Основные результаты шестой главы

Автогенераторы являются автономными источниками тестовых сигналов. Основным способом возбуждения колебаний является введение в усилитель положительной обратной связи. Процесс возникновения колебаний может анализироваться на основе линейной модели. Ограничение нарастающих колебаний на заданном стационарном уровне достигается за счет нелинейности усилителя или других элементов автогенератора. Наличие нелинейности является принципиально необходимым для любого генератора.

7. Источники вторичного электропитания электронных устройств

Поскольку основные функциональные устройства электронной техники (усилители, генераторы, логические элементы) являются, по сути, преобразователями электрической энергии, то источники электропитания являются важной составной частью любого электронного устройства, во многом определяющей энергетическую эффективность, массогабаритные показатели, надежность и стоимость всего устройства в целом.

Вторичными называются источники, полученные путем преобразования электрической энергии некоторого первичного источника (напряжения промышленной сети, аккумулятора, фотобатарей и т. п.).

Основным источником первичной энергии выступает промышленная сеть переменного тока, поэтому основное внимание будет уделено вторичным источникам, питаемым от «сети».

7.1. Классическая схема вторичного источника (без преобразования частоты сети)

Структурная схема такого источника приведена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Структурная схема вторичного источника электропитания без преобразования частоты сети

Источник содержит трансформатор (Тр), преобразователь переменного напряжения в постоянное (Пр), стабилизатор постоянного напряжения (СТ).

Трансформатор выполняет две функции: электрическую развязку вторичного источника от сети (с целью обеспечения электробезопасности) и трансформацию (повышение, понижение первичного напряжения, получение нескольких вторичных напряжений).

Преобразователь должен содержать нелинейные элементы, обеспечивающие преобразование двухполярного переменного напряжения в однополярное, и фильтр, выделяющий из спектра однополярного напряжения постоянную составляющую. Стабилизатор обеспечивает требуемую стабильность выходного напряжения при вариациях как входного напряжения, так и тока нагрузки. Основным недостатком рассматриваемой классической схемы вторичного источника является наличие трансформатора, работающего на низкой частоте (50 Гц, 60 Гц) сети. Из теории электромагнитных устройств известно, что число витков первичной обмотки прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально частоте. Высокий уровень первичного напряжения (220 В, 110 В) и низкая частота приводят к необходимости применения (при имеющихся ферромагнитных сердечниках) большого числа витков (более тысячи).

При передаче достаточно большой мощности для исключения перегрева обмоток и достижения приемлемого КПД диаметр провода тоже должен быть достаточно большим. В результате требуемые размеры сердечника, необходимые для размещения обмоток, массогабаритные параметры трансформатора (с учетом веса медных проводов обмотки) получаются настолько большими, что приходят в явное противоречие с современными микроэлектронными компонентами. Во многих случаях масса и габариты такого трансформатора могут составлять более 90 % от всего электронного устройства. Следует также отметить достаточно сложную технологию изготовления мощных низкочастотных трансформаторов, обусловливающих их высокую стоимость.