可控硅晶闸管调光电路的制作与设计

晶闸管调光电路的制作与设计

晶闸管被广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光和可控整流等功能。本项目通过对晶闸管调光电路的制作，来完成晶闸管调光电路的识读、检测与调试的任务。技能目标①调光电路元器件识别②了解晶闸管调光电路元件的检测方法③了解可控硅调光电路的制作步骤和注意事项技能目标知识目标知识目标①正确识读晶闸管调光电路图②熟悉晶闸管调光电路的故障处理方法③熟悉单面印制电路板制作过程制作设计制作与设计要求①学习印制电路板图设计的方法②掌握调光灯的电路设计思路③掌握印制电路板设计步骤④印制电路板图的设计基本要求⑤印制电路板布局的设计原则任务一调光电路元器件识别、参数与检测

调光器主要由双向晶闸管、双向二极管、电位器和电阻、电容组成，如图3-1所示。操作1判别晶体管的好坏调光电路制作所用元器件及参数，如表3-1所示。操作1判别晶体管的好坏操作2晶闸管调光电路元器件检测(1)双向晶闸管VS的检测双向晶闸管的检测，如表3-2所示。操作2晶闸管调光电路元器件检测操作2晶闸管调光电路元器件检测（2）双向二极管VD的检测双向二极管的检测见表3-3所示。操作2晶闸管调光电路元器件检测（3）晶闸管调光电路元器件功能，如表3-4所示任务二印制电路板的制作

虽然单面印制电路板的人工制作工艺细节十分复杂，但还是有章可循的。其工艺流程可概括为：绘图→裁板→打磨→描图→涂漆→腐蚀→除漆→钻孔→涂层。单面印制电路板的人工制作过程要领如表3-5所示。任务三调光电路的安装工艺

晶闸管调光电路安装所用元器件布局图、印制板图和装配图，如图3-2所示。在安装过程中，建议按如下工艺流程进行：检测元器件质量→安装电阻→安装双向二极管→安装电容→安装双向晶闸管→安装带开关电位器→安装铜柱（接线柱）。操作1晶闸管调光电路安装工艺1）图3-3所示的是双向晶闸管外形和电路图形符号图。在焊接双向晶闸管VS时特别要注意极性，装插时千万不要插错。

2）焊接完后，认真检查电路有无虚焊、错焊等。检查无误后，方可外接灯泡负载及交流电源，以便通电测试。

3）由于电路直接与交流电网相连，整个电路都带有交流电，所有在通电时必须注意安全，防止触电。

4）由于电路是通过灯泡与交流220V电压构成回路的，所以不接灯，电路将不能工作。操作2晶闸管调光电路制作注意事项任务四晶闸管调光电路检测与常见故障维修

晶闸管调光电路安装完成后，能否正常工作，检测是关键。检测过程如下。

1）电路接上灯，通电。

2）将万用表置于交流250V挡，红、黑表笔接灯两端，由大到小地逐渐缓慢调整RP阻值，万用表指针指示电压应由小变大，此时灯由暗变亮；反之，灯应由亮变暗。

3）电路输出功率的大小与晶闸管额定平均电流大小有关。如果选用平均电流为3A、6A等大容量的双向晶闸管器件，则负载上获得的功率可以增大到300W。结论：满足上述1）、2）两点，说明晶闸管调光电路制作成功。操作1晶闸管调光电路的检测晶闸管调光电路常见故障维修，如表3-6所示。操作2晶闸管调光电路常见故障维修任务五调光电路的设计思路1）晶闸管调光灯输出电压范围控制在120～210V比较合适。

2）带负载的能力（指输出电流的能力），输出电流为500mA，输出功率为100W。操作1调光灯技术指标和性能的确定

依据以上实训操作的过程，可以总结出调光电路的设计思路。由调光灯的指标和性能，进行电路的设计工作。由于要求输出电压在120～210V之间并且可调。结合专业课的知识可知，选择晶闸管这种元器件能满足性能的要求。那么，是选用单向晶闸管，还是双向晶闸管呢，这取决于谁能满足调压的范围。显然双向晶闸管能解决这个问题。当选用双向晶闸管时，接下来的问题就是双向晶闸管的触发和其他细节问题。依据专业知识，双向二极管能满足双向触发。于是可以进行简单的计算、画出草图，选择元器件参数（满足带负载的能力），搭建电路进行试验。综上所述，调光电路的设计思路框图如图3-4所示。操作2调光电路的设计思路任务六调光电路原理图识读晶闸管调光电路原理图，如图3-5所示。操作1晶闸管调光电路原理图

根据图3-5所示的电路，在给出如图3-6(a)所示信号时，其工作过程为：闭合开关S，在交流电压波形正半周期内，UC↑→VD导通↑→UG↑［电压波形如图3-6（b）所示］→双向晶闸管VS导通［电压波形如图3-6（c）所示］→控制负载的工作［电压波形如图3-6（d）所示］。当交流电下降为零时，u=0→uK=0→晶闸管VS关断。在交流电的负半周期内，工作过程重复上述过程，同样使双向晶闸管得到一个反向触发电压。此电压作为晶闸管VS的触发信号。操作2晶闸管调光电路工作原理操作2晶闸管调光电路工作原理

特别是在电路中调节RP的阻值，即可改变RC时间常数，这个充电时间常数的改变，也就改变了晶闸管控制角θ。控制角θ的改变，使得晶闸管输出电压（即负载两端的电压）大小也相应发生变化。当RP调到阻值较大时，电容Ｃ充到双向触发二极管转折电压的时间较长，因此晶闸管的导通角θ比较小，负载得到的功率也就较小；反之，当RP调到阻值较小时，晶闸管的导通角θ就比较大，负载得到较大的功率。因此，调节RP就能控制照明灯的亮与暗。操作2晶闸管调光电路工作原理

波形图如图3-6所示。如此周而复始，在负载上形成了图3-6（d）所示的电压（uL)波形。操作3波形图

晶闸管调光电路框图，如图3-7所示。

根据原理图的识读可以知道，晶闸管调光器由双向晶闸管开关电路、触发电路和负载三部分组成。本电路直接由交流电220V电压供电。220V正弦交流电→负载→双向可控硅形成回路。双向晶闸管的导通程度由触发电路控制。操作4框图任务七印制电路板图的设计（1）印制电路板图设计的方法印制电路板图的设计有手工设计与计算机辅助设计（CAD）方法两种。最原始的是手工印制电路板图。这比较费事，往往要反复几次，才能最后完成。在没有其他绘图设备时也可以采用，这种手工印制电路板图方法对刚学习印制电路板图设计者来说也是很有帮助的。计算机辅助设计完成印制电路板图，也就是平常所说“电子线路CAD”这门课程。目前应用比较流行，并且有多种软件，功能各异。操作1印制电路板图设计的方法和基本要求（2）印制电路板图的设计基本要求印制电路板图设计的具体要求，如表3-7所示。操作1印制电路板图设计的方法和基本要求

在确定印制电路板所需的尺寸后，根据原理图，将特殊元件的位置初步确定下来，再确定其他各个元器件位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。具体的印制电路板布局的设计原则，如表3-8所示。操作2印制电路板布局的设计原则任务八晶闸管交流调压器

晶闸管交流调压器电路主要由二极管、晶闸管、单结晶体管、阻容元件和负载组成。图3-8所示的是电路原理图。操作1电路原理图

晶闸管交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成，其电路原理图如图3-11所示。从图中可知，二极管D1～D4组成桥式整流电路，单结晶体管T1构成张弛振荡器作为晶闸管的同步触发电路。当调压器接上市电后，220V交流电通过负载电阻RL经二极管D1～D4整流，在晶闸管VS的A、K两端形成一个脉动直流电压，该电压由电阻R1降压后作为触发电路的直流电源。在交流电的正半周时，整流电压通过R4、RP对电容C充电。当充电电压UC达到V1管的峰值电压Up时，V1管由截止变为导通，于是电容C通过V1管的e、b结和R2迅速放电，结果在R2上获得一个尖脉冲。这个脉冲作为控制信号送到晶闸管VS的控制极，使晶闸管导通。晶闸管导通后的管压降很低，一般小于1V，所以张弛振荡器停止工作。当交流电通过零点时，晶闸管自关断。当交流电在负半周时，电容C又重新充电如此周而复始，便可调整负载RL上的功率了。操作2电路工作原理

特别是在电路中调节RP的阻值，即可改变RC时间常数，这个充电时间常数的改变，也就改变了晶闸管控制角θ。控制角θ的改变，晶闸管输出电压（即负载两端的电压）大小也相应发生变化。操作2电路工作原理

调压器的调节电位器选用阻值为470kΩ的WH114-1型合成碳膜电位器，这种电位器可以直接焊在电路板上，电阻除R1要用功率为1W的金属膜电阻外，其余的都用功率为1/8W的碳膜电阻。D1～D4选用反向击穿电压大于300V、最大整流电流大于0.3A的硅整流二极管,如2CZ21B、2CZ83E、2DP3B等。VS选用正向与反向电压大于600V、额定平均电流大于1A的晶闸管整流器件，如国产3CT系列。具体如表3-9所示。操作3元器件清单和选择

用ProtelDXP软件绘制图3-8的电路原理图，依据这张原理图生成印制电路板图和3D效果图，如图3-9所示。操作4印制电路板项目评估1.评估检查(1)调光电路制作评估结合制作、调试和维修过程，测量元器件各极电压，填写到表3-10中（满分10分）。