4 курс (заочка) / Учебные материалы / ЭУиСТ практикум Шакиров Яблочников (часть 3)

Между ФНЧ и нагрузкой установлен выходной высокочастотный фильтр радиопомех (L3, C12, C13). На входе исследуемого СПН также установлен входной фильтр радиопомех (С1, C2, L1). РЭ выполнен на транзисторах VT2, VT4, включенных между собой по схеме Дарлингтона (по схеме составного транзистора) и резисторе R6. Резистор R7 в цепи эмиттера полупроводникового биполярного транзистора VT4 выполняет функцию датчика тока РЭ.

Значение тока базы РЭ (тока базы VT2) зависит от входного напряжения (напряжения на конденсаторе С3), величины сопротивления резистора R1, проводимости перехода транзистора VT1 и проводимости фототранзисторов оптопары ОП V1. В свою очередь, уровень проводимости перехода «коллектор-эмитер» фототранзисторов зависит от интенсивности излучения светодиода оптопары V1, т.е. от величины выходного напряжения усилителя постоянного тока, выполненного на операционном усилителе DA1 и сопротивления R9.

На неинвертирующий вход DA1 подается выходное напряжение UН СПН, а на инвертирующий вход подается опорное (эталонное) напряжение, снимаемое с нижнего плеча резистивного делителя R11… R13. Для питания этого резистивного делителя стабильным напряжением в схему управления введен параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD10 и резисторе R10. Питание параметрического стабилизатора и операционного усилителя осуществляется суммарным напряжением UН и выходным напряжением дополнительного выпрямителя, выполненного на диодах VD8, VD9 и конденсаторе С11.

Например, при увеличении напряжения UН увеличивается напряжение на неинвертирующем входе DA1, что при неизменном опорном напряжении DA1, приводит к увеличению выходного напряжения DA1, а, следовательно, и тока через светодиод оптопары V1. В результате увеличивается ток через фототранзисторы оптопары V1. Увеличение тока через фототранзисторы приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R1 и, следовательно, к уменьшению базового тока РЭ и соответственно к его запиранию. При этом напряжение на РЭ возрастает, а напряжение на входе ПР уменьшается, так что выходное напряжение СПН остается неизменным с определенной степенью точности.

11

Uн

ПР В1 Ф1 ФВЧ2

Uвх

12

СУ

Рис. 2. Структурная схема СПН.

3.4. СХЕМА ЗАЩИТЫ.

Для защиты транзисторов РЭ от перегрузки по току и напряжению прежде всего в момент запуска в схему СПН введены транзистор VT1, резисторы R3, R4, стабилитрон VD2 и конденсатор С4. Действительно, в момент запуска СПН напряжение на конденсаторе С8 равно нулю, таким образом, трансформатор оказывается в режиме короткого замыкания, что без элементов защиты могло бы привести к перегрузке транзисторов РЭ и выходу их из строя.

Увеличение тока через достаточно мощный транзистор VT4 РЭ, в свою очередь, приводит к увеличению напряжения на датчике тока – резисторе R7. При напряжении на датчике тока ДТ, превышающем 0.7-0.8 В транзистор VT1 открывается, в результате чего ограничивается ток через РЭ. Транзистор VT1 открывается также в том случае, когда напряжение на РЭ превышает напряжение стабилизации стабилитрона VD2. В последнем случае это приводит к резкому уменьшению тока через РЭ. Конденсаторы С4, С6 обеспечивают требуемую инерционность работы схемы защиты РЭ от недопустимых напряжений.

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ И ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА.

4.1. Предварительно ознакомиться с функциональной (рис.1) и электрической принципиальной (рис.2) схемами исследуемого СПН. Понять На стенде:

-S1тумблер подключения к сети общего пользования;

-FU – предохранитель;

-АТ – лабораторный автотрансформатор;

-БП – блок питания, преобразующий электрическую энергию переменного тока в электрическую энергию постоянного тока;

-А1 - амперметр, измеряющий постоянную составляющую тока IВХ, потребляемого СПН от источника питания (от БП);

-V1 – вольтметр, измеряющий постоянную составляющую напряжения UВХ на входе СПН;

-А2 – амперметр, измеряющий постоянную составляющую IН тока нагрузки.

13

Рис. 4. Внешний вид стенда для исследования СПН.

4.1. Снятие внешней характеристики СПН.

Тумблером S1 подключить стенд к сети переменного тока. С помощью регулятора входного напряжения по вольтметру V1 установить напряжение на входе СПН, равное номинальному значению 60В. С помощью регулятора тока нагрузки по амперметру А2 определить возможный диапазон изменения тока нагрузки и установить минимальное значение этого тока. Подключить цифровой вольтметр к выходу СПН (контрольные точки 12, 13). В диапазоне возможного изменения тока нагрузки от IН(МИН) до IН(МАКС) произвести 4…5 измерений показаний всех приборов стенда. С помощью цифрового вольтметра для каждого из устанавливаемых значений тока нагрузки определить постоянную составляющую UН и среднеквадратическое значения пульсации UН~ напряжения на нагрузке. Подключить цифровой вольтметр к контрольным точкам 7, 8 и для тех же значений тока нагрузки определить постоянную составляющую напряжения UРЭ на регулирующем элементе.

Результаты измерений и расчетные данные заносятся в табл. 2.

14

- форму кривой напряжения на резисторе R5 (контрольные точки 1, 4). Кривую следует снимать при номинальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Изобразите структурную схему исследуемого СПН и объясните принцип его действия?

2.Какие достоинства и недостатки характерны для исследуемого в данной лабораторной работе СПН?

3.От чего зависит частота переключения транзисторов нерегулируемого инвертора, входящего в состав СПН?

4.Для чего в схему СПН введен полупроводниковый динистор VD1?

5.Каковы принципы функционирования электрической схемы, обеспечивающей ограничение тока, протекающего через РЭ?

6.Какие элементы принципиальной электрической схемы СПН входят в состав электронного узла, обеспечивающего защиту РЭ? Поясните принцип действия схемы защиты.

7.Как именно и для чего осуществляется гальваническая развязка между входными и выходными цепями СПН?

8.От каких факторов зависит точность стабилизации выходного напряжения СПН?

9.Каковы критерии оценки точности стабилизации напряжения на нагрузке?

10.Каково назначение входного фильтра радиопомех и какие элементы принципиальной электрической схемы входят в состав соответствующего фильтра?

11.Изобразите и объясните форму кривой изменения во времени тока базы iБ=f(t) и форму кривой изменения во времени напряжения uБЭ= f(t) силового полупроводникового транзистора нерегулируемого инвертора

напряжения?

12.Каково назначение резистора R14 и конденсатора С9 в усилителе постоянного тока, выполненном на микросхеме DA1?

18

Лабораторная работа №17

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГУЛИРУЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить основные принципы проектирования и работы импульсных

преобразователей напряжения постоянного тока (ППН) с независимым возбуждением.

2.ПЛАН РАБОТЫ

2.1.Ознакомиться с конструкцией и принципиальной электрической схемой стенда, используемого в данной лабораторной работе для исследования функционирования двухтактного преобразователя с выводом нейтральной точки первичной обмотки трансформатора, а также с его основными техническими характеристиками.

2.2.В режиме стабилизации выходного напряжения преобразователя UВЫХ при неизменном токе нагрузки определить зависимость изменения выходного напряжения UВЫХ преобразователя от величины напряжения питания UИП (нагрузочная характеристика), используя данные проведения эксперимента. В частности, рассчитать значение коэффициента стабилизации данной схемы.

2.3.При разомкнутой цепи обратной связи снять зависимость изменения выходного напряжения UВЫХ преобразователя от величины напряжения

питания UИП.

2.4.При неизменном напряжении питания, равном 12В и неизменном токе нагрузки снять регулировочную характеристику (для случая разомкнутой цепи обратной связи) преобразователя UВЫХ(γ).

2.5.В режиме стабилизации выходного напряжения снять внешнюю характеристику преобразователя UВЫХ=f(IH) и рассчитать значение внутреннего сопротивления преобразователя ri .

2.6.При разомкнутой цепи обратной связи и неизменном значении относительной длительности включенного состояния транзисторов (γ) снять внешнюю характеристику преобразователя и рассчитать внутреннее сопротивление преобразователя R0,

2.7.С помощью осциллографа определить и представить в отчете:

19

-форму изменения напряжения во времени перехода «сток-исток» полупроводникового транзистора VT2;

-форму изменения напряжения во времени напряжения вторичной полуобмотки трансформатора;

-форму изменения напряжения во времени напряжения на входе фильтра нижних частот.

3.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНЗИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ НАПРЯЖЕНИЯ

Преобразование постоянного тока в переменный осуществляется путем периодического разрыва цепи постоянного тока. Устройства, выполняющие такое преобразование одного вида электрической энергии в другой, именуются инверторами. В случае необходимости осуществления изменения уровня выходного напряжения относительно уровня входного напряжения на выходе инвертора включается трансформатор. Если выходная обмотка этого трансформатора подключается ко входу выпрямителя (с фильтром или без), то устройство в целом достаточно успешно осуществляет преобразование напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока. В этом случае преобразователь называют конвертором.

При этом различают однотактные и двухтактные преобразователи. В однотактных преобразователях энергия из сети постоянного тока передается в нагрузку в течение одного из двух тактов работа преобразователя [1]. В двухтактных схемах энергия из сети постоянного тока передается в нагрузку в течение обоих тактов работы преобразователя.

В качестве элементов переключающих устройств в полупроводниковых преобразователях могут использоваться транзисторы и тиристоры. Транзисторные и тиристорные преобразователи подразделяются на регулируемые и нерегулируемые. Регулируемые преобразователи используются как регуляторы или же как стабилизаторы постоянного, а также переменного напряжения.

По числу выходных каналов (с различными значениями выходных напряжений) преобразователи можно разделить на одноканальные и