可控硅调光在电视演播室中的应用技术

可控硅调光在电视演播室中的应用技术

电视照明是完成电视制作技术，实现画面艺术造型的一种重要手段。它必须形成一种合理、完整、独立的技术系统。 电视调光，首先为满足剧情变化而调节亮度，实现灯光变化的编程．预选和储存；其次延长灯泡使用寿命．节约能源，使光能合理分配，控制所需照度。在经历了电阻型调光，变压器式调光，磁放大器型调光阶段后，发展为现在的用可控硅调光和计算机控制的现代化调光设备。 1、 可控硅的工作原理 可控硅（SCR）是由四层半导体管构成的三端元件，如图（4－1）

它是由P型半导体和N型半导体交替叠合而成的。从P型半导体引出的是阳极（A），从N型半导体引出的是阴级（K），控制极由中间P型半导体引出（G），当可控硅主回路由A接正向电压，由G接正向控制极电压时，可控硅处在正向导通状态，当可控硅主回路由A接反向电压时，不管由G接正向或反向控制极电压时，可控硅都不会导通，而处在反向载上状态。当可控硅正向导通后，即使控制极电压断开，可控硅仍在导通工作状态，若要使主回路负载电路电流断开，依靠控制极的作用是不行的，只有切断主回路的电压时，可控硅才能由导通变成关断状态，即当主回路的维持电流在几十毫安时可控硅即会恢复到正向阻断状态。 2、 可控硅的交流调压： 由于不同的用途，可控硅可以接多种电路使用，交流调压电路是其中的一种。由于交流电电压的大小和极性。呈周期性不断变化。因此，可控硅在电路使用中应由两个可控硅相反的并联在一起，在正半周和负半周（4－2）轮流工作。

    由于由两个可控硅相反的并联使用，不但占地方多，而且触点回路也相对复杂。因此双向可控硅（TRIAC）应运而生，而控制极只有一个就可以了，它使元件更少，结构更紧凑，触发电路更简化，如图（4－3）由于由两个可控硅相反的并联使用，不但占地方多，而且触点回路也相对复杂。因此双向可控硅（TRIAC）应运而生，而控制极只有一个就可以了，它使元件更少，结构更紧凑，触发电路更简化，如图（4－3）

 

    当工作回路A电位高于B电位时，既在正半周时，加上控制电压，S1导通，负载电路工作（如图4－2，0至T／2时间内）。在负半周时当B点电位高于A点电位时，加上控制电压，S2导通，负载工作（如图4－2）T／2至T时间内）。因此无论在正半周或负半周时，负载线路均处于工作状态。在负载电源工作时，如何控制交流电负载回路的电压呢？我们就需要调节控制角的大小来调节电压的高低。（如图4－4）。

0－t1对应的相位角α为控制角t1－T／2对应的相位角β称为导通角。在负载电路中，要保持电压的稳定，各周期中α或β都必须相等，需要改变输出电压时，需改变控制角度α，当α等于0时，输出电压为最大，为额定电压，当β等于0时，输出电压为最小，为0。 3、 可控硅的触发电路。 我们知道，可控硅调光是改变控制角的结果，要保持一定的控制角，就必须有触发信号。 触发信号是由正向控制电压形成，也称触发电压，它可以是交流电压，也可以是直流电压，还可以是有两相脉冲并相互隔离的脉冲电压来触发可控硅。 在实际使用中，触发电路的种类很多。有用电阻、电容的电子元件组成，有用晶体管、二极管等半导体元件组成，还有用磁放大器等磁性元件组成。 晶体管触发电路。 晶体管是一种半导体元件，它以体积小，重量轻、寿 命长、效率高、价格低等优点，在各个领域广泛使用。它的用途之一是做开关用，利用这种特性晶体管作为可控硅的触发电路被广泛使用。能达到调光要求的晶体管触发电路有许多种，但基本原理：首先由同类取样部分，从主回路过压和过零点产生同类脉冲，由同步脉冲控制锯齿波电压，通过比较器电路将锯齿波电压与直流控制电压进行比较。产生方形波形脉冲，于是脉冲形成了可控硅触发所需要的相互隔离的两相触发脉冲，如图4-5。

在图中，在U的主回路中取得同步电压经降压后整流，经过稳压电路的削波成锯齿波电源作为图中晶体管BG的电源，当BG基极电位高于发射极时晶体管导通，形成脉冲波形，经过隔离部分便成为两组相互隔离的脉冲信号a a' b b'触发负载工作，触发脉冲的移相是由直流控制电压和锯齿波电压U控相比较，改变每半个周期触发脉冲时间达到移相的目的，直流控制电压越高，脉冲电流越大，BG某一个脉冲发出越早，可控硅的控制角越小，导通角越大，灯泡越亮，反之，灯泡越暗。 在晶体管触发电路的发展过程中，随着不断的改进，功能得到了不断的改善，但线路越来越多，越来越复杂，故障及维修工作也在不断的增加。为此，随着科学技术的发展，在晶体管触发电路中，将各种三极管、二极管、稳压管、电阻等元件集中在一个多插角的硅片上，它同样具有产生锯齿波、同步脉冲等来触发可控硅的功能。在触发电路的发展中，无论是单向可控硅式或是双向可控硅，由于主同路和触发电路一个用的是较高的交流电压，一个用的是较低的直流电压，因此双方必须用脉冲变压器相互隔离，才能正常工作。为了满足保证可靠触发的宽脉冲要求，同时又不增加脉冲变压器的体积，国外又发明了光耦触发可控性，其原理是用很小的正向电流通过发光二极管的红外光敏作用。促使可控硅的导通。而且在电气上完全绝缘。 4、 可控硅调光的一些特殊问题。 可控硅调光是一种先进的调光设备，它有很多优点，极大的丰富了灯光的表现形式，但可控硅调光也带来一系列特殊的问题，需要改进解决。

    在图中，在U的主回路中取得同步电压经降压后整流，经过稳压电路的削波成锯齿波电源作为图中晶体管BG的电源，当BG基极电位高于发射极时晶体管导通，形成脉冲波形，经过隔离部分便成为两组相互隔离的脉冲信号a a' b b'触发负载工作，触发脉冲的移相是由直流控制电压和锯齿波电压U控相比较，改变每半个周期触发脉冲时间达到移相的目的，直流控制电压越高，脉冲电流越大，BG某一个脉冲发出越早，可控硅的控制角越小，导通角越大，灯泡越亮，反之，灯泡越暗。 在晶体管触发电路的发展过程中，随着不断的改进，功能得到了不断的改善，但线路越来越多，越来越复杂，故障及维修工作也在不断的增加。为此，随着科学技术的发展，在晶体管触发电路中，将各种三极管、二极管、稳压管、电阻等元件集中在一个多插角的硅片上，它同样具有产生锯齿波、同步脉冲等来触发可控硅的功能。在触发电路的发展中，无论是单向可控硅式或是双向可控硅，由于主同路和触发电路一个用的是较高的交流电压，一个用的是较低的直流电压，因此双方必须用脉冲变压器相互隔离，才能正常工作。为了满足保证可靠触发的宽脉冲要求，同时又不增加脉冲变压器的体积，国外又发明了光耦触发可控性，其原理是用很小的正向电流通过发光二极管的红外光敏作用。促使可控硅的导通。而且在电气上完全绝缘。 4、 可控硅调光的一些特殊问题。 可控硅调光是一种先进的调光设备，它有很多优点，极大的丰富了灯光的表现形式，但可控硅调光也带来一系列特殊的问题，需要改进解决。

当脉冲电流波流过灯泡的灯丝时，会使灯泡产生丝丝的叫声，这种叫声增加了演播室的噪声，另外，可控硅调光过程中输出的负荷电压除含有与电源同频率的基波成分外，还含一系列频率为电源频率奇次倍的高次谐波，功率越大，高次分量的功率越大。这些高次谐波向空中大量幅射，也会通过导线传导到其它负载，它能引起电源波形畸变（如图4-8）， 这是由于可控硅导通时大电流在导线上及电源变压器内阻上的压降及主回路上产生的高频阻尼产生，这大大增加了变压器的附加损耗，使变压器承载能力下降。

    为抑制这些干扰应采取一定的措施，可控硅调光设立独立的变压器供电，这是减少传导干扰的主要方法。在可控硅的输出回路上加高频电感电容滤波器，使电流上升的时间从几微秒增至200微秒以上，这样可以，大大降低高次谐波的分量，减少对外干扰。另外，灯光调光输出线应远离视频音频线，如没有条件的，应将调光设备输出线加以屏蔽，要将屏蔽地线具有良好的接地。 2、相互干扰 可控硅调光器内部的干扰主要是以下几个方面： A：电压上升率 在可控硅导体瞬间导通时，大电流的通过引出电网电压 波动，从而使其它不应触发导通的可控硅会因电压的突然波动而被诱发导通，造成误触发，解决的方法应在可控硅主回路两端并上一个电阻电容的串联电路，进行电路滤波，以减少这一影响。 B：漏触发。在某一路可控硅触发的瞬间，遇到其它回路导通引起电网电压波动，若触发脉冲较窄，容易造成漏触发。应采用多脉冲和宽脉冲（例光耦可控硅）触发。 C：同步信号的干扰：电网电压中常有同步电路中产生错误的“同步”或缺漏正常的同步脉冲。改善的方法应加宽同步脉中，通过并联的电阻电容电路滤波，以去除干忧信号。 3、一致性问题 在调光过程中，各路调光器的输出电压不同，亮度都不同，如果相差太大，会影响灯光的艺术效果。输出电压的一致性显得非常重要，产生输出电压不一致的主要原因在于触发电路，在触发电路中，同步取样和锯齿波的产生是提出一致性的关键。由于不同回路的同步脉冲宽窄不一，因此锯齿波的幅度、线性度就不一样。在同样的控制电压，比较后的脉冲有先有后，而产生触发脉冲移相的大小也不同，可控硅输出的电压也就不同。解决的办法是在设备的生产过程中精心筛选原件，各相电源同用一个同步锯齿波电路。 目前解决一致性最好的办法是采用数字触发电路，数字触发电路上稳定、可靠、一致性好，目前大中型调光设备已采用数字触发电路，使触发电路的一致性得到了很好的触决。 4、调光曲线 调光曲线是指调光过程中灯光亮度与控制电压关系以曲线显示出来，随着调光设备各项性能的不断改善，人们对调光特性要求也不断提高。 目前，大多数调光电路用线性的锯齿波与直流控制信号比较，实现移相触发。通过控制导通角与控制电压成比例的改变，来控制电压变化。这样形式的调光曲线呈“S”型。“S”形调光曲线把可资利用的调光范围达到5－95％。从而使灯具的亮度基本上可依靠调光台的输出线性变化。