实验一-控制电路及交流调压实验.docx

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1、实验一 控制电路及交流调压实验一、实验目的和要求 本实验是利用单结晶体管来构成的最简单的控制电路。但具有触发电路的四要素，这种电路的中小功率电路中仍广泛使用。1. 学会制作单结晶体管控制电路，以实现对小功率电力电子电路的控制，通过实验学习触发电路的设计及测量方法2. 了解脉冲变压器在可控硅触发电路中的应用，学习脉冲变压器的制作及同名端的测试方法3. 学习双向晶闸管在调压电路中的应用，在制作简单的控制电路的基础上，完成用双向晶闸管实现交流调压，用来控制灯光的亮度二、实验内容1单结晶体管DT33构成的控制电路调试，记录各级波形，形成控制脉冲2单相交流调压电路调试，实现灯光亮度调节三、实验仪器、设备

2、（软、硬件）及仪器使用说明）1单相或三相电源变压器一台2模拟或数字示波器一台3单结晶体管、可控硅及实验板一套四、实验原理1把交流电整流成脉动直流电，再经过二极管限幅，形成同步梯形波，再把此电压加给电容器，使其充电，当其电压到达单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管导通，电容器放电。我们正是利用单结晶体管BT33的负阻区形成触发脉冲，如图1所示。2双向晶闸管具有双向调节电压的的作用，图2的上半部分给出了双向晶闸管调压电路，所采用的双向晶闸管是BT136塑封管，其管脚图如图2的右下角BT136管脚的正视图，有字一面正对自己，最左边的为第一脚是门极，最右边的一脚是T1极，中间的是T2极。3利用单结晶体管

3、BT33在负阻区形成触发脉冲作为控制信号，加在门极和T1极上去控制双向晶闸管工作，使其在交流电的正半周和负半周各有一段时间不导通，控制不导通的时间长短就达到了调压调光目的。4 利用示波器找出脉冲变压器的同名端，目的是把正极性的控制信号加到可控硅的门极上，图中有黑点的端为同名端。 单结晶体管组成控制电路原理图（作图工具：altium designer）l 晶闸管对控制电路的要求：1. 触发脉冲的极性应与晶闸管门极工作状态相一致；2. 触发脉冲的幅度值应大于晶闸管标的触发电压和电流值，但触发功率不能超过功率容限，脉冲的宽度应能保证晶闸管可靠导通，脉冲的前延要陡峭；3. 触发脉冲应与主回路的电源电压

4、同步；4. 触发脉冲应有一定的移相范围。 而以上控制电路能满足上述要求。l 单结晶体管自激振荡电路工作原理：单结晶体管自激振荡电路是利用单结晶体管的负阻效应和RC充放电原理工作的。在加正弦电后，经过整流电路和限流电路形成梯形电压波形，即B点波形。此时通过R1和W1给电容器C1充电，电容器上的电压按指数规律上升，形成锯齿波。一开始ucup 时，单结晶体管进入负阻区，发射极电流从几微安的漏电流一下子跃变到几十毫安电流，单结晶体管立即进入导通状态。于是电容器上的电压就通过单结晶全管向电阻R4放电，这样在R4上就产生了一个触发脉冲（即D点波形）。由于R4很小，放电时间很短，触发脉冲的宽度很窄。电容器放

5、电到其上电压ucup时，单结晶体管进入导通状态，导通后随着Ie增大，ue反而减小。正常情况下，电阻不变，随着电压增大，电流要增大，电流与电压成正比。而负阻区的单结晶体管在导通状态是随着电流增大而电压反而减小，相当于电阻提供了能量，即负电阻。五、实验方法与步骤 1图1的电路给出了控制电路的几种形式，包括了了脉冲形成电路、同步电路、移相电路、输出电路等。同学们可参照图1的电路在面包板上插接电路：1）先用整流桥搭接整流电路，把交流电整流成脉动直流电，通电后观察并在座标纸上记录A点显示的波形；2）断电后串电阻接上稳压二极管，经过二极管限幅，形成同步梯形波；再加电测量并记录B点显示的同步梯形波波形；3）

6、断电后插上R2、R3、W1、C1、BT33和R4，再加电后用示波器测量C点、D点波形，看C点是否是锯齿波，D点有无脉冲输出。4）若有波形，看脉冲多少，应控制脉冲在520个之间，并调节W1，看锯齿波的个数有无增加或减少，有变化为正常。正常后调节到脉冲较少时记录波形，注意用双踪示波器对应测量C点和D点波形，观察D点的脉冲是在锯齿波的上升边还是在锯齿波的下降沿。5）去掉电阻R4，换上脉冲变压器B，（1）测量变压器输出头的同名端，方法是用示波器探头的接地端接一个输出头，用示波器探头接另一个输出头，若输出脉冲为正极性则示波器探头所接的输出头为同名端，如图2中脉冲变压器B中分别带点的输出头。（2）测量输出

7、脉冲的波形，这时脉冲的波形有正有负，这是由于脉冲变压器的电感引起的。并上反向二极管，可去掉负半边。2图2给出了单结晶体管控制电路组成的调光电路。这里包括了调光主回路用的双向晶闸管BT136和发光元件普通的220V/40W灯泡。从图上显而易见脉冲变压器同名端是接到了BT136的门极上（这就是同名端的用处）。1）控制电路调整好后，接上双向晶闸管BT136，连上40W灯泡；2）查看无误后再把BT136的T2端接到变压器的110伏输出的一个端子上，40W灯泡的另一端接到变压器的110伏输出的另一个端子上。3）最后接上控制脉冲信号，脉冲变压器的同名端接BT136的G极，另一端接BT136的T1端。4）通

8、电，灯泡应该亮，若不亮，用示波器查看控制脉冲有无、BT136好坏、电源接通与否；5）正常后，调节W1，灯泡的亮度应随着调节而变化。6）测量并记录可控硅两端的波形和负载灯泡两端的波形（分别标明BT136导通段和截止段）。六、实验数据1A点显示的波形：(由于仪器有问题，不是很标准)此为桥式整流之后形成的波形，为脉动直流电。2B点的波形 此为经过限流后得到的梯形波。3.C点波形改变可变电阻W1的值可改变电容充放电的时间，W1越大电容器电压上升时间越长，振荡频率越低，半周期内产生的脉冲越少。其中上面的为电容器两端的波形，下面的为D点即输出的脉冲波。由图可看出，每个锯齿波的下降沿都对应一个脉冲波的上升沿

9、。因为每个锯齿波的下降沿都对应一个电容放电过程，这个过程单结晶体管处于负阻状态，对随着发射极电压减小，发射极电流反而增大，同时b1端电流增大，故电阻两端电压在极短时间内骤增，形成脉冲波。当W1阻值变大时，产生的周期内的脉冲波会减少，即振荡频率降低。5. 负载电路：其中uvt 为BT136两端电压波形，u0 为灯泡两端电压波形，u1为输入的交流电波形。BT136为双向晶闸管，可双向导通。在一个周期内的波形变化为：开始输入电压处于正半周，BT136导通，此时电源电压全部加在灯泡两端。当输入电压过零点时，由于BT136承受反向电压，BT136截止，灯泡两端电压变为0，电源电压全加在BT136两端。当

10、给BT136加触发脉冲时，BT136重新导通，电源电压又回到灯泡两端。由实验原理可知调节W1的电阻值可改变控制脉冲在半周期内的数量，当电阻值增大时，半周期内脉冲数减少，第一个脉冲相对于交流电过零点往后推迟的时间就长，相对应的电角度就大，BT136截止的时间就变长，灯泡亮的时间变短，则灯泡亮度减小。七、讨论与思考1.晶闸管的控制电路由哪几部分组成？答：由同步电路、移相电路、脉冲形成电路、脉冲放大电路、脉冲输出电路组成。2.Re变得太大或太小时都可以使单结晶体管停振，为什么？答：Re太大会使电容器上的电压上升到最大的时间长，振荡频率低，这样第一个脉冲相对于交流电过零往后推迟的时间就大大加长，电角度

11、过大而使单结晶管停震。同理，Re太小会使电容器上的电压上升到最大的时间短，振荡频率高，这样第一个脉冲相对于交流电过零往后推迟的时间就大大缩短，电角度过小而使单结晶管停震3.要使振荡频率升高，Re是变大还是变小？答：变小。Re/增大减小半周期产生的脉冲数减小增多电角度增大减小振荡频率降低升高灯泡亮度变暗变亮八、实验中遇到的问题、原因及解决问题的方法。1、 问题：一开始的实验台内部电路短路，然后烧坏了。解决方法：换成另外一块实验板。2、 问题：示波器不会用。解决方法：自己摸索了好长时间，加上咨询老师。实验四 三相桥式可控整流电路实验一、实验目的和要求 通过三相全桥可控整流实验掌握三相电路中电流的流

12、向及负载特性，进一步理解晶闸管的驱动电路在桥式电路中的的作用特点。1学会用示波器观察三相桥式电路中田闸管的工作波形来了解晶闸管的工作状况2根据实验，研究电路在不同负载下的特性3验证晶闸管导通角与负载的关系及三相桥式整流电路中平均电压的计算公式二、实验内容 1调试三相可控整流电路2调试和测量三相可控整流电路的控制回路实验板3测量三相桥式整流电路电阻负载下不同角的输出电压的波形和有效值4测量三相桥式整流电路电阻负载下不同角的晶闸管两端电压波形5测量三相桥式整流电路电机负载下不同角的输出电压波形和有效值6测量三相桥式整流电路电机负载下不同角的晶闸管两端电压波形三、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用

13、说明 1三相变压器一台、三相同步变压器一台、可控硅实验盒一台，三相电实验台2模拟或数字示波器一台3350W直流电机一台（包括220V激磁电源一台）4数字或模拟三用表一只 四、实验原理 1三相可控整流电路是由共阴极的三相半桥和共阳极的三相半桥组成的。实验电路分为主回路和控制回路，主回路由6个晶闸管组成，控制回路由TA787A集成电路芯片为主的控制电路板来完成的。2三相电源和三相同步信号是经过CZ1插座引入到可控硅实验盒中，三相电源再经交流接触器J1引入到主回路上，三相同步电源是经CZ1直接引入，另外CZ1还引入了双15V的交流电源，用以在控制板上形成正负15V直流电源供给集成电路工作。3控制电路

14、板是把三相30V的同步信号形成三相同步锯齿波，通过TA787A集成电路芯片产生六路双脉冲控制信号，经过放大，再经脉冲变压器隔离驱动六个晶闸管工作。4控制板是插入在CZ2的插座上。其产生的6路双脉冲信号，经过放大通过CZ2直接加到6 个脉冲变压器上，经隔离后加到六个晶闸管的门极上。6路脉冲信号是按照DT1-DT2、DT2-DT3、DT3-DT4、DT4-DT5、DT5-DT6、DT6-DT1、DT1-DT2的顺序循环供给6个晶闸管，6个晶闸管则按照这个顺序循环工作，每60度有一个晶闸管换相，每个晶闸管各导通120度，完成三相整流工作。调节角就调节了延迟时间，也就调节了输出电压的值。5整流输出的直

15、流电源也是经CZ1插座输出的，如图8所示。五、实验方法与步骤 1如图7线路和图8实物图，插上CZ1插头和J2插头。1）合上电源开关，三相变压器工作，控制板上已有三路30V的同步电压，2）按下K0自锁开关，K0上指示灯亮，接触器吸合，再按一下K开关，接触器断开，即断开给晶闸管的供电电源。2测量控制板1）测量三路控制脉冲波形：（1）用示波器双路探头测量控制板上的三路锯齿波，记录比较三路锯齿波的相位，（2）打开禁止钮子开关，用示波器双路探头测量实验盒上的六个测试点，测量脉冲变压器输入端的脉冲电压波形，比较其相位关系（测量时按照管子1-2-3-4-5-6-1的顺序比较测量，看是否在驱动DT1的时候也给

16、DT6的门极加上驱动信号，驱动DT2的时候也给DT1的门极加上驱动信号-）每隔60度应有两个对应的晶闸管工作。（3）用一路探头测量各个门极的驱动信号（注意要断开另一个探头的地线！）2）测量相移角双踪示波器一个探头接A相锯齿波，另一个探头接A相的双脉冲信号，调节角调节旋钮，查看双脉冲相对于180度的锯齿波移相了多少即测量了相移角。3测量电路电阻负载下的输出特性1）接灯负载，用示波器观看并记录电阻负载两端的输出电压波形2）固定灯负载的大小，测量不同下输入电压和输出电压的有效值：3）根据测量值作Ud=f ()关系曲线。4）用示波器观看并记录电阻负载下晶闸管两端的电压波形4测量直流电机负载下的输出特性

17、1） 把输出直流电压通过电流表接直流电动机，用示波器观看电机负载下的输出波形，调节角观察并记录输出波形2）固定电机负载的大小，测量不同角下输入电压和输出电压的有效值.3）根据测量值作Ud=f ()关系曲线。4）用示波器观看、记录电机负载下晶闸管两端的电压波形并与灯负载的波形比较。5测量直流电机+大电感负载下的输出特性1） 把输出直流电压通过电流表接直流电动机，用示波器观看电机负载下的输出波形，调节角观察并记录输出波形2）固定电机负载的大小，测量不同角下输入电压和输出电压的有效值.3）根据测量值作Ud=f ()关系曲线。4）用示波器观看、记录电机负载下晶闸管两端的电压波形并与灯负载的波形比较。六

18、、实验数据1、六路脉冲波波形2、 接灯泡负载时（1）=0时晶闸管两端电压波形负载两端电压波形（2）=30度时晶闸管两端波形负载两端电压波形3、接负载接灯泡和电容时l 晶闸管两端电压输出：（1） =0时（2） =30o时（3） =90o 时以下为网上找到的资料：电阻负载时输出波形：（1） =0时（2） =30时（3） =60时（4） =90时固定灯负载的大小，测量不同下输入电压和输出电压的有效值记录于下表：0306090输入相电压50505050输出直流电压（V）114.098.062.020.0作Ud=f ()关系曲线：电阻负载时晶闸管两端波形：七、讨论与思考（1）三相桥式可控整流输出六个波头

19、，要想输出12个波头的直流电，应该怎样实现（要做哪些工作）？答：采用两组六相电源并联。变压器一次侧可接成三角形或者星形，二次侧之一接成星形，别一个接成三角形，即可得到形成相位差为30o的十二相大电流整流电路。（2）三相桥式可控整流电路在一相控制脉冲未能加上时，电路还能不能正常工作，输出电压将是怎样？答：能正常工作，只是输出电压有效值会降低。（3）若一只晶闸管不能导通，可能是哪儿出问题了？答：可能1：此晶闸管对应的脉冲触发电路出现问题导致无法产生触发脉冲可能2：触发脉冲的输出功率不够，不足以使晶闸管导通可能3：晶闸管已被烧毁。八、实验中遇到的问题、原因及解决问题的方法。 （1）问题： 在测量负载

20、两端的电压波形时，当把示波器的表笔的黑色笔端接到负载一端时，实验台即响起警报声（） 原因：在接表笔时电路仍处于上电状态，黑色笔端接到负载时会发生漏电 解决方法：先把电源关掉，接好示波器后再打开电源，这样才不会响起警报声（2）问题：在测量晶闸管两端电压波形时，数字示波器显示不完整，只能显示波形中间的部分，无法看到完整波形。原因：测量的电压太大，超过数字示波器可以完整显示的最大值。解决方法：换一只表笔，选择10档位。数字示波器的使用 1、 荧光屏荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示电压。水平方向分为10

21、格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0%，10%，90%，100%等标志，水平方向标有10%，90%标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V/DIV，TIME/DIV)能得出电压值与时间值。 2、 示波管和电源系统 1.电源(Power) 示波器主电源开关。当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。 2.辉度(Intensity) 旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。一般不应太亮，以保护荧光屏。 3.聚焦(Focus) 聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。 4

22、.标尺亮度(Illuminance) 此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下，照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。 3、垂直偏转因数和水平偏转因数 1.垂直偏转因数选择(VOLTS/DIV)和微调 在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为 cm/V，cm/mV或者DIV/mV，DIV/V，垂直偏转因数的单位是V/cm，mV/cm或者V/DIV，mV/DIV。实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。 踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关

23、。一般按1，2，5方式从 5mV/DIV到5V/DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V/DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。 每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采

24、用5扩展状态时，垂直偏转因数是0. 2V/DIV。 在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。 2.时基选择(TIME/DIV)和微调 时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在1S/DIV档，光点在屏上移动一格代表时间值1S。 “微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮，则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展

25、状态。通常为10扩展，即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小到1/10。例如在2S/DIV档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于2S(1/10)=0.2S。 TDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号，由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度很高，可用来校准示波器的时基。 示波器的标准信号源CAL，专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。例如COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kHz的方波信号。 示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动信号波形，旋转垂直位移

26、旋钮(标有垂直双向箭头)上下移动信号波形。 4、 输入通道和输入耦合选择 1.输入通道选择 输入通道至少有三种选择方式:通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。测试信号时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点。示波器探头上有一双位开关。此开关拨到“1”位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。此开关拨到“10位置时，被测信号衰减为1/10，然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。 2.输入耦合方式 输入耦合方式有三种选择:交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。在数字电路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值。