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由雙向晶閘管3CTS和觸發(fā)二極管2CTS (又稱為二端交流元件DIAC)組成的調(diào)壓電路，略去輔助元件后的電路如圖1所示，大量地用在民用電器中的調(diào)光、調(diào)溫。對于調(diào)節(jié)原理，查閱相關(guān)報道［1～3］，大多文中對觸發(fā)原理僅做出定性的說明，沒有定量結(jié)論。本文在對觸發(fā)原理討論的基礎(chǔ)上，求解了控制參量R，C與輸出電壓或輸出功率的定量關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，還就線性范圍進(jìn)行討論，期望此結(jié)論能對應(yīng)用起到參照作用。
1調(diào)壓原理討論
雙向晶閘管調(diào)壓電路中忽略一些輔助元件后的電路如圖1所示。圖2是觸發(fā)二極管2CTS的伏安特性，其中OP段為截止區(qū)；PV段為負(fù)阻區(qū)，VP1段為飽和區(qū)。3CTS導(dǎo)通受控于2CTS產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖電流，而2CTS只有在uc增加到UP后，由于P-V段負(fù)阻區(qū)，引起強烈的正反饋，又因uc不能突變，故瞬間使工作點由P點跳變至P1點，此刻2CTS中有電流i，當(dāng)脈沖電流峰值Im大于3CTS的觸發(fā)電流時，3CTS便導(dǎo)通。
此后，電容C的放電回路有2條，一條是：C-R-T2-T1-C；第二條是：C-2CTS-G-T1-C。由于處于飽和區(qū)的2CTS飽和電阻遠(yuǎn)小于R，所以放電時間常數(shù)主要由第二條回路決定。很短時間uc便由UP退至UV，2CTS的工作點便由P1點移至V點。進(jìn)入負(fù)阻區(qū)V-P段后，又是一個正反饋使工作點跳變到P2，uc=UV。這時2CTS重新截止。隨后，電容僅通過第一條支路放電，uc呈指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)輸入的端電壓瞬時值過零時刻T/2，uc=uc(T/2)，此時3CTS也自動截止。此后，uc又開始了在正弦輸入電壓激勵下，以初值uc(T/2)的反向充電過程。圖3中畫出了以端電壓ui(t)過零時刻為t=0時，uc（t）、負(fù)載上的電壓uL（t）以及過2CTS的觸發(fā)電流i隨時間t的變化曲線。
2控制角φ與電路參數(shù)RC之間的定量關(guān)系
圖3中，0-t1段uc的形成是在正弦電壓ui=Umsin ωt的激勵下，由初始值uc(0)開始的充電過程。這段時間內(nèi)2CTS與3CTS都截止，其等效電路如圖4所示。考慮到RL<<R，所以用R代替（R+RL），可列方程如下：
t1~t2段是正反饋形成的電壓躍變后，觸發(fā)二極管的工作點由P1到V的過程。忽略第一條放電支路，可近似認(rèn)為電容C通過觸發(fā)二極管的飽和電阻放電，這段時間很短可略去不計。
t2~t3段中3CTS處于導(dǎo)通狀態(tài)，可看作電容通過第一條支路的放電過程，放電時間常數(shù)為RC。所以，u(t)呈指數(shù)規(guī)律下降，uc(T/2)應(yīng)滿足下式。
考慮到ui(t)和3CTS與2CTS的伏安特性的對稱性，必有：
（3）代入式（4），并令：
式（6）為元件參數(shù)RC與與相位控制角φ之間的定量關(guān)系。
由于此方程為超越方程，不能直接求得φ~RC的解析表達(dá)式，但可在給定Um，ω，UP，UV之后，用計算軟件Matlab 6.0求得其數(shù)值解，表1是以Um=311V；UP=31.4V；UV=20V；ω=100πrad/s時由式（6）計算的結(jié)果。在圖5中畫出了φ~RC曲線。他們的關(guān)系如表1所示。
3功率調(diào)節(jié)系數(shù)KP與電路參數(shù)間的關(guān)系
由于該電路一般都用作功率調(diào)節(jié)，由圖3的波形可知負(fù)載電阻RL上的電壓有效值：
定義功率調(diào)節(jié)系數(shù)：
利用φ~β（=ωRC）的數(shù)值計算結(jié)果，可求得KP與RC之間的定量關(guān)系。
4KP的線性范圍的討論
(1) 從圖5中φ~RC與KP~RC曲線可以看出，在RC較小和較大時線性較差，在KP為0.9~0.05部分有較好的線性范圍，可用Matlab 6.0對KP~RC中部進(jìn)行直線擬合得：KP=1.167 6～0.032 3(RC)。
這個結(jié)果說明，用觸發(fā)二極管觸發(fā)的雙向晶閘管電壓調(diào)節(jié)電路，用于純阻性電路中作功率調(diào)節(jié)時，欲使功率呈線性變化，用線性電位器作調(diào)節(jié)元件是較好的選擇。
以上結(jié)論經(jīng)實際測試，其結(jié)果與理論計算吻合。
(2)用Matlab 6.0軟件，當(dāng)式（6）中UP，UV取不同值時，作φ~RC曲線，如圖6所示。從圖中看出，電路中最大RC值（RC）max以及與之相應(yīng)的KP線性范圍與UP，UV以及其差值有關(guān)，UP，UV愈大，（RC）max愈小。
