可控硅晶閘管調(diào)光電路的制作與設(shè)計(jì)

晶閘管調(diào)光電路的制作與設(shè)計(jì)

晶閘管被廣泛用于工業(yè)、交通、家用電器等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓、電機(jī)調(diào)速、交流開關(guān)、路燈自動(dòng)開啟與關(guān)閉、溫度控制、臺(tái)燈調(diào)光、舞臺(tái)調(diào)光和可控整流等功能。本項(xiàng)目通過對(duì)晶閘管調(diào)光電路的制作，來完成晶閘管調(diào)光電路的識(shí)讀、檢測與調(diào)試的任務(wù)。技能目標(biāo)①調(diào)光電路元器件識(shí)別②了解晶閘管調(diào)光電路元件的檢測方法③了解可控硅調(diào)光電路的制作步驟和注意事項(xiàng)技能目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)①正確識(shí)讀晶閘管調(diào)光電路圖②熟悉晶閘管調(diào)光電路的故障處理方法③熟悉單面印制電路板制作過程制作設(shè)計(jì)制作與設(shè)計(jì)要求①學(xué)習(xí)印制電路板圖設(shè)計(jì)的方法②掌握調(diào)光燈的電路設(shè)計(jì)思路③掌握印制電路板設(shè)計(jì)步驟④印制電路板圖的設(shè)計(jì)基本要求⑤印制電路板布局的設(shè)計(jì)原則任務(wù)一調(diào)光電路元器件識(shí)別、參數(shù)與檢測

調(diào)光器主要由雙向晶閘管、雙向二極管、電位器和電阻、電容組成，如圖3-1所示。操作1判別晶體管的好壞調(diào)光電路制作所用元器件及參數(shù)，如表3-1所示。操作1判別晶體管的好壞操作2晶閘管調(diào)光電路元器件檢測(1)雙向晶閘管VS的檢測雙向晶閘管的檢測，如表3-2所示。操作2晶閘管調(diào)光電路元器件檢測操作2晶閘管調(diào)光電路元器件檢測（2）雙向二極管VD的檢測雙向二極管的檢測見表3-3所示。操作2晶閘管調(diào)光電路元器件檢測（3）晶閘管調(diào)光電路元器件功能，如表3-4所示任務(wù)二印制電路板的制作

雖然單面印制電路板的人工制作工藝細(xì)節(jié)十分復(fù)雜，但還是有章可循的。其工藝流程可概括為：繪圖→裁板→打磨→描圖→涂漆→腐蝕→除漆→鉆孔→涂層。單面印制電路板的人工制作過程要領(lǐng)如表3-5所示。任務(wù)三調(diào)光電路的安裝工藝

晶閘管調(diào)光電路安裝所用元器件布局圖、印制板圖和裝配圖，如圖3-2所示。在安裝過程中，建議按如下工藝流程進(jìn)行：檢測元器件質(zhì)量→安裝電阻→安裝雙向二極管→安裝電容→安裝雙向晶閘管→安裝帶開關(guān)電位器→安裝銅柱（接線柱）。操作1晶閘管調(diào)光電路安裝工藝1）圖3-3所示的是雙向晶閘管外形和電路圖形符號(hào)圖。在焊接雙向晶閘管VS時(shí)特別要注意極性，裝插時(shí)千萬不要插錯(cuò)。

2）焊接完后，認(rèn)真檢查電路有無虛焊、錯(cuò)焊等。檢查無誤后，方可外接燈泡負(fù)載及交流電源，以便通電測試。

3）由于電路直接與交流電網(wǎng)相連，整個(gè)電路都帶有交流電，所有在通電時(shí)必須注意安全，防止觸電。

4）由于電路是通過燈泡與交流220V電壓構(gòu)成回路的，所以不接燈，電路將不能工作。操作2晶閘管調(diào)光電路制作注意事項(xiàng)任務(wù)四晶閘管調(diào)光電路檢測與常見故障維修

晶閘管調(diào)光電路安裝完成后，能否正常工作，檢測是關(guān)鍵。檢測過程如下。

1）電路接上燈，通電。

2）將萬用表置于交流250V擋，紅、黑表筆接燈兩端，由大到小地逐漸緩慢調(diào)整RP阻值，萬用表指針指示電壓應(yīng)由小變大，此時(shí)燈由暗變亮；反之，燈應(yīng)由亮變暗。

3）電路輸出功率的大小與晶閘管額定平均電流大小有關(guān)。如果選用平均電流為3A、6A等大容量的雙向晶閘管器件，則負(fù)載上獲得的功率可以增大到300W。結(jié)論：滿足上述1）、2）兩點(diǎn)，說明晶閘管調(diào)光電路制作成功。操作1晶閘管調(diào)光電路的檢測晶閘管調(diào)光電路常見故障維修，如表3-6所示。操作2晶閘管調(diào)光電路常見故障維修任務(wù)五調(diào)光電路的設(shè)計(jì)思路1）晶閘管調(diào)光燈輸出電壓范圍控制在120～210V比較合適。

2）帶負(fù)載的能力（指輸出電流的能力），輸出電流為500mA，輸出功率為100W。操作1調(diào)光燈技術(shù)指標(biāo)和性能的確定

依據(jù)以上實(shí)訓(xùn)操作的過程，可以總結(jié)出調(diào)光電路的設(shè)計(jì)思路。由調(diào)光燈的指標(biāo)和性能，進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)工作。由于要求輸出電壓在120～210V之間并且可調(diào)。結(jié)合專業(yè)課的知識(shí)可知，選擇晶閘管這種元器件能滿足性能的要求。那么，是選用單向晶閘管，還是雙向晶閘管呢，這取決于誰能滿足調(diào)壓的范圍。顯然雙向晶閘管能解決這個(gè)問題。當(dāng)選用雙向晶閘管時(shí)，接下來的問題就是雙向晶閘管的觸發(fā)和其他細(xì)節(jié)問題。依據(jù)專業(yè)知識(shí)，雙向二極管能滿足雙向觸發(fā)。于是可以進(jìn)行簡單的計(jì)算、畫出草圖，選擇元器件參數(shù)（滿足帶負(fù)載的能力），搭建電路進(jìn)行試驗(yàn)。綜上所述，調(diào)光電路的設(shè)計(jì)思路框圖如圖3-4所示。操作2調(diào)光電路的設(shè)計(jì)思路任務(wù)六調(diào)光電路原理圖識(shí)讀晶閘管調(diào)光電路原理圖，如圖3-5所示。操作1晶閘管調(diào)光電路原理圖

根據(jù)圖3-5所示的電路，在給出如圖3-6(a)所示信號(hào)時(shí)，其工作過程為：閉合開關(guān)S，在交流電壓波形正半周期內(nèi)，UC↑→VD導(dǎo)通↑→UG↑［電壓波形如圖3-6（b）所示］→雙向晶閘管VS導(dǎo)通［電壓波形如圖3-6（c）所示］→控制負(fù)載的工作［電壓波形如圖3-6（d）所示］。當(dāng)交流電下降為零時(shí)，u=0→uK=0→晶閘管VS關(guān)斷。在交流電的負(fù)半周期內(nèi)，工作過程重復(fù)上述過程，同樣使雙向晶閘管得到一個(gè)反向觸發(fā)電壓。此電壓作為晶閘管VS的觸發(fā)信號(hào)。操作2晶閘管調(diào)光電路工作原理操作2晶閘管調(diào)光電路工作原理

特別是在電路中調(diào)節(jié)RP的阻值，即可改變RC時(shí)間常數(shù)，這個(gè)充電時(shí)間常數(shù)的改變，也就改變了晶閘管控制角θ?？刂平铅鹊母淖?，使得晶閘管輸出電壓（即負(fù)載兩端的電壓）大小也相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)RP調(diào)到阻值較大時(shí)，電容Ｃ充到雙向觸發(fā)二極管轉(zhuǎn)折電壓的時(shí)間較長，因此晶閘管的導(dǎo)通角θ比較小，負(fù)載得到的功率也就較??；反之，當(dāng)RP調(diào)到阻值較小時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角θ就比較大，負(fù)載得到較大的功率。因此，調(diào)節(jié)RP就能控制照明燈的亮與暗。操作2晶閘管調(diào)光電路工作原理

波形圖如圖3-6所示。如此周而復(fù)始，在負(fù)載上形成了圖3-6（d）所示的電壓（uL)波形。操作3波形圖

晶閘管調(diào)光電路框圖，如圖3-7所示。

根據(jù)原理圖的識(shí)讀可以知道，晶閘管調(diào)光器由雙向晶閘管開關(guān)電路、觸發(fā)電路和負(fù)載三部分組成。本電路直接由交流電220V電壓供電。220V正弦交流電→負(fù)載→雙向可控硅形成回路。雙向晶閘管的導(dǎo)通程度由觸發(fā)電路控制。操作4框圖任務(wù)七印制電路板圖的設(shè)計(jì)（1）印制電路板圖設(shè)計(jì)的方法印制電路板圖的設(shè)計(jì)有手工設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）方法兩種。最原始的是手工印制電路板圖。這比較費(fèi)事，往往要反復(fù)幾次，才能最后完成。在沒有其他繪圖設(shè)備時(shí)也可以采用，這種手工印制電路板圖方法對(duì)剛學(xué)習(xí)印制電路板圖設(shè)計(jì)者來說也是很有幫助的。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)完成印制電路板圖，也就是平常所說“電子線路CAD”這門課程。目前應(yīng)用比較流行，并且有多種軟件，功能各異。操作1印制電路板圖設(shè)計(jì)的方法和基本要求（2）印制電路板圖的設(shè)計(jì)基本要求印制電路板圖設(shè)計(jì)的具體要求，如表3-7所示。操作1印制電路板圖設(shè)計(jì)的方法和基本要求

在確定印制電路板所需的尺寸后，根據(jù)原理圖，將特殊元件的位置初步確定下來，再確定其他各個(gè)元器件位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。具體的印制電路板布局的設(shè)計(jì)原則，如表3-8所示。操作2印制電路板布局的設(shè)計(jì)原則任務(wù)八晶閘管交流調(diào)壓器

晶閘管交流調(diào)壓器電路主要由二極管、晶閘管、單結(jié)晶體管、阻容元件和負(fù)載組成。圖3-8所示的是電路原理圖。操作1電路原理圖

晶閘管交流調(diào)壓器由可控整流電路和觸發(fā)電路兩部分組成，其電路原理圖如圖3-11所示。從圖中可知，二極管D1～D4組成橋式整流電路，單結(jié)晶體管T1構(gòu)成張弛振蕩器作為晶閘管的同步觸發(fā)電路。當(dāng)調(diào)壓器接上市電后，220V交流電通過負(fù)載電阻RL經(jīng)二極管D1～D4整流，在晶閘管VS的A、K兩端形成一個(gè)脈動(dòng)直流電壓，該電壓由電阻R1降壓后作為觸發(fā)電路的直流電源。在交流電的正半周時(shí)，整流電壓通過R4、RP對(duì)電容C充電。當(dāng)充電電壓UC達(dá)到V1管的峰值電壓Up時(shí)，V1管由截止變?yōu)閷?dǎo)通，于是電容C通過V1管的e、b結(jié)和R2迅速放電，結(jié)果在R2上獲得一個(gè)尖脈沖。這個(gè)脈沖作為控制信號(hào)送到晶閘管VS的控制極，使晶閘管導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后的管壓降很低，一般小于1V，所以張弛振蕩器停止工作。當(dāng)交流電通過零點(diǎn)時(shí)，晶閘管自關(guān)斷。當(dāng)交流電在負(fù)半周時(shí)，電容C又重新充電如此周而復(fù)始，便可調(diào)整負(fù)載RL上的功率了。操作2電路工作原理

特別是在電路中調(diào)節(jié)RP的阻值，即可改變RC時(shí)間常數(shù)，這個(gè)充電時(shí)間常數(shù)的改變，也就改變了晶閘管控制角θ。控制角θ的改變，晶閘管輸出電壓（即負(fù)載兩端的電壓）大小也相應(yīng)發(fā)生變化。操作2電路工作原理

調(diào)壓器的調(diào)節(jié)電位器選用阻值為470kΩ的WH114-1型合成碳膜電位器，這種電位器可以直接焊在電路板上，電阻除R1要用功率為1W的金屬膜電阻外，其余的都用功率為1/8W的碳膜電阻。D1～D4選用反向擊穿電壓大于300V、最大整流電流大于0.3A的硅整流二極管,如2CZ21B、2CZ83E、2DP3B等。VS選用正向與反向電壓大于600V、額定平均電流大于1A的晶閘管整流器件，如國產(chǎn)3CT系列。具體如表3-9所示。操作3元器件清單和選擇

用ProtelDXP軟件繪制圖3-8的電路原理圖，依據(jù)這張?jiān)韴D生成印制電路板圖和3D效果圖，如圖3-9所示。操作4印制電路板項(xiàng)目評(píng)估1.評(píng)估檢查(1)調(diào)光電路制作評(píng)估結(jié)合制作、調(diào)試和維修過程，測量元器件各極電壓，填寫到表3-10中（滿分10分）。