晶閘管應用電路的裝配與調(diào)試課題四260261任務1

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的裝配與調(diào)試任務2

單相半波可控整流調(diào)光燈電路的裝配與調(diào)試任務3

單相交流調(diào)壓電路的裝配與調(diào)試任務1

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的裝配與調(diào)試262學習目標1.熟悉單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、型號等基礎知識。2.熟悉單結(jié)晶體管振蕩電路和單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。3.能正確完成單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的裝配與調(diào)試，并能獨立排除調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。263任務引入單結(jié)晶體管又稱為雙基極二極管，是一種在生產(chǎn)和生活中有著廣泛應用的半導體元器件。如圖所示是一個以單結(jié)晶體管為主要元器件的觸發(fā)電路圖，該電路的焊接裝配實物圖如圖所示。264

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路圖本任務的主要內(nèi)容為：根據(jù)給定的技術(shù)指標，按照電路圖裝配并調(diào)試單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，同時能獨立解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。265單結(jié)晶體管觸發(fā)電路焊接裝配實物圖一、單結(jié)晶體管1.單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、圖形符號、等效電路和外形

在一塊高電阻率的N型硅半導體基片的兩端引出兩個電極，分別為第一基極B1和第二基極B2。在兩個基極之間靠近B2處摻入P型雜質(zhì)，并從P型區(qū)引出電極，稱為發(fā)射E。這樣具有三個電極、一個PN結(jié)的半導體元器件稱為單結(jié)晶體管，其結(jié)構(gòu)、等效電路、圖形符號及外形如圖所示。相關知識266267單結(jié)晶體管a）結(jié)構(gòu)b）等效電路c）圖形符號d）外形2682.單結(jié)晶體管的工作原理如圖所示是單結(jié)晶體管的實驗電路，V接通時兩個基極之間的電壓

UBB

由RB1

、RB2

分壓，單結(jié)晶體管內(nèi)部

A點電壓為：式中，η

為單結(jié)晶體管的分壓比，由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，通常為0.3~0.9。269單結(jié)晶體管的實驗電路單結(jié)晶體管的伏安特性曲線如圖所示。270單結(jié)晶體管的伏安特性曲線271單結(jié)晶體管具有以下特點：當發(fā)射極電壓等于峰點電壓

UP

時，單結(jié)晶體管導通。導通后，發(fā)射極電壓

UE

減小，當發(fā)射極電壓

UE

減小到谷點電壓

UV

時，單結(jié)晶體管又由導通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂埂谓Y(jié)晶體管的谷點電壓一般為2~5V。2723.單結(jié)晶體管的型號單結(jié)晶體管的型號有BT31、BT33、BT35等。其中，B表示半導體，T表示特種管，第1個數(shù)字“3”表示3個電極，第2個數(shù)字表示單結(jié)晶體管的耗散功率分別為100mW、300mW、500mW。2734.單結(jié)晶體管的檢測方法（1）將萬用表的轉(zhuǎn)換開關置于R×1k擋，用萬用表紅表筆接E端，黑表筆接B1端，測量E－B1間的電阻，如圖所示。再將萬用表黑表筆接B2端，紅表筆接E端，測量B2－E間的電阻，如圖所示。若單結(jié)晶體管質(zhì)量良好，則兩次測量的電阻阻值均應為無窮大。274萬用表紅表筆接E端、黑表筆接B1端測量275萬用表紅表筆接E端、黑表筆接B2端測量276（2）將萬用表黑表筆接E端，紅表筆接B1端，測量B1－E間的電阻，如圖所示。再將萬用表黑表筆接E端，紅表筆接B2端，測量B2－E間的電阻，如圖所示。萬用表黑表筆接E端、紅表筆接B1端測量277萬用表黑表筆接E端、紅表筆接B2端測量278（3）將萬用表紅表筆接B1端，黑表筆接B2端，測量B1－B2間的電阻，如圖

所示。再將萬用表紅、黑表筆對調(diào)，若單結(jié)晶體管質(zhì)量良好，則B1－B2間電阻

RBB

應為固定值，指針偏轉(zhuǎn)角度應不變，如圖所示。萬用表紅表筆接B1端、黑表筆接B2端測量279萬用表黑表筆接B1端、紅表筆接B2端測量二、單結(jié)晶體管振蕩電路利用單結(jié)晶體管的負阻特性和RC電路的充放電特性，可以組成頻率可調(diào)的單結(jié)晶體管振蕩電路（也稱為張弛振蕩器），用來產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)脈沖，其電路圖和電壓波形如圖所示。280單結(jié)晶體管振蕩電路及電壓波形a）電路圖b）電壓波形振蕩過程的形成利用了單結(jié)晶體管的負阻特性和RC電路的充放電特性。改變RP的阻值（或電容

C

的大小），便可改變電容充電的快慢，使輸出脈沖波形前移或后移，從而控制晶閘管的觸發(fā)導通時刻。281三、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理如圖a所示為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路圖，觸發(fā)電路由兩部分組成，即由4個二極管組成的橋式整流電路和由穩(wěn)壓二極管、單結(jié)晶體管、電位器、電容器、電阻器組成的振蕩電路。電路由

d

點輸出一組觸發(fā)脈沖，調(diào)節(jié)電位器RP可以改變第一個觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時間，得到需要的觸發(fā)信號。282單結(jié)晶體管觸發(fā)電路圖單結(jié)晶體管觸發(fā)電路變壓器的二次側(cè)50V交流電壓經(jīng)單相橋式整流，得到脈動的直流電壓，理論波形如圖所示。再經(jīng)穩(wěn)壓二極管V5削波得到梯形波電壓，理論波形如圖所示。283橋式整流后脈沖電壓的理論波形穩(wěn)壓二極管削波后梯形電壓的理論波形2.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各元器件的選擇（1）電阻R2的選擇電阻R2用來補償溫度對峰點電壓

UP

的影響，取值范圍通常為200~600Ω。（2）電阻R3的選擇輸出電阻R3阻值的大小將影響輸出脈沖的寬度與幅值，取值范圍通常為50~100Ω。（3）電容C的選擇電容C的大小與脈沖寬窄和

RE

的大小有關，取值范圍通常為0.1μF~1μF。284任務2

單相半波可控整流調(diào)光燈電路的裝配與調(diào)試285學習目標1.熟悉晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號及工作原理。2.掌握晶閘管的伏安特性和主要參數(shù)。3.了解晶閘管的型號，掌握其選型和檢測方法。4.掌握單相半波可控整流調(diào)光燈電路的工作原理。5.能正確完成單相半波可控整流調(diào)光燈電路的裝配與調(diào)試，并能獨立排除調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。286任務引入晶閘管是一種用硅材料制成的大功率半導體元器件，可以用于整流、調(diào)壓、調(diào)速、開關、變頻等。如圖所示的調(diào)光臺燈就是利用晶閘管實現(xiàn)調(diào)光功能，其電路圖如圖所示，焊接裝配實物圖如圖所示，調(diào)節(jié)電位器（即臺燈的旋鈕）即可控制小燈泡的明暗程度。287288調(diào)光臺燈單相半波可控整流調(diào)光燈電路圖289單相半波可控整流調(diào)光燈焊接裝配實物圖本任務的主要內(nèi)容為：根據(jù)給定的技術(shù)指標，按照電路圖裝配并調(diào)試單相半波可控整流調(diào)光燈電路，同時能獨立解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。一、晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號及工作原理1.晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號常見晶閘管如圖所示，晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號如圖所示。晶閘管具有三個PN結(jié)，引出三個電極：陽極A、陰極K和控制極（也稱門極）G。晶閘管的外形大致有三種：塑封式、螺栓式和平板式。塑封式晶閘管的額定電流多為5A以下，螺栓式一般為5~200A，平板式一般為200A以上。相關知識290291常見的晶閘管a）塑封式b）螺栓式c）平板式292晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號a）晶閘管的結(jié)構(gòu)b）晶閘管的符號2.晶閘管的工作原理為了進一步說明晶閘管的工作原理，可把晶閘管看成由一個PNP型和一個NPN型三極管連接而成，連接形式如圖所示。陽極相當于PNP型三極管V1的發(fā)射極，陰極相當于NPN型三極管V2的發(fā)射極。293晶閘管工作原理等效電路控制極的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導通，導通之后，控制極就失去了控制作用。要想關斷晶閘管，最根本的方法是將陽極電流減小到不能維持正反饋的程度，也就是將晶閘管的陽極電流減小到小于維持電流?？刹捎玫姆椒ㄓ袑㈥枠O電源斷開，或?qū)⒕чl管的陽極電壓降為0，即在陽極和陰極之間加反向電壓。294二、晶閘管的伏安特性和主要參數(shù)1.晶閘管的伏安特性晶閘管陽極與陰極間的電壓和陽極電流的關系稱為晶閘管的伏安特性，其伏安特性曲線如圖所示。位于第一象限的是晶閘管的正向伏安特性曲線，位于第三象限的是反向伏安特性曲線。晶閘管的正向特性有阻斷狀態(tài)和導通狀態(tài)之分（簡稱斷態(tài)和通態(tài)）。295296晶閘管的伏安特性曲線當晶閘管的陽極加上一定的正向電壓時，在其門極再加一適當?shù)挠|發(fā)電壓，晶閘管便觸發(fā)導通。晶閘管導通后可以通過很大的電流，而本身壓降很低，所以導通后的特性曲線靠近縱坐標軸而且陡直，與二極管的正向特性曲線相似。2972.晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的參數(shù)很多，下表給出了晶閘管的主要參數(shù)及其含義，下表給出了晶閘管的峰值電壓等級。298299晶閘管的主要參數(shù)300晶閘管峰值電壓等級301三、晶閘管的型號國產(chǎn)普通型晶閘管的型號有3CT系列和KP系列。各部分含義如下：四、晶閘管的檢測方法1.將萬用表的轉(zhuǎn)換開關置于R×100擋，用萬用表紅表筆接晶閘管的陽極，黑表筆接晶閘管的陰極，觀察指針擺動情況，如圖所示。再將萬用表黑表筆接晶閘管的陽極，紅表筆接晶閘管的陰極，觀察指針擺動情況，如圖所示。若晶閘管質(zhì)量良好，則正、反向電阻阻值應均為很大。其原因是，晶閘管為四層三端半導體元器件，在陽極和陰極之間有三個PN結(jié)，無論如何加電壓，總有一個PN結(jié)處于反向阻斷狀態(tài)。302303萬用表紅表筆接陽極、黑表筆接陰極測試304萬用表黑表筆接陽極、紅表筆接陰極測試2.將萬用表紅表筆接晶閘管的控制極，黑表筆接晶閘管的陰極，觀察指針擺動情況，如圖所示。再將萬用表黑表筆接晶閘管的控制極，紅表筆接晶閘管的陰極，觀察指針擺動情況，如圖所示。305萬用表紅表筆接控制極、黑表筆接陰極測試306萬用表黑表筆接控制極、紅表筆接陰極測試五、單相半波可控整流調(diào)光燈電路的工作原理如圖所示為主電路部分，接通電源后，便可在負載兩端得到脈動的直流電壓，其輸出電壓的波形可以用示波器進行測量。把晶閘管從開始承受正向陽極電壓到觸發(fā)開始導通之間的電角度稱為控制角，用

α

表示。307單相半波可控整流調(diào)光燈主電路1.α=0°時的波形分析如圖所示為

α=0°時輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形。根據(jù)理論波形圖可以分析出，在電壓

u2

的正半周期內(nèi)，在電源電壓過零時加入觸發(fā)脈沖，晶閘管V7導通，輸出電壓

ud

的波形與電源電壓

u2

的波形形狀相同；當電源電壓

u2

過零時，晶閘管同時關斷，輸出電壓

ud

為零；在電源電壓

u2

的負半周期內(nèi)，晶閘管承受反向電壓不能導通，直到第二周期觸發(fā)電路再次加入觸發(fā)脈沖時，晶閘管再次導通。308309α=0°時輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓uV7

的理論波形2.α=30°時的波形分析改變晶閘管的觸發(fā)時刻，即改變控制角

α

的大小即可改變輸出電壓的波形，如圖所示為

α=30°時輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形。當

wt=α

時，晶閘管承受正向電壓，此時加入觸發(fā)脈沖則晶閘管導通；同樣，當電源電壓

u2

過零時，晶閘管關斷，輸出電壓

ud

為零；從電源電壓過零到

wt=α

的區(qū)間內(nèi)，雖然晶閘管承受正向電壓，但由于沒有觸發(fā)脈沖，晶閘管依然處于截止狀態(tài)。310311

α=30°時輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形3.不同控制角

α

下的波形分析繼續(xù)改變觸發(fā)脈沖的加入時刻，可以分別得到控制角

α

為60°、90°、120°時輸出電壓和晶閘管兩端電壓的波形，如圖所示。312

α=60°時輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形313α=90°時輸出電壓

ud和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形314α=120°時輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽極電位提供相應的觸發(fā)電路的同步信號電壓，以確保晶閘管需要脈沖的時刻觸發(fā)電路能夠正確送出脈沖。這種正確選擇同步信號電壓相位以及得到不同相位同步信號電壓的方法稱為晶閘管裝置的同步或定相。3154.結(jié)論（1）在單相半波整流電路中，若改變

α

的大小，則

ud

和

id

的波形也隨之改變，但是直流輸出電壓的極性不變，其波形只在

u2

的正半周期出現(xiàn)。這種通過對觸發(fā)脈沖的控制來改變直流輸出電壓大小的控制方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。（2）理論上移相范圍為0°~180°。在本任務中，若要使移相范圍為0°~180°，則需要改進觸發(fā)電路以擴大移相范圍。316317（3）單相半波可控整流帶電阻性負載電路參數(shù)的計算如下：1）輸出電壓平均值的計算公式為：2）負載電流平均值的計算公式為：3）負載電流有效值的計算公式為：4）晶閘管承受的最大電壓為：318六、晶閘管的選型方法晶閘管的型號可按以下步驟確定：1.單相半波可控整流調(diào)光電路晶閘管需承受的最大電壓為：2.考慮1~2倍的余量，UTM

取34~51V。3.確定晶閘管的額定電壓等級。4.根據(jù)白熾燈的額定值計算其阻值的大小為：3195.確定流過晶閘管電流的最大有效值。在單相半波可控整流調(diào)光電路中，當

α=0°時，流過晶閘管的電流最大，且電流的有效值是平均值的1.57倍。由前面的分析可知，流過晶閘管的平均電流為：由此可得，流過晶閘管的最大有效值為：ITm=1.57Id=1.57×0.09A=0.1413A3206.考慮0.5~1倍的余量，確定晶閘管的額定電流

IT（AV）為：因為該電路無儲能元器件，因此選擇額定電流為1A的晶閘管就可以滿足正常工作的需要。任務3

單相交流調(diào)壓電路的裝配與調(diào)試321學習目標1.掌握雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)、圖形符號、工作特性和檢測判別方法。2.掌握單相交流調(diào)壓電路的工作原理。3.能正確完成單相交流調(diào)壓電路的裝配與調(diào)試，并能獨立排除調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。322任務引入在調(diào)速系統(tǒng)中，常常要求獲得幅值（大小）可調(diào)的輸出信號，利用單相交流調(diào)壓電路即可實現(xiàn)。如圖所示的電風扇的無級調(diào)速開關就是一種典型的單相調(diào)壓電路的應用，其電路圖如圖所示，焊接裝配實物圖如圖所示。323無級調(diào)速開關本任務的主要內(nèi)容為：根據(jù)給定的技術(shù)指標，按照電路圖裝配并調(diào)試單相交流調(diào)壓電路，同時獨立解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。324單相交流調(diào)壓電路圖單相交流調(diào)壓電路焊接裝配實物圖一、雙向晶閘管1.雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)及圖形符號雙向晶閘管是在單向晶閘管的基礎上開發(fā)的一種交流型功率控制元器件。雙向晶閘管有三個引腳，分別稱為第一陽極T1、第二陽極T2和控制極（門極）G，常見的雙向晶閘管實物如圖a所示，其圖形符號及等效電路分別如圖b和圖c所示。

相關知識325326雙向晶閘管實物、圖形符號及等效電路a）實物b）圖形符號c）等效電路雙向晶閘管的外形有多種形式，其型號、外形及引腳排列如圖所示。327雙向晶閘管的型號、外形及引腳排列2.雙向晶閘管的工作特性如圖所示是雙向晶閘管的導通實驗電路。在電路中加上交流電壓

u1，控制極上無觸發(fā)脈沖，燈泡不亮，說明雙向晶閘管不導通。在控制極上加觸發(fā)電壓

u2，燈泡點亮。328雙向晶閘管的導通實驗電路通過該實驗，證明雙向晶閘管具有以下幾個特點：（1）當控制極上無觸發(fā)電壓時，雙向晶閘管不導通。（2）無論主電極電壓極性如何，無論控制極的觸發(fā)信號是正還是負，只要電壓足夠大，均可觸發(fā)雙向晶閘管導通。（3）雙向晶閘管一旦導通，控制極即失去控制作用。當主電極電流小于維持電流時，雙向晶閘管關斷。由于雙向晶閘管主電極可以雙向?qū)?，所以一般用于交流電路?293.雙向晶閘管的檢測和判別（1）用萬用表的R×100或R×1k擋，測量雙向晶閘管的第一陽極T1和第二陽極T2之間的電阻，如圖所示。若雙向晶閘管質(zhì)量良好，則阻值均應為無窮大。330測量第一陽極T1和第二陽極T2之間的電阻a）黑表筆接T2、紅表筆接T1

b）黑表筆接T1、紅表筆接T2（2）繼續(xù)測量雙向晶閘管的第二陽極T2與控制極G之間的電阻，如圖所示。331測量第二陽極T2與控制極G之間的電阻a）黑表筆接G、紅表筆接T2

b）黑表筆接T2、紅表筆接G（3）測量雙向晶閘管的第一陽極T1和控制極G之間的電阻，如圖所示。若雙向晶閘管質(zhì)量良好，則阻值均應為無窮大。332測量第一陽極T1和控制極G之間的電阻a）黑表筆接T1、紅表筆接G

b）黑表筆接G、紅表筆接T1333通過以上測試可知，可使用萬用表的R×100或R×1k擋判別雙向晶閘管