晶閘管調(diào)光臺(tái)燈電路設(shè)計(jì).doc

晶閘管調(diào)光臺(tái)燈電路設(shè)計(jì)系別：電氣工程系班級(jí)：南車時(shí)代電氣IGBT訂單班工藝2班姓名：徐江學(xué)號(hào)：201001340310指導(dǎo)老師：嚴(yán)俊2012年4月25日目錄第一章 緒論 1.1晶閘管的發(fā)展 1.2電子調(diào)光電路的作用 1.3電子調(diào)光電路對(duì)大學(xué)生的意義 1.4設(shè)計(jì)思路第二章 晶閘管調(diào)光臺(tái)燈電路設(shè)計(jì) 2.1調(diào)光臺(tái)燈電路原理圖及分析 2.2認(rèn)識(shí)晶閘管和單結(jié)晶體管第三章 晶閘管調(diào)光臺(tái)燈元器件選擇 3.1觸發(fā)電路各元件的選擇 3.2元件型號(hào)一覽表第四章 總結(jié) 第一章 緒論11晶閘管的發(fā)展晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱為電力電子技術(shù)史前期，1904年出現(xiàn)了電子管，它能在真空中電子流進(jìn)行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。1947年美國(guó)著名的貝爾實(shí)驗(yàn)發(fā)明了晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一場(chǎng)革命。 晶閘管是一種半控型器件，是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又稱作可控硅整流器（SCR）。1957年美國(guó)通用電器公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使其應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的，從而開辟了電力電子技術(shù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代，其標(biāo)志就是以晶閘管為代表的電力半導(dǎo)體器件的廣泛應(yīng)用，有人稱之為繼晶體管發(fā)明和應(yīng)用之后的又一次電子技術(shù)改革。1.2電子調(diào)光電路的作用隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)生活水平的要求越來越高。如今患近視病的人越來越多，這不僅僅是因?yàn)橛醚圻^度所引起的，還與我們工作環(huán)境的光線程度有密切的關(guān)系。為了讓我們能在一個(gè)舒適的光線下工作，故設(shè)計(jì)該產(chǎn)品，以便我們能人工改變工作環(huán)境的光線強(qiáng)度。這不僅僅大大降低我們換眼疾的概率，還可以節(jié)能！電子調(diào)光電路應(yīng)用非常廣泛，尤其是一般市售臺(tái)燈調(diào)光電路上?；径疾捎秒娮邮降恼{(diào)光電路，有的高檔臺(tái)燈能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)光，普通臺(tái)燈則是有極調(diào)光，可見電子調(diào)光在一些燈具上面用途是非常廣泛的。給我們的生活帶來了方便。由此可見電子調(diào)光的電路的商業(yè)潛在價(jià)值也是很大的。1.3電子調(diào)光電路對(duì)大學(xué)生的意義作為大學(xué)生的我們。在很多制作過程之中很多東西都需要用一些特定的調(diào)壓電路作為驅(qū)動(dòng)裝置。因此，電子調(diào)光電路對(duì)我們而言都是一個(gè)非常常見而且必須的電路，故自己便選擇制作電子調(diào)光電路。而且，在我們剛接觸的課程設(shè)計(jì)之中，電子調(diào)光電路的制作相對(duì)簡(jiǎn)單些，也為我們以后制作實(shí)物做個(gè)鋪墊。同時(shí)，也為我們今后制作培養(yǎng)感情，不至于很討厭甚至于害怕！1.4設(shè)計(jì)思路市場(chǎng)一般是220V交流電，但是電子調(diào)光電路中選用的是低電壓直流燈泡。故此電路中需要變壓器和整理電路，另外需要控制燈泡的亮度，所以需要一個(gè)控制電路，從而對(duì)輸出電壓占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，這里還需一個(gè)斬波電路，從而來控制燈泡亮度。 電子調(diào)光電路課程設(shè)計(jì)綜合了電力電子技術(shù)中的許多理論知識(shí)，他使理論知識(shí)得到了更好的鞏固，并使理論知識(shí)與實(shí)際問題相聯(lián)系。其中主要用到的基礎(chǔ)知識(shí)有升降壓斬波電路和整流電路的工作原理和應(yīng)用以及晶閘管的應(yīng)用等。第二章 晶閘管調(diào)光臺(tái)燈電路設(shè)計(jì)2.1電子調(diào)光電路原理圖及分析分析：可控整流電路的作用是把交流電變換為電壓值可以調(diào)節(jié)的直流電。上圖所示為單相半控橋式整流實(shí)驗(yàn)電路。該調(diào)光電路分主電路和觸發(fā)電路兩大部分。主電路是由負(fù)載EL（燈泡）和晶閘管VT組成的單相半波整流電路，觸發(fā)電路是由單結(jié)晶體管BT及一些阻容元件構(gòu)成的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。改變晶閘管BT的導(dǎo)通角，便可以調(diào)節(jié)主電路的可控輸出整流電壓（或電流）的數(shù)值，這點(diǎn)可由燈泡負(fù)載的亮度變化看出來。晶閘管導(dǎo)通角的大小決定了觸發(fā)脈沖的頻率f，由公式可知，當(dāng)單結(jié)晶體管的分壓比 （一般在0.50.8之間）及電容C值固定時(shí)，則頻率f大小由R決定，因此，通過調(diào)節(jié)RP，使可以改變觸發(fā)脈沖頻率，主電路的輸出電壓也隨之改變，從而達(dá)到可控電壓的目的。2.1.1 單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路 單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和RC電路的充放特性組成頻率可調(diào)的震蕩電路，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶閘管的G極。電源接通后，Vbb通過RP、RE向C充電，電容電壓Uc上升。當(dāng)Uc上升到UeUp時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電容C通過R1迅速放電，在R1上形成脈沖電壓。電容C放電，Ue降，當(dāng)UeUv時(shí)，單結(jié)晶體管截至，放電結(jié)束。電容再次充電，重復(fù)上述過程。 改變Rp的大小，可以調(diào)節(jié)電容充放電的快慢從而改變輸出脈沖的頻率。22認(rèn)識(shí)閘管和單結(jié)晶體管2.2.1普通晶閘管1、結(jié)構(gòu)和符號(hào) 晶閘管主要有塑封型、小型平面型和螺旋等幾種。晶閘管有三個(gè)電極：陽極a、陰極k和門極g。 單相晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路圖形符號(hào)如圖2-1所示。它是由四層半導(dǎo)體P-N-P-N疊加而成，形成3個(gè)PN結(jié)，由外層P型半導(dǎo)體引出陽極a,外層N型半導(dǎo)體引出陰極K，中間P型半導(dǎo)體引出門極g. 2、 工作特性為了便于理解，下面用實(shí)驗(yàn)來反映單相晶閘管的工作特性。 （1）正向阻斷在圖22a中，晶閘管加上正向電壓，即晶閘管陽極接電源正極，陰極接電源負(fù)極。開關(guān)S不閉合，指示燈不亮。這說明晶閘管加正向電壓時(shí)，但門極未加正向電壓，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為晶閘管的正向阻斷狀態(tài)。（2）觸發(fā)導(dǎo)通在圖22b中，晶閘管加正向電壓，且開關(guān)S閉合，在門極上加正向電壓，此時(shí)指示燈亮，表明晶閘管導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱為觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，將S斷開，燈依舊亮，說明晶閘管一但導(dǎo)通，門極便會(huì)失去作用。要使晶閘管關(guān)斷，必須將正向陽極電壓降低到一定數(shù)值，使流過晶閘管的電流小于維持電流而關(guān)斷。（3）反向阻斷在圖22c中，晶閘管加反向電壓，即a接電源負(fù)極，k接電源正極，此時(shí)無論開關(guān)S閉合與否，指示燈始終不亮。這說明單相晶閘管加反向電壓時(shí)，不管門極加怎樣的電壓，它都不會(huì)導(dǎo)通，而是處于截止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)稱為晶閘管的反向阻斷狀態(tài)。結(jié)論：綜合上述，晶閘管導(dǎo)通必須具備2個(gè)條件：一是晶閘管陽極與陰極之間接正向電壓；二是門極與陰極之間也接正向電壓。晶閘管一旦導(dǎo)通，去掉門極電壓，晶閘管依舊保持導(dǎo)通狀態(tài)。關(guān)斷晶閘管的方法有：一是將陽極電壓降到足夠小或者加反向陽極電壓;二是將陽極瞬間開路。2.22單結(jié)晶體管1、單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)如圖23所示。 它有一個(gè)發(fā)射極和兩個(gè)基極。在一塊高電阻率的N型硅基片上用鍍金陶瓷片制成2個(gè)接觸電阻很小的電極，稱為第一基極和第二基極，而在硅基片的另一側(cè)靠近b2處滲入P型雜質(zhì)，并引出一個(gè)電極，稱為發(fā)射極。發(fā)射極對(duì)基極就是一個(gè)PN結(jié)，故稱為單結(jié)晶體管。2、單結(jié)晶體管的工作特性 單結(jié)晶體管的電流電壓特性：在基極電壓一定時(shí)，用發(fā)射極電流I和發(fā)射極與第一基極之間的電壓U的關(guān)系曲線來表示。如圖24所示。 直流電源加在單結(jié)晶體管的兩個(gè)基極上，b2極接電源正極b1極接電源負(fù)極，兩極上的分壓與電源電壓Ubb的關(guān)系為 式中，稱為分壓比，一般在0.30.8之間，它是單結(jié)晶體管的重要參數(shù)，其數(shù)值由管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定。發(fā)射極電壓Ue正向加在e極與b1極之間，當(dāng)Ue小于Ua時(shí)，PN結(jié)承受反向電壓而截至，對(duì)應(yīng)單結(jié)晶體管伏安特性的截至區(qū)。發(fā)射極電壓Ue大小等于峰點(diǎn)電壓Up時(shí)單結(jié)晶體管導(dǎo)通，且隨著Ie增大，Rb1顯著減小，因此發(fā)射結(jié)電壓Ue隨之減小，直到Ue下降到最低點(diǎn)，特性曲線上的這一點(diǎn)稱為谷點(diǎn)V，與之相對(duì)應(yīng)的是谷點(diǎn)電流Iv和谷點(diǎn)電壓Uv,一般單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓在25V.在谷點(diǎn)以后，當(dāng)調(diào)大Ue使發(fā)射極電流繼續(xù)增加時(shí)，發(fā)射極電壓有些上升但變化不大。谷點(diǎn)右邊的部分稱為飽和區(qū)。若減小發(fā)射極電壓Ue使小于Uv，單結(jié)晶體管則會(huì)由導(dǎo)通突跳到截至狀態(tài)。第三章 調(diào)光臺(tái)燈元器件選擇3.1觸發(fā)電路各元器件的選擇1）充電電阻RE（Rp與R2的總值）的選擇 改變充電電阻R的大小，就可以改變張弛震蕩電路的頻率，但是平率的調(diào)節(jié)有一定的范圍，如果充電電阻選擇不當(dāng)，將使單結(jié)晶管自激震蕩電路無法形成震蕩。充電電阻Re的取值范圍為： 其中：U加于圖1-21中B-E兩端的觸發(fā)電路電源電壓Uv單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓Iv單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電流Up單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓Ip單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電流2）電阻R3的選擇電阻R3是用來補(bǔ)償溫度對(duì)峰點(diǎn)電壓Up的影響，通常取值范圍為：200600 3）輸出電阻R4的選擇輸出電阻，R4的大小將影響輸出脈沖的寬度與幅值，通常取值范圍為：50100 4）電容C的選擇電容C的大小與脈沖寬窄和RE的大小有關(guān)，通常取值范圍為：0.11 F32元件清單序號(hào)元件名稱元件型號(hào)數(shù)量1電源變壓器220V/36V12二極管IN400143晶閘管KP1714白熾燈泡220V/40W15單結(jié)晶體管BT3316電阻1K17電阻4.7K18電阻36019電位器150K110電容0.4F/50V111穩(wěn)壓二極管2CW21A1總結(jié)電力電子課程設(shè)計(jì)是電類專業(yè)學(xué)生重要基礎(chǔ)實(shí)踐課，是工科專業(yè)的必修課，經(jīng)過查資料、選方案、設(shè)計(jì)電路，拽寫設(shè)計(jì)報(bào)告，使我得到一次較全面實(shí)踐訓(xùn)練。理論聯(lián)系到實(shí)際，提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為后續(xù)的課程學(xué)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)，畢業(yè)后的工作打下基礎(chǔ)。對(duì)晶閘管調(diào)光電路經(jīng)設(shè)計(jì)、選元器件等一系類流程，學(xué)到很多在書本中沒有學(xué)到的東西