《电子技术基础（第二版）》-课件 课题四　晶闸管应用电路的装配与调试

晶闸管应用电路的装配与调试课题四260261任务1

单结晶体管触发电路的装配与调试任务2

单相半波可控整流调光灯电路的装配与调试任务3

单相交流调压电路的装配与调试任务1

单结晶体管触发电路的装配与调试262学习目标1.熟悉单结晶体管的结构、工作原理、型号等基础知识。2.熟悉单结晶体管振荡电路和单结晶体管触发电路。3.能正确完成单结晶体管触发电路的装配与调试，并能独立排除调试过程中出现的故障。263任务引入单结晶体管又称为双基极二极管，是一种在生产和生活中有着广泛应用的半导体元器件。如图所示是一个以单结晶体管为主要元器件的触发电路图，该电路的焊接装配实物图如图所示。264

单结晶体管触发电路图本任务的主要内容为：根据给定的技术指标，按照电路图装配并调试单结晶体管触发电路，同时能独立解决调试过程中出现的故障。265单结晶体管触发电路焊接装配实物图一、单结晶体管1.单结晶体管的结构、图形符号、等效电路和外形

在一块高电阻率的N型硅半导体基片的两端引出两个电极，分别为第一基极B1和第二基极B2。在两个基极之间靠近B2处掺入P型杂质，并从P型区引出电极，称为发射E。这样具有三个电极、一个PN结的半导体元器件称为单结晶体管，其结构、等效电路、图形符号及外形如图所示。相关知识266267单结晶体管a）结构b）等效电路c）图形符号d）外形2682.单结晶体管的工作原理如图所示是单结晶体管的实验电路，V接通时两个基极之间的电压

UBB

由RB1

、RB2

分压，单结晶体管内部

A点电压为：式中，η

为单结晶体管的分压比，由内部结构决定，通常为0.3~0.9。269单结晶体管的实验电路单结晶体管的伏安特性曲线如图所示。270单结晶体管的伏安特性曲线271单结晶体管具有以下特点：当发射极电压等于峰点电压

UP

时，单结晶体管导通。导通后，发射极电压

UE

减小，当发射极电压

UE

减小到谷点电压

UV

时，单结晶体管又由导通转变为截止。单结晶体管的谷点电压一般为2~5V。2723.单结晶体管的型号单结晶体管的型号有BT31、BT33、BT35等。其中，B表示半导体，T表示特种管，第1个数字“3”表示3个电极，第2个数字表示单结晶体管的耗散功率分别为100mW、300mW、500mW。2734.单结晶体管的检测方法（1）将万用表的转换开关置于R×1k挡，用万用表红表笔接E端，黑表笔接B1端，测量E－B1间的电阻，如图所示。再将万用表黑表笔接B2端，红表笔接E端，测量B2－E间的电阻，如图所示。若单结晶体管质量良好，则两次测量的电阻阻值均应为无穷大。274万用表红表笔接E端、黑表笔接B1端测量275万用表红表笔接E端、黑表笔接B2端测量276（2）将万用表黑表笔接E端，红表笔接B1端，测量B1－E间的电阻，如图所示。再将万用表黑表笔接E端，红表笔接B2端，测量B2－E间的电阻，如图所示。万用表黑表笔接E端、红表笔接B1端测量277万用表黑表笔接E端、红表笔接B2端测量278（3）将万用表红表笔接B1端，黑表笔接B2端，测量B1－B2间的电阻，如图

所示。再将万用表红、黑表笔对调，若单结晶体管质量良好，则B1－B2间电阻

RBB

应为固定值，指针偏转角度应不变，如图所示。万用表红表笔接B1端、黑表笔接B2端测量279万用表黑表笔接B1端、红表笔接B2端测量二、单结晶体管振荡电路利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可以组成频率可调的单结晶体管振荡电路（也称为张弛振荡器），用来产生晶闸管的触发脉冲，其电路图和电压波形如图所示。280单结晶体管振荡电路及电压波形a）电路图b）电压波形振荡过程的形成利用了单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性。改变RP的阻值（或电容

C

的大小），便可改变电容充电的快慢，使输出脉冲波形前移或后移，从而控制晶闸管的触发导通时刻。281三、单结晶体管触发电路1.单结晶体管触发电路的工作原理如图a所示为单结晶体管触发电路图，触发电路由两部分组成，即由4个二极管组成的桥式整流电路和由稳压二极管、单结晶体管、电位器、电容器、电阻器组成的振荡电路。电路由

d

点输出一组触发脉冲，调节电位器RP可以改变第一个触发脉冲出现的时间，得到需要的触发信号。282单结晶体管触发电路图单结晶体管触发电路变压器的二次侧50V交流电压经单相桥式整流，得到脉动的直流电压，理论波形如图所示。再经稳压二极管V5削波得到梯形波电压，理论波形如图所示。283桥式整流后脉冲电压的理论波形稳压二极管削波后梯形电压的理论波形2.单结晶体管触发电路各元器件的选择（1）电阻R2的选择电阻R2用来补偿温度对峰点电压

UP

的影响，取值范围通常为200~600Ω。（2）电阻R3的选择输出电阻R3阻值的大小将影响输出脉冲的宽度与幅值，取值范围通常为50~100Ω。（3）电容C的选择电容C的大小与脉冲宽窄和

RE

的大小有关，取值范围通常为0.1μF~1μF。284任务2

单相半波可控整流调光灯电路的装配与调试285学习目标1.熟悉晶闸管的结构、符号及工作原理。2.掌握晶闸管的伏安特性和主要参数。3.了解晶闸管的型号，掌握其选型和检测方法。4.掌握单相半波可控整流调光灯电路的工作原理。5.能正确完成单相半波可控整流调光灯电路的装配与调试，并能独立排除调试过程中出现的故障。286任务引入晶闸管是一种用硅材料制成的大功率半导体元器件，可以用于整流、调压、调速、开关、变频等。如图所示的调光台灯就是利用晶闸管实现调光功能，其电路图如图所示，焊接装配实物图如图所示，调节电位器（即台灯的旋钮）即可控制小灯泡的明暗程度。287288调光台灯单相半波可控整流调光灯电路图289单相半波可控整流调光灯焊接装配实物图本任务的主要内容为：根据给定的技术指标，按照电路图装配并调试单相半波可控整流调光灯电路，同时能独立解决调试过程中出现的故障。一、晶闸管的结构、符号及工作原理1.晶闸管的结构和符号常见晶闸管如图所示，晶闸管的结构和符号如图所示。晶闸管具有三个PN结，引出三个电极：阳极A、阴极K和控制极（也称门极）G。晶闸管的外形大致有三种：塑封式、螺栓式和平板式。塑封式晶闸管的额定电流多为5A以下，螺栓式一般为5~200A，平板式一般为200A以上。相关知识290291常见的晶闸管a）塑封式b）螺栓式c）平板式292晶闸管的结构和符号a）晶闸管的结构b）晶闸管的符号2.晶闸管的工作原理为了进一步说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看成由一个PNP型和一个NPN型三极管连接而成，连接形式如图所示。阳极相当于PNP型三极管V1的发射极，阴极相当于NPN型三极管V2的发射极。293晶闸管工作原理等效电路控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关断晶闸管，最根本的方法是将阳极电流减小到不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。可采用的方法有将阳极电源断开，或将晶闸管的阳极电压降为0，即在阳极和阴极之间加反向电压。294二、晶闸管的伏安特性和主要参数1.晶闸管的伏安特性晶闸管阳极与阴极间的电压和阳极电流的关系称为晶闸管的伏安特性，其伏安特性曲线如图所示。位于第一象限的是晶闸管的正向伏安特性曲线，位于第三象限的是反向伏安特性曲线。晶闸管的正向特性有阻断状态和导通状态之分（简称断态和通态）。295296晶闸管的伏安特性曲线当晶闸管的阳极加上一定的正向电压时，在其门极再加一适当的触发电压，晶闸管便触发导通。晶闸管导通后可以通过很大的电流，而本身压降很低，所以导通后的特性曲线靠近纵坐标轴而且陡直，与二极管的正向特性曲线相似。2972.晶闸管的主要参数晶闸管的参数很多，下表给出了晶闸管的主要参数及其含义，下表给出了晶闸管的峰值电压等级。298299晶闸管的主要参数300晶闸管峰值电压等级301三、晶闸管的型号国产普通型晶闸管的型号有3CT系列和KP系列。各部分含义如下：四、晶闸管的检测方法1.将万用表的转换开关置于R×100挡，用万用表红表笔接晶闸管的阳极，黑表笔接晶闸管的阴极，观察指针摆动情况，如图所示。再将万用表黑表笔接晶闸管的阳极，红表笔接晶闸管的阴极，观察指针摆动情况，如图所示。若晶闸管质量良好，则正、反向电阻阻值应均为很大。其原因是，晶闸管为四层三端半导体元器件，在阳极和阴极之间有三个PN结，无论如何加电压，总有一个PN结处于反向阻断状态。302303万用表红表笔接阳极、黑表笔接阴极测试304万用表黑表笔接阳极、红表笔接阴极测试2.将万用表红表笔接晶闸管的控制极，黑表笔接晶闸管的阴极，观察指针摆动情况，如图所示。再将万用表黑表笔接晶闸管的控制极，红表笔接晶闸管的阴极，观察指针摆动情况，如图所示。305万用表红表笔接控制极、黑表笔接阴极测试306万用表黑表笔接控制极、红表笔接阴极测试五、单相半波可控整流调光灯电路的工作原理如图所示为主电路部分，接通电源后，便可在负载两端得到脉动的直流电压，其输出电压的波形可以用示波器进行测量。把晶闸管从开始承受正向阳极电压到触发开始导通之间的电角度称为控制角，用

α

表示。307单相半波可控整流调光灯主电路1.α=0°时的波形分析如图所示为

α=0°时输出电压

ud

和晶闸管两端电压

uV7

的理论波形。根据理论波形图可以分析出，在电压

u2

的正半周期内，在电源电压过零时加入触发脉冲，晶闸管V7导通，输出电压

ud

的波形与电源电压

u2

的波形形状相同；当电源电压

u2

过零时，晶闸管同时关断，输出电压

ud

为零；在电源电压

u2

的负半周期内，晶闸管承受反向电压不能导通，直到第二周期触发电路再次加入触发脉冲时，晶闸管再次导通。308309α=0°时输出电压

ud

和晶闸管两端电压

uV7

的理论波形a）输出电压

ud

的理论波形b）晶闸管两端电压uV7

的理论波形2.α=30°时的波形分析改变晶闸管的触发时刻，即改变控制角

α

的大小即可改变输出电压的波形，如图所示为

α=30°时输出电压

ud

和晶闸管两端电压

uV7

的理论波形。当

wt=α

时，晶闸管承受正向电压，此时加入触发脉冲则晶闸管导通；同样，当电源电压

u2

过零时，晶闸管关断，输出电压

ud

为零；从电源电压过零到

wt=α

的区间内，虽然晶闸管承受正向电压，但由于没有触发脉冲，晶闸管依然处于截止状态。310311

α=30°时输出电压

ud

和晶闸管两端电压

uV7

的理论波形a）输出电压

ud

的理论波形b）晶闸管两端电压

uV7

的理论波形3.不同控制角

α

下的波形分析继续改变触发脉冲的加入时刻，可以分别得到控制角

α

为60°、90°、120°时输出电压和晶闸管两端电压的波形，如图所示。312

α=60°时输出电压

ud

和晶闸管两端电压

uV7

的理论波形a）输出电压

ud

的理论波形b）晶闸管两端电压

uV7

的理论波形313α=90°时输出电压

ud和晶闸管两端电压

uV7

的理论波形a）输出电压

ud

的理论波形b）晶闸管两端电压

uV7

的理论波形314α=120°时输出电压

ud

和晶闸管两端电压

uV7

的理论波形a）输出电压

ud

的理论波形b）晶闸管两端电压

uV7

的理论波形必须根据被触发晶闸管的阳极电位提供相应的触发电路的同步信号电压，以确保晶闸管需要脉冲的时刻触发电路能够正确送出脉冲。这种正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号电压的方法称为晶闸管装置的同步或定相。3154.结论（1）在单相半波整流电路中，若改变

α

的大小，则

ud

和

id

的波形也随之改变，但是直流输出电压的极性不变，其波形只在

u2

的正半周期出现。这种通过对触发脉冲的控制来改变直流输出电压大小的控制方式称为相位控制方式，简称相控方式。（2）理论上移相范围为0°~180°。在本任务中，若要使移相范围为0°~180°，则需要改进触发电路以扩大移相范围。316317（3）单相半波可控整流带电阻性负载电路参数的计算如下：1）输出电压平均值的计算公式为：2）负载电流平均值的计算公式为：3）负载电流有效值的计算公式为：4）晶闸管承受的最大电压为：318六、晶闸管的选型方法晶闸管的型号可按以下步骤确定：1.单相半波可控整流调光电路晶闸管需承受的最大电压为：2.考虑1~2倍的余量，UTM

取34~51V。3.确定晶闸管的额定电压等级。4.根据白炽灯的额定值计算其阻值的大小为：3195.确定流过晶闸管电流的最大有效值。在单相半波可控整流调光电路中，当

α=0°时，流过晶闸管的电流最大，且电流的有效值是平均值的1.57倍。由前面的分析可知，流过晶闸管的平均电流为：由此可得，流过晶闸管的最大有效值为：ITm=1.57Id=1.57×0.09A=0.1413A3206.考虑0.5~1倍的余量，确定晶闸管的额定电流

IT（AV）为：因为该电路无储能元器件，因此选择额定电流为1A的晶闸管就可以满足正常工作的需要。任务3

单相交流调压电路的装配与调试321学习目标1.掌握双向晶闸管的结构、图形符号、工作特性和检测判别方法。2.掌握单相交流调压电路的工作原理。3.能正确完成单相交流调压电路的装配与调试，并能独立排除调试过程中出现的故障。322任务引入在调速系统中，常常要求获得幅值（大小）可调的输出信号，利用单相交流调压电路即可实现。如图所示的电风扇的无级调速开关就是一种典型的单相调压电路的应用，其电路图如图所示，焊接装配实物图如图所示。323无级调速开关本任务的主要内容为：根据给定的技术指标，按照电路图装配并调试单相交流调压电路，同时独立解决调试过程中出现的故障。324单相交流调压电路图单相交流调压电路焊接装配实物图一、双向晶闸管1.双向晶闸管的结构及图形符号双向晶闸管是在单向晶闸管的基础上开发的一种交流型功率控制元器件。双向晶闸管有三个引脚，分别称为第一阳极T1、第二阳极T2和控制极（门极）G，常见的双向晶闸管实物如图a所示，其图形符号及等效电路分别如图b和图c所示。

相关知识325326双向晶闸管实物、图形符号及等效电路a）实物b）图形符号c）等效电路双向晶闸管的外形有多种形式，其型号、外形及引脚排列如图所示。327双向晶闸管的型号、外形及引脚排列2.双向晶闸管的工作特性如图所示是双向晶闸管的导通实验电路。在电路中加上交流电压

u1，控制极上无触发脉冲，灯泡不亮，说明双向晶闸管不导通。在控制极上加触发电压

u2，灯泡点亮。328双向晶闸管的导通实验电路通过该实验，证明双向晶闸管具有以下几个特点：（1）当控制极上无触发电压时，双向晶闸管不导通。（2）无论主电极电压极性如何，无论控制极的触发信号是正还是负，只要电压足够大，均可触发双向晶闸管导通。（3）双向晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。当主电极电流小于维持电流时，双向晶闸管关断。由于双向晶闸管主电极可以双向导通，所以一般用于交流电路。3293.双向晶闸管的检测和判别（1）用万用表的R×100或R×1k挡，测量双向晶闸管的第一阳极T1和第二阳极T2之间的电阻，如图所示。若双向晶闸管质量良好，则阻值均应为无穷大。330测量第一阳极T1和第二阳极T2之间的电阻a）黑表笔接T2、红表笔接T1

b）黑表笔接T1、红表笔接T2（2）继续测量双向晶闸管的第二阳极T2与控制极G之间的电阻，如图所示。331测量第二阳极T2与控制极G之间的电阻a）黑表笔接G、红表笔接T2

b）黑表笔接T2、红表笔接G（3）测量双向晶闸管的第一阳极T1和控制极G之间的电阻，如图所示。若双向晶闸管质量良好，则阻值均应为无穷大。332测量第一阳极T1和控制极G之间的电阻a）黑表笔接T1、红表笔接G

b）黑表笔接G、红表笔接T1333通过以上测试可知，可使用万用表的R×100或R×1k挡判别双向晶闸管