Практикум Ростов-на-Дону дгту 2021 удк

4. ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

В этом разделе изучаются простейшие блоки, входящие в состав источников электропитания. При изучении материала обучающемуся следует обратить внимание на роль этих устройств в формировании канала электропитания, удовлетворяющего определенным требованиям, задаваемым параметрами данного блока.

Лабораторно-практическая работа №23
Исследование сглаживающих фильтров

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. 
   Исследовать работу сглаживающего RC-фильтра.
   
2. 
   Исследовать работу сглаживающего LC-фильтра.
   
3. 
   Сделать выводы об особенностях работы исследованных фильтров.
   

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Сглаживающие фильтры предназначены для подавления переменной составляющей пульсирующего напряжения на выходе трансформатора с максимальным сохранением постоянной составляющей для ее использования при формировании канала электропитания.
Работа сглаживающего RC-фильтра основана на том, что емкостное сопротивление сглаживающего конденсатора X_C во много раз меньше сопротивления нагрузки, то есть: X_C << R_Н. Выполнение этого условия обеспечивает быстрый заряд конденсатора через небольшое сопротивление открытого диода и его медленный разряд через большое сопротивление нагрузки.
Недостатком RC-фильтра является сравнительно неболшие токи нагрузки (не более 0,5 А), которые могут быть сглажены с допустимой величиной коэффициента сглаживания q (составляющей обычно величины порядка 100). Для увеличения величины q следует увеличить емкость сглаживающего конденсатора, но это может привести к росту его габаритов и несоответствию заданным техническим заданием размерам всего устройства.
Работа LC-фильтра основана на быстром заряде и медленном разряде конденсатора при сохранении величины тока нагрузки, протекающего через индуктивность. Это позволяет существенно снизить амплитуду пульсаций при увеличении тока нагрузки. Работа LC-фильтра, в отичие от RC-фильтра, может происходить при токах нагрузки, достигающих единиц ампер и более. Для нормальной работы LC-фильтра необходимо соблюдение условия: X_C << R_Н << X_L, которое может быть достигнуто в широком диапазоне токов нагрузки.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   Собрать схему для исследования сглаживающего RC-фильтра (рис. 23.1) и проверить ее работу.
   
2. 
   Измерить зависимости q(I_Н) при различных значениях емкости конденсатора, результаты измерения занести в табл. 23.1; построить характеристики q(I_Н).
   
3. 
   Собрать схему для исследования сглаживающего LC-фильтра (рис. 23.2) и проверить ее работу.
   
4. 
   Измерить зависимости q(I_Н) при различных значениях емкости конденсатора, результаты измерения занести в табл. 23.2; построить характеристики q(I_Н).
   
5. 
   Сделать выводы о применимости исследованных схем.
   

Рис. 23.1 Схема для исследования сглаживающего RC-фильтра

Табл. 23.1 Данные для построения зависимостей q(IН) для RC-фильтра при различных значениях емкости конденсатора
при С = 100 мкФ
IН, А
U0, B
U1, B
q
при С = 330 мкФ
IН, А
U0, B
U1, B
q
при С = 1000 мкФ
IН, А
U0, B
U1, B
q

Замечания. Измерения данных зависимостей следует производить для токов от 0,1 А до 0,8 А; для получения необходимых токов следует изменять величину сопротивления нагрузки Rn.

Коэффициент сглаживания q следует считать по формуле:

Замечания. Измерения данных зависимостей следует производить для токов от 0,3 А до 1.5 А; для получения необходимых токов следует изменять величину сопротивления нагрузки Rn.
Коэффициент сглаживания q следует считать по формуле (23.1).

Рис. 23.2 Схема для исследования сглаживающего LC-фильтра

Табл. 23.2 Данные для построения зависимостей q(IН) для LC-фильтра при различных значениях емкости конденсатора
при С = 100 мкФ
IН, А
U0, B
U1, B
q
при С = 330 мкФ
IН, А
U0, B
U1, B
q
при С = 1000 мкФ
IН, А
U0, B
U1, B
q

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Исследованная схема сглаживающего RC-фильтра.
2. Исследованная схема сглаживающего LC-фильтра.
3. Выводы по работе.
ВЫВОДЫ

1. 
   Эффективное применение сглаживающего RC-фильтра возможно только при небольших токах нагрузки, не превышающих 0,5 А.
   
2. 
   Применение сглаживающего LC-фильтра возможно при значительных токах нагрузки, но его недостатком является наличие дросселя, имеющего значителные габариты на чатоте 50 Гц. Поэтому применение этого фильтра оправдано только при токах нагрузки, больших 0,5 А.
   
3. 
   Для экспериментального определения коэффициента пульсаций выпрямительной схемы следует измерить постоянную и переменную составляющие напряжения на нагрузке; при этом следует учесть тип выпрямительной схемы, которая формирует коэффициент пульсаций на входе сглаживающего фильтра.
   

Лабораторно-практическая работа №24
Транзисторные стабилизаторы напряжения

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. 
   Исследовать работу простейшего транзисторного стабилизатора.
   
2. 
   Исследовать работу компенсационного стабилизатора.
   
3. 
   Сделать выводы по работе.
   

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Простейший транзисторный стабилизатор (см. рис. 24.1) представляет собой параметрический стабилизатор, выходное напряжение которого подается на вход усилителя с ОК, усилиающего его ток. Такое включение позволяет существенно повысить ток нагрузки, по сравнению со схемой параметрического стабилизатора, доведя его с десятков миллиампер до десятых долей ампера. В исследуемой схеме стабилизируемое напряжение создается последовательно включенными стабилитронами VD1 и VD2, формирующими напряжение, равное 6,6 В.
Работа компенсационного стабилизатора (см. рис. 24.2) происходит так. Часть напряжения нагрузки с делителя на резисторах R₃, R₄ поступает на вход усилителя ошибки на транзисторе VT3. Поскольку на эмиттере VT3 всегда присутствует стабилизированное напряжение, равное 3,3 В, то это напряжение вычитается из входного и усиливается транзистором, который включен по схеме с общим эмиттером. Далее, это усиленное и инвертированное напряжение поступает на вход составного транзистора VT1, VT2, собранного по схеме с общим коллектором, то есть, работающего как усилитель тока. При этом напряжение на выходе этого усилителя, как известно, повторяет напряжение на его входе за вычетом величины напряжения отпирания, равной приблизительно 1,3 – 1,4 В.
Таким образом, введенная в устройство ООС позволяет поддерживать необходимое значение напряжения в условиях изменения величины тока нагрузки. Но, кроме этого, изменение коэффициента передачи делителя напряжения на резисторах R₃, R₄ позволяет осуществлять плавную регулировку выходного напряжения в определенных пределах (для данной схемы это возможно от 5 до 10 В).
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   Собрать схему для исследования простейшего транзисторного стабилизатора (рис. 24.1) и проверить ее работу.
   
2. 
   Измерить зависимость выходного напряжения от входного U_ВЫХ(U_ВХ) простейшего стабилизатора; результаты измерения занести в табл. 24.1; рассчитать величину коэффициента стабилизации схемы.
   
3. 
   Собрать схему для исследования компенсационного стабилизатора (рис. 24.2) и проверить ее работу.
   
4. 
   Измерить внешние характеристики стабилизатора U_ВЫХ(I_Н) для различных значений U_ВЫХ; результаты измерения занести в табл. 24.2.
   
5. 
   Сделать выводы о применимости исследованных схем.
   

Рис. 24.1 Схема для исследования простейшего транзисторного стабилизатора

Табл. 24.1 Данные для расчета коэффициента стабилизации
UВХ, В
IСТ, мА	5	10	15	20	30	40	50	60	70
UВЫХ, B
KСТ

Рис. 24.2 Схема для исследования компенсационного стабилизатора

Табл. 24.2 Данные для построения зависимостей UВЫХ(IН)
при UВЫХ = 10 В
IН, мА
UВЫХ, B
при UВЫХ = 8 В
IН, мА
UВЫХ, B
при UВЫХ = 6 В
IН, мА
UВЫХ, B

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. 
   Исследованная схема простейшего транзисторного стабилизатора.
   
2. 
   Исследованная схема компенсационного стабилизатора.
   
3. 
   Семейство внешних характеристик компенсационного стабилизатора при различных значениях выходных напряжений U_ВЫХ(I_Н) при U_ВЫХ = const.
   

ВЫВОДЫ

1. 
   Применение схемы ОК позволяет улучшить работу параметрического стабилизатора, увеличив ток нагрузки значительно большим, чем это может обеспечить параметрический стабилизатор.
   
2. 
   При увеличении выходного стабилизированного напряжения существенно уменьшается диапазон токов нагрузки, в котором может быть достигнута стабилизация напряжения. Это связано с большим отпиранием регулирующего силового транзистора и его выходом из активного режима, в котором возможно осуществление стабилизации напряжения. По этой причине реальный диапазон регулирования выходного напряжения существенно уменьшается.