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任务三 晶闸管变流技术 项目一　 晶闸管的单向导电性及测试 项目二　 设计并安装一套单相桥式可控调 压电路 项目三　 单结晶体管触发电路的装接与调试

Tianjin Engineering Technical Institute. 任务三 晶闸管变流技术 项目一　 晶闸管的单向导电性及测试 项目二　 设计并安装一套单相桥式可控调 压电路 项目三　 单结晶体管触发电路的装接与调试. Tianjin Engineering Technical Institute. 项目一　 晶闸管的单向导电性及测试 一、晶闸管的结构及工作原理

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任务三 晶闸管变流技术 项目一　 晶闸管的单向导电性及测试 项目二　 设计并安装一套单相桥式可控调 压电路 项目三　 单结晶体管触发电路的装接与调试

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  1. Tianjin Engineering Technical Institute 任务三 晶闸管变流技术 项目一　晶闸管的单向导电性及测试 项目二　设计并安装一套单相桥式可控调 压电路 项目三　单结晶体管触发电路的装接与调试

  2. Tianjin Engineering Technical Institute 项目一　晶闸管的单向导电性及测试 一、晶闸管的结构及工作原理 晶闸管从２０世纪６０年代开始生产、使用以来，发展到现在已成为电力电子器件中品种最多、数量最大的一类，由于它耐压高、电流容量大以及开通的可控性，已被广泛应用于可控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为低频、大功率变流装置中的主要器件。

  3. Tianjin Engineering Technical Institute １、晶闸管的结构 • 晶闸管由四层硅半导体（P1 、N1、 P2、N2)组成，由此形成三个ＰＮ结，并分别从P1N2及P2端引出三个电极，即阳极Ａ、阴极Ｋ、门极Ｇ，如图所示。

  4. Tianjin Engineering Technical Institute ２、晶闸管的工作原理 在晶闸管的阳极加上正向电压后，ＩＧ流入晶体管Ｖ２的基极，Ｖ２的基极电流同时又是Ｖ１的集电极电流；Ｖ２集电极电流又是Ｖ１的基极电流，一旦有足够的门极电流流入时，就形成强烈的正反馈，即 Ig Ib2 Ic2(=β2Ib2) =Ib1 Ic1 (=β2Ib2) 瞬时使两晶体管饱和导通即晶闸管导通。

  5. Tianjin Engineering Technical Institute 阳极伏安特性 • 若要使晶闸管关断，可以在阳极Ａ所施加的正向电压；或者向阳极施加反压；或者设法使流过晶闸管的电流降低到接近于维持电流以下。 • 由于通过门极可以控制晶闸管的开通；而通过门极不能控制晶闸管的关断，晶闸管才被称为半控型器件。

  6. Tianjin Engineering Technical Institute 二、导通与关断条件1.导通实验

  7. 2.关断实验 Tianjin Engineering Technical Institute

  8. Tianjin Engineering Technical Institute 3、导通与关断条件 *导通条件：阳极电压与门极电压同时为正向电压；阳极电流大于维持电流 *关断条件：阳极电压为反向电压；增大负载电阻使阳极电流小于维持电流

  9. Tianjin Engineering Technical Institute 三、万用表测极间电阻 1、鉴别晶闸管的好坏 用万用表R×1K的电阻档测量两只晶闸管的阳极（A）与阴极（K）之间以及用R×10或R×100档测量两只晶闸管的门极（G）与阴极之间正反向电阻并将所测数据填入表中以判断被测晶闸管的好坏。 2、测量晶闸管门极与阴极之间正向电阻 有时会发现表的旋钮放在不同电阻档的位置，读出的RGK欧姆值相差很大。在测试晶闸管各极间的阻值时其旋钮应放在同一档测量为准。

  10. Tianjin Engineering Technical Institute 3、测量晶闸管门极与阴极之间正反向电阻 旋钮放在R×10档时发现有的管正反向电阻很接近，约为几百欧姆。出现这现象还不能判断被测管已损坏，而要留心观察正反向电阻虽然很接近，只要正向电阻值比反向电阻值小一些，一般说被测管还是好的。 4、测量晶闸管极间电阻时，特别在测量门极与阴极间的电阻时，不要用R×10K档以防止损坏门极，一般应放在R×10档测量为准 。

  11. Tianjin Engineering Technical Institute 【教师提问】： 1、如何根据测量电阻判定门极与阴极？ 2、测量时用×1档、×10档、×10K档有区别吗？ 3、门极是红表笔还是黑表笔？ 【学生分组研究讨论去获得答案】 四、导电性测试 【教师设计题目：提供直流电源、直流电灯、晶闸管、滑线电阻、毫安表来按图接线，并测量维持电流IH。】我们一起来练练手吧！

  12. Tianjin Engineering Technical Institute 现场操作：晶闸管关断条件实验电路运行与测量 电路运行： 合上门极开关，晶闸管导通，灯泡发亮； 断开门极开关，再合上阳极开关，灯泡熄灭。

  13. Tianjin Engineering Technical Institute *参数测定： 晶闸管导通后，断开门极开关，调节滑线电阻，使负载电源电压减小，这时灯泡慢慢地暗淡下来，使流过晶闸管的阳极电流逐渐地减小到某值（一般几十毫安），毫安表指针突然降到零，然后再调节滑线电阻使负载电源电压再升高，这时观察灯不再发亮，这说明晶闸管已完全关断，恢复阻断状态。 毫安表从某值突然降到零，此电流为维持电流。

  14. Tianjin Engineering Technical Institute *教学难点： 1、晶闸管的导通和关断条件是什么？ 2、万用表测量极间电阻时应注意什么？用×1档、×10档、×10K档有区别吗？ 3、维持电流参数测定时注意什么？ *学生快乐互动活动： 【多媒体展示：按顺序轻松连线吧！】 【门极】 【阳极】 【阴极】 【导通条件】【关断条件】 【测量】 【读数】 【万用表】 【滑线电阻】 【毫安表】【维持电流】 【R×10档】 【极间电阻】 【鉴别好坏】

  15. Tianjin Engineering Technical Institute *课堂小结： 我们这堂课除了对所学过的用万用表测电阻复习以外，更重要的是学习了晶闸管的导通和关断条件、鉴别管子好坏及参数测量方法。同时提高了一定的技能操作水平。 *课外作业： 1、鉴别管子好坏时，万用表的红表笔与黑表笔分别对应的是门极还是阴极？为什么？ 2、写出技能操作题目规范的操作步骤：晶闸管参数测量及评价

  16. Tianjin Engineering Technical Institute 项目二： 设计并安装一套单相桥式可控调压电路 课 型:授课与实践相结合 知识目标:通过教学使学生理解和掌握单相桥 式工作原理，并应用于实际 能力目标:使学生在工作中能够安装并调试单相桥式电路 教学重点:单相桥式可控调压电路设计与安装

  17. Tianjin Engineering Technical Institute 一、单相半波整流电路 1、电阻性负载 (Resistive Load） 在u2的正半周内晶闸管加上正向阳极电压，但在α期间，由于未加触发脉冲，所以晶闸管无法导通，负载Rd中没有电流流过，负载两端电压ud=0，晶闸管VT承受全部u2电压。

  18. Tianjin Engineering Technical Institute • 当ωt=α时，晶闸管门极加上触发脉冲ug，VT立即导通，电源电压u2全部加在Rd上（忽略晶闸管电压降）。当管子导通到ωt=π时，u2降至零，晶闸管因流过它的电流随着下降到零、小于管子的维持电流而关断，此时id、ud又为零。

  19. Tianjin Engineering Technical Institute 在u2负半周期间，VT因承受反压而阻断。直至下一个周期，再加上触发脉冲时，晶闸管再重新导通。当u2电压的每一个周期都以恒定的α加上触发脉冲，则负载Rd上就能得到稳定的缺角半波电压波形。 *移相角α(Firing Angle) —亦称控制角，它是把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电角度。改变α的大小即改变触发脉冲在每周期内出现的时刻，α的移相范围为0～π，α+θ=π。

  20. Tianjin Engineering Technical Institute 导通角θ(conduction Angle) 它是指晶闸管在一个周期内导通的电角度 输出端的直流电压Ud 在一个周期内面积的平均值，当控制角α从π向零方向变化即触发脉冲向左移动时，负载直流电压Ud从零到0.45U2之间连续变化，起 到直流电压连续可调的目的。 Ud=0.45 U2(1+cosα)/2 Id= Ud /Rd Kf=I/Id=1.57

  21. Tianjin Engineering Technical Institute 2、电感性负载(Inductance Load) • 由于电路中存在电感,流过电感Ld中的电流变化时,要产生自感电动势,它起阻碍电流变化的作用。当电流增大时，电动势阻碍电流增大，其方向与电流方向相反；

  22. Tianjin Engineering Technical Institute 当电流减小时，电动势阻碍电流减小，其方向与电流方向相同，只要电动势在数值上大于电源负电压值，晶闸管仍承受正压继续维持导通，自感电动势力图阻止电流的减小。 随着u2反向继续增大，当u2与电动势在数值上相等时，晶闸管因正向电压为零而关断，之后并立即承受反压。 此期间，电感中储藏的磁场能量继续释放，一部分消耗在负载Rd上，另一部分反送到电源，到电流下降到零，电感能量释放完毕。从图中可以看到工作时的波形。

  23. Tianjin Engineering Technical Institute 当α=0˚时，电流连续， 当α=60˚时，电流断续， 二、单相全波整流电路 1、电阻性负载(Resistive Load） 当输入交流电压为正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，加入触发脉冲导通后，VT2处于反向电压呈阻断状态，电流由电源（+）经VT1、Rd流向电源（-）；

  24. Tianjin Engineering Technical Institute • 当输入交流电压为负半周时，VT2导通，VT1在电源电压过零时已关断。 • 电流由电源（+）经VT2、Rd流向电源（-），一个周期内负载上得到两个半波电压。 • 输出直流电压是单相半波可控整流时的2倍。

  25. Tianjin Engineering Technical Institute • 在电阻负载时晶闸管可能承受的最大正向电压为U2，而最大反向电压为2U2，这一点在选择晶闸管时必须注意。 • Ud=0.9 U2(1+cosα)/2 • Id= Ud /Rd Kf=I/Id=1.11

  26. Tianjin Engineering Technical Institute 2、电感性负载(Inductance Load) • 由于电感的储能作用，负载电流连续，每个晶闸管导通180˚，电流波形不随控制角α变化。 • 例如，α=90˚触发VT1，VT1可一直导通到电源负半周的峰值，即触发VT2时为止，此时VT2承受的最大正向电压亦为2√２U2。

  27. Tianjin Engineering Technical Institute 三、单相桥式整流电路１、单相半控桥式电路 • 当电源电压处于正半周时，VT1管阳极电位高，触发VT1管导通，电流经VT1-Rd-VD2路径流通，此时VT2、VD1均承受反压，正半周结束时VT1关断；

  28. Tianjin Engineering Technical Institute • 当电源电压处于负半周时，触发VT2管，电流经路径VT2- Rd -VD1流通，负载电压波形与全波一致。 • IdT=180°-α/360°Id • IdD=2α/360°Id

  29. Tianjin Engineering Technical Institute 在实际运行时，当突然把控制角增大到180°或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通而两个二极管轮流导通的失控现象。 　　上述情况下需加接续流二极管，接入后，当电源电压降到零时，负载电流经续流管续流，使桥路直流输出端只有1V的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断，这样就不会出现失控现象了。

  30. Tianjin Engineering Technical Institute ２、单相全控桥式电路 ①电感性负载(Inductance Load) • 当电源电压为正半周，控制角α时同时触发晶闸管VT1、VT4导通，电源电压加于负载上，当电源电压过零变负时，由于Ld上反电动势的作用，通过VT1、VT4维持电流继续流通。直至下半周同一控制角α所对应的时刻，触发VT2、VT3管导通，VT1、VT4因承受反压而关断，负载电流改由VT2、VT3回路供给。控制角α在0°～90°内变化时，负载电压从0.9 U2下降到零,每个晶闸管轮流导通180°。整流桥路输入的交流电流为正负对称的矩形波形且与U2波形有α的相移。

  31. Tianjin Engineering Technical Institute ②反电动势负载 （Back EMF load） • 充电蓄电池、直流电动机等负载本身具有一定的直流电动势，对可控整流电路来说，是一种反电动势性质的负载。只有整流电压Ud的瞬时值大于负载电动势E时，整流桥路中的晶闸管才能承受正压而触发导通，整流桥路才有电流id输出。

  32. Tianjin Engineering Technical Institute • 四、设计并安装可控调压电路 • 1、设计并绘制电路图 • 利用熔断器、整流桥、白炽灯、电位器、电解电容、开关，设计单相桥式可控调压电路，要求电路图设计正确合理，思路清晰。 • 2、筛选检查元件 • 利用万用表测试晶闸管的好坏；测试二极管的正向电阻；测试电位器电阻；测试电解电容充放电；测试面包板的端子连接情况以及灯具的好坏，一切工作就绪准备接线。

  33. Tianjin Engineering Technical Institute • 3、安装接线 • 按电路图合理布局，固定元器件的位置，开始在面包板上接线，要求接线合理美观，防止极性元件接错或发生接触不良。 • 4、通电实验按钮 • 通电调试使电路触发，调电位器看灯泡亮度，通电调试要求一次成功。 • 评分记录表来核定成绩

  34. Tianjin Engineering Technical Institute • 提供元器件: • 绝缘导线、晶闸管、二极管、电解电容、电位器、万用表、白炽灯及灯座、面包板、配线板、单相交流电源、熔断器、单掷开关、白纸、劳保用品、电工通用工具

  35. Tianjin Engineering Technical Institute • 电路工作情况： • 通过电桥把交流变为直流；由可调电阻和电容构成充放电回路形成触发电流和电压；晶闸管触发导通后给电灯供电，电阻小充电快使α减小Ud增大，灯光更亮了，反之亦然。

  36. Tianjin Engineering Technical Institute *课堂小结： 1、单相半波电路的控制角移相范围？ 2、单相全波电路管子两端压降为何是2U2 3、单相半控电路的失控现象是如何产生的？ 4、分析单相全控桥电路反电动势负载的波形。 *课外作业： 设计几个方案的舞台灯光调光电路。

  37. Tianjin Engineering Technical Institute • 项目三：单结晶体管触发电路的装接与调试 • 课 型:授课与实践相结合 • 知识目标:通过教学使学生理解和掌握触发 电路的工作原理，并应用于实际 • 能力目标:使学生能够安装并调试自激振荡触发电路 • 教学重点:自激振荡触发电路安装与调试

  38. Tianjin Engineering Technical Institute 一、单结晶体管的结构与特性（Unijunction transistor） 1、结构 在一块高电阻率的N型硅半导体基片上，引出两个电极。在两个基极之间，设法掺入P型杂质铝，引出电极成为发射极，由于只有一个PN结，故称单结晶体管。

  39. Tianjin Engineering Technical Institute 2、特性 1）当Q1断开Q2闭时，外加基极电压Rb1Rb2分压,UA=ηUbb 2）当Ubb断开，Q1闭合加上Ue时，二极管与Rb1组成串联电路，发射极电压与电流的伏安特性如图所示。

  40. Tianjin Engineering Technical Institute • 3）管子加上一定的基极电压，Ue从零开始增大，当小于UA时，二极管反偏，只有很小的反向漏电流；当Ue再增大，二极管开始正偏，到峰值电压时，发射极电流显著增大，Rb1减小，

  41. Tianjin Engineering Technical Institute 出现一个与常规相反的现象，电压随电流的增大而减小，即动态电阻为负值，这就是单结晶体管所特有的负阻特性。 4）随着电压的逐渐减小，小于谷点电压时管子将重新截止。 二、自激振荡电路 1、电容充电 当加上直流电压后，R1、R2在单结晶体管两个基极之间按分压比分压；另一路通过Re对电容C充电，Ue为电容两端电压Uc按指数曲线渐渐上升，当Ue<Up时，管子e.b1之间处于截止状态，随着Uc值增大，伏安特性上沿着曲线经M上升

  42. Tianjin Engineering Technical Institute 2、电流突跳与电容放电 • 到达峰点P，电容电压Uc>Up，管子e.b1间的电阻突然变小而开始导通。由于电容电压不能突变，电流突跳，工作点从P点跳到N点，电容开始向电阻放电，在R1上得到很窄的尖脉冲。

  43. Tianjin Engineering Technical Institute 3、电流突跳与再充电 当工作点移到V点，由于电容电压不能突变，工作点从V点突变到M点，接着电源又重新对电容充电，调节充电电阻即可改变振荡频率。 • 充电时间常数τ充=ReC； • 放电时间常数τ放=(Rb1+R1)C • 振荡频率为:f=1/ [ReCln(1/1-η)]

  44. Tianjin Engineering Technical Institute 三、实际调试电路 在实际调试电路时，将Re过份减小，会突然变为只输出一只脉冲。因为当电容第一次被充到U值，单结管导通后，由于Re值小，流过单结管的电流大于谷点电流，所以单结管无法关断，直到电源电压降到梯形波右斜边时，单结管的电流才小于谷点电流而关断，所以只出现一只脉冲。为了保证Re调到最小时仍输出脉冲，算出最小值作为串联的固定电阻。

  45. Tianjin Engineering Technical Institute 四、触发电路的装接与调试 1、按图装接电路 按图装接电路检查电路装接情况。 2、通电试验 先断开触发部分而后接通电源。

  46. Tianjin Engineering Technical Institute 3、测电压观察波形 测量变压器次级电压应为48V；测量稳压管两端直流电压应为20V；正确使用示波器；观察稳压管两端波形；观察输出脉冲波形。 4、检查移相范围 调节电阻,观察锯齿波,应满足150°。

  47. Tianjin Engineering Technical Institute 5、检查脉冲宽度 正向脉冲宽度为5毫 秒 6、其他实用电路：（可作调光、调压、电熨斗、电炉调温之用）

  48. Tianjin Engineering Technical Institute *课堂小结 1、简述自激振荡电路工作原理？ 2、脉冲的宽度与幅值都能调节吗？ 3、移相角与调节电阻之间的关系？ 4、哪些参数可以改变振荡频率？ *现场操作 装接并调试单结晶体管触发电路 *课外作业 试一试安装实用的调温电路

  49. Tianjin Engineering Technical Institute 谢谢大家 欢迎指导！ 机电工程系 戴春芳

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