電視臺(tái)演播室的可控硅調(diào)光
 

電視照明是完成電視制作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)畫面藝術(shù)造型的一種重要手段。它必須形成一種合理、完整、獨(dú)立的技術(shù)系統(tǒng)。 電視調(diào)光，首先為滿足劇情變化而調(diào)節(jié)亮度，實(shí)現(xiàn)燈光變化的編程．預(yù)選和儲(chǔ)存；其次延長燈泡使用壽命．節(jié)約能源，使光能合理分配，控制所需照度。在經(jīng)歷了電阻型調(diào)光，變壓器式調(diào)光，磁放大器型調(diào)光階段后，發(fā)展為現(xiàn)在的用可控硅調(diào)光和計(jì)算機(jī)控制的現(xiàn)代化調(diào)光設(shè)備。 1、 可控硅的工作原理 可控硅（SCR）是由四層半導(dǎo)體管構(gòu)成的三端元件，如圖（4－1）

它是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交替疊合而成的。從P型半導(dǎo)體引出的是陽極（A），從N型半導(dǎo)體引出的是陰級(jí)（K），控制極由中間P型半導(dǎo)體引出（G），當(dāng)可控硅主回路由A接正向電壓，由G接正向控制極電壓時(shí)，可控硅處在正向?qū)顟B(tài)，當(dāng)可控硅主回路由A接反向電壓時(shí)，不管由G接正向或反向控制極電壓時(shí)，可控硅都不會(huì)導(dǎo)通，而處在反向載上狀態(tài)。當(dāng)可控硅正向?qū)ê?，即使控制極電壓斷開，可控硅仍在導(dǎo)通工作狀態(tài)，若要使主回路負(fù)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(shí)，可控硅才能由導(dǎo)通變成關(guān)斷狀態(tài)，即當(dāng)主回路的維持電流在幾十毫安時(shí)可控硅即會(huì)恢復(fù)到正向阻斷狀態(tài)。 2、 可控硅的交流調(diào)壓： 由于不同的用途，可控硅可以接多種電路使用，交流調(diào)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(yīng)由兩個(gè)可控硅相反的并聯(lián)在一起，在正半周和負(fù)半周（4－2）輪流工作。

    由于由兩個(gè)可控硅相反的并聯(lián)使用，不但占地方多，而且觸點(diǎn)回路也相對(duì)復(fù)雜。因此雙向可控硅（TRIAC）應(yīng)運(yùn)而生，而控制極只有一個(gè)就可以了，它使元件更少，結(jié)構(gòu)更緊湊，觸發(fā)電路更簡化，如圖（4－3）由于由兩個(gè)可控硅相反的并聯(lián)使用，不但占地方多，而且觸點(diǎn)回路也相對(duì)復(fù)雜。因此雙向可控硅（TRIAC）應(yīng)運(yùn)而生，而控制極只有一個(gè)就可以了，它使元件更少，結(jié)構(gòu)更緊湊，觸發(fā)電路更簡化，如圖（4－3）

    當(dāng)工作回路A電位高于B電位時(shí)，既在正半周時(shí)，加上控制電壓，S1導(dǎo)通，負(fù)載電路工作（如圖4－2，0至T／2時(shí)間內(nèi)）。在負(fù)半周時(shí)當(dāng)B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位時(shí)，加上控制電壓，S2導(dǎo)通，負(fù)載工作（如圖4－2）T／2至T時(shí)間內(nèi)）。因此無論在正半周或負(fù)半周時(shí)，負(fù)載線路均處于工作狀態(tài)。在負(fù)載電源工作時(shí)，如何控制交流電負(fù)載回路的電壓呢？我們就需要調(diào)節(jié)控制角的大小來調(diào)節(jié)電壓的高低。（如圖4－4）。

0－t1對(duì)應(yīng)的相位角α為控制角t1－T／2對(duì)應(yīng)的相位角β稱為導(dǎo)通角。在負(fù)載電路中，要保持電壓的穩(wěn)定，各周期中α或β都必須相等，需要改變輸出電壓時(shí)，需改變控制角度α，當(dāng)α等于0時(shí)，輸出電壓為*大，為額定電壓，當(dāng)β等于0時(shí)，輸出電壓為*小，為0。 3、 可控硅的觸發(fā)電路。 我們知道，可控硅調(diào)光是改變控制角的結(jié)果，要保持一定的控制角，就必須有觸發(fā)信號(hào)。 觸發(fā)信號(hào)是由正向控制電壓形成，也稱觸發(fā)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(fā)可控硅。 在實(shí)際使用中，觸發(fā)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(dǎo)體元件組成，還有用磁放大器等磁性元件組成。 晶體管觸發(fā)電路。 晶體管是一種半導(dǎo)體元件，它以體積小，重量輕、壽 命長、效率高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域廣泛使用。它的用途之一是做開關(guān)用，利用這種特性晶體管作為可控硅的觸發(fā)電路被廣泛使用。能達(dá)到調(diào)光要求的晶體管觸發(fā)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(diǎn)產(chǎn)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(jìn)行比較。產(chǎn)生方形波形脈沖，于是脈沖形成了可控硅觸發(fā)所需要的相互隔離的兩相觸發(fā)脈沖，如圖4-5。

在圖中，在U的主回路中取得同步電壓經(jīng)降壓后整流，經(jīng)過穩(wěn)壓電路的削波成鋸齒波電源作為圖中晶體管BG的電源，當(dāng)BG基極電位高于發(fā)射極時(shí)晶體管導(dǎo)通，形成脈沖波形，經(jīng)過隔離部分便成為兩組相互隔離的脈沖信號(hào)a a' b b'觸發(fā)負(fù)載工作，觸發(fā)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(gè)周期觸發(fā)脈沖時(shí)間達(dá)到移相的目的，直流控制電壓越高，脈沖電流越大，BG某一個(gè)脈沖發(fā)出越早，可控硅的控制角越小，導(dǎo)通角越大，燈泡越亮，反之，燈泡越暗。 在晶體管觸發(fā)電路的發(fā)展過程中，隨著不斷的改進(jìn)，功能得到了不斷的改善，但線路越來越多，越來越復(fù)雜，故障及維修工作也在不斷的增加。為此，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在晶體管觸發(fā)電路中，將各種三極管、二極管、穩(wěn)壓管、電阻等元件集中在一個(gè)多插角的硅片上，它同樣具有產(chǎn)生鋸齒波、同步脈沖等來觸發(fā)可控硅的功能。在觸發(fā)電路的發(fā)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(fā)電路一個(gè)用的是較高的交流電壓，一個(gè)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(fā)的寬脈沖要求，同時(shí)又不增加脈沖變壓器的體積，國外又發(fā)明了光耦觸發(fā)可控性，其原理是用很小的正向電流通過發(fā)光二極管的紅外光敏作用。促使可控硅的導(dǎo)通。而且在電氣上完全絕緣。 4、 可控硅調(diào)光的一些特殊問題。 可控硅調(diào)光是一種先進(jìn)的調(diào)光設(shè)備，它有很多優(yōu)點(diǎn)，極大的豐富了燈光的表現(xiàn)形式，但可控硅調(diào)光也帶來一系列特殊的問題，需要改進(jìn)解決。

    在圖中，在U的主回路中取得同步電壓經(jīng)降壓后整流，經(jīng)過穩(wěn)壓電路的削波成鋸齒波電源作為圖中晶體管BG的電源，當(dāng)BG基極電位高于發(fā)射極時(shí)晶體管導(dǎo)通，形成脈沖波形，經(jīng)過隔離部分便成為兩組相互隔離的脈沖信號(hào)a a' b b'觸發(fā)負(fù)載工作，觸發(fā)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(gè)周期觸發(fā)脈沖時(shí)間達(dá)到移相的目的，直流控制電壓越高，脈沖電流越大，BG某一個(gè)脈沖發(fā)出越早，可控硅的控制角越小，導(dǎo)通角越大，燈泡越亮，反之，燈泡越暗。 在晶體管觸發(fā)電路的發(fā)展過程中，隨著不斷的改進(jìn)，功能得到了不斷的改善，但線路越來越多，越來越復(fù)雜，故障及維修工作也在不斷的增加。為此，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在晶體管觸發(fā)電路中，將各種三極管、二極管、穩(wěn)壓管、電阻等元件集中在一個(gè)多插角的硅片上，它同樣具有產(chǎn)生鋸齒波、同步脈沖等來觸發(fā)可控硅的功能。在觸發(fā)電路的發(fā)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(fā)電路一個(gè)用的是較高的交流電壓，一個(gè)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(fā)的寬脈沖要求，同時(shí)又不增加脈沖變壓器的體積，國外又發(fā)明了光耦觸發(fā)可控性，其原理是用很小的正向電流通過發(fā)光二極管的紅外光敏作用。促使可控硅的導(dǎo)通。而且在電氣上完全絕緣。 4、 可控硅調(diào)光的一些特殊問題。 可控硅調(diào)光是一種先進(jìn)的調(diào)光設(shè)備，它有很多優(yōu)點(diǎn)，極大的豐富了燈光的表現(xiàn)形式，但可控硅調(diào)光也帶來一系列特殊的問題，需要改進(jìn)解決。

當(dāng)脈沖電流波流過燈泡的燈絲時(shí)，會(huì)使燈泡產(chǎn)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(diào)光過程中輸出的負(fù)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(huì)通過導(dǎo)線傳導(dǎo)到其它負(fù)載，它能引起電源波形畸變（如圖4-8）， 這是由于可控硅導(dǎo)通時(shí)大電流在導(dǎo)線上及電源變壓器內(nèi)阻上的壓降及主回路上產(chǎn)生的高頻阻尼產(chǎn)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(yīng)采取一定的措施，可控硅調(diào)光設(shè)立獨(dú)立的變壓器供電，這是減少傳導(dǎo)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(shí)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(duì)外干擾。另外，燈光調(diào)光輸出線應(yīng)遠(yuǎn)離視頻音頻線，如沒有條件的，應(yīng)將調(diào)光設(shè)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(diào)光器內(nèi)部的干擾主要是以下幾個(gè)方面： A：電壓上升率 在可控硅導(dǎo)體瞬間導(dǎo)通時(shí)，大電流的通過引出電網(wǎng)電壓 波動(dòng)，從而使其它不應(yīng)觸發(fā)導(dǎo)通的可控硅會(huì)因電壓的突然波動(dòng)而被誘發(fā)導(dǎo)通，造成誤觸發(fā)，解決的方法應(yīng)在可控硅主回路兩端并上一個(gè)電阻電容的串聯(lián)電路，進(jìn)行電路濾波，以減少這一影響。 B：漏觸發(fā)。在某一路可控硅觸發(fā)的瞬間，遇到其它回路導(dǎo)通引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，若觸發(fā)脈沖較窄，容易造成漏觸發(fā)。應(yīng)采用多脈沖和寬脈沖（例光耦可控硅）觸發(fā)。 C：同步信號(hào)的干擾：電網(wǎng)電壓中常有同步電路中產(chǎn)生錯(cuò)誤的“同步”或缺漏正常的同步脈沖。改善的方法應(yīng)加寬同步脈中，通過并聯(lián)的電阻電容電路濾波，以去除干憂信號(hào)。 3、一致性問題 在調(diào)光過程中，各路調(diào)光器的輸出電壓不同，亮度都不同，如果相差太大，會(huì)影響燈光的藝術(shù)效果。輸出電壓的一致性顯得非常重要，產(chǎn)生輸出電壓不一致的主要原因在于觸發(fā)電路，在觸發(fā)電路中，同步取樣和鋸齒波的產(chǎn)生是提出一致性的關(guān)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(chǎn)生觸發(fā)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(shè)備的生產(chǎn)過程中精心篩選原件，各相電源同用一個(gè)同步鋸齒波電路。 目前解決一致性*好的辦法是采用數(shù)字觸發(fā)電路，數(shù)字觸發(fā)電路上穩(wěn)定、可靠、一致性好，目前大中型調(diào)光設(shè)備已采用數(shù)字觸發(fā)電路，使觸發(fā)電路的一致性得到了很好的觸決。 4、調(diào)光曲線 調(diào)光曲線是指調(diào)光過程中燈光亮度與控制電壓關(guān)系以曲線顯示出來，隨著調(diào)光設(shè)備各項(xiàng)性能的不斷改善，人們對(duì)調(diào)光特性要求也不斷提高。 目前，大多數(shù)調(diào)光電路用線性的鋸齒波與直流控制信號(hào)比較，實(shí)現(xiàn)移相觸發(fā)。通過控制導(dǎo)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(diào)光曲線呈“S”型。“S”形調(diào)光曲線把可資利用的調(diào)光范圍達(dá)到5－95％。從而使燈具的亮度基本上可依靠調(diào)光臺(tái)的輸出線性變化。