可控硅调光电路实验

可控硅调光电路

【概述】

可控硅英文名为Silicon Controlled Rectifier,缩写为SCR，意为硅的可控整流器。SCR是一种半导体的可控整流器件，可以作为一种控制电路通断的无触点开关。如果用它组成一定的电路，用来调节灯泡两端的电压，便可以调节灯的亮度，制成可控硅调光灯。电路如图所示。

图中双向可控硅，它有三个电极，T1,T2和控制极G.。双向可控硅无阴、阳极之分，且正、负触发电压Ug只要达到一定的数值都可以使它导通。2CS为双向触发二极管，是一种配合双向可控硅工作的专用二极管。当二极管两端电压未达到转折电压时，它呈现高阻状态，一旦达到转折电压时突然呈现低阻状态，电流迅速增大。R2为电位器，作可变电阻用。R1为保护电阻，以免R2减小到零时，将电容器C、双向二极管、可控硅等元件损坏。当R2处于阻值最大时。电容器C上充电到触发二极管转折电压所需要的时间最长，因而可控硅导通时间最短，灯泡发光最暗。当R2逐渐减小时，相应可控硅的导通时间变长，灯逐渐变亮。为达到开、关灯的目的，所以采用带有开关的电位器，开关K接在图中虚线的部位。可控硅调光灯实际使用时是直接采用交流220V市电。但是，为避免初学者在测试是发生触电的危险，所以实验是采用的是36V安全电压的交流电源。

【实验目的】

1．了解可控硅调光的基本原理。

2．使用双踪示波器测量电路有关点的电压波形，以进一步理解可控硅调光灯的工作原理

【知识准备】

1．关键词：可控硅，双向可控硅，双向触发二极管，调光灯。

2．可控硅的符号，三个电极的名称。在什么条件下可以使可控硅导通或截止。

可控硅的主要技术参数。

3．双向可控硅的符号及其特性。采用双向可控硅电路调光的原理。

4．双踪示波器的使用知识。

【仪器】

万用电表，双踪示波器，电路元件（包括双向可控硅，双向触发二极管，电阻，电容，电位器和变压器等），电路板等。

【实验内容】

1．熟悉各电路元件的性能，记录主要参数，并考虑元件的选择。

2．调光灯电路的调试与装配。测试灯泡两端电压的变化范围，并观察调光效果。3．用双踪示波器测量可控硅调光灯电路有关点的电压波形，以具体阐明可控硅调光灯的工作原理。

提示：用双踪示波器作两个波形比较时，要注意接地点的选择。接地点必须选用同一点以免发生局部短路事故。另外，两个通道必须采用同一触发源，这样两个信号波形的相位比较才有意义。

【思考题】

1. 单向可控硅可以采用本实验线路吗？为什么？

2. 为什么不可用万用电表电阻量程来判断触发二极管的性能？你能设计出用

万用电表来判断它的性能的方法吗？

附：

【万用电表判别双向可控硅的电极方法】

先用1⨯R 档将正负表棒分别与双向可控硅的任意二个电极相接，若发现不论

黑红表棒如何与其中二个电极相接时，

电阻都很小（约几十欧姆），其电阻较小

的一次与黑表棒下接的电极为G ，红表

棒相接的为1T 。二者电阻相差仅几欧姆。

再用K R 10⨯档测量1T 与2T 之间电

阻时不论表棒极性电阻都极大，表针基本上不偏。实验中使用的双向可控硅型号为TLC336(3A600V)，它的管脚排列如图。

【参考实验线路图】

图中22K Ω为保护电阻，以免460K 电位器减小为零时将电容器、双向二极管、可控硅等损坏。当电位器处于电阻值最大时，电容器C 上充电到触发二极管所需的转折电压所需时间愈长，因而可控硅导通时间短，灯泡发光较暗，当电阻逐渐减小时，相应可控硅的导通时间愈长，灯的亮度逐渐增大。从原理上讲改变电容C 的电容量也可以达到改变灯的亮度，但改变电容比较困难，所以实用灯光控制电路中都采用电位器来调节光强。为达到关灯的目的所以采用带有开关的电位器。开关可安置在图中虚线框内。

【参考资料】

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可控硅元件基础知识

一、概述

一种以硅单晶为基本材料的P1N1P2N2四层三端器件，创制于1957年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称晶闸管T。又由于晶闸管最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。

在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（谷称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。

可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损髦显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。

可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。

可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。

可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。

二、可控硅元件的结构和型号

1、结构

不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。见图1。它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件

图1、可控硅结构示意图和符号图

2．型号

目前国产可控硅的型号有部颁新、旧标准两种，新型号将逐步取代旧型号。

表一 KP型可控硅新旧标准主要特性参数对照表

KP型可控硅的电流电压级别见表二

表二、KP型可控硅电流电压级别

示例：

（1）KP5-10表示通态平均电流5安，正向重复峰值电压1000伏的普通反向阻断型可控硅元件。

（2）KP500-12D表示通态平均电流500安，正、反向重复峰值电压1200伏，通态平均电压0.7伏的业通反向阻断型可控硅元件

（3）3CT5/600表示通态平均电流5安，正、反向重复峰值电压600伏的旧型号普通可控硅元件。