项目七调光台灯电路的制作与调试.docx

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项目七调光台灯电路的制作与调试

项目七调光台灯电路的制作与调试

学习目标

（1）了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性曲线和主要参数。

（2）能识别常用晶闸管，能对晶闸管进行简单的检测。

（3）了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形。

（4）了解单结晶体管及触发电路的工作原理。

（5）会制作调光台灯电路

（6）会用相关仪器仪表对调光电路进行调试与测量。

工作任务

（1）识别检测晶闸管。

（2）制作单结晶体管触发电路。

（3）制作家用调光台灯，并选择仪器仪表对电路进行调试和检测。

模块一单相可控整流电路的识读

任务一晶闸管的识别与检测

看一看

单向晶闸管的结构与符号

晶体闸流管又名可控硅，简称晶闸管。

是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。

它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。

晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。

晶闸管外形如图7-1-1所示，有小型塑封型（小功率）、平面型（中功率）和螺栓型（中、大功率）几种。

单向晶闸管的内部结构如图7-1-2（a）所示，它是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分另为阳极A、阴极K和门极G。

单向晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP三极管和一只NPN三极管组成的复合管，如图7-1-2（b）所示。

图7-1-3是其电路图形符号。

做一做

单向晶闸管工作条件测试

1、测试电路

（a）（b）（c）（d）

图7-1-3晶闸管导通试验

2、测试步骤

（1）如图7-1-3（a）所示电路中，晶闸管加正向电压，即晶闸管阳极接电源正极，阴极接电源负极。

开关S不闭合，观察灯泡的状态。

灯______（亮、不亮）。

（2）如图7-1-3（b）所示的电路中，晶闸管加正向电压，且开关S闭合。

观察灯泡的状态。

灯________（亮、不亮）；再将开关打开，如图7-1-3（c）灯________（亮、不亮）。

（3）如图7-1-3（d）所示电路中，晶闸管加反向电压，即晶闸管阳极接电源负极，阴极接电源正极。

将开关闭合，灯________（亮、不亮）；开关S不闭合，灯______（亮、不亮）。

实验总结：

晶闸管导通必须具备的条件是：

___________________________________________________________________________________________________。

读一读

晶闸管的工作特性

1、晶闸管的工作原理

（1）正向阻断状态当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压而控制极不加电压时，管子不导通，称为正向阻断状态。

（2）触发导通状态当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压且控制极和阴极之间也加正向电压时，如图7-1-2（b）若VT2管的基极电流为IB2，则其集电极电流为IC2；VT1管的基极电流IB1等于VT2管的集电极电流IC2，因而VT1管的集电极电流IC1为βIC2；该电流又作为VT2管的基极电流，再一次进行上述放大过程，形成正反馈。

在很短的时间内（一般不超过几微秒），两只管子均进入饱和状态，使晶闸管完全导通，这个过程称为触发导通过程。

当它导通后，控制极就失去控制作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。

此时阳极和阴极之间的电压一般为0.6~1.2V，电源电压几乎全部加在负载电阻上；阳极电流I可达几十~几千安。

（3）正向关断使阳极电流IF减小到小于一定数值IH，导致晶闸管不能维持正反馈过程而变为关断，这种关断称为正向关断，IH称为维持电流；如果在阳极和阴极之间加反向电压，晶闸管也将关断，这种关断称为反向关断。

因此，晶闸管的导通条件为：

在阳极和阴极间加电压，同时在控制极和阴极间加正向触发电压。

其关断方法为：

减小阳极电流或改变阳极与阴极的极性。

2、   晶闸管的型号及主要参数

图7-1-4KP系列参数表示方式图7-1-53CT系列参数表示方式

为了正确地选择和使用晶闸管，还必须了解它的电压、电流等主要参数的意义。

晶闸管的主要参数有以下几项：

1．额定正向平均电流IF

在规定的散热条件和环境温度及全导通的条件下，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流在一个周期内的平均值，称为正向平均电流IF，例如50A晶闸管就是指IF值为50A。

然而，这个电流值并不是一成不变的，晶闸管允许通过的最大工作电流还受冷却条件、环境温度、元件导通角、元件每个周期的导电次数等因素的影响。

工作中，阳极电流不能超过额定值，以免PN结的结温过高，使晶闸管烧坏。

2．维持电流IH

在规定的环境温度和控制极断开情况下，维持晶闸管导通状态的最小电流称维持电流。

在产品中，即使同一型号的晶闸管，维持电流也各不相同，通常由实测决定。

当正向工作电流小于IH时，晶闸管自动关断。

3．正向阻断峰值电压VDRM

在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的最大正向峰值电压，用VDRM表示。

使用时若电压超过，则晶闸管即使不加触发电压也能从正向阻断转为导通。

4．反向峰值电压VRRM

在控制极断开时，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压，用VRRM表示。

5．控制极触发电压VG和电流IG

在晶闸管的阳极和阴极之间加6V直流正向电压后，能使晶闸管完全导通所必须的最小控制极电压和控制极电流。

6．浪涌电流IFSM

在规定时间内，晶闸管中允许通过的最大正向过载电流，此电流应不致使晶闸管的结温过高而损坏。

在元件的寿命期内，浪涌的次数有一定的限制。

做一做

晶闸管的简易检测

对于晶闸管的三个电极，可以用万用表粗测其好坏。

依据PN结单向导电原理，用万用表欧姆挡测试元件三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。

如用万用表R×1kΩ挡测量阳极A和阴极K之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小；用R×10或R×100挡测量控制极G和阴极K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶闸管是好的。

如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。

用万用电表R×1K档分别测量A—K、A—G间正、反向电阻；用R×10Ω档测量G—K间正、反向电阻，记入表7-1－1。

表7-1－1

RAK（KΩ）

RKA（KΩ）

RAG（KΩ）

RGA（KΩ）

RGK（KΩ）

RKG（KΩ）

结论

任务二识读单相可控整流电路

读一读

一、单相半波可控整流电路

1．电路组成

单相半波可控整流电路如图7-1-6（a）所示。

它与单相半波整流电路相比较，所不同的只是用晶闸管代替了整流二极管。

2．工作原理

接上电源，在电压v2正半周开始时，如果电路中a点为正，b点为负，对应在图7-1-6（b）的α角范围内。

此时晶闸管T两端具有正向电压，但是由于晶闸管的控制极上没有触发电压vG，因此晶闸管不能导通。

经过α角度后，在晶闸管的控制极上加上触发电压vG,如图7-1-6（b）所示。

晶闸管T被触发导通，负载电阻中开始有电流通过，在负载两端出现电压vo。

在T导通期间，晶闸管压降近似为零。

这α角称为控制角（又称移相角），是晶闸管阳极从开始承受正向电压到出现触发电压vG之间的角度。

改变α角度，就能调节输出平均电压的大小。

α角的变化范围称为移相范围，通常要求移相范围越大越好。

经过π以后，v2进入负半周，此时电路a端为负，b端为正，晶闸管T两端承受反向电压而截止，所以io=0，vo=0。

在第二个周期出现时，重复以上过程。

晶闸管导通的角度称为导通角，用θ表示。

由7-1-6（b）可知,θ=π-α。

3．输出平均电压

当变压器次级电压为时，负载电阻RL上的直流平均电压可以用控制角α表示，即

（7-1-1）

从（7-1-1）看出，当α=0时（θ=π）晶闸管在正半周全导通，Vo=0.45V2,输出电压最高,相当于不控二极管单相半波整流电压。

若α=π,Vo=0，这时θ=0，晶闸管全关断。

根据欧姆定律，负载电阻RL中的直流平均电流为

（7-1-2）

此电流即为通过晶闸管的平均电流。

例7-1-1在单相半波可控整流电路中，负载电阻为8Ω，交流电压有效值V2=220V，控制角α的调节范围为600～1800，求：

（1）直流输出电压的调节范围。

（2）晶闸管中最大的平均电流。

（3）晶闸管两端出现的最大反向电压。

解：

（1）控制角为600时，由式（7-1-1）得出直流输出电压最大值

V

控制角为1800时得直流输出电压为零。

所以控制角α在600～1800范围变化时，相对应的直流输出电压在74.25V～0V之间调节。

（2）晶闸管最大的平均电流与负载电阻中最大的平均电流相等，由式（7-1-2）得

（3）晶闸管两端出现的最大反向电压为变压器次级电压的最大值

V

再考虑到安全系数2～3倍，所以选择额定电压为600V以上的晶闸管。

4.电感性负载和续流二极管

电感性负载可用电感元件L和电阻元件R串联表示,如图7-1-7所示。

晶闸管触发导通时,电感元件中存贮了磁场能量,当v2过零变负时,电感中产生感应电势，晶闸管不能及时关断,造成晶闸管的失控，为了防止这种现象的发生，必须采取相应措施。

通常是在负载两端并联二极管D（图7-1-7虚线）来解决。

当交流电压v2过零值变负时，感应电动势eL产生的电流可以通过这个二极管形成回路。

因此这个二极管称为续流二极管。

这时D的两端电压近似为零，晶闸管因承受反向电压而关断。

有了续流二极管以后，输出电压D的波形就和电阻性负载时一样。

值得注意的是，续流二极管的方向不能接反，否则将引起短路事故。

二、单相桥式半控整流电路

1.电路组成

单相桥式半控整流电路如图7-1-8（a）所示。

其主电路与单相桥式整流电路相比，只是其中两个桥臂中的二极管被晶闸管T1、T2所取代。

（a）电路图（b）波形图

图7-1-8单相桥式半控整流电路与波形

2.工作原理

接上交流电源后，在变压器副边电压v2正半周时（a端为正，b端为负），T1、、D1、处于正向电压作用下，当ωt=α时，控制极引入的触发脉冲vG使T1导通，电流的通路为：

a→T1→RL→D1→b，这时T2和D2均承受反向电压而阻断。

在电源电压v2过零时，T1阻断，电流为零。

同理在v2的负半周（a端为负，b端为正），T2、D2处于正向电压作用下，当ωt=π+α时，控制极引入的触发脉冲vG使T2导通，电流的通路为：

b→T2→RL→D2→a，这时T1、D1承受反向电压而阻断。

当v2由负值过零时，T2阻断。

可见，无论v2在正或负半周内，流过负载RL的电流方向是相同的，其负载两端的电压波形如图7-1-8（b）所示。

由图7-1-8（b）可知，输出电压平均值比单相半波可控整流大一倍。

即

（7-1-3）

从（7-1-3）看出，当α=0时（θ=π）晶闸管在半周内全导通，Vo=0.9V2,输出电压最高,相当于不可控二极管单相桥式整流电压。

若α=π,Vo=0，这时θ=0，晶闸管全关断。

根据欧姆定律，负载电阻RL中的直流平均电流为

（7-1-4）

流经晶闸管和二极管的平均电流为

（7-1-5）

晶闸管和二极管承受的最高反向电压均为。

综上所述，可控整流电路是通过改变控制角的大小实现调节输出电压大小的目的，因此，也称为相控制整流电路。

三、晶闸管的保护

晶闸管的主要缺点是承受过电压、过电流的能力较弱。

当晶闸管承受过电压过电流时，晶闸管温度会急剧上升，可能烧坏PN结，造成元件内部短路或开路。

为了使元件能可靠地长期运行，必须对电路中的晶闸管采取保护措施。