Лабораторная работа №3 Исследование вторичного источника электропитания с трансформатором и линейным стабилизатором напряжения

Цель работы: Ознакомиться с особенностями работы выпрямителя, работающего на активную нагрузку. Исследовать влияние сглаживающего фильтра и стабилизатора напряжения на форму выпрямленного напряжения.

Продолжительность работы – 4 часа.

Теоретическая часть

В качестве источников вторичного питания электронных устройств используют следующие схемы:

1. при питании от сети переменного напряжения

1. классическую трансформаторную схему;

2. модули питания АС/ДС, использующие принцип высокочастотного выпрямления.

2. при питании от сети постоянного напряжения

1. модули питания ДС/ДС, использующие принцип высокочастотного преобразования и последующего выпрямления;

2. интегральные линейные стабилизаторы;

3. микросхемы – преобразователи напряжения.

Классическая схема (см. рисунок 1) включает понижающий трансформатор Т, выпрямитель В, сглаживающий фильтр Ф и стабилитрон СН.

Рисунок 1

Трансформатор Т преобразует напряжение сети U1 в напряжение U2, необходимое для получения заданного выпрямленного напряжения Ud, а также осуществляет гальваническую развязку цепи постоянного тока и питающей сети.

Выпрямитель В преобразует переменный ток в пульсирующий ток одного направления.

Сглаживающий фильтр Ф служит для уменьшения пульсаций выпрямленного тока.

Стабилизатор СН поддерживает неизменённым выпрямленное напряжение Ud.

К выходу источника питания подключают нагрузку Н

Выпрямитель

В лабораторной работе выпрямитель (В) питает чисто активную (резистивную) нагрузку. В общем случае работа выпрямителя существенным образом зависит от характера нагрузки.

При расчёте источника питания используют следующие параметры:

Ud – среднее значение выпрямленного напряжения,

Id – среднее значение выпрямленного тока,

U1 – действующие значение напряжения питающей сети,

U2 – действующие значения напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Рассмотрим соотношения между параметрами выпрямленного тока и переменного тока.

Рисунок 2 - Схема однополупериодного выпрямителя с трансформатором

Рисунок 3 - Временные диаграммы однополупериодного выпрямителяс трансформатором

Постоянная составляющая тока:

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

,

где n – коэффициент трансформации.

Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

В отрицательный полупериод к замкнутому диоду VD приложено обратное напряжение:

Для работы диода в безопасной области необходимо, чтобы :

с запасом 30 %

с запасом 30 %

Недостатки однополупериодного выпрямителя:

1. Форма тока в нагрузке имеет большие пульсации.

2. Форма потребляемого из сети тока отличается от синусоиды, что искажает форму напряжения сети.

3. Имеют ограниченное применение при небольших мощностях (до нескольких десятков Вт)

При больших мощностях применяют двухполупериодные выпрямители, в которых ток в нагрузку поступает в течение обоих полупериодов входного синусоидального напряжения (Рисунок 4).

Рисунок 4 - Двухполупериодные выпрямители:

1. со средней точкой

2. однофазный мостовой

Проанализируем работу наиболее применяемого однофазного мостового выпрямителя. К диагонали АВ моста подводится синусоидальное напряжение U2. Диагональ СD подключена к нагрузке R. В каждый момент времени ток проводит пара диодов VD1,VD4 – в течении положительный, и VD2,VD3 – в течение отрицательных полупериодов питающего напряжения. . Временные диаграммы в двухполупериодном выпрямителе представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Временные диаграммы в двухполупериодном выпрямителе

Среднее значение выпрямленного напряжения :

Среднее значение тока плеча (диода) :

Обратное напряжение, прикладываемое к каждому из диодов в непроводящем направлении, равно максимальному значению входного напряжения: