（无线电物理专业论文）锁相型集约整流触发电路.pdf

摘要 摘要 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种的电路，它可将交流电变为直 流电，是电源的重要组成部分，应用十分广泛。在机械制造工业和冶金工业， 供电电源的要求越来越高，它们不仅要求电源技术指标高，还要求体积小、重 量轻、可靠性高。 触发电路是整流电路的重要组成部分，它的性能对整流电路的工作有关键 性的作用。对于三相全控整流电路，它产生六组相邻位相差为六十度的触发脉 冲，脉冲频率与电网频率同步，有一定的抗干扰能力。 本设计中，把取自工频电源的同步移相信号输入到锁相环c d 4 0 4 6 和六分频 器构成的六倍频发生器，然后从六分频器中分别取出六组触发信号。与传统的 六脉波整流触发电路相比，我们设计的电路结构简单，可靠性强。它元件少， 故障少，调试少，抗干扰能力强，成本低，输出波形对称性好，经济效益高。 关键词触发电路锁相环倍频分频 a bs t r a c t r e c r i f l e rc i r c u i ti so n eo ft h el o n g e s tp o w e re l e c t r o n i cc i r c u i t s i tc a n m a k ea ci n t o d c i ti st h ei m p o r t a n ts e g m e n ti nt h ep o w e rs o u r c ea n da p p l i e dv e r yg e n e r a l l y t h e r e a u i r e n l e n to ft h ep o w e rc a p a b i l i t yi sh i g h e l a n dh i g h e ri nm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g i n d u 蛐a n dm e t a l l u r g i c a li n d u s t r y t h e yn e e dh i g ht e c h n o l o g i c a li n d e x ，l i g h tw e i g h t ， s m a l lv o l u m ea n dh i g hr e l i a b i l i t y t r i g g e rc i r c u i ti sa ni m p o r t a n tp a r to fr e c t i f i e rc i r c u i t i t sq u a l i t y i st h ek e yt ot h e w o r ko ft h er e c t i f i e rc i r c u i t i to c c u r ss i xg r o u p so ft r i g g e rp u l s e st h o s ea d j a c e n t p u l s e ss e p a r a t es i x t yd e g r e ee a c ho t h e ra n dh a ss o m ea n t i - i n t e r f e r e n c ea b i l i t y f o rt h e t h r e e - p h a s eb r i d g ec i r c u i ta l lc o n t r o l l e d t h ef r e q u e n c yo ft r i g g e rp u l s e sg e t s a l o n g w i t ht h ee l e c t r i cn e t w o r k t h es y n c h r o n o u sp h a s e s h i f t e ds i g n a lf r o mt h e f u n d a m e n t a lf r e q u e n c yp o w e r s u p p l yi n p u t si n t ot h es i xf r e q u e n c yd o u b l e rc o m p o s e d o fp h a s e l o c k e dl o o pa n ds i x f - e q u e n c yd i v i d e r a n dt h e nt h es i xg r o u p so ft r i g g e rp u l s e sa r e t a k e do f f o u rt r i g g e r c i r c u i th a st h ea d v a n t a g e so fs i m p l es t r u c t u r ea n dh i g hr e l i a b i l i t y i t h a sl e s sd e m e n t s ， l e s sf a u l t s b e t t e ro u t p u tw a v e f o r m ，l e s sd e b u g g i n g ，s t r o n g e r a n t i 。i n t e r f e r e n c ea b l l l t y ， l o w e rc o s ta n dh i g h e l e c o n o m i cb e n e f i tt h a nt h et r a d i t i o n a lt r i g g e rc i r c u i to ft h e t h r e e - p h a s eb r i d g ec i r c u i ta l lc o n t r o l l e d k e yw o r d s ：t r i g g e r c i r c u i t p h a s e l o c k e dl o o p f r e q u e n c yd o u b l i n g f r e q u e n c yd i v i s i o n 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：召哥红 细呷年嘲动日 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子 版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及 提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构 送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分 或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：劢红 2 0 叩年吐月知日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年 月 日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 内部5 年( 最长5 年，可少于5 年) 秘密l o 年( 最长l o 年，可少于l o 年) 机密2 0 年( 最长2 0 年，可少于2 0 年) 南开大学学位论文电子版授权使用协议 论文锁相型集约整流触发电路系本人在南开大学工作和学习期间创作完成 的作品，并已通过论文答辩。 本人系本作品的唯一作者( 第一作者) ，即著作权人。现本人同意将本作品收 录于“南开大学博硕士学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子 版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全了解南开大学图书馆关于保存、使用学位论文的管理办法。同意 南开大学图书馆在下述范围内免费使用本人作品的电子版。 本作品呈交当年，在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及论文全文部分 浏览服务( 论文前1 6 页) 。公开级学位论文全文电子版于提交1 年后，在校园网上 允许读者浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文在保密期限过后同样适用。 院系所名称：物理科学学院 作者签名：移阻 学号： 2 1 2 0 0 6 0 1 4 9 日期：研年够月劲日 第一章绪论 第一章绪论 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，是 电源的重要组成部分，应用十分广泛。机械制造工业和冶金工业领域对供电电 源的要求越来越高，它们不仅要求电源技术指标高，还要求体积小、重量轻、 可靠性高。如果采用晶闸管作为整流元件，则可以通过控制门极触发脉冲的时 刻来控制输出电压的大小，这种整流称为可控整流。 晶闸管出现前，用于电力变换的电子技术已经存在：1 9 0 4 年的电子管，能 在真空中对电子流技术进行控制，并应用于通信和无线电，开创了电子技术的 先河；后来出现的水银整流器其性能和晶闸管很相似，在3 0 年代到5 0 年代， 其发展迅速并大量应用于电化学工业、电气铁道直流变电所及轧钢用直流电动 机的传动，甚至用于直流输出；1 9 4 7 年美国贝尔实验室发明晶体管( t r a n s i s t o r ) ， 引发了一场电子技术革命；1 9 5 7 年晶闸管s c r ( s i l i c o nc o n t r o l l e dr e c t i f i e r ) 可 通过门极控制开通，但门极不能控制关断，属于半控型器件。目前由于其能承 受的电压，电流容量仍是目前器件中最高的，而且工作可靠，所以许多大容量 场合仍大量使用s c r 。 以下介绍可控整流电路主电路的两种形式：三相桥式半控整流电路和三相桥 式全控整流电路。 第一节三相桥式半控整流电路 1 1 1阻性负载下的电路结构及工作原理 三相桥式半控整流电路( 阻性负载) 结构如图1 1 所示：由2 组三相半波 整流电路串联而成，一组为共阴极接线，3 只晶闸管( 啊、隅、呢) 阴极连 接在一起称为共阴极组；另一组为共阳极接线，3 只二极管( 、睨、喝) 阳极连接在一起称为共阳极组。晶闸管的导通顺序为啊，隅，呢。共阴极 组晶闸管和共阳极组的二极管可互换，其工作原理与图1 1 类似。 第一章绪论 v t j 喝d ， c 一f 一 f毛毒么么 l a 负一 b p 载lj 1 么么 ； _ l v lv l 2d 2 图1 1 三相桥式半控整流电路阻性负载原理图 在口= 0 。的情况下，负载在每个周期将得到六个纹波的直流电压，与三相 桥式全控整流电路( 阻性负载) 此时的波形一样。同步移相触发脉冲g ，在自然 换流点o j t l ( 即控制角口= 0 。) 时刻触发晶闸管啊，二极管强导通，负载电流 由a 相流经啊、负载、喔，流到b 相，此时其他晶闸管与二极管均处于反向偏 置，负载得到u d = u 。一= u 曲；到c o t 2 时刻后，c 相电压变得低于b 相，二极管喝 导通，负载电流由a 相流经啊、负载、，流到c 相，此时其他晶闸管与二 极管均处于反向偏置，负载得到u d = “。一“。= u 。；到g o t 。时刻后，同步移相触发 脉冲g ：在此换相时刻触发晶闸管喝，二极管嘎导通，负载电流由b 相流经喝、 负载、啊，流到c 相，此时其他晶闸管与二极管均处于反向偏置，负载得到 u d = u b 一“。= u b c ；到研4 时刻后，a 相电压变得低于c 相，二极管导通，负载 电流由b 相流经强、负载、，流到a 相，此时其他晶闸管与二极管均处于 反向偏置，负载得到u d = u b 一“。= u b a ；到耐，时刻后，同步移相触发脉冲g ，在此 换相时刻触发晶闸管，二极管导通，负载电流从c 相经、负载、啊 流回a 相，此时其他晶闸管与二极管均处于反向偏置，负载得到电压 蚴= u 。- u a = “。；到o t 6 后，a 相电压变得低于b 相，二极管喔导通，电流从c 2 第一章绪论 相经呢、负载、流回b 相，负载上电压蚴= “。一u b = n o b 。其负载波形如图 1 2 所示： 1 2 j口= o o d 1 g l 9 29 3 g l9 29 3 nn门几nn 一 0 吐l础3 碰j 砬1斑3碰j 面 z 2 j ，! 、碰。! 、扰，i 、础a卜、：、i ，i 、 d l d d 2 1 j l d 0 ；瓣| j 毯：虢霪娥、l i x 面 图1 2 三相桥式半控整流电路电阻性负载口= 0 0 时的波形 在口= 3 0 。的情况下，同步移相触发脉冲g 。在c o t , ( 即控制角口= 3 0 。) 时刻 触发晶闸管啊，晶闸管起始导通时刻推迟了3 0 。，组成的线电压因此推迟3 0 。， 二极管导通，负载电流由a 相流经啊、负载、睨，流到b 相，此时其他晶 闸管与二极管均处于反向偏置，负载得到蚴= “。- - u 6 = “曲；到c o t 2 时刻后，c 相 电压变得低于b 相，二极管导通，负载电流由a 相流经啊、负载、， 流到c 相，此时其他晶闸管与二极管均处于反向偏置，负载得到 u d = u a 一“。= u a c ；依次类推其他阶段。其负载波形如图1 3 所示： 3 第一章绪论 l l j： ：k 、 、 p 一瞅一 | | 6 0 。时，整流输出电压断续。 4 第一章绪论 其电压的平均值表达式为u 0 - - 1 3 5 u 曲卫半= 2 3 4 虬卫半。【2 口= 6 0 0 戤。 墩献7 口 。m一 0心 。 ，i 。 拶远 ，、一。 、 一 皿1 ：k ： 1 k l 一二、。 钱j 腻 j 瓣霖，穰；，f ， 、 0 麟燮i 一躜丞 图1 4 三相桥式半控整流电路电阻性负载口= 6 0 0 时的波形 越j j 弋 一dc ，x ?ff i：x t，彤玲 盖 、 0 2警0 ? 6 0 。时，整流输出电压断续。 图1 1 2 给出了控制角o = 9 0 。时电阻性负载情况的工作波形。当口= 9 0 。时， a 相电压高于b 相电压，线电压 0 ，晶闸管嘲和嘿被触发导通，整 流输出电压= u a - - u b = u a b ，直到共阴极自然换相点“。= ，线电压“4 6 = 0 为 止。e 1 相电压“。低于b 相电压，“曲 6 0 。时，线电压瞬时值将过0 变负。由于负载电感l 有阻碍电 流变化的趋势，电感l 上将出现顺晶闸管单向导电方向的自感电动势e l ，这时 作用在晶闸管上的阳极电压为( “：工+ e l ) 。由于电感足够大，使得在下一对晶闸 管被触发导通之前( “：+ 气) 0 ，就可使原来导通的晶闸管继续导通，整流输出 电压中出现了负电压波形，整流输出电压平均值玩是一周期内整流输出电压 中正负面积之差。图1 - 1 5 为口= 9 0 0 时的波形，若电感足够大，整流输出电压 中正负面积将基本相等，整流输出电压平均值近似为0 。所以电感性负载 时，三相桥式全控整流电路控制角口的移相范围是9 0 。h 1 1 4 第一章绪论 m 求f 汀n 玳一一 d 杈矗 救im ， i l 气。l! 灏蕊 d 鬻一 ；，0 t 云 i ， ，- ：t 二， i 一 一l： i ： 9i ：!： ： ：! 积 图1 1 4 三相桥式全控整流电路电感性负载口= 3 0 。时的波形图 乌 一 ，一 t j ，一一一、，q ，一 一 蕤滚滚装 燕装 、云 ， 。 、_ ，、， v ； 簟矗 0 獒 魂l 獒 协： = ：j 二 i ，、 心、；一 l l 救1、0 ， _ 一 一， i th诳 l 气jl i ，? ， 2 ，：； 、也。、， ，、 ， ：，、 ，i 、 ， ，i 、 ，、 ，、 ， 、 ，、 选 t ， n ， i f ，仂v0。；? 叫立0 一功 o | ，飞，一j 1 。，；硝f ，- 茹 、i ， x 、， 二 6 0 。时，整流输出电压 “d 0 时，续流二极管v d 导通，负载两端电压接近零，晶闸管导通至本相交流 电压过零时刻为止，晶闸管关断期间负载电感储能通过续流回路释放，形成续 流。负载上的整流输出电压与阻性负载一样，电流波形与大电感时的一样连 续、平直，但负载电流由六只晶闸管和一只续流二极管v d 轮流提供。 v t l v t 3 5 d l z 一 z 1 么j c 斜 l _a 么 3 载l b v d c l 0 _ _ z r 一 6 0 。后， 电流将出现断续，电路中电流每次均从无到有，都相当于一次电路启动，电压 发生跳变。为了保证整流电路合闸后能正常启动或者电流断续后再次导通，必 须使共阳极组及共阴极组内应导通的一对晶闸管同时具有脉冲。有两种脉冲形 式可以得到这一要求：一种是宽度大于六十度而小于等于一百二十度的宽脉冲 触发见图1 1 8 ( c ) 。这样可在电路元件换流时，保证相隔六十度的后一脉冲出 现时前一脉冲尚未消失，使电路在任何换流点处均有相邻两元件被触发导通。 为了有效利用脉冲变压器，这种宽脉冲常被调制成脉冲链形式。另一种方法是 在触发某一晶闸管时，同时给前一号晶闸管补发一脉冲见图1 1 8 ( d ) 。例如触 发啊时，同时给睨补发一脉冲；触发嘎时，同时给啊补发一脉冲。这样就 能保证晶闸管换流点处同时有两脉冲去触发序号相邻的两晶闸管以构成回路， 其作用与宽脉冲相同。而从一个晶闸管看，在一周期内要连续被触发两次，两 次触发脉冲之间相隔六十度，故称双窄脉冲触发。n 3 1 9 第一章绪论 ( b ) 必r 了灾滁。 0 x 三x 上x 、i ，x 三x 上7 图1 1 8 三相桥式全控整流电路的触发脉冲 1 3 4 触发电路的保护措施 当整流电路出现故障负载电流j d 超过晶闸管的额定值时，需要关断电路， 若直接拉闸，会造成重大事故。触发电路有两种保护措施：一是撤销触发脉冲； 二是拉逆变( 有源逆变) 。下文就单相桥式全控整流电路分析这两种保护措施。 其电路结构如图1 1 9 所示。 v t 4v t 2 图1 1 9 单相桥式全控整流电路 2 0 l j r t ， y u u f l 宽脉冲 u u r乙 双窄脉冲 油 第一章绪论 ( 一) 撤销触发脉冲 若输入电压u 上正下负( u 曲为正半周) ，触发啊，嘎导通，喝，截 止，整流桥处于整流状态。负载电流j d 超过晶闸管的额定值，为了保护电路， 假如我们撤销触发脉冲，在这半个周期内，喝，喝仍然截止，啊，嘎继续 导通。 接着输入电压u 变为上负下正( u o 。为负半周) ，负载电流l 减小，l d 感 应出下正上负的感应电动势e ，会出现两种情况： ( 1 ) 若乙比较小，以至于在半个周期之内厶的储能被电网吸收，此时e 为 0 ，而u 曲仍为负电压，该负压关断啊，从而完成了对整流桥的封锁； ( 2 ) 若厶足够大，以至于在输入电压【厂上负下正( u o 。为负半周) 的半个 周期内，l d 的储量不能完全被电网吸收。在输入电压u 又变为上正下负( u o 。为 正半周) 之前，啊，一直维持导通，从而失去了关断啊，嘎的机会，造 成整流桥封锁失败。 ( 二) 拉逆变 若输入电压【厂上正下负( u 0 6 为正半周) ，啊，导通，喝，啊截止 时，负载电流，d 超过晶闸管的额定值，为了保护电路，我们可采用拉逆变的保 护措施。 拉逆变的措施是把触发脉冲的移相角口拉到接近1 8 0 。，仍然考虑厶的储 量足够大的情况。在u 曲 1 8 0 0 ) 时，被导通的喝和所接入的电源 电压又会继续吸收厶的感应电动势e 的储量，最终耗尽厶的储能，并关断 整流桥。 ，1 第一章绪论 综上所述，全控整流电路的保护措施可用拉逆变，因为它的效果好；半控 整流电路，因为有一部分的整流元件不能控制，不能采用拉逆变的保护措施， 只能用撤销触发脉冲的方法，负载可加续流二极管。 三相桥式全控整流电路拉逆变的基本原理和分析过程与单相桥式全控整流 电路的一样，电路结构如图1 2 0 所示，k 是主电路的等效直流电阻；历为外加 直流电源。当控制角口= 1 5 0 0 时，电路各转换点均从自然换流点后移1 5 0 。，如 图所示换流点由尺点移至尺等。 在c o t q 区间，u d = u c b ，正和瓦导通，因“c 8 0 ，互导通，并与瓦换流。经过t ，之后，u d = n a b ( u 彳口 0 ) ， 由此可见，各元件均在线电压负半波导通。碡1 a b c 462 图1 2 0 三相桥式全控整流电路原理图 ， f l l 1 1 f t 3 一 每 竖- 一段、量一 地 j 、毒一 ：勺檄、 、1i n - 一 l 、渤o7 _ g l 、i阮， l 一 “、驽发- 、 一，矗 嗽口6 一一 、 ， 一 f ，n 粼 i 乡。口5 ， 苎 i j) k ， s 飞 ，叫 、 、 一 、 。 、 ，、k，k 一 ，j 一 ， l 一 一， ， 矿0 冬： 、 ， 、 、。 ， h 一， r j ， 、，_ 7 1h - 工l 、 ， i r 十 - - - 一一 i l 口 图1 2 1 工作状态 第一章绪论 第四节单相桥式逆变电路 晶闸管整流电路可把交流电整流成直流电给负载，也可把直流电逆变成交 流电反送到电网中去。将直流电能转变成交流电能的过程，称为逆变过程。由 晶闸管组成的能完成逆变过程的电路称为晶闸管逆变电路。在逆变电路中必须 有一个供给能量的直流电源，同时有一个用来吸收电能的交流电源，该逆变电 路是有源逆变。整流和有源逆变是一个可控硅整流电路的两种工作状态，在一 定条件下可互相转化。以单相全控桥式有源逆变电路为例介绍有源逆变电路的 工作原理。 1 4 1 单相全控桥式有源逆变电路工作原理 当电动机运行在发电制动状态，反电势e 的极性下正上负，在u a 0 ，且 鲁 口 u d ，此时，d ：e i - u a ，为防止过电流，同样e u d 。电流l 自e i e - 及性端 儿d 流出，直流电机输出功率；电流，d 自正端流入，故交流电网吸收功率a e 的极性在u ：正半周时，如c o t 。时刻触发啊、喝，啊、喝被触发导通， 使喝、因承受反压而关断；在u ：。正半周时，如g o t ：时刻触发喝、喝，喝、 被触发导通，使啊、因承受反压而关断。 当单相全控桥阻性负载时，控制角口的移相范围为0 万；电感性负载时的 倪移相范围为o 詈；而在有源逆变状态时，口移相范围为詈万。 第一章绪论 喝 ( a ) “d r t 0 f + ( b ) 图1 2 1单相全控桥有源逆变电路 1 4 2 有源逆变产生的条件 一、有一个使电能倒流的直流电势，电势的极性和晶闸管元件的单向导电 方向一致，电势的大小稍大于直流平均电压； 二、交流电路的直流侧应能产生负值的直流平均电压。 这两个条件必须同时具备才能实现有源逆变。阻1 第五节本课题的选题背景和主要创新点 1 5 1选题背景 本中心( 机电与冶炼工程中心) 自1 9 9 7 年成立起，一直从事电力电子学的科 学研究，并在变流技术应用领域取得了多项科研成果，特别是在大功率晶闸管 中频电源取得了突破性的进展，其中用了大量的整流触发电路，目前此课题研 究的技术和试验条件均已准备充足。 可控硅触发电路是可控硅整流电路可靠、有效工作的关键。可控硅触发电 路主要采用分立元件和专用集成电路二种方法。采用分离元件设计的触发电路 存在各相电路分散性大、调试不方便、稳定性和可靠性差等缺点；采用专门集 成触发电路芯片设计的触发电路成本高，芯片的质量难以保证。我们利用通用 2 4 第一章绪论 集成电路设计了一种锁相型集约整流触发电路，触发三相桥式全控整流电路。 1 5 2 主要创新点 我们研究工作的创新点是电路简单。 与传统的六脉波整流触发电路相比，我们设计的电路有复杂程度是其三分 之一，( 1 ) 元件少，出故障几率小；( 2 ) 调试少，抗干扰能力强；( 3 ) 成本 低，经济效益高； 2 5 第二章传统六脉波整流触发电路 第二章传统六脉波整流触发电路 第一节一种单宽整流触发电路 这一节我们介绍一种包含六套相同的触发电路的三相全控可控硅触发电 路。其中每套电路由整形电路、积分比较电路、脉冲形成电路及放大驱动电路 组成，使用两片l m 3 2 4 、一片c d 4 0 6 9 和两片c d 4 0 7 3 设计而成。晶闸管的导通 顺序为啊，喝，喝，强，嘿。三相全控可控硅触发电路方框图如图 2 1 所示： 移相信号 嘎 n 两一墼 i 动电路1l 一圈墼 圜一圈 图2 1 三相全控可控硅触发电路方框图 2 1 1整形电路 整形电路是由低通滤波器和整形器组成，其电路原理如图2 2 所示。它将输 入正弦波的同步信号进行低通滤波排除高频干扰后转换为方波信号。 圈圈圈固固圈 勰一勰一勰一罅一罅一勰一 第二章传统六脉波整流触发电路 u 叠 图2 2 整形电路原理图 2 1 2 积分比较电路 积分比较电路是由积分器、比较放大器及反相器等电路组成，其电路原理 图如图2 3 ( a ) 所示。它的工作波形如图2 3 ( b ) 所示。该电路采用同步信号的 积分与移相信号相比较来产生相应的脉冲信号。这里c d 4 0 6 9 反相器的作用是当 移相信号的电压小于等于零伏，l m 3 2 4 比较放大器的输出c 点为高电平时，保 证c d 4 0 7 3 与门有脉冲输出。 图2 3 积分比较电路原理图及工作波形图 2 7 ( b ) 第二章传统入脉波整流触发电路 2 1 3 脉冲形成电路 脉冲形成电路是由积分电路、反相器及与门电路组成，其电路原理图如图 2 4 ( a ) 所示。它的工作波形如图2 4 ( b ) 所示。该电路能将输入的脉冲信号转 换为同相位的固定脉冲宽度的脉冲信号。通过改变尺。、g 的参数可做到调整触 发脉冲的宽度，使其大于6 0 度。封锁信号为高电平时，允许触发脉冲输出。 g j ( a ) ( b ) 图2 4 脉冲形成电路原理图及工作波形图 2 1 4 放大驱动电路 放大驱动电路是由三极管组成的放大器。该电路的作用是对触发脉冲进行 放大，使其具有足够的功率保证可靠触发可控硅。n 们 第二节一种双窄触发电路 2 2 1k d 0 0 4 的工作原理及应用 k j 0 0 4 可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可 控硅的双路脉冲移相触发。k j 0 0 4 器件输出两路相差1 8 0 度的移相脉冲，可以 构成全控桥式触发器电路。该电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电 压、移相电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。其内部原理图如 图2 5 所示。1 6 脚接正电源，8 脚为同步脉冲输入端，7 脚接地，9 脚为比较放 2 8 第二章传统人脉波整流触发电路 大输入端，1 脚为正向脉冲输出，1 5 脚为负向脉冲输出，1 3 脚、1 4 脚为脉冲列 调制和脉冲封锁的控制端。 一 辩1 3 砸f 嚣i 雌 黼 廷 t 碱 忽，偿 r ” 舅 t m 一 i ，k 辩 采1 9 l。 n l ， 孙?l 城 i 碍 和 洲 ( 协 【 r 席 广 l 竺l 躞f 。序埒”麟滋耋一 埯 焉芦叫 瞬 蟋r 啊阿州坠i r ， i r ：? l 一拗l 9 l l 残j尹蛹”n 艺i 纠y 测l 粥 l “d 图2 5i u 0 0 4 内部原理图 典型应用电路如图2 6 ( a ) 所示：锯齿波的斜率决定于外接r 。、犯流出 的充电电流和c 1 的积分数值。对不同的移相控制电压0 ，只有改变r 。、r ：的比 例，调节相应的偏移电压一，和调整锯齿波斜率电位器购，可以使不同的移相控 制电压获得整个范围。该触发电路为正极性型，即移相控制电压增加，输出导 通角增大。r ，和c ：形成微分电路，改变尺，和c ：的值，可获得不同的脉宽输出。 k d 0 0 4 的同步电压为任意值。 同步串联电阻值可以按下式计算：r 。：骅1 0 3 q 。彤0 0 4 各有关引 脚点波形如图2 6 ( b ) 所示。1 1 1 2 9 第二章传统人脉波整流触发电路 ( a ) f = = 飞= = = 乒 p k u 一时，输出 高电平；当u + 矿时，输出低电平。7 脚的输出电压为u ，波形为矩形波。调 节u 一即可改变输出方波的前沿位置，从而达到了移相的目的。比较器的输入、 输出波形如图3 4 所示。 u u 矾 图3 4比较器的输入输出波形图 l m 3 1 1 在使用时注意的几点事项：电源由o 1 “的瓷片电容旁路；两个输入 脚之间接一个l o o p 到1 0 0 0 p 的电容，可以产生更整齐的比较器输出波形；如果 不使用管脚5 和6 ，应当把它们短接；n 钔在比较器的输出端上拉电阻两端并接一 3 7 第三章锁相型集约整流触发电路 个容量适当的电容，对滤除和减弱震荡有显著效果。n 5 3 第三节宽脉冲形成电路 触发电路根据触发脉冲的宽度有单宽触发和双窄触发。实践证明单宽触发 比双窄触发稳定。以下内容介绍宽脉冲的形成电路。 3 3 1c d 4 0 1 7 构成的六进制计数器 ( 1 ) c d 4 0 1 7 的工作原理 c d 4 0 1 7 集成电路是十进制计数时序译码器，又称十进制计数脉冲分频 器。它是4 0 0 0 系列c m o s 数字集成电路中应用最广泛的电路之一，造价低廉， 性能稳定可靠，工艺成熟，使用方便。这种计数器编码可靠、工作速度快、译 码简单，只需由二输入端的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰、无毛 刺译码输出和防锁选通特点，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平， 只在对应的时钟内保持高电平。其引脚排列如图3 5 ( a ) 所示：c o 为进位脉冲 输出端；c r 清除端；c p 时钟输入端；i n h 禁止端；q 0 一q 9 计数脉冲输出端： 正电源；圪负电源。 鹞 q 氆 像 馐 锈 铂 v 鹅 鼬 馕 口 廖聪 q 9 镛 镭 a旨 人输出 口l 潮，繇o 纽一0 一 xh q 。 待敷豫穗炎 x 专 l l 计敷 q 。一q 鞋善 l时：一h l xl xhl 保待 赣敲骧砷为 ； xl q l 一瓴 l时- l ( b ) 图3 5c d 4 0 1 7 的引脚排列和功能表 c d 4 0 1 7 内部逻辑结构原理如图3 6 所示，它是由十进制计数器电路和时序 译码电路两部分组成。五个d 触发器构成了十进制约翰逊计数器，十个门电路 构成了时序译码电路，实质上是一种串行移位寄存器。时钟输入端的斯密特触 3 8 第三章锁相型集约整流触发电路 发器具有脉冲整形功能。c d 4 0 1 7 的基本功能是对“c p 端输入脉冲的个数进 行十进制计数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在q o q 9 十个输出端， 计满十个数后计数器复零，同时输出一个进位脉冲，图3 7 的波形为其输出波 形。n 6 1 图3 6c d 4 0 1 7 的内部逻辑结构原理图 图3 7c d 4 0 1 7 的波形 3 9 第三章锁相型集约整流触发电路 ( 2 ) c d 4 0 1 7 构成的六进制计数器 c d 4 0 1 7 功能表如图3 5 ( b ) 所不：i n h 禁止端为低电平时，计数器在时钟 上升沿计数，反之计数功能无效，所以1 3 脚接地。c r 为高电平时，计数器清 零，重新计数。g 为高电平。姨与c r 连接，c d 4 0 1 7 可构成六进制计数器 当第七个脉冲过来时，c 尺瞬时变为高电平，g 一9 清零全为低电平，q 0 为高 电平一直到第八个c p 脉冲的上升沿发生跳变；q l q 5 输出波形依次变化。 q 0 一珐依次输出各占6 0 度的脉冲，或一q ，输出低电平，波形如图3 8 所示。 1 4 0 1 7 b d 3 5 v ( a ) c p 厂 几r 厂 厂 厂 r 几厂 厂 厂 锨n几 一 q 厂厂 q厂厂 岛 厂厂 b厂厂 q厂广 q j !厂 ( b ) 图3 8c d 4 0 1 7 构成的六进制计数器和输出波形 3 3 2c d 4 0 4 6 的结构 锁相环( 尸址) 有模拟式和数字式。所谓锁相控制就是相位同步的自动控 制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称p 比。 n 7 1 随着锁相环集成元件的出现，使它广泛应用于自动频率跟踪、倍频、相位自 动检测、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。n 8 1 现在常使用集成电路 的锁相环，c d 4 0 4 6 是通用的c m o s 锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽 为3 v 一1 8 v ，输入阻抗高约1 0 0 m f f l ，动态功耗小，在中心频率厶为l o k h z 下功 耗仅为6 0 0 p a ，属微功耗器件。 第三章锁相型集约整流触发电路 ( 1 ) c d 4 0 4 6 的基本组成 1 脚为相位输出端，环路入锁时为高电平，环路失锁时为低电平；2 脚为相 位比较器i 的输出端；3 脚为比较信号输入端；4 脚为压控振荡器输出端；5 脚 为禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作；6 、7 脚外接振荡电 容；8 、1 6 脚为电源的负端和正端；9 脚为压控振荡器的控制端；1 0 脚为解调输 出端，用于f m 解调；1 1 、1 2 脚外接振荡电阻；1 3 脚为相位比较器i i 的输出端； 1 4 脚为信号输入端；1 5 脚为内部独立的齐纳稳压管负极。 锁相环主要由相位比较器( p c ) 、压控振荡器( v c o ) 、低通滤波器三部 分组成。如图3 9 ( b ) 所示：压控振荡器的输出砜接至相位比较器的一个输入 端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压玑大小决定。相位 比较器另一个输入端的外部输入信号以与压控振荡器的输出信号u 。相比较，比 较结果产生的误差输出电压u 甲正比于u ，和砜两个信号的相位差，经过低通滤 波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压。这个平均值电压朝着减小 v c o 输出频率和输入频率之差的方向变化，直至v c o 输出频率和输入信号频率 获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定( 即同步) 称作相位 锁定。 当锁相环入锁时，它还具有“捕捉 信号的能力，v c o 可在某一范围内自 动跟踪输入信号的变化，如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化， 锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫v c o 锁定在这个频率上。 ( a ) 霞锗筒亘酬髓扩 ，私唾一l 镶逸鸳或誉i - 鼍i v _ 一 等熏妇趟 砖翮巨鎏 ( b ) 图3 9c d 4 0 4 6 的引脚图和基本组成部分 4 1 簟出馆量 o 乃疡 第二章锁相型集约整流触发电路 ( 2 ) c d 4 0 4 6 的内部原理 c d 4 0 4 6 内部电原理框图，如图3 1 0 所示：主要由相位比较i 、i i 、压控 振荡器( v c o ) 、线性放大器、源跟随器、整形电路等部分构成。1 9 3 图3 1 0c d 4 0 4 6 的内部原理图 比较器i 采用异或门结构，当两个输人端信号【，、砜的电平状态相异时， 输出端信号u 甲为高电平；反之，u ，、砜电平状态相同时，【，甲输出为低电平。 当、砜的相位差矽在0 0 一1 8 0 0 范围内变化时，u 甲的脉冲宽度亦随之改变， 即占空比亦在改变。比较器i 的输入和输出信号的波形，如图1 1 ( a ) 所示：其 输出信号的频率等于输入信号频率的两倍，并且与两个输入信号之间的中心频 率保持9 0 。相移；厶不一定是对称波形。对相位比较器i ，它要求u ，、u 。的 占空比均为5 0 ( 即方波) ，这样才能使锁定范围为最大。 相位比较器i i 是一个由信号的上升沿控制的数字存储网络。它对输入信 号占空比的要求不高，允许输入非对称波形，它具有很宽的捕捉频率范围，而 且不会锁定在输入信号的谐波。它提供数字误差信号和锁定信号( 相位脉冲) 两种输出，当达到锁定时，在相位比较器i i 的两个输人信号之间保持0