Лабораторная работа № 7 Исследование источников электропитания

Цель работы

1. Определить параметры инверторов и стабилизированного источника питания при изме­нении входного напряжения и изменении нагрузки.

2. Снять осциллограммы токов и напряжений инверторов, оценить степень отличия их от теоретических.

3. Измерить частоту переключения преобразователя и оценить степень влияния вход­ного напряжения на частоту.

Объекты исследования

1. Двухтактный инвертор с самовозбуждением.

2. Двухтактный инвертор с независимым возбуждением.

3. Стабилизированный источник электропитания, структурная схема которого приве­дена на рис. 1.

Рис. 1

Оборудование и приборы

1. Вольтметры и милливольтметры постоянного тока для измерения входных и выход­ных токов и напряжений (расположены на передней панели лабораторного макета).

2. Осциллограф.

3. Электронный частотомер.

Методические указания по расчету преобразователя

     Габариты и масса источников электропитания определяются в основном массо-габарит­ными показателями трансформаторов питания и сглаживающих фильтров. С ростом частоты выпрямляемого напряжения габариты трансформаторов и фильтров уменьшаются. В связи с этими появилась идея выпрямления с промежуточным преобразованием частоты. В таком источнике электропитания напряжение сети преобразуется в постоянное бестрансформатор­ным выпрямителем с простейшим фильтром. Затем в инверторе постоянное напряжение пре­образуется в переменное повышенной частоты. Далее осуществляется выпрямление и стаби­лизация выпрямленного напряжения.      Преобразование постоянного напряжения в переменное (инвертированное) в радиотех­нике принято называть генерированием. С энергетической точки зрения разницы между ин­вертированием и генерированием нет. Отличия заключаются в частоте, форме колебаний, а также в различных требованиях, которые предъявляются к инверторам и генераторам.      Если мощность источника питания больше 100 Вт, переменное напряжение, полученное в инверторе с самовозбуждением, возрастает в усилителе мощности (инверторе с независимым возбуждением).      Характер нагрузки, включенной в цепь постоянного тока, влияет на работу инвертора, ин­вертор - на работу выпрямителя прямоугольного напряжения. Поэтому правильное пред­ставление о работе преобразователя можно получить, рассмотрев его весь в совокупности с выпрямителем, фильтром и стабилизатором.      Составьте принципиальную схему устройства электропитания.      Расчет преобразователя начните с выбора диодов выпрямителя. Определите среднее , действующееи амплитудное значениетока диода, обратное напряжение диода- по табл. 1.

Таблица 1

Формулы для расчета нерегулируемых выпрямителей напряжения прямоугольной формы (нагрузка активная или емкостная)

Параметр	Двухполупериодная схема со средней точкой	Мостовая схема
Обратное напряжение диода Uобр	или	или
Ток диода:
средний Iпр.ср.
действующий Iпр.д.
максимальный Iпр.max
Действующее значение тока вторич­ной обмотки
Действующее значение тока первич­ной обмотки

     В источниках электропитания с высокочастотным преобразованием энергии использу­ются импульсные или высокочастотные силовые диоды, которые кроме статических пара­метров характеризуются параметрами, определяющими их инерционные свойства при пере­ключении диода из открытого состояния в закрытое. Время обратного восстановления диода является основным параметром выпрямительных диодов, характеризующим их инерцион­ные свойства. Для ряда силовых диодов в справочниках указывается максимальная частота, выше которой диоды использовать не рекомендуется.      Выберите диоды по табл. 2.

Таблица 2

Основные параметры высокочастотных диодов

Тип диода или сборки
2Д212А	200	1	1	0,05	0,3
2Д213А	200	10	1,2	0,2	0,17
КД220А	400	3	1,2	0,1	0,5
КД220Б	600	3	1,2	0,1	0,5
КД219А	15	10	0,6	20	0,03
КД219Б	20	10	0,6	20	0,03

     Напряжение на одной из вторичных полуобмоток трансформатора в двухполупериодной схеме выпрямления с нулевым выводом определяется по формуле Напряжение на вторичной обмотке трансформатора в мостовом выпрямителе определя­ется с учетом того, что ток нагрузки протекает через два последовательно соединенных диода:Мощность вторичной обмотки трансформаторагде- действующее значение тока вторичной обмотки, определяемое по формуле из табл. 2.      Ориентировочное значение тока коллектора в режиме насыщениягде- КПД трансформатора.      КПД трансформатора преобразователя лежит в пределах 0,85-0,95 и зависит от суммарной выходной мощности: чем больше мощность трансформатора, тем выше его КПД. Напряже­ние, которое прикладывается к переходу коллектор-эмиттер в режиме отсечки в преобразо­вателе, имеющем отвод от средней точки первичной обмотки трансформатора,Эта формула учитывает возможность возникновения перенапряжений.      В мостовой и полумостовой схеме инверторовв два раза меньше.      При выборе транзисторов (табл. 3) необходимо помнить, что во всех схемах, за исключе­нием инвертора с переключающим трансформатором, наблюдаются выбросы коллекторного тока. Если не будет применено специальных мер по уменьшению или устранению этих вы­бросов, то следует выбрать транзистор с. В случае затруднений с выбо­ром транзистора обратитесь к [3].

Таблица 3

Основные параметры транзисторов

Тип тран­зистора n-p-n	Электрические параметры				мкс	Предельные эксплуатационные данные
	МГц не менее		В не более	мА не более		В	В	А	А	Вт
КТ801А	10	15-30	2	10	-	80	2,5	2	0,4	5
КТ801Б	10	20-100	2	10	-	60	2,5	2	0,4	5
КТ803А	20	10-70	2,5	5	-	60	4	10	-	60
КТ807А	5	15-45	1	5	-	100	4	0,5(1,5)	0,2	10
КТ807Б	5	30-100	1	5	-	100	4	0,5(1,5)	0,2	10
КТ808А	3,5	10-50	1,4	0,1	2	120	4	10	4	50
КТ808АМ	10	20-125	0,7	0,1	0,6	130	5	10(12)	4	60
КТ808БМ	10	20-125	0,7	0,1	0,6	100	5	10(12)	4	60
КТ808ВМ	10	20-125	0,7	0,1	0,6	80	5	10(12)	4	60
КТ808ГМ	10	20-125	0,7	0,1	0,6	70	5	10(12)	4	60
КТ809А	3,5	15-100	1,5	3	2	400	4	3(5)	1,5	40
КТ819А	3	15-100	2	1	2	25	5	10(15)	3	60
КТ819Б	3	12-100	2	1	2	40	5	10(15)	3	60
КТ819В	3	15-100	2	1	2	60	5	10(15)	3	60
КТ819Г	3	12-100	2	1	2	80	5	10(15)	3	60

     Примечание. - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмитте­ром;- статический коыффициент передачи тока;- напряжение насыщения между коллектором и эмиттером;- обратный ток коллектора;- время рассасывания;- максимально допустимое постоянное напряжение между коллектором и эмиттером;- максимально допустимое постоянное напряжение между эмиттером и базой;- максимально допустимый постоянный ток коллектора;- максимально допустимый импульсный ток коллектора;- максимально допустимый постоянный ток базы;- максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора.      Напряжение на первичной полуобмотке трансформаторагде- напряжение между коллектором и эмиттером в режиме насыщения.      В мостовом преобразователе ток протекает через два последовательно соединенных тран­зистора, поэтому напряжение на первичной обмотке трансформатора определяется по фор­мулев полумостовой схемеКоэффициент трансформации силового трансформатораУточненное значение.      Для обеспечения надежного насыщения транзисторов, имеющих минимальный коэффи­циент передачи, ток базы выбирается с запасом:где- коэффициент насыщения.      В инверторе с самовозбуждением, в инверторе с независимым возбуждением.      Напряжение на базовой обмотке выбирается из условияПриток базы будет зависеть от разброса напряжения, а привозрастают потери мощности в цепях базы транзисторов. Если в справочнике не указано , то примите. Требуемое значение базового токаобеспечивается выбором напряженияи резисторомв цепи базы:Мощность, рассеиваемая на резисторе,Фактическая степень насыщения для транзистора с максимальным коэффициентом пере­дачиАмплитуда коммутационного тока коллектора в инверторе с самовозбуждениемв инверторе с независимым возбуждениемЕслиполучилась большей, чем допускается для выбранного транзистора, необхо­димо облегчить его условия работы, применив какую-либо из схем с облегченными комму­тационными процессами. В преобразователе с переключающим трансформатором коммута­ционные всплески коллекторных токов устранены.      Сопротивление ограничительного резистора в первичной обмотке переключающего трансформатораКоэффициент трансформации переключающего трансформаторарекомендуется выби­рать меньше единицы, так как при этом резисторе в цепи базы имеют достаточное сопротив­ление, а длительность переходного процесса переключения существенно уменьшается.      Напряжение на первичной обмотке переключающего трансформатора.      Ток, протекающий по этой обмотке, ограничительному резистору и обмотке обратной связи силового трансформатора.      Напряжение на обмотке обратной связи силового трансформатораТиповая мощность силового трансформаторагдеи- число первичных и вторичных обмоток (или полуобмоток).      Определяя типовую мощность насыщающегося трансформатора в самовозбуждающемся инверторе, необходимо учесть мощности базовых обмоток, а при определении типовой мощности силового трансформатора в самовозбуждающемся инверторе с переклю­чающим трансформатором следует учесть мощность обмотки возбуждения (обратной связи).Контрольные вопросы

1. Приведите схему двухтактного инвертора с самовозбуждением и поясните принцип ра­боты схемы с помощью временных диаграмм.

2. Каким образом можно устранить выброс коллекторного тока транзистора в самовозбуж­дающемся инверторе?

3. Приведите схему инвертора с независимым возбуждением и поясните ее работу.

4. Каким образом можно уменьшить или устранить выброс коллекторного тока в инвер­торе с независимым возбуждением?

5. По каким схемам можно построить инверторы с независимым возбуждением?

6. Приведите схему и поясните работу регулируемого инвертора с независимым возбужде­нием.

7. Какие сглаживающие фильтры предпочтительнее применять с преобразователями регу­лируемого и нерегулируемого напряжения?

8. Рассчитайте преобразователь и выпрямитель напряжения прямоугольной формы:

выберите тип диода выпрямителя; выберите тип транзистора инвертора; определите типовую мощность трансформатора.

      Исходные данные в соответствии с номером варианта, указанным преподавателем, выбе­рите из табл. 4.

Таблица 4

Данные для расчета

Номер варианта					Схема выпрямителя	Схема инвертора
1	36	12	1	40	Двухполупериодная со средней точкой (основ­ная)	Двухтактная с самовозбу­ждением
2	24	5	1	20	Мостовая	-"-
3	12	20	1	10	Основная	То же с переключающим трансформатором
4	36	20	1,5	10	Мостовая	-"-
5	36	12	5	30	Основная	С независимым возбужде­нием двухтактная с выво­дом от средней точки
6	24	5	10	20	Мостовая	-"-
7	12	20	5	20	Основная	С независимым возбужде­нием мостовая
8	9	12	10	10	Мостовая	-"-
9	36	5	10	20	Основная	С независимым возбужде­нием полумостовая
10	24	12	5	30		-"-

     Примечание. - напряжение питания;,- напряжение и ток нагрузки;- частота преобразования.