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

Цель работы: Изучение и экспериментальное исследование вторичного источника электропитания с линейным стабилизатором напряжения.

Продолжительность работы – 4 часа.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Для любого электронного устройства необходим источник питания, который должен давать одно или несколько значений постоянного напряжения. Для переносных электронных устройств в качестве источника питания используются химические гальванические элементы и солнечные батареи. Для питания стационарных установок применяют специальные электронные устройства, обеспечивающие формирование требуемых постоянных напряжений из переменного напряжения электросети. Такие устройства называются вторичными источниками электропитания.

К первичным источникам электропитания относят трехфазную (или однофазную) сеть промышленной частоты 50 Гц (для стационарной аппаратуры) и генераторы постоянного или переменного напряжения повышенной частоты 400-500 Гц.

Источники вторичного электропитания (ИВЭП) выполняют функции преобразования вида тока (переменный в постоянный), стабилизации и регулировки напряжения или тока, фильтрации различных помех, возникающих при переключении и т.д. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется выпрямителями, а обратное преобразование постоянного тока в переменное – осуществляется инверторами (не путать с логическими элементами «НЕ», которые также иногда называют инверторами).

Вторичные источники электропитания выполняются по двум типовым схемам, представленным на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурные схемы источников вторичного питания

На рисунке 1а представлен вариант с линейным стабилизатором напряжения, а на рисунке 1б — с импульсным. Первый вариант проще, но имеет низкий КПД и большую массу. Второй вариант сложнее, но имеет более высокий КПД и меньшую массу.

В обоих случаях ~U является напряжением переменного тока. В первом случае трансформатор Т выпрямляет переменное напряжение сети с частотой 50 Гц. Поскольку габариты трансформатора обратно пропорциональны частоте питающей сети, то в этом случае габариты трансформатора Т получаются значительными и утяжеляют установку. После трансформатора должен стоять выпрямитель, обозначенный буквой В. После выпрямителя устанавливается сглаживающий фильтр, обозначенный буквой Ф. После фильтра устанавливается стабилизатор напряжения Ст и ток поступает в нагрузку Н.

Во втором случае с помощью выпрямителя В1 выпрямляется сетевое напряжение (220В) и поступает на первый сглаживающий фильтр Ф1. Высокое постоянное напряжение поступает в инвертор И, где преобразуется из постоянного в импульсное с высокой частотой порядка нескольких десятков кГц и далее поступает в высокочастотный трансформатор Т с меньшей массой и меньшими габаритами, чем в первом случае. Пониженное напряжение поступает на вторичный выпрямитель В2 и далее на фильтр Ф2 и стабилизатор Ст. Обычно конструкция стабилизатора Ст содержит обратную связь и изменяет скважность сигналов инвертора И. Далее ток поступает в нагрузку Н.

ИВЭП являются неотъемлемой частью любой электронной аппаратуры и в значительной степени определяют ее технико-экономические показатели. На долю источников питания нередко приходится до 40% общей массы и объема аппаратуры, поэтому одной из задач, стоящих перед проектировщиками, является их комплексная миниатюризация.

Из всех узлов ИВЭП наиболее громоздкими, как правило, являются узлы, выполненные на магнитопроводах из ферромагнитных материалов (трансформаторы и дроссели фильтров).