ответы на экзаменационные вопросы(гребенников) / Elektronika_ekzamen
.pdf
Недостатки трансформаторных БП.Большой вес и габариты, пропорционально мощности.Металлоёмкость.Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.
Трансформатор-преобразует сетевое напряжение в переменные напряжения, необходимые для формирования заданных уровней постоянных выходных напряжений. Выпрямитель - преобразует переменное напряжение в пульсирующее, содержащее постоянную составляющую и переменное напряжение пульсаций. Фильтр выполняет роль сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя, обычно это Г - образный LC фильтр , в простейшем случае – однозвенный, реализованный на дросселе и конденсаторе
Стабилизатор предназначен для поддержания неизменным в заданных пределах выходного постоянного напряжения при колебаниях входного напряжения ( поступающего с фильтра).
2. Структурная схема импульсного ВИП
Новым элементом здесь является высокочастотный преобразователь постоянного напряжения в импульсную последовательность. В качестве такого преобразователя используются трансформаторные каскады, управляемые задающим импульсным генератором, или импульсные генераторы с самовозбуждением. Частота преобразования обычно находится в пределах 30 – 50 КГц. Састо применяется генервтор Роэра, рассмотренный в разделе "генераторы".
Достоинством приведенной схемы является относительная простота при приемлемом
уровне |
коэффициента пульсаций, импульсный |
стабилизатор с ШИМ – |
регулированием схемотехнически сложнее, но имеет |
лучшие показатели качества |
|
выходного напряжения. Достоинства: значительно более высоким КПД (вплоть до 90-
98 %) за счёт |
того, что основные потери в импульсных стабилизаторах |
связаны |
с переходными |
процессами в моменты переключения ключевого элемента, |
меньшая |
стоимост, сравнимая с линейными стабилизаторами надежность. |
|
|
Недостатки импульсных БП. Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП; Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это
связано с самим принципом их работы.Как правило, импульсные блоки питания имеют ограничение на минимальную мощность нагрузки.
26. Однофазный однополупериодный выпрямитель. Диаграммы и принцип работы. Основные параметры схемы.
Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор).
Допущения: нагрузка чисто активная, вентиль — идеальный электрический ключ.
Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. Среднее значение переменного тока по отношению к подведенному действующему составит:
Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом. Важно отметить, что среднеквадратичное (устар. эффективное, действующее) значение напряжения на выходе
однополупериодного выпрямителя будет в корень из 2 меньше подведенного действующего, а потребляемая нагрузкой мощность в 2 раза меньше (для синусоидальной формы сигнала)
Отношение среднего значения выпрямленного напряжения Uн ср к действующему значению входного переменного напряжения Uвх д называется коэффициентом выпрямления (Kвып). Для рассматриваемой схемы Kвып=0,45.
Максимальное обратное напряжение на диоде Uобр max=Uвх max=πUн ср , т.е. более чем в три раза превышает среднее выпрямленное напряжение (это следует учитывать при выборе диода для выпрямителя).
Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, для описываемой схемы однополупериодного выпрямителя равен:
Kп=Uпульс max01Uн ср=π2=1,57.
27. Двуполупериодный выпрямитель со средней точкой. Диаграммы работы. Принцип действия. Основные параметры.
На интервале времени [0;T/2] под действием напряжения Uвх1 диод VD1 смещен в прямом направлении (диод VD2 при этом смещен в обратном направлении) и поэтому ток в нагрузочном резисторе определяется только напряжением Uвх1. На интервале [T/2;T] диод VD1 смещен в обратном направлении, а ток нагрузки протекает через прямосмещенный диод VD2 и определяется напряжением Uвх2. Таким образом, средние значения тока и напряжения на нагрузочном резисторе в случае двухполупериодного
выпрямления будут в два раза превышать аналогичные показатели для однополупериодной схемы:
Uвх max и Iвх max — максимальные амплитудные значения входного напряжения и тока выпрямителя (по одному из напряжений питания),
Uвх д и Iвх д — действующие значения входного напряжения и тока выпрямителя .
Отрицательным свойством двухполупериодной схемы выпрямления со средней точкой является то, что во время прохождения тока через один из диодов обратное напряжение на другом (закрытом) диоде в пике достигает удвоенного максимального входного напряжения: Uобр max=2Umax. Этого нельзя забывать при выборе диодов для выпрямителя.
Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в данной схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций рассчитанный по методике, аналогичной описанной для схемы однофазного однополупериодного выпрямителя (разложение в ряд Фурье и выделение первой составляющей пульсаций) будет равен: Kп=0,67.
параметры смотреть в предыдущем пункте.
28. Однофазный мостовой выпрямитель. Диаграммы работы и принцип действия. Основные параметры выпрямителя.
Схема:
Диаграммы работы:
Принцип работы:
Воднофазной мостовой схеме к одной из диагоналей моста подключается источник переменного напряжения (вторичная обмотка трансформатора), а к другой – нагрузка.
Вмостовой схеме диоды работают попарно: в течение одной половины периода сетевого напряжения ток протекает от вторичной обмотки трансформатора по цепи VD1, RН, VD2, а на втором полупериоде – по цепи VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде через нагрузку ток проходит в одном направлении, что и обеспечивает выпрямление. Коммутация диодов происходит в моменты перехода переменного напряжения через нуль.
где U2 ─ действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя.
Параметры:
Действующее значение напряжения на входе выпрямителя
Среднее значение тока через диод в два раза меньше среднего значения тока нагрузки Id:
Максимальное значение тока, протекающего через диод
Действующее значение тока диода
Действующее значение переменного тока на входе выпрямителя
Максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящую часть периода
Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения с частотой 2ω
следовательно,
коэффициент пульсации выпрямленного напряжения
Коэффициент трансформации трансформатора
Мощность первичной и вторичной обмоток вентильного трансформатора
Расчетная мощность трансформатора
29. Назначение сглаживающих фильтров. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром. Особенности работы. Внешние характеристики выпрямителей с фильтрами
Сглаживающий фильтр - устройство, предназначенное для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения до величины, при которой обеспечивается нормальная работа питаемой аппаратуры или её каскадов.
Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром.
Особенности работы.
Для снижения уровня пульсаций на выходе выпрямителя включаются разнообразные индуктивно-емкостные фильтры. Наличие конденсаторов и индуктивностей в цепи нагрузки оказывает значительное влияние на работу выпрямителя. В маломощных выпрямителях обычно применяют простейший емкостный фильтр, который представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке.
В установившемся режиме работы, когда напряжение на входе выпрямителя Uвх больше напряжения на нагрузке Uн и диод выпрямителя
открыт, конденсатор будет подзаряжаться, накапливая энергию, поступающую от внешнего источника. Когда же напряжение на входе выпрямителя упадет ниже уровня открывания диода и он закроется,
конденсатор начнет разряжаться через Rн, предотвращая при этом быстрое
падение уровня напряжения на нагрузке. Таким образом, результирующее напряжение на выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется уже не таким пульсирующим, а будет значительно сглажено, причем тем сильнее, чем большую емкость будет иметь применяемый конденсатор.
Обычно, емкость конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление было намного меньше сопротивления нагрузки
(1/ωC Rн). В этом случае пульсации напряжения на нагрузке малы и
допустимо предполагать, что это напряжение постоянно (Uн ≈const).
30. Основные параметры стабилизаторов напряжения. Параметрические стабилизаторы.
Основные параметры стабилизатора:
1.Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора.
2.Выходное сопротивление стабилизатора
Rвых = Rдиф
Для нахождения Кст и Rвых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rдиф является параметром стабилизатора.
Дифференциальное сопротивление Rдиф определяется из уравнения:
Для схемы замещения получаем коэффициент стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф и Rбал >> Rдиф,:
Параметрический стабилизатор:
В приведенной схеме, при изменении входного напряжения или тока нагрузки - напряжение на нагрузке практически не меняется (оно остаётся таким же, как и на стабилитроне), вместо этого изменяется ток через стабилитрон (в случае изменения входного напряжения и ток через балластный резистор тоже). То есть, излишки входного напряжения гасятся
балластным резистором, величина падения напряжения на этом резисторе зависит от тока через него, а ток через него зависит в том числе от тока через стабилитрон, и таким образом, получается, что изменение тока через стабилитрон регулирует величину падения напряжения на балластном резисторе.
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения
Кст = 5 ÷ 30
Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов.
Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения.
31. Структурные схемы компенсационных стабилизаторов. Принципиальная схема непрерывного стабилизатора напряжения. Получить выражение для выходного напряжения. Недостатки таких стабилизаторов.
Компенсационный стабилизатор напряжения, по сути, является устройством, в котором автоматически происходит регулирование выходной величины, то есть он поддерживает напряжение на нагрузке в заданных пределах при изменении входного напряжения и выходного тока. По сравнению с параметрическими компенсационные стабилизаторы отличаются большими выходными токами, меньшими выходными сопротивлениями, большими коэффициентами стабилизации.