电力电子技术实验报告
机电工程学院自动化
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（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）
● 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。
● 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u c up 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。电容器放电到其上电压u c
● 单结晶体管负阻区
当u c >up 时，单结晶体管进入导通状态，导通后随着I e 增大，u e 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）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5~20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
1．A 点显示的波形：
此为桥式整流之后形成的波形，为脉动直流电。 2．B 点的波形
此为经过限流后得到的梯形波。
3. C 点波形。此处波形测量结果与理论结果不符合，获得的波形为：
且无论怎样调节都无法获得理论波形，经过仔细查看，为负载R4断路。
后又连续更换了三块实验板，仍然得不到理论的波形，最后由于实验结束，实验宣告失败。实验结束时，初步得到的结论是单结晶体管没有工作，导致波形依然是类似梯形波。在后来的实验中我了解到，示波器表笔的质量也会影响到波形的显示，结合本次实验中连换三块实
验板都失败的事实，判断应该是表笔出现问题。从网上找到理论上正确的波形如下：
图中下面的为C 点处的正确波形。由此波形可以看出，平均一个梯形波可产生三个锯齿波，说明半个周期内电容充放电三次。而改变可变电阻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。
4.D 点的波形
同上，实验不成功。在网上找到的理论波形如下：
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。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：
由于没有获得标准脉冲波，所以这个实验也没有成功。但从网上找到理论波形如下图：
其中u vt 为BT136两端电压波形，u 0 为灯泡两端电压波形，u 1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？
八、实验中遇到的问题、原因及解决问题的方法。
（问题太多，吐槽无力～～）
1、 问题：锯齿波波形出不来。
原因：经过检查之后发现是负载电阻烧坏了。 解决方法：换成另外一块实验板。
2、 问题：运气太差，选到的实验台做不出来。
原因：人品不好。
解决方法：平时多做好事，积德行善。
电力电子技术实验报告
机电工程学院自动化
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（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）
● 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。
● 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u c up 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。电容器放电到其上电压u c
● 单结晶体管负阻区
当u c >up 时，单结晶体管进入导通状态，导通后随着I e 增大，u e 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）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5~20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
1．A 点显示的波形：
此为桥式整流之后形成的波形，为脉动直流电。 2．B 点的波形
此为经过限流后得到的梯形波。
3. C 点波形。此处波形测量结果与理论结果不符合，获得的波形为：
且无论怎样调节都无法获得理论波形，经过仔细查看，为负载R4断路。
后又连续更换了三块实验板，仍然得不到理论的波形，最后由于实验结束，实验宣告失败。实验结束时，初步得到的结论是单结晶体管没有工作，导致波形依然是类似梯形波。在后来的实验中我了解到，示波器表笔的质量也会影响到波形的显示，结合本次实验中连换三块实
验板都失败的事实，判断应该是表笔出现问题。从网上找到理论上正确的波形如下：
图中下面的为C 点处的正确波形。由此波形可以看出，平均一个梯形波可产生三个锯齿波，说明半个周期内电容充放电三次。而改变可变电阻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。
4.D 点的波形
同上，实验不成功。在网上找到的理论波形如下：
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。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：
由于没有获得标准脉冲波，所以这个实验也没有成功。但从网上找到理论波形如下图：
其中u vt 为BT136两端电压波形，u 0 为灯泡两端电压波形，u 1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？
八、实验中遇到的问题、原因及解决问题的方法。
（问题太多，吐槽无力～～）
1、 问题：锯齿波波形出不来。
原因：经过检查之后发现是负载电阻烧坏了。 解决方法：换成另外一块实验板。
2、 问题：运气太差，选到的实验台做不出来。
原因：人品不好。
解决方法：平时多做好事，积德行善。