《单相交流电机调速器设计》-项目2：调光灯安装与调试

项目2调光灯安装与调试调光灯在日常生活中的应用非常广泛，其种类也很多，旋动调光钮便可以调节灯泡的亮度。同时，调光灯电路也是维修电工职业资格证书考核中技能考核部分经常考核的项目。我们这次要完成的就是调光灯的安装与调试。会识别、检测单结晶体管；懂得单结晶体管的导通原理；会分析单相半控、全控整流电路；完成电路板的装配和调试工作。调光灯

项目描述调光灯电路原理图项目2调光灯安装与调试1.2k

项目分析学习任务目录

认识调光灯1

调光灯主电路设计2

调光灯控制电路设计3

调光灯的装配与调试4单相全控桥整流电路分析单相半控桥整流电路分析认识单结晶体管单结晶体的特性与检测单结管触发电路分析锯齿波触发电路分析4认识单结晶体管TASK1学习目标5懂得双向晶闸管的工作原理懂得单结晶体管的结构；会分析单结晶体管构成的自激振荡电路；知识目标培养学生互助合作的团队精神；培养学生分析和解决问题的能力。

素养目标会用数字万用表检测单结晶体管的引脚及好坏；会用数字示波器观察单结晶体管构成的自激振荡电路。技能目标

单结晶体管（简称单结管），单结晶体管触发电路结构简单，输出脉冲前沿陡，抗干扰能力强，运行可靠，调试方便，广泛应用于对中小容量晶闸管的触发控制。任务1认识单结晶体管

在一块高电阻率的N型硅片上，用欧姆接触的方式从两端引出两个电极：第一基极b1和第二基极b2。b1与b2之间的电阻为N型硅片的体电阻，阻值约为3~12K。在两个基极之间靠近b2处掺入P型杂质，形成PN结，由P区引出发射极e。

单结晶体管只有一个PN结，故称“单结管”，但有两个基极，故又称“双基极管”。1、结构任务1认识单结晶体管任务1认识单结晶体管2、等效电路

触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31，BT33，BT35，其外形与管脚排列。B—表示半导体。

T—表示特种管。

3—表示有3个电极。

3—表示耗散功率300mW。发射极e第一基极b1第二基极b2任务1认识单结晶体管10检测：任务1认识单结晶体管判断单结晶体管的E、B1和B2：将数字万用表拨至二极管档，红表笔固定接某一电极，用黑表笔依次去碰触另外两个电极。如果两次显示值都在1.2~1.8V范围内，说明红表笔接的就是E极。若是两次显示都溢出，说明红表笔所接的不是E极，应改换其他电极以上述方法重测，直至找出E极为止。红表笔接E时，黑表笔接B1极时，显示的电压值较小。二、单结晶体管的伏安特性（a）单结晶体管实验电路（b）单结晶体管伏安特性（c）特性曲线族1、定义：伏安特性—在单结管两个基极之间加一固定直流电压Ubb时，所测得的发射极电流Ie与发射极正向电压Ue之间的关系曲线，称为～。任务1认识单结晶体管（1）截止区—ap段

当UBB不为零时，UBB通过单结晶体管等效电路的RB2和RB1分压，得A点电位UA，其值为：式中：η称为单结晶体管的分压比，是单结晶体管的主要参数，其值一为0.3～0.9，由管子内部结构决定。2、特性曲线

单结晶体管的伏安特性分为三个区：截止区（AP段）、负阻区（PV段）、饱和区（VN段）。任务1认识单结晶体管

当Ue由零逐渐增加，在Ue<UA时，二极管反偏，仅有很小的反向漏电流；直到Ue增加到高出一个PN结正向压降UD时，PN结才导通，此时单结晶体管由截止状态进入导通状态，对应于图中P点。P点称为峰点，P点对应的电压称为峰点电压，所对应的电流称为峰点电流。任务1认识单结晶体管（2）负阻区－PV段

将Ue由Up再增大时，由于管内PN结充分导通，因而Ie增大；此时大量的空穴载流子不断从发射极注入A点到b1的硅片，使此区段内载流子大量增加，因此rb1值迅速减小；rb1的减小使硅片上的分压也发生变化，导致UA下降，因而使Ue也下降；UA的下降使PN结承受更大的正偏电压，因而有更多的空穴注入硅片，促使rb1进一步减小，Ie又进一步增大，这样就形成一个正反馈过程。

负阻特性——Ue减小而Ie增大，动态电阻为负值，称单结管的这一特性为负阻特性。

当Ie增大到某一数值时，电压Ue下降到最低点。这个电压称为谷点电压Uv。此时的电流称谷点电流Iv。任务1认识单结晶体管（3）饱和区－VN段

谷点以后，当Ie增大到一定程度时，载流子的浓度注入遇到阻力，欲使Ie继续增大，必须增大电压Ue，这一现象称为饱和。谷点是维持单结晶体管导通的最小电压，一旦Ue<UA时，单结晶体管将由导通转化为截止。改变电压，等效电路中的和特性曲线中也随之改变，从而可获得一簇单结晶体管特性曲线。

当Ue<UA时，VD承受反偏，单结管截止；

当Ue>=UA+0.7V时，VD导通，单结管导通。任务1认识单结晶体管单结晶体管自激振荡电路及波形(a)电路；(b)波形

利用单结管的负阻特性及RC电路的充放电特性，可组成单结管自激振荡电路。三、单结晶体管的自激振荡电路任务1认识单结晶体管工作原理

任务1认识单结晶体管18任务1认识单结晶体管19调光灯主电路设计TASK2学习目标20懂得双向晶闸管的工作原理知道单相全控桥整流电路的构成；会分析单相全控桥整流电路。知识目标培养学生互助合作的团队精神；培养学生分析和解决问题的能力。

素养目标会安装和调试单相全控桥整流电路；会用数字示波器观察单相全控桥整流电路输出电压。技能目标21一、单相全控桥式整流电路（一）电阻性负载1、电路结构组成：四只晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4组成桥路。VT1和VT3组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT4组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形任务2调光灯主电路设计22u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,42、工作原理3、波形分析负载上得到的直流输出电压ud的波形与半波时相比多了一倍，负载电流id的波形与电压ud波形相似。晶闸管承受的最大反向电压为，承受的最大正向电压为。

晶闸管的最大移相范围仍是0º~180º。任务2调光灯主电路设计23u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,44、参数计算（1）负载电压平均值Ud

由上式可知，它是半波电路的两倍，当时，相当于不可控桥式整流，此时输出电压最大，即；当时，输出电压为0，即，故晶闸管可控移相范围为180°。调节控制角α输出电压从0.9U2～0。任务2调光灯主电路设计24（2）负载电压有效值U负载电流平均值Idu(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4负载电流有效值I任务2调光灯主电路设计25（4）电源供给的有功功率P、视在功率S和功率因数（3）晶闸管的电流平均值IdT和有效值ITu(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4任务2调光灯主电路设计26【例1.3】

如图所示的单相全控桥式整流电路，Rd=4

，要求Id在0～25A之间变化，负载电流有效值I=1.11Id求：(1)整流变压器T的变比(不考虑裕量)；(2)选择晶闸管的型号(考虑2倍裕量)；(3)在不考虑损耗的情况下，选择整流变压器的容量；(4)计算负载电阻的功率；(5)计算电路的最大功率因数。任务2调光灯主电路设计27（二）大电感性负载1、电路结构组成：整流变压器T、四只晶闸管、平波电抗器Ld、负载电阻R。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。

单相全控桥带阻感负载时的电路及波形任务2调光灯主电路设计282、工作原理3、波形分析

由上述分析可知，负载电压、电流的波形与电阻性负载相比，ud的波形出现了负半波部分。id的波形是连续的近似的一条直线，这是由于电感中的电流不能突变，电感起到了平波的作用，电感愈大则电流波形愈平稳。而流过每一只晶闸管的电流则近似为方波。变压器二次侧电流i2波形为正负对称的方波。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4任务2调光灯主电路设计294、参数计算（1）负载电压平均值2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4

当时，输出电压Ud最大，；当时，输出电压为0，故晶闸管可控移相范围为90°。调节控制角α输出电压从0.9U2～0。任务2调光灯主电路设计30负载电流的平均值（2）晶闸管的电流平均值和有效值（3）负载消耗的有功功率任务2调光灯主电路设计31（三）带续流二极管的大电感性负载1、电路结构组成：整流变压器T、四只晶闸管、平波电抗器Ld、负载电阻Rd、续流二极管VDR。

为了扩大移相范围，且去掉输出电压的负值，提高Ud的值，也可以在负载两端并联续流二极管。任务2调光灯主电路设计322、工作原理任务2调光灯主电路设计3、参数计算（1）输出直流电压平均值（2）输出直流电流的平均值（3）晶闸管的电流平均值和有效值任务2调光灯主电路设计（4）续流二极管的电流平均值和有效值任务2调光灯主电路设计[例]：单相桥式全控整流电路带大电感负载，U2＝220V，Rd=4Ω,计算当时，负载输出电压、电流的平均值以及流过晶闸管的电流平均值和有效值。若负载两端并接续流二极管，则负载输出电压、电流的平均值又是多少？流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值又是多少？并画出这两种情况下的电压、电流波形。任务2调光灯主电路设计二、单相桥式半控整流电路1、电路结构组成：整流变压器T、两只VT、两只VD和负载电阻Rd

两只晶闸管仍是共阴极连接，同时触发两只管子时，阳极电位高的晶闸管导通。两只二极管是共阳极连接，阴极电位低的二极管导通。任务2调光灯主电路设计2、工作原理任务2调光灯主电路设计3、波形分析晶闸管承受的最大正反电压均为二极管承受的最大反向电压为晶闸管的移相范围是0

~180

任务2调光灯主电路设计4、参数计算（1）负载电压、电流平均值任务2调光灯主电路设计（3）晶闸管的电流平均值和有效值（4）电源供给的有功功率、功率因数（2）负载电压、电流有效值任务2调光灯主电路设计41调光灯控制电路设计TASK3学习目标42懂得双向晶闸管的工作原理懂得单结晶体管的工作原理；会分析单结晶体管构成的触发电路。知识目标培养学生互助合作的团队精神；培养学生分析和解决问题的能力。

素养目标会绘制调光灯电路各点波形；会安装和调试单结晶体管触发电路。技能目标单结晶体管自激振荡电路及波形(a)电路；(b)波形由同步电路、移相控制和脉冲输出3部分组成。项目2调光灯安装与调试一、单结晶体管触发电路同步电路：触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。同步电路由同步变压器、桥式整流电路VD1～VD4、电阻R1及稳压管组成。项目2调光灯安装与调试波形分析单结晶体管触发电路的调试以及在今后的使用过程中的检修主要是通过几个点的典型波形来判断元器件是否正常。①桥式整流后脉动电压的波形将探头的测试端接于“A”点，接地端接于“E”点，测得波形。（a）实测波形（b）理论波形项目2调光灯安装与调试②削波后梯形波电压波形将探头的测试端接于“B”点，测得B点的波形（a）实测波形（b）理论波形项目2调光灯安装与调试1）电路组成脉冲移相由电阻RE和电容C组成，脉冲形成由单结晶体管、温补电阻R3、输出电阻R4组成。改变张驰振荡电路中电容C的充电电阻的阻值，就可以改变充电的时间常数，图中用电位器RP来实现这一变化，例如：RP↑→τC↑→出现第一个脉冲的时间后移→α↑→Ud↓项目2调光灯安装与调试2）波形分析①电容电压的波形将探头的测试端接于“C”点

（a）实测波形（b）理论波形半个周期项目2调光灯安装与调试②输出脉冲的波形将探头的测试端接于“D”点（a）实测波形（b）理论波形项目2调光灯安装与调试调节电位器RP的旋钮，观察D点的波形的变化范围。项目2调光灯安装与调试（1）充电电阻的选择改变充电电阻的大小，就可以改变张驰振荡电路的频率，但是频率的调节有一定的范围，如果充电电阻选择不当，将使单结晶体管自激振荡电路无法形成振荡。充电电阻的取值范围为：其中：U——加于图中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项目2调光灯安装与调试（2）电阻的选择电阻是用来补偿温度对峰点电压的影响，通常取值范围为：200～600。（3）输出电阻的选择输出电阻的大小将影响将影响输出脉冲的宽度与幅值，通常取值范围为：50～100。（4）电容C的选择电容C的大小与脉冲宽窄和的大小有关，通常取值范围为：0.1～1。项目2调光灯安装与调试

单结晶体管触发电路：优点：电路简单、使用元器件少、体积小、脉冲前沿陡、峰值大；缺点：只能产生窄脉冲，对于大电感负载，由于晶闸管在触发导通时阳极电流上升较慢，在阳极电流还没有上升到擎住电流时，脉冲就已经消失，使晶闸管在触发导通后又重新关断。所以，单结晶体管触发电路多用于50A以下的晶闸管装置及非大电感负载的电路中。项目2调光灯安装与调试二、锯齿波触发电路分析与检测项目2调光灯安装与调试该电路由五个基本环节组成：同步环节，锯齿波形成和脉冲移相控制环节，脉冲形成、放大和输出环节，双脉冲形成环节，强触发及脉冲封锁环节。一、同步环节同步—是要求锯齿波的频率与主回路的频率相同。由同步变压器TS、晶体管VT2、二极管VD1、VD2、电阻R1及电容C1等组成。2、原理Us为负半波下降段时→VD1导通→us经VD1对电容C1充电，极性上负下正→VD2截止→V2截止。1、结构项目2调光灯安装与调试

Us为负半波上升为负半波上升段时→C1充到负的最大值时→VD1截止→＋15V通过R1对电容C1反充电极性上正下负→②=uc1＝1.4V时→VD2导通→V2导通。

C1两端电压加在VD2、VT2上uc1小→uc1<1.4V时→VD2、VT2截止→us对C1充电，重复上述过程。二、锯齿波形成及脉冲移相控制环节1、结构

电路采用VT1、VZ、RP1和R4组成的恒流源电路生成线性较好的锯齿波。2、锯齿波形成原理项目2调光灯安装与调试VT2截止时→恒流源电流Ic1对C2充电→uc2按线性增长，即ub3按线性增长，uc2=ub3。

VT2导通时→C2经R5、V2、地放电→R5很小放电迅速，ub3=0V→形成锯齿波的下降沿。①V2周期性的导通和关断（受同步电压控制）时，ub3便形成一锯齿波，V3为射极跟随器，所以③点电压也是一锯齿波。②V3为射极跟随器，起阻抗变换和前后级隔作用以小后级对锯齿波线性的影响。3、说明项目2调光灯安装与调试V4的基极电压由锯齿波电压ue3、直流控制电压Uc、负直流偏移电压Ub分别经R7、R8、R9的分压叠加而成，由三个电压比较而控制V4的截止与导通。根据叠加原理，分析V4管的基极电位（b4）时，可看成锯齿波电压ue3、直流控制电压Uc、负直流偏压Ub三者单独作用的叠加，三者单独作用的等效电路如图所示：

ub4为负<0.7V时→V4管截止；ub4为正>0.7V时→V4导通。Ub通常为某一固定的负偏直流电压→改变Uc→可改变V4由截止转为导通的时刻→改变了触发脉冲产生的时刻→改变了α的大小→达到移相的目的。项目2调光灯安装与调试三、脉冲形成、放大和输出环节脉冲形成环节由VT4、VT5、VT6组成，放大和输出环节由VT7、VT8组成。1、电路结构当VT4管的基极电位ub4<0.7V→VT4管截止→＋15V电源通过R14为VT5提供基极电流，＋15V电源还通过R13为VT6提供基极电流→VT5、VT6导通→6点电位，－15＋0.3＋0.3＋0.7＝－13.7V→VD6截止→VT7、VT8截止→脉冲变压器无电流流过，无脉冲输出→电容C3，＋15V、R14、C3、VD3、VT4双被反充电→5点电位为－13.3V→VT5导通→6点电位又从2.1V降到－13.7V→迫使VT7、VT8管截止→输出脉冲结束。2、原理项目2调光灯安装与调试结论：1）输出脉冲产生的时刻是VT4导通的瞬间，也是VT5转为截止的瞬间。

2）输出脉冲的宽度就是VT5截止的持续时间，因此脉冲宽度由C3反抽充电时间常数来决定。

3）R16、R17为VT7、VT8的限流电阻，VD6是为提VT7、VT8的导通阈值，增加抗干扰能力。四、双脉冲形成环节项目2调光灯安装与调试五、强触发及脉冲封锁环节原理：VT8导通时→变压器二次侧30V电压经整流、滤波→得到近似50V的直流电压→C6经变压器一次侧R17与VT8迅速放电→放电回路电阻R17很小→N点电位迅速下降→N＝14.3V时→VD10导通→脉冲变压器由＋15V稳压电源供电。

VT8截止时→50V电源经R19向C6充电→N点电位再次升高到5