Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в схемотехнику электрических цепей. Учебное пособие
.pdf
71
Рис. 9.4
Первичными являются две обмотки с выводами 1-5
и 6-10 на рис. 9.5 (их номера указаны на корпусе трансформатора). Сетевое напряжение (127 В или 220 В) подается на указанные в справочнике выводы. В силовой сети 220 В соединяются выводы 2 и 6 (обеспечивая согласной включение обмоток), а напряжение 220 В подается на выводы 1 и 8.
Трансформатор имеет шесть вторичных обмоток для
формирования различных напряжений (номера их выводов 1112, 13-14, 15-16, 17-18, 19-20 и 21-22 указаны на корпусе). При
отсутствии нагрузки на них формируются напряжения 13,8 В,
13,8 В, 13,8 В, 13,8 В, 1,5 В и 1,5 В соответственно. Максимальный ток каждой обмотки 0,61 А.
Рис. 9.5
9.3. Выпрямитель
В блоках питания используются две однополупериодные (рис. 9.6а) и двухполупериодные схемы выпрямителей.
72
Последние строятся на базе двух вторичных обмоток и двух
диодов (рис. 9.6б) или одной обмотки и четырех диодов (мо-
стовой выпрямитель [3]), VD – полупроводниковые диоды,
R
Н
сопротивление нагрузки.
Наиболее эффективен двухполупериодный выпрямитель
на рис. 9.6б. Входное напряжение силовой сети 220
u В по-
1
ступает на первичную обмотку силового трансформатора Тр.
На вторичных обмотках создаются противофазные относи-
тельно «земли» напряжения
u и 22u , которые подаются на
21
выпрямитель из двух силовых диодов VD1 и VD2.
Рис. 9.6
В результате схемотехнического моделирования получены на рис. 9.7 показаны полученные с помощью схемотехнического моделирования получены диаграммы входного напря-
жения
напряжений на вторичных обмотках
u (пунктир) в центре и импульсов тока
R (нижняя кривая). При положительном напряжении 21u
u (верхняя кривая, амплитуда 311В и частота 50 Гц),
1
u (сплошная линия) и
21
22
Н
iii нагрузки
21 ДД
(помечено цифрой 1) диод VD1 открыт и через него в нагрузку
поступает импульс тока
го отсутствует ( 0
i ). При отрицательном напряжении
2Д
i , а диод VD2 закрыт и ток через не-
1Д
u
21
диод VD2 открывается и в нагрузке появляется импульс тока
i , при этом диод VD1 закрыт ( 01
2Д
i ).
Д
73
9.4. Фильтр
В схемах на рис. 9.6 выходное напряжение имеет пульсирующий характер, повторяя форму импульсов тока (в нижней части рис. 9.7). Для питания электронной аппаратуры требуется постоянное напряжение, которое формируется сглажи-
вающим фильтром источника питания.
Рис. 9.7
В простейшем случае сглаживающий фильтр реализуется подключением конденсатора
C параллельно нагрузке, как
Ф
показано на рис. 9.8. Импульсы тока выпрямителя заряжают
C , создавая на нем постоянное (слабо пульсирующее) напря-
Ф
жение 0U , пригодное для питания электронных устройств. Чем
больше емкость
C , тем меньше уровень пульсаций выходного
Ф
напряжения 0U .
Используются и другие схемы сглаживающего фильтра
блока питания [3].
74
Рис. 9.8
Емкости фильтра
янного) напряжения 0U и тока нагрузки
C зависит от выпрямленного (посто-
Ф
I или сопротивления
Н
нагрузки
U
R0
НВ
.
I
Н
В двухполупериодном выпрямителе емкость фильтра
выбирается из условия
1
C
Ф
- круговая частота напряжения силовой сети с
cрадC/100
2
,
R
НВC
циклической частотой 50Гц. Если задано выпрямленное
напряжение ВU 20
НВ
40
R Ом), то
и целесообразно выбрать 1000
Зависимости от времени напряжения
и ток нагрузки АI
0
C
Ф
R
НВC
C мкФ.
Ф
11
40100
5,0 (при этом
Н
мкФ
80
u (действующее
1
значение 220 В), тока Сi емкости фильтра 1С ,
10001 ФСC мкФ,
и напряжения 0U на сопротивлении нагрузки 40 Ом приведены
на рис. 9.9.
Рассмотренный выпрямитель по окончании переходного
процесса формирует постоянное (слабо пульсирующее) напряжение 25 В, пригодное для питания электронных устройств.
75
9.5. Электронный стабилизатор напряжения
Если напряжения сети меняется во времени (нестабильно), то формируемое выпрямителем постоянное напряжение
пропорционально изменяется и уменьшается при увеличении
тока в нагрузке. При этом повышается амплитуда пульсаций с
частотой 50 в однополупериодном выпрямителе или 100 Гц
в двухполупериодном.
Рис. 9.9
Стабильность напряжения на нагрузке можно обеспечить, если между выпрямителем и нагрузкой включить электронный стабилизатор напряжения.
Самый простой стабилизатор напряжения строится на
полупроводниковом стабилитроне, его схема изображена
на рис. 9.10а, а вольтамперная характеристика стабилитрона –
на рис. 9.10б (рассмотрите его работу самостоятельно).
Такие стабилизаторы часто являются источником опорного напряжения (ИОН) в более сложных и эффективных ком-
пенсационных (линейных) и импульсных электронных стабилизаторах постоянного напряжения или тока, примеры рассмотрены в [3].
76
Рис. 9.10
Эффективность работы электронного стабилизатора
оценивается коэффициентом стабилизации, равным отношению относительной нестабильности выходного напряжения к
относительной нестабильности напряжения нагрузки,
u
1
u
1
u
, (9.3)
Н
u
Н
где
K
СТ
u - колебание входного напряжения стабилизатора 1u ,
1
вызывающее отклонение от заданного значения напряжения на
нагрузке
u . Чем больше
Н
К , тем стабильнее выходное
СТ
напряжение.
Важной характеристикой стабилизатора является коэф-
фициент полезного действия (КПД),
P
Н
, (9.4)
P
1
где
P - величина входной мощности, поступающей от выпря-
1
мителя, а
P - мощность, потребляемая нагрузкой.
Н
Простые компенсационные стабилизаторы обладают
низким КПД (меньше 50%). За счет этого увеличивается требуемая мощность силового трансформатора и выпрямителя, а
также требуется отводить тепловую мощность рассеивания на
проходном транзисторе. Если она превышает несколько ватт,
то необходим громоздкий и дорогой радиатор и, возможно,
вентилятор для принудительного отвода тепла.
77
Импульсные стабилизаторы (например, в системных
блоках питания компьютеров) имеют высокий КПД и малые
габариты, но создают импульсные помехи, мешающие работе
радиоэлектронной аппаратуры.
Промышленность выпускает разнообразные интегральные схемы для источников питания, например, сравнительно дешевые интегральные
схемы серии 142 в пластмассовых корпусах
КТ-28-2 с тремя выводами (рис. 9.11).
Компенсационный стабилизатор типа
КР142ЕН5А с выходным стабилизированным напряжением 5 В при максимальном
токе нагрузки 1,5А. На вход от выпрямителя подается напряжение от 7,5 В до 15 В,
так, чтобы мощность рассеивания не превы- Рис. 9.11
шала 1 Вт. В стабилизаторе имеется внутренняя схема защиты.
Схема включения микросхемы КР142ЕН5А представлена на рис. 9.12а, емкость электролитических конденсаторов
C и 2C выбирается не менее 10 мкФ. Величина выходного то-
1
ка
i не должна превышать значения Аi
ВЫХ
MAXВЫХ
5,1 , при
котором на стабилизаторе выделяется мощность, не превышающая допустимую
ВтP
1 , а с радиатором ВтP
ДОП
P (при отсутствии радиатора
ДОП
10 ).
ДОП
Рассеиваемая мощность P равна
iuuP ,
ВЫХВЫХВХ
отсюда
P
Если Вu
i
ВЫХ
15 , то при отсутствии радиатора Аi
ВХ
ДОП
.
uu
ВЫХВХ
ВЫХ
1,0 .
78
Рис. 9.12
На рис. 9.12б приведена схема включения интегральной
схемы КР142ЕН5А, позволяющая регулировать выходное
напряжение от 5В до Вu
)3( . Обычно выбирают ОмR 300
ВХ
,
1
а регулировка выходного напряжения обеспечивается сопротивлением кОмR 1
.
2
Выпускаются стабилизаторы отрицательного напряжения с заданным и регулируемым значениями, например,
КР142ЕН10, КР142ЕН11 и двухполярные стабилизаторы
КР142ЕН6, формирующие два выходных напряжения 15В.
Простейший импульсный стабилизатор напряжения рассмотрен в [3].
79
10. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ
Генераторы радиотехнических сигналов строятся на основе нелинейных электронных элементов (например, транзисторов, интегральных схем) и отличаются разнообразием формы выходного сигнала, частотным диапазоном, мощностью и
т.д.
Наиболее популярны генераторы гармонических колебаний (рис. 10.1а) и импульсные генераторы, примеры сигналов показаны на рис. 10.1б – рис. 10.1г (T – период повторения).
Рис. 10.1
Схемотехника генераторов весьма разнообразна и определяется предъявляемыми к ним техническими и конструктивными требованиями. Примеры реализации генераторов сигналов рассмотрены в [3].
Простейший импульсный генератор можно построить на
базе интегральной схемы, называемой «триггер Шмидта», который представляет собой цифровой электронный элемент
(рис. 10.2а), в котором зависимость выходного сигнала
от входного имеет гистерезисный вид, показанный на рис.
10.2б.
Триггеры Шмидта реализованы в ТТЛ (КР155ТЛ1,
КР155ТЛ2) и КМОП (КР561ТЛ1) сериях интегральных схем.
Микросхема КР561ТЛ1 (зарубежный аналог CD4093)
содержит 4 триггера Шмидта с логикой 2И на входе. Ее внешний вид показан на рис. 10.3а, внутренняя структура – на
рис. 10.3б, а таблица истинности – на рис. 10.3в.
80
Рис. 10.2
Рис. 10.3
При напряжении питания +Udd=10 В пороговые напряжения U1=3,6 В и U2=6 В, а при +Udd=5 В соответственно
U1=2,2 В и U2=3 В.
На рис. 10.4а показана принципиальная схема генератора прямоугольных импульсов на базе триггера Шмидта, а на
рис. 10.4б – ее схемотехническая модель. Для интегральных
схем напряжения питания обычно не показываются, так как
они подаются в соответствии с техническим описанием,
например, в виде рис. 10.3б.
На рис. 10.5 показаны результаты моделирования при
напряжении питания 5В, емкости конденсатора
противлении резистора
, прямоугольный импульсы
кОмR 10
нФC 1
и со-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]