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1、宁乡职业中专学校精品系列课程宁乡职业中专学校精品系列课程模拟电子技术应用课程模拟电子技术应用课程宁乡职业中专学校教学资源库系列课程项目4：调光台灯的制作1、项目描述2、知识准备（1）可控硅的结构和工作原理（2）可控硅触发电路（3）可控硅整流电路3、任务实现目录目录 本本项目介绍的调光台灯电路，是项目介绍的调光台灯电路，是通过调节电位器电阻大小来改变单结通过调节电位器电阻大小来改变单结晶体管形成的脉冲电压，再利用脉冲晶体管形成的脉冲电压，再利用脉冲电压控制可控硅导通角的大小，从而电压控制可控硅导通角的大小，从而实现台灯两端电压随电位器阻值变化实现台灯两端电压随电位器阻值变化而变化，最终达到调光的
2、目的。而变化，最终达到调光的目的。项目描述项目描述4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.1 单向可控硅单向可控硅图42单向可控硅的实物和符号它有三个电极它有三个电极：阳极阳极A阴极阴极K控制极控制极G它它的文字符号一般用的文字符号一般用SCR、KG、CT表示。表示。1.单向可控硅的结构与符号单向可控硅的结构与符号4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.1 单向可控硅单向可控硅图43单向可控硅内部结构及等效电路4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.1 单向可控硅单向可控硅2
3、.单向可控硅的工作原理单向可控硅的工作原理单向可控硅的工作特点有如下几单向可控硅的工作特点有如下几点点：(1)单向可控硅导通必须具备两个条件：一是可控硅单向可控硅导通必须具备两个条件：一是可控硅阳极与阴极间接正向电阳极与阴极间接正向电压压；二是；二是控制极与阴极之间也要接正向电压控制极与阴极之间也要接正向电压。(2)可控硅一旦接通后，去掉控制极电压时，可控硅仍然导通可控硅一旦接通后，去掉控制极电压时，可控硅仍然导通。(3)导通后的可控硅若要关断，必须将阳极电压降低到一定程度导通后的可控硅若要关断，必须将阳极电压降低到一定程度。(4)可控硅具有可控硅具有控制强电控制强电的作用，即利用弱电信号（即
4、触发信号）对控制极的作用，即利用弱电信号（即触发信号）对控制极的作用，就可使可控硅导通去控制强电系统的作用，就可使可控硅导通去控制强电系统。4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.1 单向可控硅单向可控硅3.单向可控硅的主要参数单向可控硅的主要参数(1)额定正向平均额定正向平均电流电流(2)维持电流维持电流(3)控制极触发电压和控制极触发电压和电流电流(4)正向阻断峰值正向阻断峰值电压电压(5)反向阻断峰值电压反向阻断峰值电压4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.1 单向可控硅单向可控硅4.单向可控硅的型号及简易
5、检测（1）型号国产可控硅有两种表示方法，即3CT系列和KP系列。3CT系列表示参数的方式如下所示。4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.1 单向可控硅单向可控硅KP系列表示参数的方式如表41所示。第一部分：第一部分：主称主称第二部分：第二部分：类别类别第三部分：第三部分：额定通态电流额定通态电流第四部分：第四部分：重复峰值电压重复峰值电压级数级数字母字母含义字母含义数字含义数字含义K晶闸管（可控硅）P普通反向阻断型11A1100V55A2200V1010A3300V2020A4400VK快速反向阻断型3030A5500V5050A6600V100100
6、A7700V200200A8800VS双向型300300A9900V400400A101000V500500A121200V500500A141400V4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.1 单向可控硅单向可控硅（2）简易检测方法方法如下：如下：用万用表用万用表R10挡，黑笔接阳极，红笔接阴极，指针应接挡，黑笔接阳极，红笔接阴极，指针应接近近，见图，见图45。当合上当合上S时，表针应指很小阻值，约为时，表针应指很小阻值，约为60200，表明，表明可控硅能触发导通可控硅能触发导通。断开断开S，表针不回到零，表明可控硅是正常的。（有些可，表针不回到零，表
7、明可控硅是正常的。（有些可控硅因维持电流较大，万用表的电流不足以维持它导通，控硅因维持电流较大，万用表的电流不足以维持它导通，当当S断开后，表针会回到零，也是正常的），如果在断开后，表针会回到零，也是正常的），如果在S未合未合上时，阻值很小，或者在上时，阻值很小，或者在S合上时，表针也不动，表明可控合上时，表针也不动，表明可控硅质量太差，或已击穿、断极。硅质量太差，或已击穿、断极。图45用万用表检测单向可控硅4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.2 双向可控硅双向可控硅1.双向可控硅的结构与符号双向可控硅的结构与符号图46双向可控硅实物及图形符号 双向
8、双向可控硅是由制作在同可控硅是由制作在同一硅单晶片上，有一个控制极一硅单晶片上，有一个控制极的两只反向并联的单向可控硅的两只反向并联的单向可控硅所构成。双向可控硅也有三个所构成。双向可控硅也有三个电极，但它没有阴、阳极之分，电极，但它没有阴、阳极之分，而统称为而统称为主电极主电极T1和和T2，另一，另一个电极个电极G也称为也称为控制极控制极。它它的文字符号常采用的文字符号常采用TLC、SCR、CT及及KG、KS等表示。等表示。4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.2 双向可控硅双向可控硅2.双向可控硅的工作特点双向可控硅的工作特点 双向双向可控硅的一个
9、重要特性是：可控硅的一个重要特性是：它的主电极它的主电极T1、T2间无论正向电压还是反向电压，其控制极间无论正向电压还是反向电压，其控制极G的触发信的触发信号无论是正向还是反向，它都能被号无论是正向还是反向，它都能被“触发触发”导通。导通。由于由于双向可控硅具有正、反两个方向都能控制导通的特性，双向可控硅具有正、反两个方向都能控制导通的特性，所以所以它的输出电压它的输出电压不像单向可控硅那样是直流，不像单向可控硅那样是直流，而是交而是交流形式流形式。4.2.1 4.2.1 可控硅的结构和工作原理可控硅的结构和工作原理4.2.1.2 双向可控硅双向可控硅3.双向可控硅的检测双向可控硅的检测(1)
10、用万用表用万用表R1K挡挡，黑笔接黑笔接T1，红笔接，红笔接T2，表针应不动或微动，表针应不动或微动，调换两表笔，表针仍不动或微动为正常调换两表笔，表针仍不动或微动为正常。(2)将万用表量程换到将万用表量程换到R1挡，黑笔接挡，黑笔接T1，红笔接，红笔接T2，将触发极与，将触发极与T2短短接一下后离开，万用表应保持几到几十欧姆的读数；调换两表笔，再接一下后离开，万用表应保持几到几十欧姆的读数；调换两表笔，再次将触发极与次将触发极与T2短接一下后离开，万用表指示情况同上。经过短接一下后离开，万用表指示情况同上。经过1、2两两项测量，情况与所述相符，表示器件是好的。项测量，情况与所述相符，表示器件
11、是好的。4.2.2 4.2.2 可控硅触发电路可控硅触发电路 可控硅可控硅的导通，除了在阳极与阴极之间加正向电压外，的导通，除了在阳极与阴极之间加正向电压外，还必须在控制极加正向触发电压。还必须在控制极加正向触发电压。提供正向触发电压的电提供正向触发电压的电路称为触发电路。路称为触发电路。加触发电压后，可控硅一旦导通，则去加触发电压后，可控硅一旦导通，则去掉触发电压，可控硅亦不会截止。因此，掉触发电压，可控硅亦不会截止。因此，常用脉冲电压作常用脉冲电压作为触发电压。为触发电压。单向可控硅的触发电路常用一种叫单结晶体单向可控硅的触发电路常用一种叫单结晶体管组成的脉冲电路。管组成的脉冲电路。4.2
12、.2 4.2.2 可控硅触发电路可控硅触发电路4.2.2.1 单向可控硅触发电路单向可控硅触发电路1.单结晶体管的结构和型号单结晶体管的结构和型号图47单结晶体管的结构、图形符号和实物外形 它它有三个电极：有三个电极：发射发射极极E、第一基极、第一基极B1、第二基、第二基B2，只有一个，只有一个PN结，所以结，所以称为单结晶体管，或双基称为单结晶体管，或双基极二极管。极二极管。图图中发射极箭头指向中发射极箭头指向B1极，表示经极，表示经PN结的电结的电流只流向流只流向B1极。极。4.2.2 4.2.2 可控硅触发电路可控硅触发电路4.2.2.1 单向可控硅触发电路单向可控硅触发电路2.单结晶体
13、管的基本特性单结晶体管的基本特性图48单结晶体管的等效电路4.2.2 4.2.2 可控硅触发电路可控硅触发电路4.2.2.1 单向可控硅触发电路单向可控硅触发电路3.单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路图49单结晶体管触发电路 电源电压电源电压接通后，通过微调电阻接通后，通过微调电阻RP和和电阻电阻R1向电容向电容C充电，当充电电压充电，当充电电压VC上升至上升至大于大于VBB+VD时，单结晶体管导通，时，单结晶体管导通，C迅速迅速放电，在电阻放电，在电阻R3上形成一个很窄的正脉冲上形成一个很窄的正脉冲vBl。此时电容。此时电容C两端电压几乎降为零。第一两端电压几乎降为零。第一周期过后，由于继
14、续通过周期过后，由于继续通过RP、R1给给C充电，充电，这样连续不断重复上述过程，从而获得可控这样连续不断重复上述过程，从而获得可控硅电路所需的触发脉冲电压。硅电路所需的触发脉冲电压。4.2.2 4.2.2 可控硅触发电路可控硅触发电路4.2.2.2 双向可控硅触发电路双向可控硅触发电路1.双向二极管触发电路双向二极管触发电路 在在图图410中，中，VT1为双向二极管为双向二极管(2CTS)，VT2为双向可控硅，为双向可控硅，RL为负载，为负载，当电源处于正半周时，电源通过当电源处于正半周时，电源通过Rl、RP向电容向电容C充电，电容充电，电容C上的电压极性为上上的电压极性为上正下负。当这个电
15、压增加到双向二极管正下负。当这个电压增加到双向二极管的导通电压时，的导通电压时，VT1突然导通，使双向可突然导通，使双向可控硅的控制极控硅的控制极G和主电极和主电极T1间得到一个正间得到一个正向触发脉冲，可控硅导通向触发脉冲，可控硅导通。图410双向二极管触发电路4.2.2 4.2.2 可控硅触发电路可控硅触发电路4.2.2.2 双向可控硅触发电路双向可控硅触发电路 而后而后当交流电源过零的瞬间，双向可当交流电源过零的瞬间，双向可控硅自行阻断；当交流电源处于负半周时，控硅自行阻断；当交流电源处于负半周时，电源电压对电容电源电压对电容C反向充电，反向充电，C上的电压极上的电压极性为下正上负，当电
16、压值达到性为下正上负，当电压值达到VT1的转折电的转折电压时，双向二极管突然反向导通，使双向压时，双向二极管突然反向导通，使双向可控硅得到一个反向触发信号，双向可控可控硅得到一个反向触发信号，双向可控硅也导通。调节硅也导通。调节RP的值，即可改变电容的的值，即可改变电容的充电时间常数，因而改变脉冲出现时刻，充电时间常数，因而改变脉冲出现时刻，也就改变了可控硅的导通角。也就改变了可控硅的导通角。图410双向二极管触发电路4.2.2 4.2.2 可控硅触发电路可控硅触发电路4.2.2.2 双向可控硅触发电路双向可控硅触发电路2.RC触发电路触发电路 图图411是是RC触发电路，该电路触发电路，该电
17、路的特点是简单，成的特点是简单，成本低。本低。图411是RC触发电路4.2.3 4.2.3 可控硅整流电路可控硅整流电路4.2.3.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路图412单相半波可控整流电路4.2.3 4.2.3 可控硅整流电路可控硅整流电路4.2.3.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路其工作原理其工作原理如下如下：1.u2为正半周时，可控硅为正半周时，可控硅VT承受正向电压，如果此时没有加触发承受正向电压，如果此时没有加触发电压，则可控硅处于正向阻断状态，负载电压电压，则可控硅处于正向阻断状态，负载电压uL=O。2.当当t=时，控制极加有触发电压时，控制极加有触发电压
18、ug，可控硅具备了导通条件而，可控硅具备了导通条件而导通，由于可控硅正向压降很小，电源电压几乎全部加到负载上，导通，由于可控硅正向压降很小，电源电压几乎全部加到负载上，uL=u2。3.在在t兀期间，尽管兀期间，尽管ug在可控硅导通后即已消失，但可控硅仍在可控硅导通后即已消失，但可控硅仍保持导通，因此，在这期间，负载电压保持导通，因此，在这期间，负载电压uL基本上与次级电压基本上与次级电压u2保持保持相等相等。4.2.3 4.2.3 可控硅整流电路可控硅整流电路4.2.3.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路4.当当t=兀时，兀时，u2=0，可控硅自行关断。，可控硅自行关断。5.当兀当兀
19、t2兀时，兀时，u2进入负半周后，可控硅承受反向电压，进入负半周后，可控硅承受反向电压，呈反向阻断状态，负载电压呈反向阻断状态，负载电压uL=0。在在u2的第二个周期里，电路将重复第一周期的变化。如此的第二个周期里，电路将重复第一周期的变化。如此不断重复，负载不断重复，负载RL上就得到单向脉动电压。上就得到单向脉动电压。4.2.3 4.2.3 可控硅整流电路可控硅整流电路4.2.3.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 在在图图4-12(b)中，可以看出，在电角度中，可以看出，在电角度O期间可控硅正向阻断；期间可控硅正向阻断；在在兀（即兀（即）期间，可控硅导通）期间，可控硅导通。通常通
20、常，把，把叫做控制角，把叫做控制角，把叫做导通角。显然，控制角叫做导通角。显然，控制角越大，导越大，导通角通角越小，它们的和为定值，即越小，它们的和为定值，即+=兀兀。不难不难看出，改变触发电压到来的时刻，亦即改变控制角看出，改变触发电压到来的时刻，亦即改变控制角的大小，的大小，就可改变导通角就可改变导通角，也就改变了负载电压，也就改变了负载电压uL的平均值。如图的平均值。如图412(c)所示，所示，控制角控制角较图较图4-12(b)中增大，而导通角中增大，而导通角较较(b)中减小，由于中减小，由于减小，负载减小，负载电压平均值亦将减小。反之，若控制角电压平均值亦将减小。反之，若控制角减小，导
21、通角减小，导通角增大，则负载电增大，则负载电压平均值将增大。压平均值将增大。4.2.3 4.2.3 可控硅整流电路可控硅整流电路4.2.3.2 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路图413单相桥式可控整流电路4.2.3 4.2.3 可控硅整流电路可控硅整流电路4.2.3.2 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路4.3 4.3 任务实现任务实现4.3.1 认识电路组成认识电路组成图414调光台灯电路原理图图415调光台灯电路实物图4.3 4.3 任务实现任务实现4.3.2 认识电路工作过程认识电路工作过程 接通接通电源前，电容电源前，电容C上电压为上电压为O；接通电源后，电源经；接通电源
22、后，电源经R4、Rp给电给电容充电，电容电压容充电，电容电压UC逐渐升高。当达到单结晶体管峰点电压时，逐渐升高。当达到单结晶体管峰点电压时，VT1的的e-bl间导通，一方面触发可控硅导通，另一方面电容上电压经间导通，一方面触发可控硅导通，另一方面电容上电压经e-bl向电阻向电阻R3放电。当电容上的电压下降到谷点电压时，单结晶体管恢复阻断状态。放电。当电容上的电压下降到谷点电压时，单结晶体管恢复阻断状态。此后，电容又重新充电。重复上述过程，在电容上形成锯齿状电压，在此后，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，此脉冲电压作为晶闸管上则形成脉冲电压，此脉冲电压
23、作为晶闸管VT2的触发信号。在的触发信号。在VD1VD4桥式整流输出的每一个半波时间内，振荡器产生第一个脉冲为有效信桥式整流输出的每一个半波时间内，振荡器产生第一个脉冲为有效信号。调节号。调节Rp的阻值，可改变触发脉冲的相位，控制晶闸管的阻值，可改变触发脉冲的相位，控制晶闸管VT2的导通角度，的导通角度，从而调节电灯亮度。从而调节电灯亮度。4.3 4.3 任务实现任务实现4.3.3 元器件的识别与检测元器件的识别与检测序号序号类型类型标号标号参数参数数量数量质量检测质量检测备注备注1电阻器R151K1实测：2电阻器R25601实测：3电阻器R3561实测：4电阻器R418K1实测：5电位器RP
24、470K1实测：6电容器C0.22F1实测：7整流二极管DD1N40074实测：序号序号类型标号参数数量引脚图及质量检测 备注8单结晶体管VT1BT3319可控硅VT2MCR100-611.元器件的元器件的选用选用4.3 4.3 任务实现任务实现4.3.3 元器件的识别与检测元器件的识别与检测 2.特殊元器件外形图特殊元器件外形图3.元器件的元器件的检测检测(1)单结晶体管单结晶体管检测检测判断单结晶体管发射极判断单结晶体管发射极e的方法是：将万的方法是：将万用表置于用表置于R1K挡或挡或R100挡，假设单结晶挡，假设单结晶体管的任一引脚为发射极体管的任一引脚为发射极e，黑表笔接假设，黑表笔接
25、假设发射极，红表笔分别接触另外两引脚测其发射极，红表笔分别接触另外两引脚测其阻值。当出现两次低电阻时，黑表笔所接阻值。当出现两次低电阻时，黑表笔所接的就是单结晶体管的发射极。的就是单结晶体管的发射极。4.3 4.3 任务实现任务实现4.3.3 元器件的识别与检测元器件的识别与检测 单结晶体管单结晶体管b1和和b2的判断方法是：将万用表置于的判断方法是：将万用表置于R1K挡或挡或R100挡，黑挡，黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两引脚测阻值，两次测量中，电阻大的表笔接发射极，红表笔分别接另外两引脚测阻值，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是一次，红表笔接的就是b1极极。(2)可控硅的检测可控
26、硅的检测可控硅的检测方法参照本项目知识准备中单向可控硅简易检测方法可控硅的检测方法参照本项目知识准备中单向可控硅简易检测方法。(3)其余元器件按照前面项目方法检测。其余元器件按照前面项目方法检测。4.3 4.3 任务实现任务实现4.3.4 电路安装电路安装 1.识读电路板识读电路板 根据根据电路板实物，电路板实物，参考电路原理图清理电参考电路原理图清理电路，查看电路板是否有路，查看电路板是否有短路或开路地方，熟悉短路或开路地方，熟悉各器件在电路板中的位各器件在电路板中的位置。置。图4-17调光台灯电路元器件布局4.3 4.3 任务实现任务实现4.3.4 电路安装电路安装 2安装原则安装原则 先
27、先小件后大件小件后大件的顺序安装，即按电阻器、整流二极管、电容器、单结晶体管、可控的顺序安装，即按电阻器、整流二极管、电容器、单结晶体管、可控硅、电位器的顺序安装焊接。硅、电位器的顺序安装焊接。3元器件安装元器件安装（1 1）单结晶体管的安装）单结晶体管的安装按照电路板器件间距进行整形，插入对应位置，离电路板按照电路板器件间距进行整形，插入对应位置，离电路板4-6mm4-6mm处插装焊接（注意处插装焊接（注意管脚，别搞错）。管脚，别搞错）。（2 2）可控硅的安装）可控硅的安装按照电路板器件间距进行整形，插入对应位置，离电路板按照电路板器件间距进行整形，插入对应位置，离电路板4-6mm4-6mm
28、处插装焊接（注意处插装焊接（注意管脚，同外形不同型号的可控硅，引脚排列也可能不同，别搞错）。管脚，同外形不同型号的可控硅，引脚排列也可能不同，别搞错）。（3 3）其余元器件参照前面项目进行即可。）其余元器件参照前面项目进行即可。4.3 4.3 任务实现任务实现4.3.5 电路调试与检测电路调试与检测 1.电路调试电路调试（1）安装结束，检查焊点质量（重点检查是否有错焊、漏焊、虚假焊、）安装结束，检查焊点质量（重点检查是否有错焊、漏焊、虚假焊、短路），检查器件安装是否正确（重点检查二极管、单结晶体管、可短路），检查器件安装是否正确（重点检查二极管、单结晶体管、可控硅），方可通电。控硅），方可通电
29、。（2）通电观察电路是否有异常现象（声响、冒烟），如有应立即停止）通电观察电路是否有异常现象（声响、冒烟），如有应立即停止通电，查明原因。通电，查明原因。（3）通电后，调节电位器阻值，观察灯泡亮度是否随电位器调节变化）通电后，调节电位器阻值，观察灯泡亮度是否随电位器调节变化而变化而变化。2.电路电路检测检测（略）（略）1.1.5 5拓展提高拓展提高安全感应开关电路原理图如图418所示。请根据电路原理图及所学知识，分析电路工作原理，查阅相关资料，列出所需元器件清单，自行采购相应器件，用万能板进行设计、组装、调试，项目完成后，撰写制作心得体会。图418安全感应开关电路原理图安全感应开关的制作安全感应开关的制作