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1、项目 晶闸管调光电路的设计与安装项目 晶闸管调光电路的设计与安装 CDIO理念下的项目化维修电工上册任务4CDIO理念下的项目化维修电工上册任务4 设 计：唐义锋 于宝设 计：唐义锋 于宝佺佺 江苏财经职业技术学院江苏财经职业技术学院 机械电子与信息工程学院机械电子与信息工程学院 项目描述项目描述 利用单结晶体管触发电路作为核心电路，设计并安装一个调 光灯电路。 利用单结晶体管触发电路作为核心电路，设计并安装一个调 光灯电路。 项目分析项目分析 本项目中需要掌握晶闸管的基本工作原理、单结晶体管触发本项目中需要掌握晶闸管的基本工作原理、单结晶体管触发 电路的工作原理以及电路安装焊接的一般步骤和方
2、法，还要了解 成品电路的故障调试和产品调试步骤。 电路的工作原理以及电路安装焊接的一般步骤和方法，还要了解 成品电路的故障调试和产品调试步骤。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 一、晶闸管一、晶闸管 晶闸管的结构与电气符号晶闸管的结构与电气符号 晶闸管的结构与电气符号如图晶闸管的结构与电气符号如图4-2-1所示。所示。 晶闸管的内部结构由晶闸管的内部结构由4层半导体构成，中间形成层半导体构成，中间形成3个个PN结结-J1， J2，J3，其中从，其中从P2层引出控制极层引出控制极G。 如果阳极接电源正极，如果阳极接电源正极， 阴极
3、接电源负极，则阴极接电源负极，则J2反偏， 不导通，无电流。如果阳 极接电源负极，阴极接电 源正极，则 反偏， 不导通，无电流。如果阳 极接电源负极，阴极接电 源正极，则J1，J3反偏，不 导通，无电流。 反偏，不 导通，无电流。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 晶闸管单向导通条件晶闸管单向导通条件 晶闸管阳极对阴极的电压称阳极电压。晶闸管门极与阴极之 间是触发电路，控制极（门极）对阴极的电压称控制电压。 晶闸管阳极对阴极的电压称阳极电压。晶闸管门极与阴极之 间是触发电路，控制极（门极）对阴极的电压称控制电压。 晶闸管导通必须
4、同时具备以下两个条件。晶闸管导通必须同时具备以下两个条件。 阳极电压为正，即阳极电压为正，即UAK 0。 控制极电压也要为正，即控制极电压也要为正，即UGK 0。 晶闸管具有可控单向导电性，晶闸管一旦导通，控制极电压晶闸管具有可控单向导电性，晶闸管一旦导通，控制极电压 UGK去掉，晶闸管继续导通，说明晶闸管导通后，控制极就失去 了控制作用。因此控制极只要加一个正向脉冲信号晶闸管就能从 正向阻断转为正向导通，这个脉冲信号称为触发脉冲。晶闸管由 正向导通变成关断，只要流过晶闸管的电流小于某一值（称维持 电流）就能自行关断。 去掉，晶闸管继续导通，说明晶闸管导通后，控制极就失去 了控制作用。因此控制
5、极只要加一个正向脉冲信号晶闸管就能从 正向阻断转为正向导通，这个脉冲信号称为触发脉冲。晶闸管由 正向导通变成关断，只要流过晶闸管的电流小于某一值（称维持 电流）就能自行关断。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 工作原理工作原理 晶闸管内部结构和等效电路如 图 晶闸管内部结构和等效电路如 图4-2-2所示。模拟电路如图所示。模拟电路如图4-2-3所 示。晶闸管导通训练电路如图 所 示。晶闸管导通训练电路如图4-2-4 所示。所示。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展
6、可将晶闸管看成由可将晶闸管看成由VT1 （P1N1P2）和）和VT2 （N1P1N2） 两个三极管组成，当晶闸管加正向电压，控制极开关 ） 两个三极管组成，当晶闸管加正向电压，控制极开关S断开断开VT2 反偏，晶闸管正向阻断。当开关合上后，在反偏，晶闸管正向阻断。当开关合上后，在UGK作用下产生基极 电流 作用下产生基极 电流IB2 （即门极电流（即门极电流IG） 经放大后，形成集电极电流经放大后，形成集电极电流IC2 2IB2。此电流又作为。此电流又作为VT1的基极电流的基极电流IB1，即，即IB1IC2。同样经过放 大产生集电极电流 。同样经过放 大产生集电极电流IC112IB2。此电流又
7、作为。此电流又作为VT2的基极电流再 进行放大，如此循环往复形成正反馈。两管迅速饱和，电流急剧 的基极电流再 进行放大，如此循环往复形成正反馈。两管迅速饱和，电流急剧 增加，从而使晶闸管完全导通，正向电压很小。这个正反馈过程 是在极短时间内完成的，又称触发过程。此后即使控制极不再提 供电流，只要阳极上仍有正向电压，晶闸管就可以依靠自己的正 反馈作用，维持导通，控制极失去控制作用。 增加，从而使晶闸管完全导通，正向电压很小。这个正反馈过程 是在极短时间内完成的，又称触发过程。此后即使控制极不再提 供电流，只要阳极上仍有正向电压，晶闸管就可以依靠自己的正 反馈作用，维持导通，控制极失去控制作用。
8、正反馈过程：正反馈过程： 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 二、单结晶体管二、单结晶体管 单结晶体管结构单结晶体管结构 单结晶体管结构、符号与等效电路如图单结晶体管结构、符号与等效电路如图4-2-5所示。所示。 因为它只有一个因为它只有一个PN结和两个基极，故称单结晶体管或双基 极晶体管。 结和两个基极，故称单结晶体管或双基 极晶体管。Rb1是是B1至至PN结之间的电阻，结之间的电阻，Rb1的阻值随发射极电流 值的增加而减小。但当阻值减小到一定值后，阻值不再减小。 的阻值随发射极电流 值的增加而减小。但当阻值减小到一定值后，阻值
9、不再减小。Rb2 的数值与的数值与IE无关。无关。 当当E点开路时，在点开路时，在B1， B2之间加上电压之间加上电压UBB，Rb1 两端电压为两端电压为UAB1 Rb1 UBB（Rb1 Rb2） UBB，式中，式中Rb1（Rb1 Rb2）称分压比，一般为）称分压比，一般为 0.30.8之间。它由管子 内部结构决定，是单结晶 体管主要参数之一。 之间。它由管子 内部结构决定，是单结晶 体管主要参数之一。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性 单结晶体管的伏安特性测试电路如图单结晶体管的伏安特
10、性测试电路如图4-2-6所示。所示。 单结晶体管伏安特性曲线如图单结晶体管伏安特性曲线如图4-2-7所示。所示。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 单结晶体管伏安特性曲线分为以下单结晶体管伏安特性曲线分为以下3个区域。个区域。 截止区截止区OP段：段：UEE由零开始增加，当由零开始增加，当UE 电位小于电位小于UA 时，时， VD反向截止。只有很小反向电流流过发射极，器件处于截止状 态。 反向截止。只有很小反向电流流过发射极，器件处于截止状 态。 负阻区负阻区PV段：段：UEE继续增大，当继续增大，当UE 电位达到电位达到P点时
11、，点时，UP UBB UD，二极管正偏而导通，二极管正偏而导通，IE电流开始增加，电流开始增加，IE的增加 使 的增加 使Rb1阻值减小。阻值减小。 于是于是UBB在在A点分压点分压UA Rb1UBB（Rb1Rb2）也随之减小，）也随之减小， 使二极管的正向偏压增加，使二极管的正向偏压增加，IE增大，增大，IE的增加又促进的增加又促进Rb1进一步减 小， 进一步减 小，IE又进一步增加，这个正反馈过程使又进一步增加，这个正反馈过程使IE迅速增加，迅速增加，UA 电位 急剧下降，这个过程称为触发。由于 电位 急剧下降，这个过程称为触发。由于PN结的正向压降随结的正向压降随IE的增 加而变化不大，
12、 的增 加而变化不大，UE的电位就随的电位就随UA 电位下降而下降，一直到最低 点 电位下降而下降，一直到最低 点V点。点。UP电位最高，称峰点电压；电位最高，称峰点电压；P点称为峰点。点称为峰点。UP电位不是 固定的，它与单结晶体管分压比及外加电压 电位不是 固定的，它与单结晶体管分压比及外加电压UBB有关，大，有关，大， UP大；大；UBB大，大，UP也大。也大。V点是曲线的最低点，点是曲线的最低点，UV 称谷点电压，称谷点电压， V点称谷点。点称谷点。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 饱和区：过谷点后，饱和区：过谷点后，
13、IE增加，增加，Rb1值不再下降，值不再下降，UE 随随IE的增 加而逐渐上升。对于谷点以右这段区域是 的增 加而逐渐上升。对于谷点以右这段区域是UE 低，低，IE大，相当于单 结晶体管处于导通状态，这一区域称为饱和区。 大，相当于单 结晶体管处于导通状态，这一区域称为饱和区。 当当UE值小于值小于UV 时，二极管又反偏，单结晶体管返回截止区。时，二极管又反偏，单结晶体管返回截止区。 单结晶体管具有以下特点。单结晶体管具有以下特点。 截止区发射极电流很小，可视为截止区发射极电流很小，可视为E极开路。极开路。 UE电位达到电位达到UP 值，单结晶体管触发，值，单结晶体管触发，IE急剧增加，急剧增
14、加，UE 下 降。单结晶体管具有负阻性。 下 降。单结晶体管具有负阻性。 单结晶体管触发后，若单结晶体管触发后，若UE电位低于谷点电压，单结晶体 管立即转入截止状态。 电位低于谷点电压，单结晶体 管立即转入截止状态。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 三、单结晶体管自激振荡原理三、单结晶体管自激振荡原理 原理分析：当如图原理分析：当如图4-2-8所示电路开关所示电路开关S闭合后，电源闭合后，电源UBB通过 电阻 通过 电阻RE 向电容向电容C充电，由于充电，由于IE0，电容的两端电压按时间常数 ，电容的两端电压按时间常数 RC的
15、指数曲线逐渐上升，在未到达单结晶体管峰值电压之前， 单结晶体管截止， 的指数曲线逐渐上升，在未到达单结晶体管峰值电压之前， 单结晶体管截止，R1两端无脉冲输出。两端无脉冲输出。 构构构构 思思思思 求求求求 知知知知 实实实实 施施施施 评评评评 价价价价 拓拓拓拓 展展展展 当当UC即即UE达到单结晶体管峰点电压达到单结晶体管峰点电压UP 时，单结晶体管触发， 电容通过晶体管内阻 时，单结晶体管触发， 电容通过晶体管内阻Rb1向电阻向电阻R1放电，由于放电，由于R1不大，放电速度很 快， 不大，放电速度很 快，UE 急剧下降。当电容电压降到谷点电压急剧下降。当电容电压降到谷点电压UV 时，单
16、结晶体管 跳变到截止区，输出电压降到零，于是 时，单结晶体管 跳变到截止区，输出电压降到零，于是R1两端输出一个前沿很陡 的尖脉冲，完成一次振荡。单结晶体管恢复截止后，电容又开始 充电，重复上述过程，结果在电容两端形成锯齿波，而在电阻 两端输出一个前沿很陡 的尖脉冲，完成一次振荡。单结晶体管恢复截止后，电容又开始 充电，重复上述过程，结果在电容两端形成锯齿波，而在电阻R1 上得到一串周期性脉冲电压。上得到一串周期性脉冲电压。 振荡电路的波形图如图振荡电路的波形图如图4-2-9所示。 改变 所示。 改变RE值可以调整电容充电的快慢从而 改变输出脉冲频率。 值可以调整电容充电的快慢从而 改变输出脉冲频率。 脉冲周期脉冲周期T由充电时间由充电时间T充
