雙向晶閘管交流調(diào)壓電路解析

同學(xué)：老師，雙向晶閘管看起來與單向晶閘管的外形差不多，也有三個(gè)電極（圖 2 ），它的主要工作特性是什么呢？

教師：雙向晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)單向晶閘管的反向并聯(lián)（圖 3 ），但只有一個(gè)控制極。這樣，雙向晶閘管在正、反兩個(gè)方向上都能夠控制導(dǎo)電，而單向晶閘管卻是一種可控的單方向?qū)щ娖骷＝o雙向晶閘管的控制極加正的或負(fù)的觸發(fā)脈沖，都能使管子觸發(fā)導(dǎo)通。這樣，觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)就具有很大的靈活性，可以采用多種不同的觸發(fā)方式。此外，雙向晶閘管的兩個(gè)主電極不再分為陽極和陰極，而是稱為第一電極 T1 和第二電極 T2 。雙向晶閘管在電路中不能用作可控整流元件，主要用來進(jìn)行交流調(diào)壓、交流開關(guān)、可逆直流調(diào)速等等。

同學(xué)：雙向晶閘管觸發(fā)電路（圖 1 ）中，使用了雙向觸發(fā)二極管，我們過去沒有聽說過這種管子，這是一種什么樣的器件呢？

老師：雙向觸發(fā)二極管（圖 4 ）從結(jié)構(gòu)上來說，是一種沒有控制極的晶閘管，我們可以把它看成是兩個(gè)二極管的反向并聯(lián)。這樣，無論在雙向觸發(fā)二極管的兩極之間外加什么極性的電壓，只要電壓的數(shù)值達(dá)到管子的轉(zhuǎn)折電壓值，就能使它導(dǎo)通。值得注意的是，雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓較高，一般在 20 ～ 40V 范圍。

同學(xué)：老師，您給我們講講雙向觸發(fā)二極管組成的雙向晶閘管觸發(fā)電路的工作原理吧。

老師：調(diào)壓器電路主要由阻容移相電路和雙向晶閘管兩部分組成。我們單獨(dú)畫出這兩部分電路（圖 5 ）， R5 、 RP 和 C5 構(gòu)成阻容移相電路。合上電源開關(guān) S ，交流電源電壓通過 R5 、 RP 向電容器 C5 充電，當(dāng)電容器 C5 兩端的電壓上升到略高于雙向觸發(fā)二極管 ST 的轉(zhuǎn)折電壓時(shí)， ST 和雙向晶閘管 VS 相繼導(dǎo)通，負(fù)載 RL 得電工作。當(dāng)交流電源電壓過零瞬間，雙向晶閘管自行關(guān)斷，接著 C5 又被電源反向充電，重復(fù)上述過程。分析電路時(shí)，大家應(yīng)該意識到，觸發(fā)電路是工作在交流電路中的，交流電壓的正、負(fù)半周分別會(huì)發(fā)出正、負(fù)觸發(fā)脈沖送到雙向晶閘管的控制極，使管子在正、負(fù)半周內(nèi)對稱地導(dǎo)通一次。改變 R P 的阻值，就改變了 C5 的充電速度，也就改變了雙向晶閘管的導(dǎo)通角，相應(yīng)地改變了負(fù)載 RL 上的交流電壓，實(shí)現(xiàn)了交流調(diào)壓。

同學(xué)：您剛剛畫出的電路圖（圖 5 ）是不是可以直接作交流調(diào)壓器使用呢？

老師：可以。這就是一個(gè)簡易型調(diào)壓器，在要求不高的場合（如燈具調(diào)光）完全可以使用。這種調(diào)壓器的缺點(diǎn)有兩個(gè)：一是負(fù)載RL 上的電壓不能從零伏起調(diào)，最低只能調(diào)到 20V 。當(dāng) RP 調(diào)到最大值時(shí)， C5 充電速度變得很慢，以致在交流電壓的半個(gè)周期時(shí)間內(nèi)， C5 上的電壓還來不及上升到雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓，雙向晶閘管就不能導(dǎo)通。為了克服這一缺陷，增加了由 R4 、 C4 和 R6 組成的另一條阻容移相電路（圖 1 ）。當(dāng) RP 調(diào)到極限值以上時(shí)， C4 上的電壓可經(jīng) R6 向 C5 充電，使 C5 上的電壓達(dá)到雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓，以保證在低輸出電壓下雙向晶閘管仍能導(dǎo)通。適當(dāng)調(diào)節(jié) R4 ，就可以得到較低的起調(diào)電壓。另一個(gè)缺點(diǎn)是雙向晶閘管導(dǎo)通瞬間的突變電流形成的脈沖干擾，會(huì)影響調(diào)幅收音機(jī)和一些通信設(shè)備的正常工作，簡易型調(diào)壓器不能抑制這種脈沖干擾。

同學(xué)：怎么抑制晶閘管導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生的電磁干擾呢？

老師：可以利用濾波電路。大家再看電路圖（圖 1 ）。電感 L 串聯(lián)在主電路上，對突變電流呈現(xiàn)很大的阻抗，起到了平滑濾波作用； R1 、 C1 支路并聯(lián)在電源線上，將高頻干擾電流旁路。此外，與負(fù)載 R L 并聯(lián)的 R2 、 C3 支路進(jìn)一步濾除了負(fù)載電流突變產(chǎn)生的脈沖干擾。這樣，由于采用了雙重濾波電路，起到了較強(qiáng)的抑制干擾的作用。

同學(xué)：調(diào)壓器的氖管閃光電路的原理我還不太明白。

老師：由二極管 VD 、氖管 ND 、電容器 C2 和電阻 R3 組成了氖管閃光指示電路，它并聯(lián)在負(fù)載兩端，負(fù)載 RL 兩端的交流電壓，經(jīng)二極管 VD 半波整流后得到的半波脈動(dòng)直流電壓給 C2 充電，當(dāng) C2 上的電壓達(dá)到氖管的導(dǎo)通電壓時(shí)， C2 通過氖管迅速放電，使氖管閃亮一下。 C2 放電后又繼續(xù)被充電，氖管就會(huì)不停地閃亮。

同學(xué)：我提個(gè)問題。如果手頭上沒有雙向觸發(fā)二極管，可以用哪些元器件代換呢？

老師：問題提得很好。雙向晶閘管觸發(fā)電路的形式是多種多樣的。我舉幾種電路方案供同學(xué)們參考。一種是用試電筆里的氖管替換雙向觸發(fā)二極管（圖 6 ），當(dāng) C5 上的電壓上升到氛管的導(dǎo)通電壓時(shí)，雙向晶閘管就會(huì)被觸發(fā)導(dǎo)通。另一種是用兩個(gè) NPN 型三極管反向串聯(lián)（基極開路）代替雙向觸發(fā)二極管（圖 7 ），調(diào)壓效果還不錯(cuò)。再有一種是用 RC 電路取代雙向觸發(fā)二極管（圖 8 ），調(diào)壓效果要差一些，在對調(diào)壓器性能要求不高的情況下可以使用。

同學(xué)：雙向晶閘管能不能也采用單結(jié)晶體管張弛振蕩器組成的觸發(fā)電路呢？

老師：大家知道，雙向晶閘管的特點(diǎn)是不論給它的控制極加上正的或負(fù)的觸發(fā)脈沖都能使它導(dǎo)通，所以，單結(jié)晶體管張弛振蕩器同樣可以作為雙向晶閘管的觸發(fā)電路（圖 9 ）。這種觸發(fā)電路調(diào)壓效果很好，只是電路比較復(fù)雜。由于單結(jié)晶體管張弛振蕩器必須由直流電源供電，所以應(yīng)用橋式整流電路得到全波脈動(dòng)直流電壓，再經(jīng)過穩(wěn)壓管 VD 削波成為梯形波電壓，為張弛振蕩器供電。

同學(xué)：為什么使用梯形波電壓而不用濾波電容器得到平滑的直流電壓呢？

老師：一定要用梯形波電壓，絕對不能使用平滑的直流電壓。這是為了能使觸發(fā)脈沖與交流電源同步。經(jīng)過全波整流、穩(wěn)壓管削波后得到的梯形波電壓與主電路電壓是同步變化的，即二者同時(shí)經(jīng)過零值，同時(shí)上升，同時(shí)下降。這樣，當(dāng)晶閘管上承受的主電壓過零時(shí)，與之相應(yīng)的每一個(gè)梯形波電壓的前沿都從零值開始上升，電容器 C 在每個(gè)梯形波電壓作用下的第一次充電都是以 Uc 為零開始，并經(jīng)過相同的時(shí)間充電到使 Uc 等于單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓 Up ，使單結(jié)晶體管導(dǎo)通而放電，正是在這一放電瞬間輸出的第一個(gè)尖脈沖使晶閘管導(dǎo)通。

總之，雙向晶閘管觸發(fā)電路必須包括三個(gè)基本環(huán)節(jié)：同步電壓發(fā)生器（產(chǎn)生梯形波同步電壓）；觸發(fā)脈沖形成器（單結(jié)晶體管觸發(fā)電路）和移相控制器（電位器 RP ）。

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