基于Multisim的简单触发电路原理及晶闸管仿真分析

基于Multisim的可控硅简单触发电路原理与仿真分析肖晓旺王攀健凯飞程龙贵*（武汉电力职业技术学院，湖北武汉430079）摘要: 作为可控硅器件的重要组成部分，可控硅触发电路正反两方面直接影响晶闸管及其主电路的工作特性. 本文分析了典型晶闸管简单触发电路的工作原理，并利用Multisim仿真软件在此基础上建立了调光灯电路模型. 通过其电路变化和输出波形分析，深刻理解了晶闸管对触发电路的要求以及这种触发电路的优缺点. 关键字: 晶闸管；简单的触发电路；调光灯Multisim Simulation CLC编号: TN702文档标识号: A物品编号: （E）0270069（2016）02 －0048 －05晶闸管是电力电子技术中最重要的一种重要类型的半控制器件广泛应用于以下领域: 调光和电源转换. 触发电路确定晶闸管的导通. 作为晶闸管器件的重要组成部分，其触发电路的质量直接影响晶闸管及其主电路的工作特性. 为此，本文以典型的可控硅简单触发电路为例，详细分析其工作原理，并利用Multisim仿真软件在此基础上建立调光灯电路模型. 通过其电路调整，观察光的亮度和输出波形的变化，深入了解晶闸管对触发电路的要求以及这种触发电路的优缺点.

1. 典型的晶闸管简单触发电路根据晶闸管的导通条件，有必要在晶闸管的阳极和阴极之间增加一个正向电压，并在栅极和阴极之间增加一个正向触发电压以提供它. 栅极触发电流，晶闸管可以从阻断状态进入导通状态. 图1显示了典型的简单晶闸管触发电路. 其中，电阻R d和晶闸管VT构成主电路，电阻R，可变电阻RP和二极管构成晶闸管的触发电路，为栅极提供触发电流. 电源u 2是交流电源，为主电路和触发电路提供交流电源. 根据晶闸管的内部结构，如图2所示，在栅极和阴极之间. 图1简单的晶闸管触发电路. 图2.晶闸管的内部结构等效于PN结. 这等效于与一定电阻和电源u 2和电阻Rd串联连接以形成环路的触发电路. 触发电流i g波形与功率u 2波形一致，并且幅度可以通过可变电阻器RP调节. 在某个时刻，电路波形如图3所示. 红色虚线为触发电流ig，其波形随电源u 2呈正弦变化，幅度从0逐渐增大，然后减小至0. 晶闸管的栅极触发电流和相应的触发电压必须达到一定范围，晶闸管可以从截止状态转换为导通状态. 图中的I G是最小栅极触发电流. 因此，电源u 2处于正半周期，当ig升至IG时，晶闸管被触发并导通，其管电压降约为0. 电源电压全部加到负载电阻R d上. . 图3中的阴影区域对应于负载R d上输出电压.

当电源u 2，大学，武汉电力职业技术学院电力工程系工程师. 王盼（1987-），女，硕士，武汉电力职业技术学院电力工程系讲师. 简开飞（1987-），男，大学，武汉电力职业技术学院电气工程系教师. 程龙贵（1957-），男，大学，武汉电力职业技术学院电力工程系教授. 图3当RP较小时，当可调电阻RP发生变化时，ig的幅度增大，并且与IG的交点向前移动，这等效于触发角的减小和负载电压波形面积的增大，增加负载电压的平均值. 相反，如果可调电阻RP增大，则负载电压减小，以便调节输出电压并改变负载功率. 此时，如果i g的幅值太小而无法与IG相交，则晶闸管将无法触发导通. 因此，当当前ig振幅的最大值等于IG时，它是调整范围的临界点. 此时，相应的波形如图4所示，控制角α为90°.

图4当RP增加到α= 90°时的波形2.基于简单触发电路原理的调光灯电路仿真如果将简单触发电路原理应用于调光灯，则图5所示的电路仿真可以被建造. 该仿真基于Multisim仿真软件. 在图5中，将灯泡用作负载，电源为12 V，50 Hz AC电源，通过商用电源转换可获得具有220: 12的变压比的变压器. 与图1中的电路原理图相比，增加了开关S1. 在图中，示波器的通道A和B分别观察晶闸管D2的栅极和阴极之间的电压以及灯泡X1上的电压. 该调光灯的控制原理是: 当开关S1闭合时，灯熄灭. 当开关S1打开时，灯点亮，更改R2的大小以调整灯的亮度: 当R2调整到最小时，灯最亮，当R2调整到最大时灯最暗. 图5基于简单触发电路原理的调光灯仿真模型1.开关S1闭合. 电路分析. 当开关S1闭合时，晶闸管D2的栅极和阴极短路. 没有触发电流，晶闸管无法导通. 在电源半周的情况下，尽管灯泡X1与触发电路电阻器R1，可变电阻R2，二极管D1和开关S1串联连接，但是由于串联电阻较大，灯泡的分压仍然较低，这不足以支撑灯泡发光. 灯泡熄灭. 仿真波形如图6所示: 图中的红色直线是晶闸管的栅极和阴极的电压，始终约为0V. 蓝色波形是灯泡上的电压，将可变电阻调整到最低的0％，灯泡电压最大，测得的最大幅度约为454. 087 mV，电压很小，因此灯泡没有光.

图6开关S1闭合时的仿真波形·9 4·第14卷第2期小灵王潘建凯飞飞程龙贵: 基于Multisim 2的晶闸管简单触发电路的原理和仿真分析. 电路分析. 当开关S1断开时，电源电压通过R1，R2和D2施加到晶闸管的栅极，以为栅极提供正触发电压. 调节可变电阻器R2以获得相移效果. 当可变电阻器R2至少为0％时，示波器中的输出灯泡电压（蓝色波形）和触发电压（红色波形）的波形如图7所示: 此时，由于触发电阻较小电路中，触发电流很大当电源电压处于正半周期时，晶闸管快速导通，灯泡电压约为完整的正弦半波，功率最大，灯泡最亮. 当可变电阻逐渐增加并调整到30％时可控硅的简易触发电路，波形如图8所示. 这时，触发电路的电阻增加，触发电流减小，晶闸管的导通时间延迟，即控制角增大，输出电压波形面积减小，灯功率减小以及亮度略微变暗. 图7开关S1断开且R2为0％时的仿真波形图9当开关S1断开且R2为30％时，当模拟波形继续将可变电阻增加到70％时. 触发电流再次下降，晶闸管的导通时间更多地延迟，输出电压波形的面积增加，并且灯的亮度变暗.

将可变电阻器的最大值调整为100％时，波形如图10所示. 触发电流将是最低的. 此时，电流的峰值刚好达到晶闸管的导通电流的最小值，并且晶闸管触发，对应于约90°的控制角. 输出电压对应于90°至180°的正弦半波. 灯泡电压的平均值达到最小值，功率最低，灯泡最暗. 从上面的波形可以看出，随着R2的增加（对应于控制角α的增加），输出电压的平均值将减小，并且灯的亮度将从最亮的状态逐渐变暗，以达到调光效果. ·0 5·武汉工业学院学报2016年6月图9开关S1断开且R2为70％时的仿真波形图10开关S1断开且R2为100％时的仿真波形3.简单触发电路的优缺点如上所述，简单的触发电路结构简单，元件少，调试方便. 触发电路可以直接连接到主电源以保持与主电路的同步，并且触发脉冲具有足够的宽度，但是触发电路也有一定的局限性. 1.相移范围因为触发电流与主电源电压同相，所以当主电源电压达到最大值（对应于90°）时，触发电流也达到最大值. 如果此时无法触发晶闸管并使其导通，则超过90°触发电流. 随后的电压逐渐降低，因此甚至无法触发. 从图7至图10可以看出，当可变电阻最小时，控制角约为0°.

随着可变电阻的增大，控制角增大，并且当控制角为90°时达到极限. 因此，触发脉冲的最大相移范围为0至90°. 由于主电路是带电阻负载的单相半波可控整流电路，因此a的相移范围为0至180°，因此这种简单的触发脉冲无法满足主电路相移范围的要求. 这也是这种简单的相移电路的最大缺点. 2.脉冲形状该电路中触发脉冲控制角的大小取决于可变电阻器R2的调节，这是通过改变触发电流和触发电压以使其值大于栅极触发电流和栅极触发电压来实现的. . 由于触发电流遵循正弦电压，因此触发脉冲的上升沿类似于正弦波，因此脉冲的上升沿不太陡峭，脉冲宽度较宽，因此该电路有两个缺点: 脉冲前沿不陡且脉冲太宽. 这将降低晶闸管的动态特性并增加电路的功率损耗. 3.简单的触发电路特性分析晶闸管的触发电路有4个要求: （1）触发电路应与主电压同步. （2）触发电路的输出脉冲应有足够的功率. （3）触发脉冲应满足主电路要求的相移范围. ·1 5·第14卷，第2期小灵王潘建凯飞程程龙贵: 基于Multisim的简单触发电路原理和晶闸管仿真分析（4）触发脉冲应具有一定的宽度，且前沿应陡峭.

基于上述分析，可以得出以下结论: （1）这种简单的触发电路可以满足“触发电路与主电压同步”的要求； （2）触发脉冲有一定的宽度，输出功率虽然足够，但过宽，也会增加功率损耗； （3）触发脉冲不能满足主电路相移范围的要求，需要改进； （4）触发脉冲的上升沿呈正弦变化，因此脉冲上升沿不陡峭. 总之，这种简单的触发电路主要用于控制精度较低的低功率负载电路中. 4.结论基于晶闸管简单触发电路的工作原理可控硅的简易触发电路，本文利用Multisim仿真软件建立了简单的调光灯电路仿真模型. 通过电路调整，观察光亮度和波形的变化，深入分析简单触发电路的控制原理，优缺点，深入了解晶闸管对触发电路的要求. 本文有效地将理论与实践相结合，通过实践来加深学生对理论的理解. 同时，可以培养学生的独立探究能力. 该电路结构简单，成本低廉，可以作为电子技术培训项目. （审稿人: 于建华编辑: 陈少华hua）（续第26页），学生比例最大. 因此，结合此功能，教师可以从学生最感兴趣和最擅长的手机网络开始，自行开发和设计，或聘请人员设计一套彩色手机游戏和词汇清除手机游戏，从而使学生现场比赛，根据成绩当场排名.

学生可以通过迷你游戏提高学习热情和课堂参与度，同时可以进一步加深他们对颜色和物质词汇的掌握. 在本课程的课程设计中，使用了各种信息化方法，例如网络，视频播放，图片显示，手机软件应用程序等. 在整个过程中，老师带路，而学生则是主体. 可以大大提高学生的积极性和参与性，学习效果将更加突出. 信息化方法在高职商务英语口语课程中的应用，将有助于在更大程度上提高学生的学习积极性和课堂参与度，并可以更有效地培养学生在涉外商务环节应用口语的能力. 参考文献: [1]陈洪娟. 信息化背景下高职英语教学的挑战与对策[J]. 校园英语，2014，（31）. [2]王曦. 高职高专英语信息化教学的应用研究［J］. 中国教育技术装备，2014，（18）: 140-141. [3]冯小红. 高校信息化教学的应用效果研究[J]. 中国教育，2015，（12）: 133-134. [4]邢琳琳. 高职院校信息化教学的现状分析与对策-以商务英语为例[J]. 新教育时报电子杂志（教师版），2014年，（25）. [5]陈志辉. 信息化教学在商务英语函授中的应用[J]. 校园英语，2015，（35）. 信息技术商务英语口语课程探索-以“产品介绍”为例刘明宇（牛立刚技术学院，广东广州510510）老师不仅应该改变教学理念，还应该利用信息技术在教学内容，方法和教学改革上. 只有这样，我们才能培养出高素质的技术人才. 本文以教学内容之一为例，以产品介绍为例，提出了信息技术在不同教学环节中的应用方法，如预览，导入，任务执行和整合. 关键字: 信息技术教学；商务英语口语；产品介绍；教学链接（审稿人: 兰向春主编: 曹颖）2 5·武汉电力职业技术学院学报，2016年6月

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