《摩托车照明电路》-学习情境7

一、知识准备1.1单结晶体管

1.单结晶体管简介单结晶体管(Unijunctiontransistor)又称作双基极二极管，它是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别引出两个基极B1和B2。在硅片中间略偏B2一侧用合金法制作一个P区作为发射极E。单结晶体管是近几年发展起来的一类新型电子器件，它具有一种重要的电气性能—负阻特性，可以使自激多谐振荡器、阶梯波发生器及定时电路等多种脉冲产生单元电路的结构大为简化，应用十分广泛。

下一页返回一、知识准备2.单结晶体管实物、结构及符号

1)单结晶体管实物单结晶体管型号有BT31,BT32,BT33,BT35等。部分常见的单结晶体管实物如图7-2所示。

2)单结晶体管的结构与符号单结晶体管结构如图7-3(a)所示，它有三个电极:发射极E、第一基极B1、第二基极B2和一个PN结。它的图形符号如图7-3(b)所示，发射极箭头表示经PN结的电流只流向B1极。

1.单结晶体管各管脚的检测如图7-4所示，检测单结晶体管发射极E的方法是:把万用表置于Rx100挡或Rx1K挡，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外两极。上一页下一页返回一、知识准备

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Rx100挡或Rx1K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B1极。应当说明: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。不过准确地判断哪个极是B,，哪个极是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。

上一页下一页返回一、知识准备2.部分单结晶体管各管脚的快速判别对于部分型号的单结晶体管，我们可以根据常见的管脚情况，通过目测进行初步判断，如图7-5所示。1.单结晶体管的等效电路单结晶体管的等效电路如图7-6所示。与图7-3(a)中的结构相比，发射极所接P区与N型硅棒形成的PN结等效为二极管D;N型硅棒因掺杂浓度很低而呈现高电阻，二极管阴极与基极B2之间的等效电阻为Rb2，二极管阴极与基极B，之间的等效电阻为Rb1;Rb1的阻值受E,B1之间电压的控制，所以等效为可变电阻。上一页下一页返回一、知识准备2.单结晶体管的负阻特性单结晶体管具有的负阻特性，可以使自激多谐振荡器、阶梯波发生器及定时电路等多种脉冲产生单元电路的结构大为简化，故而应用十分广泛。其伏安特性变化如图7-7所示。

(1)如图7-7所示，当VBB固定，等效电路中，A点对B1的电压UA=ηVBB为定值。当UE较小时，UE<UA,PN结反偏，此时只有很小的反向漏电流IEO(几微安)，如图中曲线1段。

(2)当UE增大，UE=UA时，PN结处于零偏，IE=0。

(3)UE继续增大，当UE>UA,IE开始大于零，由于硅二极管的正向压降为0.7V，所以人不会有显著的增加，这个电压称为峰值电压鱿，对应电流称为峰值电流Ip，如图中曲线2段。上一页下一页返回一、知识准备

曲线1段和曲线2段区域称为截止区。

(4)UE继续增加，UE>UA，管子转向导通，PN结电流开始显著增加，这时将有大量的空穴进入基区，E,B1间载流子大量增加，使Rb1迅速减小，而Rb1的减小又使UA降低，导致IE又进一步加大，这种正反馈的过程使IE急剧增加、UA下降，单结管呈现了负阻特性，图中曲线3线段，到了V点负阻特性结束，V点电压UV称为谷点电压，一般为1~2.5V，对应的电流称为谷点电流IV，一般为几毫安。

(5)过了谷点之后，继续增加UE,IE~UE曲线形状接近二极管导通时的正向特性曲线。如曲线4线段，此时称为饱和区。饱和压降一般小于4~5V。上一页下一页返回一、知识准备(6)当改变VBB电压，改变了闽值电压UA,曲线的峰点电压也随之改变。1.2晶闸管

1.晶闸管简介晶闸管(Thvristor)是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器，以前被简称为可控硅。1957年，美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年使其商业化。晶闸管是PNPN四层半导体结构，共有三个极:阳极、阴极和门极。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“VT”表示(旧标准中用字母“SCR”表示)。上一页下一页返回一、知识准备

晶闸管具有硅整流器件的特性，工作条件为:加正向电压且门极有触发电流。它能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，并具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、效率高、控制灵敏、使用寿命长等优点，因而被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

2.晶闸管实物、结构及符号

1)晶闸管实物晶闸管种类众多，国内外产品有不同的型号命名。常见的晶闸管有普通晶闸管、高频(快速)晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管(GTO),BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等。部分常用的晶闸管实物如图7-8所示。上一页下一页返回一、知识准备2)晶闸管的结构与符号晶闸管的内部结构如图7-9(a)所示，它由四层半导体材料组成，四层材料由P型半导体和N型半导体交替组成，分别为P1,N1,P2和N2，它们的接触面形成三个PN结，分别为J1,J2和J3，引出的三个电极分别为阳极A、阴极K和控制极G(门极)。晶闸管的符号如图7-9(b)所示。

1.晶闸管各管脚的检测如图7-10所示，用万用表检测晶闸管管脚的方法是:对于小功率晶闸管，利用Rx1k挡，两表笔任意测量两极间电阻的阻值，直到测得某两极正、反向阻值的差值很大为止，且正向阻值大约几百欧姆以下，反向阻值大于几千欧。上一页下一页返回一、知识准备

这时，在阻值小的那次测量中，黑表笔所接的是晶闸管的G极，红表笔接的是K极，剩下的则是A极。对于大功率晶闸管(一般体积大的功率大)，可用Rx10k或Rx1k挡检测，但测得的阻值分别比上述小功率晶闸管小1~2个数量级，判别方法完全相同。在实际应用中，还存在两个阴极引线的“晶闸管”，这只是为了便于与电路进行连接，极性判别法一样，应能进行识别。

2.部分晶闸管各管脚的快速判别对于部分型号的晶闸管，我们可以根据常见的管脚情况，通过目测进行初步判断，如图7-11所示。上一页下一页返回一、知识准备1.晶闸管的工作特性按照图7-12所示接线进行实验，观察灯泡EL的亮与灭。由以上实验可以得出以下晶闸管的工作特性:1)反向阻断如图7-12(a)所示，给晶闸管A极和K极之间加上反向电压，无论G极加什么电压，灯泡EL都不亮，即晶闸管没有导通。这就是晶闸管的反向阻断状态。

2)正向阻断如图7-12(b)所示，给晶闸管A极和K极之间加上正向电压，G极不加电压，灯泡EL也不亮，即晶闸管还是没有导通。这就是晶闸管的正向阻断状态。

上一页下一页返回一、知识准备3)触发导通如图7-12(c)所示，在晶闸管正向电压的基础上，G极加上正向电压，灯泡EL亮了，即晶闸管导通了。这就是晶闸管的触发导通状态。

4)导通后G极失去控制作用如图7-12(d)所示，在灯泡EL亮的前提下，切断G极的电压，灯泡EL继续保持亮着。说明晶闸管导通后，去掉触发电压，仍然维持导通状态，而G极已经失去了原来的控制作用。由此可以得出晶闸管导通条件:一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。上一页下一页返回一、知识准备

晶闸管的特点是“一触即发”。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么在电压过零时，晶闸管会自行关断。

2.晶闸管的使用注意事项

(1)选用晶闸管的额定电压时，应参考实际工作条件下的峰值电压的大小，并留出一定的余量。

(2)选用晶闸管的额定电流时，除了考虑通过元件的平均电流外，还应注意正常工作时导通角的大小、散热通风条件等因素。上一页下一页返回一、知识准备

在工作中，还应注意管壳温度不超过相应电流下的允许值。

(3)使用晶闸管之前，应该用万用表检查晶闸管的状况是否良好。发现有短路或断路现象时，应立即更换。

(4)严禁用兆欧表(即摇表)检查元件的绝缘情况。

(5)电流为5A以上的晶闸管要装散热器，并且保证所规定的冷却条件。为了保证散热器与晶闸管管心接触良好，它们之间应涂上一薄层有机硅油或硅脂。

(6)按规定对主电路中的晶闸管使用过压及过流保护装置。

(7)要防止晶闸管控制极的正向过载和反向击穿。上一页下一页返回一、知识准备

国产晶闸管的型号命名主要由四部分组成，其中，第一部分用字母“K”表示主称为晶闸管;第二部分用字母表示晶闸管的类别;第三部分用数字表示晶闸管的额定通态电流值;第四部分用数字表示重复峰值电压级数。晶闸管各部分的含义如表7-1所列。例如，KP1-2表示通态电流为1A,重复峰值电压为200V的普通反向阻断型晶闸管;KSS-4表示通态电流为5A,重复峰值电压为400V的双向型晶闸管。1.3认识晶闸管可控整流电路与单结晶体管触发电路单相半波可控整流电路的主电路如图7-13所示。上一页下一页返回一、知识准备

设图中变压器副边电压为u2，负载RL为电阻性负载。现将这种可控整流电路的工作原理分析如下:

若晶闸管的控制极上未加正向触发电压，那么根据晶闸管的导通条件，不论正弦交流电压u2是正半周还是负半周，晶闸管都不会导通。这时，负载端电压u0=0、负载电流i0=0，因而电源的全部电压都由晶闸管承受，即uVT=u2。当由零进入正半周，设a点电位高于b点电位，晶闸管承受正向电压，如果在wt=a时，在控制极加上适当的触发脉冲电压，晶闸管将立即导通。电路中，电流流向为a→VT→RL→b。晶闸管导通后，其管压降约1V左右，若忽略此管压降，则电源电压全AIS加在负载RL上，即u0=u2，这样负载电流i0=u0/RL。上一页下一页返回一、知识准备

此后，尽管触方巾压贿即消失，晶闸管仍然继续导通，直到电源电压u2从正半周转人负半周过零的时候，晶闸管才自行关断。当u2在负半周时，因为晶闸管承受的是反向电压，所以即使控制极上加触发电压，晶闸管也不会导通。这时，负载电压、电流都为零，晶闸管承受u2的全部电压。在以后各个周期，均会重复上述过程。图7-14所示为单相半波可控整流电路的电压和电流波形图。从图中看，u0,i0均是一个不完整的半波整流波形(阴影部分)。在晶闸管承受正向电压的半周内，加上触发脉冲电压，使晶闸管开始导通的相位角a称为控制角，而晶闸管从开始导通到关断所经历的电角度θ称为导通角，故θ=π-α。显然，a的大小是由加上触发脉冲的时刻来控制的。上一页下一页返回一、知识准备

改变a的大小称为移相。a的变化范围称为移相范围。因此，改变a就可以方便地获得可调节的整流电压和电流。比较图7-14(a)与(b)可见，控制角a越小，则输出电压、电流的平均值越大。接通电源，VBB通过R向电容C充电，uc逐渐上升。uc达到单结晶体管峰点电压前，单结晶体管截止，电阻R1上流过电流极小，u0≈0,uc达到单结晶体管的峰点电压后，单结晶体管导通，电容器通过RB1、R1放电，uc迅速下降。当uc降至谷点电压时，单结晶体管的E,B1间又转为高电阻截止状态，电源再次通过R向电容C充电，uc又按指数规律升高。输出端电压波形如图7-15所示。u0是一个前沿陡峭的电压脉冲，可以用作晶闸管的触发脉冲。调节可变电阻R的大小，可以改变电容C的充电时间。上一页下一页返回一、知识准备

由单结晶体管触发的单相半控桥式整流电路和电路工作波形如图7-16所示。电路图的上半部分是单结晶体管脉冲发生器，直流电压通过桥式整流得到，u1的电压是脉动的直流波形，如图7-16(b)所示。单向脉动电压经R3和VS稳压电路后，峰值受到限制，uvs的电压波形为梯形波，如图7-16(b)所示，梯形电压就作为触发电路的电源电压。两个整流桥的输出电压u1和u2保持同步，这样，当晶闸管每次承受正向电压刚过零时，与之相应的每一个梯形波电压的前沿都从零开始上升，触发电路产生的第一个脉冲，使得晶闸管导通，第一次充电经过的时间所对应的电度角就是控制角a。上一页下一页返回一、知识准备

由图可见，两个晶闸管的每一次触发都具有相同的控制角，从而保证了输出电流和输出电压的稳定。调节充电回路中Rp的大小，可改变控制角a的大小，达到调节输出电压的目的。上一页返回二、任务实施1.连接电路图理解调光灯电路原理如图7-17所示，并在万能板上按图连接电路。其中，桥式可控整流电路的作用，是将生活用电的交流电压变换为单向脉动电压;而单结晶体管触发电路的作用，是给晶闸管的控制极和阴极加上触发电压，使晶闸管能够导通。当顺时针旋转带开关电位器Rp时，直流平均输出电压增加，从而控制指示灯变亮;逆时针旋转时则相反。

2.元器件核对与检测参照电路原理图核对元器件数目、型号(如表7-2所列)，并在安装前使用万用表检测所需元器件是否处于正常工作状态。下一页返回二、任务实施3.安装与调试按图7-17连接好电路。检查合格后，接通220V交流电源，当正确完成电路安装后，调节Rp，可以看到灯泡的亮度在不断变化。

4.故障分析当安装完成后，出现以下故障时，应仔细检查线路，并根据电路原理图分析故障产生的原因进行排除。

(1)调光不正常;(2)灯泡不亮。上一页返回三、能力与知识拓展—使用双向晶闸管进行调光灯设计

在交流调压电路中，通常采用正、反两个方向都能触发导通的双向晶闸管代替两个反向并联的晶闸管。图7-18所示为双向晶闸管实物外形图，图7-19所示为双向晶闸管引脚排列图。双向晶闸管的典型电路如图7-20所示。主电路由电源开关S,电感L(起滤波作用，防止干路电流中的高次谐波对附近收音机等电器产生干扰)、双向晶闸管VS及灯泡EL组成。VS相当于正、反向并接的两只晶闸管，无论电源电压处于正半周或负半周，等效的两只晶闸管总有一只导通，另外一只截止(导通角相同)。下一页返回三、能力与知识拓展—使用双向晶闸管进行调光灯设计

该双向晶闸管VS的控制信号由亮度调节电位器Rp1、微调电位器Rp2(用户无须调节)、电阻R1和R2,电容C以及双向二极管VD所