Лабораторна робота №4
Вторинні блоки живлення Мета роботи: ознайомлення з принципом роботи вторинних блоків живлення радіоелектронних пристроїв, дослідити роботу напівпровідникових випрямлячів змінної напруги та стабілізаторів. Теоретичні відомості
1. Будова вторинних блоків живлення
Мережевий блок живлення радіоелектронних пристроїв складається з перетворювача змінної напруги, випрямляча, фільтра та стабілізатора (див. рис.1). Перетворювач змінної напруги змінює її амплітуду до потрібної величини. Як правило, для цього застосовують транформатори або, при невеликій вихідній потужності, подільники напруги. Випрямляч перетворює змінний струм в пульсуючий, в якому присутня як постійна складова, так і змінна складова. Фільтр зменшує амплітуду змінної складової до потрібної величини, що визначається допустимим коефіцієнтом пульсацій , (1) де Uзм – амплітуда змінної складової випрямленого струму, а Uп – амплітуда постійної складової. Стабілізатор підтримує величину напруги на виході блоку живлення постійною при зміні напруги в електричній мережі та при зміні споживаного навантаженням струму. До основних параметрів блоків живлення радіотехнічних пристроїв відносять: номінальна вихідна напруга, номінальний та максимально допустимий струми навантаження, частота електричної мережі, споживана від мережі потужність, ККД та коефіцієнт пульсацій.
2. Напівпровідникові випрямлячі змінного струму.
В якості випрямляча змінної напруги застосовують нелінійні елементи, опір яких в одному напрямку суттєво відрізняється від опору в іншому напрямку протікання струму. На сьогоднішній день найбільш поширеним елементом для випрямлення змінного струму є напівпровідниковий діод. Випрямлячі поділяють на однонапівперіодні, двонапівперіодні з виводом середньої точки трансформатора, мостові та з подвоєнням напруги. Однонапівперіодну схему випрямлення змінного струму наведено на рис.3. Таку схему застосовують при невеликих потужностях навантаження та коли не пред¢являються високі вимоги до коефіцієнту пульсацій. Перевагами таких випрямлячів являються мінімальне число елементів та можливість роботи без трансформатора. Недоліки – високий коефіцієнт пульсацій та їх низька частота (рівна частоті мережі), погане використання трансформатора та підмагнічування його магнітопроводу. Двонапівперіодні схеми випрямлячів наведено на рис.4 та рис.5. Такі випрямлячі характеризуються нижчим в порівнянні з однонапівперіодними коефіцієнтом пульсацій і підвищеною їх частотою. Часові залежності сигналів на входах та виходах напівпровідникових випрямлячів наведено на рис.6.
3. Згладжуючі фільтри
Згладжуючі фільтри включають між випрямлячем та навантаженням для зменшення пульсацій (змінної складової) випрямленої напруги. Найбільш часто застосовують фільтри, що складаються з дроселя і конденсатора або з резистора і конденсатора (рис.7). Якість фільтра визначається коефіцієнтом згладжування , (2) де , - коефіцієнти пульсацій на виході та вході фільтра, відповідно. Г-подібні LC-фільтри широко застосовують при підвищених струмах навантаження, поскільки падіння постійної напруги на них можна зробити достатньо малим. Недоліки такого фільтра – відносно великі габарити і маса, наявність магнітного поля розсіювання, що приводить до необхідності екранування такого фільтра. Г – подібні RC–фільтри застосовують при відносно невеликих струмах навантаження. Переваги таких фільтрів – малі габаритні розміри та маса. Недоліки – відносно велике падіння постійної напруги та низький ККД. Принцип дії таких фільтрів пояснює рис.8. В момент дії випрямленого напівперіоду змінної напруги конденсатор заряджується через опір резистора. Коли напруга на виході випрямляча стає меншою, ніж напруга на конденсаторі, останній розряжається через навантаження, згладжуючи таким чином пульсації випрямленої напруги. Коефіцієнт згладжування таких фільтрів тим більший, чим більший опір резистора та ємність конденсатора. Однак при великому R зростають втрати енергії у фільтрі, так як збільшується падіння постійної напруги на резисторі. Тому у багатьох випадках резистор у схемах таких фільтрів відсутній, а його роль відіграє вихідний опір випрямляча.
4. Стабілізатори постійної напруги
Основним параметром стабілізатора являється коефіцієнт стабілізації – відношення відносної зміни вхідної напруги до відносної зміни вихідної напруги . (3) Стабілізатори будують на елементах, вольт-амперні характеристики яких містять участки, паралельні осі струмів (стабілізатори напруги) або осі напруг (стабілізатори струмів). Найбільш часто в якості таких елементів застосовують напівпровідни-кові стабілітрони та стабістори, вольт-амперні характеристики яких наведено на рис. 9. Стабілізатори постійної напруги розділяють на два види: параметричні стабіліза-тори та компенсаційні. Принцип роботи параметрич-ного стабілізатора базується на використанні нелінійності ВАХ стабілітронів або стабісторів, вони характеризуються невисоким коефіцієнтом стабілізації, високим вихідним опором, низьким ККД. Принципова електрична схема найпростішого параметричного стабілізатора наведена на рис.10. Зміна вхідної напруги приводить до зростання струму через стабілітрон, однак напруга на ньому і, відповідно, на навантаженні, залишається постійною. Коефіцієнт стабілізації збільшується при збільшенні опору резистора R, однак при цьому зростають втрати енергії в резисторі, і зменшується ККД стабілізатора. Компенсаційні стабілізатори напруги представляють собою пристрій автоматичного регулювання, яке із заданою точністю підтримує напругу на навантаженні постійною. Такі стабілізатори можуть стабілізувати напругу при великих струмах навантаження та характеризуються більшим коефіцієнтом стабілізації. Структурна схема компенсаційного стабілізатора наведена на рис.11. Послідовно з навантаженням включено регулюючий елемент РЕ, опір якого змінюється під дією керуючої напруги Uк. Вихідна напруга поступає на вимірювальний елемент ВЕ, в якому порівнюється з опорною напругою. На виході вимірювального елементу виділяється керуюча напруга. При зміні вхідної напруги змінюється і вихідна. Вимірювальний елемент змінює керуючу напругу, яка змінює опір регулюючого елементу так, щоб вихідна напруга повернулась (скомпенсувалась) до попередньо заданої величини.
Резюме
1. На вхід випрямляча подають змінну напругу. На виході випрямляча присутня як постійна складова, так і змінна складова випрямленої напруги. 2. Згладжуючий фільтр подавляє змінну складову випрямленого струму. Для постійної складової його опір малий, а для змінної складової – великий. 3. Збільшення прохідного опору у фільтрах та стабілізаторах збільшує ефективність їх роботи, однак при цьому зменшується ККД блоку живлення.
Експериментальна частина
1. Дослідження напівпровідникових випрямлячів та згладжуючих фільтрів
1. Зібрати схему експериментальної установки для дослідження випрямлячів та згладжуючих фільтрів (рис.12). В якості вольтметрів постійної (В1) та змінної (В2) складової випрямленої напруги використати вмонтовані в лабораторний пристрій К4822-2 комбіновані електровимірювальні пристрої. Встановити вольтметр В1 на діапазон вимірювання постійної напруги 10 В, вольтметр В2 встановити на діапазон вимірювання змінної напруги 5 В. 2. Зібрати схему однонапівперіодного випрямляча (рис.13а) без конденсатора фільтру C2. Ввімкнути живлення установки. На осцилографі повинен спостерігатися вихідний сигнал випрямляча. 3. За показами вольтметрів В1 і В2 визначити величини постійної та змінної складової випрямленої напруги. Дані занести в таблицю 1. 4. Під’єднати до випрямляча згладжуючий фільтр, для чого встановити в схему конденсатор C2, ємністю 10 мкФ.
Увага! При встановленні конденсатора фільтру строго дотримуйтесь вказаної на рис.12 полярності!
За показами вольтметрів В1 і В2 визначити величини постійної та змінної складової випрямленої напруги випрямляча зі згладжуючим фільтром. Дані занести в таблицю 1. 5. Повторити п.3 для згладжуючого фільтра з конденсатором, ємністю 47 мкФ. 6. Виключити живлення установки. Зібрати схему двонапівперіодного випрямляча (рис.13б) без конденсатора фільтру C2. Ввімкнути живлення установки та перевірити її працездатність за показами осцилографа. 7. Визначити величини постійної та змінної складової вихідної напруги двонапівперіодного випрямляча без згладжуючого фільтра та зі згладжуючим фільтром з конденсаторами ємністю 10 мкФ та 47 мкф, як і для випадку однонапівперіодного випрямляча (пп.3-5). Дані занести в таблицю 1. 8. Визначити коефіцієнти пульсацій випрямлячів без фільтру та зі згладжуючими фільтрами за співвідношенням . (4) Дані занести в таблицю 1.
Таблиця 1.
2. Дослідження роботи параметричного стабілізатора
1. Зібрати схему установки для дослідження параметричного стабілізатора напруги (рис.14). В якості джерела живлення використати вмонтований в лабораторний пристрій К4822-2 стабілізатор напруги +15 В, що дозволяє плавно регулювати величину вихідної напруги та контролювати її за допомогою вмонтованого вольтметра. Перевірити працездатність схеми. 2. Змінюючи величину вхідної напруги досліджуваного стабілізатора, зняти залежність Uвих=f(Uвх). Дані занести в таблицю 2. 3. Побудувати графік залежності Uвих=f(Uвх). Визначити напругу стабілізації Uст та коефіцієнт стабілізації згідно співвідношення . (5) 4. Зробити висновки. Таблиця 2
3. Дослідження роботи вторинного блока живлення на ПК
1. Синтезувати вторинний блок живлення, використовуючи пакет прикладних програм PCAD або WORKBENCH. 2. Дослідити роботу напівпровідникових випрямлячів та згладжуючих фільтрів. 3. Синтезувати схему компенсаційного стабілізатора напруги. Дослідити його роботу. 4. Зробити висновки.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|