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1、晶闸管调光电路一、目的1. 熟悉晶闸管调光电路的工作原理及电路中各元件的作用。2. 掌握晶闸管调光电路的安装、调试步骤及方法。3. 对晶闸管调光电路中故障原因能加以分析并能排除故障。4. 熟悉示波器的使用方法。二、材料与设备晶闸管调光电路的底板 1块闸管调光电路元件 1套万用表 1块示波器 1台烙铁 1只三、线路晶闸管调光电路实验实训线路如图7 1所示。图7-1晶闸管调光电跻原理图该调光电路分主电路和触发电路两大部分。主电路是单相半波整流电路，触发电路是单结晶体管触发电路。四、内容与步骤1. 晶闸管调光电路的安装(1) 元件布置图和布线图。根据图7 1所示电路画出元件布置图和布线图。(2) 元
2、器件选择与测试。根据图7 1所示电路图选择元器件并进行测量，重点对二极 管、晶闸管、稳压管、单结晶体管等元器件的性能、管脚进行测试和区分。(3) 焊接前准备工作。将元器件按布置图在电路底板焊接位置上做引线成形。弯脚时， 切忌从元件根部直接弯曲，应将根部留有510mm长度以免断裂。引线端在去除氧化层后 涂上助焊剂，上锡备用。(4) 元器件焊接安装。根据电路布置图和布线图将元器件进行焊接安装。2. 晶闸管调光电路的调试(1) 通电前的检查。对已焊接安装完毕的电路办根据图1 47所示电路进行详细检查。 重点检查二极管、稳压管、单结晶体管、晶闸管等元件的管脚是否正确。输入、输出端有无 短路现象。(2)
3、 通电调试。晶闸管调光电路分主电路和单结晶体管触发电路两大部分。因而通电 调试亦分成两个步骤，首先调试单结晶体管触发电路，然后，再将主电路和单结晶体管触发 电路联结，进行整体综合调试。3. 晶闸管调光电路故障分析及处理晶闸管调光电路在安装、调试及运行中，由元器件及焊接等原因产生故障，可根据故障 现象、用万用表、示波器等仪器进行检查测量并根据电路原理进行分析，找出故障原因并进 行处理。五、注意事项1. 注意元件布置要合理。2. 焊接应无虚焊、错焊、漏焊，焊点应圆滑无毛刺。3. 焊接时应重点注意二极管、稳压管、单结晶体管、晶闸管等元件的管脚。六、对触发电路的要求1) 对触发信号功率的要求触发信号要
4、有足够的功率。由晶闸管原理可知，门极与阴极之间可近似看成 一个PN结，其典型伏安特性曲线如图4-1所示。由于同一型号元件的门极伏安特 性分散性很大，因此规定元件的门极阻值在某高阻(曲线0D)和低阻(曲线0G)图晶用管门根伏支特社2）对触发信号波形的要求触发脉冲应用一定的宽度，脉冲前沿尽可能的陡，以使元件再触发导通后阳 极电流能迅速上升超过擎住电流而导通。3）对触发脉冲的同步及移相范围要求为使晶闸管在每个周期都在相同的控制角触发导通，触发脉冲必须与晶闸管 的阳极电压同步，且脉冲与电源波形保持固定的相位关系。移相触发的结构如图4-3 所示，触发电路同时受控制电压Uc与同步电压us （同步电压与晶闸
5、管的阳极电压 同频率且有一定的相位关系）控制。控制电压Uc使脉冲在要求范围内移相，同步 电压us使脉冲与电源电压同步，保证每一个周期内控制角恒定，以得到稳定的直 流电压。为了使电路在给定范围内工作，必须保证触发脉冲能在相应范围内进行移 相。TRZD主电路負载JL同步环节控制电压圏4二整流装置圏4) 防止干扰与误触发晶闸管的误导通往往是由于干扰信号进入门极电路而引起的，因此需要对触 发电路进行屏蔽、隔离等抗干扰措施。单结管触发电路单结管的结构与工作原理1结构单结晶体管结构示意图如图4-4 (a)所示。在一块高电阻率的N型 硅半导体基片上引出两个电极：第一基极bl与第二基极b2。这两个基 极之间的
6、电阻Rbb即是基片的电阻，约212 kQ。在两基极之间，靠 近b2极处设法掺入P型杂质铝，引出电极称为发射极e。所以，它是一 种特殊的半导体器件，有三个引出端，只有一个PN结，故称单结晶体 管,又称双基极二极管。其等效电路、符号与管脚如图4-4 (b)、(c)、(d)所示，Rbl、Rb2分别为e极与bl、b2之间的基片电阻。risc)图车4单结晶体管的构造与符号2单结管的特性和工作原理将单结管接成下图所示电路，称ubb为基极电压，ue随发射极电流变化，称为发射极电压。(1)(当当断开开S2闭合合时外加基极电压压bU由由gi和愉分压, 则管压,A贝点管子中点点之间b的电压间的电压UA为=Ubb(
7、A点在管子内部，无法直接测量)(4-1) 由管子内部结构决定，通常在0.3-0.9由管子内部结构决定，通常在0.3RU =bi UAR + R bb 2 bi式中n为单结管分压比，之间式中n单结晶体管分压比，0.9之间。VD叽I “图4苓单结晶体管试验电路(2) 当Ubb断开，Ibb=0, S1闭合加上Ue时，二极管VD与Rb1组 成串联电路。发射极电压与电流的伏安特性如图4-6中最下边一条曲线 所示，与二极管正向特性接近。(3) 若管子加上一定的基极电压Ubb(10 V),Ue从零开始增大，当 UeUA= n Ubb时，二极管VD反偏，只有很小的反向漏电流，Ie为负 值。当Ue增大到与UA相
8、等时，二极管VD零偏，Ie=0，对应于图4-6 中曲线上b点。当Ue再增大，UeUP 后，单结晶体管从截止区迅速经过负阻区到达谷点V,在负阻区不能停 留。当Ie再继续增大，空穴注入N区增大到一定程度时，部分空穴来不 及与基区电子复合而出现空穴剩余，使空穴继续注入遇到阻力，相当于Rbl变大。因此在谷点V之后，元件又恢复正阻特性，Ue随Ie的增大而 缓慢增大，工作由负阻区进入饱和区。显然，UV是维持管子导通时的 最小发射极电压，一旦出现UeUV时，管子将重新截止。当Ubb改变时， UP也随之改变，由此可以得到一组伏安特性。在触发电路里，通常选用 分压比n较大、谷点电压UV小一些以及IV大的管子，这
9、样可使输出脉 冲幅值大，调节电阻范围宽。单结晶体管自激振荡电路利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电特性可组成自激振 荡电路，产生频率可变的脉冲，其电路如图4-7 (a)所示。当加上直流 电压U 后, 一路经R2、R1在单结晶体管两个基极之间按分压比n分压； 另一路经Re对电容C充电。发射极电压ue为电容两端电压uC,按指 数曲线渐渐上升，如图4-7 (b)所示。当uC vUp时，管子e、bl之间 处于截止状态。随着uC (ue)值的增大，电容电压uC充到刚开始大于 Up的瞬间，管子e、bl间的电阻突然变小(降为20 Q左右)而开始导 通，电容上的电荷通过e、bl迅速向电阻R1放电。由于放
10、电回路电 阻很小，放电时间很短，因此在R1上得到很窄的尖脉冲。当uC (ue) 小于谷点电压UV时，管子从导通又转为截止，电容C又开始充电，电 路不断振荡，在电容上形成锯齿波电压，在R1上输出前沿很陡的尖脉冲。振荡频率为:RC Ine(1耳改变Re可方便地改变振荡频率，波形如图4-7 (b)所示。单结晶体管同步触发电路触发电路送出的触发脉冲必须与晶闸管阳极电压同步，保证管子在 阳极电压的每个正半周内以相同的控制角a触发，从而获得稳定的直流 电压。图4-8 (a)为单相半控桥式单结晶体管同步触发电路。同步变压 器一次侧与晶闸管整流桥路接在同一交流电源上，同步变压器二次侧正 弦交流电压经桥式整流与
11、稳压管削波，得到梯形波电压uV，它与晶闸管阳极电压过零点一致，作为触发电路的电源，波形如图4-8 (b)所示。 因此，每当电源波形半周过零时，uV=ubb=0，单结晶体管A点电压 UA=0，可使电容上的电荷很快放掉。在下一半周开始时，基本上从零开 始充电，这样才能保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零点的时 刻(即a)致，起到同步作用。为了保证脉冲电压的正确产生，需要合理地选择电路参数。其中， 满足振荡条件的关键是充电电阻Re的取值。由Re决定的负载线应该与 单结晶体管的负阻特性相交，即Re的取值应满足：图单结晶体管振荡电路与波形4*: iQklLUiLL_图仆 单相半扌空桥单结晶体管触发电
12、路及彼形当Re增大时，单结晶体管充电到峰点电压的时间t充增大，第一个 脉冲出现的时刻推迟，即a增大，桥路输出直流电压Ud下降。所以， 这个触发电路既能保证同步，又能在一定范围内移相。为了简化电路, 单结晶体管输出脉冲同时触发晶闸管VT1、VT2,因只有阳极电压为正 的管子才能触发导通，所以能保证桥式半控整流两个晶体管轮流导通。 为了扩大移相范围，要求同步电压梯形波uV的两腰边尽量接近垂直， 这时可提高同步变压器二次电压U2,如稳压管V选用20V，U2电压通 常要大于60 V触发脉冲可直接由R1上取出，这种方式简单、经济，但触发电路 与主电路的电源有直接电联系，不安全，对于晶闸管串联接法的半控桥 电路，就无法工作。因此，很多场合采用脉冲变压器输出。从以上分析可知，单结晶体管触发电路只能产生窄脉冲。对于电感 较大的负载，由于晶闸管在触发导通时阳极电流上升较慢，在阳极电流 还未上升到掣住电流IL时，触发脉冲已经消失，使晶闸管在触发期间导 通后又重新关断。所以，单结晶体管如不采取脉冲扩展措施，是不宜触 发感性负载的晶闸管整流电路的，而只能用于要求不太高的单相整流装 置场合。资料提供科创协会：罗宽2011. 05.13
