《電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）》-課件 課題四　晶閘管應(yīng)用電路的裝配與調(diào)試

晶閘管應(yīng)用電路的裝配與調(diào)試課題四260261任務(wù)1

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的裝配與調(diào)試任務(wù)2

單相半波可控整流調(diào)光燈電路的裝配與調(diào)試任務(wù)3

單相交流調(diào)壓電路的裝配與調(diào)試任務(wù)1

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的裝配與調(diào)試262學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟悉單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理、型號(hào)等基礎(chǔ)知識(shí)。2.熟悉單結(jié)晶體管振蕩電路和單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。3.能正確完成單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的裝配與調(diào)試，并能獨(dú)立排除調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。263任務(wù)引入單結(jié)晶體管又稱為雙基極二極管，是一種在生產(chǎn)和生活中有著廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體元器件。如圖所示是一個(gè)以單結(jié)晶體管為主要元器件的觸發(fā)電路圖，該電路的焊接裝配實(shí)物圖如圖所示。264

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路圖本任務(wù)的主要內(nèi)容為：根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，按照電路圖裝配并調(diào)試單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，同時(shí)能獨(dú)立解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。265單結(jié)晶體管觸發(fā)電路焊接裝配實(shí)物圖一、單結(jié)晶體管1.單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、圖形符號(hào)、等效電路和外形

在一塊高電阻率的N型硅半導(dǎo)體基片的兩端引出兩個(gè)電極，分別為第一基極B1和第二基極B2。在兩個(gè)基極之間靠近B2處摻入P型雜質(zhì)，并從P型區(qū)引出電極，稱為發(fā)射E。這樣具有三個(gè)電極、一個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體元器件稱為單結(jié)晶體管，其結(jié)構(gòu)、等效電路、圖形符號(hào)及外形如圖所示。相關(guān)知識(shí)266267單結(jié)晶體管a）結(jié)構(gòu)b）等效電路c）圖形符號(hào)d）外形2682.單結(jié)晶體管的工作原理如圖所示是單結(jié)晶體管的實(shí)驗(yàn)電路，V接通時(shí)兩個(gè)基極之間的電壓

UBB

由RB1

、RB2

分壓，單結(jié)晶體管內(nèi)部

A點(diǎn)電壓為：式中，η

為單結(jié)晶體管的分壓比，由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，通常為0.3~0.9。269單結(jié)晶體管的實(shí)驗(yàn)電路單結(jié)晶體管的伏安特性曲線如圖所示。270單結(jié)晶體管的伏安特性曲線271單結(jié)晶體管具有以下特點(diǎn)：當(dāng)發(fā)射極電壓等于峰點(diǎn)電壓

UP

時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通。導(dǎo)通后，發(fā)射極電壓

UE

減小，當(dāng)發(fā)射極電壓

UE

減小到谷點(diǎn)電壓

UV

時(shí)，單結(jié)晶體管又由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂埂谓Y(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓一般為2~5V。2723.單結(jié)晶體管的型號(hào)單結(jié)晶體管的型號(hào)有BT31、BT33、BT35等。其中，B表示半導(dǎo)體，T表示特種管，第1個(gè)數(shù)字“3”表示3個(gè)電極，第2個(gè)數(shù)字表示單結(jié)晶體管的耗散功率分別為100mW、300mW、500mW。2734.單結(jié)晶體管的檢測(cè)方法（1）將萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于R×1k擋，用萬用表紅表筆接E端，黑表筆接B1端，測(cè)量E－B1間的電阻，如圖所示。再將萬用表黑表筆接B2端，紅表筆接E端，測(cè)量B2－E間的電阻，如圖所示。若單結(jié)晶體管質(zhì)量良好，則兩次測(cè)量的電阻阻值均應(yīng)為無窮大。274萬用表紅表筆接E端、黑表筆接B1端測(cè)量275萬用表紅表筆接E端、黑表筆接B2端測(cè)量276（2）將萬用表黑表筆接E端，紅表筆接B1端，測(cè)量B1－E間的電阻，如圖所示。再將萬用表黑表筆接E端，紅表筆接B2端，測(cè)量B2－E間的電阻，如圖所示。萬用表黑表筆接E端、紅表筆接B1端測(cè)量277萬用表黑表筆接E端、紅表筆接B2端測(cè)量278（3）將萬用表紅表筆接B1端，黑表筆接B2端，測(cè)量B1－B2間的電阻，如圖

所示。再將萬用表紅、黑表筆對(duì)調(diào)，若單結(jié)晶體管質(zhì)量良好，則B1－B2間電阻

RBB

應(yīng)為固定值，指針偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)不變，如圖所示。萬用表紅表筆接B1端、黑表筆接B2端測(cè)量279萬用表黑表筆接B1端、紅表筆接B2端測(cè)量二、單結(jié)晶體管振蕩電路利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和RC電路的充放電特性，可以組成頻率可調(diào)的單結(jié)晶體管振蕩電路（也稱為張弛振蕩器），用來產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)脈沖，其電路圖和電壓波形如圖所示。280單結(jié)晶體管振蕩電路及電壓波形a）電路圖b）電壓波形振蕩過程的形成利用了單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和RC電路的充放電特性。改變RP的阻值（或電容

C

的大?。?，便可改變電容充電的快慢，使輸出脈沖波形前移或后移，從而控制晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻。281三、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理如圖a所示為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路圖，觸發(fā)電路由兩部分組成，即由4個(gè)二極管組成的橋式整流電路和由穩(wěn)壓二極管、單結(jié)晶體管、電位器、電容器、電阻器組成的振蕩電路。電路由

d

點(diǎn)輸出一組觸發(fā)脈沖，調(diào)節(jié)電位器RP可以改變第一個(gè)觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)間，得到需要的觸發(fā)信號(hào)。282單結(jié)晶體管觸發(fā)電路圖單結(jié)晶體管觸發(fā)電路變壓器的二次側(cè)50V交流電壓經(jīng)單相橋式整流，得到脈動(dòng)的直流電壓，理論波形如圖所示。再經(jīng)穩(wěn)壓二極管V5削波得到梯形波電壓，理論波形如圖所示。283橋式整流后脈沖電壓的理論波形穩(wěn)壓二極管削波后梯形電壓的理論波形2.單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各元器件的選擇（1）電阻R2的選擇電阻R2用來補(bǔ)償溫度對(duì)峰點(diǎn)電壓

UP

的影響，取值范圍通常為200~600Ω。（2）電阻R3的選擇輸出電阻R3阻值的大小將影響輸出脈沖的寬度與幅值，取值范圍通常為50~100Ω。（3）電容C的選擇電容C的大小與脈沖寬窄和

RE

的大小有關(guān)，取值范圍通常為0.1μF~1μF。284任務(wù)2

單相半波可控整流調(diào)光燈電路的裝配與調(diào)試285學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟悉晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)及工作原理。2.掌握晶閘管的伏安特性和主要參數(shù)。3.了解晶閘管的型號(hào)，掌握其選型和檢測(cè)方法。4.掌握單相半波可控整流調(diào)光燈電路的工作原理。5.能正確完成單相半波可控整流調(diào)光燈電路的裝配與調(diào)試，并能獨(dú)立排除調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。286任務(wù)引入晶閘管是一種用硅材料制成的大功率半導(dǎo)體元器件，可以用于整流、調(diào)壓、調(diào)速、開關(guān)、變頻等。如圖所示的調(diào)光臺(tái)燈就是利用晶閘管實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能，其電路圖如圖所示，焊接裝配實(shí)物圖如圖所示，調(diào)節(jié)電位器（即臺(tái)燈的旋鈕）即可控制小燈泡的明暗程度。287288調(diào)光臺(tái)燈單相半波可控整流調(diào)光燈電路圖289單相半波可控整流調(diào)光燈焊接裝配實(shí)物圖本任務(wù)的主要內(nèi)容為：根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，按照電路圖裝配并調(diào)試單相半波可控整流調(diào)光燈電路，同時(shí)能獨(dú)立解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。一、晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)及工作原理1.晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)常見晶閘管如圖所示，晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖所示。晶閘管具有三個(gè)PN結(jié)，引出三個(gè)電極：陽極A、陰極K和控制極（也稱門極）G。晶閘管的外形大致有三種：塑封式、螺栓式和平板式。塑封式晶閘管的額定電流多為5A以下，螺栓式一般為5~200A，平板式一般為200A以上。相關(guān)知識(shí)290291常見的晶閘管a）塑封式b）螺栓式c）平板式292晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)a）晶閘管的結(jié)構(gòu)b）晶閘管的符號(hào)2.晶閘管的工作原理為了進(jìn)一步說明晶閘管的工作原理，可把晶閘管看成由一個(gè)PNP型和一個(gè)NPN型三極管連接而成，連接形式如圖所示。陽極相當(dāng)于PNP型三極管V1的發(fā)射極，陰極相當(dāng)于NPN型三極管V2的發(fā)射極。293晶閘管工作原理等效電路控制極的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制極就失去了控制作用。要想關(guān)斷晶閘管，最根本的方法是將陽極電流減小到不能維持正反饋的程度，也就是將晶閘管的陽極電流減小到小于維持電流?？刹捎玫姆椒ㄓ袑㈥枠O電源斷開，或?qū)⒕чl管的陽極電壓降為0，即在陽極和陰極之間加反向電壓。294二、晶閘管的伏安特性和主要參數(shù)1.晶閘管的伏安特性晶閘管陽極與陰極間的電壓和陽極電流的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性，其伏安特性曲線如圖所示。位于第一象限的是晶閘管的正向伏安特性曲線，位于第三象限的是反向伏安特性曲線。晶閘管的正向特性有阻斷狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)之分（簡(jiǎn)稱斷態(tài)和通態(tài)）。295296晶閘管的伏安特性曲線當(dāng)晶閘管的陽極加上一定的正向電壓時(shí)，在其門極再加一適當(dāng)?shù)挠|發(fā)電壓，晶閘管便觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后可以通過很大的電流，而本身壓降很低，所以導(dǎo)通后的特性曲線靠近縱坐標(biāo)軸而且陡直，與二極管的正向特性曲線相似。2972.晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的參數(shù)很多，下表給出了晶閘管的主要參數(shù)及其含義，下表給出了晶閘管的峰值電壓等級(jí)。298299晶閘管的主要參數(shù)300晶閘管峰值電壓等級(jí)301三、晶閘管的型號(hào)國(guó)產(chǎn)普通型晶閘管的型號(hào)有3CT系列和KP系列。各部分含義如下：四、晶閘管的檢測(cè)方法1.將萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于R×100擋，用萬用表紅表筆接晶閘管的陽極，黑表筆接晶閘管的陰極，觀察指針擺動(dòng)情況，如圖所示。再將萬用表黑表筆接晶閘管的陽極，紅表筆接晶閘管的陰極，觀察指針擺動(dòng)情況，如圖所示。若晶閘管質(zhì)量良好，則正、反向電阻阻值應(yīng)均為很大。其原因是，晶閘管為四層三端半導(dǎo)體元器件，在陽極和陰極之間有三個(gè)PN結(jié)，無論如何加電壓，總有一個(gè)PN結(jié)處于反向阻斷狀態(tài)。302303萬用表紅表筆接陽極、黑表筆接陰極測(cè)試304萬用表黑表筆接陽極、紅表筆接陰極測(cè)試2.將萬用表紅表筆接晶閘管的控制極，黑表筆接晶閘管的陰極，觀察指針擺動(dòng)情況，如圖所示。再將萬用表黑表筆接晶閘管的控制極，紅表筆接晶閘管的陰極，觀察指針擺動(dòng)情況，如圖所示。305萬用表紅表筆接控制極、黑表筆接陰極測(cè)試306萬用表黑表筆接控制極、紅表筆接陰極測(cè)試五、單相半波可控整流調(diào)光燈電路的工作原理如圖所示為主電路部分，接通電源后，便可在負(fù)載兩端得到脈動(dòng)的直流電壓，其輸出電壓的波形可以用示波器進(jìn)行測(cè)量。把晶閘管從開始承受正向陽極電壓到觸發(fā)開始導(dǎo)通之間的電角度稱為控制角，用

α

表示。307單相半波可控整流調(diào)光燈主電路1.α=0°時(shí)的波形分析如圖所示為

α=0°時(shí)輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形。根據(jù)理論波形圖可以分析出，在電壓

u2

的正半周期內(nèi)，在電源電壓過零時(shí)加入觸發(fā)脈沖，晶閘管V7導(dǎo)通，輸出電壓

ud

的波形與電源電壓

u2

的波形形狀相同；當(dāng)電源電壓

u2

過零時(shí)，晶閘管同時(shí)關(guān)斷，輸出電壓

ud

為零；在電源電壓

u2

的負(fù)半周期內(nèi)，晶閘管承受反向電壓不能導(dǎo)通，直到第二周期觸發(fā)電路再次加入觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管再次導(dǎo)通。308309α=0°時(shí)輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓uV7

的理論波形2.α=30°時(shí)的波形分析改變晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻，即改變控制角

α

的大小即可改變輸出電壓的波形，如圖所示為

α=30°時(shí)輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形。當(dāng)

wt=α

時(shí)，晶閘管承受正向電壓，此時(shí)加入觸發(fā)脈沖則晶閘管導(dǎo)通；同樣，當(dāng)電源電壓

u2

過零時(shí)，晶閘管關(guān)斷，輸出電壓

ud

為零；從電源電壓過零到

wt=α

的區(qū)間內(nèi)，雖然晶閘管承受正向電壓，但由于沒有觸發(fā)脈沖，晶閘管依然處于截止?fàn)顟B(tài)。310311

α=30°時(shí)輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形3.不同控制角

α

下的波形分析繼續(xù)改變觸發(fā)脈沖的加入時(shí)刻，可以分別得到控制角

α

為60°、90°、120°時(shí)輸出電壓和晶閘管兩端電壓的波形，如圖所示。312

α=60°時(shí)輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形313α=90°時(shí)輸出電壓

ud和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形314α=120°時(shí)輸出電壓

ud

和晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形a）輸出電壓

ud

的理論波形b）晶閘管兩端電壓

uV7

的理論波形必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽極電位提供相應(yīng)的觸發(fā)電路的同步信號(hào)電壓，以確保晶閘管需要脈沖的時(shí)刻觸發(fā)電路能夠正確送出脈沖。這種正確選擇同步信號(hào)電壓相位以及得到不同相位同步信號(hào)電壓的方法稱為晶閘管裝置的同步或定相。3154.結(jié)論（1）在單相半波整流電路中，若改變

α

的大小，則

ud

和

id

的波形也隨之改變，但是直流輸出電壓的極性不變，其波形只在

u2

的正半周期出現(xiàn)。這種通過對(duì)觸發(fā)脈沖的控制來改變直流輸出電壓大小的控制方式稱為相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式。（2）理論上移相范圍為0°~180°。在本任務(wù)中，若要使移相范圍為0°~180°，則需要改進(jìn)觸發(fā)電路以擴(kuò)大移相范圍。316317（3）單相半波可控整流帶電阻性負(fù)載電路參數(shù)的計(jì)算如下：1）輸出電壓平均值的計(jì)算公式為：2）負(fù)載電流平均值的計(jì)算公式為：3）負(fù)載電流有效值的計(jì)算公式為：4）晶閘管承受的最大電壓為：318六、晶閘管的選型方法晶閘管的型號(hào)可按以下步驟確定：1.單相半波可控整流調(diào)光電路晶閘管需承受的最大電壓為：2.考慮1~2倍的余量，UTM

取34~51V。3.確定晶閘管的額定電壓等級(jí)。4.根據(jù)白熾燈的額定值計(jì)算其阻值的大小為：3195.確定流過晶閘管電流的最大有效值。在單相半波可控整流調(diào)光電路中，當(dāng)

α=0°時(shí)，流過晶閘管的電流最大，且電流的有效值是平均值的1.57倍。由前面的分析可知，流過晶閘管的平均電流為：由此可得，流過晶閘管的最大有效值為：ITm=1.57Id=1.57×0.09A=0.1413A3206.考慮0.5~1倍的余量，確定晶閘管的額定電流

IT（AV）為：因?yàn)樵撾娐窡o儲(chǔ)能元器件，因此選擇額定電流為1A的晶閘管就可以滿足正常工作的需要。任務(wù)3

單相交流調(diào)壓電路的裝配與調(diào)試321學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)、圖形符號(hào)、工作特性和檢測(cè)判別方法。2.掌握單相交流調(diào)壓電路的工作原理。3.能正確完成單相交流調(diào)壓電路的裝配與調(diào)試，并能獨(dú)立排除調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。322任務(wù)引入在調(diào)速系統(tǒng)中，常常要求獲得幅值（大?。┛烧{(diào)的輸出信號(hào)，利用單相交流調(diào)壓電路即可實(shí)現(xiàn)。如圖所示的電風(fēng)扇的無級(jí)調(diào)速開關(guān)就是一種典型的單相調(diào)壓電路的應(yīng)用，其電路圖如圖所示，焊接裝配實(shí)物圖如圖所示。323無級(jí)調(diào)速開關(guān)本任務(wù)的主要內(nèi)容為：根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，按照電路圖裝配并調(diào)試單相交流調(diào)壓電路，同時(shí)獨(dú)立解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的故障。324單相交流調(diào)壓電路圖單相交流調(diào)壓電路焊接裝配實(shí)物圖一、雙向晶閘管1.雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)雙向晶閘管是在單向晶閘管的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種交流型功率控制元器件。雙向晶閘管有三個(gè)引腳，分別稱為第一陽極T1、第二陽極T2和控制極（門極）G，常見的雙向晶閘管實(shí)物如圖a所示，其圖形符號(hào)及等效電路分別如圖b和圖c所示。

相關(guān)知識(shí)325326雙向晶閘管實(shí)物、圖形符號(hào)及等效電路a）實(shí)物b）圖形符號(hào)c）等效電路雙向晶閘管的外形有多種形式，其型號(hào)、外形及引腳排列如圖所示。327雙向晶閘管的型號(hào)、外形及引腳排列2.雙向晶閘管的工作特性如圖所示是雙向晶閘管的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)電路。在電路中加上交流電壓

u1，控制極上無觸發(fā)脈沖，燈泡不亮，說明雙向晶閘管不導(dǎo)通。在控制極上加觸發(fā)電壓

u2，燈泡點(diǎn)亮。328雙向晶閘管的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)電路通過該實(shí)驗(yàn)，證明雙向晶閘管具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）當(dāng)控制極上無觸發(fā)電壓時(shí)，雙向晶閘管不導(dǎo)通。（2）無論主電極電壓極性如何，無論控制極的觸發(fā)信號(hào)是正還是負(fù)，只要電壓足夠大，均可觸發(fā)雙向晶閘管導(dǎo)通。（3）雙向晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極即失去控制作用。當(dāng)主電極電流小于維持電流時(shí)，雙向晶閘管關(guān)斷。由于雙向晶閘管主電極可以雙向?qū)?，所以一般用于交流電路?293.雙向晶閘管的檢測(cè)和判別（1）用萬用表的R×100或R×1k擋，測(cè)量雙向晶閘管的第一陽極T1和第二陽極T2之間的電阻，如圖所示。若雙向晶閘管質(zhì)量良好，則阻值均應(yīng)為無窮大。330測(cè)量第一陽極T1和第二陽極T2之間的電阻a）黑表筆接T2、紅表筆接T1

b）黑表筆接T1、紅表筆接T2（2）繼續(xù)測(cè)量雙向晶閘管的第二陽極T2與控制極G之間的電阻，如圖所示。331測(cè)量第二陽極T2與控制極G之間的電阻a）黑表筆接G、紅表筆接T2

b）黑表筆接T2、紅表筆接G（3）測(cè)量雙向晶閘管的第一陽極T1和控制極G之間的電阻，如圖所示。若雙向晶閘管質(zhì)量良好，則阻值均應(yīng)為無窮大。332測(cè)量第一陽極T1和控制極G之間的電阻a）黑表筆接T1、紅表筆接G

b）黑表筆接G、紅表筆接T1333通過以上測(cè)試可知，可使用萬用表的R×100或R×1k擋判別雙向晶閘管