可控硅晶閘管控制電路的制作案例

一、           本活動說明

根據(jù)《電子控制技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)意見》，了解常見無觸點繼電器，知道晶閘管的構(gòu)造和電路符號。了解晶閘管的簡單的工作原理。知道晶閘管的簡單應(yīng)用電路。.通過晶閘管自動控制器電路的制作活動，了解晶閘管控制電路的基本原理和基本作用。

本活動時間約需90分鐘，通過了解電子元件的基礎(chǔ)上，按照《活動手冊》中的“活動提示”逐步進行安裝。特別要注意的是：1、部分元件插入的位置和高度等；2、關(guān)于焊接是否符合要求；3、調(diào)試時首先檢查各元件是否安裝正確；教師可以根據(jù)實際情況，在學(xué)生動手活動時巡回指導(dǎo)，并與學(xué)生探討并作一指導(dǎo)。

二、           教學(xué)建議

可控硅是一種新型的半導(dǎo)體器件，它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、動作快以及使用方便等優(yōu)點，活動導(dǎo)入以可控硅實際應(yīng)用案例的展示，以激發(fā)學(xué)生的活動興趣。

活動提示1：可調(diào)電壓插座

電路如圖，可用于調(diào)溫（電烙鐵）、調(diào)光（燈）、調(diào)速（電機），使用時只要把用電器的插頭插入插座即可，十分方便。

V1為雙向二極管2CTS，V2為3CTSI雙向可控硅，調(diào)節(jié)RP可使插座上的電壓發(fā)生變化。

活動提示2：簡易混合調(diào)光器 

根據(jù)電學(xué)原理可知，電容器接入正弦交流電路中，電壓與電流的最大值在相位上相差90°。根據(jù)這一原理，把C1和C2串聯(lián)聯(lián)接，并從中間取出該差為我所用，這比電阻與電容串聯(lián)更穩(wěn)定。電路中，D1和D2分別對電源的正半波及負半波進行整流，并加到A觸發(fā)和C1或C2充電。進一步用W來改變觸發(fā)時間進行移相，只要調(diào)整W的阻值，就可達到改變輸出電壓的目的。D1和D2還起限制觸發(fā)極的反相電壓保護雙向可控硅的作用。

活動提示3：可調(diào)速吸塵器

這種吸塵器使用可控硅元件構(gòu)成調(diào)速電路，能根據(jù)需要控制電機轉(zhuǎn)速，以發(fā)跡管道吸力的大小。下圖所示的調(diào)速電路比較成熟，普遍使用在高檔大功率吸塵器中。

活動提示4：光控電子開關(guān)

光控電子開關(guān)，它的“開”和“關(guān)”是靠可控硅的導(dǎo)通和阻斷來實現(xiàn)的，而可控硅的導(dǎo)通和阻斷又是受自然光的亮度（或人為亮度）的大小所控制的。該裝置適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。

工作原理：電路如上圖所示，220V交流電通過燈泡H及整流全橋后，變成直流脈動電壓，作為正向偏壓，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度時，光敏二極管D呈現(xiàn)底阻狀態(tài)≤1KΩ，使三極管V截止，其發(fā)射極無電流輸出，單向可控硅VS因無觸發(fā)電流而阻斷。此時流過燈泡H的電流≤2.2mA,燈泡H不能發(fā)光。電阻R1和穩(wěn)壓二極管DW使三極管V偏壓不超過6.8V，對三極管起保護作用。夜晚，亮度小于一定程度時，光敏二極管D呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥100KΩ，使三極管V正向?qū)ǎl(fā)射極約有0.8V的電壓，使可控硅VS觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡H發(fā)光。RP是清晨或傍晚實現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換的亮度選擇元件。

安裝與調(diào)試：安裝時，將裝焊好的印制板放入透明塑料盒內(nèi)并固定好，將它與受控電燈H串聯(lián)，并讓它正對著天幕或房子采光窗前較明亮的空間，避免3米以內(nèi)夜間燈光的直接照射。調(diào)試宜傍晚時進行，調(diào)節(jié)RP阻值的大小，使受控電燈H在適當(dāng)?shù)牧炼认率键c亮。

活動提示5：自動延時照明開關(guān)

夜晚離開房間，總要先關(guān)掉照明燈。可如果燈開關(guān)不在門口，那么關(guān)上燈再摸黑走到門口，十分不方便。

本文介紹的一種開關(guān)僅用9個元件，可方便地加在原來的開關(guān)上，使您的燈在關(guān)掉后延時幾十秒鐘，讓您有充足的時間離開房間，免受摸黑之苦。

工作原理：電路原理如下圖所示。A、B分別接在原開關(guān)兩端。合上開關(guān)S時，交流電的正半周經(jīng)D6、R2、R1、D1和可控硅控制極，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通；交流電的負半周經(jīng)D4、R2、R1、D1和可控硅控制極，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。可控硅導(dǎo)通后，相當(dāng)于短路C、D兩點，因而A、B兩點也經(jīng)過二極管和導(dǎo)通的可控硅閉合起來。此時照明燈亮。

斷開開關(guān)S后，由于電容C1經(jīng)R1、D1和可控硅控制極放電，使可控硅仍有觸發(fā)電流維持導(dǎo)通。放電電流逐漸減小，一段時間后，可控硅截止，燈滅。此電路延時時間約為40～50秒。

元件選擇：可控硅選最大電流1A、耐壓400V的。D1、D3～D6可用1N4004。C1用耐壓630V、35μF的彩電電容。如果合上開關(guān)S燈不亮，可適當(dāng)減小R1的阻值。

活動提示6：聲控音樂彩燈

彩燈控制器的電路如下圖，R1、R2、D和C組成電阻降壓半波整波電路，輸出約3V的直流電供SCR的控制回路用。壓電陶瓷片HTD擔(dān)任聲-電換能器，平時調(diào)W使BG集電極輸出低電平，SCR關(guān)斷，彩燈不亮。當(dāng)HTD接收到聲波信號后，BG集電極電平升高，SCR即開通，所以彩燈能隨室內(nèi)收錄機播出的音樂節(jié)奏而閃爍發(fā)光。

W可用來調(diào)節(jié)聲控靈敏度，W由大調(diào)小時，聲控靈敏度愈高，但W過小時，電燈常亮，這時就失去聲控作用，使用調(diào)試時，將W由大逐漸調(diào)小至某一阻值時，電燈即點亮，再將W退回少許（即稍微調(diào)大），電燈就熄滅，這時聲控靈敏度最高，離HTD二三米遠處普通談話聲就能使彩燈閃爍。如嫌靈敏度太高，只要將W調(diào)大些即可，電燈長亮不熄，表示BG的放大倍數(shù)β值過小，應(yīng)更換β大些的三極管。電阻均為1/8W碳膜電阻。

活動提示7：簡易延時照明燈

本文介紹的這種延時照明燈非常簡單，安裝也十分方便，將它直接連接于普通開關(guān)的兩端即可。使用時，打開開關(guān)電燈點亮，關(guān)燈后由于延時電路的作用使電燈仍亮幾秒鐘后自動熄滅。本電路安全可靠，適合初學(xué)者自制。

電路原理：該延時照明燈的電路如附圖所示。延時電路如虛線框內(nèi)所示。圖中K為拉線開關(guān)或墻壁開關(guān)，當(dāng)K閉合后，該延時電路不工作，電燈處于正常的發(fā)光狀態(tài)。當(dāng)K被關(guān)斷后，該電壓一方面經(jīng)R1向電容C充電，由于在C的充電期間沒有電流流過R2，則三極管V一直處于截止?fàn)顟B(tài)；另一方面，該電壓經(jīng)R3、R4向可控硅SCR提供觸發(fā)電壓，使可控硅處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此在關(guān)燈后電燈亮一段時間。當(dāng)電容C被充足電后，使三極管V由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，將可控硅SCR關(guān)斷，電燈也就熄滅了。

本電路關(guān)燈延時期間，延時時間由R1、C的取值來確定，讀者也可根據(jù)各自需要自行確定。本電路中的可控硅，筆者選用的為單向可控硅，在關(guān)燈延時期間電燈的亮度約為開燈時亮度的一半，以適合人們的視覺上的需要，同時又可節(jié)能。

電路制作：圖中單向可控硅SCR選用MCR100－8，耐壓須為600V以上。燈泡的功率不大于100W為宜。二極管VD為1N4007，V為C1815。電阻均為1／8W碳膜電阻。

制作時，用一小塊電路板將圖中虛線框內(nèi)各元器件焊裝上。最好將本電路裝在拉線開關(guān)底部凹槽內(nèi)，用膠水粘牢并將引線接至開關(guān)兩接線端即可。

活動提示8：單鍵自鎖開關(guān)

單鍵自鎖開關(guān)說明

1、上電不動作。

2、按鈕按下后再釋放，繼電器吸合。

3、按鈕長按時,繼電器釋放，松開后繼電器吸合。

4、按鈕點按時：繼電器釋放 ←→ 吸合循環(huán)動作。

5、因為47Ω電阻有壓降，繼電器可以用DC9V的。

活動提示9：簡單的停電自鎖開關(guān)

電網(wǎng)供電正常時，它象普通開關(guān)一樣使用。按一下K1，220V交流電經(jīng)R1和R2分壓給雙向可控硅提供一觸發(fā)電壓，使雙向可控硅導(dǎo)通。可控硅導(dǎo)通后，在電源電壓正半周期間，少量電流經(jīng)R4、D向C充電，同時經(jīng)R3、R2分壓觸發(fā)可控硅；在負半周期間，C向R3和R2放電并觸發(fā)雙向可控硅，這樣使雙向可控硅繼續(xù)導(dǎo)通，保證負載正常工作。一旦電網(wǎng)突然停電，C上的電荷經(jīng)R3和R2放電。在電網(wǎng)恢復(fù)供電后，由于K1常開，C上又無電壓，不能使雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，電路呈斷開自鎖狀態(tài)，因此沒有電流流過負載。只有重按一下K1，負載才能正常工作，從而有效地防止了因斷電后恢復(fù)供電造成的浪費和事故。常閉按鈕K2用于正常供電情況下關(guān)斷電路。

活動提示10：雙色彩燈

本彩燈是以多諧振蕩器為控制信號，燈光交替閃耀，可給節(jié)日晚上（尤其是舞會）增加不少光彩和歡快氣氛。

工作原理如下圖所示。交流220V電源經(jīng)C1、VD1、VD2及VD3降壓、整流、濾波后，在VD3兩端得到3V的穩(wěn)定電壓。多諧振蕩器中的VT1、VT2輪流導(dǎo)通，其集電極電流控制雙向晶閘管VS1和VS2工作，彩燈將交替閃爍著光彩。

元器件選擇：電容C1為0.47μ/400V(滌綸電容)、C2為220μ/6V，C3、C4為50μ/16V。電阻R1為1M/1W，R2、R3為20K／1/4W。二極管VD1、VD2選1N4004。穩(wěn)壓二極管VD3選3V/1W。發(fā)光二極管VD4、VD5為FG114001。雙向晶閘管VS1、VS2為TLC3A/400V。三極管VT1、VT2為3CK9D，60≤β≤120。

使用方法：

(1)如彩燈不亮，將3V穩(wěn)壓管換成4.5V穩(wěn)壓管。

(2)為防止流過發(fā)光二極管VD4、VD5的電流過大，最好在其回路中分別串入一個300Ω的限流電阻。

(3)調(diào)整時，改變R1、R2或C1、C2的大小，則可直接控制彩燈相互變化的快慢節(jié)奏。

(4)如雙向晶閘管VS1、VS2用3A/400V，最好負載功率在300W以下，切忌不可超過最高限額500W。如想增大功率，可選用電流大于3A的晶閘管，但C1的容量還需增加。如原用0.47μ/400V可換成0.68～1μ/400V即可。

(5)本裝置采用塑料作外殼，以避免市電源對人的觸電，這樣更為安全。

活動提示11：可控硅交流調(diào)壓器

交流調(diào)壓器采用可控硅調(diào)壓器。電路簡單、裝置容易、控制方便的可控硅交流調(diào)壓器，這可用作家用電器的調(diào)壓裝置，進行照明燈調(diào)光，電風(fēng)扇調(diào)速、電熨斗調(diào)溫等控制。本活動調(diào)壓器的輸出功率達100W，一般家用電器都能使用。

1：電路原理：電路圖如下

可控硅交流調(diào)壓器由可控整流電路和觸發(fā)電路兩部分組成，從圖中可知，二極管D1—D4組成橋式整流電路，雙基極二極管T1構(gòu)成張弛振蕩器作為可控硅的同步觸發(fā)電路。當(dāng)調(diào)壓器接上220V交流電通過負載電阻RL經(jīng)二極管D1—D4整流，在可控硅SCR的A、K兩端形成一個脈動直流電壓，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，整流電壓通過R4、W1對電容C充電。當(dāng)充電電壓Uc達到T1管的峰值電壓Up時，T1管由截止變?yōu)閷?dǎo)通，于是電容C通過T1管的e、b1結(jié)和R2迅速放電，結(jié)果在R2上獲得一個尖脈沖。這個脈沖作為控制信號送到可控硅SCR的控制極， 使可控硅導(dǎo)通。可控硅導(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)交流電通過零點時，可控硅自關(guān)斷。當(dāng)交流電在負半周時，電容C又從新充電……如此周而復(fù)始，便可調(diào)整負載RL上的功率了。

2：元器件選擇

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，其佘的都用功率為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。SCR選用正向與反向電壓大于300V、額定平均電流大于1A的可控硅整流器件，如國產(chǎn)3CT

活動提示12：電熱毯溫控器

市售電熱毯一般有高、低兩個溫度檔。使用時，撥在高溫檔，入睡后總被熱醒；撥在低溫檔，有時醒來會覺得熱度不夠。為此，筆者制作了這種電熱毯溫控器，它可以把電熱毯的溫度控制在一個適宜的范圍內(nèi)。

工作原理：電路如下圖所示。圖中IC為NE555時基電路；RP3為溫度調(diào)節(jié)電位器，其滑動臂電位決定IC的觸發(fā)電位V2和閾電位Vf，且V5=Vf=2Vz。220V交流電壓經(jīng)C1、R1限流降壓，D1、D2整流，C2濾波，DW穩(wěn)壓后，獲得9V左右的電壓供IC用。室溫下接通電源，因已調(diào)V2<Vz、V6<Vf，IC③腳為高電位，BCR被觸發(fā)導(dǎo)通，電熱絲通電發(fā)熱，溫度逐漸升高。熱敏傳感器BG1隨溫度的升高，其穿透電流Iceo增大，V2、V6升高。當(dāng)V2>Vz，V6≥Vf時，IC翻轉(zhuǎn)，③腳變?yōu)榈碗娢唬珺CR截止郵電局熱絲停止發(fā)熱，溫度開始逐漸下降，BG1的Iceo隨之逐漸減小，V2、V6降低。當(dāng)V6<Vf，V2≤Vz時，IC③腳回到高電位，BCR又被觸發(fā)導(dǎo)通，電熱絲又開始發(fā)熱。實踐證明，調(diào)節(jié)RP2使V2=1/2V6時，溫差為零；而V2=V6時最大。

元件選擇：BG1可選用3AX、3AG等PNP型鍺管；BCR用400V以上小型塑封雙向可控硅，其它元件可按圖標(biāo)選用。

制作要點：熱敏傳感器BG1可用耐溫的細軟線引出，并將其連同管腳接頭裝入一電容器鋁殼內(nèi)，注入導(dǎo)熱硅脂，制成溫度探頭。使用時，把該探頭放在適當(dāng)部位即可。

活動提示13：安全省電的按鍵式床頭燈

一盞延時式床頭燈，對于許多讀者在夜晚使用是很方便的。本文介紹的按鍵式床頭燈能安全和方便的要求，電路原理如下圖所示。

該床頭燈由節(jié)電型單穩(wěn)態(tài)電路和亮度可控照明燈兩部分組成。兩部分靠光電耦合器耦合，電氣部分完全獨立，使用十分安全。當(dāng)K1斷開時，VT1截止，其集電極電壓為0V，VT2截止，NE555第①腳接地端開路而不工作，此時，電路的耗電僅為VT1、VT2的穿透電流，約3～5μA，四節(jié)電池能使用一年半以上。按下K1后，VT1飽和導(dǎo)通，R3兩端電壓接近電源電壓，VT2飽和導(dǎo)通，NE555工作，此時，NE555第②腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑业陀?/3的電源電壓，NE555翻轉(zhuǎn)，第③腳輸出高電平，其一路能過R7驅(qū)動光電耦合器4N25，使雙向可控硅VS導(dǎo)通，床頭燈H點亮；另一路通過二極管VD1、電阻R6向VT2提供足夠大的偏流，維持VT2飽和導(dǎo)通，此時，即使K1斷開，VT2的工作狀態(tài)也不變，即NE555的暫穩(wěn)狀態(tài)不變。在此期間，電源經(jīng)R5為C1充電，使C1兩端電壓不斷升高，當(dāng)C1兩端電壓大于2/3電源電壓時，通過NE555的放電端第⑦腳放電，NE555的暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，第三③腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑琕T2截止，進入另一個穩(wěn)定狀態(tài)，只有在K1再次接通時，NE555才再次進入暫穩(wěn)態(tài)，床頭燈再次點亮。

該床頭燈所用元件型號及數(shù)據(jù)如附圖所示，無特殊要求。整個床頭燈安裝容易，調(diào)試簡單，只要安裝無誤，就能正常使用。若延時時間太短，可加大R5的阻值或C1的容量，反之亦然。安裝時將按鍵部分外置，其余元件裝入塑料盒內(nèi)，以確保使用安全。

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