《测控系统与装置》实验指导书孙士平 编电子信息学院2010年6月
《测控系统与装置》 实验指导书 孙士平 编 电子信息学院 2010 年 6 月
实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验一，实验目的1.熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。2.掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。3.对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。4．了解续流二极管的作用。二．实验内容1.单结晶体管触发电路的调试。2.单结晶体管触发电路各点波形的观察。3.单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。4，单相半波整流电路带电阻一电感性负载时，续流二极管作用的观察。三，实验线路及原理将单结晶体管触发电路的输出端“G”“K”端接至晶闸管VT1的门阴极，即可构成如图1-1所示的实验线路。MCL05(MCL05A)单结品体管触发电器MCL33MCL18单装电热器，位于MCL—331FA（电流暖潢及过流设压保护扶瓦板管：本vD1可送L=700-B位于MCL-33T联指西要U花补除新出6负载电期，可选用MEL-03(9008年联）或自配要求景大电流大校制和检测者泰无成注速压保育T-0.SAMCL-m.V无MCL-18组件，三相电压不可调图1-1四.实验设备及仪器1.MCL系列教学实验台主控制屏2.MCL—18组件（适合MCLII）或MCL—31组件（适合MCL—II）3.MCL一33（A）组件或MCL一53组件（适合MCL一II、IⅢI、V）4.MCL—05组件或MCL—05A组件5.MEL一03三相可调电阻器或自配滑线变阻器6.二踪示波器7.万用表五，注意事项
实验一单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路实验 一．实验目的 1．熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。 2．掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。 3．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。 4．了解续流二极管的作用。 二．实验内容 1．单结晶体管触发电路的调试。 2．单结晶体管触发电路各点波形的观察。 3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。 4．单相半波整流电路带电阻—电感性负载时，续流二极管作用的观察。 三．实验线路及原理 将单结晶体管触发电路的输出端“G”“K”端接至晶闸管VT1 的门阴极，即可构成如图1-1 所示的实验线路。 图1－1 四．实验设备及仪器 1．MCL 系列教学实验台主控制屏 2．MCL—18 组件（适合MCL—Ⅱ）或MCL—31 组件（适合MCL—Ⅲ） 3．MCL—33（A）组件或MCL—53 组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ） 4．MCL—05 组件或MCL—05A 组件 5．MEL—03 三相可调电阻器或自配滑线变阻器 6．二踪示波器 7．万用表 五．注意事项
1.双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。2.为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤：（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。（2）在控制电压Ue=0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uet，使整流电路投入工作。（3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。（4）晶闸管具有一定的维持电流，只有流过晶闸管的电流大于，晶闸管才可靠导通，实验中，若负载电流太小，可能出现晶闻管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。（5）本实验中，因用MCL一05组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开MCL一33（MCL一53组件）的内部触发脉冲。六：实验方法1.单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察将MCL一05（或MCL一05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MCL一18的U、V输出端（如您选购的产品为MCL一III、V，则同步电压输入直接与主控制屏的U、V输出端相连），“触发电路选择”拨至“单结晶”。按照实验接线图正确接线，但由单结晶体管触发电路连至晶闸管VT1的脉冲UGK不接（将MCL一05面板中G、K接线端悬空），而将触发电路“2”端与脉冲输出“K”端相连，以便观察脉冲的移相范围。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出，大小通过三相调压器调节。本实验中，调节Uuv=220V，这时候MCL一05内部的同步变压器原边接有220V，原边输出分别为60V（单结晶触发电路）、30V（正弦波触发电路）、7V（锯齿波触发电路），通过直键开关选择。注：如您选购的产品为MCL一IⅢI、V，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同合上MCL一05面板的右下角船形开关，用示波器观察触发电路单相半波整流输出（“1”），梯形电压（“3”），锯齿波电压（“4”）及单结晶体管输出电压（“5”、“6”）和脉冲输出（“G”、“K”）等波形。调节移相可调电位器RP，观察输出脉冲的移相范围能否在30°～180°范围内移注：由于在以上操作中，脉冲输出未接晶闸管的控制极和阴极，所以在用示波器观察触发电路各点波形时，特别是观察脉冲的移相范围时，可用导线把触发电路的地端（“2”）和脉冲输出“K”端相连。但一旦脉冲输出接至晶闸管，则不可把触发电路和脉冲输出相连，否则造成短路事故，烧毁触发电路。采用正弦波触发电路、锯齿波触发电路或其它触发电路同样需要注意，谨慎操作。2.单相半波可控整流电路带电阻性负载断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至MCL一33（或MCL一53）的VT1晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。负载Rd接可调电阻（可把MEL一03的900Q电阻盘并联，即最大电阻为450Q，电流达0.8A），并调至阻值最大。合上主电源，调节主控制屏输出电压至Uuv=220V，调节脉冲移相电位器RP，分别用示波器观察=30°，60°、90°120°时负载电压Ud，晶闸管VT1的阳极、阴极电压波形Uvt。并测定Ud及电源电压U2，验证
1．双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外 壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上，否则将使这两点通过 示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用 其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点， 将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致 发生意外。 2．为保护整流元件不受损坏，需注意实验步骤： （1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。 （2）在控制电压Uct=0 时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。 （3）正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择较大 的电阻或电感，然后根据电流值来调整。 （4）晶闸管具有一定的维持电流IH，只有流过晶闸管的电流大于IH，晶闸管才可靠导通。 实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于 100mA。 （5）本实验中，因用MCL—05 组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开MCL—33 （MCL—53 组件)的内部触发脉冲。 六．实验方法 1．单结晶体管触发电路调试及各点波形的观察 将MCL—05（或MCL—05A，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MCL—18 的U、V 输 出端（如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，则同步电压输入直接与主控制屏的U、V输出端相 连），“触发电路选择”拨至“单结晶”。按照实验接线图正确接线，但由单结晶体管触发 电路连至晶闸管VT1 的脉冲UGK 不接（将MCL—05 面板中G、K 接线端悬空），而将触发 电路“2”端与脉冲输出“K”端相连，以便观察脉冲的移相范围。三相调压器逆时针调到 底，合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W 端有 电压输出，大小通过三相调压器调节。本实验中，调节Uuv=220V，这时候MCL—05 内部的 同步变压器原边接有220V，原边输出分别为60V（单结晶触发电路）、30V（正弦波触发电 路）、7V（锯齿波触发电路），通过直键开关选择。注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ， 无三相调压器，直接合上主电源。以下均同合上MCL—05 面板的右下角船形开关，用示波 器观察触发电路单相半波整流输出（“1”），梯形电压（“3”），锯齿波电压（“4”） 及单结晶体管输出电压（“5”、“6”）和脉冲输出（“G”、“K”）等波形。调节移相 可调电位器RP，观察输出脉冲的移相范围能否在30°～180°范围内移。 注：由于在以上操作中，脉冲输出未接晶闸管的控制极和阴极，所以在用示波器观察触 发电路各点波形时，特别是观察脉冲的移相范围时，可用导线把触发电路的地端（“2”） 和脉冲输出“K”端相连。但一旦脉冲输出接至晶闸管，则不可把触发电路和脉冲输出相连， 否则造成短路事故，烧毁触发电路。采用正弦波触发电路、锯齿波触发电路或其它触发电路， 同样需要注意，谨慎操作。 2．单相半波可控整流电路带电阻性负载 断开触发电路“2”端与脉冲输出“K”端的连接，“G”、“K”分别接至MCL—33（或 MCL—53）的VT1 晶闸管的控制极和阴极，注意不可接错。负载Rd 接可调电阻（可把MEL —03 的900Ω电阻盘并联，即最大电阻为450Ω，电流达0.8A），并调至阻值最大。合上主 电源，调节主控制屏输出电压至Uuv=220V，调节脉冲移相电位器RP，分别用示波器观察 =30°、60°、90°、120°时负载电压Ud，晶闸管VT1 的阳极、阴极电压波形UVt。并测定 Ud 及电源电压U2，验证
Ua = 0.45U, Issa30°60°90°120°U2,uaUaU23.单相半波可控整流电路带电阻一电感性负载，无续流二极管串入平波电抗器，在不同阻抗角（改变Rd数值）情况下，观察并记录=30°、600、90°120°时的Ud、id及Uvt的波形。注意调节Ra时，需要监视负载电流，防止电流超过Rd允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。4.单相半波可控整流电路带电阻，电感性负载，有续流二极管。接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。七．实验内容1.画出触发电路在α=90°时的各点波形。2.画出电阻性负载，a=90°时，Ua=f（t），Uu=f（t），id=f（t）波形。3.分别画出电阻、电感性负载，当电阻较大和较小时，Ua-f（t）、Uvr=f（t），id-f（t）的波形（α=90°）4.画出电阻性负载时Ua/U2=f（a）曲线，并与六（2）中的Ua进行比较。5.分析续流二极管的作用。八．思考1.本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？为什么？2.为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？3.本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？
3．单相半波可控整流电路带电阻—电感性负载，无续流二极管 串入平波电抗器，在不同阻抗角（改变Rd 数值）情况下，观察并记录 =30O、60O、90O、 120O 时的Ud、id 及Uvt 的波形。注意调节Rd 时，需要监视负载电流，防止电流超过Rd 允 许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。 4．单相半波可控整流电路带电阻，电感性负载，有续流二极管。 接入续流二极管，重复“3”的实验步骤。 七．实验内容 1．画出触发电路在α=90°时的各点波形。 2．画出电阻性负载，α=90°时，Ud=f（t），Uvt=f（t），id=f（t）波形。 3．分别画出电阻、电感性负载，当电阻较大和较小时，Ud=f（t）、UVT=f（t），id=f（t） 的波形（α=90°）。 4．画出电阻性负载时Ud/U2=f（a）曲线，并与六（2）中的Ud进行比较。 5．分析续流二极管的作用。 八．思考 1．本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？为什么？ 2．为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？ 3．本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？
附：MCLO5挂箱MCL-05挂箱为触发电路专用挂箱，其中有单结晶体管，正弦波，锯齿波同步移相触发电路。面板左上方装有同步变压器原边组的接线柱，下有“触发选择开关”，可根据需要选择“单结管”，“正弦波”，“锯齿波”等触发电路。当外加同步电压220V为时，通过触发电路选择直键开关可选择输出至单结管触发电路，正弦波触发电路，锯齿波触发电路的同步电压分别为60V,15,7V1.单结晶体管触发电路由单结晶体管V3，整流稳压环节，及由V1V2等组成的等效可变电阻等组成，其原理图如图1-2所示BARRKRSR7RS3.6K2405.1KV2BGR3V3RPI1N4007大力ORTA.7KV1VDS+TP3DG6C02?683VDOIN4007RVDR435VDIN4007图1-2单结晶体管触发电路由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经全波整流，再由稳压管VST1,VST2进行削波，而得到梯形波电压，其过零点与晶闸管阳极电压的过零点一致，梯形波通过R7.V2向电容C2充电，当充电电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管V3导通，从而通过脉冲变压器输出脉冲。同时C2经V3放电，由于时间常数很小，Uc2很快下降至单结晶体管的谷点电压V3重新关断，C2再次充电。每个梯形波周期，V3可能导通，关断多次，但只有第一个输出脉冲起作用。电容C2的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP3的滑动触点可改变V1的基极电压，使V1,V2都工作在放大区，即等效电阻可由RP1来调节，也就是说一个梯形波周期内的第一个脉冲出现时候（控制角）可由RP1来调节。元件RP1装有面板上，同步信号已在内部接好
附：MCL05 挂箱 MCL-05 挂箱为触发电路专用挂箱，其中有单结晶体管，正弦波，锯齿波同步移相触发 电路。面板左上方装有同步变压器原边组的接线柱，下有“触发选择开关”，可根据需要选 择“单结管”，“正弦波”，“锯齿波”等触发电路。当外加同步电压220V 为时，通过触 发电路选择直键开关可选择输出至单结管触发电路,正弦波触发电路，锯齿波触发电路的同 步电压分别为60V, 15, 7V 1．单结晶体管触发电路 由单结晶体管V3，整流稳压环节，及由V1,V2 等组成的等效可变电阻等组成，其原理 图如图1-2 所示 图1-2 单结晶体管触发电路 由同步变压器副边输出60V 的交流同步电压，经全波整流，再由稳压管VST1,VST2 进 行削波，而得到梯形波电压，其过零点与晶闸管阳极电压的过零点一致，梯形波通过R7,V2 向电容C2 充电，当充电电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管V3 导通，从而通 过脉冲变压器输出脉冲。同时C2 经V3 放电，由于时间常数很小，Uc2 很快下降至单结晶 体管的谷点电压,V3 重新关断，C2 再次充电。每个梯形波周期，V3 可能导通，关断多次， 但只有第一个输出脉冲起作用。电容C2 的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP3 的滑 动触点可改变V1 的基极电压，使V1,V2 都工作在放大区，即等效电阻可由RP1 来调节， 也就是说一个梯形波周期内的第一个脉冲出现时候（控制角）可由RP1 来调节。元件RP1 装 有面板上，同步信号已在内部接好