Содержание

Лекция 1. Введение ...................................................................................................................... 3

Раздел 1. Трансформаторы .......................................................................................................7

Лекция 2. Тема 1.1. Однофазные трансформаторы .................................................................7

Лекция 3. Тема 1.2. Трехфазные трансформаторы. Автотрансформаторы.

Особенности работы трансформаторов в источниках вторичного

электропитания ....................................................................................................... 11

Раздел 2. Выпрямители с активной и реактивной нагрузкой ....................................... 14

Лекция 4. Тема 2.1. Неуправляемые и управляемые полупроводниковые вентили .....................14

Лекция 5. Тема 2.2. Выпрямители с активной нагрузкой ....................................................17

Лекция 6. Тема 2.3. Выпрямители с емкостной нагрузкой ................................................................23

Лекция 7. Тема 2.4. Выпрямители с индуктивной и смешанной нагрузкой....................................27

Лекция 8. Тема 2.5. Управляемые выпрямители на тиристорах...............................................29

Раздел 3. Сглаживающие фильтры .................................................................................................... 32

Лекция 9. Тема3.1. Реактивные фильтры ................................................................................32

Лекция 10. Тема 3.2. Активные фильтры ..................................................................................36

Раздел 4. Стабилизаторы напряжения .....................................................................................37

Лекция 11. Тема 4.1. Параметрические стабилизаторы ..................................................................37

Лекция 12. Тема 4.2. Компенсационные стабилизаторы............................................................... 39

Лекция 13. Тема 4.3. Стабилизаторы напряжения в интегральном исполнении................................42

Лекция 14. Тема 4.4. Импульсные стабилизаторы напряжения .........................................................43

Раздел 5. Преобразователи постоянного напряжения ............................................47

Лекция 15. Тема 5.1. Полупроводниковые преобразователи с самовозбуждением ...........47

Лекция 16. Тема 5.2. Полупроводниковые преобразователи напряжения

с независимым возбуждением .............................................................................................52

Лекция 17. Тема 5.3. Преобразователи на тиристорах..............................................................54

Тема 5.4. Преобразователи с бестрансформаторным входом в сетевых

источниках электропитания ................................................................................. 55

Раздел 6. Устройства непосредственного преобразования различных

видов энергии в электрическую энергию

постоянного тока ........................................................................................................57

Лекция 18. Тема 6.1. Гальванические элементы и аккумуляторы........................................ 57

Тема 6.2. Альтернативные источники питания ....................................................59

Литература ................................................................................................................................................ 60

Приложение 1 ................................................................................................................................ 60

\

Лекция 1. Введение

Цель и задачи изучения дисциплины. Целью изучения дисциплины «Источники питания радиоэлектронных устройств» является формирование знаний по устройству, принципам работы и основным характеристикам и параметрам, области применения источников питания и их экспериментальных исследований.

Современный выпускник колледжа должен представлять элементную базу источников питания, понимать принцип работы их отдельных узлов по принципиальным электрическим схемам.

Успешное изучение и усвоение учебного материала базируется на знаниях, приобретенных при изучении теоретических основ электротехники, электроники и микроэлектроники, электрорадиоэлементов и устройств функциональной электроники. В результате изучения дисциплины учащиеся должны знать:

– устройство, принцип действия, характеристики и параметры, область применения, особенности конструкций современных вторичных источников питания и их функциональных узлов;

– способы защиты вторичных источников питания от перегрузок, коротких замыканий, различного рода помех;

– достоинства и недостатки вторичных источников питания радиоэлектронных устройств;

должны уметь:

– производить расчет параметров отдельных функциональных узлов и всего устройства в целом;

– выбирать элементную базу источников электропитания;

– собирать электрические схемы и выполнять эксперименты по исследованию вторичных источников электропитания;

– осуществлять анализ работы устройств питания по структурным, функциональным и принципиальным электрическим схемам.

Для закрепления теоретического материала и приобретения практических навыков и умений программой предусмотрено выполнение ряда практических и лабораторных работ на макетах или стендах с элементной базой, позволяющей собирать различные схемы выпрямителей, сглаживающих фильтров, стабилизаторов и преобразователей напряжения.

Для контроля знаний за усвоением учебного материала предусмотрено проведение одной обязательной контрольной работы.

Системы электропитания РЭУ. Для нормального функционирования различных радиоэлектронных устройств (РЭУ), используемых в вычислительных комплексах, системах телекоммуникаций, робототехнических установках и др., необходимы соответствующие системы электропитания (СЭП). Под СЭП понимается определенная совокупность элементов и устройств, вырабатывающих электрическую энергию (ЭЭ) или преобразующих ее к виду, необходимому для нормальной работы РЭУ. Поэтому существующая классификация предусматривает деление СЭП на 2 вида: 1) источники первичного электропитания и 2) источники вторичного электропитания.

Источником первичного электропитания (ИПЭП) называется устройство, которое преобразует различные виды энергии (механическую, химическую, тепловую, световую или энергию внутриатомного распада) в электрическую. К ним соответственно относятся: электромашинные генераторы, гальванические элементы, термоэлектрические генераторы, солнечные и атомные батареи.

Источником вторичного электропитания (ИВЭП) называется устройство, которое использует ЭЭ, получаемую от ИПЭП, и преобразовывает ее во вторичное электропитание РЭУ. Источники вторичного электропитания состоят из отдельных узлов, выполняющих одну или несколько функций, например выпрямление, стабилизацию, регулирование, усиление, инвертирование.

Структурные схемы ИВЭП. К простейшим ИВЭП относятся нерегулируемые выпрямители, выполняемые по структурной схеме, представленной на рис. В.1, а. Силовой трансформатор Т преобразует напряжение питающей сети переменного тока до требуемого значения; схема выпрямления В преобразует переменное напряжение в пульсирующее; фильтр Ф сглаживает пульсирующее напряжение до допустимого (требуемого) уровня. В нерегулируемых выпрямителях выходное напряжение зависит от колебаний питающего напряжения и от изменения тока нагрузки. Такие выпрямители широко используются в промышленной и бытовой радиоэлектронике.

Для обеспечения стабилизированного выходного напряжения схема нерегулируемого выпрямителя дополняется стабилизатором напряжения СН, который включается на входе или на выходе выпрямителя (рис. В.1, б), в качестве которого могут применяться непрерывные (НСН) или импульсные стабилизаторы напряжения (ИСН).

Рис. В.1. Нерегулируемые выпрямители

В регулируемых выпрямителях (рис. В.2) совмещаются функции выпрямления с регулированием или со стабилизацией выходного напряжения. Регулирование выходного напряжения (рис. В.2, а) осуществляется путем изменения угла открывания силовых тиристоров, а в режиме стабилизации выходного напряжения (рис. В.2, б) управляющие сигналы тиристоров формируются контуром автоматического регулирования с обратной связью.

Рис. В.2. Регулируемые выпрямители

В настоящее время достаточно широко применяются ИВЭП с бестрансформаторным входом (рис. В.3), которые имеют уменьшенные массогабаритные показатели. В схеме на рис. В.3, б в отличие от рис. В.3, а функции ИСН и инвертора совмещены в регулируемом инверторе.

Рис. В.3. Сетевые источники электропитания с бестрансформаторным входом

В современной технике широко используются ИПЭП постоянного тока, к которым относятся химические источники тока, термогенераторы, топливные элементы, солнечные и атомные батареи. Применение таких источников ЭЭ позволяет выполнять радиоаппаратуру переносной, устанавливать ее на подвижных автономных объектах, удаленных от промышленных электросетей.

Рис. В.4. Источники вторичного электропитания, работающие от автономных источников постоянного тока

Основным функциональным узлом в ИВЭП постоянного тока является инвертор И (рис. В.4), преобразующий напряжение постоянного тока первичного источника в переменное напряжение прямоугольной или ступенчатой формы. На рис. В.4, а приведена структурная схема простейшего одноканального ИВЭП такого типа, предназначенного для питания нагрузки постоянным током. В нем переменное напряжение прямоугольной формы с выхода инвертора И преобразуется схемой выпрямления В и фильтром Ф в постоянное напряжение. Основным его недостатком является низкая стабильность выходного напряжения. Этого недостатка лишены стабилизирующие ИВЭП (рис. В.4, б).

Практические схемы ИBЭП кроме основных функциональных узлов содержат устройства контроля, защиты, блокировки, сигнализации неисправностей, а также коммутационные элементы (кнопки, выключатели и др.).

В заключение заметим, что в настоящее время в целях экономного расхода ЭЭ является актуальной задача создания экономичных, дешевых и надежных ИВЭП. В последующих разделах будут рассмотрены схемы, принцип действия, параметры и характеристики основных функциональных узлов ИВЭП.