М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 37

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 37)

В фотоаппаратах обычно используются дорогие литиевые элементы с большим по величине отношением емкости к весу. Литиевый элементы имеет необычно высокую и постоянную э.д.с., в зависимости от типа равную 3,0— Выпрямление переменного напряиеения 201 3,7 В. Более новые литиево-ионные аккумуляторы объединяют эти достоинства с возможностью перезаряда. Емкость батареи, определяемая как произведение тока разряда на время, в течение которого батарея будет давать этот ток, обычно выражена в ампер-часах (А-Ч).

Так как емкость большинства батарей при малом токе разряда больше, чем при большом токе, нормальная скорость разряла обычно указывается вместе с емкостью. Скорость разряда часто определяется как время, необходимое для полного разряда батареи. Так„автомобильный аккумулятор может иметь емкость 40 А-Ч при 1О-часовом времени разряда; это означает, что он может давать ток 4 А в течение 10 часов. Хотя, в принципе, можно ожидать, что такой аккумулятор будет давать ток 40 А в течение 1 часа, на практике его емкость окажется значительно меньше при таком 1-часовом разряде. Емкость различного рода сухих элементов, используемых для питания небольших электронных схем, часто составляет величину 3 А-Ч при 100-часовом цикле, что указывает на возможность потребления тока 30 мА в течение 100 часов.

Очень немногие схемы, приведенные в этой книге, предъявляют необычные требования к источникам питания. Некоторые схемы, такие как усилители мошности, требуют от источника питания большего тока, чем ток, который, как правило, способны обеспечить цинковые элементы, тогда как схеме может потребоваться очень стабильное напряжение. Промышленные схемы обычно питаются от сети переменного напряжения, чтобы избежать установки батареи и гарантировать постоянство характеристик в течение всего времени. Батареи используются., конечно, в портативной аппаратуре, а также в лабораторных приборах, когда желательна полная изоляция от сети. 4).2 Выпрямление переменного напряжения В большинстве источников питания для понижения напряжения сети до требуемой величины используется трансформатор, а затем с помошью лиодной схемы переменное напряжение выпрямляется для получения постоянного напряжения.

Простая схема выпрямителя показана на рис. 9.1. Ток может течь через диод только в том случае, когда напряжение в точке А положительно, и цепь размыкается при отрицательном напряжении в точке А. В результате на нагрузке появляется однополярное напряжение, форма которого приведена на рис. 9.2(Ь); вид напряжения на нагрузке можно сравнить с формой исходной синусоиды, изображенной на рис. 9.2(а).

Поскольку на нагрузке могут быть только положительные полупериоды синусоиды, однополярное напряжение состоит из серии положительных импульсов. Это преобразование называется однополупериодным выпрямлением. На рис. 9.3 показана более совершенная схема выпрямителя, в которой переменное напряжение используется полностью; эта схема известна как деухполупериодный выпрямитель. Поскольку диодная схема имеет форму ромба 202 Источники лиглаиия и управление мощностью смъ пса»»с»наса напр»нснп» Рис.

9Л. Базовая схема источника постоянного напряжения с трансформатором и однополупериодным выпрямителем. Валми О Рис. 9.2. Форма сигналов в схеме однополупериодного выпрямителя: (а) входное переменное напряжение, (Ь) выпрямленное однополярное напряжение на нагрузке. и напоминает мост Уитстона, такую схему называют мостовым выпрямителем. Мы можем легко разбить его работу на отдельные этапы, рассматривая, что происходит во время положительных и отрицательных полупериолов напряжения на выходе трансформатора.

Когда напряжение в точке А положительно, диод О, проводит, и напряжение на верхнем конце нагрузки положительно; в то же время напряжение в точке В отрицательно и диол 29з пропускает его к нижнему концу нагрузки. В следуюшем полупериоде напряжение в точке А отрицательно, а в точке В положительно, так что диод Рз псрснсннага и напр»панн» Рис. 9.3. Двухполуперисдный мостовой выпрямитель. Вылряиление переменного налряэсеяия 203 Вольта О Вольта О Рнс. 9.4. Форма сигналов в лвухполупернодном мостовом выпрямителе.

(а) входное переменное напряжение, (Ь) выпрямленное однополярное напряжение на нагрузке. проводит от точки В к верхнему концу нагрузки, а диод Р, проводит от точки А к нижнему концу нагрузки. Результирующая форма сигнала на нагрузке приведена на рис. 9.4. Очевидно, что при двухполупериодном выпрямлении напряжение на нагрузке имеет менее прерывистый характер, чем в случае однополупериодного выпрямления. Заметим, что частота сигнала при двухполупериодном выпрямлении равна удвоенной частоте исходного переменного напряжения. Отрицательная полуволна инвертируется и помещается между соседними положительными полупериодами.

На рис. 9.5 показан другой тип двухполупериодного выпрямителя. Здесь используется трансформатор с удвоенным напряжением на вторичной обмотке, но с отволом от середины вторичной обмотки (точка 0). В результате напряжение между точками А и О всегда сдвинуто по фазе по отношению к напряжению между точками В и О на 180'. По этой причине схема называется двухфазным двухполупериодным выпрямителем. В первом полупериоде напряжение в точке А положительно и диод пропускает его к верхнему концу нагрузки.

В следующем полупериоде напряжение в точке А отрицательно, а в точке В положительно; следовательно, диод Р, открыт и пропускает положительное напряжение к верхнему концу нагрузки. Зта схема, в действительности, представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих вместе на одну нагрузку. Форма напряжений здесь такая же, как на рис. 9.4.

Сравнивая эту схему с мостовым выпрямителем. видим, что в двухфазной схеме оказываются сэкономленными два виола, но требуется лополнительная обмотка в трансформаторе. Этот выпрямитель был популярен в схемах на лампах, гле в качестве диодов Р, и Р, обычно использовались два ламповых диода в одном баллоне с общим катодом, но сейчас эта схема 204 Источники питания и управление мощностью Ссгс псрснснного нспркжсннк Рис. 9.5. Двухфазный двухпояупериодный выпрямитель применяется не часто, поскольку полупроводниковые диоды очень дешевы.

Имеет смысл сэкономить на обмотке трансформатора, используя мостовой выпрямитель. 9.3 Сглаживание пульсаций 9.3.1 Вступление Хотя сигналы, форма которых приведена на рис. 9.2 и 9.4, являются однополярными, про них нельзя сказать, что они являются непрерывным постоянным напряжением, поскольку они все еше содержат большую переменную составляюшую. Это напряжение годится для заряда аккумулятора„ причем напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя (рис. 9.4) предпочтительнее, поскольку у него больше средний ток, но его нельзя использовать в таком необработанном виле в качестве напряжения питания электронного оборудования.

Чтобы сгладить постоянное напряжение, к выхолу выпрямителя подключают накапливаюший конденсатор С, как показано на рис. 9.6. Типичная Ток ногрускн т Нжрускс Рис. 9.6. Одноподупериодный выпрямитель с накапливающим конденсатором. емкость конденсатора С для сети с частотой 50 Герц находится в диапазоне от 100 мкФ до 30000 мкФ и зависит от тока нагрузки и требуемой степени сглаживания. Сглаживание лульсаций 205 Эффект сглаживания накапливаюшего конденсатора можно рассчитать, рассматривая интервалы заряда и разряда в сигнале, форма которого приведена на рис. 9.7. Действительная форма выходного напряжения показана сплошной линией, а его среднее значение отмечено горизонтальной пунктирной линией.

Пунктиром изображены также полупериоды переменного напряжения, в пределах которых диод (в схеме без конденсатора С вЂ” Прим. лерев.) проводит. Конденсатор заряжается вблизи пикового значения соответствуюшего полупериода переменного напряжения и затем разряжается в нагрузку в течение оставшейся части периода. Таким образом, большую часть времени ток нагрузки обеспечивается накапливаюшим конленсатором, а выпрямитель просто «пополняет» заряд конденсатора вблизи пиков в каж- Пуязезннн нзнрннсння Вреди л знзчснн Среднее Уе, знзчснне Рнс.9.7. Выходное напряжение олнополупернолного выпрямителя с накаплнВдюшнм конденсатором. дом полупериоде. Если ток нагрузки равен нулю, то конденсатор будет просто оставаться заряженным до пикового значения входного переменного напряжения ~', равного ч2 нэфф.знач.

входного напряжения. 9.3.2 Пульсации Конечный ток нагрузки l вызывает падение напряжения накапливаюшего конденсатора на некоторую величину А УУ в течение периода переменного напряжения. Результируюшая «шероховатость», называемая пульсациями постоянного выходного напряжения, проявляется как переменное напряжение приблизительно треугольной формы, наложенное на установившееся постоянное напряжение. Размах пульсаций, равный спаду напряжения на конденсаторе Л Ь' в течение периода, можно вычислить, рассматривая скорость разряда.

С этой целью мы будем пренебрегать временем заряда конденсатора и предположим, что разряд занимает время Т, то есть весь период переменного напряжения. Это разумно, если пульсации малы по сравнению с постоянным выходным напряжением. Заряд, отдаваемый накапливаюшим конденсатором С в течение каждого периода переменного напряжения, равен ЬД = 1Т кулон, 206 Источники питания и управление мощностью где 1 — средний ток нагрузки. Спад напряжения на конденсаторе и, следовательно, размах пульсаций определяются выражением др' = — =— ДД !Т (9.1) С С (1 — ток в амперах, Т вЂ” время в секундах, С вЂ” емкость в фарадах) нли Д)' =— 1 СТ (9.2) где б — частота переменного напряжения в герцах.

Характеристики

Список файлов книги