雙向可控硅MAC97A6的電路應用[1]

1、.雙向可控硅mac97a6的電路應用家電維修 2010-08-22 00:08:15 閱讀2916 評論2 字號：大中小訂閱 mac97a6為小功率雙向可控硅（雙向晶閘管），最多應用于電風扇速度控制或電燈的亮度控制，市場上流行的“電腦風扇”或“電子程控風扇”，不外乎是用集成電路控制器與老式風扇相結(jié)合的新一代產(chǎn)品。這里介紹的電路就是利用一塊市售的專用集成電路ry901及mac97a6，將普通電扇改裝為具有多功能的高檔電扇，很適宜無線電愛好者制作與改裝。 這種新型ic的主要特點是：（1）集開關、定時、調(diào)速、模擬自然風為一體，外圍元件少、電路簡單、易于制作；（2）省掉了體積較大的機械定時器和調(diào)速器，

2、采用輕觸式開關和電腦控制脈沖觸發(fā)，因而無機械磨損，使用壽命長；（3）各種動作電腦程序具備相應的發(fā)光管指示，耗電量少，體積小，重量輕，顯示直觀，便于操作；（4）適合開發(fā)或改造成多路家電的定時控制等。ry901采用雙列直插式16腳塑封結(jié)構，為低功耗cmos集成電路。其外形、引出腳排列及各腳功能如圖1所示。工作原理 典型應用電路如圖2所示（ url= ）。市電220v由c1、r1降壓vd9穩(wěn)壓，經(jīng)vd10、c2整流濾波后, 提供5v6v左右的直流電源作為ry901ic組成的控制器電壓。在剛接通電源時，電腦控制器暫處于復位（靜止）狀態(tài)，面板上所有發(fā)光二極管vd1vd8均不亮，電風扇不轉(zhuǎn)。若這時每按動一

3、次風速選擇鍵sb3，可依次從ic的1113腳輸出控制電平（脈沖信號），經(jīng)發(fā)光管vdlvd3和限流電阻r2r4，分別觸發(fā)雙向晶閘管vs1vs3的g極，用以控制它的導通與截止，再經(jīng)電抗器l進行阻抗變換，即可按強風、中風、弱風、強風的順序來改變其工作狀態(tài)，并且風速指示管vd1vd3（紅色）對應點亮或熄滅；當按風型選擇鍵sb4，電風扇即按連續(xù)風（常風）、陣風（模擬自然風）、連續(xù)風的方式循環(huán)改變其工作狀態(tài)，在連續(xù)風狀態(tài)下，風型指示管vd4（黃色）熄滅，在陣風狀態(tài)下，vd4閃光；當按動定時時間選擇鍵sb2，定時指示管vd5vd8依次對應點亮或熄滅，即每按動一次sb2，可選擇其中一種定時時間，共有0.5、l

4、、2、4小時和不定時5種工作方式供選擇。當定時時間一到，ic內(nèi)部的定時電路停止工作，相應的定時指示管熄滅 同時ic的1113腳也無控制信號輸出，雙向晶閘管vs1vs3截止，從而導致風扇自動停止運轉(zhuǎn)；在風扇不定時工作時，欲停止風扇轉(zhuǎn)動，只要按動一下復位開關sb1，所有指示燈熄滅，電源被切斷，風扇停轉(zhuǎn)；如欲啟動風扇，照上述方法操作即可。元器件選擇與制作圖中除降壓電容c1用優(yōu)質(zhì)的cbb-400v聚苯電容；泄放保護電阻r1用1w金屬膜電阻或線繞電阻外，其余元器件均為普通型。電阻為1/8w；電解電容的耐壓值取10v16v，c1取值范圍為0.47ulu之間；穩(wěn)壓管vd9為5v6v/1w,可選用zcw104

5、（舊型號為zcw21b）硅穩(wěn)壓管；vs1vs3為1a/400v小型塑封雙向晶閘管，可選用mac94a4型或mac97a6型；l為電抗器，可以自制，亦可采用原調(diào)速器中的電抗器；sb1sb4為輕觸型按鍵開關（也叫微動或點動開關），有條件的可采用導電橡膠組合按鍵開關。電路焊接無誤，一般不用調(diào)試就能工作。改裝方法該電路對所有普通風扇都能進行改裝。將焊接好的電路板裝進合適的塑料肥皂盒或原調(diào)速器盒中，將原分線器開關拆除不用，留出空余位置便于安裝印制板電路。一般風扇用電抗器均采取5擋。不妨利用其中、擋，將強風（第1擋）、中風（第2擋）弱風（第3擋）分別接到電抗器的各擋中。若有的調(diào)速器中無電抗器，風扇電機則是

6、采取抽頭方式改變風速的，同樣將三種風速分別接至分線器的三極引線中。在改裝中特別要注意安全，印制板上220v交流電源接線端及所有導電部位應與調(diào)整器盒的金屬件嚴格隔離。改裝完畢，可用測電筆碰觸調(diào)速器有否漏電。否則應進一步采取絕緣措施。通電試驗時，用萬用表dc10v檔測c2兩端電壓應為5v6v之間，若不正常，應重點檢查整流穩(wěn)壓電路，然后再分別按動sb1sb4開關，觀察各路指示管vd1vd8應按對應的選擇功能發(fā)光或熄滅，風扇也應同步工作于不同狀態(tài)。 采用tvvh9238-lc901及mac97a6的多功能無線電遙控電風扇電路圖本例介紹的電風扇無線遙控調(diào)速器是采用4位遙控模塊和一塊風扇調(diào)速集成電路，它可

7、將普通電風扇改造成無線電遙控多功能調(diào)速風扇。 工作原理電風扇無線遙控調(diào)速器的風扇接收部分電路原理圖如圖1所示。發(fā)射部分是一個4位twh9236匙扣式發(fā)射器，其a鍵用作風速（speed）調(diào)節(jié)、b鍵為風類（mode）調(diào)節(jié)，c鍵為定時（time）設定，d鍵為關（off）。圖1中ic1是與twh9236遙控發(fā)射器相對應的twh9238接收模塊，其a, b、c, d 4個引腳與發(fā)射器上a、b、c、d4個按鍵是一一對應的。 ic3是一塊lc901電風扇調(diào)速專用集成電路，其1、巧、14和5腳分別為風速（speed）、風類（mode)、定時(time）、關（off)控制設定端，低電平觸發(fā)有效。當1腳反復受到低

8、電平觸發(fā)，風速依次為強風（s）中風（m）弱風（l)一強風(s)，11腳為強風輸出端s, 12腳為中風輸出端m, 13腳為弱風輸出端l，有效輸出為高電平，分別觸發(fā)驅(qū)動雙向晶閘管vth1一vth3,使其導通，通過電抗器l使電風扇m獲得不同的電壓以實現(xiàn)調(diào)速的目的。vl6v比分別為強風、中風、弱風指示燈。當5腳受到低電平觸發(fā)時，11一13腳均無輸出，電風扇停轉(zhuǎn)，芯片處于靜止狀態(tài)，即關機。在關機狀態(tài)時，1腳兼作起動端，可使電風扇起動運轉(zhuǎn)。15腳受到低電平觸發(fā)，可使風類在正常風與自然風之間進行切換，vi5為風類指示燈，熄滅時為正常風，閃爍麥光時為自然風。14腳反復受到低電平觸發(fā)時，可使電路處于不定時-0

9、5h- 1 h-2h-4h一不定時一，7一10腳所接的vu一vl4分別為4h、2h、lh、0 5h定時顯示指示燈。由于twh9238 (icl )數(shù)據(jù)輸出端有效輸出為高電平，故通過反相器反相將其轉(zhuǎn)換為低電平，以分別觸發(fā)ic3的1、15、14和5，所以通過遙控發(fā)射機a一d4個按鍵就能方便地控制電風扇的風速、風類、定時及關機。元器件選擇icl與發(fā)射器選用廣東中山達華電子廠生產(chǎn)的twh9236/9238系列無線電發(fā)射與接收模塊；ic2的4個反相器可選用一塊cd4069六反相器數(shù)字集成電路中任意4個完好的反相器，另2個不用的反相器應將其輸人端進行接地處理而不要懸空，可消除不必要的干擾。ic3選用lc9

10、01電風扇調(diào)速專用集成電路。vth1 - vth3可用mac97a6（ia/600v）小型塑料封裝雙向晶閘管。vs選0.5w、6v穩(wěn)壓二極管，如1n5233、2cw21 c等型號。l可用電風扇機械調(diào)速器中的電抗器，一般機械調(diào)速器有5擋轉(zhuǎn)速，現(xiàn)只有3擋，所以要空出線圈2個抽頭不用。c3要求采用cbb/3-400v型聚丙烯電容器。mac97a6的技術參數(shù)產(chǎn)品型號:mac97a6雙向可控硅斷態(tài)重復峰值電壓vdrm(max)(v):400反向重復峰值電壓vrrm(max)(v):400額定正向平均電流if(max)(a):6 額定電流小于1安培控制功率小于60瓦以下門極觸發(fā)電流igt(max)(ma)

11、:7門極觸發(fā)電壓vgt(max)(v):2.500封裝/溫度():3to92/-40110價格/1片(套):￥1.05圖片：雙向可控硅的工作原理1.可控硅是p1n1p2n2四層三端結(jié)構元件，共有三個pn結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個pnp管和一個npn管所組成 當陽極a加上正向電壓時，bg1和bg2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極g輸入一個正向觸發(fā)信號，bg2便有基流ib2流過，經(jīng)bg2放大，其集電極電流ic2=2ib2。因為bg2的集電極直接與bg1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)bg1放大，于是bg1的集電極電流ic1=1ib1=12ib2。這個電流又流回到bg

12、2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。由于bg1和bg2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極g的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。 由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化2,觸發(fā)導通 在控制極g上加入正向電壓時（見圖5）因j3正偏，p2區(qū)的空穴時入n2區(qū)，n2區(qū)的電子進入p2區(qū)，形成觸發(fā)電流igt。在可控硅的內(nèi)部正反饋作用（見圖2）的基礎上，加上igt的作用，使可控硅提前導通，導致圖3的伏安特性

13、oa段左移，igt越大，特性左移越快。一、可控硅的概念和結(jié)構？晶閘管又叫可控硅。自從20世紀50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管，等等。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導體材料組成的，有三個pn結(jié)，對外有三個電極圖2(a)：第一層p型半導體引出的電極叫陽極a，第三層p型半導體引出的電極叫控制極g，第四層n型半導體引出的電極叫陰極k。從晶閘管的電路符號圖2(b)可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關鍵是多了一個控制極g，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性

14、。 圖2 二、晶閘管的主要工作原理及特性為了能夠直觀地認識晶閘管的工作特性，大家先看這塊示教板(圖3)。晶閘管vs與小燈泡el串聯(lián)起來，通過開關s接在直流電源上。注意陽極a是接電源的正極，陰極k接電源的負極，控制極g通過按鈕開關sb接在3v直流電源的正極(這里使用的是kp5型晶閘管，若采用kp1型，應接在1.5v直流電源的正極)。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接，也就是說，給晶閘管陽極和控制極所加的都是正向電壓?，F(xiàn)在我們合上電源開關s，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導通；再按一下按鈕開關sb，給控制極輸入一個觸發(fā)電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導通了。這個演示實驗給了我們什么啟發(fā)呢? 圖3 這個

15、實驗告訴我們，要使晶閘管導通，一是在它的陽極a與陰極k之間外加正向電壓，二是在它的控制極g與陰極k之間輸入一個正向觸發(fā)電壓。晶閘管導通后，松開按鈕開關，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導通狀態(tài)。 晶閘管的特點： 是“一觸即發(fā)”。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導通?？刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導通，卻不能使它關斷。那么，用什么方法才能使導通的晶閘管關斷呢?使導通的晶閘管關斷，可以斷開陽極電源(圖3中的開關s)或使陽極電流小于維持導通的最小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時，晶閘管會自行關斷。可控硅是p1n1p2

16、n2四層三端結(jié)構元件，共有三個pn結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個pnp管和一個npn管所組成，其等效圖解如圖1所示 當陽極a加上正向電壓時，bg1和bg2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極g輸入一個正向觸發(fā)信號，bg2便有基流ib2流過，經(jīng)bg2放大，其集電極電流ic2=2ib2。因為bg2的集電極直接與bg1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)bg1放大，于是bg1的集電極電流ic1=1ib1=12ib2。這個電流又流回到bg2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。 由于bg1和bg2所構成的正反饋作用，所以一

17、旦可控硅導通后，即使控制極g的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表1三、用萬用表可以區(qū)分晶閘管的三個電極嗎?怎樣測試晶閘管的好壞呢?普通晶閘管的三個電極可以用萬用表歐姆擋r100擋位來測。大家知道，晶閘管g、k之間是一個pn結(jié)圖2(a)，相當于一個二極管，g為正極、k為負極，所以，按照測試二極管的方法，找出三個極中的兩個極，測它的正、反向電阻，電阻小時，萬用表黑表筆接的是控制極g，紅表筆接的是陰極k，剩下的一個就是陽極a了。

18、測試晶閘管的好壞，可以用剛才演示用的示教板電路(圖3)。接通電源開關s，按一下按鈕開關sb，燈泡發(fā)光就是好的，不發(fā)光就是壞的四、晶閘管在電路中的主要用途是什么?普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構成可控整流電路?，F(xiàn)在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路圖4(a)。在正弦交流電壓u2的正半周期間，如果vs的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖ug，vs仍然不能導通，只有在u2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖ug時，晶閘管被觸發(fā)導通?，F(xiàn)在，畫出它的波形圖圖4(c)及(d)，可以看到，只有在觸發(fā)脈沖ug到來時，負載rl上才有電壓ul輸出(

19、波形圖上陰影部分)。ug到來得早，晶閘管導通的時間就早；ug到來得晚，晶閘管導通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖ug到來的時間，就可以調(diào)節(jié)負載上輸出電壓的平均值ul(陰影部分的面積大小)。在電工技術中，常把交流電的半個周期定為180，稱為電角度。這樣，在u2的每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角；在每個正半周內(nèi)晶閘管導通的電角度叫導通角。很明顯，和都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角或?qū)ń?，改變負載上脈沖直流電壓的平均值ul，實現(xiàn)了可控整流。五、在橋式整流電路中，把二極管都換成晶閘管是不是就成了可控整流電路了呢?在橋式整

20、流電路中，只需要把兩個二極管換成晶閘管就能構成全波可控整流電路了。現(xiàn)在畫出電路圖和波形圖(圖5)，就能看明白了。六、晶閘管控制極所需的觸發(fā)脈沖是怎么產(chǎn)生的呢?晶閘管觸發(fā)電路的形式很多，常用的有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、利用小晶閘管觸發(fā)大晶閘管的觸發(fā)電路，等等。今天大家制作的調(diào)壓器，采用的是單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。七、什么是單結(jié)晶體管?它有什么特殊性能呢?單結(jié)晶體管又叫雙基極二極管，是由一個pn結(jié)和三個電極構成的半導體器件(圖6)。我們先畫出它的結(jié)構示意圖圖7(a)。在一塊n型硅片兩端，制作兩個電極，分別叫做第一基極b1和第二基極b2；硅片的另一側(cè)靠近b2處制作了一

21、個pn結(jié)，相當于一只二極管，在p區(qū)引出的電極叫發(fā)射極e。為了分析方便，可以把b1、b2之間的n型區(qū)域等效為一個純電阻rbb，稱為基區(qū)電阻，并可看作是兩個電阻rb2、rb1的串聯(lián)圖7(b)。值得注意的是rb1的阻值會隨發(fā)射極電流ie的變化而改變，具有可變電阻的特性。如果在兩個基極b2、b1之間加上一個直流電壓ubb，則a點的電壓ua為：若發(fā)射極電壓ueua，二極管vd截止；當ue大于單結(jié)晶體管的峰點電壓up(up=udua)時，二極管vd導通，發(fā)射極電流ie注入rb1，使rb1的阻值急劇變小，e點電位ue隨之下降，出現(xiàn)了ie增大ue反而降低的現(xiàn)象，稱為負阻效應。發(fā)射極電流ie繼續(xù)增加，發(fā)射極電壓

22、ue不斷下降，當ue下降到谷點電壓uv以下時，單結(jié)晶體管就進入截止狀態(tài)。八、怎樣利用單結(jié)晶體管組成晶閘管觸發(fā)電路呢?單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路在今天大家制作的調(diào)壓器中已經(jīng)具體應用了。為了說明它的工作原理，我們單獨畫出單結(jié)晶體管張弛振蕩器的電路(圖8)。它是由單結(jié)晶體管和rc充放電電路組成的。合上電源開關s后，電源ubb經(jīng)電位器rp向電容器c充電，電容器上的電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升。當uc上升到單結(jié)晶體管的峰點電壓up時，單結(jié)晶體管突然導通，基區(qū)電阻rb1急劇減小，電容器c通過pn結(jié)向電阻r1迅速放電，使r1兩端電壓ug發(fā)生一個正跳變，形成陡峭的脈沖前沿圖8(b)。隨著電容器c的放電，ue按

23、指數(shù)規(guī)律下降，直到低于谷點電壓uv時單結(jié)晶體管截止。這樣，在r1兩端輸出的是尖頂觸發(fā)脈沖。此時，電源ubb又開始給電容器c充電，進入第二個充放電過程。這樣周而復始，電路中進行著周期性的振蕩。調(diào)節(jié)rp可以改變振蕩周期。九、在可控整流電路的波形圖中，發(fā)現(xiàn)晶閘管承受正向電壓的每半個周期內(nèi)，發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，也就是控制角和導通角都相等，那么，單結(jié)晶體管張弛振蕩器怎樣才能與交流電源準確地配合以實現(xiàn)有效的控制呢?為了實現(xiàn)整流電路輸出電壓“可控”，必須使晶閘管承受正向電壓的每半個周期內(nèi)，觸發(fā)電路發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，這種相互配合的工作方式，稱為觸發(fā)脈沖與電源同步。怎樣才能做到同步呢?

24、大家再看調(diào)壓器的電路圖(圖1)。請注意，在這里單結(jié)晶體管張弛振蕩器的電源是取自橋式整流電路輸出的全波脈沖直流電壓。在晶閘管沒有導通時，張弛振蕩器的電容器c被電源充電，uc按指數(shù)規(guī)律上升到峰點電壓up時，單結(jié)晶體管vt導通，在vs導通期間，負載rl上有交流電壓和電流，與此同時，導通的vs兩端電壓降很小，迫使張弛振蕩器停止工作。當交流電壓過零瞬間，晶閘管vs被迫關斷，張弛振蕩器得電，又開始給電容器c充電，重復以上過程。這樣，每次交流電壓過零后，張弛振蕩器發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，這個時刻取決于rp的阻值和c的電容量。調(diào)節(jié)rp的阻值，就可以改變電容器c的充電時間，也就改變了第一個ug發(fā)出的時刻

25、，相應地改變了晶閘管的控制角，使負載rl上輸出電壓的平均值發(fā)生變化，達到調(diào)壓的目的。雙向晶閘管的t1和t2不能互換。否則會損壞管子和相關的控制電路。雙向可控硅的特性和使用 普通可控硅(vs)實質(zhì)上屬于直流控制器件。要控制交流負載，必須將兩只可控硅反極性并聯(lián)，讓每只scr控制一個半波，為此需兩套獨立的觸發(fā)電路，使用不夠方便。 雙向可控硅是在普通可控硅的基礎上發(fā)展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個觸發(fā)電路，是目前比較理想的交流開關器件。其英文名稱triac即三端雙向交流開關之意。構造原理 盡管從形式上可將雙向可控硅看成兩只普通可控硅的組合，但實際上它是由7只晶體管和多只電阻構

26、成的功率集成器件。小功率雙向可控硅一般采用塑料封裝，有的還帶散熱板，外形如圖l所示。典型產(chǎn)品有bcmlam(1a600v)、 bcm3am(3a600v)、2n6075(4a600v)，mac218-10(8a800v)等。大功率雙向可控硅大多采用rd91型封裝。雙向可控硅的主要參數(shù)見附表。 雙向可控硅的結(jié)構與符號見圖2。它屬于npnpn五層器件，三個電極分別是t1、t2、g。因該器件可以雙向?qū)?，故除門極g以外的兩個電極統(tǒng)稱為主端子，用t1、t2。表示，不再劃分成陽極或陰極。其特點是，當g極和t2極相對于t1，的電壓均為正時，t2是陽極，t1是陰極。反之，當g極和t2 極相對于t1的電壓均為負時，t1變成陽極，t2為陰極。雙向可控硅的伏安特性見圖3，由于正、反向特性曲線具有對稱性，所以它可在任何一個方向?qū)?。檢測方法下面介紹利用萬用表rxl檔判定雙向可控硅電極的方法，同時還檢查觸發(fā)能力。1.判定t2極由圖2可見，g極與t1極靠近，距t2極較遠。因此，gt1之間的正、反向電阻都很小。在肦xl檔測任意兩腳之間的電阻時，只有在g-t1之間呈現(xiàn)低阻，正、反向電阻僅幾十歐，而t2-g、t2-t1之間的正、反向電阻均為無窮大。這表明，如果測出某腳和其他兩腳都不通，就肯定是t2極。，另外，采用to220封裝的雙向可控硅，t2極通常與小散熱板連通，據(jù)此亦可確定