项目六、单向晶闸管调光电路

江苏省张家港第二职业高级中学实习备课记录总第课时实习课题单向晶闸管调光电路教学课时40课时教学目标通过本项目的学习，掌握两个器件和一个电路，进一步提高电子电路的安装、调试和检测水平；进一步熟悉示波器的使用。理论要求1、熟悉单结晶体管和晶闸管的结构、符号，掌握它们的特性分析和在电路中的连接。2、掌握单结晶体管触发电路的组成、工作原理和基本分析方法实践要求1、提高元器件的安装和焊接水平，进一步熟练示波器的使用2、学会单结晶体管和晶闸管的检测3、学会单向晶闸管调光电路的安装、调试和检测教学程序教学仪器电铬铁、尖镊子、电子剪、尖嘴钳、万用表、示波器、多媒体演示台理论内容一、单向晶闸管1．结构（1）外形结构图16-1-1晶闸管的照片（2）内部结构和符号晶闸管有三个电极，阳极A、阴极K和控制极G，图16-1-2为晶闸管的符号和内部结构。晶闸管由PNPN四层半导体构成，中间形成三个PN结：J1、J2、J3。，用铝片和钼片作为衬底。图16-1-2晶闸管的内部结构示意图及电路符号2．特性（1）伏安特性（2）单向可控导电性晶闸管的导通条件为：①在晶闸管的阳极和阴极之间加上一定大小的正向电压；②在控制极和阴极之间加上正向触发电压。晶闸管的关断条件为：阳极电压降到足够小或反向，以使阳极电流降到HI（晶闸管的最小维持电流）以下。注：满足以上两个条件，晶闸管才能由阻断变为导通，但晶闸管一旦触发导通后，控制极就失去了控制作用，这时只有满足关断条件才能由导通变阻断，否则一直处于导通状态。（3）实验验证晶闸管特性I(A)V(V)IHIG0OIGUBOUBRUTABC增大正向特性反向特性断态通态图-1-7晶闸管的伏安特性阳极阴极控制极硅片铝片钼片P1N1P2N2J3J1J2KGAGKAHLRPEGAHLRPEKGKUGAHLRPEKGKUGKAHLRPEGKAHLRPE(a)(b)(c)(d)(e)图16-1-3晶闸管的实验第一步：按图16-1-3(a)接线，晶闸管不导通，指示灯不亮。第二步：见图16-1-3(b)，在晶闸管的栅极阴极间加触发电压UGK，晶闸管导通，指示灯亮。第三步：按图16-1-3(c)接线，去掉触发电压，晶闸管仍导通，指示灯亮。第四步：按图16-1-3(d)接线，去掉触发电压，将电位器阻值加大，晶闸管电流减小，当电流减小到一定值时，晶闸管关断，指示灯熄灭。第五步：按图16-1-3(e)接线，去掉触发电压，将电源极性反接，晶闸管关断，指示灯熄灭。3．主要参数（1）电压定额正向转折电压BOU；阻断态重复峰值电压（正向阻断峰值电压）DRMU；反向转折电压（反向击穿电压）BRU；反向重复峰值电压（反向阻断峰值电压）RRMU；额定电压DU；额定电压DU—通常把DRMU和RRMU中较小的一个；正向平均电压FU，又称管压降，一般在0.6V~1.2V范围内；其中：V100BODRMUUV100RBRRMUU注：选用晶闸管时，额定电压应为正常工作峰值电压的2~3倍，以避免瞬时过电压损坏晶闸管。管压降与正向平均电流的乘积就是正向损耗，它是造成元件发热的主要原因。（2）电流定额额定正向平均电流FI—在额定环境温度及标准散热条件下，允许通过工频正弦半波电流的平均值。当散热条件较差、环境温度较高和器件导通角较小时，所允许的电流要降低。一般FI为正常工作平均电流的1.5~2倍。擎住电流LaI—由断态到通态的临界电流。维持电流HI—是指由通态到断态的最小电流。浪涌电流FSMI—指允许电流过载值。（3）控制极定额控制极触发电压GU、电流GI—一般GU为1~5V，GI为几十到几百毫安，为保证可靠触发，实际值应大于额定值。控制极反向电压—按规定，控制极所加反向电压不得超过10V，以免损坏晶闸管。4．检测方法（1）判别各电极通过用万用表R×100Ω或R×1k档测量普通晶闸管各引脚之间的电阻值，即能确定三个电极。具体方法是：将万用表黑表笔任接晶闸管某一极，红表笔依次去触碰另外两个电极。若测量结果有一次阻值为几千欧姆（kΩ），而另一次阻值为几百欧姆（Ω），则可判定黑表笔接的是门极G。在阻值为几百欧姆的测量中，红表笔接的是阴极K，而在阻值为几千欧姆的那次测量中，红表笔接的是阳极A，若两次测出的阻值均很大，则说明黑表笔接的不是门极G，应用同样方法改测其它电极，直到找出三个电极为止（2）判断好坏用万用表R×1k档测量普通晶体管阳极A与阴极K之间的正、反向电阻，正常时均应为无穷大（∞）若测得A、K之间的正、反向电阻值为零或阻值较小，则说明晶闸管内部击穿短路或漏电。测量门极G与阴极K之间的正、反向电阻值，正常时应有类似二极管的正、反向电阻值（实际测量结果较普通二极管的正、反向电阻值小一些），即正向电阻值较小（小于2kΩ），反向电阻值较大（大于80kΩ）。若两次测量的电阻值均很大或均很小，则说明该晶闸管G、K极之间开路或短路。若正、反电阻值均相等或接近，则说明该晶闸管已失效，其G、K极间PN结已失去单向导电作用。测量阳极A与门极G之间的正、反向电阻，正常时两个阻值均应为几百千欧姆（kΩ）或无穷大，若出现正、反向电阻值不一样（有类似二极管的单向导电），则是G、A极之间反向串联的两个PN结中的一个已击穿短路。（3）触发能力检测对于小功率（工作电流为5A以下）的普通晶闸管，可用万用表R×1档测量。测量时黑表笔接阳极A，红表笔接阴极K，此时表针不动，显示阻值为无穷大（∞）。用镊子或导线将晶闸管的阳极A与门极短路，相当于给G极加上正向触发电压，此时若电阻值为几欧姆至几十欧姆（具体阻值根据晶闸管的型号不同会有所差异），则表明晶闸管因正向触发而导通。再断开A极与G极的连接（A、K极上的表笔不动，只将G极的触发电压断掉），若表针示值仍保持在几欧姆至几十欧姆的位置不动，则说明此晶闸管的触发性能良好。二、单结晶体管1．结构、符号及等效电路（1）结构单结晶体管有三个极：第一基极B1、第二基极B2、发射极E，内部结构如图所示，内部只有一个PN结。单结晶体管内部结构示意图（2）符号（3）等效电路2．特性（1）伏安特性在基极电源电压UBB一定时，单结管的电压电流特性可用发射极电流IE和发射极与第一基极B1之间的电压UBE1的关系曲线来表示，该曲线又称单结管伏安特性，如下图所示单结晶体管伏安特性曲线单结晶体管等效电路（2）三个区域截止区：截止区对应曲线中的起始段(OP)。此段UEUD+UA，电流极小，E和B1两电极间呈现高阻。负阻区：负阻区对应曲线中的PV段。当UEUD+UA后，等效二极管导通，使RB1迅速减小，增大；又进一步促使RB1减小。从E、B1两端看，UE随的增大而减小，即具有负阻特性，这是单结管特有的。饱和区：饱和区对应曲线中的V点以后段，过V点后再继续增大，RB1将变大，单结管进入饱和导通状态，又呈现正阻特性，与二极管正向特性相似。（3）三个区域的分界点P、V（分别称为峰点和谷点）。UP、IP分别称为峰点电压和峰点电流；UV、IV分别称为谷点电压和谷点电流。其中式中称单结管分压比，一般为0.5~0.8。上式表明峰点电压随基极电压改变而改变，实用中应注意这一点。（4）特点①当发射极电压等于峰点电压UP时，单结管导通。导通之后，当发射电压减小到uEUV时，管子由导通变为截止。一般单结管的谷点电压在2~5V。②单结管的发射极与第一基极之间的RB1是一个阻值随发射极电流增大而变小的电阻，RB2则是一个与发射极电流无关的电阻。③不同的单结管有不同的UP和UV。同一个单结管，若电源电压UBB不同，它的UP和UV也有所不同。在触发电路中常选用UV低一些或IV大一些的单结管3．检测方法判断单结晶体管发射极E的方法是：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，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。单结晶体管B1和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。一、单结晶体管振荡电路单结晶体管振荡电路能产生一系列脉冲信号，用来触发晶闸管。BBBBBBAADPUURRRVUUU211221BBBRRR1．电路图2．波形图和工作原理（1）波形图：（2）工作原理当合上开关S后，电源通过R1、R2加到单结管的两个基极上，同时又通过R、RP向电容器C充电，uC按指数规律上升。在uC（uC=uE）UP时，单结管截止，R1两端输出电压近似为0。当uC达到峰点电压UP时，单结管的E、B1极之间突然导通，电阻RB1急剧减小，电容上的电压通过RB1、R1放电，由于RB1、R1都很小，放电很快，放电电流在R1上形成一个脉冲电压uo。当uC下降到谷点电压UV时，E、B1极之间恢复阻断状态，单结管从导通跳变到截止，输出电压uo下降到零，完成一次振荡。当E、B1极之间截止后，电源又对C充电，并重复上述过程，结果在R1上得到一个周期性尖脉冲输出电压，如图所示。上述电路的工作过程是利用了单结管负阻特性和RC充放电特性，如果改变RP，便可改变电容充放电的快慢，使输出的脉冲前移或后移，从而改变控制角α，控制了晶闸管触发导通的时刻。显然，充放电时间常数τ=RC大时，触发脉冲后单结晶体管振荡电路单结晶体管振荡电路波形图移，α大，晶闸管推迟导通；τ小时，触发脉冲前移，α小，晶闸管提前导通。（3）单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路必须解决触发电路与主电路同步的问题，否则会产生失控现象。用单结管振荡电路提供触发电压时，解决同步问题的具体办法可用稳压管对全波整流输出限幅后作为基极电源，如图所示。图中TS称同步变压器，初级接主电源。二、单向晶闸管调光电路1．电路图2．电路组成单结晶体管触发电路单向晶闸管调光电路由、、、四部分组成3.波形图和工作原理（1）同步在单向晶闸管调光电路中，触发电路的电源是由整流和稳压削波后得到的电压，和主电路有相同的频率，因此实现了同步。电路中各点电压的波形图如图所示。（2）移相晶闸管的导通取决于它在承受正向阳极电压时，加到控制极的第一个触发脉冲的时刻。第一个触发脉冲已使晶闸管导通后，以后的脉冲就不起作用了。如果将R2调小，电容C充电就加快，Vc上升到V2的时间就变短，出现第一个脉冲的时间就提前，α角变小，θ角变大，晶闸管输出电压的平均值Uo就增大。反之，RP调大，Uo就减小。（3）脉冲输出由于主电流也是直流电源，因此就用电阻输出，但在输出端串联了一个二极管保证只有正脉冲输出。操作内容一、元器件的检查与识别1．元件清单表2-5-2序号代号名称数量型号及规格单向晶闸管调光电路各点电压波形1R1电阻110KΩ2R2可调电阻1100KΩ3R3电阻1100Ω4R4电阻1330Ω5R5电阻12KΩ6R6灯泡124V7C1电容10．1μF8D1稳压二极管112-15V9D2二极管1IN414810D4-D7二极管4IN400711D3单向晶闸管1MCR100-612Q1单结晶体管1BT3313电路板114香蕉插头215导线等2．检测要求（1）清点元器件，并检查元器件型号和参数与清单是否相同（2）判断电容、电阻的好坏（3）判断单结晶体管、晶闸管的好坏（4）判别单结晶体管、晶闸管的管脚二、安装说明1．电阻、二极管的安装（1）一律水平安装，并贴紧印制板（2）电位器应尽量插到底，不能倾斜，三只脚均需焊接。（3）二极管和稳压管的正负极性不能弄错，且两种管型不能混用。2．单结晶体管与晶闸管的安装（1）都采用直立式安装，晶闸管底面离印制板应有5±1mm的距离（2）单结晶体管与晶闸管的管脚极性不能弄错3．电容与其他部件的安装（1）电容器应尽量插到底，元件底面离印制板最高不能大于4mm。（2）电源线的正、负极颜色要区分4.实物图片（仅供参考）三、调试说明1．基本性能检查（1）短路检测电路安装结束后，先目查电路安装是否正确，然后用万用表R×1K端测量输入端的电阻，如在50K以上，则说明正常，如接近于零，则说明有短路故障，则需排除。（2）通电检测在检查电路连接正确且无短路故障后，接通交流2