Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Теоретическая часть

Электронные приборы и устройства требуют для своего питания стабильного напряжения постоянного тока. В большинстве практических случаев такое напряжение получают из переменного напряжения сети с помощью вторичных источников питания, включающих выпрямитель сетевого напряжения, сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения, представленных на рисунке 4.1.

В состав выпрямителя обычно входят: силовой трансформатор, предназначенный для получения необходимых величин переменного напряжения из напряжения сети, а также для гальванической развязки с сетью; вентильная группа (чаще всего полупроводниковые диоды), преобразующая напряжение переменного тока в пульсирующее напряжение постоянного тока, и емкостная нагрузка вентильной группы, представляющая собой конденсатор относительно большой емкости, который можно также рассматривать как простой емкостный сглаживающий фильтр. Сглаживающий фильтр, подключаемый к выходу выпрямителя, уменьшает пульсации выходного напряжения.

Если к выходному напряжению предъявляются высокие требования по стабильности при колебаниях напряжения сети и тока нагрузки, то в источник питания вводится стабилизатор напряжения.

На рисунке 4.2а) представлена схема однополупериодного выпрямителя с полупроводниковым выпрямительным диодом V1. Как известно, вольт-амперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода имеет вид, представленный на рисунке 4.3. Для упрощения практических расчетов ее часто представляют на основе кусочно-линейной аппроксимации двумя участками прямых AB и BC, причем AB идет по оси абсцисс, а наклон BC определяется средним, прямым сопротивлением диода

, (1)

С целью дальнейшего упрощения иногда принимают U дн =0 и тогда точка B смещается в начало координат. Как следует из такой аппроксимации ВАХ, диод представляют элементом с односторонней проводимостью, его внутреннее сопротивление на участке ВА стремится к бесконечности, а на участке ВС сравнительно мало.

Рисунок 4.4 - Временные диаграммы, отражающие работу однополупериодного выпрямителя

На рисунке 4.4 приведены временные диаграммы напряжений и токов в выпрямителе, работающем на емкостную нагрузку. В интервале времени - , соответствующему изменению фазового угла w - w , диод открыт и через него протекает токи нагрузки и заряда конденсатора С.

Постоянная времени заряда =С(||), где сопротивление потерь =+ (- активное сопротивление потерь трансформатора). Практически всегда < и»С. В остальную часть периода диод закрыт.

В течение этого времени конденсатор разряжается»C(||(+)).

Поскольку у правильно выбранных диодов их обратное сопротивление >>+, постоянная времени разряда»С и <<, т.е. процессы заряда и разряда конденсатора С идут с разной скоростью. Следовательно, появляется постоянная составляющая напряжения , на диоде обратное напряжение может достигать величины = . Поэтому диод выбирают с > .

Фазовый угол, в течение которого диод открыт обозначается:

2q =w -w , (1)

где q - угол отсечки.

Чем меньше q, тем больше и меньше пульсация. Поэтому q нежелательно уменьшать.

В установившемся режиме площади под кривыми тока заряда конденсатора I _сз и тока заряда I _ср одинаковы. Основные расчетные параметры выпрямителя являются функциями коэффициента:

А(q)= tgq-q=pR _пот /(mR _н), (2)

где m=1 для однополупериодного и m=2 для двухполупериодных выпpямителeй.

С помощью этого параметра определяют необходимые значения:

-максимального импульса тока через диод;

- действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора;

- действующего значения ЭДС вторичной обмотки.

С помощью коэффициента А(q) при расчетах определяют и коэффициент пульсации, равный отношению амплитуды напряжения первой гармоники к постоянной составляющей выпрямленного напряжения U ₀: .

Выходное сопротивление:

, (3)

где ∆U ₀ и ∆I ₀ находят по нагрузочной характеристике источника;

U₀= f(I ₀), (4)

где U ₀ и I ₀ – напряжение и ток нагрузки.

На рисунке 4.2б) приведена схема двухполупериодного мостового выпрямителя. Ее особенностью является то, что за период через диоды протекают два импульса тока. В одном полупериоде ток течет через диоды V2 и V3 (пунктирные стрелки), в другом - через диоды V1 и V4. Частота пульсации выпрямленного тока выше в два раза, а величина их меньше. Обратное напряжение на диодах ниже в два раза по сравнению с однополупериодной схемой, поэтому необходимо обеспечить U _{обр.макс} >U _2m. Еще одной особенностью этой схемы является отсутствие в трансформаторе постоянного подмагничивания, так как ток вторичной обмотки в полупериодах протекает в противоположных направлениях.

Для уменьшения пульсации выходного напряжения между выпрямителем и нагрузкой часто включают сглаживающий фильтр. Качество сглаживания определяется коэффициентом сглаживания, равным отношению коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе

. (5)

Например, простой LC-фильтр, представляющий собой последовательно с нагрузкой включенный дроссель и параллельно с нагрузкой включенный конденсатор, существенно уменьшает пульсации, поскольку для постоянной составляющей U ₀ сопротивление дросселя близко к 0, а конденсатора - к бесконечности, для переменной - наоборот, поэтому постоянная составляющая проходит через фильтр практически без изменений, а переменная существенно уменьшается.

Использование электронного стабилизатора позволяет значительно уменьшить К_п, R _вых. а также зависимость U ₀ от колебаний напряжения в сети и тока нагрузки. Качество стабилизации оценивается коэффициент стабилизации при постоянном токе нагрузки:

, (6)

где ∆U вых - приращение U ₀ при изменении U вх на величину ∆U вх;

U вх.ном, U вых.ном - номинальные значения напряжений.

Простейшим электронным стабилизатором является параметрический стабилизатор, представленный на рисунке 4.5а), состоящий из балластного сопротивления R б и стабилитрона. Он устанавливается в источнике питания между нагрузкой и выпрямителем со сглаживающим фильтром, если таковой имеется. В этой схеме используется свойство обратно смещенного стабилитрона сохранять напряжение в области пробоя практически неизменным при значительных изменениях протекающего через него тока, что отражено на рисунке 4.5 6), обратная ветвь ВАХ стабилитрона в области U ст. При отклонении U вх от номинального значения почти все приращение входного напряжения падает на , а выходное напряжение практически не меняется. При изменении тока нагрузка I ₂ U вх= const происходит перераспределение тока между стабилитроном и нагрузкой (изменяется I ст) почти без изменения общего тока I₁. Следовательно, напряжение на нагрузке остается практически постоянным. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора определяется по формуле:

, (7)

где r _д - динамическое сопротивление стабилитрона.

Выходное сопротивление стабилизатора = » , так как << .

Описание макета.

Макет, схема которого представлена на рисунке 4.6, включает в себя:

- выпрямитель, который в зависимости от положения переключателя (контакты 5,6) может работать по однополупериодной или мостовой схеме

- LC- фильтр (L1,C2);

- параметрический стабилизатор (R2, V6);

- контрольно-измерительные приборы (I1, V2);

- дискретно-изменяющуюся нагрузку (R3,R4,R5,R6);

- емкостную нагрузку. (C1)

В схеме установлены детали со следующими параметрами:

U1 - КД102А	U 2 ¸ U 5 - диодная сборка КД906А
R1=10 Ом	R2=820 Ом	R3=4 кОм	С1=200 мкФ	C2=200 мкФ
R4=2 кОм	R5=1,3 кОм	R6=1кОм	L 1=1,3 Гн	U6 - KC175A

где G1 - регулируемый стабилизированный источник напряжения.

Рисунок 4.6 - Схема макета лабораторной работы

Задание.

1. Исследовать работу однополупериодной и двухполупериодной схем выпрямителя для случаев:

§ активной нагрузки;

§ емкостной нагрузки;

2. Зарисовать форму выходного напряжения, а также форму тока, протекающего через диод, измерить амплитудное значение тока, протекающего через диод, и обратного напряжения, падающего на диоде.

3. Определить с помощью осциллографа угол отсечки q и коэффициент пульсаций Кп для одно- и двухполупериодной схем.

4. Исследовать сглаживающее действие фильтра L₁C₂ при одно- и двухполупериодном выпрямлении (конденсатор C₁ при этом должен быть подключён). Определить коэффициенты сглаживания.

5. Отснять нагрузочные характеристики выпрямителя и определить его выходное сопротивление.

6. Подключить к выпрямителю параметрический cтабилизатор, снять нагрузочную характеристику стабилизатора и определить по ней его выходное сопротивление, определить коэффициент стабилизации (схема выпрямителя мостовая, фильтр L₁C₂ отключен, C₁ - подключён).

4 Контрольные вопросы

1. Как работают однополупериодный и двухполупериодный мостовой выпрямители?

2. Каковы основные параметры выпрямителей?

3. На чем основана работа LC- фильтра и что такое коэффициент сглаживания?

4. Как определяется коэффициент стабилизации стабилизатора?

5. Что такое угол отсечки и как его измерить?

6. Что такое нагрузочная характеристика, как она снимается и какие параметры выпрямителя можно по ней определить?

7. Объясните работу параметрического стабилизатора.

8. В чем отличие работы диода в однополупериодной и двухполупериодной мостовой схемах?

9. Чему равен угол отсечки при коротком замыкании нагрузки и при холостом ходе?

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»

(МГТУ им.Н.Э. Баумана)

Факультет Специальное машиностроение

Кафедра СМ-5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

по курсу “Электроника и микроэлектроника”

“УНИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР В ШИРОКОПОЛОСТНОМ КАСКАДЕ С RC-СВЯЗЯМИ”

Москва

Цель работы - исследование связи между параметрами униполярного транзистора и другими деталями схемы и параметрами широкополосного усилителя и изучение способов расширения полосы пропускания широкополосного усилителя.

Продолжительность работы – 4,0 часа.

Содержание работы

1. Изучение работы униполярного широкополосного усилителя.

2. Экспериментальное определение способов расширения полосы пропускания.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 10 Следующая ⇒