Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Радіотехніка
Кафедра:
Телекомунікації
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Електротехнічні пристрої РЕЗ
Група:
К
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И
до лабораторної роботи “ Дослідження імпульсного стабілізатора постійної напруги” з дисципліни „Електроживлення комплексів зв’язку” для студентів базового напряму 6.0924 „Телекомунікації”
та дисципліни «Електротехнічні пристрої РЕЗ»
для студентів базового напряму 6.0907 « Радіотехніка»
Затверджено на засіданні
кафедри РЕПС
протокол № ____ від__________2008 р
Л Ь В І В 2008
Методичні вказівки до лабораторної роботи “Дослідження імпульсного стабілізатора постійної напруги” з дисципліни „Електроживлення комплексів зв’язку” для студентів базового напряму 6.0924 „Телекомунікації” та дисципліни «Електротехнічні пристрої РЕЗ» для студентів базового напряму 6.0907 «Радіотехніка». /Укл.: В.Г.Сторож, І.Г.Яковенко. -Львів: НУ”ЛП”, 2008. -11 с.
Укладачі :
В.Г. Сторож, канд. техн. наук, ст. викл.
І.Г.Яковенко, ст. викл.
Відповідальний за випуск: І.Н.Прудиус, д-р техн. наук, проф.
Рецензенти:
В.І. Оборжицький, канд. техн. наук, доц.
М.Й. Николишин, канд. техн. наук, доц.
ДОСЛІДЖЕННЯ ІМПУЛЬСНОГО СТАБІЛІЗАТОРА
ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ
Мета роботи
Вивчення принципу дії та особливостей імпульсного стабілізатора постійної напруги (ІСПН), визначення основних параметрів стабілізатора та дослідження його характеристик.
Теоретична частина
В неперервних стабілізаторах на регулюючому елементі виділяється значна потужність, яка є тим більшою, чим більшою є різниця між вхідною та вихідною напругою. Тому неперервні стабілізатори на великі вихідні потужності 50...500 Вт та на низькі вихідні напруги мають низький к.к.д. і незадовільні масо-габаритні характеристики.
В імпульсних стабілізаторах регулюючий елемент працює в ключовому режимі. При цьому, коли регулюючий транзистор відкритий, на ньому падає мала напруга при заданому струмі навантаження, а коли транзистор закритий, на ньому падає велика напруга, але струм транзистора при цьому близький до нуля. В обох випадках, потужність, що виділяється на транзисторі, є малою. Деяка потужність виділяється також на транзисторі у перехідному режимі, коли робоча точка переміщується з області відсічки в область насичення. Порівняно з неперервними стабілізаторами імпульсні мають вищій к.к.д., менші габарити та масу. Однак, щодо амплітуди пульсацій вихідної напруги та генерованих завад імпульсні стабілізатори поступаються неперервним.
Імпульсні стабілізатори доцільно використовувати в потужних джерелах живлення на низькі та середні напруги при великих коливаннях вхідної напруги і регулюванні вихідної напруги у великих межах, коли вимоги до стабільності, пульсаціям та завадам не дуже високі.
Схеми імпульсних стабілізаторів являють собою імпульсні системи автоматичного регулювання, у яких підтримується незмінним середнє значення вихідної напруги за рахунок зміни часу закритого та відкритого стану регулюючого транзистора. Імпульсний стабілізатор постійної напруги складається з наступних функціональних вузлів: регулятора (Р); згладжувального фільтра (ЗФ); схеми порівняння (СП), в склад якої входять подільник напруги, джерело еталонної напруги і підсилювач; імпульсний модулятор (ІМ) (рис.1).
Стабілізація вихідної напруги досягається керування щілинністю роботи Р, який працює в імпульсному режимі. При подачі на вхід стабілізатора постійної напруги UВХ на вхід ЗФ поступають прямокутні імпульси (рис.2), серелнє значення яких дорівнює:
(1)
де τ – тривалість замкнутого стану ключа (Р), Т – період перемикання ключа, γ – коефіцієнт заповнення імпульсів.
Змінювати γ можна трьома способами:
а) змінюючи τ при Т = const – широтно-імпульсна модуляція (стабілізатори з ШИМ),
б) змінюючи Т при τ = const – частотно-імпульсна модуляція (стабілізатори з ЧІМ),
в) змінюючи одночасно Т і τ ( релейні або двопозиційні стабілізатори).
За поданною структурною схемою принцип дії стабілізаторів з ШІМ полягає у наступному. Постійна напруга UВХ від випрямляча чи іншого нестабілізованого джерела подається на Р. На вході ЗФ напруга має форму однополярних прямокутних імпульсів. На виході фільтра виділяється постійна складова цих імпульсів UВИХ. Ця напруга порівнюється з еталонною напругою UЕТ, а сигнал різниці через підсилювач подається на вхід модулятора ІМ. При зміні напруги UВХ , наприклад, при її збільшенні, зміниться сигнал на вході ІМ, що викличе зменшення тривалості імпульса τ на його виході при незмінному значенні Т. При цьому зменшується коефіцієнт заповнення γ імпульсів на вході ЗФ і середнє значення напруги знижується.
Розглянемо принцип роботи імпульсного стабілізатора на прикладі схеми рис. 3. Коли регулюючий транзистор відкритий (час τ), через дросель протікає зростаючий струм, що дорівнює струму транзистора. У цьому інтервалі комутуючий діод закритий і напруга на дроселі дорівнює різниці вхідної та вихідної напруги, а спад напруги на регулюючому транзисторі, що знаходиться в режимі насичення, є малим. Коли транзистор відкритий, конденсатор С спочатку розряджається (коли струм дроселя менше середнього струму навантаження), а потім заряджається (коли струм дроселя більше струму навантаження). Коли транзистор закривається сигналом від ІМ, струм транзистора стрибкоподібно зменшується до величини, близької до нуля. Діод відкривається за рахунок е.р.с. самоіндукції дроселя, і струм дроселя починає зменшуватися при протіканні через діод та навантаження. При закритому транзисторі (інтервал Т-τ) конденсатор спочатку заряджається (коли струм дроселя є більшим від струму навантаження), а потім розряджається (коли струм дроселя менше струму навантаження). В інтервалі Т-τ діод відкритий і на ньому одержується малий спад напруги, а до закритого транзистора прикладається напруга, що дорівнює сумі вхідної напруги та прямої напруги діода.
Аналогічним чином працюють схема підвищувального типу (UВИХ >UВХ) (рис. 4,а) та схема полярно-інвертуючого типу (UВИХ >=<UВХ) (рис.4,б).
В схемах рис.4а,б коли транзистор відкритий, діод закритий, і струм проходить через навантаження тільки від конденсатора, що розряджається. У цих схемах дросель не зменшує пульсацій, а служить тільки для часової трансформації енергії. Особливість роботи схеми полярно-інвертуючого типу полягає у тому, що при відкритому транзисторі через індуктивність проходить максимальний струм і магнітне поле досягає максимуму. При закритому транзисторі за рахунок ЕРС самоіндукції відбувається заряд конденсатора через діод зі зміною полярності напруги. При цьому діод закривається і конденсатор розряджається через навантаження. Схему рис.4,б рекомендують використовувати у випадку необхідності зміни вихідної напруги у широких межах, а схему рис.4,а – коли вихідна напруга повинна бути вищою від вхідної. При цьому треба враховувати, що у схемі рис.4,а вхідний струм має неперервний характер, що дає мінімум завад у колі джерела. В інших схемах вхідний струм є імпульсним, що створює завади у колі джерела вхідної напруги.
Важливим параметром імпульсних стабілізаторів є частота комутації регулятора. Чим більшою є ця частота, тим меншою буде індуктивність та ємність згладжуючого фільтра, однак при цьому зростають перехідні втрати у транзисторі і завади, генеровані стабілізатором. Звичайно частота комутації лежить в межах 1...10 кГц, однак спостерігається тенденція до її підвищення.
На рис.5 подана принципова схема імпульсного стабілізатора з ШІМ. Стабілізатор складається з регулятора (транзистори VT1, VT2), фільтра (L, CН), комутаційного діода (VD1), схеми порівняння і підсилювача постійного струму (R1, RП, R2, VD2, VT6), імпульсної схеми (діод VD3 і транзистор VT5), проміжного підсилювача (VT4, R4, R3), транзистора VT3, призначеного для закривання регулятора, кола внутрішнього зворотного зв’язку (RZ, CZ), необхідного для збільшення частоти автоколивань імпульсного стабілізатора, та елементів R6, R7, VD4, C1, необхідних для надійного закривання та відкривання регулятора. У даній імпульсній схемі використовується тригер на тунельному діоді VD3 і транзисторі VT5, що, порівняно з триггером Шмітта на транзисторах, дозволяє покращити фронти імпульсів керування та зменшити число елементів схеми.
На рис.6 подані графіки, що пояснюють роботу стабілізатора в режимі широтно-імпульсної модуляції.
На базу транзистора VT6 через конденсатор СР подаються пилоподібні імпульси з певною частотою і постійна напруга з нижнього плеча подільника R1, RП, R2. В момент часу t1 напруга на базі підсилювального транзистора VT6 досягає значення, при якому струм колектора транзистора стає рівним струму спрацьовування тригера. Тригер спрацьовує, транзистори VT5, VT4, VT3 відкриваються, а транзистори VT2 i VT1 закриваються. Напруга на вході фільтра стрибком зменшується до нуля.
В момент часу t2 пилоподібна напруга на базі транзистора VT6 зменшується до значення, при якому струм коллектора транзистора VT6 стає рівним струму відпускання триггера. Тригер спрацьовує, транзистори VT5, VT4, VT3 закриваються, а транзистори VT2 i VT1 відкриваються. Напруга на вході фільтра стрибком збільшується до значення вхідної напруги. Таким чином, тригер, а відповідно і регулятор, неперервно перемикаються за рахунок зовнішнього змінного сигналу.
Припустимо, що напруга на вході стабілізатора зросла до значення UВХ ‘. При цьому напруга зміщення на базі транзистора VT6 збільшується до значення UЗМ2. Як видно з графіка рис.6 , зростання зміщення збільшує час відкритого стану транзисторів VT5, VT4, VT3. Час відкритого стану транзисторів VT2, VT1 зменшується. Відповідно зменшується тривалість імпульса на вході фільтра, а середнє значення вихідної напруги повертається до своєї первісної величини з певною точністю.
При пилоподібній напрузі керування її амплітудне значення залежить від приведеного до входу підсилювача (транзистор VT6) значення порогу спрацьовування триггера ΔUT, від коефіцієнта заповнення імпульсів, які подаються на регулювальний транзистор, і визначаються з формул:
де γmin = UВИХ MIN / UВХ MAX , γmax = UВИХ MAX / UВХ MIN.
Помилка на виході стабілізатора при зміні вхідної напруги від UВХ MIN до UВХ MAX визначається з наступного виразу:
,
де α = UЕТ / UВИХ – коефіцієнт передачі подільника.
Коефіцієнт стабілізації стабілізатора:
де UКЕВ – спадок напруги колектор-емітер у режимі відсічки на VT1.
Амплітуда першої гармоніки пульсації вихідної напруги:
.
Програма дослідження
1.Ознайомитись з принципом дії та схемо-технічними рішеннями ІСПН. Дати відповіді на контрольні питання.
2.Виконати розрахунок ІСПН за заданим варіантом (табл.1).
Таблиця 1.
№ вар.
UВХmin
В
UВХmax
В
UВИХmin
В
UВИХmax
В
ІН
А
α
F
Гц
C
Ф
1
10
10.8
8.8
9.3
1.75
0.55
1.5
2∙10-4
2
15
16
12.5
13
2.5
0.75
2
1.5∙10-4
3
19
20.5
16
17
2.1
0.8
2.5
0.8∙10-4
4
5
5.5
4.6
4.8
3
0.6
3
1∙10-4
5
27
29
23.8
24.2
1.5
0.65
3.5
0.7∙10-4
6
7
8
6.3
6.6
2.2
0.7
4
0.5∙10-4
7
30
32
28
29
1.8
0.5
1.8
3∙10-4
8
9
9.5
8
8.3
4
0.8
3.75
1∙10-4
При виконанні розрахунків використати пакет прикладних математичних програм MATHCAD.
3.Провести дослідження характеристик регулятора ІСПН. Для цього, змінюючи коефіцієнт заповнення генератора прямокутних імпульсів, визначити відповідну зміну постійної вихідної напруги та рівня її пульсацій. Визначити вплив параметрів елементів згладжуючого фільтра на рівень пульсацій.
Дослідження виконати методом математичного моделювання з допомогою програми Electronic Workbanch. Зробити висновки за результатами дослідження.
4.Провести експериментальне дослідження ІСПН за наступною програмою:
у заданому режимі роботи стабілізатора дослідити та зарисувати осцилограми напруг на елементах схеми,
зняти зовнішню характеристику UН = φ (IН), залежності амплітуди напруги пульсацій і к.к.д. стабілізатора від струму навантаження при заданій вхідній напрузі,
зняти залежності амплітуди напруги пульсацій і к.к.д. стабілізатора від частоти генератора пилоподібної напруги.
Контрольні запитання
1.Дати порівняльну характеристику неперервних та імпульсних стабілізаторів.
2.Навести структурну схему ІСПН і на її основі пояснити принцип дії.
3.В чому полягає відмінність способів керування напругою в ІСПН?
4.Навести схему регулятора понижувального типу і пояснити її роботу.
5. Навести схему регулятора підвищувального типу і пояснити її роботу.
6. Навести схему регулятора полярно-інвертуючого типу і пояснити її роботу.
7.Дати порівняльну характеристику різних схем регуляторів.
Література
1.Иванов-Цыганков А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебник для вузов по специальности "Радиотехника".-М: Высш. школа, 1991.
2.Алексеев О.А., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электротехнические устройства. Учебник для вузов. -М.: Энергоиздат, 1981.
3.Векслер Г.С., Пилинский В.В. Электропитающие устройства электроакустической и кинотехнической аппаратуры. - К.: Высш. школа, 1986.
4.Справочник. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры./Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986.
18.04.2012 19:04-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора