晶闸管调光台灯电路设计

1、晶闸管调光台灯电路设计系别：电气工程系班级：南车时代电气IGBT订单班工艺2班姓名：徐江学号：201001340310指导老师：严俊2012年4月25日目录第一章 绪论 1.1晶闸管的发展 1.2电子调光电路的作用 1.3电子调光电路对大学生的意义 1.4设计思路第二章 晶闸管调光台灯电路设计 2.1调光台灯电路原理图及分析 2.2认识晶闸管和单结晶体管第三章 晶闸管调光台灯元器件选择 3.1触发电路各元件的选择 3.2元件型号一览表第四章 总结 第一章 绪论11晶闸管的发展晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术史前期，1904年出现了电子管，它能在真空中电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从

2、而开启了电子技术用于电力领域的先河。1947年美国著名的贝尔实验发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。 晶闸管是一种半控型器件，是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SCR）。1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使其应用范围迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的，从而开辟了电力电子技术发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术改革。1.2电子调光电路的作用随着社会的发展，人类对生活水平

3、的要求越来越高。如今患近视病的人越来越多，这不仅仅是因为用眼过度所引起的，还与我们工作环境的光线程度有密切的关系。为了让我们能在一个舒适的光线下工作，故设计该产品，以便我们能人工改变工作环境的光线强度。这不仅仅大大降低我们换眼疾的概率，还可以节能！电子调光电路应用非常广泛，尤其是一般市售台灯调光电路上。基本都采用电子式的调光电路，有的高档台灯能实现无级调光，普通台灯则是有极调光，可见电子调光在一些灯具上面用途是非常广泛的。给我们的生活带来了方便。由此可见电子调光的电路的商业潜在价值也是很大的。1.3电子调光电路对大学生的意义作为大学生的我们。在很多制作过程之中很多东西都需要用一些特定的调压电路

4、作为驱动装置。因此，电子调光电路对我们而言都是一个非常常见而且必须的电路，故自己便选择制作电子调光电路。而且，在我们刚接触的课程设计之中，电子调光电路的制作相对简单些，也为我们以后制作实物做个铺垫。同时，也为我们今后制作培养感情，不至于很讨厌甚至于害怕！1.4设计思路市场一般是220V交流电，但是电子调光电路中选用的是低电压直流灯泡。故此电路中需要变压器和整理电路，另外需要控制灯泡的亮度，所以需要一个控制电路，从而对输出电压占空比进行调节，这里还需一个斩波电路，从而来控制灯泡亮度。 电子调光电路课程设计综合了电力电子技术中的许多理论知识，他使理论知识得到了更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联

5、系。其中主要用到的基础知识有升降压斩波电路和整流电路的工作原理和应用以及晶闸管的应用等。第二章 晶闸管调光台灯电路设计2.1电子调光电路原理图及分析分析：可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。上图所示为单相半控桥式整流实验电路。该调光电路分主电路和触发电路两大部分。主电路是由负载EL（灯泡）和晶闸管VT组成的单相半波整流电路，触发电路是由单结晶体管BT及一些阻容元件构成的单结晶体管触发电路。改变晶闸管BT的导通角，便可以调节主电路的可控输出整流电压（或电流）的数值，这点可由灯泡负载的亮度变化看出来。晶闸管导通角的大小决定了触发脉冲的频率f，由公式可知，当单结晶体管的分压比

6、（一般在0.50.8之间）及电容C值固定时，则频率f大小由R决定，因此，通过调节RP，使可以改变触发脉冲频率，主电路的输出电压也随之改变，从而达到可控电压的目的。2.1.1 单结晶体管的触发电路 单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放特性组成频率可调的震荡电路，产生触发脉冲触发晶闸管的G极。电源接通后，Vbb通过RP、RE向C充电，电容电压Uc上升。当Uc上升到UeUp时，单结晶体管导通，电容C通过R1迅速放电，在R1上形成脉冲电压。电容C放电，Ue降，当UeUv时，单结晶体管截至，放电结束。电容再次充电，重复上述过程。 改变Rp的大小，可以调节电容充放电的快慢从而改变输出脉冲的频率。22认识闸

7、管和单结晶体管2.2.1普通晶闸管1、结构和符号 晶闸管主要有塑封型、小型平面型和螺旋等几种。晶闸管有三个电极：阳极a、阴极k和门极g。 单相晶闸管的内部结构和电路图形符号如图2-1所示。它是由四层半导体P-N-P-N叠加而成，形成3个PN结，由外层P型半导体引出阳极a,外层N型半导体引出阴极K，中间P型半导体引出门极g. 2、 工作特性为了便于理解，下面用实验来反映单相晶闸管的工作特性。 （1）正向阻断在图22a中，晶闸管加上正向电压，即晶闸管阳极接电源正极，阴极接电源负极。开关S不闭合，指示灯不亮。这说明晶闸管加正向电压时，但门极未加正向电压，晶闸管不会导通，这种状态称为晶闸管的正向阻断状

8、态。（2）触发导通在图22b中，晶闸管加正向电压，且开关S闭合，在门极上加正向电压，此时指示灯亮，表明晶闸管导通，这种状态称为触发导通状态。晶闸管导通后，将S断开，灯依旧亮，说明晶闸管一但导通，门极便会失去作用。要使晶闸管关断，必须将正向阳极电压降低到一定数值，使流过晶闸管的电流小于维持电流而关断。（3）反向阻断在图22c中，晶闸管加反向电压，即a接电源负极，k接电源正极，此时无论开关S闭合与否，指示灯始终不亮。这说明单相晶闸管加反向电压时，不管门极加怎样的电压，它都不会导通，而是处于截止状态，这种状态称为晶闸管的反向阻断状态。结论：综合上述，晶闸管导通必须具备2个条件：一是晶闸管阳极与阴极之

9、间接正向电压；二是门极与阴极之间也接正向电压。晶闸管一旦导通，去掉门极电压，晶闸管依旧保持导通状态。关断晶闸管的方法有：一是将阳极电压降到足够小或者加反向阳极电压;二是将阳极瞬间开路。2.22单结晶体管1、单结晶体管结构单结晶体管结构如图23所示。 它有一个发射极和两个基极。在一块高电阻率的N型硅基片上用镀金陶瓷片制成2个接触电阻很小的电极，称为第一基极和第二基极，而在硅基片的另一侧靠近b2处渗入P型杂质，并引出一个电极，称为发射极。发射极对基极就是一个PN结，故称为单结晶体管。2、单结晶体管的工作特性 单结晶体管的电流电压特性：在基极电压一定时，用发射极电流I和发射极与第一基极之间的电压U的

10、关系曲线来表示。如图24所示。 直流电源加在单结晶体管的两个基极上，b2极接电源正极b1极接电源负极，两极上的分压与电源电压Ubb的关系为 式中，称为分压比，一般在0.30.8之间，它是单结晶体管的重要参数，其数值由管子内部结构决定。发射极电压Ue正向加在e极与b1极之间，当Ue小于Ua时，PN结承受反向电压而截至，对应单结晶体管伏安特性的截至区。发射极电压Ue大小等于峰点电压Up时单结晶体管导通，且随着Ie增大，Rb1显著减小，因此发射结电压Ue随之减小，直到Ue下降到最低点，特性曲线上的这一点称为谷点V，与之相对应的是谷点电流Iv和谷点电压Uv,一般单结晶体管的谷点电压在25V.在谷点以后

11、，当调大Ue使发射极电流继续增加时，发射极电压有些上升但变化不大。谷点右边的部分称为饱和区。若减小发射极电压Ue使小于Uv，单结晶体管则会由导通突跳到截至状态。第三章 调光台灯元器件选择3.1触发电路各元器件的选择1）充电电阻RE（Rp与R2的总值）的选择 改变充电电阻R的大小，就可以改变张弛震荡电路的频率，但是平率的调节有一定的范围，如果充电电阻选择不当，将使单结晶管自激震荡电路无法形成震荡。充电电阻Re的取值范围为： 其中：U加于图1-21中B-E两端的触发电路电源电压Uv单结晶体管的谷点电压Iv单结晶体管的谷点电流Up单结晶体管的峰点电压Ip单结晶体管的峰点电流2）电阻R3的选择电阻R3

12、是用来补偿温度对峰点电压Up的影响，通常取值范围为：200600 3）输出电阻R4的选择输出电阻，R4的大小将影响输出脉冲的宽度与幅值，通常取值范围为：50100 4）电容C的选择电容C的大小与脉冲宽窄和RE的大小有关，通常取值范围为：0.11 F32元件清单序号元件名称元件型号数量1电源变压器220V/36V12二极管IN400143晶闸管KP1714白炽灯泡220V/40W15单结晶体管BT3316电阻1K17电阻4.7K18电阻36019电位器150K110电容0.4F/50V111稳压二极管2CW21A1总结电力电子课程设计是电类专业学生重要基础实践课，是工科专业的必修课，经过查资料、选方案、设计电路，拽写设计报告，使我得到一次较全面实践训练。理论联系到实际，提高和培养创新能力，为后续的课程学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。对晶闸管调光电路经设计、选元器件等一系类流程，学到很多在书本中没有学到的东西