晶加光.docx

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晶加光

•学习目标

•了解晶闸管、单结晶体管的结构和工作原理，熟悉这些器件的应用电路，掌握这些器件检测。

•工作任务

一、单结晶体管触发电路

前面已知要使晶闸管导通，除了加上正向阳极电压外，还必须在门极和阴极之间加上适当的正向触发电压与电流。

为门极提供触发电压与电流的电路称为触发电路。

对晶闸管触发电路来说，首先触发信号应该具有足够的触发功率（触发电压和触发电流），以保证晶闸管可靠导通；其次触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿要陡峭；最后触发脉冲必须与主电路晶闸管的阳极电压同步并能根据电路要求在一定的移相范围内移相。

图1—21所示为单相半波可控整流调光灯电路的触发电路（该电路是从图1—1（b））中分解出来的），其方式采用单结晶体管同步触发电路，其中单结晶体管的型号为

，电路图及参数如图1—21所示。

图1-21单结晶体管触发电路

1．单结晶体管

（1）单结晶体管的结构

单结晶体管的原理结构如图1－22（a）所示，图中e为发射极，b1为第一基极，b2为第二基极。

由图可见，在一块高电阻率的N型硅片上引出两个基极b1和b2，两个基极之间的电阻就是硅片本身的电阻，一般为2～12kΩ。

在两个基极之间靠近b1的地方合金法或扩散法掺入P型杂质并引出电极，成为发射极e。

它是一种特殊的半导体器件，有三个电极，只有一个PN结，因此称为“单结晶体管”，又因为管子有两个基极，所以又称为“双极二极管”。

1－22单结晶体管

（a）结构（b）等效电路（c）图形符号（d）外形管脚排列

1.单结晶体管的引脚判别

正常情况下，B1和B2之间有2～15k的电阻，E对B1和B2之间为单向导电。

单结晶体管的判断和测量的方法是：

使用万用表的电阻挡，用黑表笔接触一个极，红表笔接触另外两个极，如果均导通（万用表显示的读数为数千欧姆）；而改用红表笔接触这个极，黑表笔碰触另外两个极均不导通（万用表显示的读数为数万欧姆），则这个极为发射极E。

黑表笔接E，红表笔接两个基极，阻值较小的极为基极B2。

2.单结晶体管的好坏判别

在发射极开路的条件下，用万用表R×100挡或R×1k挡测量B1和B2之间的阻值应在2～15k之间，阻值过大或过小均不宜使用。

（2）单结晶体管的伏安特性及主要参数

1）单结晶体管的伏安特性

单结晶体管的伏安特性：

当两基极b1和b2间加某一固定直流电压

时，发射极电流

与发射极正向电压Ue之间的关系曲线称为单结晶体管的伏安特性

＝f（Ue），试验电路图及特性如图1－24所示。

当开关S断开，Ibb为零，加发射极电压Ue时，得到如图2－b①所示伏安特性曲线，

该曲线与二极管伏安特性曲线相似。

图1－24单结晶体管伏安特性

（a）单结晶体管实验电路（b）单结晶体管伏安特性（c）特性曲线族

①截止区——aP段

当开关Q闭合，电压Ubb通过单结晶体管等效电路中的rbl和rb2分压，得A点电位UA，可表示为

式中η——分压比，是单结晶体管的主要参数，η一般为0．3～0．9。

当Ue从零逐渐增加，但Ue

当Ue增加到与UA相等时，

＝0，即如图1－24所示特性曲线与横坐标交点b处。

进一步增加Ue，PN结开始正偏，出现正向漏电流，直到当发射结电位Ue增加到高出η

一个PN结正向压降UD时，即Ue＝UP＝η

+UD时，等效二极管VD才导通，此时单结晶体管由截止状态进入到导通状态，并将该转折点称为峰点P。

P点所对应的电压称为峰点电压Up，所对应的电流称为峰点电流IP。

②负阻区——PV段

当Ue>Up时，等效二极管VD导通，

增大，这时大量的空穴载流子从发射极注入A

点到b1的硅片，使rbl迅速减小，导致UA下降，因而Ue也下降。

UA的下降，使PN结承

受更大的正偏，引起更多的空穴载流子注入到硅片中，使rbl进一步减小，形成更大的发射极电流

，这是一个强烈的增强式正反馈过程。

当

增大到一定程度，硅片中载流子的浓度趋于饱和，rbl已减小至最小值，A点的分压UA最小，因而Ue也最小，得曲线上的V点。

V点称为谷点，谷点所对应的电压和电流称为谷点电压Uv和谷点电流Iv。

这一区间称为特

性曲线的负阻区。

③饱和区——VN段

当硅片中载流子饱和后，欲使

继续增大，必须增大电压Ue，单结晶体管处于饱和导

通状态。

改变

，器件由等效电路中的UA和特性曲线中Up也随之改变，从而可获得一族单结晶体管伏安特性曲线，如图1－24（c）所示。

2．单结晶体管张驰振荡电路

利用单结晶体管的负阻特性和电容的充放电，可以组成单结晶体管张驰振荡电路。

单结晶体管张驰振荡电路的电路图和波形图如图1－25所示。

（a）（b）

图1－25单结晶体管张驰振荡电路电路图和波形图

（a）电路图（b）波形图

设电容器初始没有电压，电路接通以后，单结晶体管是截止的，电源经电阻R、RP对电容C进行充电，电容电压从零起按指数充电规律上升，充电时间常数为REC；当电容两端电压达到单结晶体管的峰点电压UP时，单结晶体管导通，电容开始放电，由于放电回路的电阻很小，因此放电很快，放电电流在电阻R4上产生了尖脉冲。

随着电容放电，电容电压降低，当电容电压降到谷点电压UV以下，单结晶体管截止，接着电源又重新对电容进行充电…如此周而复始，在电容C两端会产生一个锯齿波，在电阻R4两端将产生一个尖脉冲波。

如图1－25（b）所示。

3．单结晶体管触发电路

上述单结晶体管张驰振荡电路输出的尖脉冲可以用来触发晶闸管，但不能直接用做触发电路，还必须解决触发脉冲与主电路的同步问题。

图1-21所示为单结晶体管触发电路，是由同步电路和脉冲移相与形成两部分组成的。

（1）同步电路

1）什么是同步

触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。

例如，在单相半波可控整流电路中，触发脉冲应出现在电源电压正半周范围内，而且每个周期的

角相同，确保电路输出波形不变，输出电压稳定。

2）同步电路组成

同步电路由同步变压器、桥式整流电路VD1～VD4、电阻R1及稳压管组成。

同步变压器一次侧与晶闸管整流电路接在同一相电源上，交流电压经同步变压器降压、单相桥式整流后再经过稳压管稳压削波形成一梯形波电压，作为触发电路的供电电压。

梯形波电压零点与晶闸管阳极电压过零点一致。

从而实现触发电路与整流主电路的同步。

3）波形分析

单结晶体管触发电路的调试以及在今后的使用过程中的检修主要是通过几个点的典型波形来判断个元器件是否正常。

①、桥式整流后脉动电压的波形（图1-21中“A”点）

将

探头的测试端接于“A”点，接地端接于“E”点，调节旋钮“t/div”和“v/div”，使示波器稳定显示至少一个周期的完整波形，测得波形如图1-26（a）所示。

由电子技术的知识我们可以知道“A”点为由VD1～VD4四个二极管构成的桥式整流电路输出波形，图1-26（b）为理论波形，对照进行比较。

（a）（b）

图1－26桥式整流后电压波形

（a）实测波形（b）理论波形

②、削波后梯形波电压波形（图1-21图中“B”点）

将

探头的测试端接于“B”点，测得B点的波形如图1-27（a）所示，该点波形是经稳压管削波后得到的梯形波，图1-27（b）为理论波形，对照进行比较。

（a）（b）

图1-27削波后电压波形

（a）实测波形（b）理论波形

（2）脉冲移相与形成

1）电路组成

脉冲移相与形成电路实际上就是上述的张驰振荡电路。

脉冲移相由电阻RE和电容C组成，脉冲形成由单结晶体管、温补电阻R3、输出电阻R4组成。

改变张驰振荡电路中电容C的充电电阻的阻值，就可以改变充电的时间常数，图中用电位器RP来实现这一变化，例如：

RP↑→τC↑→出现第一个脉冲的时间后移→α↑→Ud↓

2）波形分析

①、电容电压的波形（图1-21中“C”点）

将

探头的测试端接于“C”点，测得C点的波形如图1-28（a）所示。

由于电容每半个周期在电源电压过零点从零开始充电，当电容两端的电压上升到单结晶体管峰点电压时，单结晶体管导通，触发电路送出脉冲，电容的容量和充电电阻

的大小决定了电容两端的电压从零上升到单结晶体管峰点电压的时间，因此在本课题中的触发电路无法实现在电源电压过零点即

时送出触发脉冲。

图1-28（b）为理论波形，对照进行比较。

（a）（b）

图1-28电容两端电压波形

（a）实测波形（b）理论波形

调节电位器RP的旋钮，观察C点的波形的变化范围。

图1-29所示为调节电位器后得到的波形。

图1－29改变RP后电容两端电压波形

②、输出脉冲的波形（图1-21中“D”点）

将

探头的测试端接于“D”点，测得D点的波形如图1-30（a）所示。

单结晶体管导通后，电容通过单结晶体管的

迅速向输出电阻

放电，在

上得到很窄的尖脉冲。

图1-30（b）为理论波形，对照进行比较。

（a）

（b）

图1－30输出波形

（a）实测波形（b）理论波形

调节电位器RP的旋钮，观察D点的波形的变化范围。

图1-31所示为调节电位器后得到的波形。

图1-31调节RP后输出波形

二晶闸管

•晶闸管也叫可控硅（SCR），它是一个可控导电开关，能以弱电去控制强电的各种电路。

晶闸管常用于整流、调速、交直流转换、开关调光等控制电路中。

常见晶闸管的种类有：

单向晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管、光敏晶闸管等多种类型，目前运用最多的是单向晶闸管和双向晶闸管，晶闸管电路符号及外形如图5.4所示。

一、单向晶闸管

1.单向晶闸管的结构和符号

•单向晶闸管是一种PNPN4层半导体器件，其电路符号及外形如图5.4（a）所示。

它有3个电极，分别为阳极（a），阴极（K）和控制极（G）（控制极又称为门极）。

控制电极（G）从P型硅层上引出，供触发用。

图5.5为晶闸管的结构图及电路符号。

晶闸管阳极（a）与阴极（K）、阳极（a）与控制极（G）之间的正、反向电阻RAK、RKA、RAG、RGA均应很大，而G-K之间为一个PN结，PN结正向电阻应较小，反向电阻应很大。

2.单向晶闸管的工作特性

•下面通过如图5.6所示电路来说明单向晶闸管的工作特性。

（1）K1断开，K2掷Ⅰ位置，接通12V电源，晶闸管未被触发不导通（灯不亮）。

（2）接通K1，晶闸管被触发导通（灯亮）。

此时RL上得到几乎12V的电压，此电压经K2向电容器C充电（左负右正）。

（3）晶闸管被触发导通后，断开K1，此时只要负载电流不小于晶闸管的维持电流，则晶闸管仍维持导通（灯亮）。

（4）断开K1，K2由Ⅰ掷到Ⅱ位置，电容器C上所充的电荷反向加到晶闸管A-K之间，使流过晶闸管的电流小于维持电流，晶闸管被关断（灯灭）。

•分析结果如下：

（1）晶闸管在反向阳极电压作用下，不论门极为何种电压，它都处于关断状态。

（2）晶闸管同时在正向阳极电压与正向门极电压作用下，才能导通。

（3）已导通的晶闸管在正向阳极电压作用下，门极失去控制作用。

（4）晶闸管在导通状态时，当阳极电压减小到接近于零时，晶闸管关断。

•以上结论说明，晶闸管像二极管一样，具有单向导电性。

晶闸管电流只能从阳极流向阴极。

若加反向阳极电压，晶闸管处于反向阻断状态，只有极小的反向电流。

但晶闸管与二极管不同，它还具有正向导通的可控特性。

当仅加上正向阳极电压时，元器件还不能导通，这时称为正向阻断状态。

只有同时还加上一定的正向门极电压、形成足够的门极电流时，晶闸管才能正向导通。

而且，一旦导通之后，撤掉门极电压，导通仍然维持。

3.单向晶闸管的极性及质量的检测

（1）将万用表黑表笔任接晶闸管某一极，红表笔依次去触碰另外两个电极。

若测量结果有一次阻值为几千欧姆（kΩ），而另一次阻值为几百欧姆（Ω），则可判定黑表笔接的是门极G。

在阻值为几百欧姆的测量中，红表笔接的是阴极K，而在阻值为几千欧姆的那次测量中，红表笔接的是阳极A，若两次测出的阻值均很大，则说明黑表笔接的不是门极G，应用同样方法改测其他电极，直到找出三个电极为止。

（2）也可以测任两脚之间的正、反向电阻，若正、反向电阻均接近无穷大，则两极即为阳极A和阴极K，而另一脚即为门极G。

4.实训操作

（1）小组制订工作计划。

（2）识别调压电路原理图，明确元器件连接和电路连线。

（3）画出布线图。

（4）完成电路所需元器件的购买与检测。

（5）根据布线图制作调光台灯电路。

（6）完成调压电路功能检测和故障排除。

（7）通过小组讨论完成电路的详细分析及编写项目实训报告。

一、实训目的

（1）目测识别典型单向晶闸管、单结晶体管的引脚。

（2）掌握用万用表检测晶闸管、单结晶体管的引脚和判断质量的优劣。

（3）熟悉可控整流触发电路的基本形式与工作原理。

（4）根据设计原则，能独立绘制美观整齐的装配图。

二、实训设备与器件

•实训设备：

模拟电路实验装置1台，万用表1台。

•实训器件：

电路所需元件名称、规格型号和数量如表5.1所示。

三、实训电路与说明

•家用调光台灯电路原理图如图5.2所示，调压电路实物照片如图5.1所示。

图中的右半部分是可控整流主电路，而左半部分的单管触发电路主要由同步电源和单结管振荡电路两部分组成。

四、实训电路的安装与调试

•1．绘制装配图

•根据原理图，设计如图5.3所示的装配图。

装配图设计应遵循以下原则：

（1）根据电路原理图，先对元器件比较多的支路进行布局设计，并尽可能地把一个电路设计在一起。

（2）元器件的每一个引脚占一个焊盘，同节点元器件的引脚不能共用一个焊盘。

（3）布线时，应尽量走直线，不能走斜线，不能出现交叉线，走线要横平竖直。

（4）绘制装配图时，应注意元器件引脚线与连接线的区分，焊点要画成实心。

2．元件的清点测试

•按表5.1中的元器件明细配齐元器件，用万用表进行测试，以保证焊装在线路板上的元件的参数及性能符合要求。

在检测之前，要按元件的标注正确理解其含义，包括标称值、精度、材料和类型等。

3．元器件的插装

•元器件插装时，应注意以下三点：

（1）按照图5.3所示的装配图或自己设计的装配图，根据铆钉板上的实际距离，对元件进行整形。

对于有两个引脚的元器件，引脚应弯成90°形状；对于有三个引脚的元器件，在分开引脚时需格外小心，以防折断。

（2）安装时应注意分清铆钉板的焊接面和元器件面。

（3）按照图5.3所示的装配图或自己设计的装配图，将元件插在铆钉板的元器件面上，要保证元件安装位置无误、极性插装正确，并对元件的引脚进行镀锡处理。

4．焊接

•焊接前要对插入铆钉板上的元件再次进行检查，确保元件位置、极性正确后，方可实施焊接。

正确的焊接方法是：

插装一部分，检查一部分，焊接一部分，而无须在所有元件全部插装完后才进行焊接。

5．调试

•电路板经检查无误后接通电源，灯泡正常发光，调节电位器，灯泡的亮度随着阻值的变化而发生变化，即说明电路板制作成功。

在正常工作状态下，图5.2中各点的电压值如下：

A和B点为交流24V左右；C点为直流0.9×24=21.6V；D点为直流17V左右；E点为直流3～12V；F点为直流0.2～0.7V。

•接通电源后，若灯泡不亮，可能是因灯泡损坏或电路故障所致。

电路故障可按以下步骤进行调试。

•

（1）若出现不亮故障，应首先检查D点电压，如D点对地电压为0V，需检查C点，若测得C点电压为23V，则故障元器件为1k电阻；如C点电压也为0V，则应检查变压器次级电压，若有交流电压24V，则证明变压器良好且供电正常。

经上述检查仍不能排除故障时，可进一步检查其他元件及变压器，若变压器有24V交流而C点无电压，则证明桥式整流二极管已损坏，必须更换。

（2）当D点电压为17V，灯泡仍不亮时，应查E点对地电压，配合调节100k电位器，在万用表上应看到电压在变化（范围在3～12V左右），若无此变化，需进一步检查：

①电容（0.1F）是否击穿。

②5.1k电阻及100k电位器是否开路或损坏。

（3）如检查E点电压也正常，则应再检查F点电压变化情况。

调节100k电位器，F点电压一般应在0.2～0.7V的范围内变化，否则说明BT33、330电阻回路开路或损坏。

（4）若F点电压也有正常的电压变化范围，而灯泡仍然不亮时，可通过检查F点以后的电路（包括R4、R5电阻、V9、V10二极管、单相可控硅及相关连接电路）来排除故障。

•总之，在检查和判断故障时，若当前点的电压正常，就说明此点以前的电路及供电是正常的。

按此逐次往下进行检测，即可找到发生故障的区段，对该区段内的元器件及构成电路进行检查即可排除故障。