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：___________________________________________________________________________________________________。

T T T T S S S S

HL HL HL HL

G K A G K A G K A G K

A 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7-1-4 KP系列参数表示方式 图7-1-5 3CT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×1 kΩ 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

o

o v2

α o

α θ vo

vG

π 2π 3π

ωt ωt

ωt （a）电路RL

b

T v

G a

v2

+ vo

-

iF i

o

(b)波形图 图7-1-6 单相半波可控整流 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tVvsin222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

2cos145.02ooLLRVRVI （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 2

cos145.02oVV