МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

Отчет

по учебной практике

Тема: Стабилизаторы напряжения

Студент гр. 7501 _____________________ Гаврилко Е. А.

Студент гр. 7501 _____________________ Исаков А. О.

Преподаватель _____________________ Анисимов А. А.

Санкт-Петербург

2019 г.

ЗАДАНИЕ

Вариант №1

Студенты: Гаврилко Е. А., Исаков А. О.

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 10 В, нагрузка 270 Ом.

2) Микросхемы импульсного преобразователя MC34063AL, собрать на её основе понижающего преобразователя с 15 В до 5 В, нагрузка 270 Ом; повышающий преобразователь с 5В до 15 В, нагрузка 1 кОм; инвентор из5 В в минус 5 В.

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

Дата выдачи задания: 08.07.2019

Дата сдачи отчета: 15.07.2019

Дата защиты отчета: 15.07.2019

Студент гр. 7501 _____________________ Гаврилко Е. А.

Студент гр. 7501 _____________________ Исаков А. О.

Преподаватель _____________________ Анисимов А. А.

Содержание

	Введение……………………………………………………………….	4
1.	Импульсные преобразователи напряжения………………………...	6
1.1.	Расчет параметров схемы……………………………………………. 1.1.1 Понижающий преобразователь……………………………….. 1.1.2 Инвертирующий преобразователь…..………………………..	9 10 12
1.2.	Сборка схемы на платформе NI-ELVIS……………………………..	14
2.	Cхема с переключаемыми конденсаторами….……………………..	16
3.	Линейный стабилизатор напряжения……………………….………	21
	Вывод……………………………………………………………….…	24

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

Химические источники тока (ХИТ) – это источники электродвижущей силы (ЭДС), в которых энергия протекающих внутри химических реакций превращается в электрическую энергию.

ХИТ принято подразделять на три основные категории по возможности или невозможности их повторного использования:

Первичные гальванические элементы (ПХИТ) – внутри таких источников происходят химические окислительно-восстановительные реакции (ОВР), энергия которых переходит в электрическую. Данные реакции являются необратимыми, поэтому элементы невозможно перезарядить.

Состоят такие батареи из двух электродов, которые имеют разный электродный потенциал, металлического проводника, по которому могут перемещаться электроны, и электролита, который помогает перемещению ионов между электродами.

В их состав входят реагенты (окислители и восстановители), которые участвуют в прямом преобразовании энергии. Выработка тока прекращается после того, как реагенты полностью израсходуются

Вторичные ХИТ, электрические аккумуляторы (ВХИТ) – так же являются гальваническими элементами, однако их особенность заключается в том, что возможна перезарядка. Благодаря воздействию внешнего тока, электрическая энергия может переходить в химическую, а при подключении внешней цепи происходит обратный процесс.

В отличие от батарей, которые исчерпывают свою работоспособность при разряде, аккумуляторы могут регенерироваться, то есть повторно накапливать энергию и перезапускать цикл химических реакций.

Топливные элементы (электрохимические генераторы)

Основное отличие их от гальванических элементов это то, что вещества необходимые для электрохимической реакции подаются внутрь извне, а продукты от реакций, наоборот, удаляются.

Подобный подход позволяет организовать долгую непрерывную работу без фактической перезарядки.

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;

Сравнение батареек и аккумуляторов.

Батарейка – это наипростейшее устройство для получения электричества, которое представляет собой гальванический элемент. Суть работы элемента составляет метод, основанный на химическом взаимодействии одних веществ с другими.

Первой современной батарейкой по праву можно назвать «Вольтов столб» — устройство, созданное итальянским физиком Алессандро Вольта в 1800 году. «Вольтов столб» представлял собой стопку из пластин разных металлов — цинковых и медных. Между ними клалась ткань, смоченная в кислоте. Химическая реакция между элементами «Вольтова столба» создавала электричество.

Устройство батарейки (на примере щелочного элемента)

В качестве материала для отрицательного электрода применяется цинк, он пропитывается щелочным электролитом. Вывод анода на корпус изготавливается в виде стальной тарелки. Положительный электрод производят из никелированной стали. Для того, чтобы не возникало коротких замыканий необходимо изолировать оболочку. Специальная прокладка удерживает газы, которые образуются в ходе химических реакций, так как их количество незначительно, камера для сбора выполняется малых размеров. В конструкции присутствует предохранительная мембрана, она защищает батарейку от возникновения короткого замыкания. Мембрана прорывается, и излишний электролит вытекает наружу.

Рис. 1. Устройство батарейки

Принцип работы

Любой химический источник питания устроен схожим образом, в нем обязательны три элемента, между которыми происходит химическая реакция, в результате которой возникает электричество: положительного полюса – анода (цинк); отрицательного полюса – катода (марганец); электролита (сухого или жидкого) – раствор, который хорошо проводит электрический ток и представляет собой среду для передвижения ионов, образовавшихся в результате химических реакций. При возникновении реакции через этот раствор начинают взаимодействовать металлы. Происходит поступление электрического тока с положительного заряда (анода) на отрицательный (катод), из-за чего начинает вырабатываться электрическая энергия. При этом важно помнить, что необходимо присутствие нагрузки: лампочки, двигателя, диода или какого-либо иного элемента. Отсутствие нагрузки во время соединения «плюса» с «минусом» приводит к короткому замыканию. Катоды выступают восстановителем. Они получают электроны от поступившего анода. В процессе эксплуатации аккумуляторов постоянно образуются определенные вещества, аноды же в ходе работы элемента приходят в негодность, разрушаются, окисляются. Таким образом источник питания садится. Важно помнить, что все, что происходит в батарейках – необратимо. Поэтому гальванические элементы не заряжаются.

Виды

Батарейки имеют пять основных видов. Во многом это зависит тем, какие материалы применяются при их производстве. В особенности это касается их активных компонентов, в частности электролита, катода и анода. Можно выделить следующие виды элементов питания:

• Солевые.

• Щелочные.

• Серебряные.

• Ртутные.

• Литиевые.

Каждый аккумулятор, вне зависимости от того, к какому виду он относится, обладает следующими основными характеристиками:

• Емкость – заряд батареи, измеряемый в Амперах в час (А/ч). Определяет продолжительность работы батареи с различными по энергопотреблению приборами и потребителями.

• Напряжение – разность потенциалов между клеммами АКБ. Колеблется от 2 до 12-24 В (вольт);

• Размеры – габариты батареи (длина, ширина и высота), измеряемые в сантиметрах;

• Вес – в зависимости от конструкции и предназначения, вес современных аккумуляторов колеблется от 10-15 грамм до 100 и более килограмм;

• Диапазон рабочих температур – температурный режим, в котором АКБ может нормально работать в течение всего срока службы;

• Допустимая глубина (уровень) разряда – минимальное значение напряжения, при котором батарея должна быть поставлена на зарядку. Выражается в процентах относительно напряжения полностью заряженного аккумулятора.

• Максимальные токи зарядки – значение силы тока, которое необходимо для нормальной и максимально быстрой зарядки АКБ. Значение данной характеристики выражается в процентах от емкости батареи.

• Саморазряд – ежегодно снижающаяся часть емкости батареи, выражаемая в процентах от первоначальной;

• Срок эксплуатации – длительность выполнения батареей своих прямых функций.

	Щелочные (алкаиновые)	Серебрянно-цинковые
Маркировка	LR	SR
Катод	цинк	цинк
Анод	диоксид марганца	оксид серебра
Электролит	гидроксид щелочного металла	гидроксид щелочного металла
Размер/Форма
Емкость	средняя	высокая
Цена	низкая	высокая
Срок хранения	до 5-10 лет	до 10 лет
Напряжение	1,5 В	1.55 В
Температурный диапазон	падение до -20	до -30
Область применения		часы
Преимущества	дешевые, активно используются	высокое качество, долго хранятся
Недостатки	содержание ртути	высокая цена

Таблица 2. Сравнение видов батареек.

	Солевые	Воздушно-цинковые	Литиевые
Маркировка		PR	CR
Катод	цинк	цинк	литий
Анод	диоксид марганца	кислород	диоксид марганца
Электролит	хлориды аммония и цинка	гидроксид щелочного металла	органический
Размер/Форма	Круглые (R - round)
Емкость	небольшая	высокая (в 10 больше серебрянно-цинковых)	высокая
Цена	низкая	средняя	высокая
Срок хранения	низкий (до 2-х лет)	несколько недель после вскрытия упаковки	10-12 лет
Напряжение	1,5 В	1,2-1,4 В	3 В
Температурный диапазон	неработоспособны при низких	от -20 до +35	до -40
Область применения	пульты		медицинские устройства, портативные гаджеты
Преимущества	самые дешевые	безопасные	небольшие размеры,
Недостатки		необходимо герметизировать для предотвращения саморазряда	взрывоопасны

Таблица 2 (продолжение). Сравнение видов батареек.

Виды элементов по размеру

Разные устройства требуют использования батареек различных размеров. Существует две классификации размеров источников тока (американская и европейская). В России чаще используется европейская система. На самом же источнике ставится маркировка согласно американской системе, по которой можно определить размер батареи. Кроме того, в большинстве случаев указывается и состав источника.

Европейская классификация	Американская классификация	Высота, мм	Ширина, мм
Мини-мизинчиковая	A23	28,9	10,5
Пальчиковая	AA	50,5	14,5
Мизинчиковая	AAA	44,5	10,5
Маленькая мизинчиковая	AAAA	42,5	8,3
Средняя	C	50	26,2
Большая	D	61,5	34,2
Крона	PP3	48,5	26,5

Таблица 2. Таблица основных размеров источников тока.

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно. Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Устройство

Раньше аккумуляторные батареи для бытовой техники и телефонов по своему строению были точной копией тех, что используются в автомобилях. Современные технологии позволили разработать литий-ионные батареи, у которых катод покрыт алюминиевой, а анод медной фольгой. В литий-полимерных моделях в качестве банок используются мягкие пакеты, которые заполняются гелеобразным раствором лития в полимере.

Чтобы контролировать заряд, такая аккумуляторная батарея обязательно имеет устройство, которое выполнено в виде электронной платы. Вместо привычных двух контактов, такие батареи с платой телефона соединяются при помощи конвектора — многополюсного соединения.

Принцип работы

Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность. Во время заряда ток пропускают в противоположном направлении, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой является емкость, то есть величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения.