Лабораторная работа(импульсный стабилизатор)












Лабораторная работа №3.
Исследование импульсного стабилизатора.























Москва 2011
Цель работы.

Исследовать основные принципы работы стабилизатора напряжения с импульсным регулированием.

План работы и задание.

При подготовке к выполнению работы:
Ознакомиться с краткой теорией работы импульсных стабилизаторов напряжения, приведённой в данном описании.
Ознакомиться с лабораторного макетом, измерительными приборами и порядком выполнения работы.
В процессе выполнения работы:
Снять осциллограммы в характерных точках макета.
Исследовать влияние сопротивления нагрузки и скважности управляющих импульсов на работу источника. Построить графики зависимостей.
Исследовать зависимость выходного напряжения от входного.

3. Краткое изложение теории.

При создании источников электропитания радиоаппаратуры стабильное выходное напряжение получают путем применения схем автоматического регулирования, которые можно подразделить на две категории: параметрические (линейные) и импульсные. У обоих вариантов имеются свои преимущества и области применения. Импульсные стабилизаторы более сложные, но обладают высоким КПД и имеют большой диапазон регулирования. Параметрические стабилизаторы проще, имеют низкий уровень пульсаций выходного напряжения, но большие относительные потери.
Стабилизаторы напряжения с импульсным регулированием (СНИР) используют накопление энергии в реактивных элементах: емкостях и индуктивностях, благодаря чему регулирование осуществляется с минимальными потерями на активных элементах.
Изучению одного из видов СНИР посвящена данная лабораторная работа, схема его силовой части (элемента регулирования) приведена на рис.1. Данное схемотехническое решение применимо, когда необходимо получить стабилизированное напряжение ниже входного нестабилизированного.

Рис. 1 Принципиальная схема силовой части СНИР

Работа данного элемента регулирования основана на инерционных свойствах индуктивности. В процессе работы транзисторный ключ открывается и закрывается с частотой несколько десятков кГц. Частота и длительность импульсов, открывающих силовой ключ, выполненный на полевом транзисторе с изолированным затвором, задаются схемой обеспечивающей поддержание заданного выходного напряжения.
При открытии транзисторного ключа схема потребляет мощность от нестабилизированного источника питания, обозначенного на схеме +Uвх. Пока транзистор открыт, через него и дроссель L, протекает ток, часть которого протекает через нагрузку Rнагр, а часть этого тока заряжает конденсатор С. В установившемся режиме напряжение на конденсаторе С является постоянным и равно напряжению на нагрузке, а средний ток нагрузки равен среднему току через дроссель.
Работа дросселя в этой схеме состоит в следующем: в тот период времени, когда открыт транзисторный ключ, ток дросселя IL увеличивается по линейному закону, при этом к дросселю приложено положительное напряжение UL равное разности напряжений Uвх и Uнагр. Изменение тока дросселя описывается следующим уравнением:

, (1)

где iL – ток в индуктивности, L – индуктивность, UL – напряжение на индуктивности.

Одновременно в дросселе запасается энергия W = LI2 / 2, которая после закрытия транзисторного ключа через диод также передается в нагрузку. Эта энергия не должна превышать энергию насыщения сердечника дросселя. Поэтому время разгона тока не может быть бесконечно увеличено.
На рис.2 приведены диаграммы тока и напряжения дросселя в процессе работы.


где t – время работы с открытым транзистором
Рис. 2. Зависимость тока и напряжения в дросселе от t и T.

Из рис.2. видно, что в период времени t к дросселю приложено положительное напряжение, которое обеспечивает увеличение через него тока. При закрытом ключе напряжение на дросселе становится отрицательным и в этот период энергия, запасенная в дросселе, передается в нагрузку. На графике изображен случай, когда выходное напряжение имеет величину меньше половины входного. Для этого случая, напряжение, приложенное к дросселю в период времени t больше по абсолютной величине напряжения того периода, когда дроссель отдает, запасенную энергию. Этот факт отражается на диаграмме тока: с
·корость роста тока больше скорости его снижения.
Если соотношения напряжений будут другими, то на диаграмме напряжений должно быть изменено соотношение T/t, а на диаграмме тока изменятся углы наклона отрезков, изображающих рост и уменьшение тока.
Для осуществления управления выходным напряжением, схема управления должна обеспечивать изменение скважности импульсов управления транзистором.

4. Описание лабораторного макета.

Лабораторный макет (стенд), изображённый на рисунке 3, содержит в своем составе 2 мультиметра, которые позволяют измерять входное напряжение, выходное напряжение и ток нагрузки (один из мультиметров переключается из режима измерения входного напряжения в режим измерения выходного напряжения тумблером «Uвх/Uвых»). Для измерения остальных параметров на внешней панели предусмотрены контрольные клеммы для подключения осциллографа. Подключение осциллографа к тем или иным точкам макета осуществляется с помощью соединительных шнуров. Эти клеммы позволяют снимать напряжения в точках а, б, в (см. рис.1), управляющих импульсов на транзисторе и ток через транзистор.

Рис. 3. Внешняя панель стенда

Регулятором «Uвх» регулируется входное напряжение источника. Оно измеряется вольтметром на панели стенда при переключении переключателя Uвх / Uвых в положение Uвх. Сопротивление нагрузки изменяется регулятором «R нагрузки», скважность импульсов управляется регулятором «t / T»

Рис. 4. Соответствие контрольных точек схемы.

Между выводом (1) и (2) подключен резистор 1 Ом для измерения тока транзистора, вывод (3) соединён со стоком транзистора, (4) – точка (Uвх - Uвых), (5) – точка Uвх.

5. Указания к выполнению работы.

Включить стенд при помощи переключателя «Вкл.» и убедиться, что светодиод «Сеть» загорелся.
В процессе работы необходимо снять осциллограммы напряжения на затворе транзистора, тока транзистора, напряжения на дросселе в одном масштабе времени. Снятие этих характеристик осуществляется путём подключения осциллографа к соответствующим выводам лабораторной установки (соответствие выводов принципиальной электрической схеме изображено на рисунке 4).
Для построения графика зависимости выходного напряжения от скважности импульсов необходимо установить входное напряжение и сопротивление нагрузки на фиксированные значение. После этого, изменяя скважность импульсов и замеряя это отношение осциллографом, фиксировать выходное напряжение и заносить результаты в таблицу 1. Снять не менее 5 точек. Построить график.

Измерение №
Uвых, В
T, с
t, с
T / t

1





2





3





4





5





Таблица 1

Для снятия зависимости напряжения выхода от сопротивления нагрузки требуется зафиксировать скважность импульсов и входное напряжение. Uвых измеряется мультиметром, а сопротивление нагрузки определяется по закону Ома исходя из Uвых и тока нагрузки (Rнагрузки = Uвых / Iнагр). Снять не менее 5 точек и занести результаты в таблицу 2, после чего построить график.

Измерение №
Uвых, В
Iнагр, А
R

1




2




3




4




5




Таблица 2

6. Указания к составлению отчёта.

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:
Принципиальную схему установки.
Краткое изложение теории в виде основных понятий и формул.
Результаты измерений и расчётов в виде таблиц, графиков и осциллограмм.
Краткий анализ проведённых исследований и выводы.

7. Контрольные вопросы.

Принцип работы стабилизаторов с импульсным регулированием.
Влияние отношения t / T на выходное напряжение.
Как параметры дросселя влияют на выходное напряжение?
Зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки.

Список литературы.

«Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы», И.М. Готтлиб, Москва: Постмаркет, 2000.





13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415



Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 12240362
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий