Структурная схема стабилизированного выпрямителя

МОНТАЖ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Цель работы: приобретение технических навыков по разработке элементов технической документации; закрепление навыков по монтажу узлов электронной аппаратуры способом навесного монтажа; закрепление теоретических знаний о принципах работы стабилизационных выпрямителей.

Домашнее задание

1 Изучить по [1], [2], [3], [4] принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения.

2 Вычертить на формате А4 принципиальную схему стабилизированного выпрямителя [3, с. 190].

Вопросы для самопроверки

1 Дайте определение «стабилизатор напряжения».

2 Поясните назначение трансформатора.

3 Поясните принцип работы выпрямителя и фильтра.

4 Приведите и поясните частотный спектр выпрямленного напряжения.

5 В чем заключается сущность параметрического метода стабилизации.

6 Выполните сравнительную характеристику структурных схем последовательного и параллельного компенсационного стабилизатора напряжения.

7 Какими свойствами должны обладать изделия, используемые в качестве регулирующих элементов в стабилизаторе.

8 Разъясните понятия «коэффициент пульсации» и «коэффициент фильтрации»

9 Поясните назначение и принцип работы RC фильтра.

Приборы и оборудование

1 Монтажная плата с набором комплектующих.

2 Испытательный стенд.

3 Приборы: Ц4315, осциллограф, вольтметр В7-38, лабораторный автотрансформатор.

4 Инструмент: бокорезы, паяльник, пинцет, отвертка.

5 Материалы: припой, флюс, монтажные провода.

6 Личные чертежные принадлежности.

Порядок выполнения работы

1 Ответить на вопросы по домашнему заданию.

2 Получить инструктаж по технике безопасности.

3 Получить монтажную плату по номеру записи в классном журнале.

4 Произвести демонтаж, т.е. выпаять монтажные провода.

5 Начертить эскиз монтажной платы в масштабе 1:1.

6 Изучить расположение элементов стабилизированного выпрямителя на монтажной плате и обозначить номера контактных соединений (лепестков) на принципиальной схеме.

7 Проверить работоспособность элементов. Результаты измерений записать в рабочую тетрадь. Неисправные элементы предъявить преподавателю для замены.

8 Составить схему соединений и таблицу соединений.

9 Выполнить монтаж стабилизированного выпрямителя способом параллельно-перпендикулярного монтажа.

10 Снять и составить карту сопротивлений в виде таблицы и рисунка.

11 Подключить монтажную плату к испытательному стенду. Снять и составить карту напряжений в виде таблицы и рисунка (4, 7).

12 Выполнить измерение и рассчитать основные технические показатели стабилизатора: коэффициент стабилизации, коэффициент фильтрации, внутреннее сопротивление (4, 8).

14 Составить технический паспорт стабилизатора. Проанализировать соответствие рассчитанных параметров нормам по техническим условиям (4, 8).

15 Составить отчет по работе (4).

16 Представить отчет и монтажную плату преподавателю.

Содержание отчета

1 Структурная схема стабилизированного выпрямителя и эпюры напряжений в контрольных точках.

2 Принципиальная схема стабилизированного выпрямителя (формат А4).

3 Электромонтажная схема (схема соединений) (формат А4).

4 Таблица соединений (формат А4).

5 Результаты измерений комплектующих.

6 Данные измерений (таблица) и рисунок карты сопротивлений.

7 Данные измерений (таблица) и рисунок карты напряжений.

8 Расчеты основных технических показателей стабилизатора: коэффициент стабилизации, коэффициент фильтрации, внутрен­нее сопротивление.

9 Технический паспорт стабилизатора.

10 Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1 Что произойдет в стабилизаторе при перемещении движка резистора R5 вверх (вниз)? Поясните процессы, происходящие в стабилизаторе.

2 Укажите причины уменьшения коэффициента стабилизации и фильтрации.

3 Укажите элементы стабилизатора, определяющие внутренне сопротивление.

4 Как выполняется защита стабилизатора от коротких замыканий в нагрузке?

5 Как проверить работоспособность стабилизатора при наличии вольтметра и набора резисторов.

6 Нарисуйте структурную схему для определения внутреннего сопротивления стабилизатора.

7 Почему стабилизатор обладает фильтрующими свойствами?

Литература

1 Электропитание устройств связи / В.М. Бушуев – Москва.: Радио и связь, 1986.

2 Сизых Г.Н. Электропитание устройств связи / Г.Н. Сизых – Москва.: Радио и связь, 1982.

3 Бурда А.Г. Обучение в электромонтажных мастерских / А.Г. Бурда – Москва.: Радио и связь, 1988.

4 Методические указания.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Структурная схема стабилизированного выпрямителя

Электронная аппаратура питается от сети переменного тока. Однако для работы электронной аппаратуры требуется постоянное напряжение нескольких номиналов. Структурная схема стабилизированного выпрямителя и временные диаграммы приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема и временные диаграммы стабилизированного выпрямителя

Для получения различных номиналов напряжения применяют повышающее или понижающее трансформаторы (2 рисунок 1б). Трансформатор преобразует напряжение сети переменного тока в такое, которое необходимо для получения заданного напряжения на выходе выпрямителя. Кроме того, трансформатор необходим для гальванической развязки нагрузки и питающей сети.

Для преобразования переменного напряжения в постоянное применяются выпрямители (3 рисунок 1б). Наибольшее распространение в маломощных устройствах электропитания электронной аппаратуры получила мостовая схема выпрямителя (рисунок 2), в которой вторичная обмотка трансформатора подключена к одной из диагоналей моста, собранного из четырех диодов, а выпрямленное напряжение снимается с другой диагонали моста.

В течение поло­жи­тель­ного полупериода напряжение сети U_вх1 и напряжение вторичной обмотки трансформатора U_вх2 (полярность обозначена знаками «+», «-») диоды VD1 и VD4 открыты, а диоды VD2 и VD3 закрыты.

Ток i_1-4 через нагрузку протекает в направлении, показанном сплошной стрелкой. В течение отрицательного полупериода напряжение (полярность обозначена знаками «+», «-») диоды VD2 и VD3 открыты, а диоды VD1 и VD4 закрыты. Через нагрузку протекает ток i_2-3, обозначенный штриховой линией, направление которого на нагрузке совпадает с направлением тока i_1-4. Напряжение на нагрузке U_н представляет собой пульсирующее напряжение, достигающее максимального значения два раза за период (3, рисунок 1,б).

Если график (3, рисунок 1,б) разложить в ряд Фурье, (рисунок 3), то выпрямленное пульсирующее напряжение со­держит постоянную состав­ляющую U₀ и гармоники U_12, U_22, U₃₂ и т.д.

Постоянная составляю­щая выпрямленного напряже­ния является полезной и должна поступить в нагрузку без потерь. Гармонические составляющие U_12, U_22, U_3~ ухудшают стабильность U₀, поэтому они не должны поступать в нагрузку. Соотношение между U₀ и гармониками оценивается коэффициентом пульсаций. Коэффициент пульсаций К_п в процентах определяется как соотношение амплитуды первой гармоники U_1~ к постоянной составляющей выпрямленного напряжения U₀.

(1)

Для ослабления пульсаций между выпрямителя и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр, обычно состоящий из реактивных сопротивлений (индуктивностей и емкостей). Резонансная частота такого фильтра f_р (рисунок 3) должна быть меньше 100 Гц. В выпрямителях малой мощности применяют фильтры состоящие из активного сопротивления и емкости (рисунок 4). В таком фильтре относительно велики падение напряжения и потери энергии на резисторе R_ф, но габариты и стоимость такого фильтра меньше, чем индуктивно-емкостного.

Работу резистивно-емко­стного фильтра необходимо рассматривать совместно с вы­прямителем. Его действие осно­вано на накоплении электриче­ской энергии, в электрическом поле конденсатора при напряже­нии U₀ Коэффициент пульсации на выходе фильтра уменьшается (3, рисунок 1,б, штриховая линия).

Рисунок 4 – Схема фильтраRC