实用模拟电子技术项目教程PPT节能调节器.ppt

江西省电子信息技师学院江西省电子信息工程学校 实用模拟电子技术项目教程主编 罗国强罗伟 内容介绍 江西省电子信息技师学院电子系 项目1声光控制灯电路制作项目2八路抢答器电路制作项目3电子生日蜡烛的制作项目4流水彩灯的制作项目531 2位直流数字电压表的制作 项目5节能调节器制作 节能调节器是一种利用可控硅 又称晶闸管 技术 将输入220v交流市电转换成输出电压可在交流0 220v范围内无级调节的控制器 该电路广泛用于白炽灯调光 风扇 或电机 调速 电热毯调温等实用电子产品中 达到节能和交流调压的效果 江西省电子信息技师学院电子系 内容提要 江西省电子信息技师学院电子系 任务1台灯调光控制器制作 任务目标 1 熟悉单相可控硅的结构 符号和典型参数的含义 2 掌握单向可控硅的工作特性和工作原理 3 掌握单向可控硅的管脚识别和质量好坏判断方法 4 能够分析单向可控硅的典型应用电路 含触发电路 并能用仿真软件进行电路仿真与调试 江西省电子信息技师学院电子系 任务1台灯调光控制器制作 1 晶闸管 俗称可控硅在硅 在二极管基础上发展起来的一种可用触发信号控制的整流半导体器件 知识1单向可控硅的结构与符号 它不仅具有硅整流器的特性 更重要的是它的工作过程可以控制 能以小功率信号去控制大功率系统 可作为强电与弱电的接口 属用途十分广泛的功率电子器件 由于它具有体积小 寿命长 效率高 反应速度快等优点 因此在自动控制领域内广泛应用 如可控整流 交流调压 逆变 无触点开关 开关电源和保护电路等 江西省电子信息技师学院电子系 内部结构 电路符号 a 小功率管 b 中功率管 c 中 大功率管 江西省电子信息技师学院电子系 任务1台灯调光控制器制作 1 单向可控硅的触发特性 知识2单向可控硅的触发特性和工作原理 图中va为阳极电压 vg为控制极控制电压 且va vg 图 a 中阳极电位高于阴极 此时开关s断开 灯泡不亮 说明单向可控硅不导通 图 b 中 开关s闭合 灯泡点亮 说明单向可控硅导通 图 c 中单向可控硅导通后 断开开关s 灯泡继续亮 图 d 中 灯泡不亮 说明单向可控硅不导通 另外 如果阳极加反向电压 即使控制极加正电压 单向可控硅也不会导通 江西省电子信息技师学院电子系 ig ib2 ic2 2ig ib1 ic1 1 2ig ib2 单向可控硅等效电路工作示意图 在单向可控硅的阳极和阴极之间加正向电压va 在控制极和阴极之间加正向电压vg 并提供一定的控制电流ig 这样ig就是v2管的基极电流ib2 经v2管放大后形成集电极电流ic2 2ib2 它又是vl管的基极电流 即ib1 ic2 同样经vl管放大产生集电极电流ic1 1ib1 1 2ib2 此电流又是v2管的基极电流 它再次被放大 如此循环往复 形成了正反馈过程 即 江西省电子信息技师学院电子系 这个链锁反应过程使vl管和v2管迅速导通并进入深饱和状态 也就是单向可控硅处于完全导通状态 而导通电流的大小由正向阳极电压va和负载电阻rl的大小来决定 这个导通过程是在极短的时间内完成的 一般不超过几微秒 称触发导通过程 单向可控硅一旦导通 控制极所加的信号vg不再起作用 即使去掉vg 单向可控硅依靠自身的正反馈作用仍能维持导通状态 所以单向可控硅控制极所加信号的作用时间可以很短 故也称触发信号 江西省电子信息技师学院电子系 单向可控硅导通后 其正向压降 阳极与阴极之间的电压vak 一般为0 6 1 2v左右 而流过的电流称阳极电流 用ia表示 但应注意 对于已经导通的单向可控硅 如果因外电路负载电阻增大而使阳极电流ia减小 一旦ia低于某个确定的数值ih 单向可控硅内部的正反馈过程就无法维持 单向可控硅就会由导通变为阻断 因此称ih为单向可控硅要保持导通所必须的最小维持电流 如果导通的单向可控硅其电源电压降到零 或切断电源 则ia也降到零 此时单向可控硅就会自行阻断 江西省电子信息技师学院电子系 显然 在正向阳极电压作用下 若不加控制极电压或控制极电压的极性反接 则虽然两只等效三极管处于放大状态 但没有输入信号被放大 单向可控硅仍不会导通 如阳极电压反接 此时两只等效的三极管处于反偏截止状态 不能对输入信号进行放大 此时无论有无控制极电压 单向可控硅都不会导通 江西省电子信息技师学院电子系 知识链接 单向晶闸管的使用常识 1 单向可控硅的主要参数 1 正向转折电压vbo 控制极开路 加在器件上的正向阳极电压升高到使器件迅速成为导通的电压 称为正向转折电压 2 正向阻断峰值电压vdrm 控制极开路 结温为额定值 正向阻断时 可重复 50hz 加于器件的正向峰值电压 该电压小于转折电压vb0 一般vdrm定义为伏安特性曲线急剧转弯处所对应电压的80 3 反向阻断峰值电压vrrm 控制极开路 结温为额定值 可重复加于器件的反向峰值电压 此值定义为反向伏安特性曲线急剧转弯处所对应电压的80 一般vdrm和vrrm很接近 取两者中较小者为单向可控硅的额定电压vd 单向可控硅的额定电压一般为几十伏至数千伏 江西省电子信息技师学院电子系 4 额定正向平均电流if 它是在规定环境温度 标准散热和全导通的情况下 阳极与阴极间连续流过工频正弦半波电流的平均值 通常我们所说的30a 50a的单向可控硅就是指它的正向平均电流为30a 50a 5 控制极触发电压vg和触发电流ig 它是在单向可控硅的阳极与阴极间加6v正向阳极电压时 使其从阻断状态变为导通状态时所需的最小控制极电压和电流 vg一般为3 5 5v ig约为几毫安至几百毫安 6 维持电流ih 它是在规定的环境温度 控制极断开和器件导通的情况下 要维持导通状态所必需的最小正向电流 ih约为几至一百多毫安 江西省电子信息技师学院电子系 2 单向可控硅器件的型号 单向可控硅器件型号有很多种 用途也不相同 常见的有3ct系列及kp系列 3ct和kp系列单向可控硅型号命名和参数表示方法 例如 kp200 12f表示额定电流为200a 额定电压为1200v 管压降为0 9v的普通单向可控硅 江西省电子信息技师学院电子系 任务1台灯调光控制器制作 单向可控硅在阳极接正电压 阴极接负电压 控制极加触发肪冲的情况下 半个周期内 不导通的范围称为控制角 用 表示 导通的范围称为导通角 用 表示 且 180 在单向可控硅的可控整流电路中 要实现输出电压可控目的 就需要将一个相位可以移动的触发信号加到单向可控硅的控制极 以改变单向可控硅的导通角 从而达到调节输出电压大小的目的 知识3单向可控硅的触发电路 江西省电子信息技师学院电子系 下面介绍两种最简单的触发电路 1 90 移相触发电路 900移相可控整流电路 在交流电源 有效值u 220v 的正半周 若将电位器rw滑动端上移 单向可控硅vt触发导通 导通角最大 180 正半周结束 电源电压过零值 单向可控硅自行关断 这样ul 0 45u 若把电位器rw滑动端下移 使单向可控硅导通 此时控制角 90 导通角 也是90 这样 ul u 0 225u 若继续把电位器rw滑动端下移 则在整个正半周内 单向可控硅都不被触发 该电路在交流电源的负半周范围 由于阳极和控制极均为反向电压 所以单向可控硅不会导通 控制极回路的二极管也处于反偏状态 它对单向可控硅控制极的pn结因反向电压过高而击穿损坏起了保护作用 江西省电子信息技师学院电子系 2 单结晶体管触发电路 1 单结晶体管结构与符号 a 外形 b 内部结构 c 符号 d 等效电路 2 单结晶体管特点 单结晶体管相当于一个开关 当加在它的发射极上的电压达到峰点电压时 单结晶体管由截止突然变为导通 一旦导通后 在加在发射极上的电压下降到谷点电压时 单结晶体管才突然由导通变为截止 江西省电子信息技师学院电子系 单结晶体管工作时 需在两个基极之间加上电压vbb 一般b2接正极 b1接负极 在发射极不加电压时 rb1两端分得的电压为 式中为单结晶体管的分压比 用 表示 故vb1 vbb 分压比 是单结晶体管的一个重要参数 其大小与单结晶体管的结构有关 一般为0 5 0 8 对某一单结晶体管而言 是一个不受电压和温度影响的常数 江西省电子信息技师学院电子系 在发射极与第一基极之间加上可调控制电压vee 并使e极接可调电源的正极 b1接负极 当vee vbl时 pn结反向偏置 等效电路中的二极管d截止 这时ebl之间呈现高电阻 当发射极电压上升到vee vb1 vt vt为pn结的正向压降 时 pn结正向导通 e与b1之间的电阻突然减小 rb1中出现一个较大的脉冲电流 e与bl之间由截止突然变为导通时所需要的控制电压 称为单结晶体管的峰点电压vp 显然vp vbb vt 单结晶体管导通后 因e与b1之间的电阻下降很多 江西省电子信息技师学院电子系 虽然这时ib1较大 但ib1与rbl乘积不大 a点的电位较低 即使控制电压调节到低于峰点电压vp以下 单结晶体管仍继续导通 直到控制电压降低到某一值 使pn结再次反偏时 单结晶体管才截止 使单结晶体管的ebl极间由导通突然变为截止时所加的电压称为单结晶体管的谷点电压vv 其波形见图5 8 b 所示 江西省电子信息技师学院电子系 3 单结晶体管振荡电路 a 原理电路 b 波形图 电路接通电源vbb后 电源通过rp re向电容c充电 电容电压uc uc ue 按指数规律上升 当uc上升到ue vp时 单结管导通 电容电压uc迅速通过r1放电 在r1上形成脉冲电压 江西省电子信息技师学院电子系 随着电容c放电 电容上的电压下降 引起ue下降 当ue w时 单结管截止 放电结束 此后电容又充电 重复上述过程 于是在电容c上形成锯齿波电压 根据单结晶体管导通特性 则在r1上形成尖脉冲 如图5一8 b 所示 改变电位器rp阻值或电容c的大小 都可以调整电容充放电的快慢 从而改变输出脉冲的频率 但在实际应用时多采用改变电位器阻值的方法来调节该振荡电路的频率 4 单结晶体管触发电路应用 改变电容充电得速度 单结晶体管通 则灯泡在闭合回路上 灯亮 反之 则灭 任务1台灯调光控制器制作 利用单向可控硅的 触发导通 特性 可以将用它组成可控整流电路 这种整流电路与一般整流电路不同之处在于其输出的负载电压是 可控的 1 单相半波可控整流电路 知识4单向可控硅整流电路 该单相半波可控整流电路的工作原理如下 a 电路 b 小 大的波形 c 大 小的波形 1 当u2为正半周时 单向可控硅vt承受正向阳极电压 如果单向晶闸管控制极此时没有加触发电压 则单向可控硅处于正向阻断状态 负载电压ul 0 2 当 t 时 控制极加有触发电压ug 单向晶闸管因具备了导通条件而触发导通 由于单向可控硅正向导通压降很小 电源电压几乎全部加到负载上 此时ul u2 江西省电子信息技师学院电子系 3 在 t 期间 尽管ug在单向可控硅导通后已经消失 但单向可控硅仍会保持导通 因此 在这期间负载电压ul基本上与变压器次级电压u2保持相等 4 当 t 时 u2 0 单向可控硅正向阳极电压消失 单向可控硅自行关断 5 当 t 2 时 u2进入负半周后 单向可控硅承受反向阳极电压 呈反向阻断状态 负载电压ul 0 江西省电子信息技师学院电子系 2 单相桥式可控整流电路 a 电路图 b 波形图 正半周电流回路 江西省电子信息技师学院电子系 1 桥式整流输出电压对单向可控硅vt而言是正向阳极电压 只要触发电压ug到来 vt即可触发导通 如忽略它的正向压降 则负载电压ul将与u2 对应部分基本相等 2 当u2 经过零值时 单向可控硅自行关断 在u2的第二个半周中 电路将重复第一个半周的情况 正半周电流回路 江西省电子信息技师学院电子系 由图可知 该电路也是通过调整触发信号ug出现的时刻来改变单向可控硅的控制角 和导通角 的大小 从而控制输出直流电压ul的平均值 ul 江西省电子信息技师学院电子系 任务二多功能节能调节器制作 任务目标 1 熟悉双向可控硅的结构 符号 工作特点和典型参数的含义 2 掌握双向可控硅的管脚识别和质量好坏判断方法 3 能够分析双向可控硅的典型应用电路 含触发电路 4 能够对多功能节能调节器进行电路制作与调试 任务教学方式 讲解双向可控硅结构 符号和型号时采用课堂演示方法 讲解双向可控硅典型触发电路的分析时 采用多媒体课件方式或在仿真软件中用投影演示 用课堂演示和学生现场测试方式讲解双向可控硅管脚识别和质量好坏判断 在实训室用实物演示讲解多功能节能调节器的电路组成和工作原理 然后组织学生进行元件检测 pcb板电路装配与调试 江西省电子信息技师学院电子系 任务二多功能节能调节器制作 知识1双向可控硅的结构 符号和工作特点 1 双向晶闸管的结构和符号 a 内部结构示意图 b 外形 c 符号和等效电路 江西省电子信息技师学院电子系 2 双向可控硅的工作特点 双向可控硅的主电极t1 t2无论加正向电压还是反向电压 其控制极g的触发信号无论是正向还是反向 它都能被触发导通 即 当t1极接电源正极 t2极接电源负极 且控制极g对t2为正时 t1极相当于单向可控硅的阳极 t2极相当于阴极 此时双向可控硅可以触发导通 而当t2极接电源正极 t1极接电源负极 且g对t1为正电压控制时 t1极便相当于单向可控硅的阴极 t2极相当于阳极 此时双向可控硅也可以触发导通 双向可控硅导通后移去触发信号仍能继续保持导通 但当主电极电压降至0v时 双向可控硅才截止 由于双向可控硅具有正 反两个方向都能控制导通的特性 所以它能对交流电进行控制 江西省电子信息技师学院电子系 知识链接 双向可控硅的主要参数 在使用双向可控硅时 要根据电路要求选择相应参数的双向可控硅 双向可控硅的主要参数有如下几项 1 正向转折电压vbo 这是在额定结温和控制极断开条件下 t2极t1极之间加正弦半波正向电压 使双向可控硅由阻断状态发生正向转折 变为导通状态时所对应的电压峰值 其值越大越好 2 断态重复峰值电压vdrm 又称正向阻断峰值电压 其值规定为vdrm vbo 100v 3 通态平均电流it 在环境温度不超过40摄氏度和规定的散热条件下 允许通过的工频正弦半波电流在一个周期内的最大平均值称为通态平均电流 4 通态浪涌电流itsm 是指导通时允许电流过载的值 5 控制极触发直流电流igt 在规定环境温度和正向电压条件下 使双向可控硅从阻断状态转变为导通状态时控制极上流过的最小直流电流 igt为几十到几百ma 为保证可靠触发 实际值应大于额定值 江西省电子信息技师学院电子系 任务二多功能节能调节器制作 知识2双向可控硅典型触发电路 一般双向可控硅典型触发电路有双向二极管触发电路 rc触发电路 晶体管组合触发电路以及氖管触发电路等几种 1 双向二极管触发