可控硅功率調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)制作

Abstract摘要PAGEI摘要近年來隨著電子在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，應(yīng)用電子正在不斷地走向新時(shí)代,同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制電路日新月異發(fā)展。本文從對(duì)可控硅的概念，結(jié)構(gòu)，特性入手，輔以可控硅行業(yè)的良好前景，對(duì)可控硅調(diào)光電路作了全面描述。著重介紹了利用輔助軟件對(duì)電路進(jìn)行的設(shè)計(jì)與仿真，對(duì)電路原理圖和實(shí)踐作了簡(jiǎn)潔的描述。從功能上介紹了可控硅、開關(guān)、直流電源、交流電源等元件在不同的領(lǐng)域，有著廣闊的作用。關(guān)鍵詞：調(diào)光可控硅控制電路AbstractⅡAbstractInrecentyears,withe-penetrationinthesocialfield,theapplicationofelectronicsisgrowingtowardsanewera,atthesametimepromotethedevelopmentofconventionalcontrolcircuitwitheachpassingday.Inthispaper,theconceptoftheSCR,structure,propertiesstartwiththegoodprospectsfortheindustrySCR,triacdimmercircuitforafulldescription.Focusesontheuseofassistivesoftwareforcircuitdesignandsimulation,schematicdiagramofthecircuitandmadeaconcisedescriptionofthepractice.FunctionalintroducedSCR,Keyword:SCRdimmingcontrolcircuit目錄PAGEIII電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文PAGE44目錄第1章緒論………………………11.1課題選題的意義，背景，范圍及目標(biāo)………11.1.1課題選題的意義，背景，范圍……………11.1.2課題達(dá)到的目標(biāo)……………21.2課題需要完成的工作概述……………………31.3論文的結(jié)構(gòu)……………………3第2章可控硅（SCR）的基本概念和結(jié)構(gòu)………42.1可控硅（SCR）的概念和結(jié)構(gòu)………………42.2可控硅（SCR）的主要工作特性……………42.3可控硅（SCR）在電路中的主要用途………62.4可控硅（SCR）的工作原理及基本特性電路………………92.5可控硅（SCR）的參數(shù)符號(hào)…………………14第3章無觸點(diǎn)開關(guān)在控制中的應(yīng)用……………173.1概述……………173.2常用無觸點(diǎn)開關(guān)………………173.2.1三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)的無觸點(diǎn)開關(guān)…………3.2.2基于可控硅器件的無觸點(diǎn)開關(guān)……3.2.3基于光耦三極管和達(dá)林頓管用作無觸點(diǎn)開關(guān)…………3.2.4基于MOS或IGBT的無觸點(diǎn)開關(guān)3.3各種無觸點(diǎn)開關(guān)的比較………22第4章燈光控制…………………224.1燈光控制………………………224.1.1燈光控制概述……4.1.2開關(guān)控制………………4.1.3調(diào)光控制……………4.2電力調(diào)整器…………………244.3三相可控硅電力調(diào)整器……………………244.4單相可控硅電力調(diào)整器……………………25第5章設(shè)計(jì)制作部分……………265.1電路圖在Protel中的實(shí)現(xiàn)…………………265.1.1材料的選取及電路原理簡(jiǎn)要說明………………5.1.2電路的繪制…………5.2電路在proteus中的模擬仿真………………305.2.1電路的簡(jiǎn)要波形圖………………5.2.2電路在Proteus中的模擬仿真……………5.3電路的調(diào)試及焊接……………34第6章總論…………37致謝…………………38參考文獻(xiàn)……………39第1章緒論P(yáng)AGE43第1章緒論1．1課題選題的意義，背景，范圍及要求1．1．1課題選題的意義，背景，范圍近年來，許多新型可控硅元件相繼問世，如適于高頻應(yīng)用的快速可控硅，可以用正或負(fù)的觸發(fā)信號(hào)控制兩個(gè)方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)信號(hào)使其導(dǎo)通，用負(fù)觸發(fā)信號(hào)使其關(guān)斷的可控硅等等?？煽毓枋枪杩煽卣髟暮?jiǎn)稱，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。該器件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品中，多用來作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點(diǎn)開關(guān)等。家用電器中的調(diào)光燈、調(diào)速風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、照相機(jī)、組合音響、聲光電路、定時(shí)控制器、玩具裝置、無線電遙控、攝像機(jī)及工業(yè)控制等都大量使用了可控硅器件。晶閘管又叫可控硅(SiliconControlledRectifier,SCR)。自從20世紀(jì)50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)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(dǎo)晶閘管、可關(guān)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，由于可控硅的應(yīng)用廣泛加上趕上了電子產(chǎn)業(yè)景氣回升的好時(shí)機(jī)，可控硅行情一路看好。眾所周知，可控硅的應(yīng)用市場(chǎng)越來越廣闊，幾乎所有的電子產(chǎn)品都用到了可控硅，在自動(dòng)控制領(lǐng)域，機(jī)電領(lǐng)域，工業(yè)電器及家電等方面無處不見可控硅的身影。有朋友介紹說，可控硅在電腦主板上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在電壓和電流正常的情況下，“可控硅”處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電壓和電流過大時(shí)，“可控硅”移動(dòng)至電源主線路，在電源內(nèi)部形成一個(gè)完整的通路（即短路），電源立刻停止工作，從而保護(hù)主板、CPU、HD、CDROM等板卡設(shè)備。可控硅甚至還用在卷發(fā)用具上?？梢娍煽毓柙谖覀兊纳钪袩o處不在，更說明可控硅有著巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，為可控硅經(jīng)銷商帶來的是巨大的商機(jī)。另外，從性能上看，可控硅的應(yīng)用相當(dāng)穩(wěn)定。拿電子開關(guān)來說，無論其他的元件怎么變化，可控硅的變化是不大的，這相對(duì)來說，等于擴(kuò)大的可控硅的應(yīng)用市場(chǎng)，減少了投資的風(fēng)險(xiǎn)。隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品的熱銷，更為可控硅提供了銷售空間。

在價(jià)格上，可控硅自二月以來就比較穩(wěn)定。但是原料價(jià)格上漲因素的影響，可控硅反映到市場(chǎng)上的漲幅一直在1%~2%之間徘徊。可控硅市場(chǎng)目前發(fā)展前景比較好，沒有因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)激烈而大打價(jià)格戰(zhàn)的傾向。經(jīng)銷商期待正是這個(gè)健康和諧向上發(fā)展的市場(chǎng)。預(yù)計(jì)，隨著汽車電子、家電領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域?qū)χ悄芸刂萍夹g(shù)要求的升級(jí)，可控硅的需求量還將保持上升趨勢(shì)。隨著快速可控硅和高頻可控硅的試制成功，近年來，我國(guó)可控硅的電壓和電流容量、性能以及產(chǎn)品的穩(wěn)定性有很大的提高?；赟CR電源裝置研制范圍的迅速擴(kuò)大，使產(chǎn)品種類不斷增多，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。1．1．2課題達(dá)到的目標(biāo)本課題期望達(dá)到的目標(biāo)是：利用可控硅設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，達(dá)到對(duì)負(fù)載（節(jié)能燈或小風(fēng)扇）的功率控制。反應(yīng)到實(shí)物上即節(jié)能燈亮度的強(qiáng)弱或風(fēng)扇的風(fēng)力大小的調(diào)節(jié)。首先通過教材了解，熟悉，掌握可控硅的概念，結(jié)構(gòu)及基本工作原理。利用Protel99SE軟件畫出大概的電原理圖，并測(cè)試其是否能工作。最后討論可控硅的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)電路作出優(yōu)化和改進(jìn)，并總結(jié)討論。1．2課題需要完成的工作概述本課題所需要完成的工作是：從了解可控硅入手，對(duì)可控硅器件的性能，工作特性，各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析，利用Protel99SE軟件畫出電原理圖，并測(cè)試，記錄電路的工作情況，分析并總結(jié)電路的優(yōu)缺點(diǎn)并給出優(yōu)化改進(jìn)方案，用Prteus軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真并進(jìn)行調(diào)試，最后進(jìn)行焊接及調(diào)試。1．3論文的結(jié)構(gòu)本論文共分為6章。第1章為緒論，籠統(tǒng)的介紹論文的研究背景，研究前景，應(yīng)用前景。和本論文具體研究的內(nèi)容，和如何研究，大體給出框架性的內(nèi)容，和最后要達(dá)到的目標(biāo)。第2章主要介紹可控硅(SCR)的基本概念和結(jié)構(gòu)。工作特性，及各項(xiàng)參數(shù)。從可控硅(SCR)的工作特性及在電路中的用途入手，確定課題的設(shè)計(jì)方向。此章節(jié)介紹的內(nèi)容為整篇論文的核心和基礎(chǔ)。第3章主要介紹無觸點(diǎn)開關(guān)在控制中的應(yīng)用。通過第2章的描述我們已經(jīng)知道，本課題的設(shè)計(jì)方向應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載功率的控制。而“控制”又是本課題的基礎(chǔ)。所以對(duì)無觸點(diǎn)開關(guān)在控制中的應(yīng)用的理解及運(yùn)用程度將直接影響到該論文完成的質(zhì)量。第4章主要介紹各類節(jié)能燈的性能，用途，各項(xiàng)參數(shù)。通過前幾章的論文描述我們已經(jīng)意識(shí)到，負(fù)載（既燈具）是本課題不可或缺的一個(gè)重要組成部分，而挑選什么燈具作為本文的負(fù)載亦是一個(gè)值得討論的課題。通過對(duì)本章的描述和學(xué)習(xí)，將對(duì)本論文產(chǎn)生積極的作用。第5章主要描述電路的設(shè)計(jì)及測(cè)試工作，對(duì)可控硅，負(fù)載，電源等等各部件的研究，結(jié)構(gòu)并進(jìn)行焊接與制作第6章是對(duì)全文的一個(gè)總結(jié)和概括。第2章可控硅(SCR)的基本概念和結(jié)構(gòu)2．1可控硅(SCR)的概念和結(jié)構(gòu)晶閘管又叫可控硅(SiliconControlledRectifier,SCR)。自從20世紀(jì)50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)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(dǎo)晶閘管、可關(guān)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(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對(duì)外有三個(gè)電極〔圖2-1(a)〕：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號(hào)〔圖2-1(b)〕可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。圖2-1可控硅第2章可控硅(SCR)的基本概念和結(jié)構(gòu)2．2可控硅的主要工作特性為了能夠直觀地認(rèn)識(shí)晶閘管的工作特性，大家先看這塊示教板(圖2-2)。晶閘管VS與小燈泡EL串聯(lián)起來，通過開關(guān)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(fù)極，控制極G通過按鈕開關(guān)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(yīng)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(guān)S，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導(dǎo)通；再按一下按鈕開關(guān)SB，給控制極輸入一個(gè)觸發(fā)電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導(dǎo)通了。這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)給了我們什么啟發(fā)呢?圖2-2示教板這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們，要使晶閘管導(dǎo)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(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后，松開按鈕開關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管的特點(diǎn)：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(dǎo)通。控制極的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開陽極電源(圖2-2中的開關(guān)S)或使陽極電流小于維持導(dǎo)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(dòng)直流電壓，那么，在電壓過零時(shí)，晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。怎樣用萬用表可以區(qū)分晶閘管的三個(gè)電極，怎樣測(cè)試晶閘管的好壞。普通晶閘管的三個(gè)電極可以用萬用表歐姆擋R×100擋位來測(cè)。大家知道，晶閘管G、K之間是一個(gè)PN結(jié)〔圖2-1(a)〕，相當(dāng)于一個(gè)二極管，G為正極、K為負(fù)極，所以，按照測(cè)試二極管的方法，找出三個(gè)極中的兩個(gè)極，測(cè)它的正、反向電阻，電阻小時(shí)，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(gè)就是陽極A了。測(cè)試晶閘管的好壞，可以用剛才演示用的示教板電路(圖2-2)。接通電源開關(guān)S，按一下按鈕開關(guān)SB，燈泡發(fā)光就是好的，不發(fā)光就是壞的。2．3可控硅（SCR）在電路中的主要用途可控硅的分類按其工作特性，可控硅（THYRISTOR)可分為普通可控硅（SCR）即單向可控硅、雙向可控硅（TRIAC)和其它特殊可控硅?？煽毓璧挠|發(fā)過零觸發(fā)-一般是調(diào)功，即當(dāng)正弦交流電交流電電壓相位過零點(diǎn)觸發(fā)，必須是過零點(diǎn)才觸發(fā)，導(dǎo)通可控硅。非過零觸發(fā)-無論交流電電壓在什么相位的時(shí)候都可觸發(fā)導(dǎo)通可控硅，常見的是移相觸發(fā)，即通過改變正弦交流電的導(dǎo)通角（角相位），來改變輸出百分比?？煽毓璧闹饕獏?shù)可控硅的主要參數(shù):1額定通態(tài)電流（IT)即最大穩(wěn)定工作電流，俗稱電流。常用可控硅的IT一般為一安到幾十安。2反向重復(fù)峰值電壓（VRRM)或斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（VDRM），俗稱耐壓。常用可控硅的VRRM/VDRM一般為幾百伏到一千伏。3控制極觸發(fā)電流（IGT)，俗稱觸發(fā)電流。常用可控硅的IGT一般為幾微安到幾十毫安。可控硅的常用封裝形式常用可控硅的封裝形式有TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220AB、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252等。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(gòu)成可控整流電路、逆變、電機(jī)調(diào)速、電機(jī)勵(lì)磁、無觸點(diǎn)開關(guān)及自功控制等方面?，F(xiàn)在我畫一個(gè)最簡(jiǎn)單的單相半波可控整流電路〔圖2-3〕。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(dǎo)通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時(shí)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。可以看到，只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時(shí)，負(fù)載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就早；Ug到來得晚，晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時(shí)間，就可以調(diào)節(jié)負(fù)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(shù)中，常把交流電的半個(gè)周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個(gè)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α；在每個(gè)正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個(gè)周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)ń铅?，改變?fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL，實(shí)現(xiàn)了可控整流。圖2-3半波可控整流電路五、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?在橋式整流電路中，只需要把兩個(gè)二極管換成晶閘管就能構(gòu)成全波可控整流電路了。六、晶閘管控制極所需的觸發(fā)脈沖如何形成晶閘管觸發(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、單結(jié)晶體管及它具有的特殊性能單結(jié)晶體管又叫雙基極二極管，是由一個(gè)PN結(jié)和三個(gè)電極構(gòu)成的半導(dǎo)體器件。在一塊N型硅片兩端，制作兩個(gè)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處制作了一個(gè)PN結(jié)，相當(dāng)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(gè)純電阻RBB，稱為基區(qū)電阻，并可看作是兩個(gè)電阻RB2、RB1的串聯(lián)。值得注意的是RB1的阻值會(huì)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(gè)基極B2、B1之間加上一個(gè)直流電壓UBB，則A點(diǎn)的電壓UA為：若發(fā)射極電壓UE<UA，二極管VD截止；當(dāng)UE大于單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓UP(UP=UD＋UA)時(shí)，二極管VD導(dǎo)通，發(fā)射極電流IE注入RB1，使RB1的阻值急劇變小，E點(diǎn)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(fù)阻效應(yīng)。發(fā)射極電流IE繼續(xù)增加，發(fā)射極電壓UE不斷下降，當(dāng)UE下降到谷點(diǎn)電壓UV以下時(shí)，單結(jié)晶體管就進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。八、利用單結(jié)晶體管組成晶閘管觸發(fā)電路單結(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(yīng)用了。為了說明它的工作原理，我們單獨(dú)畫出單結(jié)晶體管張弛振蕩器的電路。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(guān)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(dāng)UC上升到單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)晶體管突然導(dǎo)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(gè)正跳變，形成陡峭的脈沖前沿。隨著電容器C的放電，UE按指數(shù)規(guī)律下降，直到低于谷點(diǎn)電壓UV時(shí)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(shí)，電源UBB又開始給電容器C充電，進(jìn)入第二個(gè)充放電過程。這樣周而復(fù)始，電路中進(jìn)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(gè)周期內(nèi)，發(fā)出第一個(gè)觸發(fā)脈沖的時(shí)刻都相同，也就是控制角α和導(dǎo)通角θ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(zhǔn)確地配合以實(shí)現(xiàn)有效的控制呢?為了實(shí)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(gè)周期內(nèi)，觸發(fā)電路發(fā)出第一個(gè)觸發(fā)脈沖的時(shí)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?大家再看調(diào)壓器的電路圖。請(qǐng)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(dǎo)通時(shí)，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(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)晶體管VT導(dǎo)通，在VS導(dǎo)通期間，負(fù)載RL上有交流電壓和電流，與此同時(shí)，導(dǎo)通的VS兩端電壓降很小，迫使張弛振蕩器停止工作。當(dāng)交流電壓過零瞬間，晶閘管VS被迫關(guān)斷，張弛振蕩器得電，又開始給電容器C充電，重復(fù)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(gè)觸發(fā)脈沖的時(shí)刻都相同，這個(gè)時(shí)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(shí)間，也就改變了第一個(gè)Ug發(fā)出的時(shí)刻，相應(yīng)地改變了晶閘管的控制角，使負(fù)載RL上輸出電壓的平均值發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)壓的目的。雙向晶閘管的T1和T2不能互換。否則會(huì)損壞管子和相關(guān)的控制電路。2．4可控硅(SCR)的工作原理及基本特性電路可控硅從外形上分主要有螺旋式、平板式和平底式三種（圖2-4）。螺旋式的應(yīng)用較多?？煽毓栌腥齻€(gè)電極陽極（A）陰極（C）和控制極（G）。它有管芯是P型導(dǎo)體和N型導(dǎo)體交迭組成的四層結(jié)構(gòu)，共有三個(gè)PN結(jié)。其結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)見圖2-4。圖2-4三種可控硅從圖2-4中可以看到，可控硅和只有一個(gè)PN結(jié)的硅整流二極度管在結(jié)構(gòu)上迥然不同?？煽毓璧乃膶咏Y(jié)構(gòu)和控制極的引用，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)。在應(yīng)用可控硅時(shí)，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓。目前已能制造出電流容量達(dá)幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。可控硅為什么其有“以小控大”的可控性呢？下面我們用圖表-27來簡(jiǎn)單分析可控硅的工作原理。首先，我們可以把從陰極向上數(shù)的第一、二、三層看面是一只NPN型號(hào)晶體管，而二、三四層組成另一只PNP型晶體管。其中第二、第三層為兩管交迭共用。當(dāng)在陽極和陰極之間加上一個(gè)正向電壓Ea，又在控制極G和陰極C之間（相當(dāng)BG1的基一射間）輸入一個(gè)正的觸發(fā)信號(hào)，BG1將產(chǎn)生基極電流Ib1，經(jīng)放大，BG1將有一個(gè)放大了β1倍的集電極電流IC1。因?yàn)锽G1集電極與BG2基極相連，IC1又是BG2的基極電流Ib2。BG2又把比Ib2（Ib1）放大了β2的集電極電流IC2送回BG1的基極放大。如此循環(huán)放大，直到BG1、BG2完全導(dǎo)通。實(shí)際這一過程是“一觸即發(fā)”的過程，對(duì)可控硅來說，觸發(fā)信號(hào)加入控制極，可控硅立即導(dǎo)通。導(dǎo)通的時(shí)間主要決定于可控硅的性能?？煽毓枰唤?jīng)觸發(fā)導(dǎo)通后，由于循環(huán)反饋的原因，流入BG1基極的電流已不只是初始的Ib1，而是經(jīng)過BG1、BG2放大后的電流（β1*β2*Ib1）這一電流遠(yuǎn)大于Ib1，足以保持BG1的持續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)觸發(fā)信號(hào)即使消失，可控硅仍保持導(dǎo)通狀態(tài)只有斷開電源Ea或降低Ea，使BG1、BG2中的集電極電流小于維持導(dǎo)通的最小值時(shí)，可控硅方可關(guān)斷。當(dāng)然，如果Ea極性反接，BG1、BG2由于受到反向電壓作用將處于截止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)，即使輸入觸發(fā)信號(hào)，可控硅也不能工作。反過來，Ea接成正向，而觸動(dòng)發(fā)信號(hào)是負(fù)的，可控硅也不能導(dǎo)通。另外，如果不加觸發(fā)信號(hào)，而正向陽極電壓大到超過一定值時(shí)，可控硅也會(huì)導(dǎo)通，但已屬于非正常工作情況了?？煽毓柽@種通過觸發(fā)信號(hào)（小的觸發(fā)電流）來控制導(dǎo)通（可控硅中通過大電流）的可控特性，正是它區(qū)別于普通硅整流二極管的重要特征。可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件,共有三個(gè)PN結(jié),分析原理時(shí),可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成,其等效圖解如圖2-4所示當(dāng)陽極A加上正向電壓時(shí),BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí),如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào),BG2便有基流ib2流過,經(jīng)BG2放大,其集電極電流ic2=β2ib2。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連,所以ib1=ic2。此時(shí),電流ic2再經(jīng)BG1放大,于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個(gè)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(gè)管子的電流劇增,可控硅使飽和導(dǎo)通。由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?可控硅導(dǎo)通后,即使控制極G的電流消失了,可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài),由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用,沒有關(guān)斷功能,所以這種可控硅是不可關(guān)斷c所以一旦的。由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài),所以它具有開關(guān)特性,這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化,此條件見表2-4表2-4可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件2、基本伏安特性可控硅的基本伏安特性見圖2-4-圖2-4-2（1）反向特性當(dāng)控制極開路,陽極加上反向電壓時(shí)（見圖2-4-3）,J2結(jié)正偏,但J1、J2結(jié)反偏。此時(shí)只能流過很小的反向飽和電流,當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后,接差J3結(jié)也擊穿,電流迅速增加,圖2-4-3圖2-4-3（2）正向特性當(dāng)控制極開路,陽極上加上正向電壓時(shí)（見圖2-4-4）,J1、J3結(jié)正偏,但J2結(jié)反偏,這與普通PN結(jié)的反向特性相似,也只能流過很小電流,這叫正向阻斷狀態(tài),當(dāng)電壓增加,圖2-4-3圖2-4-4由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后,J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng),在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴,電子時(shí)入N1區(qū),空穴時(shí)入P2區(qū)。進(jìn)入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合,同樣,進(jìn)入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合,雪崩擊穿,進(jìn)入N1區(qū)的電子與進(jìn)入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉,這樣,在N1區(qū)就有電子積累,在P2區(qū)就有空穴積累,結(jié)果使P2區(qū)的電位升高,N1區(qū)的電位下降,J2結(jié)變成正偏,只要電流稍增加,電壓便迅速下降,出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性,見圖2-4-3這時(shí)J1、J2、J3三個(gè)結(jié)均處于正偏,可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài)通態(tài),此時(shí),它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似,見圖2-4-23、觸發(fā)導(dǎo)通在控制極G上加入正向電壓時(shí)（見圖2-4-5）因J3正偏,P2區(qū)的空穴時(shí)入N2區(qū),N2區(qū)的電子進(jìn)入P2區(qū),形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內(nèi)部正反饋?zhàn)饔茫ㄒ妶D2-4-2）的基礎(chǔ)上,加上IGT的作用,使可控硅提前導(dǎo)通,導(dǎo)致圖2-4-3圖2-4-52．5可控硅(SCR)的參數(shù)符號(hào)參數(shù)符號(hào)說明:IT(AV)--通態(tài)平均電流VRRM--反向重復(fù)峰值電壓IDRM--斷態(tài)重復(fù)峰值電流ITSM--通態(tài)一個(gè)周波不重復(fù)浪涌電流VTM--通態(tài)峰值電壓IGT--門極觸發(fā)電流VGT--門極觸發(fā)電壓IH--維持電流dv/dt--斷態(tài)電壓臨界上升率di/dt--通態(tài)電流臨界上升率Rthjc--結(jié)殼熱阻VISO--模塊絕緣電壓Tjm--額定結(jié)溫VDRM--通態(tài)重復(fù)峰值電壓IRRM--反向重復(fù)峰值電流IF(AV)--正向平均電流十二、如何鑒別可控硅的三個(gè)極鑒別可控硅三個(gè)極的方法很簡(jiǎn)單，根據(jù)P-N結(jié)的原理，只要用萬用表測(cè)量一下三個(gè)極之間的電阻值就可以。陽極與陰極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上，陽極和控制極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上（它們之間有兩個(gè)P-N結(jié)，而且方向相反，因此陽極和控制極正反向都不通）。控制極與陰極之間是一個(gè)P-N結(jié)，因此它的正向電阻大約在幾歐-幾百歐的范圍，反向電阻比正向電阻要大。可是控制極二極管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻斷狀態(tài)的，可以有比較大的電流通過，因此，有時(shí)測(cè)得控制極反向電阻比較小，并不能說明控制極特性不好。另外，在測(cè)量控制極正反向電阻時(shí)，萬用表應(yīng)放在R*10或R*1擋，防止電壓過高控制極反向擊穿。若測(cè)得元件陰陽極正反向已短路，或陽極與控制極短路，或控制極與陰極反向短路，或控制極與陰極斷路，說明元件已損壞?？煽毓枋强煽毓枵髟暮?jiǎn)稱，是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件。實(shí)際上，可控硅的功用不僅是整流，它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電，等等?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭(zhēng)相采用的元件?？煽毓璧闹饕獏?shù)有：1、額定通態(tài)平均電流IT在一定條件下，陽極陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。2、正向阻斷峰值電壓VPF在控制極開路未加觸發(fā)信號(hào)，陽極正向電壓還未超過導(dǎo)能電壓時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓?？煽毓璩惺艿恼螂妷悍逯担荒艹^手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。3、反向陰斷峰值電壓VPR當(dāng)可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí)，不能超過手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。4、控制極觸發(fā)電流Ig1、觸發(fā)電壓VGT在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽極陰極間加有一定電壓時(shí)，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。5、維持電流IH在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽極正向電流。近年來，許多新型可控硅元件相繼問世，如適于高頻應(yīng)用的快速可控硅，可以用正或負(fù)的觸發(fā)信號(hào)控制兩個(gè)方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)信號(hào)使其導(dǎo)通，用負(fù)觸發(fā)信號(hào)使其關(guān)斷的可控硅等等。第3章無觸點(diǎn)開關(guān)在控制中的應(yīng)用第3章無觸點(diǎn)開關(guān)在控制中的應(yīng)用3．1概述單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)械式繼電器依然是最常用的開關(guān)量執(zhí)行控制手段。隨著控制系統(tǒng)對(duì)控制質(zhì)量提出了更高的要求，機(jī)械繼電器在控制速度、電磁兼容性、隔離性能、壽命等方面往往不能滿足要求。另一方面，隨著集成電路集成度的提高，電源電壓小于3V的器件已很常見，尤其采用電池供電的很多便攜式設(shè)備，要求低電壓、低功耗的器件。此時(shí)，機(jī)械繼電器已經(jīng)很難滿足要求。傳統(tǒng)的集成模擬開關(guān)電路如ADG211系列等由于其接觸電阻在幾十Ω至數(shù)百Ω范圍，不能滿足功率器件的開關(guān)控制要求。由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)有諸多無觸點(diǎn)開關(guān)可供設(shè)計(jì)者選用。無觸點(diǎn)開關(guān)在電磁兼容性、可靠性、安全性等方面的優(yōu)越性是機(jī)械式繼電器無法比擬的。本文介紹幾種新型的無觸點(diǎn)開關(guān)。由于應(yīng)用領(lǐng)域的多樣性，對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，會(huì)有不同的要求。如控制對(duì)象有直流交流之分；控制對(duì)象的負(fù)載電流、接觸電阻的要求可能有若干數(shù)量級(jí)的差別；對(duì)象的工作電壓可能從幾V到380V甚至更高。新型器件提供了滿足各種性能要求的應(yīng)用，讀者可以直接選用適當(dāng)?shù)钠骷部梢杂煤?jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)的開關(guān)控制。3．2常用無觸點(diǎn)開關(guān)3．2．1三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)的無觸點(diǎn)開關(guān)三端穩(wěn)壓器是設(shè)計(jì)者十分熟悉的常用廉價(jià)器件。圖3-2-1圖3-2-1三端穩(wěn)壓器3．2．2基于可控硅器件的無觸點(diǎn)開關(guān)圖3-2-2目前有很多這類的器件供選擇，如意法半導(dǎo)體公司（ST）的ACS系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以直接用來控制風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電機(jī)泵等設(shè)備，隔離電壓可達(dá)到500V~千V以上。圖3-2-23．2．3基于光耦三極管和達(dá)林頓管用作無觸點(diǎn)開關(guān)基于光電三極管的無觸點(diǎn)開關(guān)被稱為光電耦合器（photocoupler）［1］。如SharpPC817系列、NECPS2500系列、安捷倫的HCPL260L/060L等。其工作原理如圖3-2-圖3-2-3達(dá)林頓管是兩個(gè)雙極性晶體管的復(fù)合。達(dá)林頓管的最大優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)電流的多級(jí)放大，如圖3-2-4仙童半導(dǎo)體（fairchild）的達(dá)林頓光耦合器采用隔離達(dá)林頓輸出配置，將輸入光電二極管和初級(jí)增益與輸出晶體管分隔開來，以實(shí)現(xiàn)較傳統(tǒng)達(dá)林頓光電晶體管光耦合器更低的輸出飽和電壓(0.1V)和更高的運(yùn)作速度。該公司推出5種最新產(chǎn)品，采用單及雙溝道配置，提供3.3V或5V工作電壓的低功耗特性。雙溝道HCPL0730和HCPL0731光耦合器提供5V電壓操作和SOIC8封裝，能實(shí)現(xiàn)最佳的安裝密度。單溝道FOD070L、FOD270L及雙溝道FOD073L器件的工作電壓為3.3V，比較傳統(tǒng)的5V部件，其功耗進(jìn)一步減少33%。NEC公司的芯片PS2802.1/4，PS27021，PS25021/2/4，PS25621/2等也屬于達(dá)林頓光耦合器。3．2．4基于MOS或IGBT的無觸點(diǎn)開關(guān)基于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的無觸點(diǎn)開關(guān)由于耦合方式不同有很多類，例如采用光電耦合方式的稱為光耦合MOS場(chǎng)效應(yīng)管（OCMOSFET），原理如圖3-2-5圖3-2-4圖3-2-5電路內(nèi)部包括光生電壓?jiǎn)卧?，?dāng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，該單元給場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電容充電，這樣就增大柵極與源極間的電壓，使MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，開關(guān)閉合。當(dāng)發(fā)光二極管熄滅時(shí)，光生電壓?jiǎn)卧辉俳o柵極電容充電，而且內(nèi)部放電開關(guān)自動(dòng)閉合，強(qiáng)制柵極放電，因此柵源電壓迅速下降，場(chǎng)效應(yīng)管截止，開關(guān)斷開。OCMOSFET有兩種類型：一種是導(dǎo)通型（maketype），常態(tài)下為斷開；另一種是斷開型（/peaktype）；常態(tài)下為導(dǎo)通。本文所指的是導(dǎo)通型。光耦合MOS場(chǎng)效應(yīng)管是交直流通用的，工作速度沒有光電耦合器快，為毫秒級(jí)，他的輸出導(dǎo)通特性與輸入電流參數(shù)無關(guān)。OCMOSFET可以以弱控強(qiáng)，以毫安級(jí)的輸入電流驅(qū)動(dòng)安級(jí)的電流。由于場(chǎng)效應(yīng)管可以雙向?qū)ā?dǎo)通電阻低的特征，他主要用于中斷交流信號(hào)，如圖3-2-5基于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的無觸點(diǎn)開關(guān)器件很多，例如日本電氣公司（NEC）的PS7200系列、ToshibaTLP351系列、松下NaisAQV系列。通常低導(dǎo)通電阻型適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合，例如NECPS710B1A：導(dǎo)通電阻Ron=0.1Ω(最大)，負(fù)載電流IL=2.5A（最大），導(dǎo)通時(shí)間Ton=5ms。低CR積型的光MOSFET適用于需要切換高速信號(hào)的場(chǎng)合，如測(cè)量?jī)x表的測(cè)試端等。所謂CR積指的是輸出級(jí)MOSFET的輸出電容與接通電阻的乘積，他是評(píng)價(jià)MOSFET特性的一個(gè)參數(shù)指標(biāo)。如NECPS7200H1A：導(dǎo)通電阻Ron=2.2Ω，CR積為9.2pF·Ω，導(dǎo)通時(shí)間Ton=0.5ms，負(fù)載電流IL=160mA。絕緣柵雙極晶體管IGBT［3］的結(jié)構(gòu)如圖3.2.6所示。圖3-2-這種結(jié)構(gòu)使IGBT既有MOSFET可以獲得較大直流電流的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型晶體管較大電流處理能力、高阻塞電壓的優(yōu)點(diǎn)。這種器件可以連接在開關(guān)電路中，就像NPN型的雙極型晶體管，兩者顯著的區(qū)別在于IGBT不需要門極電流來維持導(dǎo)通?；贗GBT的無觸點(diǎn)開關(guān)，例如AgillentHCPL3140/HCPL0314系列。3．3各種無觸點(diǎn)開關(guān)的比較為了方便設(shè)計(jì)選用合適的電路，表3-3給出了不同類型無觸點(diǎn)開關(guān)的參考芯片，并比較了各芯片的開關(guān)特性。第4章燈光控制第4章燈光控制4．1燈光控制4．1．1燈光控制概述燈光控制和調(diào)整主要體現(xiàn)在兩方面：一是亮度，即光強(qiáng)的控制，二是色彩的控制?？刂屏炼鹊姆椒ㄖ饕袃煞N：一種是機(jī)械加減法，即通過控制點(diǎn)亮燈具的數(shù)量，來達(dá)到發(fā)光總強(qiáng)度的增大或減弱。對(duì)于單燈，則可采用遮光板或可變光闌來改變燈具透光量；另一種方法是電氣控制法，即使用各種不同的調(diào)光器，改變燈具的工作電壓或電流，從而調(diào)整燈具的發(fā)光強(qiáng)度，這兩種方法各有特點(diǎn)，第一種方法的優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)影響色溫，但調(diào)整不夠方便。第二種方法則操作簡(jiǎn)單，且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和程控操作，其缺點(diǎn)是在改變發(fā)光強(qiáng)度的同時(shí)，色溫和顯色性有較大變化。從燈光的電氣控制原理來說，可歸納為通斷控制和發(fā)光強(qiáng)度控制兩種，與此相對(duì)應(yīng)的有開關(guān)控制和調(diào)光控制兩種方法。4．1．2開關(guān)控制燈光的開關(guān)控制設(shè)備是指控制照明電路的通斷，亦即控制燈具的點(diǎn)燃和熄滅的各種開關(guān)設(shè)備，包括刀開關(guān)、接觸器和空氣開關(guān)等。其中空氣開關(guān)因具備良好的保護(hù)功能，被廣泛用作歌舞廳的大功率燈具的通斷控制以及照明總開關(guān)等。采用扳動(dòng)開關(guān)（或稱船形開關(guān)）或空氣開關(guān)來控制燈光的通斷，是最常見的手動(dòng)（人工）開關(guān)控制設(shè)備。例如HDL11012型12回路開關(guān)板，就是由12組15A的船形開關(guān)加保險(xiǎn)絲組成，可分別控制12路燈光。它適用于電流小于15A的燈具，如各類旋轉(zhuǎn)燈、頻閃燈、紫光燈、激光燈、玻璃球和大多數(shù)的鏡片動(dòng)作型燈具。對(duì)于大功率聚光燈、泛光、追光燈則適宜選用滅弧能力強(qiáng)的DZ型空氣開關(guān)或CJ10型接觸器。由于歌舞廳需要表現(xiàn)豐富多彩的燈光藝術(shù)效果，因此除了使用手動(dòng)操作的開關(guān)設(shè)備外，還用到聲音控制（聲控）、程序控制（程控）甚至電腦控制的多種特殊功能的開關(guān)控制設(shè)備。聲控?zé)艄庠O(shè)備能使燈光隨音樂節(jié)拍而閃爍、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。燈光的聲控有兩種方式：一是燈具上具有聲控功能，燈具內(nèi)部裝有話筒、放大器、繼電器或可控硅（晶閘管），直接感受外界的聲音而控制電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，帶動(dòng)燈具作出掃描、搖擺或旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。另一種是燈控臺(tái)本身具有聲控功能，其原理是把調(diào)音臺(tái)的聲音信號(hào)送入燈控臺(tái)（調(diào)光臺(tái)）的聲控電路，用以控制各組燈光的通斷。這種方式尤其適于控制大量分組的雨燈動(dòng)作，使之隨著音樂節(jié)拍而輪流點(diǎn)燃，造成色彩繽紛的閃爍效果。程控?zé)艄饪刂圃O(shè)備是利用輕觸式按鈕，通過數(shù)字控制電路來觸發(fā)可控硅的通斷，以控制分別編組的各路燈具按一定的程序輪流點(diǎn)燃和熄滅，從而產(chǎn)生一定的藝術(shù)效果。它尤其適于需要不斷輪流通斷，以便達(dá)到邊疆變換顏色、花樣和效果的雨燈、聚光燈和邊界燈等燈具。4．1．3調(diào)光控制調(diào)光控制通常是改變通過燈具的電流或電壓的大小，以調(diào)節(jié)燈具的發(fā)光亮度。按調(diào)光方法來分有：變阻器調(diào)光、自耦變壓器調(diào)節(jié)器調(diào)光、飽和扼流圈調(diào)光、磁放大器調(diào)光和可控硅調(diào)光等。前四種調(diào)光設(shè)備都有體積大、笨重等缺點(diǎn)。目前廣泛使用的是可控硅調(diào)光器。為此，我們將在后面詳述。以上敘述的是燈光的亮度控制，關(guān)于燈光的色彩控制在歌舞廳中主要是通過電腦燈實(shí)現(xiàn)，即通過控制電腦燈內(nèi)的色片和多棱鏡產(chǎn)生十多種乃至數(shù)十種的色彩變化。也可以把成批聚光燈或雨燈分組，分別裝上不同顏色的透明彩紙，通過開關(guān)分別控制色彩變化。4．2電力調(diào)整器電力調(diào)整器是應(yīng)用晶閘管（又稱可控硅）及其觸發(fā)控制電路用于調(diào)整負(fù)載功率的盤裝功率調(diào)整單元。現(xiàn)在更多的是運(yùn)用數(shù)字電路觸發(fā)可控硅實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)功。調(diào)壓采用移相控制方式，調(diào)功有定周期調(diào)功和變周期調(diào)功兩種方式。該控制板帶鎖相環(huán)同步電路、自動(dòng)判別相位、缺相保護(hù)、上電緩起動(dòng)、緩關(guān)斷、散熱器超溫檢測(cè)、恒流輸出、電流限制、過流保護(hù)、串行工作狀態(tài)指示等功能?？刂瓢宓奶攸c(diǎn)：十位A/D，輸出線性化程度高，輸出起控點(diǎn)低。電力調(diào)整器又可分為單相電力調(diào)整器與三相電力調(diào)整器：4．3三相可控硅電力調(diào)整器BHC6M-2系列三相電力調(diào)整器由三相觸發(fā)板、專用散熱器、風(fēng)機(jī)、外殼等組成。核心部分使用控制板與德國(guó)西門康可控硅模塊；散熱系統(tǒng)采用高效散熱器、低噪音風(fēng)機(jī)。整機(jī)帶有控制板所有的功能。整機(jī)電流容量從40A到800A有7個(gè)等級(jí)。bhc6m-2型電力調(diào)整器與帶0-5V、4-20mA的智能PID調(diào)節(jié)器或PLC配套使用；主要用與工業(yè)電爐的加熱控制、大型風(fēng)機(jī)水泵軟啟動(dòng)節(jié)能運(yùn)行控制、。負(fù)載類型可以是三相阻性負(fù)載、三相感性負(fù)載及三相變壓器負(fù)載；三相負(fù)載可以是中心接地負(fù)載、中心不接地負(fù)載、內(nèi)三角形負(fù)載及外三角形負(fù)載。“bhc6m-2系列可控硅調(diào)功器”廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：電爐工業(yè)：退火爐，烘干爐，淬火爐，燒結(jié)爐，坩堝爐，隧道爐，熔爐，箱式電爐，井式電爐，熔化電爐，滾動(dòng)電爐，真空電爐，臺(tái)車電爐，淬火電爐，時(shí)效電爐，罩式電爐，氣氛電爐，烘箱實(shí)驗(yàn)電爐，熱處理，電阻爐，真空爐，網(wǎng)帶爐，高溫爐，窯爐，電爐機(jī)械設(shè)備：包裝機(jī)械，注塑機(jī)械，熱縮機(jī)械，擠壓機(jī)械，食品機(jī)械，回火設(shè)備，塑料加工，紅外加熱玻璃工業(yè)：玻璃纖維，玻璃成型，玻璃融化，玻璃印制，浮法玻璃生產(chǎn)線，退火槽汽車工業(yè)：噴涂烘干，熱成型節(jié)能照明：隧道照明，路燈照明，攝影照明，舞臺(tái)燈光化學(xué)工業(yè)：蒸餾蒸發(fā)，預(yù)熱系統(tǒng)，管道加熱，石油化工，溫度補(bǔ)償4．4單相可控硅電力調(diào)整器ZK01單相交流調(diào)壓調(diào)功一體化技術(shù)電力調(diào)整器采用全數(shù)字化電路設(shè)計(jì)。其調(diào)壓采用移相控制方式，調(diào)功有定周期調(diào)功和變周期調(diào)功兩種方式。其功能包括：上電緩起動(dòng)、緩關(guān)斷、散熱器超溫檢測(cè)保護(hù)等功能。其特點(diǎn)：體積小，輸出起控點(diǎn)低、電源頻率適應(yīng)范圍寬（可用于發(fā)電機(jī)電源），外形美觀，是一款經(jīng)濟(jì)型單相電力調(diào)整器。ZK01系列單相調(diào)整器由控制板、散熱單元、功率模塊、外殼等組成?？刂瓢迨褂肸K01控制板；散熱系統(tǒng)采用高效散熱器，同等體積下提高30%的散熱效率；低噪長(zhǎng)壽命風(fēng)機(jī)，確保系統(tǒng)的可靠。該電力調(diào)整器與帶0-5V、4-20mA的智能PID調(diào)節(jié)器或PLC配套使用；主要用與工業(yè)電爐的加熱控制、負(fù)載類型可以是單相阻性負(fù)載、單相感性負(fù)載及單相變壓器負(fù)載。主電路和控制電路一體化結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕，使用、維護(hù)十分方便第5章設(shè)計(jì)制作部分第5章設(shè)計(jì)制作部分5．1電路圖在Protel中的實(shí)現(xiàn)5．1．1材料的選取及電路原理簡(jiǎn)要說明弄清了可控硅（SCR）的基本概念，工作原理及特性電路以后，再結(jié)合對(duì)控制電路的學(xué)習(xí)，和最后對(duì)電子節(jié)能燈的學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在就可以通過Protel99SE畫出如下本設(shè)計(jì)的基本電路圖設(shè)計(jì)主要原理及方案要點(diǎn)。購買一批器材，選擇適當(dāng)?shù)脑骷?，設(shè)計(jì)制作一個(gè)至少有三級(jí)變速的簡(jiǎn)單的電扇調(diào)速器。其要要求是當(dāng)分別數(shù)顯0、1、2三個(gè)數(shù)時(shí)電扇相應(yīng)在失電、強(qiáng)電（市電電壓）、弱電（小于市電電壓）三檔級(jí)的供電狀態(tài)。由于不能提供一臺(tái)電扇，只好用燈泡代替。提供220伏交流40瓦的白熾燈泡及其塑殼燈頭一套（供電導(dǎo)線從提供給作品用的電源線上剪下一段即可）。用白熾燈泡的熄、亮、暗代替電扇得失電、強(qiáng)電、弱電的三種狀態(tài)便成為調(diào)光（調(diào)速）器。要求該調(diào)光（調(diào)速）器有如下功能。將調(diào)光器的可控硅分為3個(gè)檔位，1檔位失電，即沒有電流輸入，電路為關(guān)斷狀態(tài)。2擋為弱電，即輸入電流較低，LDE發(fā)光亮度較弱。3檔為強(qiáng)電，即輸入電流較高，LDE發(fā)光亮度強(qiáng)。5．1．2電路的繪制首先打開Protel99SE版圖設(shè)計(jì)軟件，創(chuàng)建一個(gè)新的設(shè)計(jì)（newdesign），按照草圖開始畫電路圖。該設(shè)計(jì)的核心部分是可控硅，故應(yīng)先在元件庫中找到一個(gè)可控硅元件，可控硅元件在Protel中的元件符號(hào)如圖所示：第5章設(shè)計(jì)制作部分可控硅電路的另一個(gè)重要組成部分是LED燈，本設(shè)計(jì)在Proteus中的仿真運(yùn)用的是LED燈和220V的直流電源。所以應(yīng)在Protel中找到LED和電源的符號(hào)，如圖所示：負(fù)載電源另外再選取4個(gè)2極管R1和S1組成的可調(diào)開關(guān)反應(yīng)到最終的成品實(shí)物上實(shí)際上就是一個(gè)可控制可控硅關(guān)斷或開啟的調(diào)節(jié)器。電原理圖圖中HEADER為220V的一個(gè)交流電電源。D1-D4為4個(gè)二極管，D5為一個(gè)LED負(fù)載，S1為與R1（可調(diào)電阻）組成的一個(gè)可調(diào)開關(guān)。C1為一個(gè)較大的電解電容，Q1為一個(gè)可控硅。通過上述幾章的討論我們已經(jīng)清楚知道，基于可控硅器件的無觸點(diǎn)開關(guān)，只能用于交流開關(guān)的負(fù)載控制。從圖中可以看出，可控硅Q1分為3個(gè)極，分別是，陽極，陰極和控制極。陽極與電源的正極相連，陰極。若陰極也與電源正極相連，則可控硅Q1過零觸發(fā)。要使晶閘管導(dǎo)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(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后，松開按鈕開關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管的特點(diǎn)：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(dǎo)通?？刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開陽極電源或使陽極電流小于維持導(dǎo)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(dòng)直流電壓，那么，在電壓過零時(shí)，晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。R1和S1組成的可調(diào)開關(guān)反應(yīng)到最終的成品實(shí)物上實(shí)際上就是一個(gè)可控制可控硅關(guān)斷或開啟的調(diào)節(jié)器。5．2電路在proteus中的模擬仿真5．2．1電路的簡(jiǎn)要波形圖電路主要波形如圖5-2-1圖5-2-15．2．2電路在Proteus中的模擬仿真圖5-2-2圖5-2-2圖5-2-3為開關(guān)SW1閉合，可控硅開關(guān)SW2圖5-2-3圖5-2-4為電路開關(guān)SW1閉合，可控硅開SW2在2擋（弱電）時(shí)圖5-2-4圖5.2.5為電路在開關(guān)SW1閉合，可控硅開關(guān)SW2在3擋（強(qiáng)電）時(shí)的電路圖，可以看到LDE燈D7,D8的發(fā)光亮度高于圖2（SW2處于2擋時(shí)）的電路。圖5-2-5下面列表對(duì)LED小燈D7,D8的狀態(tài)作歸納：小燈狀態(tài)表5．3電路的調(diào)試及焊接當(dāng)一個(gè)電路設(shè)計(jì)好后封信它的可行性可通過后就可把這個(gè)整機(jī)電路利用所給元件排版并焊接在專用的萬能版上，焊接完后就可以把理論上的整機(jī)電路變?yōu)閷?shí)際的整機(jī)電路。為了方便單元電路的檢測(cè)，一定要注意電源電路一定要最先焊。在制作中，一定要注意許多細(xì)節(jié)，元件排布和焊接工藝是十分重要的。元件排布是為了焊接的方便和布局的美觀，它的排布或許會(huì)花好多時(shí)間，但如果你以一個(gè)單元電路模塊、一個(gè)單元電路模塊來排布，這樣就可節(jié)約許多時(shí)間。在排布的過程中一定要注意傳感器件及控制器件的排布，在電路中滑動(dòng)電阻這類傳感器件一定要排在邊緣，不要排在一些發(fā)光器件周圍。至于一些其他控制器件（如按鈕開關(guān)）也一定要安在適合操作的方位上，并且要顯眼。至于焊接工藝，這是每位電子專業(yè)學(xué)生的基本功。焊接的好壞，直接關(guān)系到電子產(chǎn)品或制作的質(zhì)量，這必須嚴(yán)格要求。為了確保制品受到振動(dòng)或沖擊時(shí)不知脫落松動(dòng)，要求焊點(diǎn)一定要有良好的機(jī)械強(qiáng)度，為了確保良好的導(dǎo)電性能，要求焊點(diǎn)無虛焊、焊接要可靠，為了確保焊點(diǎn)的形狀表面圓而光滑、清潔、無毛刺，要求用好的焊錫松香和烙鐵。在焊接過程中一定要控制時(shí)間，要避免因加熱時(shí)間過長(zhǎng)而燒壞元件。焊接的連線不要太多焊錫，避免兩條平行而造成短路。要熟悉所焊印制電路板的裝配圖，并按圖紙配料檢查元器件型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量是否符合圖紙上的要求。元器件的裝焊順序依次是電阻器、電容器、二極管、三極管、集成電路、大功率管，其它元器件是先小后大。電阻器的焊接按圖將電阻器準(zhǔn)確地裝入規(guī)定位置，并要求標(biāo)記向上，字向一致。裝完一種規(guī)格再裝另一種規(guī)格，盡量使電阻器的高低一致。焊接后將露在印制電路板表面上多余的引線腳齊根剪去。電容器的焊接將電容器按圖紙要求裝入規(guī)定位置，并注意有極性的電容器其“+”與“－”極不能接錯(cuò)。電容器上的標(biāo)記方向要易看得見。先裝玻璃釉電容器、金屬膜電容器、瓷介電容器，最后裝電解電容器。二極管的焊接正確辨認(rèn)其正負(fù)極后按要求裝入規(guī)定位置，型號(hào)及標(biāo)記要易看得見。焊接立式二極管時(shí)，對(duì)最短的引線腳焊接時(shí)，時(shí)間不要超過3秒鐘。三極管的焊接按要求將e、b、c三根引線腳裝入規(guī)定位置。焊接時(shí)間應(yīng)盡可能的短些，焊接時(shí)用鑷子夾住引線腳，以幫助散熱。焊接大功率三極管時(shí)，若需要加裝散熱片，應(yīng)將接觸面平整，打磨光滑后再緊固，若要求加墊絕緣薄膜片時(shí)，千萬不能忘記管腳與線路板上焊點(diǎn)需要連接時(shí)，要用塑料導(dǎo)線。集成電路的焊接是將集成電路裝在印制線路板上，按照?qǐng)D紙要求，檢查集成電路的型號(hào)、引線腳的位置是否符合要求。焊接時(shí)先焊集成電路邊沿的二只引線腳，以使其定位，然后再從左到右或從上至下進(jìn)行逐個(gè)焊接。焊接時(shí)，烙鐵一次沾取錫量為焊接2~3只引線腳的量，烙鐵頭先接觸印制電路的銅箔，待焊錫進(jìn)入集成電路引線腳底部時(shí)，烙鐵頭再接觸引線腳，接觸時(shí)間以不超過3秒鐘為最好，而且要使焊錫均勻包住引線腳。焊接完畢后要查一下，是否有漏焊、碰焊、虛焊之處；并清理焊點(diǎn)處的焊料。整個(gè)電路一定要按單元電路來一個(gè)模塊，一個(gè)模塊焊接，一般在最先一定要先焊電源部分確保它的有用。然后再根據(jù)原理圖一個(gè)模塊，一個(gè)模塊焊接，在焊完一個(gè)單元電路是一定要對(duì)它進(jìn)行通電測(cè)試，測(cè)試要有用為止，否則一定不要在焊其他單元路，這樣可以避免在所有單元電路焊完后組成一個(gè)整機(jī)電路出現(xiàn)大面積故障而造成排岔故障的難度。電路測(cè)試十分重要，調(diào)試一定要在做單元電路時(shí)就把他調(diào)適在合適的工作范圍。如整機(jī)電路中的光控，調(diào)試它的靈敏度要合適，不要造成靈敏度太高或太低。此外，在整機(jī)調(diào)試中還要對(duì)安全性、穩(wěn)定性和時(shí)序的準(zhǔn)確性進(jìn)行調(diào)試。因電路工作在220V，所以整機(jī)安全性要注意。在97A6控制燈光的三種狀態(tài)調(diào)試也要注意它們的參數(shù)選用合適的電阻參數(shù)達(dá)到最明顯的視覺效果，這點(diǎn)是電路的重點(diǎn)。致謝第6章總論通過本次的設(shè)計(jì)讓我對(duì)可控硅，控制電路，特別是對(duì)燈光的控制，有了更深一層的認(rèn)識(shí)。從最初的電路器件的選取，到繪制電路，再到模擬仿真及調(diào)試，焊接。對(duì)電路各元器件的各項(xiàng)參數(shù)，在電路中的特性，都有了更深更新的認(rèn)識(shí)。對(duì)控制電路的設(shè)計(jì)也有了一定心得。另外對(duì)Protel和Proteus的應(yīng)用更為熟悉。本論文的實(shí)用性和價(jià)值較高，應(yīng)用前景良好。眾所周知，可控硅的應(yīng)用市場(chǎng)越來越廣闊，幾乎所有的電子產(chǎn)品都用到了可控硅，在自動(dòng)控制領(lǐng)域，機(jī)電領(lǐng)域，工業(yè)電器及家電等方面無處不見可控硅的身影。有朋友介紹說，可控硅在電腦主板上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在電壓和電流正常的情況下，“可控硅”處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電壓和電流過大時(shí)，“可控硅”移動(dòng)至電源主線路，在電源內(nèi)部形成一個(gè)完整的通路（即短路），電源立刻停止工作，從而保護(hù)主板、CPU、HD、CDROM等板卡設(shè)備。可控硅甚至還用在卷發(fā)用具上?？梢娍煽毓柙谖覀兊纳钪袩o處不在，更說明可控硅有著巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，為可控硅經(jīng)銷商帶來的是巨大的商機(jī)。致謝感謝指導(dǎo)老師陳勇在繁忙工作中，抽出時(shí)間來指點(diǎn)我的學(xué)習(xí)。他的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我學(xué)習(xí)中的榜樣，他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。這篇論文的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)要注意思的事項(xiàng)都離不開您的細(xì)心指導(dǎo)。感謝電子科技大學(xué)張開華教授、張慶中老師以及吳曉華老師、劉諾老師等多位老師，愿他們工作順利。感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。感謝我的室友們，從遙遠(yuǎn)的家來到這個(gè)陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。愿大家在今后的事業(yè)道路上一帆風(fēng)順！從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)數(shù)字電路基礎(chǔ)羅中華清華大學(xué)出版社電子實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)蔡國(guó)瑞等南昌理工學(xué)院電子電工實(shí)踐指導(dǎo)王港元江西科學(xué)技術(shù)出版社電子技能與實(shí)踐.張大彪.電子電工出版社,2003第3章的部分參文獻(xiàn)［1］DifferencesbetweenPhotocouplerandOpticalcoupledMOSFETNEC2004［2］BartVanZegh/poeckPrinciplesofSemiconductorDevices［M］.2004［3］JohnPUyemuraAFirstCourseinDigitalSystemsDesign:AnIntegratedApproach［M］./pooks/cole,2000.外文資料原文外文資料原文Azero-crossingtriactriggercircuitdesign

PengChen寧嵩new

(LuoyangInstituteofTechnologyDepartmentofComputerScience,Henan471039)

SCRasahigh-powerelectronicdevicesintheworkstobewidelyapplied,thezero-crossingtriggercontrolonthegridasaresultofpollution-free,inmanyreactivedevicesaretransferredinthiswaytrigger.The