電視演播室的可控硅調光

電視照明是完成電視制作技術，實現畫面藝術造型的一種重要手段。它必須形成一種合理、完整、獨立的技術系統。電視調光，首先為滿足劇情變化而調節亮度，實現燈光變化的編程．預選和儲存；其次延長燈泡使用壽命．節約能源，使光能合理分配，控制所需照度。在經歷了電阻型調光，變壓器式調光，磁放大器型調光階段后，發展為現在的用可控硅調光和計算機控制的現代化調光設備。1、 可控硅的工作原理 可控硅（SCR）是由四層半導體管構成的三端元件，如圖（4－1）

它是由P型半導體和N型半導體交替疊合而成的。從P型半導體引出的是陽極（A），從N型半導體引出的是陰級（K），控制極由中間P型半導體引出（G），當可控硅主回路由A接正向電壓，由G接正向控制極電壓時，可控硅處在正向導通狀態，當可控硅主回路由A接反向電壓時，不管由G接正向或反向控制極電壓時，可控硅都不會導通，而處在反向載上狀態。當可控硅正向導通后，即使控制極電壓斷開，可控硅仍在導通工作狀態，若要使主回路負載電路電流斷開，依靠控制極的作用是不行的，只有切斷主回路的電壓時，可控硅才能由導通變成關斷狀態，即當主回路的維持電流在幾十毫安時可控硅即會恢復到正向阻斷狀態。2、 可控硅的交流調壓：由于不同的用途，可控硅可以接多種電路使用，交流調壓電路是其中的一種。由于交流電電壓的大小和極性。呈周期性不斷變化。因此，可控硅在電路使用中應由兩個可控硅相反的并聯在一起，在正半周和負半周（4－2）輪流工作。

   由于由兩個可控硅相反的并聯使用，不但占地方多，而且觸點回路也相對復雜。因此雙向可控硅（TRIAC）應運而生，而控制極只有一個就可以了，它使元件更少，結構更緊湊，觸發電路更簡化，如圖（4－3）由于由兩個可控硅相反的并聯使用，不但占地方多，而且觸點回路也相對復雜。因此雙向可控硅（TRIAC）應運而生，而控制極只有一個就可以了，它使元件更少，結構更緊湊，觸發電路更簡化，如圖（4－3）

   當工作回路A電位高于B電位時，既在正半周時，加上控制電壓，S1導通，負載電路工作（如圖4－2，0至T／2時間內）。在負半周時當B點電位高于A點電位時，加上控制電壓，S2導通，負載工作（如圖4－2）T／2至T時間內）。因此無論在正半周或負半周時，負載線路均處于工作狀態。在負載電源工作時，如何控制交流電負載回路的電壓呢？我們就需要調節控制角的大小來調節電壓的高低。（如圖4－4）。

0－t1對應的相位角α為控制角t1－T／2對應的相位角β稱為導通角。在負載電路中，要保持電壓的穩定，各周期中α或β都必須相等，需要改變輸出電壓時，需改變控制角度α，當α等于0時，輸出電壓為*大，為額定電壓，當β等于0時，輸出電壓為*小，為0。3、 可控硅的觸發電路。 我們知道，可控硅調光是改變控制角的結果，要保持一定的控制角，就必須有觸發信號。觸發信號是由正向控制電壓形成，也稱觸發電壓，它可以是交流電壓，也可以是直流電壓，還可以是有兩相脈沖并相互隔離的脈沖電壓來觸發可控硅。在實際使用中，觸發電路的種類很多。有用電阻、電容的電子元件組成，有用晶體管、二極管等半導體元件組成，還有用磁放大器等磁性元件組成。晶體管觸發電路。 晶體管是一種半導體元件，它以體積小，重量輕、壽命長、效率高、價格低等優點，在各個領域廣泛使用。它的用途之一是做開關用，利用這種特性晶體管作為可控硅的觸發電路被廣泛使用。能達到調光要求的晶體管觸發電路有許多種，但基本原理：首先由同類取樣部分，從主回路過壓和過零點產生同類脈沖，由同步脈沖控制鋸齒波電壓，通過比較器電路將鋸齒波電壓與直流控制電壓進行比較。產生方形波形脈沖，于是脈沖形成了可控硅觸發所需要的相互隔離的兩相觸發脈沖，如圖4-5。

在圖中，在U的主回路中取得同步電壓經降壓后整流，經過穩壓電路的削波成鋸齒波電源作為圖中晶體管BG的電源，當BG基極電位高于發射極時晶體管導通，形成脈沖波形，經過隔離部分便成為兩組相互隔離的脈沖信號aa' bb'觸發負載工作，觸發脈沖的移相是由直流控制電壓和鋸齒波電壓U控相比較，改變每半個周期觸發脈沖時間達到移相的目的，直流控制電壓越高，脈沖電流越大，BG某一個脈沖發出越早，可控硅的控制角越小，導通角越大，燈泡越亮，反之，燈泡越暗。在晶體管觸發電路的發展過程中，隨著不斷的改進，功能得到了不斷的改善，但線路越來越多，越來越復雜，故障及維修工作也在不斷的增加。為此，隨著科學技術的發展，在晶體管觸發電路中，將各種三極管、二極管、穩壓管、電阻等元件集中在一個多插角的硅片上，它同樣具有產生鋸齒波、同步脈沖等來觸發可控硅的功能。在觸發電路的發展中，無論是單向可控硅式或是雙向可控硅，由于主同路和觸發電路一個用的是較高的交流電壓，一個用的是較低的直流電壓，因此雙方必須用脈沖變壓器相互隔離，才能正常工作。為了滿足保證可靠觸發的寬脈沖要求，同時又不增加脈沖變壓器的體積，國外又發明了光耦觸發可控性，其原理是用很小的正向電流通過發光二極管的紅外光敏作用。促使可控硅的導通。而且在電氣上完全絕緣。4、 可控硅調光的一些特殊問題。可控硅調光是一種先進的調光設備，它有很多優點，極大的豐富了燈光的表現形式，但可控硅調光也帶來一系列特殊的問題，需要改進解決。

   在圖中，在U的主回路中取得同步電壓經降壓后整流，經過穩壓電路的削波成鋸齒波電源作為圖中晶體管BG的電源，當BG基極電位高于發射極時晶體管導通，形成脈沖波形，經過隔離部分便成為兩組相互隔離的脈沖信號aa' bb'觸發負載工作，觸發脈沖的移相是由直流控制電壓和鋸齒波電壓U控相比較，改變每半個周期觸發脈沖時間達到移相的目的，直流控制電壓越高，脈沖電流越大，BG某一個脈沖發出越早，可控硅的控制角越小，導通角越大，燈泡越亮，反之，燈泡越暗。在晶體管觸發電路的發展過程中，隨著不斷的改進，功能得到了不斷的改善，但線路越來越多，越來越復雜，故障及維修工作也在不斷的增加。為此，隨著科學技術的發展，在晶體管觸發電路中，將各種三極管、二極管、穩壓管、電阻等元件集中在一個多插角的硅片上，它同樣具有產生鋸齒波、同步脈沖等來觸發可控硅的功能。在觸發電路的發展中，無論是單向可控硅式或是雙向可控硅，由于主同路和觸發電路一個用的是較高的交流電壓，一個用的是較低的直流電壓，因此雙方必須用脈沖變壓器相互隔離，才能正常工作。為了滿足保證可靠觸發的寬脈沖要求，同時又不增加脈沖變壓器的體積，國外又發明了光耦觸發可控性，其原理是用很小的正向電流通過發光二極管的紅外光敏作用。促使可控硅的導通。而且在電氣上完全絕緣。4、 可控硅調光的一些特殊問題。可控硅調光是一種先進的調光設備，它有很多優點，極大的豐富了燈光的表現形式，但可控硅調光也帶來一系列特殊的問題，需要改進解決。

當脈沖電流波流過燈泡的燈絲時，會使燈泡產生絲絲的叫聲，這種叫聲增加了演播室的噪聲，另外，可控硅調光過程中輸出的負荷電壓除含有與電源同頻率的基波成分外，還含一系列頻率為電源頻率奇次倍的高次諧波，功率越大，高次分量的功率越大。這些高次諧波向空中大量幅射，也會通過導線傳導到其它負載，它能引起電源波形畸變（如圖4-8），這是由于可控硅導通時大電流在導線上及電源變壓器內阻上的壓降及主回路上產生的高頻阻尼產生，這大大增加了變壓器的附加損耗，使變壓器承載能力下降。

   為抑制這些干擾應采取一定的措施，可控硅調光設立獨立的變壓器供電，這是減少傳導干擾的主要方法。在可控硅的輸出回路上加高頻電感電容濾波器，使電流上升的時間從幾微秒增至200微秒以上，這樣可以，大大降低高次諧波的分量，減少對外干擾。另外，燈光調光輸出線應遠離視頻音頻線，如沒有條件的，應將調光設備輸出線加以屏蔽，要將屏蔽地線具有良好的接地。2、相互干擾 可控硅調光器內部的干擾主要是以下幾個方面： A：電壓上升率 在可控硅導體瞬間導通時，大電流的通過引出電網電壓波動，從而使其它不應觸發導通的可控硅會因電壓的突然波動而被誘發導通，造成誤觸發，解決的方法應在可控硅主回路兩端并上一個電阻電容的串聯電路，進行電路濾波，以減少這一影響。B：漏觸發。在某一路可控硅觸發的瞬間，遇到其它回路導通引起電網電壓波動，若觸發脈沖較窄，容易造成漏觸發。應采用多脈沖和寬脈沖（例光耦可控硅）觸發。C：同步信號的干擾：電網電壓中常有同步電路中產生錯誤的“同步”或缺漏正常的同步脈沖。改善的方法應加寬同步脈中，通過并聯的電阻電容電路濾波，以去除干憂信號。3、一致性問題在調光過程中，各路調光器的輸出電壓不同，亮度都不同，如果相差太大，會影響燈光的藝術效果。輸出電壓的一致性顯得非常重要，產生輸出電壓不一致的主要原因在于觸發電路，在觸發電路中，同步取樣和鋸齒波的產生是提出一致性的關鍵。由于不同回路的同步脈沖寬窄不一，因此鋸齒波的幅度、線性度就不一樣。在同樣的控制電壓，比較后的脈沖有先有后，而產生觸發脈沖移相的大小也不同，可控硅輸出的電壓也就不同。解決的辦法是在設備的生產過程中精心篩選原件，各相電源同用一個同步鋸齒波電路。目前解決一致性*好的辦法是采用數字觸發電路，數字觸發電路上穩定、可靠、一致性好，目前大中型調光設備已采用數字觸發電路，使觸發電路的一致性得到了很好的觸決。4、調光曲線調光曲線是指調光過程中燈光亮度與控制電壓關系以曲線顯示出來，隨著調光設備各項性能的不斷改善，人們對調光特性要求也不斷提高。目前，大多數調光電路用線性的鋸齒波與直流控制信號比較，實現移相觸發。通過控制導通角與控制電壓成比例的改變，來控制電壓變化。這樣形式的調光曲線呈“S”型。“S”形調光曲線把可資利用的調光范圍達到5－95％。從而使燈具的亮度基本上可依靠調光臺的輸出線性變化。