1、项目六 电子电路的安装与调试,调光灯在日常生活中应用非常广泛，其种类也很多，有采用双向晶闸管进行交流调压的交流调压调光灯，也有采用普通晶闸管整流调压的直流调光灯。本项目通过设计、制作一个由单相半控桥式整流电路与单结晶体管触发电路组成的调光灯电路，掌握二极管、晶闸管、单结晶体管等电力电子器件的特点、技术参数和应用场合，能利用万用表对常用的电力电子元器件进行检测；能按照工艺要求，根据电子线路图或装配图进行装配、调试，熟练掌握单结晶体管触发电路与单相半控桥整流电路的原理及调试方法；培养电子电路的基本故障分析与排除的能力,【项目描述】,1. 熟练掌握电子器件特点、技术参数和应用场合2.会利用万用表对常
2、用的电力电子元器件进行检测；3. 能掌握电子线路装配、调试工艺要求，根据电子线路图或装配图，进行装配、调试4能熟练掌握单结晶体管触发电路与单相半控桥整流电路的原理及调试方法；5. 能对调光灯电路的基本故障进行分析与排除。6能按照现场管理6S要求（整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全）安全文明生产；7培养团队合作精神与组织协调能力；培养学生爱岗敬业、吃苦耐劳的精神与良好的职业素养。,【学习目标】,6.3相关知识1.常用电力电子器件的检测（一）电阻器的标识与检测电阻器的标称阻值和允许误差参数一般都直接标注在电阻体表面上，标注方法通常分为以下几种：（1）直标法 是在电阻体表面直接标注主要参数和技术性能
3、的一种方法，如图6-1。,图6-1 电阻器阻值和允许误差直标法,（2）文字符号法 是将主要参数和技术性能用字母和数字符号有规律结合起来的一种标注方法。一般规律是：阻值的整数部分和小数部分分别标在阻值单位符号的前面和后面，如图6-2所示。,图6-2 电阻器阻值和允许误差文字符号法,（3）色标法 它是指用不同颜色在电阻体表面标示主要参数和技术性能的方法。电阻器色标符号及意义见表6-1:,固定电阻器的色环标注读数识别如图6-3所示。一般电阻器用两位有效数字表示，见图6-3(a)所示。精密电阻器用三位有效数字表示，见图6-3(b)所示。,( a ) 阻值为27K 允许误差为5%,( b ) 阻值为1.
4、75 允许误差为1%,图6-3 电阻器色环表示法,（4）数字法 例：104表示10104；53H表示5103 。,（二）电容的标识方法与检测（1） 电容器的标志方法1) 直标法 具体方法与电阻器相同。有些电容器由于体积较小，在标注时为了节省空间，习惯上省略了单位，但必须遵照以下规则：凡带小数点小于1的数，且无单位标志，则表示是F。 例：0.470.47F凡不带小数点大于1且小于100的数，且无单位标志，则表示是pF。 例：5656pF凡不带小数点大于100且个位数为0的数，且无单位标志，则表示是pF，例：560560pF2）文字符号法 同电阻一样，由于电容器的计算单位是F、F、 pF且它们之间
5、的相差106。3）数字标示法 例：10410104pF，33333103pF,（2）电容器的检测1）识别方法：电容器按极性的有无分为有极性电容和无极性电容两种。有极性电容一般为容量较大的电解电容，正常的有极性电容在外壳上有很清晰的极性标志符号。使用时，正极性接高电位，负极接低电位，不可接反。无极性电容引脚接法任意。2）测量法，有些数字万用表设置有电容档位，可以测量容量20uF以下的电容。如图6-4所示。,图6-4 电容测量法,3）检测方法：一般情况下，可用模拟万用表电阻挡对有极性电容器的极性和电容的质量进行判别。一般不用数字万用表检测。测试时，通过测定电容器漏电电阻大小和电容器充电现象强弱，来
6、判断有极性电容的极性、容量的大小及其质量的好坏。具体测量方法参数、判断准则如表6-2所示。,（三）电位器的检测电位器即可变电阻器，主要用在电路中需要调节电阻的位置。一般为三个引脚，分固定端和可变端（滑动端）。电位器的种类很多，按调节方式可分为旋转式和直滑式。电位器的识别与电阻器一样，既可通过外形标志来识别，也可通过万用表测量其阻值来识别。电位器外形如图6-5（a）所示，文字符号如图6-5（b）(c) 所示。 一般来说，1、2脚之间为固定阻值，1、3脚与2、3脚之间为可调电阻，调节旋钮，用万用表检测1、2脚之 间的电阻是否为标称的最大阻值，测量1、3脚与2、3脚之间的电阻是否能均匀连续可调，可判
7、别其好坏。,(a)电位器外形,(c)带开关电位器符号,图6-5 电位器,（四）二极管的检测晶体二极管（后面简称二极管）是晶体管的主要种类之一，应用十分广泛。它是采用半导体晶体材料（如硅、锗、砷化镓等）制成的。（1）普通整流二极管的检测 在使用二极管时，必须注意极性不能接错，否则电路不能正常工作，甚至可能烧毁管子和其他元件。可以根据二极管的单向导电特性，很方便地用万用表来简单判别管子的好坏和管脚的极性。 1）好坏的判别 : 用万用表R100或R1K挡测量二极管的正反向电阻，如果正向电阻为几十至几百欧，反向电阻在200K以上，可以认为二极管是好的。（模拟式万用表黑表笔接二极管正极、红表笔接负极时测
8、得的为正向电阻，反之则为反向电阻。） 2）极性的判别 : 用模拟万用表测出二极管的正向电阻（阻值小）时，黑表笔所接的为二极管正极。数字万用表黑表笔连接内部电池的负极，为低电位，红表笔与内部电池的正极相连接，为高电位。数字万用表一般都有“ ”档位，当红表笔接阳极，黑表笔接阴极时，二极管导通，此时万用表显示的是二极管导通时管压降。,3）半导体材料的判别 当测得二极管正向电阻时，指针指示在标度尺3/4左右，为锗二极管；指示在2/3左右，为硅二极管。二极管的检测如图6-6与表6-3所示。,图6-6 二极管的识别,表6-3 用万用表判别二极管极性、检测质量好坏的测试方法,（2）稳压管二极管的检测稳压管是
9、一种齐纳二极管，二极管反向击穿时，其两端电压固定在某一数值，而基本上不随流过二极管的电流大小变化，起到稳定电压的作用。稳压管在电路应用时可串联限流电阻，不能让稳压管击穿后电流无限增长，否则将立即烧毁。稳压二极管的极性检测与普通整流二极管相同。稳压值估测：用万用表R10K挡（一般为9V层叠电池），利用这个电压去测量9V以下的稳压管。测量稳压管时，用万用表（500型）黑表笔接稳压管负极，红表笔接稳压管正极，这时万用表的指针偏转一定角度，根据角度大小可以判断稳压管的稳压值的大小。一般万用表（500型）指针偏转表头的中间位置为稳压值7.5V左右。（3）用兆欧表测量稳压管的稳压值利用兆欧表提供反向击穿电
10、压来进行测量，具体测试如图6-7所示。摇动兆欧表，当万用表的指针指示的电压值不再变化，此时万用表电压值的读数就为稳压管的稳压值。,图6-7 兆欧表测稳压管的稳压值,（3）发光二极管的识别与检测LED的引脚极性和性能好坏可用数字万用表的二极管检测挡进行检测。如图6-8所示，正常LED在检测时，正、反两次测量，电压大小应当为一大一小，大的一次显示为“1”（溢出），LED不发光；小的一次数值为正向压降（单位：mV），LED发出微弱光亮，此时，红表笔所接为阳极，黑表笔所接为阴极。如果两次测量均显示为“1”（溢出）或均为较小的数值，表明LED已损坏。LED一般不采用模拟万用表（指针式）检测。无数字万用表
11、时，也可采用图6-9所示的电路进行检测。,【二极管的检测】,图6-8 用数字万用表检测LED,(a)正向接法,(b)反向接法图,图6-9 LED检测电路,（五）晶体三极管的检测晶体三极管又叫半导体三极管，通常简称为晶体管或三极管。三极管大都是具有3个外部电极（引出脚）的半导体器件。少数三极管有4根引脚，但其中1根引脚为接地专用。三极管的基本特性是对电信号进行放大和开关，它在电子电路中应用十分广泛，是电工电子设备中的核心器件之一。（1）晶体三极管的电流放大系数和h FE是三极管的交流放大系数，表示三极管对交流（变化）信号的电流放大能力；h FE是三极管的直流电路放大系数，也可用来表示，它是指在静
12、态（无变化信号输入）情况下，三极管Ic与Ib 的比值。两者一般较为接近，也可相等，但两者从含义来讲是有明显区别，所以切莫将它们混淆。值的标注的方法常用有两种：色标法和英文字母法。色标法采用较早，它是用各种不同颜色的色点表示值的大小。通常色点涂在管子的顶面，国产小功率管色标颜色与对应值见表6-4。,英文字母法 : 在管子型号后面，用一个英文字母来代表值的大小。该字母随同型号一起打印，省去了色标点漆的工艺，适应现代大规模生产。小功率三极管用A、B、C、K十二个字母作为标志。例如：9014型号后面印个C字，表示为200600；又如9013I表示为180350。另一种字母法采用颜色的英文名词的每一个字
13、母，跟在管子型号后面来表示值的大小。例如：RRed(红色)、OOrange(橙色)、YYellow(黄色)等。型号1015后面的Y表示为120240，C945后面O表示为135270。,（2）晶体三极管的检测三极管的测试，当然最好应用晶体管图示仪，除了这种方法以外，在生产实践中，也常使用万用表来简单估测三极管的极性、好坏和放大倍数。三极管引脚排列位置依其品种、型号及功能等不同而异，常用管的排列图便有几十种之多。其实，大多数三极管的引脚排列还是有规律性的，图6-10是常见的三极管管脚排列。,图6-10 常用三极管引脚排列示意图,管型和基极的判别：1）基极判别：在测量三极管两极间电阻中，若无论表笔
14、正方向还是反方向测试，极间阻值均“大”，则这两极为集电极C和发射极E，余下的一极即为基极B。2）管型（NPN或PNP）判别：在判别出基极B后，可将接电池正极的表笔（数字万用表为红表笔，模拟万用表为黑表笔）连在基极上，若测得与其他两极之间的阻值均小，则此三极管为NPN型管；若测得与其他两极之间的阻值均大，则此三极管为PNP型管。3）发射极、集电极的判别：（以指针式万用表为例，数字万用表操作时两表笔刚好相反） 在已知三极管管型（NPN或PNP）和基极B后，先假设其余两只管脚中的一只为集电极C，另外一只为发射极E，用手指捏住已知的基极B和假设的集电极C的管脚（两者不要相碰，相当于加上一个较大的偏置电
15、阻），然后用万用表测量假设集电极C和发射极E之间的电阻值。对NPN型管，将正极性表笔接在假设的集电极C上，负极性表笔接在假设的发射极E上， PNP型管相反，如图6-11所示。,(a) NPN型管,(b)PNP型管,然后再作相反的假设，即假设先假设为发射极的管脚为集电极C，假设先假设为集电极的一只为发射极E，按同样的方法重新测量两只管脚之间的电阻值，比较两次阻数的大小，阻值小的一次假设成立。,4）万用表判断三极管的好坏根据三极管的极间电阻特性即PN结的单向导电性，我们可以检查三极管内各极间PN结的正、反向电阻阻值，如果“大”与“小”相差较大，说明三极管基本上是好的。如果“大”与“小”都很大，说明
16、三极管内有断路或PN结性能不好；如果“大”与“小”都很小，说明三极管极间短路或被击穿了。如果“大”不是很大，“小”不是很小，说明三极管性能不好。,（六）晶闸管的检测（1）晶闸管的结构晶闸管（Silicon Controlled Rectifier，简称SCR）是一种大功率PNPN四层半导体元件，具有三个PN结，引出三个极，阳极A、阴极K、门极（控制极）G，其外形及符号如图6-12所示。,平板型晶闸管,小功率螺栓型晶闸管,塑封式晶闸管,大功率螺栓型晶闸管,（a）部分晶闸管外形,（b）电气图形符号及文字符号,（a）内部结构,（b）以三个PN结等效,图6-13 晶闸管的内部结构与等效电路,（2）晶闸
17、管的导通与关断条件晶闸管的导通与关断条件：1）晶闸管导通条件：阳极与阴极间加正向电压、门极与阴极间加适当正向电压。2）关断条件：流过晶闸管的电流小于维持电流；阳极与阴极间加反向电压。（3）晶闸管的检测与识别一只好的单向晶闸管，应该是三个PN结良好，反向电压能阻断；阳极加正向电压情况下，当控制极开路时亦能阻断。而当控制极施加正向电流时晶闸管导通，且在撤去控制极电流后仍维持导通。下面以数字万用表为例说明其检测方法。1）极间电阻测量 先通过测极间电阻检查PN结的好坏，由单向晶闸管的二极管等效电路可知，A-G、A-K间正向电阻都很大。用万用表的任何电阻挡测试阻值都较小，表示被测管PN结已击穿，该晶闸管
18、已损坏。2）极性判别，用万用表的二极管测量档位或者20K量程的电阻档，用两个表笔彼此交换测量三个管脚，总共可以测量六次，如果只有一次导通，说明正常。导通的那一次，红表笔接的是门极G，黑表笔接是的阴极K，其它一个管脚为阳极A。,（七）单结晶体管的检测（1）单结晶体管的结构单结晶体管的原理结构如图6-14（a）所示，图中e为发射极，b1为第一基极，b2为第二基极。由图可见，在一块高电阻率的N型硅片上引出两个基极b1和b2，两个 基极之间的电阻就是硅片本身的电阻，一般为212k。在两个基极之间靠近b1的地方合金法或扩散法掺入P型杂质并引出电极，成为发射极e。它是一种特殊的半导体器件，有三个电极，只有
19、一个PN结，因此称为“单结晶体管”，又因为管子有两个基极，所以又称为“双极二极管”。,（a）结构 （b）等效电路 （c）图形符号 （d）外形管脚排列,单结晶体管的等效电路如图6-14（b）所示，两个基极之间的电阻rbb=rb1+rb2，在正常工作时，rb1是随发射极电流大小而变化，相当于一个可变电阻。PN结可等效为二极管VD，它的正向导通压降常为0.7V。单结晶体管的图形符号如图6-14(c)所示。,图6-14 单结晶体管,（2）单结晶体管的检测与识别触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有 BT31、 BT33、BT35 ，其外形与管脚排列如图6-14（d）所示。其实物图、管脚如图6-15所
20、示。,图6-15 单结晶体管实物及管脚,从外形也可以直接看出单结晶体管的管脚，外壳上有个突出的小点，离小点最近的管脚为e，离 最近的管脚为b1 ，另一个管脚为b2。根据单结晶体管的等效电路图6-14(b),很容易判别单结晶体管的好坏。,（3）单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性：当两基极b1和b2间加某一固定直流电压 时，发射极电流 与发射极正向电压Ue之间的关系曲线称为单结晶体管的伏安特性 f（Ue），试验电路图及特性如图所示。,（a）单结晶体管实验电路 （b）单结晶体管伏安特性,截止区aP段 当开关闭合，电压Ubb通过rbl和rb2分压，得A点电位UA，可表示为 式中 为分压比，一般为
21、0309。 当Ue从零逐渐增加，但UeUp时，VD导通， Ie增大，这时大量的空穴载流子从发射极注入A点到b1的硅片，使rbl迅速减小，导致UA下降，因而Ue也下降。UA的下降，使PN结承受更大的正偏，引起更多的空穴载流子注入到硅片中，使rbl进一步减小，形成更大的发射极电流 Ie ，这是一个强烈的增强式正反馈过程。当Ie增大到一定程度，硅片中载流子的浓度趋于饱和，rbl已减小至最小值，A点的分压UA最小，因而Ue也最小，得曲线上的V点。V点称为谷点，谷点所对应的电压和电流称为谷点电压Uv和谷点电流Iv。这一区间称为特性曲线的负阻区。 饱和区VN段 当硅片中载流子饱和后，欲使Ie继续增大，必须
22、增大电压Ue，单结晶体管处于饱和导通状态。改变Ubb，器件由等效电路中的UA和特性曲线中Up也随之改变，从而可获得一族单结晶体管伏安特性曲线，如图6-16（c）所示。,6.4任务训练 1所需仪器仪表、工具与材料（1）工具与仪器仪表准备电路焊接工具：电烙铁（2035W）、烙铁架、焊锡丝、松香；加工工具：剪刀、剥线钳、尖嘴钳、平口钳、螺丝刀、套筒扳手、镊子、电钻；测试仪器仪表：万用表、示波器。2检查领到的材料与工具(1) 万用表、示波器等是否正常，可使用。(2) 实验变压器以及元器件、连线等材料是否齐全、型号是否正确，工具数量是否齐全、型号是否正确，能否符合使用要求。3穿戴与使用绝缘防护用具工作负
23、责人认真检查每位工作人员的穿戴情况：进入实训室或者工作现场，必须穿工作服（长袖），戴好工作帽，长袖工作服不得卷袖。进入现场必须穿合格的工作鞋，不得穿高跟鞋、网眼鞋、钉子鞋、凉鞋、拖鞋等进入现场。使用电工工具进行线路安装时，应按照电工工具的使用方法进行操作，防止电工工具的损坏；注意团队成员相互间的人身安全，分工合作共同完成照明线路的安装。,图6-26为调光灯电气原理图，主电路采用单相桥式半控整流电路，控制电路采用单结晶体管触发电路。,（b）电气原理图 图6-26 调光灯,(一）电路分析（1）电路工作过程220V交流电经变压器TC变压输出交流50V，由桥堆VC桥式整流成直流的脉动电压，经削波、稳压
24、电路R1、VD3形成梯形波作为触发电路的电源。调节RP电位器，即改变了对C充电时间常数，使电容C电压达到单结晶体管VS峰点电压的时间改变，调节了脉冲输出时刻，改变了VT1、VT2的导通角，即调节了灯的亮度，所以调节RP可达到调光的目的。（2）触发电路与晶闸管主电路的同步晶闸管整流电路输出直流电压的大小，取决于触发脉冲出现的时刻。当=00时，晶闸管全导通，输出电压最大，为全波整流；当=1800时，晶闸管不导通，输出电压最小，为0V。由晶闸管的特性可知，晶闸管一经触发，它就保持导通状态，再触发是多余的，直到电源电压过零点，晶闸管才关断，因此晶闸管的导通取决于第一个脉冲出现的时刻。为了准确控制输出直
25、流电压的大小，必须使主电路与触发电路同步。1）单结晶体管振荡器要有零起点 为了准确的控制第一个脉冲出现的时刻，单结晶体管振荡器应有一个零点，且此零点与可控整流的主电路的零点为同一个，为此，电源采用梯形波电源。尽管在一个梯形波电源供电期间，可能会输出几个触发脉冲，但对被触发的晶闸管而言，只有第一个脉冲有效。第一个触发脉冲的充电起点即为电源零点。梯形波电源结束，电容电压全部放尽，保证下一个脉冲从零开始充电，即可做到触发电路与主电路同步。2）主电路与触发电路采用同一交流电源 根据同步的要求，主电路的零点与触发电路的零点应是同一个，最简单的做法采用同一相电源。主电路工作在高压状态下，触发电路工作在低电
26、压状态时，应采用降压变压器。,（3）晶闸管整流输出电压的计算 由晶闸管原理可知，晶闸管导通的条件不仅要求阳极对阴极加正向电压，同时还要求触发极有正触发脉冲。利用晶闸管构成桥式可控整流电路，其整流输出电压与触发脉冲来到的时刻有关，可表达成 式中U2为交流电压有效值；U0为整流后输出的平均电压； 为晶闸管的控制角， 是电源电压的零点到触发脉冲出现时刻的电角度。可见，要获得可调的直流电压，只要改变控制角 即可。,(二）电路主要技术参数与要求（1）输入电压：交流220V/50Hz10（2）输出电压：直流0190V（3）输出电流：2A(三）电路装配（1）元器件识别与检测二极管、单向晶闸、单结晶体管、电阻
27、器、带开关电位器、电容器、变压器的识别与检测。（2）电路装配 该电路可以采用印刷电路板或铆钉板进行安装，装配图由学生自制。安装过程：1）元器件识别筛选；2）元器件引脚清洁；3）元器件成型；4）元器件安装焊接及引脚处理（铆钉板要连线）；5）组装焊接后的整体检查。（四）注意事项（1）进行电子元器件安装时，一定要注意电子元器件的极性。（2）进行整体安装时，一定要注意器件的安装顺序。 （3）调试时，首先不通电检测一遍，确定安装无误，才能进行通电调试。 （4）注意操作正确，确保人身及设备的安全。,（五）电路调试 调试过程是：先调控制电路，再调主电路。具体调试方法如下：首先不接主电路，只接好控制电路；然后
28、通电（在通电前要求检查一遍是否正确），用万用表的50V直流电压挡测桥堆VC的直流输出端看有没有32V直流电压，如果正常；再测稳压管VD5两端的直流电压是否为稳压管的稳压值（正常为19V左右），如果正常；再测电容C两端电压看是否改变RP电位器电压在24V左右范围内变化，如果正常；再测电阻R3两端电压看是否改变RP电位器电压在0.20.4V左右范围内变化，如果正常，表明控制电路基本工作正常。第二步断掉电源再接上主电路，不接负载通电调试（通电前一定要检查一遍是否连接正确），用万用表的250V直流电压挡测半控桥式输出电压看是否改变RP电位器电压在0190V左右范围内变化，如果正常，表明电路工作已经正常
29、，再接上负载即可。,（六）电路测试 电路测试一般有两种方法：万用表法和示波器法。万用表法的具体过程如电路调试过程，而示波器法测量的关键点跟万用表法大体相同，A点测桥堆直流输出端电压波形；B点测稳压管两端电压波形；C点测电容两端电压波形；D点测电阻R3两端电压波形；E点测负载EL两端电压波形。波形如图6-27所示。,图6-27 关键点波形图,(四）故障分析与排除该电路故障分析与排除可以采用万用表法，也可以采用示波器法，但考虑到各院校实训实验设备的条件，以下采用的较为常用的万用表法，但采用示波器法更直观明了。（1）调节RP电位器，白炽灯泡始终常亮故障现象。故障分析与检修如图6-28所示。,图6-28 白炽灯泡常亮故障分析与检修流程图,（2） 调节RP电位器，白炽灯泡始终不亮故障现象。故障分析与检修如图所示。,6.5 考核评价考核评价表如表所示。,
