1、- 1 -晶闸管调光台灯电路设计系别：电气工程系班级：南车时代电气 IGBT订单班工艺 2班姓名：徐江学号：201001340310指导老师：严俊2012年 4月 25日- 2 -目录第一章 绪论1.1晶闸管的发展1.2电子调光电路的作用1.3电子调光电路对大学生的意义1.4设计思路第二章 晶闸管调光台灯电路设计2.1调光台灯电路原理图及分析2.2认识晶闸管和单结晶体管第三章 晶闸管调光台灯元器件选择3.1触发电路各元件的选择3.2元件型号一览表第四章 总结- 3 -第一章 绪论11 晶闸管的发展晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术史前期，1904 年出现了电子管，它能在真空中电子流进行控制，
2、并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。1947 年美国著名的贝尔实验发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。晶闸管是一种半控型器件，是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SCR） 。1957 年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于 1958年将其商业化；晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使其应用范围迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的，从而开辟了电力电子技术发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术改革。1.2电子调光电路的作用
3、随着社会的发展，人类对生活水平的要求越来越高。如今患近视病的人越来越多，这不仅仅是因为用眼过度所引起的，还与我们工作环境的光线程度有密切的关系。为了让我们能在一个舒适的光线下工作，故设计该产品，以便我们能人工改变工作环境的光线强度。这不仅仅大大降低我们换眼疾的概率，还可以节能！- 4 -电子调光电路应用非常广泛，尤其是一般市售台灯调光电路上。基本都采用电子式的调光电路，有的高档台灯能实现无级调光，普通台灯则是有极调光，可见电子调光在一些灯具上面用途是非常广泛的。给我们的生活带来了方便。由此可见电子调光的电路的商业潜在价值也是很大的。1.3电子调光电路对大学生的意义作为大学生的我们。在很多制作过
4、程之中很多东西都需要用一些特定的调压电路作为驱动装置。因此，电子调光电路对我们而言都是一个非常常见而且必须的电路，故自己便选择制作电子调光电路。而且，在我们刚接触的课程设计之中，电子调光电路的制作相对简单些，也为我们以后制作实物做个铺垫。同时，也为我们今后制作培养感情，不至于很讨厌甚至于害怕！1.4设计思路市场一般是 220V交流电，但是电子调光电路中选用的是低电压直流灯泡。故此电路中需要变压器和整理电路，另外需要控制灯泡的亮度，所以需要一个控制电路，从而对输出电压占空比进行调节，这里还需一个斩波电路，从而来控制灯泡亮度。 电子调光电路课程设计综合了电力电子技术中的许多理论知识，他使理论知识得
5、到了更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。其中主要用到的基础知识有升降压斩波电路和整流电路的工作原理和应用以及晶闸管的应用等。- 5 -第二章 晶闸管调光台灯电路设计2.1电子调光电路原理图及分析分析：可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。上图所示为单相半控桥式整流实验电路。该调光电路分主电路和触发电路两大部分。主电路是由负载 EL（灯泡）和晶闸管 VT 组成的单相半波整流电路，触发电路是由单结晶体管 BT 及一些阻容元件构成的单结晶体管触发电路。改变晶闸管 BT 的导通角，便可以调节主电路的可控输出整流电压（或电流）的数值，这点可由灯泡负载的亮度变化看出来。晶闸管导通
6、角的大小决定了触发脉冲的频率 f，由公式- 6 -可知，当单结晶体管的分压比 （一般在 0.50.8 之间）及电容 C 值固定时，则频率 f 大小由 R 决定，因此，通过调节RP，使可以改变触发脉冲频率，主电路的输出电压也随之改变，从而达到可控电压的目的。2.1.1 单结晶体管的触发电路单结晶体管的负阻特性和 RC 电路的充放特性组成频率可调的震荡电路，产生触发脉冲触发晶闸管的 G 极。电源接通后，Vbb 通过 RP、RE 向 C 充电，电容电压 Uc上升。当 Uc 上升到 UeUp 时，单结晶体管导通，电容 C 通过R1 迅速放电，在 R1 上形成脉冲电压。电容 C 放电，Ue 降，当 Ue
7、Uv 时，单结晶体管截至，放电结束。电容再次充电，重复上述过程。改变 Rp 的大小，可以调节电容充放电的快慢从而改变输出脉冲的频率。- 7 -22 认识闸管和单结晶体管2.2.1普通晶闸管1、结构和符号晶闸管主要有塑封型、小型平面型和螺旋等几种。晶闸管有三个电极：阳极 a、阴极 k和门极 g。单相晶闸管的内部结构和电路图形符号如图 2-1所示。它是由四层半导体 P-N-P-N叠加而成，形成 3个 PN结，由外层 P型半导体引出阳极 a,外层 N型半导体引出阴极 K，中间 P型半导体引出门极 g.2、 工作特性为了便于理解，下面用实验来反映单相晶闸管的工作特性。（1）正向阻断在图 22a中，晶闸
8、管加上正向电压，即晶闸管阳极接电源正极，阴极接电源负极。开关 S不闭合，指示灯不亮。这说明晶闸管- 8 -加正向电压时，但门极未加正向电压，晶闸管不会导通，这种状态称为晶闸管的正向阻断状态。（2）触发导通在图 22b中，晶闸管加正向电压，且开关 S闭合，在门极上加正向电压，此时指示灯亮，表明晶闸管导通，这种状态称为触发导通状态。晶闸管导通后，将 S断开，灯依旧亮，说明晶闸管一但导通，门极便会失去作用。要使晶闸管关断，必须将正向阳极电压降低到一定数值，使流过晶闸管的电流小于维持电流而关断。（3）反向阻断在图 22c中，晶闸管加反向电压，即 a接电源负极，k 接电源正极，此时无论开关 S闭合与否，
9、指示灯始终不亮。这说明单相晶闸管加反向电压时，不管门极加怎样的电压，它都不会导通，而是处于截止状态，这种状态称为晶闸管的反向阻断状态。结论：综合上述，晶闸管导通必须具备 2个条件：一是晶闸管阳极与阴极之间接正向电压；二是门极与阴极之间也接正向电压。晶闸管一旦导通，去掉门极电压，晶闸管依旧保持导通状态。关断晶闸管的方法有：一是将阳极电压降到足够小或者加反向阳极电压;二是将阳极瞬间开路。2.22 单结晶体管1、单结晶体管结构单结晶体管结构如图 23所示。- 9 -它有一个发射极和两个基极。在一块高电阻率的 N型硅基片上用镀金陶瓷片制成 2个接触电阻很小的电极，称为第一基极和第二基极，而在硅基片的另
10、一侧靠近 b2处渗入 P型杂质，并引出一个电极，称为发射极。发射极对基极就是一个 PN结，故称为单结晶体管。2、单结晶体管的工作特性单结晶体管的电流电压特性：在基极电压一定时，用发射极电流I和发射极与第一基极之间的电压 U的关系曲线来表示。如图 24所示。- 10 -直流电源加在单结晶体管的两个基极上，b2 极接电源正极 b1极接电源负极，两极上的分压与电源电压 Ubb的关系为 式中， 称为分压比，一般在 0.30.8 之间，它是单结晶体管的重要参数，其数值由管子内部结构决定。发射极电压 Ue 正向加在 e 极与 b1 极之间，当 Ue 小于 Ua 时，PN 结承受反向电压而截至，对应单结晶体管伏安特性的截至区。发射极电压 Ue 大小等于峰点电压 Up 时单结晶体管导通，且随着 Ie 增大，Rb1 显著减小，因此发射结电压 Ue 随之减小，直到 Ue下降到最低点，特性曲线上的这一点称为谷点 V，与之相对应的是谷点电流 Iv 和谷点电压 Uv,一般单结晶体管的谷点电压在 25V.在谷点以后，当调大 Ue 使发射极电流继续增加时，发射极电压有些上升但变化不大。谷点右边的部分称为饱和区。若减小发射极电压 Ue 使小于 Uv，单结晶体管则会由导通突跳到截至状态。
