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关闭窗口 关键词：双向晶闸管；触发二极管；相位控制角；功率调节系数
由双向晶闸管3CTS和触发二极管2CTS (又称为二端交流元件DIAC)组成的调压电路，略去辅助元件后的电路如图1所示，大量地用在民用电器中的调光、调温。对于调节原理，查阅相关报道［1～3］，大多文中对触发原理仅做出定性的说明，没有定量结论。本文在对触发原理讨论的基础上，求解了控制参量R，C与输出电压或输出功率的定量关系，在此基础上，还就线性范围进行讨论，期望此结论能对应用起到参照作用。
1调压原理讨论
双向晶闸管调压电路中忽略一些辅助元件后的电路如图1所示。图2是触发二极管2CTS的伏安特性，其中OP段为截止区；PV段为负阻区，VP1段为饱和区。3CTS导通受控于2CTS产生的触发脉冲电流，而2CTS只有在uc增加到UP后，由于P-V段负阻区，引起强烈的正反馈，又因uc不能突变，故瞬间使工作点由P点跳变至P1点，此刻2CTS中有电流i，当脉冲电流峰值Im大于3CTS的触发电流时，3CTS便导通。
此后，电容C的放电回路有2条，一条是：C-R-T2-T1-C；第二条是：C-2CTS-G-T1-C。由于处于饱和区的2CTS饱和电阻远小于R，所以放电时间常数主要由第二条回路决定。很短时间uc便由UP退至UV，2CTS的工作点便由P1点移至V点。进入负阻区V-P段后，又是一个正反馈使工作点跳变到P2，uc=UV。这时2CTS重新截止。随后，电容仅通过第一条支路放电，uc呈指数规律下降，当输入的端电压瞬时值过零时刻T/2，uc=uc(T/2)，此时3CTS也自动截止。此后，uc又开始了在正弦输入电压激励下，以初值uc(T/2)的反向充电过程。图3中画出了以端电压ui(t)过零时刻为t=0时，uc（t）、负载上的电压uL（t）以及过2CTS的触发电流i随时间t的变化曲线。
2控制角φ与电路参数RC之间的定量关系
图3中，0-t1段uc的形成是在正弦电压ui=Umsin ωt的激励下，由初始值uc(0)开始的充电过程。这段时间内2CTS与3CTS都截止，其等效电路如图4所示。考虑到RL<
t2~t3段中3CTS处于导通状态，可看作电容通过第一条支路的放电过程，放电时间常数为RC。所以，u(t)呈指数规律下降，uc(T/2)应满足下式。
考虑到ui(t)和3CTS与2CTS的伏安特性的对称性，必有：
（3）代入式（4），并令：
式（6）为元件参数RC与与相位控制角φ之间的定量关系。
由于此方程为超越方程，不能直接求得φ~RC的解析表达式，但可在给定Um，ω，UP，UV之后，用计算软件Matlab 6.0求得其数值解，表1是以Um=311V；UP=31.4V；UV=20V；ω=100πrad/s时由式（6）计算的结果。在图5中画出了φ~RC曲线。他们的关系如表1所示。
3功率调节系数KP与电路参数间的关系
由于该电路一般都用作功率调节，由图3的波形可知负载电阻RL上的电压有效值：
定义功率调节系数：
利用φ~β（=ωRC）的数值计算结果，可求得KP与RC之间的定量关系。
4KP的线性范围的讨论
(1) 从图5中φ~RC与KP~RC曲线可以看出，在RC较小和较大时线性较差，在KP为0.9~0.05部分有较好的线性范围，可用Matlab 6.0对KP~RC中部进行直线拟合得：KP=1.167 6～0.032 3(RC)。
这个结果说明，用触发二极管触发的双向晶闸管电压调节电路，用于纯阻性电路中作功率调节时，欲使功率呈线性变化，用线性电位器作调节元件是较好的选择。
以上结论经实际测试，其结果与理论计算吻合。
(2)用Matlab 6.0软件，当式（6）中UP，UV取不同值时，作φ~RC曲线，如图6所示。从图中看出，电路中最大RC值（RC）max以及与之相应的KP线性范围与UP，UV以及其差值有关，UP，UV愈大，（RC）max愈小。
参考文献
［1］钱博森负阻器件负阻电路及其应用［M］天津：天津大学出版社，1993
［2］郗建平双向晶闸管调光电路［J］安装，2001
［3］艾斌双向可控硅的触发［J］达县师范高等专科学校学报(自然科学版)，2000，(6)
［4］(美)R F 格拉夫电子电路百科全书（第1卷）［M］ 电子电路百科全书翻译组译，北京：科学教育出版社，1991
［5］康华光电子技术基础上册［M］北京：人民教育出版社，1982
［6］张永瑞电路分析基础［M］西安：西安电子科技大学出版社，1987
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