Министерство цифрового развития связи и массовых коммуникаций

Ордена Трудового Красного Знамени

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ»

Кафедра «Экология, безопасность жизнедеятельности и электропитание»

Отчёт по лабораторной работе №17

«Исследование регулируемого преобразователя напряжения постоянного тока»

Выполнила: студентка группыБСТ2104

Первухина Алиса Александровна

Проверил: к.т.н., доцент Савостин С.Д.

Москва, 2024 г.

СОДЕРЖАНИЕ

№ стр.

1. Цель лабораторной работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Ход лабораторной работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1. Описание схемы лабораторного стенда для проведения опытов . . . 3

2. Опыт №1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3. Опыт №2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4. Опыт №3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5. Опыт №4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

6. Опыт №5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3. Вывод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1. Цель лабораторной работы

Изучить принципы построения и работы импульсных преобразователей напряжения постоянного тока с независимым возбуждением.

2. Ход лабораторной работы

1. Описание схемы лабораторного стенда для проведения опытов

На рис. 1 представлена схема лабораторного стенда

Рисунок 1 – Внешний вид сменного блока «Преобразователь постоянного напряжения»

Сменный блок содержит:

1. Регулируемый источник напряжения постоянного тока (источник питания), выходное напряжение которого меняется в пределах от 7 до 16 В.

2. Регулируемый двухтактный преобразователь, силовая часть которого содержит два полевых транзистора (VT1 и VT2), силовой трансформатор и два выходных двухполупериодных выпрямителя с LC фильтрами нижних частот на выходе каждого из них.

3. Схему управления, состоящую из:

• генератора пилообразного напряжения

• широтно-импульсного модулятора (компаратора), на один вход которого подаётся пилообразное напряжение, а на второй вход напряжение постоянного тока, величина которого может меняться с помощью потенциометра, подключенного к источнику питания (разомкнутая цепь обратной связи) или непосредственно с выхода выпрямителя

• формирователя управляющих импульсов, обеспечивающего подачу импульсов напряжения на затворы полевых транзисторов VT1 и VT2

4. Схему защиты преобразователя от перегрузки (со звуковой и световой сигнализацией).

Для перевода преобразователя в режим с замкнутой или разомкнутой цепи обратной связью в стенд введён тумблер S1.

В верхнем положении тумблера на вход компаратора схемы управления подаётся напряжение с выхода верхней схемы выпрямления, т.е. преобразователь обеспечивает стабилизацию выходного напряжения этого выпрямителя.

В нижнем положении тумблера на вход подаётся напряжение с переменного резистора «РЕГ.ВЫХ.», который позволяет регулировать вручную напряжение на выходе преобразователя (например, для того, чтобы снять регулировочную характеристику преобразователя).

В качестве нагрузки при исследовании преобразователя используется переменный резистор блока нагрузок (правая панель лабораторного стенда). Регулирование тока, протекающего через нагрузку, производится ручками « грубо» и « точно».

Напряжение на резисторе нагрузки и ток, протекающий через резистор, контролируются вольтметром PV2 и миллиамперметром PA2.

Подключение блока нагрузок при исследовании преобразователя представлено на рис. 2.

Рисунок 2 – Схема подключения элементов блока нагрузок к исследуемому преобразователю

2. Опыт №1 «Снятие нагрузочной характеристики преобразователя с замкнутой обратной связью»

1. Устанавливаю тумблер S1 в верхнее положение, ручку регулятора напряжения источника питания (ИП) в среднее положение, переключатель нагрузки « грубо» в положение «11».

2. Подключаю вход осциллографа к контрольной точке КТ5 (корпусной вывод осциллографа подключаю к общей точке ).

3. С помощью переключателя “ВКЛ”, расположенного в правом верхнем углу стенда, подаю питание на стенд.

4. Изменяю напряжение источника питания U_ИП от минимального значения, равного 10 В, до максимального значения, равного 15 B; снимаю зависимость U_ВЫХ от U_ИП и строю по ней график (рис. 2); заношу результаты измерений в табл. 1.

Таблица 1 – Зависимость U_ВЫХ от U_ИП (c ОС)

Измеряемая величина	Измерительный прибор	Результаты измерения
UИП, В	PV1	10	11	12	13	14	15
UВЫХ, В	PV2	3,8	4	4,1	4,1	4,1	4,1

Рисунок 3 – Зависимость U_ВЫХ от U_ИП (c обратной связью)

5. По результатам измерений:

• Определяю ΔU_ВЫХ как разность выходного напряжения преобразователя при U_{ИП МАКС} =15 В и выходного напряжения при U_{ИП МИН} =10 В

Получаю: ΔU_ВЫХ= U_{ВЫХ МАКС} – U_{ВЫХ МИН} = 4,1 B – 3,8 B = 0,3 B

• За номинальное значение U_ВЫХНОМ принимаю значение U_ВЫХ, соответствующее U_{ИП НОМ} (U_{ВЫХ НОМ}) =12 В

Получаю: U_ВЫХНОМ = 4,1 B

• Нахожу ΔU_ВХ по формуле ΔU_ВХ= U_{ИП МАКС} - U_{ИП МИН}

Получаю: ΔU_ВХ = U_{ИП МАКС} - U_{ИП МИН} = 15 B – 10 B = 5 B

6. Рассчитываю значение коэффициента стабилизации преобразователя К_СТ по формуле К_СТ .

Получаю: К_СТ

7. С помощью осциллографа определяю относительную длительность импульса напряжения γ_НОМ, подаваемого на затвор транзистора VT2 (контрольная точка КТ5) при номинальном значении U_{ИП НОМ}=12 В. Получаю: γ_НОМ = 33 с.

3. Опыт №2 «Снятие нагрузочной характеристики преобразователя без замкнутой обратной связи»

1. Перевожу тумблер S1 в нижнее положение.

2. С помощью потенциометра РЕГ.ВЫХ устанавливаю относительную длительность импульса напряжения, подаваемого на затвор транзистора VT2 равной γ_НОМ (напряжение U_{ИП НОМ}=12.0 В).

3. Изменяя напряжение питания от 10 B до 15 B, определяю изменение напряжения на выходе преобразователя.

Получаю:

4. Рассчитываю отношение ( )/(ΔU_ВЫХ), определяющее величину коэффициента усиления цепи обратной связи.

Получаю: .

Таблица 2 – Зависимость U_ВЫХ от U_ИП (без ОС)

Измеряемая величина	Измерительный прибор	Результаты измерения
UИП, В	PV1	10	11	12	13	14	15
UВЫХ, В	PV2	3,4	3,8	4,1	4,3	4,6	5

4. Опыт №3 «Снятие регулировочной характеристики преобразователя»

1. Оставив тумблер S1 в нижнем положении, устанавливаю напряжение питания равным 12 В.

2. Меняя положение ручки потенциометра РЕГ.ВЫХ от крайнего левого до крайнего правого положения, т.е., меняя напряжение, подаваемое на вход компаратора от практически нулевого до максимального значения, определяю с помощью вольтметра PV2 и осциллографа зависимость U_ВЫХ от относительной длительности импульса напряжения, подаваемого на затвор транзистора VT2. Результаты измерений заношу в табл. 3.

Таблица 3 – Снятие регулировочной характеристики преобразователя

Измеряемая величина	Измерительный прибор	Результаты измерения
Uвых, В	PV2	0,7	1,5	2,2	3,1	3,9	4,4
	осциллограф	0,083	0,17	0,27	0,33	0,39	0,5

3. По результатам измерений строю график регулировочной характеристики U_ВЫХ/ U_{ВЫХ МАКС}(γ) (рис. 4) и рассчитываю значение коэффициента трансформации трансформатора n₂₁ по формуле .

Получаю:

Рисунок 4 – График регулировочной характеристики преобразователя

5. Опыт №4 «Снятие внешней характеристики преобразователя U_ВЫХ=f(I_H)»

1. Устанавливаю тумблер S1 в верхнее положение, а напряжение U_ип, подаваемое на вход преобразователя, равным номинальному значению 12 В.

2. Переключатель « грубо» устанавливаю в положение «11», что соответствует максимальному значению тока нагрузки I_{Н МАКС}

3. Вход осциллографа подключаю к контрольной точке КТ7, что позволит отслеживать форму кривой тока стока транзистора VT2

4. Уменьшая ток нагрузки регулятором « грубо» с помощью осциллографа, косвенно определяю минимальное значение тока нагрузки I_{Н МИН}, соответствующее режиму безразрывного тока дросселя L1 (Замечание: при переходе в режим разрывных токов дросселя ток стока транзистора VT2 начинает нарастать с нулевого значения)

5. В диапазоне изменения тока нагрузки от I_{Н МИН} до I_{Н МАКС} произвожу запись показаний выходного вольтметра PV2. Результаты измерений заношу в табл. 4.

Таблица 4 – Снятие внешней характеристики преобразователя (с ОС)

Измеряемая величина	Измерительный прибор	Результаты измерения
Uвых, В	PV2	4,5	4,4	4,4	4,3	4,1
Iн, А	PA2	0	0,002	0,042	0,111	0,284

6. По результатам измерений рассчитываю значение внутреннего сопротивления преобразователя r_i по формуле r_i = , где ΔU_ВЫХ – разность между максимальным и минимальным значениями показаний вольтметра PV2; ΔI_Н – разность между максимальным и минимальным значениями тока нагрузки. Получаю: r_i = Ом

5. Опыт №5 «Снятие внешней характеристики преобразователя при разомкнутой цепи обратной связи»

1. Устанавливаю тумблер S1 в нижнее положение

2. Подаю на вход преобразователя номинальное значение напряжения источника питания равное 12 В

3. С помощью потенциометра РЕГ ВЫХ устанавливаю при максимальном токе нагрузки (переключатель « грубо» должен быть в положении «11») выходное напряжение преобразователя, равное выходному напряжению преобразователя при максимальном токе нагрузки для предыдущего опыта (примерно 4,1 В).

4. Изменяя с помощью переключателя « грубо» ток нагрузки в тех же пределах, что и в прошлом опыте, снимаю внешнюю характеристику преобразователя. Результаты измерений заношу в табл. 5.

Таблица 5 – Снятие внешней характеристики преобразователя (без ОС)

Измеряемая величина	Измерительный прибор	Результаты измерения
Uвых, В	PV2	6,4	6,3	5,9	5,6	5,1	4,5	4,1
Iн, А	PA2	0	0,006	0,028	0,046	0,079	0,167	0,284

5. По результатам измерений рассчитываю внутреннее сопротивление преобразователя R₀ по той же формуле, которая приведена в четвёртом опыте и определяю отношение R₀/ r_i. Получаю:

R₀ = Ом

3. Вывод

В результате выполнения данной лабораторной работы были изучены основные аспекты построения и функционирования импульсных преобразователей напряжения постоянного тока, а также проведены измерения и расчёты для каждого опыта.