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1、学习情境设计-台灯控制器设计与制作学习领域：电子线路装接与分析总课时：200学习情境：台灯控制器设计与制作课 时：24学习目标：1. 熟悉可控硅的概念和结构晶及其主要工作特性2. 熟练掌握单结晶体管的等效电路3. 能够掌握单结晶体管的应用4. 了解可控硅和单结晶体管的判别主要内容教学方法建议1. 在台灯控制电路中可控硅的工作原理和工作特性2. 了解台灯控制电路中单结晶体管的工作原理3. 了解台灯控制电路中可控硅和单结晶体管参数4. 掌握台灯控制电路的装接和布置5. 课堂作业：分析台灯控制电路工作原理宏观教学方法： 引导文法微观教学方法： 讲述法 任务教学法 演示法教学材料使用工具学生知识与能力
2、准备教师知识与能力要求考核与评价备 注 引导文 多媒体课件 检查单 评价表 手工焊接设备 万用表、电压表、电流表和示波器各仪器仪表 焊接电路板 具备识读简单电路图和分析的能力 二极管、三极管、电阻、电容的识别 元器件焊接能力 熟悉可控硅的工作原理和工作特性 熟悉单结晶体管的工作原理和工作特性评价内容： 基本知识水平评价 任务完成情况评价 团队合作能力评价 工作态度评价评价方式： 小组成员互评 教师评价台灯控制器设计与制作的引导文适用专业：电子/机电/自动化/计算机适用年级：一年级任务名称：台灯控制器设计与制作任务编号：姓名：班级：日期：实训室：电子装接与分析一、电路设计1、电路组成220V整流
3、脉冲产生功率控制输出器负载电路包括整流电路，脉冲调节产生电路，控制输出电路2、步骤手工绘电路图印制电路板元器件的选择与测试装接工具的准备元件装接焊接检查3、电路测试与分析过程成品电路板电路故障排除与调试电路测试电路分析成果评估二、工作原理分析1、电路由VT、R2、R、R、RP、C组成单节晶体管的张驰振荡器。2、在接通电源前，电容C上电压为零，接通电源后，电容经由R4、RP充电而电压V逐渐升高，当V达到峰点电压时，eb1间变成导通，电容上电压eb1而向电阻R3上输出一个脉冲电压。3、由于R4、RP的 阻值较大，当电容上的电压降到谷点电压时，以由R4、RP供给的电流小于谷点电流，不能满足导通要求，
4、于是单结晶体管恢复阻断状态。4、电容又重新充电，重复上述过程，在电容上形成锯齿状电压，在R3上则形成脉冲电压。在交流电压的每半个周期内，单节晶体管都将输出一组电阻值，可以改变电容充电的快慢，即改变锯齿波的振荡频率。从而改变可控硅VS导通角的大小，即改变了可控整流电路的直流平均输出电压，达到调节灯泡亮度的目的。任务内容任务目的注意事项任务与工作条件参考资料1可控硅和单结晶体管原理分析2台灯控制电路中的工作电压测试3可控硅和单结晶体管参数分析4台灯控制电路的装接与分析5台灯控制电路的调试1台灯控制电路中可控硅和单结晶体管的使用技术2台灯控制电路的单结晶体管使用技术3电子电路的测试、分析与调试技术1
5、操作规范2MOS的正确使用3电路安全1上交台灯控制电路成品1可控硅和单结晶体管工作原理和工作特性2元件器手册指导教师：日期：4、主要元件参数可控硅：（1）、可控硅的概念和结构晶闸管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极图2(a)：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控
6、制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号图2(b)可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。 （2）、如何鉴别可控硅的三个极鉴别可控硅三个极的方法很简单，根据P-N结的原理，只要用万用表测量一下三个极之间的电阻值就可以。 阳极与阴极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上，阳极和控制极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上（它们之间有两个P-N结，而且方向相反，因此阳极和控制极正反向都不通）。 控制极与阴极之间是一个P-N结，因此它的正向电阻大约在几欧-几百欧的范围，反向电阻比正向电阻要大。可是控制极二极管特性是
7、不太理想的，反向不是完全呈阻断状态的，可以有比较大的电流通过，因此，有时测得控制极反向电阻比较小，并不能说明控制极特性不好。另外，在测量控制极正反向电阻时，万用表应放在R*10或R*1挡，防止电压过高控制极反向击穿。 若测得元件阴阳极正反向已短路，或阳极与控制极短路，或控制极与阴极反向短路，或控制极与阴极断路，说明元件已损坏。（3）、晶闸管的主要工作特性为了能够直观地认识晶闸管的工作特性，大家先看这块示教板(图3)。晶闸管VS与小灯泡EL串联起来，通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的正极，阴极K接电源的负极，控制极G通过按钮开关SB接在3V直流电源的正极(这里使用的是KP5型晶闸管，
8、若采用KP1型，应接在1.5V直流电源的正极)。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。现在我们合上电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通；再按一下按钮开关SB，给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。这个演示实验给了我们什么启发呢? 这个实验告诉我们，要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。晶闸管的特点： 是“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通
9、过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。单结晶体管：1、单结晶体管的等效电路 单结晶体管的等效电路如上图所示，发射极所接P区与N型硅棒形成的PN结等效为二极管D；N型硅棒因掺杂浓度很低而呈现高电阻，二极管阴极与基极B2之间的等效电阻为rB2，二极管阴极与基极B1之间的等效电阻为rB1；rB1的阻值受E-B1间电压的控制，所以等效为可变电阻。 2、单结
10、晶体管各管脚的判别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。应当说明的是，上述判别B1、B2的方法，不一定对所有的单结晶体管都适用，有个别管子的E-B1间的正向电阻值较小。不过准确地判断哪 极是B1，哪极是B2在实际使用中并不特别重要。即使B1、B2用颠倒了，也不会使管子损坏，只影响输出脉冲的幅度（单结晶体管多作
11、脉冲发生器使用），当发现输出的脉冲幅度偏小时，只要将原来假定的B1、B2对调过来就可以了。双基极二极管性能的好坏可以通过测量其各极间的电阻值是否正常来判断。用万用表R1k档，将黑表笔接发射极E，红表笔依次接两个基极（B1和B2），正常时均应有几千欧至十几千欧的电阻值。再将红表笔接发射极E，黑表笔依次接两个基极，正常时阻值为无穷大。双基极二极管两个基极（B1和B2）之间的正、反向电阻值均为210k范围内，若测得某两极之间的电阻值与上述正常值相差较大时，则说明该二极管已损坏。 3、单结晶体管的应用单结晶体管具有大的脉冲电流能力而且电路简单，因此在各种开关应用中，在构成定时电路或触发SCR等方面获得
12、了广泛应用。它的开关特性具有很高的温度稳定性，基本上不随温度而变化。图4所示为单结晶体管组成的振荡电路。所谓振荡，是指在没有输入信号的情况下，电路输出一定频率、一定幅值的电压或电流信号。当合闸通电时，电容C上的电压为零，管予截止，电源VBB通过电阻R对C充电，随时间增长电容上电压uC逐渐增大；一旦UEB1增大到峰点电压UP后，管子进入负阻 区，输入端等效电阻急剧减小，使C通过管子的输入回路迅速放电，iE随之迅速减小，当UEB1减小到谷点电压Uv后，管子截止；电容又开始充电。上述过程 循环往返，只有当断电时才会停止，因而产生振荡。由于充电时间常数远大于放电时间常数，当稳定振荡时，电容上电压的波形
13、如图4(b)所示。图4 单结晶体管组成的振荡电路及波形为了提高使用可靠性，在使用过程中应注意以下问题：（1）在第二基极B2上串联1个限流电阻R2，限制单结管的峰值功率（2）电路中的CT或VP（峰值电压）较大时，CT上应串联一个保护电阻，以保护发射极B1不受到电损伤。例如：电容CT大于10F或 VP大于30V时就应适当串电阻，这个附加电阻的阻值至少应取每微法CT串1电阻。否则，较大的电容器放电电流会逐渐损伤单结管的EB1结，使振荡器的 振荡频率或单稳电路的定时宽度随着时间的增长而逐渐发生变化。（3）在某些应用中，用一只二极管与单结管的基极B2或发射极E相串联，这样可改善温度稳定性及减小电源电压变
14、化的影响（4）单结管和硅可控整流器的抗辐照特性很差，不宜在辐照环境中使用。三、制作1、元件选择与判别VD1-VD4二极管IN4004*4VS可控硅KP3VT单结晶体管BT33R1电阻51KR2电阻300R3电阻100R4电阻18KRP带开关电位器470KC涤纶电容器0.022UFH灯泡220V、40W灯座电源线若干安装线若干印刷电路板散热片2、印制电路板的设计与制作3、组装4、故障分析（1）、由BT33组成的单结晶体管张驰振荡器停振，可能造成灯泡不亮，灯泡不可调光。造成停振的原因可能BT33损坏，C损坏等。（2）、电位器顺时针旋转时，灯泡逐渐变暗，可能是电位器中心轴头接错位置所造成。（3）、当调节电位器RP至最小位置时，突然发现灯泡熄灭，则应适当增大电阻R4的阻值。四、交流与讨论
