Có nên dùng bjt điều khiển động cơ

 Transistor là một trong những linh kiện điện tử được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Từ những chiếc điện thoại, máy tính đến các loại máy móc hiện đại trong đời sống và công nghiệp. Và để biết tại sao transistor lại quan trọng dến vậy chúng ta hãy cùng tìm hiểu transistor là gì? Cấu tạo, công dụng, phân loại, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của transistor.

Mục Lục

• 1. Transistor là gì? BJT là gì?
• 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của transistor BJT
  • 2.1 Cấu tạo và ký hiệu của transistor
  • 2.2 Nguyên lý hoạt động của transistor (npn)
• 3. Đặc tính V-A của transistor trong mạch E chung
• 4. Điểm điều hành và đường thẳng lấy điện một chiều
• 5. Điều khiển transistor
  • 5.1 Mạch kích transistor
  • 5.2 Cách ly mạch điều khiển bằng biến áp xung
  • 5.3 Cách ly mạch điều khiển bằng opto quang
• 6. Một số mạch ứng dụng thực tế của transistor
  • 6.1 Transistor điều khiển rơ le
  • 6.2 Transistor điều khiển động cơ

1. Transistor là gì? BJT là gì?

Transistor là một linh kiện điện tử gồm 3 điện cực có khả năng khuếch đại dòng, điện áp hay công suất. Nguyên lý cơ bản của Transistor đó là điện áp giữa 2 cực của nó điều khiển cường độ dòng điện của cực thứ 3.

Có 2 loại Transistor: Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor – BJT) và Transistor trường (Field Effect Transistor – FET). Mỗi loại transistor có một ưu điểm và đặc tuyến riêng và do đó được ứng dụng trong những phạm vi riêng. Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu về các loại Transistor trong các bài viết tiếp theo.

Sơ đồ phân loại được trình bày như hình bên dưới:

Transistor (BJT) là gì?

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của transistor BJT

2.1 Cấu tạo và ký hiệu của transistor

Transistor có hai lớp PN, các lớp PN giữa từng điện cực được gọi là lớp Emitter J1 và lớp Collector J2. Mỗi lớp có thể được phân cực theo chiều thuận hoặc nghịch dưới tác dụng của điện thế ngoài. Có 2 kết cấu đặc trưng là NPN và PNP nhưng loại NPN được sử dụng rộng rãi hơn.

Transistor có 3 chân: Emitter (cực phát), Base (cực gốc) và Collector (cực góp). Sự dịch chuyển của dòng Collector IC bị ảnh hưởng rất lớn của dòng kích IB, hiện tượng này tạo thành tính chất cơ bản được sử dụng nhiều của transistor.

Cấu tạo của transistor là gì

Trong lĩnh vực điện tử công suất, transistor BJT được sử dụng như công tắc (khóa) đóng cắt mạch điện và phần lớn được mắc theo dạng mạch có E chung. Trên điện cực B, E là điện áp điều khiển UBE. Các điện cực C, E được sử dụng làm công tắc đóng mở mạch công suất. Điện thế điều khiển phải tác dụng tạo ra dòng IB đủ lớn để điện áp giữa cổng CE đạt giá trị bằng 0 (UCE ―> 0)

2.2 Nguyên lý hoạt động của transistor (npn)

Khi ta đặt một điện áp vào hai cực B, E thì sinh ra dòng diện đi từ nguồn qua cực B về cực E (dòng điện IB). Lúc này hai cực CE hoạt động như một chiếc van, tùy theo giá trị dòng điện IB mà cho phép dòng điện đi từ cực C về cực E. Khi transistor đạt bão hòa thì CE như một công tắc đóng (UCE khoảng 0,7V).

Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch dùng transistor npn

Dòng IC phụ thuộc vào dòng ngỏ vào IB theo một hệ số khuếch đại của từng transistor:

IC = β.IB

Và người ta đã chứng minh được:

IE = IB+IC

Do IB rất nhỏ so với IC nên ta có:                                 IE ≈ IC

Các bạn có thể tham khảo video cấu tạo, công dụng và chi tiết nguyên lý hoạt động của transistor



3. Đặc tính V-A của transistor trong mạch E chung

Ta thấy transistor có 3 vùng hoạt động: vùng bảo hòa, vùng tác động và vùng ngưng.

Đặc tính V-A của transistor là gì

+ Vùng ngưng: Khi IB = 0 thì transistor rơi vào vùng ngưng. Dòng IC có giá trị nhỏ không đáng kể đi qua transistor và tải.

+ Khi transistor hoạt động trong vùng bão hòa, transistor sẽ đóng nên UCE là nhỏ nhất. Và khi tăng giá trị IB thì dòng điện IC hầu như không thay đổi.

+ Vùng tác động: là vùng mà transistor hoạt động ở chế độ khuếch đại tín hiệu. Mối quan hệ giữa hai đại lượng UCE và IC phụ thuộc vào tải và dòng IB.

Hệ số khuếch tại một điểm làm việc gọi là hFE hay β được xác định bằng công thức:

hFE = β = IC/IB

Hệ số HFE xác định tốc độ của đường thẳng đi qua góc tọa độ và điểm làm việc trên đặc tính chuyển đổi.

Trong mạch công suất, để transistor thực hiện chức năng đóng/ngắt như một công tắc, phải đảm bảo các transistor đều được bão hòa. Trong tính toán ta dùng hệ số khuếch đại bão hòa HFESAT cho các điểm làm việc trong vùng bão hòa. Đồng thời chọn hệ số an toàn kS = 2 – 5 để việc kích đóng an toàn khi xét đến các ảnh hưởng khác làm thay đổi thông số transistor. Khi đó ta có:

IB = (kS . IC)/HFESAT

Các transistor công suất lớn có hệ số hFE chỉ khoảng 10 – 20. Do đó, để giảm bớt dòng kích IB (tức tăng hFE) có thể ghép nối tiếp các transistor công suất theo cấu hình Darlington. Nhược điểm của cấu hình Darlington là độ sụt áp UCE chế độ đòng của transistor bị tăng lên và tần số đòng cắt bị giảm.

Transistor ghép darlington là gì

4. Điểm điều hành và đường thẳng lấy điện một chiều

Ta xét một sơ đồ mạch như trong hình bên dưới với cực nền (B) chung

Để xác định điểm điều hành Q và đường thẳng lấy điện một chiều người ta dùng 2 bước

+ Mạch ngõ vào:

VBE + RE.IE – VEE = 0

=> IE = (VEE – VBE)/RE

Chú ý VBE = 0,7V với BJT là chứa bán dẫn Si và VBE = 0,3V với BJT là Ge

Từ đó thu được dòng điện cực thu IC => IC ≈ IE

+ Mạch ngỏ ra:

VCB – VCC +IC.RC = 0

=> IC = (VCC-VCB)/RC (1)

Đây là phương trình đường thẳng lấy điện một chiều (điện tỉnh). Trên đặc tuyến, giao điểm của đường thẳng lấy điện IE tương ứng của đặc tuyến chính là điểm điều hành Q.

Ta vẽ đường (1) như sau:

Khi VCB = 0 => IC = ISH = VCC/RC (Dòng điện bão hòa)

Khi IC = 0 (dòng ngưng), ta có VCB = VCC

Điểm điều hành và đường thẳng lấy điện

5. Điều khiển transistor

5.1 Mạch kích transistor

Sơ đồ mạch điều khiển kích đóng transistor như hình bên dưới: