调光台灯

项目七制作调光灯电路•任务1检测晶闸管•任务2学习晶闸管可控整流电路•任务3认识单结晶体管•操作指导看一看：调光灯电路内部电路实物示意图电路组成框图各组成部分作用如下：•整流电路——将交流电变成单方向的脉动直流电。•触发电路——给晶闸管提供可控的触发脉冲信号。•晶闸管——根据触发信号出现的时刻（即触发延迟角α的大小），实现可控导通，改变触发信号到来的时刻，就可改变灯泡两端交流电压的大小，从而控制灯泡的亮度。元器件选择•表7-1调光台灯电路元件明细表序号分类名称型号规格数量1VD1～VD4整流二极管IN400742VU单结晶体管BT3313VT晶闸管3CT15114R1、R3电阻器100Ω2R2电阻器470Ω1R4电阻器1kΩ15HL灯泡220V、25W16C电容器0.1μF17RP带开关电位器100kΩ18其他实验板（万能板）、导线任务1检测晶闸管一、认识晶闸管1、单向晶闸管基本结构与图形符号：文字符号“VT”，常用的晶闸管有单向和双向两大类属于四层三端半导体器件：阳极A、阴极K、门极G，2、连电路，观察单向晶闸管的工作特性3、单向晶闸管的导通和关断的规律单向晶闸管的工作特点：1）单向晶闸管的导通条件是阳极与阴极间加正向电压，同时在门极与阴极间也加上正向电压。2）晶闸管一旦导通后，门极即失去控制作用。要使导通后的晶闸管关断，可将阳极电压降低到一定程度或改变阳极电压的极性。3）晶闸管具有以弱电控制强电的作用，即利用弱电信号（即触发信号）对门极的控制作用，就可使晶闸管导通去控制强电系统。4.单向晶闸管的主要参数•（1）断态重复峰值电压UDRM：结温为额定值时，门极断开，允许重复加在晶闸管A、K间的正向峰值电压。•（2）反向重复峰值电压URRM结温为额定值时，门极断开，允许重复加在晶闸管A、K间的反向峰值电压。•（3）通态平均电流IT(AV)：在规定的环境温度和散热条件下，结温为额定值，允许通过的工频正弦半波电流的平均值。•（4）通态平均电压UT(AV)：结温稳定，通过正弦半波额定的平均电流，晶闸管导通时，阳极A和阴极K间的电压平均值，习惯上称为导通时的管压降，一般为1V左右。•（5）维持电流IH：在规定环境温度下，门极断开时，维持晶闸管继续导通所必需的最小电流。5、晶闸管的型号及简易检测•（1）型号3CT系列和KP系列型号组成部分的含义：举例：3CT－5/500表示额定电流为5A、额定电压为500V的普通型单向晶闸管。•（2）单向晶闸管简易检测•1）极性的判断将万用表置于“R×1k”或“R×100”挡，如果测得其中两个电极的正向电阻较小，而交换表笔后测得反向电阻很大，那么以阻值较小的一次为准，黑表笔所接的就是门极G，而红表笔所接的就是阴极K，剩下的电极便是阳极。•2）质量的判断将万用表置于“R×10”挡，黑表笔接阳极，红表笔接阴极，指针应接近∞，如图7-7所示。当合上S时，表针应指很小的阻值，约为60～200Ω，表明单向晶闸管能触发导通；断开S，表针回不到∞，表明晶闸管是正常的（有些晶闸管因为维持电流较大，万用表的电流不足以维持它导通，当S断开后，表针会回到∞，也是正常的）。如果在S未合上时，阻值很小，或者在S合上时表针也不动，表明晶闸管质量太差或已击穿、断极。图7-7二、双向晶闸管1、结构和符号它是N-P-N-P-N五层三端半导体器件，也有三个电极，但它没有阴、阳极之分，而统称为主电极T1和T2，另一个电极G也称为门极。2、工作特点它的主电极T1和T2无论加正向电压还是反向电压，其门极G的触发信号无论是正向还是反向，它都能被“触发”导通。3、双向晶闸管的电极识别及质量判别•1）首先确定T2：门极G与T1之间的距离较近，其正、反向电阻都很小，用万用表“R×1”挡测量G～T1间的电阻仅几十欧，而G～Ｔ2、Ｔ1～Ｔ2之间的反向电阻均为无穷大。那么，当测出某脚和其他两脚都不通，就能确定该脚为T2极。有散热板的双向晶闸管T2极往往与散热板相通。•2）区分G与T1极：确定Ｔ2后，剩下两脚中一脚为T1极，另一脚为G极。用黑表笔接T1极，红表笔接T2极，把T2与G极瞬时短接一下（给G加上负触发信号），电阻值如为10Ω左右，证明管子已导通，导通方向为T1～T2，上述假设正确。如万用表没有指示，电阻值仍为无穷大，说明管子没有导通，假设错误，可改变两极连接表笔再测；如果把红表笔接Ｔ1极，黑表笔接T2极，然后将T2与G极瞬时短接一下（给G加上正触发信号），电阻值如为10Ω左右，管子为导通，导通方向为T2～T1。学习要点：•1．晶闸管是一种电力半导体器件，是一种可控的电子开关。主要应用在可控整流、交流调压、大功率变频控制、逆变控制和无触点开关等方面。•2．单向晶闸管只有在阳极和阴极间加正向电压，同时在门极和阴极间加正向触发电压时，它才会导通。晶闸管一旦导通后，门极便失去控制作用，要使导通的晶闸管关断，必须将阳极电压降低，使通过阳极的电流减小到低于维持电流IH，或者改变阳极电压的极性。•3.晶闸管的电极识别和质量好坏可以通过万用表的电阻挡进行简易的检测。任务2学习晶闸管可控整流电路一、单相半波可控整流电路a）变压器二次侧电压b）触发脉冲c）输出波形晶闸管从开始承受正向阳极电压到触发导通期间的电角度称为触发延迟角，用表示晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角，用θ表示•1）u2为正半周时，晶闸管VT承受正向电压，如果此时没有加触发电压，则晶闸管处于正向阻断状态，负载电压uL=0。•2）当ωt=时，门极加有触发电压ug，晶闸管具备了导通条件，由于晶闸管正向压降很小，电源电压几乎全部加到负载上，uL≈u2。•3）在＜ωt＜л期间，尽管ug在晶闸管导通后即已消失，但是晶闸管仍然保持导通，因此，在这期间，负载电压uL依然和次级电压u2保持基本相等。•4）当ωt=л时，u2=0，晶闸管自行关断，uL=0。•5）当л＜ωt＜2л时，u2进入负半周后，晶闸管承受反压，呈反向阻断状态，负载电压uL=0。在u2的第二个周期里，电路将重复第一周期的变化。如此不断重复，负载RL上就得到单向脉动电压。如图7-10C所示分析单相半波可控整流电路工作原理，改变触发延迟角的大小，即改变触发脉冲在每周期内触发的时刻，负载电压的波形不同。单相半波可控整流电路参数计算公式见表7-3图7-11=0°时的输出电压波形图7-12=30°时的输出电压波形电路参数计算公式输出电压平均值负载电流平均值通过晶闸管的平均电流IT=IL晶闸管承受的最大电压2cos145.02UULLLLRUI22UURM二、单相桥式可控整流电路•1、认识单相桥式可控整流电路图7-13单相桥式可控整流电路图7-14工作波形图a）变压器二次侧电压b）触发脉冲c）输出波形•2．工作原理•（1）u2为正半周时，二极管VD1、VD4承受正向电压，VD2、VD3承受正向电压，如果未加触发电压，则晶闸管处于正向阻断状态，uL=0。•（2）当ωt=时，加有触发电压ug，晶闸管VT导通，电路中的电流方向如图实线所示。uL和u2基本相等。•（3）在＜ωt＜л期间，尽管ug在晶闸管导通后已消失，但是晶闸管仍然保持导通。因此，在这期间，uL依然和u2保持基本相等。极性为上正下负，iVD1=iVD４=iL。•4）当л＜ωt＜2л时，u2进入负半周后，二极管VD2～VD3承受正向电压，VD1、VD4承受反向电压，只要触发脉冲ug到来，晶闸管VT就导通，电流方向如图中虚线所示。uL≈u2，方向仍为上正下负，iVD2=iVD３=iL。在u2的第二个周期里，电路将重复第一周期的变化。如此不断重复，负载RL上就得到单向脉动电压。如图7-14所示。•单相桥式可控整流电路参数计算公式图7-15=0°时的输出电压波形图7-16=30°时的输出电压波形电路参数计算公式输出电压平均值负载电流平均值通过晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大电压2cos19.02UULLLLRUILTII22UURM学习要点：•1．在单相半波可控整流电路中，负载RL上得到的脉动直流电压的平均值为UL=0.45U2，•流过负载和晶闸管的直流电流相等，即IL=IT,晶闸管承受的最大反压URM=U2。•2．在单相桥式可控整流电路中，输出电压比半波可控整流电路增加一倍，即UL=0.9U2，其它，IL=IT,晶闸管承受的最大反压URM=U2不变。•3．与二极管整流电路的区别是：晶闸管整流电路输出的直流电压是可控的，触发延迟角越大，输出电压越小。的变化范围称为移相范围，单相半波可控整流电路和单相桥式可控整流电路的移相范围都是0°～180°。任务3认识单结晶体管一、认识单结晶体管单结晶体管的实物图单结晶体管的结构单结晶体管的外形图形符号二、单结晶体管触发电路•1、单结晶体管的基本特性A、B1间的电压为：式中，η称为分压比，其值一般在0.3～0.9之间。单结晶体管的导通条件是：UE﹥ηUBB+UD(UD为PN结的正向压降)结论：只要改变UE的大小，就可以控制单结晶体管的导通与截至。从而获得从RB1输出的脉冲电压。单结晶体管等效电路BBBBBBBAUURRRU211•2、单结晶体管触发电路工作原理：电源接通后，通过可调电阻RP和电阻R3给电容C充电，当电容充电电压UE上升到大于ηUBB+UD时，单结晶体管导通，C迅速放电，在R2上形成一个很窄的正脉冲。此图7-21单结晶体管触发电路时电容C两端的电压几乎为零。第一个周期过后，由于UCC继续通过RP和R3给电容C充电，这样连续不断重复上述过程，从而获得晶闸管所需要的触发脉冲电压。三、单结晶体管的简易测试•1．判断发射极E的方法：把万用表置于R×100”挡或“R×1K”挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时（调换表笔时，两次阻值均很大），黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。•2．B1与B2的判断方法是：把万用表置于R×100挡或R×1K挡，用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是B1极。学习要点：•1．单结晶体管有三个电极：分别是发射极E、第一基极B1和第二基极B2，所以又叫双基极二极管。•2．单结晶体管导通条件是UE﹥ηUBB+UD(UD为PN结的正向压降)。•3．利用单结晶体管和RC电路组成的振荡电路可以为晶闸管提供触发信号。•4．单结晶体管的常用型号有BT31、BT33、BT35等，引脚排列如图7-19所示。操作指导•1.认识调光灯电路结构及工作过程•工作过程：•接通电源后，交流电经桥式整流后给单向晶闸管阳极提供正向电压，并经过R2、R3加在单结晶体管的基极上，同时经过电阻R1、RP和R4给电容器C充电，当C两端的电压大于单结晶体管的导通电压时，单结晶体管导通，给晶闸管提供一个触发脉冲信号，调节电位器RP，就可以改变单向晶闸管的触发延迟角α的大小，改变单结晶体管触发电路输出的触发脉冲的周期，从而即改变输出电压的大小，这样就可以改变灯泡的亮暗。•2.安装电路•按照图7-22调光灯电路原理图，在实验板（或万能板）上连接电路。•（1）元件选择见表7-1。•（2）元件识别、检测、整形•1）认识晶闸管、单结晶体管等器件及其型号。•2）用万用表检测单向晶闸管、单结晶体管等器件，画出单向晶闸管及单结晶体管的外型图，并标出电极名称。填入表7-5中。表7-5元件检测结果元件外形图电极名称质量单向晶闸管单结晶体管带开关电位器阻值范围•3）元件整形。•（3）焊接与连线•1）合理设计电路，插装元件及焊接。•2）电路连线，注意电源线的连接并做好绝缘处理。•3.调试与检测电路•（1）通电前检查：对照电路原理图检查整流二极管、晶闸管、单结晶体管的连接极性及电路的连线。•（2）试通电：闭合开关，调节RP，观察电路的工作情况。如正常则进行下一环节检测。•（3）通电检测：调节RP的值，观察灯泡亮度的变化，用万用表交流电压挡测灯泡两端的电压，并且断开交流电源，测出RP的阻值，记入表7-6中。状态灯泡微亮时灯泡最亮时灯泡两端电压断开交流电源，测RP阻值调试中出现的故