Lab_ferrit_2 (Лабораторные работы)
Описание файла
Файл "Lab_ferrit_2" внутри архива находится в папке "laby". Документ из архива "Лабораторные работы", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "материалы и элементы электронной техники" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лабораторные работы", в предмете "материалы и элементы электронный техники" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Lab_ferrit_2"
Текст из документа "Lab_ferrit_2"
ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Неотъемлемым узлом любого радиотехнического устройства является источник электропитания. Электропитание (питание) радиоэлектронной аппаратуры и отдельных приборов осуществляется в основном от источников постоянного тока, которые, как правило, подключены к сетям переменного тока, электромеханическим генераторам или солнечным батареям. Часто для питания различных устройств одной и той же радиотехнической системы требуются источники постоянного тока с напряжениями нескольких номиналов. Например, для питания электронной схемы телевизора требуется несколько различных напряжений: порядка +5 В для питания цифровых микросхем; +12 В — для питания блока радиоканала; 100... 150 В — для питания блока разверток; 15...25 кВ — для питания кинескопа. В этом случае необходимо промежуточное преобразование энергии постоянного тока одного номинала в ряд напряжений переменного тока различных номиналов с последующим преобразованием их в напряжения постоянного тока.
По функциональному назначению и принципам действия элементы источников питания постоянного тока достаточно разнообразны. Изучению этих, общих для радиотехнических систем различного вида звеньев, которые не связаны с формированием, усилением и обработкой колебаний радиодиапазона, а служат для обеспечения работоспособности узлов системы, решающей радиотехнические задачи, и посвящена данная глава.
9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ВЫПРЯМИТЕЛИ И ФИЛЬТРЫ
Для получения энергии постоянного тока применяют электропреобразовательные устройства, которые традиционно называют источниками вторичного электропитания. Источник вторичного электропитания (проще, источник питания) — устройство, обеспечивающее электропитанием самостоятельные приборы и отдельные устройства радиотехнических систем.
Источники питания
уровню преобразуемой энергии источники питания делятся на мало-
ощные (до 1 кВт), средней (до 10 кВт) и большой (свыше 10 кВт) мощностей.
источниках питания преобразование энергии переменного тока в энергию ________________________________________________________________________
Выпрямитель с трансформатором → Фильтр → Стабилизатор → Нагрузка
А)
Выпрямитель → Фильтр → Инвертор → Выпрямитель → Фильтр →
→ Стабилизатор → Нагрузка
Б)
______________________________________________________________________
Рис. 9.1. Структурные схемы источников питания:
а — традиционная с сетевым трансформатором; б — с многократным
преобразованием
постоянного тока (выпрямление) осуществляют выпрямители, а преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока (инвертирование) — инверторы.
В настоящее время источники питания строятся по двум типовым структурным схемам (рис. 9.1): традиционной с выпрямителем (фильтром и стабилизатором), подключенным к сети переменного тока через (чаще всего) понижающий трансформатор (рис. 9.1, а); с бестрансформаторным входом, работа которой основана на многократном преобразовании электрической энергии путем поочередного выпрямления и инвертирования (рис. 9.1,5).
За последние 10—15 лет трансформаторно-выпрямительные устройства почти повсеместно вытеснены транзисторными преобразователями, питаемыми от сети непосредственно через выпрямитель с простейшим емкостным фильтром, что способствует многократному уменьшению массы и габаритов преобразовательных модулей. Однако в этом случае ток, потребляемый от сети, становится импульсным, длительность каждого из которых составляет всего 0,25 — 0,3 части полупериода сетевого напряжения. При этом необходимо соответствующее увеличение его амплитуды, и становится очень существенной мощность искажений.
Источник питания с преобразованием переменного тока в постоянный, кроме выпрямителя, включает в себя сглаживающий фильтр и стабилизатор. В схемах с многократным преобразованием электрической энергии содержатся и выпрямители, и инверторы.
Выпрямители
В зависимости от количества фаз питающего переменного напряжения выпрямители бывают однофазными и трехфазными. Трехфазные выпрямители относятся полностью к энергетической (сильноточной) электронике — преобразовательной технике и здесь не рассматриваются. Все типы выпрямителей делятся на неуправляемые и управляемые (регулируемые). Неуправляемые выпрямители выполняются на диодах, а управляемые — на тиристорах. По форме выпрямленного напряжения выпрямители делятся на однополупериодные (однотактные) и двухполупериодные (двухтактные). На выходе практически всех выпрямителей включаются сглаживающие фильтры и стабилизаторы. Часто сглаживающие фильтры органически вписываются в структуру выпрямителя.
Сглаживающие фильтры
Наличие переменной (пульсирующей) составляющей в кривой выпрямленного напряжения всегда нежелательно. Для уменьшения коэффициента пульсаций применяют сглаживающие фильтры (далее фильтры), которые включают между выпрямителем и активной нагрузкой. В зависимости от назначения электронной схемы коэффициент пульсаций напряжения питания не может превышать определенных величин. В частности, для усилительных каскадов он должен быть не более 10-4-10-5 , а для автогенераторов — 10-5 -10-6 и ниже.
В основу сглаживающих фильтров заложены реактивные элементы — конденсаторы и дроссели, представляющие соответственно малое и большое сопротивления для переменного тока, и наоборот, большое и малое сопротивления для постоянного тока. При этом конденсаторы включаются в источниках питания параллельно нагрузке Rн (как в AM-детекторе), а дроссели — последовательно с ней. Очень часто в источниках питания применяют четыре основных вида сглаживающих фильтров (рис. 9.4): емкостной, индуктивный, Г-образный и П-образный LC-фильтры.
Эффективность действия сглаживающего фильтра оценивают коэффициентом сглаживания.
а) б) в) г)
Рис. 9.4. Сглаживающие фильтры: а — емкостной; б— индуктивный; в — Г-образный LС-фильтр; г — П-образный LC-фильтр
Управляемые (регулируемые) выпрямители
В последние годы в источниках вторичного питания применяют управляемые (регулируемые) выпрямители, содержащие управляемые вентили и позволяющие регулировать в широких пределах выпрямленное напряжение или ток. Как правило, управляемые выпрямители относятся к мощным преобразователям электрической энергии, и в них чаще всего используются три-нисторы (тиристоры).
На рис. 9.8 представлены соответственно схема включения (отметим, что потенциал питания — Еа, как и в транзисторных схемах, обозначают корпусом — землей) и ВАХ тринистора.
Не вдаваясь в подробности описания этих активных элементов, кратко напомним, что тринистор — полупроводниковый прибор, имеющий два устойчивых электронных состояния — включено — выключено. Тринистор содержит три вывода: катод, анод и управляющий электрод.
Регулировку тока, протекающего через тринистор и нагрузку, осуществляют с помощью цепи управления. Если ток в цепи управления Iу0 = 0 (рис. 9.8, л и б), то включение тринистора происходит при анодном напряжении Ua ≥ Uвкл называемом напряжением включения. Это напряжение достаточно велико (десятки вольт), и его можно снизить путем подачи в цепь управления импульса тока управления Iу > Iу0, влияние величины которого на работу тринистора видно из его вольт-амперной характеристики на рис. 9.8, б.
Рис. 9.8. Тринистор: а — схема включения; б — ВАХ
Величина падения напряжения на открытом и насыщенном тринисторе ∆Uа = 0,5...1,5 В; ток насыщения при этом Iа = Iан. Выключается тринистор путем снижения анодного тока Iа до величины, меньшей тока удержания Iуд, или подачей на него обратного напряжения.
На рис. 9.9 показаны схема управляемого выпрямителя с активной нагрузкой Rн и временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип его действия.
Тринисторы VS1 и VS2 в схеме (см. рис. 9.9, а) открываются поочередно при поступлении на их управляющие электроды импульсов управления с блока управления (БУ). Временное положение импульсов управления Uy1 и Uy2 по отношению к фазным напряжениям еа и ев определяется углом управления (регулирования) а (см. рис. 9.9, б, в). Угол управления α соответствует задержке по фазе момента включения тринистора относительно естественного момента открывания выпрямительного диода, если он включен в схему вместо тринистора. При угле α = 0 управляемый выпрямитель становится неуправляемым. Тринистор VS1 включается в момент времени, когда фазовый угол v = α, и в момент времени, соответствующий углу v = π, выключается. На этом интервале к нагрузке Rн практически напрямую подключается фазное напряжение еа, и через нее протекает ток i1. Тринистор VS2 проводит ток на интервале (π + α)...2π, подключая к нагрузке Rн фазное напряжение еb,. Выпрямленный ток iн на активной нагрузке RH имеет ту же форму, что и напряжение uн (см. рис. 9.9, г).
Управляемые выпрямители характеризуются рядом специфических показателей. Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения Uнα от угла управления а называется регулировочной характеристикой и описывается формулой:
о
б)в)
Рис. 9.9. Однофазный управляемый выпрямитель: а — схема; б — г — временные диаграммы
практически
Управляемые
π √2 E2 1 + cos α
Uнα = 1/π ∫Em sinvdv =───── (l + cos α) = U н ───── (9.13)
α π 2
где Uн = 2 √2 E2/π — среднее значение выпрямленного напряжения при угле управления α= 0.
Итак, изменяя угол управления а от 0° до 180°, можно регулировать амплитуду напряжения на входе выпрямителя от номинального Uн до нулевого.
9.4. ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Глобальная микроминиатюризация радиоэлектронных устройств привела к необходимости создания источников питания, построенных по нетрадиционной схеме. Основным ограничением для традиционных схем источников питания являются масса и габариты сетевого трансформатора. Существенно уменьшить объем источников питания позволяет повышение частоты питающего переменного напряжения. Поскольку частоту сети изменить невозможно, то современные источники питания создают по схеме выпрямителей с бестрансформаторным входом и дальнейшим (часто многократным) преобразованием постоянного напряжения.
В схемах источников питания с преобразованием постоянного напряжения одного уровня в другой основной элемент — инвертор, являющийся высокочастотным (частота — десятки килогерц) автогенератором с внешним возбуждением или самовозбуждением. Теоретически такой автогенератор должен вырабатывать переменное напряжение меандровой формы.
Классическая схема инвертора напряжения с самовозбуждением (другие названия: автогенератор с индуктивной обратной связью и насыщающимся сердечником — генератор Ройера, двухтактный блокинг-генератор, мультивибратор с трансформаторным выходом) содержит двухтактный ключевой усилитель с трансформаторным выходом, взаимно охваченный парой идентичных цепей положительной обратной связи (рис. 9.18, а). Ключевой усилитель выполнен на транзисторах VT1 и VT2, а в качестве цепей ПОС используются базовые обмотки W1 и W2 силового насыщающегося трансформатора Т, являющегося общим накопителем энергии (см. рис. 6.17) для обоих плеч автогенератора. Материал магнитопровода (сердечника) трансформатора имеет близкую к прямоугольной характеристику насыщения — петлю гистерезиса, или петлю намагничивания (рис. 9.18, б: Bs — магнитная индукция насыщения магнитопровода силового трансформатора, Н — напряженность магнитного поля).