МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

Отчет

по учебной практике

Тема: Стабилизаторы напряжения

Студентка гр. 7501 _____________________ Кирьянова А. М.

Студентка гр. 7501 _____________________ Сачкова Н. Д.

Преподаватель _____________________ Анисимов А. А.

Санкт-Петербург

2019 г.

ЗАДАНИЕ

Вариант №6

Студенты:

Группа 7501

Тема работы: Исследование основных принципов работы стабилизаторов напряжения различного принципа действия (линейные, импульсные, с накачкой заряда).

Провести исследование следующих преобразователей напряжения:

1) Микросхемы линейного преобразователя LM317LZ, собрать на её основе понижающий преобразователь с 15 В до 3,3 В, нагрузка 1 кОм.

2) Микросхемы импульсного преобразователя MC34063AL, собрать на её основе понижающий преобразователь с 15 В до 5 В, нагрузка 1 кОм; повышающий преобразователь с 5 В до 10 В, нагрузка 1 кОм.

3) Микросхемы преобразователи на переключающихся конденсаторах ICL7660, собрать на её основе инвертор 5 В до -5В, удвоитель напряжения с 5 В до 10 В, нагрузка 1 кОм.

Дата выдачи задания: 8.07.2018

Дата сдачи отчета: 15.07.2018

Дата защиты отчета: 15.07.2018

Студентка гр. 7501 _____________________ Кирьянова А. М.

Студентка гр. 7501 _____________________ Сачкова Н. Д.

Преподаватель _____________________ Анисимов А. А.

Содержание

Введение

Цель работы. Задачи

Описание химических источников тока

1. Импульсные преобразователи напряжения

1.1. Расчет параметров схемы 1.1.1. Понижающий преобразователь 1.1.2. Инвертирующий преобразователь 1.2. Сборка схемы на платформе NI-ELVIS

2. Схема с переключаемыми конденсаторами

3. Линейный стабилизатор напряжения

Вывод

Введение

Преобразователь – это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут являться ток и напряжение, их частота, фаза.

Преобразователи питания делятся на следующие группы:

1) Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток (AC/DC)

2) Инвертор — устройство, задача которого обратна выпрямителю, то есть преобразование энергии источника постоянного тока в энергию переменного тока (DC/AC)

3) Преобразователь напряжения - устройство, предназначенное для преобразования энергии постоянного тока:

• Повышающий

• Понижающий

• Импульсный – работают за счет переключения ключевого элемента

• Линейный – работают в непрерывном режиме

• Инвертирующий

4) Трансформатор - устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока.

В нашем случае рассматриваются преобразователи напряжения.

Преобразователи широко используются в приборах, т. к. современные устройства многосоставные. Ставится задача питания всех частей устройства – как аналоговых, так и цифровых – от одного источника питания. Естественно говорить о различных требованиях к питанию отдельных частей, в связи с чем и появилась необходимость использования преобразователей питания.

Цель работы: изучить разновидности преобразователей напряжения и проверить их работу на практике

Задачи:

1) Изучить теоретический принцип работы каждой из схем

2) Произвести расчет параметров элементов схем

3) Снять необходимые характеристики схем, установить соответствие опытных данных теоретическим

4) Сделать вывод по проделанной работе

Описание химических источников тока

Химический источник тока (ХИТ) — источник ЭДС, в котором энергия протекающих в нём химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию.

По возможности или невозможности повторного использования химические источники тока делятся на:

• гальванические элементы (ПХИТ) – сами вырабатывают электрическую энергию путем преобразования в нее других видов энергии, полученных в результате преимущественно химических реакций; из-за необратимости протекающих в них реакций невозможно перезарядить (к наиболее распространенным первичным источникам относятся марганцево-цинковые и литиевые первичные источники тока);

• электрические аккумуляторы (ВХИТ) - предназначены для преобразования получаемой от первичного источника электроэнергии в напряжение с требуемыми параметрами. Для питания и нормального функционирования большинства электронных приборов требуется стабильное напряжение с различными значениями. К вторичным относятся трансформаторные и инверторные преобразователи, выпрямители и т. п. (в ходе нашей учебной практики мы собирали вторичные источники питания); иными словами – это перезаряжаемые гальванические элементы, которые с помощью внешнего источника тока (зарядного устройства) можно перезарядить;

• топливные элементы (электрохимические генераторы) — устройства, подобные гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне, а продукты реакций удаляются из него, что позволяет ему функционировать непрерывно.

Приведём краткие характеристики некоторых типов ПХИТ:

Марганцево-цинковые источники тока с солевым электролитом.

Анодом служит цинк, являющийся корпусом источника тока, активным веществом катода - электролитический диоксид марганца или химический диоксид марганца, электролитом - хлорид аммония, хлорид цинка или хлорид аммония с хлоридом цинка. К достоинствам этих батареек относятся невысокая стоимость и большое количество выпускаемых типоразмеров, к недостаткам -относительно невысокая удельная энергия, значительное ухудшение характеристик при повышенных нагрузках и низких температурах. 

Марганцево-цинковые источники тока с щелочным электролитом.

Анодом служит порошкообразный цинк, а катодом - диоксид марганца. Электролитом является гелеобразный раствор КОН или КОН в матрице. В сравнении с марганцево-цинковым источником тока с солевым электролитом батарейки с щелочным электролитом имеют более высокие емкость и удельную энергию, в особенности при повышенных нагрузках и низкой температуре, но они более дорогие. 

Ртутно-цинковые источники тока.

Анодом является порошкообразный цинк, катодом - оксид ртути, электролитом - раствор КОН. Характеризуется горизонтальной разрядной кривой, высокой удельной энергией, низким саморазрядом. К недостаткам относятся плохие характеристики при пониженных температурах, высокая стоимость и, самое главное, высокая токсичность ртути. Применялись в медицинских устройствах, точных приборах и других устройствах.

Серебряно-цинковые первичные источники тока.

В качестве анода применяется порошкообразный цинк, катода - оксиды серебра, электролита - раствор КОН или NaОН. Могут работать при больших токах, однако дороги. Применяются в часах, фотоаппаратах, слуховых аппаратах и других устройствах.

Воздушно-цинковые первичные источники тока. 

Активным веществом катода служит кислород воздуха, поэтому катод является нерасходуемым, он содержит катализатор восстановления кислорода (активированный уголь или диоксид марганца). В качестве электролита применяется раствор КОН. К достоинствам источника тока относятся очень высокая удельная энергия и относительно невысокая цена, к недостаткам - влияние окружающей среды (влажности воздуха и диоксида углерода) на характеристики источника тока. Производятся две разновидности: призматические с высокой емкостью и дисковые с малой емкостью. Используются для питания средств связи, в слуховых аппаратах, медицинских и других устройствах.

Литиевые первичные источники тока с твердыми катодами и апротонным электролитом.

Восстановителем является литий, окислителями - оксиды, сульфиды металлов или фтороуглерод. Электролитами служат растворы солей лития (LiClO₄, LiBF₄ или LiBr) в апротонных растворителях. Литиевые первичные источники тока имеют более высокую емкость и удельную энергию, более широкий интервал рабочих температур, лучшую работоспособность при пониженных температурах и меньшую скорость саморазряда по сравнению с этими же параметрами марганцево-цинковых источников тока. Однако они дороже марганцево-цинковых элементов. Литиевые источники тока с напряжением 1,5В заменяют марганцево-цинковые батарейки одинакового типоразмера, источники тока с напряжением 2,5-3,2В заменяют батареи марганцево-цинковых элементов. Они используются в медицинской, бытовой, промышленной и военной электронике. 

Литиевые источники тока с жидким или растворенным окислителем.

В этих источниках тока используются диоксид серы (SO₂), растворяющийся в органическом растворителе, жидкие тионилхлорид (SOCl₂) и сульфурилхлорид (SO₂Cl₂). Катоды в источнике тока нерастворимые и изготавливаются из углеродистых материалов. Электролитом в элементе системы литий - диоксид серы является LiBr, растворенный в ацетонитриле, в элементах с тионилхлоридом и сульфурилхлоридом - LiAlCl₄ в SOCl₂ или в SO₂Cl₂ с добавками. Эти источники тока имеют очень высокую удельную энергию, высокие скорости разряда и удельную мощность, способность функционировать при низких температурах (до -55 °С), длительный ресурс. К недостаткам следует отнести сравнительно высокую стоимость, работу под давлением, потенциальную взрывоопасность, присутствие токсичных компонентов. Используются в космической и военной технике, системах сохранения памяти, и других устройствах. 

В табл.1. приведены примеры некоторых ПХИТ и их характеристики.

Система	Напряжение, В, среднее/конечное	Удельная энергия*, Вхч/кг / Вхч/л	Удельная мощность	Рабочая температура, °С	Рекомендуемая температура хранения, °С	Саморазряд при 20 °С, % в год
Zn|ZnCl2, NH4Cl|MnO2	1,25-1,1/0,9	65/100	Низкая	-5 - 45	0 - 20	10
Zn|ZnCl2|MnO2	1,25-1,1/0,9	85/165	От низкой до средней	-10 - 50	0 - 20	7
Zn|КОН|МnО2	1,25-1,15/0,9	125/330	Средняя	-20 - 50	-20 - 25	4
Zn|КОН|HgO	1,3-1,2/0,9	105/325	Средняя	0 - 55	-20 - 25	3
Zn|КОН|Ag2O	1,6-1,5/1,0	(120/500)**	Средняя	0 - 55	-20 - 25	6
Zn|КОН|воздух	1,3-1,1/0,9	(340/750)**	Низкая	0 - 50	-20 - 25	2
Li|LiClO4,ДОЛ| CuO2	1,5-1,4/0,9	285-300/480-600	Низкая	-20 - 60	-20 - 40	1 - 2
Li|LiClO4,ПК,ДМЭ|MnO2	3,0-2,7/2,0	230/550	Средняя	-20 - 55	-20 - 40	1- 2
Li|LiBF4,БЛ+ТГФ|(CF)n	2,7-2,6/2,3	220/410	От низкой до средней	-20 - 50	-20 - 40	0,5 - 1
Li|LiBr,AH|SO2	2,9-2,7/2,0	300/415	Высокая	-55 - 70	-20 - 40	2
Li|LiAlCl4,SOCl2 |SOCl2	3,5-3,2/3,0	320-650/700-1000	От средней до высокой	-55 - 85	-20 - 40	1 - 6
Li|LiCl|I2,ПВП	2,8-2,6/2	300/900	Очень низкая	0 - 200	0 - 4	1

Табл.1. Параметры первичных химических источников тока

Функции ВХИТ

Для более подробного анализа обозначим функции ВХИТ:

1. преобразование формы напряжения (переменного напряжения в постоянное, изменение частоты, формирование импульсов);

2. преобразование значение напряжения (повышение или понижение его величины, формирование нескольких величин для разных цепей);

3. стабилизация напряжения (его показатели на выходе должны находиться в заданном диапазоне);

4. защита (чтобы напряжение, превысившее допустимые значения вследствие неисправности, не вывело из строя аппаратуру или сам ИП);

5. гальваническое разделение цепей;

6. обеспечение передачи требуемой мощности с наименьшими потерями;

Вывод: По представленному выше функционалу ВХИП можно говорить о том, что при проектировании устройств портативной медицинской техники целесообразно использовать вторичные источники питания, в отличие от первичных, так как устройства вторичного электропитания обеспечивают работоспособность подключенной аппаратуры при кратковременных перебоях электроэнергии питающей сети и защищают от помех и скачков напряжения.

Сравнение батареек и аккумуляторов.