Тема 16. Источники вторичного питания. Генераторы.

 

 

Вторичные источники электрического питания необходимы для непосредственного электрического питания электронных устройств и должны обеспечивать устройства напряжением с заданными характеристиками. Эти источники питания получают электрическую энергию от первичных источников (генераторов, аккумуляторов), т.к. питать электронные устройства от первичных источников нельзя. Это связано с тем, что выходное напряжение первичных источников не поддаётся регулировке и наблюдается их недостаточная стабильность. Источники вторичного питания (ИВП) выполняются отдельными блоками или могут входить в состав различных электронных устройств. ИВП разделяется на две группы: 1. инверторные, которые превращают напряжение переменного тока в постоянный ток с помощью выпрямителей и электронные генераторы, которые превращают постоянное напряжение в переменное, для питания электродвигателя; 2. конверторные, которые превращают одно напряжение в другое. (например, трансформатор). Выпрямители - это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Структурную схему источников электропитания можно представить в следующем порядке: трансформатор, который соединяется с выпрямляющим устройством (ВУ) (полупроводниковые приборы, обладающие односторонней проводимостью – диоды, транзисторы, триггеры), далее ВУ соединяют с фильтрующим устройством (ФУ),которое соединяют со стабилизатором напряжения (СН), и с СН уже снимают напряжение, необходимое для питания электронных устройств. ФУ предназначено для ослабления пульсаций выходного напряжения и в качестве такого устройства используют фильтры нижних частот. СН в структурной схеме источников электропитания уменьшает влияние внешних воздействий (изменение напряжения питающей электрической сети, изменения нагрузки и др. – на выходное напряжение выпрямителя).

Выпрямители. По качеству выпрямительных волн выпрямители делятся на однополупериодные и двухполупериодные, а по числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трёхфазные, шестифазные выпрямители.

1. Однофазный однополупериодный выпрямитель (рисю 15-22)

Рис. 15-22. Схема однофазного выпрямителя.

 

Этот выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну, от источника напряжения. (рис. 15-23)

Рис. 15-23.Ооднополупериодное выпрямление.

2. Двухфазный двухполупериодный выпрямитель (рис. 15-24).

Рис. 15-24. Схема двухфазного двухполупериодного выпрямителя.

Этот выпрямитель представляет собой параллельное соединение двух однофазных однополупериодных выпрямителей и на выходе пропускается две полуволны (рис. 15-25).

Рис. 15-25. Двухполупериодное выпрямление.

Двухфазный двухполупериодный выпрямитель обычно называют выпрямителем со средней точкой вторичной обмотки трансформатора.

Сглаживающие электрические фильтры. Напряжение после выпрямления имеет значительную пульсацию. Для сглаживания пульсации напряжения применяются сглаживающие фильтры. Рассмотрим работу ёмкостного сглаживающего электрического фильтра, схема которого представлена на рис.1 5-26.

Рис. 15-26. Схема ёмкостного сглаживающего электрического фильтра.

Конденсатор Сф заряжается через VD до амплитудного значения напряжения U1 в те отрезки времени, при которых напряжение U1 во вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на Сф. В том случае когда Uс>U1 VD закрывается и конденсатор разряжается через Rн и тогда Uвых не уменьшается до минимума во вторую половину периода, а увеличивает усреднённое значение выпрямлённого напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем без сглаживающего электрического фильтра.

Действие индуктивного сглаживающего фильтра (рис. 15-27) основано на следующем: сопротивление индуктивности постоянному электрическому току незначительно, а сопротивление переменному току –велико, и поэтому падение напряжения на сопротивлении нагрузки от переменной составляющей уменьшается и как следствие, снижается пульсация выпрямленного напряжения.

Рис. 15-27. Схема индуктивного сглаживающего электрического фильтра.

Следует знать, что электрические фильтры построенные на пассивных элементах целесообразно применять на частотах выше десятков килогерц до единицы милигерц обычно применяют активные фильтры.

Стабилизаторы напряжения постоянного тока STU (эталонное напряжение). Напряжение источников электрического питания электронных устройств обычно изменяются при колебаниях напряжения сети переменного тока. Также напряжение источников может изменяться в зависимости от колебаний силы тока, потребляемой электронными устройствами.

Для стабилизации напряжения источников электропитания применяются стабилизаторы напряжения. Обычно в схемах такой стабилизации используют полупроводниковый стабилитрон, который работает в режиме лавинного пробоя. Условное обозначение стабилитрона в электрических схемах:

 

Как показывает ВАХ стабилитрона (рис. 15-28) в области напряжения пробоя стабилитрона незначительно изменяется при значительных изменениях тока стабилизации и это позволяет применять стабилитрон в качестве источников опорного напряжения, которое должно оставаться неизменным.

Рис. 15-28. Вольтамперная характеристика стабилитрона.

Для стабилизации напряжения (получение эталонного напряжения) применяют электронную схему стабилитрона изображённую на рис. 15-29.

Рис.1 5-29. Схема включения стабилитрона.

 

 

 

 

Для того, чтобы исключить тепловой пробой стабилитрона включают в схему (рис 5-8) сопротивления R, которое ограничивает ток стабилитрона. (обратный ток «p-n» структуры стабилитрона). Дифференциальное сопротивление стабилитрона

Как показывают расчеты при R>>r диф стабилизация становится лучше, если больше отноение R0/rдиф.

 

 

Основная литература:

 

- А.С. Касаткин, М.В.Немцов / Электротехника / М., Академия 2005 / Гл. 1,2,3,4,5,7,8,9,12.

- В.Н. Бойко / Схемотехника / С.-п. «бхв-петербург» 2004 / Гл. 2,4,5,6,12.

- В.И. Лачин, Н.С.Савелов/Электроника/Ростов на дону, 2004/ Гл.1,2,3,4,5,6,7, 8,10.

- И.И. Иванов, Г.И.Соловьев, В.С.Равдоник/Электротехника / С.-п. ЛАНЬ 2004/ Гл.1,2,3,4,5,6,7,8,10,11,12,13.

- В.А. Прянишников / Электроника / С.-п., Корона, М.Бином-пресс, 2006 / Гл.2,3,4,5,7,8,12,13,15 разд.6,7.

- В.В. Кононеко, В.И. Муханов, В.Ф. Планидин, П.М. Цеголин / Электротехника и электроника / Ростов-на-Дону / Феникс, 2004 / Стр. 1-736.

 

Дополнительная литература:

 

- А.А. Щука / Электроника / С.-п. ”бхв-петербург”, 2005 / Ч.2, гл.1,2,3,4, 6,7,8,9, 10,12.

- Е.А. Лоторейчук / Теоретические основы электроники / М., Форум-инфра-м, 2004/Гл.1,2,3,4,5,6,7,9,10,12,16,17,18,20.

- В.И. Карлащук / Электронная лаборатория на IBM PC / М., солон-пресс, 2004 / Гл.3,4,5,6,7,8,9,10.

- А.Г. Морозов / Электротехника электроника и импульсная техника / М., Высшая школа 1987 / Гл. 1,2,3,4,5,6,7,9,10,11,12,13,14. (книга содержит базовую информацию по курсу «Электротехника и электроника» и не переиздавалась с 1987 года).

- Ч.П. Копылов / Электрические машины / М. Высшая школа, 2002 / Стр. 1-609.

 

INTERNET - РЕСУРСЫ.

(Перечень адресов интернет-ресурсов с кратким описанием)

- http://ktf.krk.ru/courses/foet/ (Сайт содержит информацию по разделу «Электроника»)

- http://www.college.ru/enportal/physics/content/chapter4/section/paragraph8/theory.html (Сайт содержит информацию по теме «Электрические цепи постоянного тока»)

- http://elib.ispu.ru/library/electro1/index.htm (Сайт содержит э лектронный учебник по курсу «Общая Электротехника»)

- http://ftemk.mpei.ac.ru/elpro/ ( Сайт содержит э лектронный справочник по направлению "Электротехника, электромеханика и электротехнологии").

- http://www.toe.stf.mrsu.ru/demoversia/book/index.htm (Сайт содержит электронный учебник по курсу «Электроника и схемотехника»)