Вторичные источники питания (ВИП)

Вторичные источники питания (ВИП)

Цель работы: Изучение схем полупроводниковых выпрямителей и параметрических стабилизаторов Теоретические сведения:

К первичным источникам относят электрическую сеть переменного тока и автономные электромеханические генераторы, аккумуляторы, батареи гальванических и фотоэлектрических элементов, батареи ионисторов и термоэлементов, радиоизотопные источники питания. Задачей вторичных источников электропитания является преобразование выходного напряжения первичных источников к параметрам, необходимым для питания схем электронных приборов и устройств. К таким параметрам относят полярность, величину, стабильность и максимальный уровень пульсаций питающего напряжения, величину потребляемого тока, суммарную потребляемую мощность. В некоторых случаях разработчику ВИП необходимо обеспечить требования технического задания (ТЗ) в части надежности, коэффициента полезного действия, массы, габаритов, устойчивости к воздействию различных внешних факторов и т. д. Типовая структурная схема простейшего нестабилизированного вторичного источника питания, питающегося от сети переменного тока, показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Структурная схема простого вторичного источника с выходным напряжением +5 В.

В большинстве случаев в состав схем вторичных источников питания входят стабилизаторы напряжения, включаемые между сглаживающим фильтром и нагрузкой. Практические принципиальные схемы вторичных источников питания также содержат схемы коммутации, регулирования, индикации и защиты от перегрузок. Однополупериодные схемы применяют при частоте входного напряжения порядка десятков кГц и выше, а также в схемах маломощных высоковольтных выпрямителей. Для низковольтных низкочастотных схем чаще всего применяют двухполупериодные схемы (схему на двух диодах и трансформаторе с отводом от середины вторичной обмотки или мостовую схему с использованием четырех диодов).

В некоторых случаях также используют диодные схемы с умножением выходного напряжения. На рис. 4.3 приведена схема выпрямителя с удвоением выходного напряжения.

Рис. 4.3. Схема выпрямителя с удвоением выходного напряжения.

стабилизатор полупроводниковый осциллограф питание При моделировании схем выпрямителей вместо первичного источника (сети переменного тока) и понижающего трансформатора предусмотрено применение функционального генератора, входящего в состав виртуальных приборов программного пакета «Multisim». Для имитации понижающего трансформатора с отводом от средней точки вторичной обмотки (при моделировании двухполупериодного выпрямителя) применяется схема с использованием двух противофазных выходов функционального генератора.

Выполнение работы:

1. Собрать схемы диодных выпрямителей, приведенные на рис. 4.4, рис. 4.5 с применением диодов согласно вариантам, указанным в табл. 3.1. Установить параметры функционального генератора по табл.4.1 и получить осциллограммы напряжения на сопротивлении загрузки R1=1кОм Табл.4.1.

Амплитуду синусоидального напряжения генератора принять равной 10 В (для всех вариантов).

Рис. 4.4. Схема однополупериодного выпрямителя.

Рис. 4.5. Схема двухполупериодного выпрямителя.

• 2. Для схемы, приведенной на рис. 4.6, измерить при помощи подвижных маркеров размах (двойную амплитуду) пульсации выходного напряжения при амплитуде входного напряжения 10 В и вариантах параметров, указанных в табл.4.1.
• 3. При оформлении отчета полученные данные свести в таблицу, по результатам измерений сделать выводы о влиянии различных факторов на величину пульсаций выходного напряжения

Рис. 4.6. Схема двухполупериодного выпрямителя с конденсатором сглаживающего фильтра.

Табл.4.1.

4. Собрать схему параметрического стабилизатора, приведенную на рис. 4.7 с типом стабилитрона согласно табл.3.1.

Рис. 4.7. Схема параметрического стабилизатора напряжения.

• 5. Устанавливая при помощи потенциометра R1 напряжение на входе стабилизатора U1 = Uст. ном+10 В и U2 = Uст. ном+20 В, измерить значения выходного напряжения Uвых.1 и Uвых.2
• 6. Определить коэффициент стабилизации схемы по формуле:

Кст = (U2 — U1)/(Uвых.2 — Uвых.1) (4.1).

7. Определить максимальную мощность, рассеиваемую стабилитроном при U2=Uст.ном+10 В.

Контрольные вопросы:

• 1. Поясните принцип работы однополупериодной схемы выпрямителя (рис. 4.4)
• 2. Поясните принцип работы двухполупериодной схемы выпрямителя (рис 4.5)
• 3. Поясните принцип работы мостовой схемы выпрямителя (рис 4.2)
• 4. Поясните принцип работы схемы выпрямителя с удвоением выходного напряжения (рис 4.3)
• 5. Каким должен быть режим входа осциллографа при измерении размаха пульсаций источника питания?
• 6. Как измеряют размах пульсаций при наличии подвижных маркеров осциллографа и без них?
• 7. Какая схема выпрямителя (однополупериодная или двухполупериодная) при прочих равных условиях обеспечивает меньший уровень пульсации выходного напряжения?
• 8. Как зависит размах пульсаций на нагрузке от частоты входного переменного напряжения?
• 9. Как зависит размах пульсаций на нагрузке от сопротивления нагрузки?
• 10. Как зависит размах пульсаций на нагрузке от емкости конденсатора сглаживающего фильтра?
• 11. Поясните принцип работы параметрического стабилизатора на стабилитроне