ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра радиофизики

Практикум по радиоэлектронике

Импульсные источники питания

Методические указания к лабораторной работе № 13

Новосибирск

2009

Практикум по радиоэлектронике для студентов второго курса физического факультета состоит из вводной (базовой), основной и дополнительной (альтернативной) частей. Данная лабораторная работа, входящая в альтернативную часть, посвящена изучению принципов действия двух схем импульсных источников питания: стабилизатора напряжения понижающего типа (Chopper) и обратноходового преобразователя (Flyback). В методическом пособии излагаются теоретические сведения, необходимые для выполнения практических заданий, приводятся справочные данные. В работе использованы специализированные микросхемы, применяемые для построения таких устройств.

В ходе выполнения работы студент должен собрать соответствующие электронные схемы, провести оценочные расчеты, проделать заданные измерения и наблюдения.

Составители: А. А. Гальт, Ю. Ф. Токарев

Рецензент И. А. Запрягаев

Ответственная за выпуск О. А. Тенекеджи

Издание подготовлено в рамках выполнения инновационно-образовательной программы «Инновационные образовательные программы и технологии, реализуемые на принципах партнерства классического университета, науки, бизнеса и государства» национального проекта «Образование».

Новосибирский государственный университет, 2009

1. Введение

Подавляющее большинство источников питания по принципу действия можно разделить на два основных вида: линейные и импульсные. В линейных источниках выходное напряжение всегда ниже входного. В состав источника входит регулирующий элемент, обычно его роль выполняет полупроводниковый транзистор, работающий в линейном режиме. В линейном стабилизаторе через нагрузку и регулирующий элемент протекает один и тот же ток. На этом элементе, включенном между входом и выходом источника, падает лишнее напряжение и, соответственно, рассеивается мощность. На регулирующем транзисторе всегда должно оставаться 2–3 вольта напряжения, иначе он перестает работать. Поэтому линейные источники питания характеризуются сравнительно невысоким КПД 3050 %. Кроме того, из-за наличия в составе таких источников трансформатора, работающего на промышленной частоте 50 Гц, они оказываются громоздкими и тяжелыми. Из-за низкой частоты сети приходится использовать фильтрующие конденсаторы большой емкости, что также увеличивает габариты и вес.

К достоинствам линейных источников можно отнести простоту, низкие выходные пульсации, невысокий уровень электромагнитных помех.

В отличие от линейных источников, в импульсных источниках питания регулирующие элементы – транзисторы работают в ключевом режиме. Поэтому их еще называют ключами или ключевыми элементами. Они всегда (за исключением переходных процессов) находятся в двух состояниях: ключ либо замкнут, либо разомкнут. То есть, либо напряжение на ключе минимально в замкнутом состоянии, либо ток через него близок к нулю в разомкнутом состоянии. Таким образом, потери мощности в регулирующих элементах оказываются минимальными. Поэтому импульсные источники питания в отличие от линейных характеризуются высоким коэффициентом полезного действия до 70 %. Кроме того, частота переключения транзисторов может достигать сотен килогерц, что позволяет значительно снизить габариты и вес трансформатора и фильтрующих конденсаторов, а соответственно и самого источника.

Импульсные источники питания обладают и известными недостатками; эти источники более сложны, чем линейные, а также излучают в окружающее пространство высокочастотные электромагнитные помехи. Помехи затрудняют работу прецизионного электронного оборудования и мешают приему радио- и телепередач. Для борьбы с ними требуется принятие дополнительных мер.

Несмотря на перечисленные недостатки, благодаря своей экономичности и компактности, импульсные источники питания за последнее время в значительной степени вытеснили линейные.