thuận lớn vì vậy đòi hỏi chế độ giảm nhiệt

với cực + và Katod với cực – của nguồn một chiều thì J1 , J3 được phân cực thuận và
J2 được phân cực nghịch . Kế quả là toàn bộ điện thế nguồn đặt lên lớp tiếp xúc J2.
Nếu tác động vào cực Gate một điện thế dương so với Katod sẽ làm cho các
phần tử tải điện cơ bản của N2 ( điện tử ) chảy sang P2 , một phần điện tử chảy vào
cực Gate ( tạo thành dòng điều khiển , đa số các phần tử còn lại chịu lực hút của điện

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
3
trường tổng hợp trên J2 và chuyển động qua J2 . Nhận năng lượng đủ lớn của điện
trường tổng cộng , các điện tử sẻ bị Ion hóa các nguyên tử bán dẫn tạo ra các lớp điện
tử mới ( điện tử thứ cấp ) . Các điện tử thứ cấp lại nhận năng lượng và gây Ion hóa tiếp
theo . Kết quả là tạo ra một thác lũ điện tử trong lớp tiếp xúc J2 chảy vào N1 , sau đó
qua cưc P1 và tới cực Anod tạo thành dòng qua Thyristor . Thy ris tor làm việc trong
chế độ này là chế độ mở , có điện trở thuấn nhỏ và dòng dẫn lớn nhất . Khi Thyristor
đã mở ( dẫn ) thì tín hiệu điều khiển trở nên mất tác dụng.
Trong trường hợp không có tín hiệu điều khiển ở cực Gate hiện tượng thác lũ
như trên vẫn có thể xãy ra khi tăng điện thế U đặt lên Thyristor. Khi điện thế U đủ lớn
( U>Umồi ) các điện tử nhận đủ năng lượng để gây ra quá trình Ion hóa do va chạm ,
làm mở Thyristor trong trường hợp này hoạt động của Thyristor gần giống như hoạt
động của đèn Neon.
Để đưa Thyristor rở về trạng thái khóa , cần tiến hành theo 2 cách như sau :
_ Giảm dòng dẫn I xuồng giá trị duy trì trạng thái dẫn .
_ Đảo chiều điện hế phân áp U hoặc tạo điện thế phân cực ngược cho Thyristor.
Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor đang dẫn ( Anod nối – và Katod nối + ) 2
lớp tiếp xúc J1 và J3 bị phân cực ngược , J2 được phân cực thuận . Các điện tử đang
hiện diện trong Thyristor sẻ đảo chiều hành trình tạo dòng điện ngược từ Anod về
Katod và về cực – của nguồn. Tại thời điểm chuyển từ mở sang cấm dòng điện này
khá lớn , sau đó khi J1 và J3 bị cấm , các điện tử giữa chúng sẽ dần bị tiêu tán , cấu
trúc phần truyền của Thyristor được khôi phục trở lại , Thyristor chuyển sang trạng
thái cấm với dòng đi qua nó nhỏ lại . Quá trình thay đổi dòng qua Thyristor từ mở sang

Thyristor hỏng .
Khi đặ vào Thyristor điện thế xoay chiều , Thyristor chỉ làm việc với bán kỳ
dương mà không làm việcở bán kỳ âm của điện thế nuôi. Ở bán kỳ âm thyristor sẽ tự
động chuyển về chế độ cấm do có sự đảo chiều điện thế của nguồn cung cấp. Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
4
3. TRIAC ( Triode Alternative Current )
Như đã trình bày ở trên , Thyristor là linh kiện chỉ mở khi phân cực d8iện áp
U
A-K
dương . Nếu như ghép 2 Thyristor song song ngược chiều nhau , có thể điều
khiển mở được 2 chiều âm va dương .Trong trường hợp này cần phải có 2 tín hiệu
điều khiển đồng bộ với nhau nên gây chút khó khăn . Do đó để khắc phục vấn đề này
gnười ta chế tạo ra 1 linh kiện đó là TRIAC . TRIAC là linh kiện tương đương 2
Thyristor ghép song song nhưng ngược chiều nhau và có chung 1 cực điều khiển . T2
T1
G
N3
P1
N1
P2
N2 P1
N1
P2
N2

Transistor MOS công suất thực chất là transistor trường hay còn gọi là FET (
Field Effect Transistor ) tuy nhiên FET công suất thường được chế tạo bằng công nghệ
MOS ( Metal-Oxide-Semiconductor ) nên thường gôi là MOSFET công suất.
MOSFET công suất là 1 linh kiện chuyển mach điện tử nhanh và công suất lớn .
Cấu trúc MOSFET có các cực chính là : Drain (máng) , Source (nguồn) và cực
khiển Gate (cực cửa) . Khác với transistor lưỡng cực thông thường , khi điện áp giữa
cực Gate và cực Source có giá trị là 0
V
thì MOSFET khôn dẫn cho dù điện thế giữa 2
cực đạt đến giá trị vài trăm Volt.
Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
5
C. Đặc Điểm Sử Dụng Transistor Lƣỡng Cực, MOSFET, Thyristor

Do đặc điểm làm việc chịu đựng điện áp cao , dòng lớn , các đặc tính cách điện
cao khi ngắt và điện trở dẫn nhỏ , khả năng chuyển mạch nhanh , dễ ghép với sơ đồ
điện tử , ……. Các linh kiện Điện Tử Công Suất được ứng dụng rọng rải thay cho các
chuyển mạch tiếp điểm.
Việc lựa chọn linh kiện nào cho từng ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào các trị số
giới hạn , các tổn hao , thời gian chuyển mạch nhanh hay chậm , giá thành, …
Thyristor có trị số giới hạn về dòng điện và điện áp là cao nhất , tổn hao nhỏ ,
giá thành tương đối .Tuy nhiên Thyristor có thời gian chuyển mạch chậm vì vậy chỉ
thích hợp cho các mạch sơ đồ biến đổi điện áp lưới ( có tần số 50Hz hoặc 60Hz ) như
các bộ chỉnh lưu, biến đổi điện áp xoay chiều , nghich lưu biến tần với tần số thấp
(thường < 250Hz).
Đối với các sơ đồ nghịch lưu ần số cao ( > 15KHz ) thì sử dụng MOSFET thích
hợp hơn . Ở dãy tần 20KHz – 100KHz , transistor lưỡng cực thường được sử dụng vì

thông thường. Dòng điện kích đóng được tăng đến giá trị I
GM
và sau đó giảm xuống
đến giá trị I
G
. Điểm khác biệt so với yêu cầu xung kích đóng SCR là dòng kích i
G
phải
tiếp tục duy trì trong suốt thời gian GTO dẫn điện.

Hình 7: cấu tạo và nguyên tắt đóng ngắt GTO

Hình 8 Đặc tính đóng ngắt Hình 9 Quá trình thay đổi trạng thái đóng ngắt của GTO
Để kích ngắt GTO, xung dòng điện âm lớn được đưa vào cổng G – cathode với
độ dốc (di
GQ
/dt) lớn hơn giá trị qui định của linh kiện, nó đẩy các hạt mang điện khỏi
cathode, tức ra khỏi emitter của transistor pnp và transistor npn sẽ không thể hoạt
động ở chế độ tái sinh. Sau khi transistor npn tắt, transistor pnp còn lại sẽ hoạt động

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
7
với cổng kích đóng ở trạng thái mở và linh kiện trở về trạng thái không dẫn điện.
Tuy nhiên, dòng điện yêu cầu mạch cổng G để tắt GTO có giá trị khá lớn.
Trong khi xung dòng điện cần đưa vào cổng để kích đóng GTO chỉ cần đạt giá trị
khoảng 3-5%, tức khoảng 30A với độ rộng xung 10µs đối với loại linh kiện có dòng
định mức 1000A thì xung dòng điện kích cổng để ngắt GTO cần đạt đến khoảng 30-

ngược của lớp J
3
(khoảng dưới 15V). Tuy nhiên, bù lại, cấu tạo của nó cho phép đạt
được khả năng chịu áp khóa và dòng điện lớn cũng như khả năng giảm sụt áp khi dẫn
điện và nó thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tần số đóng ngắt lớn nhưng không cần
khả năng chịu áp ngược cao (chẳng hạn các bộ nghịch lưu áp).
Để tăng cường hiệu quả sử dụng, các GTO còn được chế tạo với diode ngược
tích hợp trong linh kiện (reverse conducting GTO Thyristor hoặc asymmetric GTO).
Cấu tạo linh kiện gồm phần GTO có anode đối xứng và phần gọi là diode phục hồi
nhanh (fast recovery diode), cho phép linh kiện dẫn dòng điện ngược mà không cần
lắp đặt diode ngược ở ngoài linh kiện, làm giảm kích thước và khối lượng mạch điện
sử dụng GTO
Linh kiện GTO cần phải có mạch bảo vệ. Quá trình ngắt GTO đòi hỏi sử dụng
xung dòng kích đủ rộng. Điều này dẫn đến thời gian ngắt dài, khả năng di/dt và dv/dt

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
8
của GTO thấp. Vì thế, cần phải giới hạn các trị số hoạt động không vượt quá giá trị an
toàn trong quá trình ngắt GTO.

2. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
IGBT là linh kiện kết hợp giữa đặc tính tác động nhanh và công suất lớn của
Transistor lưỡng cực với tổng trở ngã vào và chịu điện thế điều khiển lớn ở cực cổng
của MOSFET. Cấu tạo , kí hiệu và sơ đồ tương đương có dạng như hình 10

Hình 10 : Cấu tạo, hình dạng và sơ đồ tương đương của IGBT

E. Khảo Sát Đặc Tính Của Diode, SCR và TRIAC
I. Khảo sát DIODE công suất :
1. Nối nguồn +12V qua tải bóng đèn và diode như hình 11a để mắc phân cực ngược

E
G
D
S
pn
p
np
n

Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
9
4. Nối nguồn ~ 24V qua tải motor và diode như hình 12b . Sử dụng dao động ký để
quan sát tín hiệu trên tải motor.
5. Trên cơ sở nguyên tắc hoạt động của diode , giải thích nguyên tắc hoạt động của sơ
đồ hình 11 và hình 12. Giải thích sự khác nhau giữa 2 dạng tín hiệu trên tải cảm (
motor ) và tải trở ( bóng đèn ) 24
VAC
D
Hinh a
24
VAC
D
Hinh b
A AB B
M

Hình 12 : Diode được phân cực bằng nguồn xoay chiều

122
TAÛI

Hình 13 : Sơ đồ khảo sát Thyristor
Bài TN số 1: Linh kiện điện tử công suất
10

III. Khảo sát TRIAC :
1. Lối nguồn +12V qua tải bóng đèn và TRIAC như hình 14 . Cấp nguồn ±12V cho
sơ đồ kích một chiều . Nối ngã ra của bộ kích DC với cực Gate của TRIAC.
2. Chỉnh biến trở P1 của bộ kích DC cho đến khi đèn phát sáng ( chú ý chỉnh chậm ).
Đo điện thế và dòng điều khiển . Chỉnh ngược biến trở và giải thích tại sao đèn không
tắt.
3. Chỉnh biến trở P1 trở về trạng thái ban đầu . Dùng dây dẫn nối tắt 2 đầu T2 và T1 ,
sau đó trả lại trạng thái như cũ . Thực hiện lại các bước vài lần .
4. Thay đổi nguồn phân cực cho bóng đèn và cho TRIAC bằng nguồn ~24V . Lập lại
thí nghiệm trên . Quan sát tín hiệu trên tải theo giá trị điện áp ra khi chỉnh biến trở P1.
5. Lập lại các bước trên vài lần .Giải thích nguyên tắt hoạt động của TRIAC.
OUT
741
V
V
R1
3K3
R2
3K3
VR


Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển
11 BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 2

CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG
1. Thiết bị thực tập cho điện tử công suất PE-501 , PE-502 và PE-503 và các bảng
chức năng :
_ Bảng nguồn , cầu dao tự động , cầu chì, đèn báo nguồn , tải đèn , tải motor
_ Bảng chúa linh kiện công suất .
_ Bảng chứa bộ liên kết quang , bộ liên kết biến thế xung , nguồn kích DC.
_ Bảng chứa mạch phát UJT, mạch phát xung 555. mách dao động đa hài .
_ Bảng mạch tạo xung đồng bộ điều khiển SCR, Triac.
_ Bảng chứa mạch điều khiển bằn IC 785.
2. Dao động ký 2 tia ( Oscilloscope ), đồng hồ VOM .
3. Phụ tùng là dây cắm 2 đầu.

B. CÁC BÀI THỰC TẬP

PHẦN I : Phƣơng Pháp Điều Khiển Toàn Pha

*** Nhiệm vụ
Phương pháp điều khiển toàn pha thực chất là điều khiển on-off, điều náy có
nghĩa là các linh kiện công suất phải được điều khiển hoạt động giống như 1 khóa
đóng ngắt. Trong phương pháp này nhiệm vụ chủ yếu của nguồn kích là phải đãm bảo

TIP
122
V
V
OUTHình I.1 Sơ đồ kích điều khiển toàn pha

2. Sử dụng đồng hồ , hoặc dao động ký để xac định điện áp ngã ra.
3. Chỉnh biến trở P1 theo các giá trị trên Bảng nhận xét , ghi nhận giá trị điện thế
ngã ra .

Thế ra P1
-4 V
-3V
-2 V
-1 V
0 V
1 V
2 V
3 V
4 V
Thế tại lối ra

4. Sử dụng đồng hồ đo xác định điện áp ngã ra OUT so với GND . Chỉnh biến trở
P1 sao cho đèn ( tải ) vừa sáng . Ghi nhận lại giá trị điện áp ngã ra tại thời điểm
đó .
5. Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng trên 2 đầu tải .
6. Chỉnh biến trở P1 để giảm điện áp ngã ra OUT .
7. Quan sát hoạt động của tải , điện áp ra OUT . Nhận xét kết quả và nguyên tắt
điều khiển toàn pha.Vẽ dạng sóng tải.
III. Sơ đồ điều khiển toàn pha có cách ly:
1. Cấp nguồn + 12V cho sơ đồ liên kết quang , nối mass cho sơ đồ.
2. Tạo sơ đồ công suất như hình I.3 . Cấp nguồn 24Vac cho sơ đồ.
3. Các ngã ra OUT –PUT nối theo yêu cầu sao .
_ OUT 1 nối với cực Anod của SCR.
_ OUT 2 nối với cực Gate của SCR.
_ OUT 3 nối với cực Katod của SCR.
GND
24 V ac
R1
D
R2
OUT 3
OUT 2
VR
12Vdc
OUT 1Hình I.3 Sơ đồ điều khiển toàn pha có cách ly

VR-P1
C1
C2
OUT
TP1
555
4 8
7
6
2
5 1
IC
R 1
D 1
R 2
OUT 3
COM
OUT 2
INPUT
24 V ac
OUT 1

Hình II.1 Mạch kích không đồng bộ bằng xung vuông.

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển
15

_ Cấp nguồn và mass cho mạch dao động 555.
_ Tạo sơ đồ công suất như hình.
_ Ngã ra của mach 555 nối với ngả vào của bộ liên kết quang ( OUT nối với IN ,

Dz
12 V
OUT-PUT
12 V
IN 2
R1
C1
R2
C2
D1
T1
T2
D2
R3
R4
D3
OUT
1
OUT
2
IN 1
24 V ac
A 1
B 1Hình II.2 : Sơ đồ Kích Không Đồng Bộ Bằng Xung Nhọn Kích SCR

1. Sử dụng các sơ đồ như hình II.2
_ Cấp nguồn + 12 V và mass cho mạch tạo xung UJT. Lúc này mạch làm việc ở

12V
IN 2
R1
C1
R2
C2
D1
T1
T2
D2
R3
R4
D3
OUT
1
OUT
2
IN 1
24 V ac

Hình II.3 : Sơ đồ Kích Không Đồng Bộ Bằng Xung Nhọn Kích Triac

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển
18
PHẦN III: Điều Khiển Đồng Bộ Theo Kỹ Thuật Dịch Pha
**** Nhiệm vụ
Khảo sát các nguyên tắt kích đồng bộ, các yêu cầu của 1 mạch kích đồng

_ Cấp nguồn xoay chiều ~ 24 Vac cho ngã vào bộ phát xung UJT. Khi đó điện thế
cấp cho mạch dao động có dạng xung đồng bộ với tín hiệu xoay chiều do điện thế
ngã ra của mạch chỉnh lưu không có bộ lọc.
_ Tạo sơ đồ mạch công suất như hình . Nguồn cung cấp cho mach công suất đồng
thời là nguồn cung cấp cho cầu chỉnh lưu.
2. Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu ra của mạch cầu và tín hiệu ra của mạch
tạo xung . Vẽ lại dạng sóng và so sánh đặc điểm của 2 dạng sóng này. Nhận xét.

3. Thay đổi biến trở P1 quan sát tín hiệu ra của mạch UJT . So sánh với tín hiệu
ban đầu và tín hiệu xoay chiều.

Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển
19

4. Tác động tín hiệu kích cho mạch công suất bằng cách kết nối theo yêu cầu :
_ A1 nối với cực Gate.
_ B1 nối với Katod.
5. Thay đổi biến trở P1 , sử dụng dao động ký quan sát dạng sóng trên tải nhiều
chu kỳ liên tiếp. Giải thích nguyên tắt hoạt động của chế độ đồng bộ. II. Điều khiển đồng bộ bằng phƣơng pháp điều khiển tuyến tính :
1. Cấp nguồn +12V và mass cho sơ đồ hình III.2 . Cấp tín hiệu ~ 24 Vac cho ngã
vào của mạch kích.
2. Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng tại các điểm đo TP1, TP2, TP3, TP4,
CT1, CT2 . Vẽ lại dạng sóng va nhận xét nguyên tắt hoạt động của mạch.
3. Diều chỉnh biến trở P1 .Xác định dạng sóng tại 2 ngã ra OUT1 và OUT2 bắng
cách sử dụng 2 tia của dao động ký .Nhận xét dạng sóng của 2 ngã ra.
4. Tạo mạch công suất đơn giản như hình III.3a . Tác động xung kích từ mạch
kích đồng bộ theo các bước sau :
Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển
21 R1-2K2
D1
4007

100K
C5-104
C6-104
P3
100K
4
12
12 5 3 11 13 16
1415
IC3
CD4528
3
2
1
5
6
7
2A
TL082
2B
TL082
R11-10K
C7-220p
R12-10K
C8-220p
24V
AC
TF1
TP1
TP4

R10-5K6
12V
12V
12V
12V
C9-474C10-474
6
10Hình III.2 : Sơ đồ kích xung đồng bộ bằng phƣơng pháp tuyến tính
Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển
22

PHẦN IV: ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG TCA785
**** Nhiệm vụ
Khảo sát mạch kích sự dụng IC chuyên dụng TCA785. Quan sát và nhận xét
nhiệm vụ của từng chân linh kiện .

**** Các bƣớc thực hiện
1. Cấp nguồn +12V và mass cho sơ đồ hình IV.1 . Cấp tín hiệu ~ 24 Vac cho ngã
vào của mạch kích.
2. Sử dụng dao động ký xác định dạng sóng tại các điểm đo ngã vào , ngã ra của
IC, tín hiệu tại chân 9 và 10 để xem đồng bộ. Vẽ lại dạng sóng và nhận xét
nguyên tắt hoạt động của mạch.
3. Điều chỉnh biến trở P1 .Xác định dạng sóng tại 2 ngã ra OUT1 và OUT2 bắng
cách sử dụng 2 tia của dao động ký .Nhận xét dạng sóng của 2 ngã ra.

OUT2
24V
AC
A
B
A
B

Hình IV.1: Sơ đồ TCA785
7. Thay đổi biến trở P1 , sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu trên tải . vẽ lại
dạng sóng tại 1 thời điểm bất kỳ.
8. Ghép 2 tín hiệu kích và thực hiện các bước tương tự để quan sát dạng sóng tải ở
chế độ điều khiển toàn kỳ Bài TN số 2: Các phương pháp điều khiển
23
24 V ac
24 V ac

a) b)
Hình IV.2 Sơ đồ mạch công suất

PHẦN V: ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PWM
**** Nhiệm vụ
Tìm hiểu phương pháp kích không đổng bộ, bằng phương pháp PWM, thường
được sử dụng trong các bộ Inverter 1pha-3pha.

**** Các bƣớc thực hiện
1. Cấp nguồn +12V và mass cho sơ đồ hình V.1 . Cấp tín hiệu ~ 24 Vac cho ngã

2
A 1
B 1
IN
COM
TP1
R5
TP3Hình V.1 : Sơ đồ Kích bằng phƣơng pháp PWM