Исследование регулятора напряжения понижающего типа

Схема понижающего регулятора напряжения (модель понижающего регулятора в формате EWB) представлена на рисунке 8.5. Она позволяет исследовать регулятор в установившемся режиме.

Схема содержит следующие элементы:

– источник входного напряжения постоянного тока U1;

– генератор прямоугольных сигналов 0,1 МГц (Т = 10мкс), 10В (схема управления);

– силовая часть: регулирующий транзистор VT1, обратный диод VD1, накопительная индуктивность L1 и конденсатор фильтра C1;

– нагрузочный реостат RН;

– резистор R5 отражает потери в дросселе L1;

– резисторы R3 и R4, предназначены для измерения тока ключа VT1 и тока дросселя L1, соответственно;

– переключатели S1, S2 обеспечивают просмотр напряжения и тока ключа VT1, тока дросселя L1 и напряжения на нагрузке;

– двухлучевой осциллограф и ампер– вольтметры.

 

 

Рисунок 8.5 – Модель понижающего регулятора напряжения

(Файл ИРНпониж)

 

Нагрузочный реостат RН управляется клавишей R на 10% при каждом нажатии, для движения в противоположную сторону используется комбинация Shift+R.

Коммутация ключей S1 и S2 выполняется нажатием клавиш 1 и 2, соответственно (не мышкой!). При правом положении ключа S1 наблюдается форма напряжения на ключе VT1, в левом положении – форма тока через ключ. Для просмотра тока необходимо повысить чувствительность осциллографа по каналу A (кнопки mV/div в зависимости от величины тока вашего варианта). Аналогично, при правом положении ключа S2 наблюдается форма напряжения на нагрузке, а при левом положении – форма тока дросселя. Для просмотра тока необходимо повысить чувствительность осциллографа по каналу В (кнопки mV/div в зависимости от величины тока дросселя).

Вольтметр U0 служит для измерения постоянной составляющей выходного напряжения регулятора (вольтметр должен иметь опцию DC, рисунок 8.6).

Рисунок 8.6 – Окно вольтметра

 

Вольтметр U2 служит для измерения действующего значения переменной составляющей (опция – AC).

 

1 Выпишите в соответствии со своим вариантом задания (номером бригады) исходные данные из таблицы 8.1. Установите уровень входного напряжения U1 и сопротивление нагрузки RH.

Таблица 8.1 – Варианты задания

 

Номер бригады
U1, В
RH, Ом

 

2 Установите S1 и S2 в правое положение, реостат RH – 50%, коэффициент заполнения импульсов универсального генератора (Duty cycle) g = 50%. Амперметр I1 должен иметь внутреннее сопротивление (R) 0,1 Ом. Сопротивление резистора R5 установите равным 0.05RH. Установите параметры накопительной индуктивности L1 (дросселя) для этого откройте окно параметров. Установите индуктивность 100 мкГн в опции Value. Перейдите в опцию Fault и введите сопротивление утечки 10 кОм, как показано на рисунке 8.7.

Рисунок 8.7 – Окно параметров дросселя

Двойным щелчком по значку «осциллограф» откройте его. Установите удобную развертку: 5 µ S/div; Y/T; Auto; 10…50 V/div (в обоих каналах) и начальное смещение уровня сигнала Y position равное 0,00, входы каналов открытые (DC).

3 Переведите выключатель в правом верхнем углу экрана в положение «1». Дождитесь окончания переходных процессов по числовым показаниям приборов и выключите схему. Зарисуйте синхронные формы напряжения на диоде и на нагрузке, запишите показания всех приборов.

4 Переведите S1 и S2 в левое положение (установите достаточную чувствительность в обоих каналах осциллографа). Переведите клавишу в правом верхнем углу экрана в положение «1». Дождитесь окончания переходных процессов и выключите схему. Зарисуйте синхронные осциллограммы тока ключа и дросселя.

Для снятия регулировочных характеристик подготовьте две таблицы 8.2.

 

Таблица 8.2 – Снятие регулировочных характеристик

g, %
U0, В	x	x	x	x	x	x	x
I0, A	x	x	x	x	x	x	x
U0/U1	р	а	с	ч	е	т	ы
	р	а	с	ч	е	т	ы

Снимите регулировочные характеристики регулятора U0/U1=f(g)для двух значений RH (20% и 100%).

Рассчитайте отношение сопротивления потерь дросселя к сопротивлению нагрузки .

6 Постройте экспериментальные (U0/U1=f(g)) и теоретические ( =f(g)) регулировочные характеристики для двух значений s на одном графике, сравните их и объясните расхождение.

7 Установите коэффициент заполнения импульсов универсального генератора (Duty cycle) g = 70%. Для снятия зависимостей характеристик регулятора от тока нагрузки подготовьте таблицу 8.3.

 

Таблица 8.3 – Снятие зависимостей характеристик регулятора от тока нагрузки

RН, %
I1, A	x	x	x	x	x	x
U0, В	x	x	x	x	x	x
I0, A	x	x	x	x	x	x
U2, B	x	x	x	x	x	x
KП2	р	а	с	ч	е	т
S	р	а	с	ч	е	т
h, %	р	а	с	ч	е	т
s	р	а	с	ч	е	т

С помощью клавиши «R» изменяйте сопротивление RН от 100% до 10% (для движения в обратную сторону используйте комбинацию Shift + R), заполните таблицу. Включайте схему только на время измерений!

Определите коэффициент сглаживания S фильтра L1C1 по первой гармонике, учитывая, что амплитуда первой гармоники на его входе связана с напряжением U1 и коэффициентом заполнения g выражением

.

Коэффициент пульсаций на входе равен , на выходе – . Коэффициент сглаживания пульсаций и КПД определяются выражениями, соответственно: , .

После выполнения расчетов постройте зависимости U₀, S и h от тока нагрузки I₀.

8 По проведенным измерениям п. 7 определите для каких значений тока дросселя выполняется условие непрерывности тока и совпадает ли это с теоретическим значением ().

Зарисуйте осциллограммы тока ключа и дросселя для крайних точек (10% и 100% RH).

 

Результаты работы

Подготовьте отчет по лабораторной работе.

8.4.1.2 Контрольные вопросы

 

1 Приведите функциональную схему понижающего регулятора напряжения. Объясните назначение основных узлов регулятора напряжения и в чем состоит сущность термина понижающий?

2 На какой элементной базе выполняются основные узлы понижающего регулятора напряжения?

3 В чем состоит принципиальное отличие понижающего от повышающего регулятора напряжения?

4 Чем объясняется более высокий кпд понижающих регуляторов по сравнению с другими?

5 Чем определяется качество регулирования напряжения в понижающих регуляторах напряжения?

8 Какой вид модуляции нашел наибольшее распространение в импульсных регуляторах понижающего типа и почему?

9 Сравните работу регулятора при непрерывном и прерывистом токе дросселя.