可控硅晶闸管调光电路的制作与设计
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③ 了解可控硅调光电路的制作步骤和注
意事项
知
识
目
标
知识目标
① 正确识读晶闸管调光电路图
② 熟悉晶闸管调光电路的故障处理方法
③ 熟悉单面印制电路板制作过程
制
作
设
计
制作与设计要求
① 学习印制电路板图设计的方法
② 掌握调光灯的电路设计思路 ③ 掌握印制电路板设计步骤 ④ 印制电路板图的设计基本要求 ⑤ 印制电路板布局的设计原则
操作1 印制电路板图设计的方法和基本要求
（2）印制电路板图的设计基本要求 印制电路板图设计的具体要求，如表3-7所示。
操作2 印制电路板布局的设计原则
在确定印制电路板所需的尺寸后，根据原理图，将特殊元件 的位置初步确定下来，再确定其他各个元器件位置。最后，根据 电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。 具体的印制电路板布局的设计原则，如表3-8所示。
当调压器接上市电后，220V交流电通过负载电阻RL经二极管 D1～D4整流，在晶闸管VS的A、K两端形成一个脉动直流电压，该 电压由电阻R1降压后作为触发电路的直流电源。在交流电的正半 周时，整流电压通过R4、RP对电容C充电。当充电电压UC达到V1管 的峰值电压Up时，V1管由截止变为导通，于是电容C通过V1管的e、 b结和R2迅速放电，结果在R2上获得一个尖脉冲。这个脉冲作为控 制信号送到晶闸管VS的控制极，使晶闸管导通。晶闸管导通后的 管压降很低，一般小于1V，所以张弛振荡器停止工作。当交流电 通过零点时，晶闸管自关断。当交流电在负半周时，电容C又重新 充电如此周而复始，便可调整负载RL上的功率了。
操作2 晶闸管调光电路元器件检测
操作2 晶闸管调光电路元器件检测
（2）双向二极管VD的检测 双向二极管的检测见表3-3所示。
操作2 晶闸管调光电路元器件检测
（3）晶闸管调光电路元器件功能，如表3-4所示
任务二
印制电路板的制作
虽然单面印制电路板的人工制作工艺细节十分复杂， 但还是有章可循的。其工艺流程可概括为：绘图→裁板 →打磨→描图→涂漆→腐蚀→除漆→钻孔→涂层。
操作2 晶闸管调光电路工作原理
操作2 晶闸管调光电路工作原理
特别是在电路中调节RP的阻值，即可改变RC时间常 数，这个充电时间常数的改变，也就改变了晶闸管控制 角θ 。控制角θ 的改变，使得晶闸管输出电压（即负载 两端的电压）大小也相应发生变化。 当RP调到阻值较大时，电容Ｃ充到双向触发二极管 转折电压的时间较长，因此晶闸管的导通角θ 比较小， 负载得到的功率也就较小；反之，当RP调到阻值较小时， 晶闸管的导通角θ 就比较大，负载得到较大的功率。因 此，调节RP就能控制照明灯的亮与暗。
4）由于电路是通过灯泡与交流 220V电压构成回路的，所以不接灯， 电路将不能工作。
任务四
晶闸管调光电路检测与常见故障维修
操作1 晶闸管调光电路的检测
晶闸管调光电路安装完成后，能否正常工作，检测是关键。 检测过程如下。 1）电路接上灯，通电。 2）将万用表置于交流250V挡，红、黑表笔接灯两端，由大到 小地逐渐缓慢调整RP阻值，万用表指针指示电压应由小变大，此 时灯由暗变亮；反之，灯应由亮变暗。 3）电路输出功率的大小与晶闸管额定平均电流大小有关。如 果选用平均电流为3A、6A等大容量的双向晶闸管器件，则负载上 获得的功率可以增大到300W。 结论：满足上述1）、2）两点，说明晶闸管调光电路制作成功。
操作2 晶闸管调光电路制作注意事项
1）图3-3所示的是双向晶闸管外 形和电路图形符号图。在焊接双向晶 闸管VS时特别要注意极性，装插时千 万不要插错。
2）焊接完后，认真检查电路有 无虚焊、错焊等。检查无误后，方可 外接灯泡负载及交流电源，以便通电 测试。 3）由于电路直接与交流电网相 连，整个电路都带有交流电，所有在 通电时必须注意安全，防止触电。
操作2 电路工作原理
特别是在电路中调节RP的阻值，即可改变RC时间常 数，这个充电时间常数的改变，也就改变了晶闸管控制 角θ 。控制角θ 的改变，晶闸管输出电压（即负载两端 的电压）大小也相应发生变化。
操作3 元器件清单和选择
调压器的调节电位器选用阻值为470kΩ 的WH114-1型合成碳膜 电位器，这种电位器可以直接焊在电路板上，电阻除R1要用功率 为1W的金属膜电阻外，其余的都用功率为1/8W的碳膜电阻。D1～ D4选用反向击穿电压大于300V、最大整流电流大于0.3A的硅整流 二极管,如2CZ21B、2CZ83E、2DP3B等。VS选用正向与反向电压大 于600V、额定平均电流大于1A的晶闸管整流器件，如国产3CT系列。 具体如表3-9所示。
操作4 印制电路板
用Protel DXP软件绘制图3-8的电路原理图，依据这 张原理图生成印制电路板图和3D效果图，如图3-9所示。
项目评估
1.评估检查
(1)调光电路制作评估 结合制作、调试和维修过程，测量元器件各极电压，填写到表3-10 中（满分10分）。
1.评估检查
(2)印制电路板设计评估
单面印制电路板的人工制作过程要领如表3-5所示。
任务三
调光电路的安装工艺
操作1 晶闸管调光电路安装工艺
晶闸管调光电路安装所用元器件布局图、印制板图 和装配图，如图3-2所示。 在安装过程中，建议按如下工艺流程进行：检测元 器件质量→安装电阻→安装双向二极管→安装电容→安 装双向晶闸管→安装带开关电位器→安装铜柱（接线 柱）。
综上所述，调光电路的设计思路框图如图3-4所示。
任务六
调光电路原理图识读
操作1 晶闸管调光电路原理图
晶闸管调光电路原理图，如图3-5所示。
操作2 晶闸管调光电路工作原理
根据图3-5所示的电路，在给出如图3-6(a)所示 信号时，其工作过程为：闭合开关S，在交流电压波 形正半周期内，UC↑→VD导通↑→UG↑［电压波形如 图3-6（b）所示］→双向晶闸管VS导通［电压波形 如图3-6（c）所示］→控制负载的工作［电压波形 如图3-6（d）所示］。 当交流电下降为零时，u=0→uK=0→晶闸管VS关 断。 在交流电的负半周期内，工作过程重复上述过 程，同样使双向晶闸管得到一个反向触发电压。此 电压作为晶闸管VS的触发信号。
任务七
印制电路板图的设计
操作1 印制电路板图设计的方法和基本要求
（1）印制电路板图设计的方法 印制电路板图的设计有手工设计与计算机辅助设计（CAD）方 法两种。 最原始的是手工印制电路板图。这比较费事，往往要反复几 次，才能最后完成。在没有其他绘图设备时也可以采用，这种手 工印制电路板图方法对刚学习印制电路板图设计者来说也是很有 帮助的。 计算机辅助设计完成印制电路板图，也就是平常所说“电子 线路CAD”这门课程。目前应用比较流行，并且有多种软件，功能 各异。
操作2 晶闸管调光电路常见故障维修
晶闸管调光电路常见故障维修，如表3-6所示。
任务五
调光电路的设计思路
操作1 调光灯技术指标和性能的确定
1）晶闸管调光灯输出电压范围控制在120～210V比 较合适。 2）带负载的能力（指输出电流的能力），输出电 流为500mA，输出功率为100W。
操作2 调光电路的设计思路
晶闸管调光电路的制作与设计
晶闸管被广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现 交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、 温度控制、台灯调光、舞台调光和可控整流等功能。本项 目通过对晶闸管调光电路的制作，来完成晶闸管调光电路 的识读、检测与调试的任务。
技
能
目
标
技能目标
① 调光电路元器件识别
② 了解晶闸管调光电路元件的检测方法
通过项目拓展知识的学习（任务八），并结合学习 附录的内容后，完成表3-11各项内容。并且根据评分结 果，衡量学习的效果（满分100分）。
2.问答题
1)图3-5晶闸管调光电路原理图中不接时负载，电 路能够进行调压吗？为什么？ 2)画出调光电路的设计思路框图。 3)通过对图3-6（b）的分析，图中的Ug向前和向后 移动对输出电压有什么影响？
操作3 波形图
波形图如图3-6所示。如此周而复始，在负载上形 成了图3-6（d）所示的电压（uL)波形。
操作4 框图
晶闸管调光电路框图，如图3-7所示。 根据原理图的识读可以知道，晶闸管调光器由双向 晶闸管开关电路、触发电路和负载三部分组成。本电路 直接由交流电220V电压供电。220V正弦交流电→负载→ 双向可控硅形成回路。双向晶闸管的导通程度由触发电 路控制。
依据以上实训操作的过程，可以总结出调光电路的设计思路。 由调光灯的指标和性能，进行电路的设计工作。由于要求输出电 压在120～210V之间并且可调。结合专业课的知识可知，选择晶闸 管这种元器件能满足性能的要求。那么，是选用单向晶闸管，还 是双向晶闸管呢，这取决于谁能满足调压的范围。显然双向晶闸 管能解决这个问题。 当选用双向晶闸管时，接下来的问题就是双向晶闸管的触发 和其他细节问题。依据专业知识，双向二极管能满足双向触发。 于是可以进行简单的计算、画出草图，选择元器件参数（满足带 负载的能力），搭建电路进行试验。
任务一
调光电路元器件识别、参数与检测
调光器主要由双向晶闸管、双向二极管、电位器 和电阻、电容组成，如图3-1所示。
操作1 判别晶体管的好坏
调光电路制作所用元器件及参数，如表3-1所示。
操作1 判别晶体管的好坏
源自文库
操作2 晶闸管调光电路元器件检测
(1)双向晶闸管VS的检测 双向晶闸管的检测，如表3-2所示。
任务八
晶闸管交流调压器
操作1 电路原理图
晶闸管交流调压器电路主要由二极管、晶闸管、单 结晶体管、阻容元件和负载组成。图3-8所示的是电路 原理图。
操作2 电路工作原理
晶闸管交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成， 其电路原理图如图3-11所示。从图中可知，二极管D1～D4组成桥 式整流电路，单结晶体管T1构成张弛振荡器作为晶闸管的同步触 发电路。
意事项
知
识
目
标
知识目标
① 正确识读晶闸管调光电路图
② 熟悉晶闸管调光电路的故障处理方法
③ 熟悉单面印制电路板制作过程
制
作
设
计
制作与设计要求
① 学习印制电路板图设计的方法
② 掌握调光灯的电路设计思路 ③ 掌握印制电路板设计步骤 ④ 印制电路板图的设计基本要求 ⑤ 印制电路板布局的设计原则
操作1 印制电路板图设计的方法和基本要求
（2）印制电路板图的设计基本要求 印制电路板图设计的具体要求，如表3-7所示。
操作2 印制电路板布局的设计原则
在确定印制电路板所需的尺寸后，根据原理图，将特殊元件 的位置初步确定下来，再确定其他各个元器件位置。最后，根据 电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。 具体的印制电路板布局的设计原则，如表3-8所示。
当调压器接上市电后，220V交流电通过负载电阻RL经二极管 D1～D4整流，在晶闸管VS的A、K两端形成一个脉动直流电压，该 电压由电阻R1降压后作为触发电路的直流电源。在交流电的正半 周时，整流电压通过R4、RP对电容C充电。当充电电压UC达到V1管 的峰值电压Up时，V1管由截止变为导通，于是电容C通过V1管的e、 b结和R2迅速放电，结果在R2上获得一个尖脉冲。这个脉冲作为控 制信号送到晶闸管VS的控制极，使晶闸管导通。晶闸管导通后的 管压降很低，一般小于1V，所以张弛振荡器停止工作。当交流电 通过零点时，晶闸管自关断。当交流电在负半周时，电容C又重新 充电如此周而复始，便可调整负载RL上的功率了。
操作2 晶闸管调光电路元器件检测
操作2 晶闸管调光电路元器件检测
（2）双向二极管VD的检测 双向二极管的检测见表3-3所示。
操作2 晶闸管调光电路元器件检测
（3）晶闸管调光电路元器件功能，如表3-4所示
任务二
印制电路板的制作
虽然单面印制电路板的人工制作工艺细节十分复杂， 但还是有章可循的。其工艺流程可概括为：绘图→裁板 →打磨→描图→涂漆→腐蚀→除漆→钻孔→涂层。
操作2 晶闸管调光电路工作原理
操作2 晶闸管调光电路工作原理
特别是在电路中调节RP的阻值，即可改变RC时间常 数，这个充电时间常数的改变，也就改变了晶闸管控制 角θ 。控制角θ 的改变，使得晶闸管输出电压（即负载 两端的电压）大小也相应发生变化。 当RP调到阻值较大时，电容Ｃ充到双向触发二极管 转折电压的时间较长，因此晶闸管的导通角θ 比较小， 负载得到的功率也就较小；反之，当RP调到阻值较小时， 晶闸管的导通角θ 就比较大，负载得到较大的功率。因 此，调节RP就能控制照明灯的亮与暗。
4）由于电路是通过灯泡与交流 220V电压构成回路的，所以不接灯， 电路将不能工作。
任务四
晶闸管调光电路检测与常见故障维修
操作1 晶闸管调光电路的检测
晶闸管调光电路安装完成后，能否正常工作，检测是关键。 检测过程如下。 1）电路接上灯，通电。 2）将万用表置于交流250V挡，红、黑表笔接灯两端，由大到 小地逐渐缓慢调整RP阻值，万用表指针指示电压应由小变大，此 时灯由暗变亮；反之，灯应由亮变暗。 3）电路输出功率的大小与晶闸管额定平均电流大小有关。如 果选用平均电流为3A、6A等大容量的双向晶闸管器件，则负载上 获得的功率可以增大到300W。 结论：满足上述1）、2）两点，说明晶闸管调光电路制作成功。
操作2 晶闸管调光电路制作注意事项
1）图3-3所示的是双向晶闸管外 形和电路图形符号图。在焊接双向晶 闸管VS时特别要注意极性，装插时千 万不要插错。
2）焊接完后，认真检查电路有 无虚焊、错焊等。检查无误后，方可 外接灯泡负载及交流电源，以便通电 测试。 3）由于电路直接与交流电网相 连，整个电路都带有交流电，所有在 通电时必须注意安全，防止触电。
操作2 电路工作原理
特别是在电路中调节RP的阻值，即可改变RC时间常 数，这个充电时间常数的改变，也就改变了晶闸管控制 角θ 。控制角θ 的改变，晶闸管输出电压（即负载两端 的电压）大小也相应发生变化。
操作3 元器件清单和选择
调压器的调节电位器选用阻值为470kΩ 的WH114-1型合成碳膜 电位器，这种电位器可以直接焊在电路板上，电阻除R1要用功率 为1W的金属膜电阻外，其余的都用功率为1/8W的碳膜电阻。D1～ D4选用反向击穿电压大于300V、最大整流电流大于0.3A的硅整流 二极管,如2CZ21B、2CZ83E、2DP3B等。VS选用正向与反向电压大 于600V、额定平均电流大于1A的晶闸管整流器件，如国产3CT系列。 具体如表3-9所示。
操作4 印制电路板
用Protel DXP软件绘制图3-8的电路原理图，依据这 张原理图生成印制电路板图和3D效果图，如图3-9所示。
项目评估
1.评估检查
(1)调光电路制作评估 结合制作、调试和维修过程，测量元器件各极电压，填写到表3-10 中（满分10分）。
1.评估检查
(2)印制电路板设计评估
单面印制电路板的人工制作过程要领如表3-5所示。
任务三
调光电路的安装工艺
操作1 晶闸管调光电路安装工艺
晶闸管调光电路安装所用元器件布局图、印制板图 和装配图，如图3-2所示。 在安装过程中，建议按如下工艺流程进行：检测元 器件质量→安装电阻→安装双向二极管→安装电容→安 装双向晶闸管→安装带开关电位器→安装铜柱（接线 柱）。
综上所述，调光电路的设计思路框图如图3-4所示。
任务六
调光电路原理图识读
操作1 晶闸管调光电路原理图
晶闸管调光电路原理图，如图3-5所示。
操作2 晶闸管调光电路工作原理
根据图3-5所示的电路，在给出如图3-6(a)所示 信号时，其工作过程为：闭合开关S，在交流电压波 形正半周期内，UC↑→VD导通↑→UG↑［电压波形如 图3-6（b）所示］→双向晶闸管VS导通［电压波形 如图3-6（c）所示］→控制负载的工作［电压波形 如图3-6（d）所示］。 当交流电下降为零时，u=0→uK=0→晶闸管VS关 断。 在交流电的负半周期内，工作过程重复上述过 程，同样使双向晶闸管得到一个反向触发电压。此 电压作为晶闸管VS的触发信号。
任务七
印制电路板图的设计
操作1 印制电路板图设计的方法和基本要求
（1）印制电路板图设计的方法 印制电路板图的设计有手工设计与计算机辅助设计（CAD）方 法两种。 最原始的是手工印制电路板图。这比较费事，往往要反复几 次，才能最后完成。在没有其他绘图设备时也可以采用，这种手 工印制电路板图方法对刚学习印制电路板图设计者来说也是很有 帮助的。 计算机辅助设计完成印制电路板图，也就是平常所说“电子 线路CAD”这门课程。目前应用比较流行，并且有多种软件，功能 各异。
操作2 晶闸管调光电路常见故障维修
晶闸管调光电路常见故障维修，如表3-6所示。
任务五
调光电路的设计思路
操作1 调光灯技术指标和性能的确定
1）晶闸管调光灯输出电压范围控制在120～210V比 较合适。 2）带负载的能力（指输出电流的能力），输出电 流为500mA，输出功率为100W。
操作2 调光电路的设计思路
晶闸管调光电路的制作与设计
晶闸管被广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现 交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、 温度控制、台灯调光、舞台调光和可控整流等功能。本项 目通过对晶闸管调光电路的制作，来完成晶闸管调光电路 的识读、检测与调试的任务。
技
能
目
标
技能目标
① 调光电路元器件识别
② 了解晶闸管调光电路元件的检测方法
通过项目拓展知识的学习（任务八），并结合学习 附录的内容后，完成表3-11各项内容。并且根据评分结 果，衡量学习的效果（满分100分）。
2.问答题
1)图3-5晶闸管调光电路原理图中不接时负载，电 路能够进行调压吗？为什么？ 2)画出调光电路的设计思路框图。 3)通过对图3-6（b）的分析，图中的Ug向前和向后 移动对输出电压有什么影响？
操作3 波形图
波形图如图3-6所示。如此周而复始，在负载上形 成了图3-6（d）所示的电压（uL)波形。
操作4 框图
晶闸管调光电路框图，如图3-7所示。 根据原理图的识读可以知道，晶闸管调光器由双向 晶闸管开关电路、触发电路和负载三部分组成。本电路 直接由交流电220V电压供电。220V正弦交流电→负载→ 双向可控硅形成回路。双向晶闸管的导通程度由触发电 路控制。
依据以上实训操作的过程，可以总结出调光电路的设计思路。 由调光灯的指标和性能，进行电路的设计工作。由于要求输出电 压在120～210V之间并且可调。结合专业课的知识可知，选择晶闸 管这种元器件能满足性能的要求。那么，是选用单向晶闸管，还 是双向晶闸管呢，这取决于谁能满足调压的范围。显然双向晶闸 管能解决这个问题。 当选用双向晶闸管时，接下来的问题就是双向晶闸管的触发 和其他细节问题。依据专业知识，双向二极管能满足双向触发。 于是可以进行简单的计算、画出草图，选择元器件参数（满足带 负载的能力），搭建电路进行试验。
任务一
调光电路元器件识别、参数与检测
调光器主要由双向晶闸管、双向二极管、电位器 和电阻、电容组成，如图3-1所示。
操作1 判别晶体管的好坏
调光电路制作所用元器件及参数，如表3-1所示。
操作1 判别晶体管的好坏
源自文库
操作2 晶闸管调光电路元器件检测
(1)双向晶闸管VS的检测 双向晶闸管的检测，如表3-2所示。
任务八
晶闸管交流调压器
操作1 电路原理图
晶闸管交流调压器电路主要由二极管、晶闸管、单 结晶体管、阻容元件和负载组成。图3-8所示的是电路 原理图。
操作2 电路工作原理
晶闸管交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成， 其电路原理图如图3-11所示。从图中可知，二极管D1～D4组成桥 式整流电路，单结晶体管T1构成张弛振荡器作为晶闸管的同步触 发电路。