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4.7电子控制技术之晶闸管抢答器的制作教案


晶闸管抢答器的制作 一、 本活动说明 根据《电子控制技术教学指导意见》 ,了解常见无触点继电器, 知道晶闸管的构造和电路符号。了解晶闸管的简单的工作原理。知道 晶闸管的简单应用电路。.通过晶闸管自动控制器电路的制作活动, 了解晶闸管控制电路的基本原理和基本作用。 本活动时间约需 90 分钟,通过了解电子元件的基础上,按照《活 动手册》中的“活动提示”逐步进行安装。特别要注意的是:1、部 分元件插入的位置和高度等;2、关于焊接是否符合要求;3、调试时 首先检查各元件是否安装正确;教师可以根据实际情况,在学生动手 活动时巡回指导,并与学生探讨并作一指导。 二、 教学建议 可控硅是一种新型的半导体器件,它具有体积小、重量轻、效率 高、寿命长、动作快以及使用方便等优点,活动导入以可控硅实际应 用案例的展示,以激发学生的活动兴趣。 活动提示 1:可调电压插座 电路如图, 可用于调温 (电烙铁) 调光 、 (灯) 、 调速(电机),使用时只要把用电器的插头 插入插座即可,十分方便。 V1 为双向二极管 2CTS,V2 为 3CTSI 双向可 控硅,调节 RP 可使插座上的电压发生变化。

活动提示 2:简易混合调光器 根据电学原理可知,电容器接入正弦交流 电路中,电压与电流的最大值在相位上相 差 90°。根据这一原理,把 C1 和 C2 串联 联接,并从中间取出该差为我所用,这比 电阻与电容串联更稳定。电路中,D1 和 D2 分别对电源的正半波及负 半波进行整流,并加到 A 触发和 C1 或 C2 充电。进一步用 W 来改变触 发时间进行移相, 只要调整 W 的阻值, 就可达到改变输出电压的目的。 D1 和 D2 还起限制触发极的反相电压保护双向可控硅的作用。 活动提示 3:可调速吸尘器 这种吸尘器使用可控硅元件构成调速电路,能根据需要控制电机转 速,以发迹管道吸力的大小。下图所示的调速电路比较成熟,普遍使 用在高档大功率吸尘器中。

活动提示 4:光控电子开关 光控电子开关, 它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现 的,而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度(或人为亮度)的大 小所控制的。 该装置适合作为街道、 宿舍走廊或其它公共场所照明灯, 起到日熄夜亮的控制作用,以节约用电。

工作原理:电路如上图所示,220V 交流电通过灯泡 H 及整流全桥后, 变成直流脉动电压,作为正向偏压,加在可控硅 VS 及 R 支路上。白 天,亮度大于一定程度时,光敏二极管 D 呈现底阻状态≤1KΩ ,使三 极管 V 截止,其发射极无电流输出,单向可控硅 VS 因无触发电流而 阻断。此时流过灯泡 H 的电流≤2.2mA,灯泡 H 不能发光。电阻 R1 和 稳压二极管 DW 使三极管 V 偏压不超过 6.8V,对三极管起保护作用。 夜晚,亮度小于一定程度时,光敏二极管 D 呈现高阻状态≥100KΩ , 使三极管 V 正向导通,发射极约有 0.8V 的电压,使可控硅 VS 触发导 通,灯泡 H 发光。RP 是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。 安装与调试: 安装时, 将装焊好的印制板放入透明塑料盒内并固定好, 将它与受控电灯 H 串联, 并让它正对着天幕或房子采光窗前较明亮的 空间,避免 3 米以内夜间灯光的直接照射。调试宜傍晚时进行,调节 RP 阻值的大小,使受控电灯 H 在适当的亮度下始点亮。 活动提示 5:自动延时照明开关 夜晚离开房间,总要先关掉照明灯。可如果灯开关不在门口,那么关 上灯再摸黑走到门口,十分不方便。

本文介绍的一种开关仅用 9 个元件,可方便地加在原来的开关上,使 您的灯在关掉后延时几十秒钟,让您有充足的时间离开房间,免受摸 黑之苦。 工作原理:电路原理如下图所示。A、B 分别接在原开关两端。合上 开关 S 时,交流电的正半周经 D6、R2、R1、D1 和可控硅控制极,触 发可控硅导通;交流电的负半周经 D4、R2、R1、D1 和可控硅控制极, 触发可控硅导通。可控硅导通后,相当于短路 C、D 两点,因而 A、B 两点也经过二极管和导通的可控硅闭合起来。此时照明灯亮。

断开开关 S 后,由于电容 C1 经 R1、D1 和可控硅控制极放电,使可控 硅仍有触发电流维持导通。放电电流逐渐减小,一段时间后,可控硅 截止,灯灭。此电路延时时间约为 40~50 秒。 元件选择:可控硅选最大电流 1A、耐压 400V 的。D1、D3~D6 可用 1N4004。C1 用耐压 630V、35μ F 的彩电电容。如果合上开关 S 灯不 亮,可适当减小 R1 的阻值。 活动提示 6:声控音乐彩灯 彩灯控制器的电路如下图,R1、R2、D 和 C 组成电阻降压半波整波电 路,输出约 3V 的直流电供 SCR 的控制回路用。压电陶瓷片 HTD 担任 声-电换能器,平时调 W 使 BG 集电极输出低电平,SCR 关断,彩灯不

亮。当 HTD 接收到声波信号后,BG 集电极电平升高,SCR 即开通,所 以彩灯能随室内收录机播出的音乐节奏而闪烁发光。

W 可用来调节声控灵敏度,W 由大调小时,声控灵敏度愈高,但 W 过 小时,电灯常亮,这时就失去声控作用,使用调试时,将 W 由大逐渐 调小至某一阻值时,电灯即点亮,再将 W 退回少许(即稍微调大), 电灯就熄灭,这时声控灵敏度最高,离 HTD 二三米远处普通谈话声就 能使彩灯闪烁。如嫌灵敏度太高,只要将 W 调大些即可,电灯长亮不 熄,表示 BG 的放大倍数 β 值过小,应更换 β 大些的三极管。电阻 均为 1/8W 碳膜电阻。 活动提示 7:简易延时照明灯 本文介绍的这种延时照明灯非常简单,安装也十分方便,将它直接连 接于普通开关的两端即可。使用时,打开开关电灯点亮,关灯后由于 延时电路的作用使电灯仍亮几秒钟后自动熄灭。本电路安全可靠,适 合初学者自制。 电路原理:该延时照明灯的电路如附图所示。延时电路如虚线框内所 示。 图中 K 为拉线开关或墙壁开关, K 闭合后, 当 该延时电路不工作, 电灯处于正常的发光状态。当 K 被关断后,该电压一方面经 R1 向电 容 C 充电,由于在 C 的充电期间没有电流流过 R2,则三极管 V 一直

处于截止状态;另一方面,该电压经 R3、R4 向可控硅 SCR 提供触发 电压,使可控硅处于导通状态,因此在关灯后电灯亮一段时间。当电 容 C 被充足电后,使三极管 V 由截止转为导通状态,将可控硅 SCR 关 断,电灯也就熄灭了。

本电路关灯延时期间,延时时间由 R1、C 的取值来确定,读者也可根 据各自需要自行确定。 本电路中的可控硅, 笔者选用的为单向可控硅, 在关灯延时期间电灯的亮度约为开灯时亮度的一半, 以适合人们的视 觉上的需要,同时又可节能。 电路制作:图中单向可控硅 SCR 选用 MCR100-8,耐压须为 600V 以 上。灯泡的功率不大于 100W 为宜。二极管 VD 为 1N4007, 为 C1815。 V 电阻均为 1/8W 碳膜电阻。 制作时,用一小块电路板将图中虚线框内各元器件焊装上。最好将本 电路装在拉线开关底部凹槽内, 用胶水粘牢并将引线接至开关两接线 端即可。 活动提示 8:单键自锁开关

单键自锁开关说明 1、上电不动作。 2、按钮按下后再释放,继电器吸合。 3、按钮长按时,继电器释放,松开后继电器吸合。 4、按钮点按时:继电器释放 ←→ 吸合循环动作。 5、因为 47Ω 电阻有压降,继电器可以用 DC9V 的。 活动提示 9:简单的停电自锁开关

电网供电正常时,它象普通开关一样使用。按一下 K1,220V 交流电 经 R1 和 R2 分压给双向可控硅提供一触发电压,使双向可控硅导通。 可控硅导通后, 在电源电压正半周期间, 少量电流经 R4、 向 C 充电, D 同时经 R3、R2 分压触发可控硅;在负半周期间,C 向 R3 和 R2 放电 并触发双向可控硅, 这样使双向可控硅继续导通, 保证负载正常工作。

一旦电网突然停电, 上的电荷经 R3 和 R2 放电。 C 在电网恢复供电后, 由于 K1 常开,C 上又无电压,不能使双向可控硅触发导通,电路呈 断开自锁状态,因此没有电流流过负载。只有重按一下 K1,负载才 能正常工作,从而有效地防止了因断电后恢复供电造成的浪费和事 故。常闭按钮 K2 用于正常供电情况下关断电路。 活动提示 10:双色彩灯 本彩灯是以多谐振荡器为控制信号, 灯光交替闪耀, 可给节日晚上 (尤 其是舞会)增加不少光彩和欢快气氛。 工作原理如下图所示。交流 220V 电源经 C1、VD1、VD2 及 VD3 降压、 整流、 滤波后, VD3 两端得到 3V 的稳定电压。 在 多谐振荡器中的 VT1、 VT2 轮流导通,其集电极电流控制双向晶闸管 VS1 和 VS2 工作,彩灯 将交替闪烁着光彩。

元器件选择:电容 C1 为 0.47μ /400V(涤纶电容)、C2 为 220μ /6V, C3、C4 为 50μ /16V。电阻 R1 为 1M/1W,R2、R3 为 20K/1/4W。二极 管 VD1、VD2 选 1N4004。稳压二极管 VD3 选 3V/1W。发光二极管 VD4、

VD5 为 FG114001。双向晶闸管 VS1、VS2 为 TLC3A/400V。三极管 VT1、 VT2 为 3CK9D,60≤β ≤120。 使用方法: (1)如彩灯不亮,将 3V 稳压管换成 4.5V 稳压管。 (2)为防止流过发光二极管 VD4、VD5 的电流过大,最好在其回路中分 别串入一个 300Ω 的限流电阻。 (3)调整时,改变 R1、R2 或 C1、C2 的大小,则可直接控制彩灯相互 变化的快慢节奏。 (4)如双向晶闸管 VS1、VS2 用 3A/400V,最好负载功率在 300W 以下, 切忌不可超过最高限额 500W。如想增大功率,可选用电流大于 3A 的 晶闸管,但 C1 的容量还需增加。如原用 0.47μ /400V 可换成 0.68~ 1μ /400V 即可。 (5)本装置采用塑料作外壳,以避免市电源对人的触电,这样更为安 全。 活动提示 11:可控硅交流调压器 交流调压器采用可控硅调压器。电路简单、装置容易、控制方便的可 控硅交流调压器,这可用作家用电器的调压装置,进行照明灯调光, 电风扇调速、电熨斗调温等控制。本活动调压器的输出功率达 100W, 一般家用电器都能使用。 1:电路原理:电路图如下

可控硅交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成, 从图中 可知,二极管 D1—D4 组成桥式整流电路,双基极二极管 T1 构成张弛 振荡器作为可控硅的同步触发电路。当调压器接上 220V 交流电通过 负载电阻 RL 经二极管 D1—D4 整流,在可控硅 SCR 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、W1 对电容 C 充电。当 充电电压 Uc 达到 T1 管的峰值电压 Up 时,T1 管由截止变为导通,于 是电容 C 通过 T1 管的 e、b1 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可控硅 SCR 的控制极, 使可 控硅导通。可控硅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,可控硅自关断。当交流电在负 半周时,电容 C 又从新充电??如此周而复始,便可调整负载 RL 上 的功率了。 2:元器件选择 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,其佘的都用功率为 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。SCR 选用正向与反向电压大于 300V、额 定平均电流大于 1A 的可控硅整流器件,如国产 3CT 活动提示 12:电热毯温控器 市售电热毯一般有高、低两个温度档。使用时,拨在高温档,入睡后 总被热醒;拨在低温档,有时醒来会觉得热度不够。为此,笔者制作 了这种电热毯温控器, 它可以把电热毯的温度控制在一个适宜的范围 内。 工作原理:电路如下图所示。图中 IC 为 NE555 时基电路;RP3 为温 度调节电位器,其滑动臂电位决定 IC 的触发电位 V2 和阈电位 Vf, 且 V5=Vf=2Vz。220V 交流电压经 C1、R1 限流降压,D1、D2 整流,C2 滤波,DW 稳压后,获得 9V 左右的电压供 IC 用。室温下接通电源, 因已调 V2<Vz、V6<Vf,IC③脚为高电位,BCR 被触发导通,电热丝通 电发热,温度逐渐升高。热敏传感器 BG1 随温度的升高,其穿透电流 Iceo 增大,V2、V6 升高。当 V2>Vz,V6≥Vf 时,IC 翻转,③脚变为 低电位,BCR 截止邮电局热丝停止发热,温度开始逐渐下降,BG1 的 Iceo 随之逐渐减小,V2、V6 降低。当 V6<Vf,V2≤Vz 时,IC③脚回 到高电位,BCR 又被触发导通,电热丝又开始发热。实践证明,调节 RP2 使 V2=1/2V6 时,温差为零;而 V2=V6 时最大。

元件选择:BG1 可选用 3AX、3AG 等 PNP 型锗管;BCR 用 400V 以上小 型塑封双向可控硅,其它元件可按图标选用。 制作要点:热敏传感器 BG1 可用耐温的细软线引出,并将其连同管脚 接头装入一电容器铝壳内,注入导热硅脂,制成温度探头。使用时, 把该探头放在适当部位即可。 活动提示 13:安全省电的按键式床头灯 一盏延时式床头灯,对于许多读者在夜晚使用是很方便的。本文介绍 的按键式床头灯能安全和方便的要求,电路原理如下图所示。

该床头灯由节电型单稳态电路和亮度可控照明灯两部分组成。 两部分 靠光电耦合器耦合,电气部分完全独立,使用十分安全。当 K1 断开 时,VT1 截止,其集电极电压为 0V,VT2 截止,NE555 第①脚接地端 开路而不工作,此时,电路的耗电仅为 VT1、VT2 的穿透电流,约 3~

5μ A,四节电池能使用一年半以上。按下 K1 后,VT1 饱和导通,R3 两端电压接近电源电压,VT2 饱和导通,NE555 工作,此时,NE555 第②脚由高电平变为低电平, 而且低于 1/3 的电源电压, NE555 翻转, 第③脚输出高电平,其一路能过 R7 驱动光电耦合器 4N25,使双向可 控硅 VS 导通, 床头灯 H 点亮; 另一路通过二极管 VD1、 电阻 R6 向 VT2 提供足够大的偏流,维持 VT2 饱和导通,此时,即使 K1 断开,VT2 的工作状态也不变,即 NE555 的暂稳状态不变。在此期间,电源经 R5 为 C1 充电,使 C1 两端电压不断升高,当 C1 两端电压大于 2/3 电 源电压时,通过 NE555 的放电端第⑦脚放电,NE555 的暂稳态结束, 第三③脚由高电平变为低电平,VT2 截止,进入另一个稳定状态,只 有在 K1 再次接通时,NE555 才再次进入暂稳态,床头灯再次点亮。 该床头灯所用元件型号及数据如附图所示,无特殊要求。整个床头灯 安装容易,调试简单,只要安装无误,就能正常使用。若延时时间太 短,可加大 R5 的阻值或 C1 的容量,反之亦然。安装时将按键部分外 置,其余元件装入塑料盒内,以确保使用安全。


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