电力电子实习报告

学生实验报告（理工类）

课程名称：电力电子技术专业班级：学生学号：学生姓名：所属院部：机电工程指导教师：20——20学年第学期金陵科技学院教务处制目录一、实习目的与要求：·················································31.1实习目的···························································31.2实习要求···························································3二、常用元器件性能介绍：···········································32.1电阻器·····························································32.1.1电阻器的种类·····················································32.1.2电阻器技术参数··················································32.1.3电阻器的标识·····················································42.2电容器·····························································42.1.1电容器的种类·····················································42.1.2电容器技术参数··················································42.1.3电容器的标识·····················································52.3晶体管·····························································52.3.1二极管···························································52.3.2三极管···························································62.3.3单结晶体管·······················································72.4脉冲变压器························································112.5JK触发器·························································12三、课题一调光电路····················································123.1实习目的··························································123.2实习电路工作原理··················································133.3元器件明细表······················································133.4版面布置方框图····················································143.5调试用仪器设备一览表··············································143.6各点波形纪录······················································15四、收获与体会························································15五、思考题····························································16一、实习目的与要求：1.1实习目的目的：电力电子技术实习课程是理论联系实际，对学生进行基本技能训练，培养学生解决工程实际问题的能力，激发学生的主动性和创新意识的重要实践教学环节。通过实习教学，学生亲自动手装配、调试电路，更易掌握电力电子技术的理论，掌握的知识、技术也更适合于实际应用。1.2实习要求1.综合运用电力电子技术课程中所学到的理论知识去独立完成一个实训课题。2.通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。3.进一步熟悉电力电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。4.学会电力电子电路的安装与调试技能。5.进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。6.学会撰写实训总结报告。二、常用元器件性能介绍：2.1电阻器1.电阻器的种类：固定电阻、可变电阻（电位器）2.电阻器技术参数（阻值、系列、功率）3.单位：欧姆（Ω、KΩ、MΩ）4.功率： 率：5.精度：直标6.阻值的标称方法：色标电阻值：例如：6R2J表示该电阻标称值为6.2Ω，允许偏差为±5%；3K6K表示电阻值为3.6KΩ，允许偏差为±10%；1M5则表示电阻值为1.5MΩ，允许偏差为±20%。色标阻值为AB×10C，D为精度精精度表示精度的环，金色为5％；银色为10％；无色为20％如：黑金101021K，精度，5；棕金—5110251K，精度5%。系列10111215161820222273033、363943475156626875829如采用色环表示，则其第一色环为百位数，第二色环是十位，第三色环是个位数，第四色环是应乘位数，第五色环为误差。例如，5色环的电阻的颜色排列为黄红黑黑棕，则其阻值为4×=420欧，误差为%。5色环的电阻通常是误差为%的金属膜电阻。2.1.3电阻器的标识文字符号：R（RT、RJ、RX等）固定电阻：可变电阻：2.2电容器2.1.1电容器的种类1．固定电容有电解（>1）、陶瓷（<0.1）、涤纶（<2）、云母（<51000p）、独石（<2）电容。2．可变电容：如空气双联2.1.2电容器技术参数（电容值、系列、功率）单位：F、nF、pF耐压：6.3V、10V、16V、25V、50V等容量：参见电阻系列极性：有极性、无极性1.耐压：电容长期可靠地工作，它能承受的最大直流电压，就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。常用固定电容的直流电压系列如下：1.6、4、6.3、10、16、25、32*、40、50、63、100、125*、160、250、300*、400、450*、500、630、1000。（有*的数值，只限电解电容用）由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在1000兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电电阻。漏电电阻越小，漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。因此，漏电电阻越大越好。4.2容量：a.直接标记：电容常见的标记方式，其常用的单位有pF，F两种，如电解电容470F，另如瓷片电容2200pF等等，很容易的就能认出。b.数字标示法：对一些小容量的电容，采用的是数字标示法。其一般有三位数：第一，二位数为有效的数字，第三位数为倍数，既表示后面要跟多少个0。例如343表示34×1000pF，另外，如果第三位数为9，表示10-1，而不是10的9次方，例如479表达为就是4.7pF。4.3电解电容极性：一般在外壳上标出。不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。依据：只有电解电容的正极接电源正（电阻挡时的黑表笔），负端接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大）。反之，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。方法：正测一次，然后放电，再反测一次。两次测量中，表针最后停留的位置靠左（阻值大）的那次，黑表笔接的就是电解电容的正极。测量时最好选用R×100或R×1K挡。在焊接电解电容器时，其焊接时间和焊接温度不应超过10秒钟及260摄氏度2.1.3电容器的标识2.3晶体管2.3.1二极管：1.技术指标：耐压、电流2．用途：整流、检波、稳压、显示等常用的1N4000系列二极管耐压比较如下：型号1N40011N40021N40031N40041N40051N40061N1007耐压（V）501002004006008001000电流（A）均为13．判断二极管是硅管还是锗管。锗管的正向压降一般为0.1~0.3伏之间，而硅管一般为0.6~0.7伏之间。其测量方法为，用两只万用表，当一只万用表测量其正向电阻的时候同时用另外一个万用表测量它的管压降。最后可根据其管压降的数值来判断是锗管还是硅管。4．判断二极管的好坏和正负极。硅管可用万用表的R×1K档来测量，锗管可用R×100档来测。一般来说，分别所测的二极管的正反向电阻两者相差越悬殊越好。一般其正向电阻为几百欧到几千欧，其反向电阻为几十千欧以上，就可初步断定这个二极管是好的。同时可判定二极管的正负极。当测得的阻值为几百欧或几千欧时，为二极管的正向电阻，这时黑表笔所接的为正极，红表笔所接的为负极。另外，如果其正反向电阻为无穷大，表示其内部断线；正反向电阻一样大，这样的二极管单向导电性能差，不宜选用；正反向电阻都为零表示其已短路。2.3.2三极管A、B：锗管；C、D：硅管A、C：PNP管：B、D：NPN管2.1三极管的管型及管脚的判别：四句口诀："三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准，动嘴巴。"2.1.1三颠倒，找基极三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管。测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×100或R×1k挡位。假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。将三个电极两两用万用电表两支表笔颠倒测量正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果是表针偏转一大，一小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。2.1.2PN找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。2.1.3顺箭头，偏转大找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。用万用表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大。(1)对于NPN型三极管，此时电流的流向一定是：黑表笔c极b极e极红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致("顺箭头")，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。(2)对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔e极b极c极红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。2.1.4测不出，动嘴巴若在"顺箭头，偏转大"的测量过程中，颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要"动嘴巴"了。具体方法是：在"顺箭头，偏转大"的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b，仍用"顺箭头，偏转大"的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。2.2判断晶体三极管的好坏：首先要判别晶体三极管的三极。可用两个万用表同时测量，其方法是用万用表的R×IK档或R×100档，对于NPN型管，当将黑表笔接基极，红表笔分别接集电极和发射极时，测出的两个PN结的正向电阻应为几百欧或几千欧，然后应把表笔对调再测两个PN结的反向电阻，一般应为几十千欧或几百千欧以上。然后再用万用表测发射极和集电极之间的电阻，测完后再对调表笔再测一次，两次的阻值都应在几十千欧以上，这样的三极管可以基本上断定是好的。晶体三极管主要起放大作用，那么如何来判测三极管的放大能力呢？其方法是，将万用表调到R×100或R×1K档，当测NPN型管时，红表笔接发射集，黑表笔接集电极，测出的阻值一般应为几千欧以上；然后在基级和集电级之间串接一个100K欧的电阻，这时用万用表所测的阻值应明显的减少，变化越大，说明该三极管的放大能力越大，正常。如果变化很小或根本没有变化，那就说明该三极管没有放大能力或放大量很小。如果三极管损坏，最好是用同型号的进行更换，无法找到同型号的三极管时，必须根据反向耐压BVceo（这项值最为重要，在更换时一定要选用与其相同或大于该耐压值的晶体管进行代换）、工作频率ft、穿透电流Iceo、功耗Pcm等技术指标来合理选用代换三极管。2.3.3单结晶体管采用BT33F。（a）结构（b）符号（c）等效电路单结晶体管单结晶体管又叫双基极二极管，是由一个pN结和三个电极构成的半导体器件。我们先画出它的结构示意图〔上图(a)〕。在一块N型硅片两端，制作两个电极，分别叫做第一基极b1和第二基极b2；硅片的另一侧靠近b2处制作了一个PN结，相当于一只二极管，在P区引出的电极叫发射极e。为了分析方便，可以把b1、b2之间的N型区域等效为一个纯电阻Rbb，称为基区电阻，并可看作是两个电阻Rb2、Rb1的串联〔上图(c)〕。值得注意的是Rb1的阻值会随发射极电流Ie的变化而改变，具有可变电阻的特性。如果在两个基极b2、b1之间加上一个直流电压Ubb，则A点的电压UA为：若发射极电压Ue<UA，二极管D截止；当Ue大于单结晶体管的峰点电压UP(UP=UD＋UA)时，二极管D导通，发射极电流Ie注入Rb1，使Rb1的阻值急剧变小，e点电位Ue随之下降，出现了Ie增大Ue反而降低的现象，称为负阻效应。发射极电流Ie继续增加，发射极电压Ue不断下降，当Ue下降到谷点电压UV以下时，单结晶体管就进入截止状态。判断单结晶体管发射极e的方法是：把万用表置于R×100挡或R×1K挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。单结晶体管b1和b2的判断方法是：把万用表置于R×100挡或R×1K挡，用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是b2极。应当说明的是，上述判别b1、b2的方法，不一定对所有的单结晶体管都适用，有个别管子的e-b1间的正向电阻值较小。不过准确地判断哪极是b1，哪极是b2在实际使用中并不特别重要。即使b1、b2用颠倒了，也不会使管子损坏，只影响输出脉冲的幅度（单结晶体管多作脉冲发生器使用），当发现输出的脉冲幅度偏小时，只要将原来假定的b1、b2对调过来就可以了。3.1单结晶体管的特性两基极b1与b2之间的电阻称为基极电阻：Rbb=Rb1+Rb2式中：Rb1是第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流Ie而变化，Rb2为第二基极与发射结之间的电阻，其数值与Ie无关；发射结是PN结，与二极管等效。若在两个基极b2、b1间加上正电压Ubb，则A点电压为：UA=[Rb1/(Rb1+Rb2)]Ubb=(Rb1/RbbUb2)=Ubb式中：----称为分压比，其值一般在0.3---0.85之间，如果发射极电压Ue由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见下图。单结晶体管伏安特性（1）当Ue＜Ubb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流Iceo。（2）当Ue>Ubb+UD时，UD为二极管正向压降（约为0.7伏），PN结正向导通，Ie显著增加，Rb1阻值迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界点P称为峰点，与其对应的发射极电压和电流，分别称为峰点电压Vp和峰点电流Ip。Ip是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然Up=Ubb（3）随着发射极电流Ie不断上升，Ue不断下降，降到V点后，Ue不再降了，这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压，Uv和谷点电流IV。（4）过了V点后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以Ue继续增加时，Ie便缓慢地上升，显然Uv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果Ue＜Uv，管子重新截止。3.2单结晶体管组成的振荡器：单结晶体管组成的触发脉冲产生电路。为了说明它的工作原理，我们单独画出单结晶体管张弛振荡器的电路。它是由单结晶体管和RC充放电电路组成的。合上电源E后，电源E经电位器R向电容器C充电，电容器上的电压UC按指数规律上升。当UC上升到单结晶体管的峰点电压UP时，单结晶体管突然导通，基区电阻Rb1急剧减小，电容器C通过PN结向电阻R1迅速放电，使R1两端电压Ug发生一个正跳变，形成陡峭的脉冲前沿。随着电容器UC的放电，UC按指数规律下降，直到低于谷点电压UV时单结晶体管截止。这样，在R1两端输出的是尖顶触发脉冲。此时，电源E又开始给电容器C充电，进入第二个充放电过程。这样周而复始，电路中进行着周期性的振荡。调节Re可以改变振荡周期。振荡频率表达式:使电路保持振荡状态的Re取值范围：电阻R1的确定：,其中UGD是晶闸管控制极最大不触发电压，R1太大可能造成误触发。电阻R2的确定：为了实现整流电路输出电压"可控"，必须使晶闸管承受正向电压的每半个周期内，触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这种相互配合的工作方式，称为触发脉冲与电源同步。调压器电路图怎样才能做到同步呢?大家再看调压器的电路图。请注意，在这里单结晶体管张弛振荡器的电源是取自桥式整流电路输出的全波脉冲直流电压。交流电压经桥式整流和稳压管削波而得到梯形电压。脉冲形成是梯形同步电压经RP、R5对C充电，C两端电压上升到单结晶体管峰点电压Up时，单结晶体管由截止变为导通，由电容C通过e-b1、R3放电，放电电流在电阻R3上产生一组尖顶脉冲电压，由R3输出一组触发脉冲，其中第一个脉冲使晶闸管触发导通，后面的脉冲对晶闸管的工作没有影响。随着C的放电，当电容两端电压下降至单结晶体管谷点电压Uv时，单结晶体管重新截止；电容C又重新充电，重复上述过程，R3上又输出一组尖顶脉冲电压，这个过程反复进行。这样，每次交流电压过零后，张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这个时刻取决于RP的阻值和C的电容量。调节RP的阻值，就可以改变电容器C的充电时间，也就改变了第一个Ug发出的时刻，相应地改变了晶闸管的控制角，使负载RL上输出电压的平均值发生变化，达到调压的目的。3.4带有放大环节的单结晶体管触发电路前图的单结晶体管触发电路中的电位器只能手动调节。在需要自动控制触发脉冲移相的场合，常用下图所示的带有放大环节的单结晶体管触发电路。晶体三极管T1和T2组成直接耦合直流放大电路。控制电压UK经T1放大后加到T2。当UK增大时，Ic1就增大，而使T1的集电极电位Uc1下降，即T2的发射结偏置电压VBE2增大，从而使Ic2增大，这当于晶体管T2的集射极之间的等效电阻变小，电容C充电加快。同理，UK减小时，T2的等效电阻变大，电容C充电变慢。因此，T2相当于一个可控电阻，改变控制电压UK便可控制输出脉冲的移相。带有放大环节的单结晶体管触发电路此外，输出脉冲是通过脉冲变压器M输出的。在变压器原边并联的二极管D13起续流作用，以防止在单结晶体管截止时，变压器绕组产生的自感电动势对管子的危害。由于晶闸管的控制极与阴极间允许施加的反向电压值很小，所以在变压器副边串联一只二极管D10它只将正脉冲电压引至晶闸管的控制极。如果变压器副边绕组输出负脉冲电压时，D10截止，而并联的二极管D9却可将控制极与阴极短接，防止晶闸管的控制极与阴极反向击穿。2.4脉冲变压器1．作用：①隔离；②阻抗匹配2．符号：MB3．技术性能及指标4．同名端测试方法K1合上瞬间毫安表正偏(b接红棒c接黑棒)，则a、b为同名端，反偏则a、c为同名端。2.8JK触发器（74LS112引脚功能、基本工作原理、74LS112组成的2分频电路）74LS112双J-K触发器（带预置与清零）74LS112功能表输入输出/PR/CLRCKJKQ/QO1XXX1010XXX0100XXX111100Q/Q1110101101111111触发111Q/Q四、课题一调光电路4.1实习目的1．熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用；2．掌握单结晶体管触发电路的安装调试步骤和方法；3．对单相调压电路在电阻负载时的工作过程作全面分析；4.2实习电路工作原理（电路图、原理介绍）在图1－1中，当电源未接通时，C1电容上的电压为零。电源接通后，C1经R9、V2集射极充电。C