Далее значение UГЛИН периодически изменяется от –0,79 В до 3,2 В, а UОС от –2,32 В до 4,31 В

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

 

26.1. Перечислите возможные режимы работы мультивибраторов. Назовите их отличительные признаки.

26.2. Приведите схему мультивибратора на ОУ в автоколебательном режиме. Назовите функциональные узлы, которые входят в состав схемы.

26.3. В схеме рис. 26.1, а R₁ = R₄ = 1 кОм, R₂ = R₃ = 2 кОм, С = 0,1·10-6 Ф. Определите τ_и, τ_п, Т, Q, F.

26.4. Определите R₄, при котором мультивибратор, по условию задачи 26.3, будет генерировать импульсы с частотой F = 2 кГц.

26.5. Измените схему рис. 26.1, а так, чтобы она позволяла регулировать скважность импульсов при неизменной частоте.

26.6. Какое значение имеет длительность входного импульса для схемы рис. 26.2, а?

26.7. Чем определяется устойчивость исходного состояния мультивибратора по схеме рис. 26.2, а?

26.8. Можно ли для запуска ждущего мультивибратора по схеме рис. 26.2, а использовать отрицательные импульсы?

26.9. Какой из резисторов цепи обратной связи в схеме рис. 26.2, а больше влияет на длительность этапа восстановления?

26.10. Как влияет на отношение τ_и / τ_п увеличение R₄?

26.11. Какой из параметров ОУ позволяет построить на его основе интегратор?

26.12. Как изменится график выходного напряжения ГЛИН в ждущем режиме, если Е₀ изменит знак?

26.13. Как необходимо изменить значения R₃ и R₄ в схеме рис. 26.4, а для увеличения U_ГЛИН?

 

 

ЛЕКЦИЯ 27. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ

 

Основным источником электрической энергии в настоящее время являются электрические сети. Значительно реже применяются химические, термоэлектрические, фотоэлектрические и др. источники. Все названные источники электрической энергии принято называть первичными. Общей особенностью первичных источников является низкое качество напряжения, невозможность его регулирования. Например, промышленная сеть выдает напряжение переменного тока частотой 50 Гц с номинальными значениями 220, 380 В. В зависимости от нагрузки сети величина напряжения может изменяться в некоторых пределах.

Одной из особенностей электронных схем является требование к высокому качеству напряжения питания. Как правило, это должно быть напряжение высокой стабильности, с несколькими, значительно отличающимися между собой, номинальными значениями. В силу такой особенности каждое электронное устройство снабжается собственным источником питания, который принято называть вторичным (ВИП). В лекции рассматриваются основные параметры, классификация и принципы построения ВИП.

 

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВТОРИЧНЫХ

ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

 

Большое многообразие ВИП классифицируют по ряду признаков.

1. По виду первичного источника питания ВИП разделяют на

– инверторные ВИП;

– конверторные ВИП.

Инверторные ВИП предназначены для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока или наоборот. Обычно это выпрямитель, значительно реже – генератор.

Конверторные ВИП изменяют величину входного напряжения. К ним относятся трансформаторы, стабилизаторы напряжения др. подобные устройства.

2. По принципу действия ВИП разделяют на две группы:

– трансформаторные ВИП:

– бестрансформаторные ВИП.

3. По количеству уровней выходных напряжений различают

– одноканальные ВИП;

– многоканальные.

4. По выходной мощности ВИП делят на

– микромощные (до 1 Вт);

– маломощные (от 1 до 100 Вт);

– средней мощности (от 100Вт до 10 кВт);

– мощные (более 10 кВт).

Для качественной и количественной оценки ВИП определены их входные, выходные и эксплуатационные характеристики. Раскроем каждую из названных групп.

Входные характеристики:

– значение и вид напряжения первичного источника питания;

– допустимая нестабильность питающего напряжения δ_Uс = ∆U_с / U_с;

– частота питающего напряжения;

– количество фаз первичного источника питания;

– допустимый коэффициент гармоник питающего напряжения.

Выходные характеристики:

– значения выходных напряжений;

– допустимая нестабильность выходных напряжений δ_Uвых = ∆U_вых / U_вых;

– ток нагрузки и выходную мощность.

Эксплуатационные характеристики:

– диапазон рабочих температур;

– допустимая относительная влажность;

– диапазон допустимых давлений окружающей атмосферы;

– допустимые механические нагрузки др.

В общем случае структура ВИП может содержать силовой трансформатор, вентильный блок, сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения. В таком составе схему часто называют выпрямителем источника питания. Кратко определим назначение функциональных узлов выпрямителя.

Трансформатор (понижающий или повышающий) преобразует напряжение сети и обеспечивает гальваническую развязку между нагрузкой и силовой сетью.

Вентильный блок предназначен для преобразования переменного тока в ток одного направления. В качестве вентилей, как правило, используются диоды, тиристоры или транзисторы. Если в состав вентильного блока входят только диоды, то выпрямитель неуправляемый. Применение тиристоров или транзисторов позволяет создавать управляемые выпрямители. В этом случае в состав схемы выпрямителя должно входить устройство управления.

Сглаживающий фильтр предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного тока (напряжения). Как правило, это ФНЧ, выполненный на R, L и С элементах.

Стабилизатор напряжения предназначен для устранения оставшихся после сглаживающего фильтра пульсаций, для уменьшения влияния дестабилизирующих факторов (случайные колебания напряжения сети, изменения нагрузки, температуры окружающей среды и др.).

Обязательным функциональным узлом выпрямителей является вентильный блок. Остальные функциональные узлы входят в состав схемы в зависимости от назначения и от требований к параметрам выпрямителя. Кроме рассмотренных функциональных узлов, схема может дополняться вспомогательными элементами и узлами контроля, автоматики, защиты и т. п.

Большое разнообразие выпрямителей разделяют по ряду признаков.

1. По числу фаз силовой сети различают:

– однофазные выпрямители;

– многофазные выпрямители.

2. По количеству выпрямленных полуволн напряжения выпрямители делятся на

– однополупериодные;

– двухполупериодные.

3. По схеме вентильного блока различают выпрямители:

– однотактные;

– двухтактные (мостовые).

Ток вторичной обмотки однотактных выпрямителей протекает в одном направлении. В двухтактных выпрямителях ток вторичной обмотки трансформатора протекает в двух направлениях.

 

2. ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ТОКА

2.1 Однофазные выпрямители

Схема простейшего однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 27.1, а. На рис. 27.1, б приведены соответствующие этой схеме временные диаграммы напряжения и тока.

В состав схемы входят: источник (вторичная обмотка трансформатора) синусоидального напряжения , выпрямительный диод D и нагрузка . При анализе работы схемы будем полагать, что сопротивление диода в прямом направлении равно нулю, а в обратном – бесконечности. При таких допущениях через нагрузку протекает несинусоидальный периодический ток, в виде полуволн синусоиды:

Этот ток создает на сопротивлении падение напряжения в виде периодических пульсаций. С учетом принятых допущений амплитудное значение пульсаций U_m.п равно амплитудному значению входного напряжения U_m (рис. 27.1, в). Во время отрицательного полупериода входного напряжения все напряжение источника падает на бесконечно большом сопротивлении диода. Такое падение напряжения называют обратным напряжением диода U_m.обр.

Рис. 27.1, в наглядно показывает, что период пульсаций выпрямленного напряжения Т_п равен периоду входного напряжения. Значит, и частота пульсаций равна частоте входного напряжения f, а кратность пульсаций

. (27.1)

Определим интегральные параметры выпрямителя. Средние и действующие значения тока и напряжения определим известными по лекции 2 выражениями:

, (27.2)

, (27.3)

, (27.4)

. (27.5)

Для оценки качества выпрямленного напряжения применяют специальный параметр – коэффициент пульсаций К_п. Он определяется отношением амплитудного значения первой гармоники выпрямленного напряжения (пульсаций) – к среднему значению выпрямленного напряжения – , т.е.

. (27.6)

Разложение в ряд Фурье функции, представленной рис.27.1, в имеет вид:

.

В этом разложении постоянная составляющая - среднее значение выпрямленного напряжения, а амплитуда первой гармоники

.

Следовательно,

. (27.7)

Достоинство схемы – простота. Недостатки – малые значения среднего и действующего токов и напряжений, большое значение пульсаций - К_п = 1,57.

Значительно лучшими параметрами обладает однофазная нулевая схема выпрямления, разработанная в 1901 г. академиком Миткевичем (рис. 27.2, а). Схема включает источник синусоидального напряжения, трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки, два диода и сопротивление нагрузки - R_H. Сопротивление нагрузки включено между катодами диодов и средней точкой вторичной обмотки трансформатора.

Пусть на интервале времени от 0 до Т /2 (рис.27.2, б) полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора u_вх(t) такая, как показано на рис.27.2, а. В этом случае к диоду D1 приложено прямое напряжение, а к диоду D2 - обратное. В цепи вторичной обмотки потечет ток i ₁ от точки 1, через диод D1, сопротивление R_H к средней точке вторичной обмотки. Этот ток создаст падение напряжения (пульсацию) на интервале положительного полупериода входного напряжения.

На интервале от Т /2 до Т (отрицательный полупериод) полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора изменится на противоположную. Теперь к диоду D2 приложено прямое напряжение, а к диоду D1 – обратное. В цепи вторичной обмотки потечет ток i ₂ от точки 1^', через диод D2, сопротивление R_H к средней точке вторичной обмотки. Направление тока через R_H останется таким же как и во время положительного полупериода, поэтому этот ток создаст падение напряжения (пульсацию) на интервале отрицательного полупериода. Именно поэтому рассматриваемый выпрямитель часто называют двухполупериодным.

Рис.27.2, в наглядно показывает, что период пульсаций выпрямленного напряжения Т_п в два раза меньше периода входного напряжения. Следовательно,

; ,

, (27.8)

, (27.9)

, (27.10)

, (27.11)

, (27.12)

где .

Выражения показывают, что схема Миткевича имеет значительно лучшие параметры, чем однополупериодный выпрямитель. Однако применение трансформатора с выводом от средней точки вторичной обмотки не всегда приемлемо. Свободна от этого недостатка однофазная мостовая схема выпрямителя (рис.27.3). Схема включает в свой состав источник напряжения, трансформатор с напряжением вторичной обмотки u_вх (t), четыре диода и сопротивление нагрузки R_H, которое включено в диагональ моста.

Пусть во время положительного полупериода входного напряжения полярность контактов 1 – 1^' такая, как показано на рис. 27.3. В этом случае к диодам D1 и D4 приложено прямое напряжение, а к диодам D2 и D3 – обратное. В цепи выпрямителя потечет ток i₁ от контакта 1, через диод D1, сопротивление нагрузки R_H, диод D4, к контакту 1^'. Этот ток создаст на сопротивлении нагрузки падение напряжения (пульсацию) на интервале положительного полупериода входного напряжения (см.рис.27.2, в).

Во время отрицательного полупериода входного напряжения полярность контактов 1 – 1^' меняется на противоположную. Теперь прямое напряжение приложено к диодам D2 и D3, а обратное – к диодам D1 и D4. В цепи выпрямителя потечет ток i ₂ от контакта 1^', через диод D3, сопротивление нагрузки R_H, диод D2, к контакту 1. Видим, что направление тока через сопротивление R_H не изменилось. Значит, форма напряжения на сопротивлении R_H такая, как на рис.27.2, в, а параметры мостового выпрямителя такие же, как параметры схемы Миткевича. Однако в силу компактности именно однофазная мостовая схема получила широкое распространение.

Сопоставление параметров одно и двухполупериодных выпрямителей позволяет установить связь между значениями кратности пульсаций m и коэффициента пульсаций К_п. Так, для однополупериодного выпрямителя m = 1, а К_п = 1,57. Для двухполупериодного выпрямителя m = 2, а К_п = 0,67. Учитывая, что коэффициент пульсаций определяется средним значением выпрямленного напряжения U_0.вып, найдем зависимость . Для этого достаточно проинтегрировать мгновенное значение напряжения на нагрузке = U_m·cosω·t в пределах от - Т /2 m до Т /2 m (т.е. в пределах одной пульсации):

.

Заменим оператор интегрирования dt на dwt. Тогда период Т нужно заменить на 2 p.

Теперь

. (27.13)

Полученное решение показывает, что для увеличения среднего значения выпрямленного напряжения U_0.вып (а значит, для уменьшения К_п) нужно увеличивать кратность пульсаций m. Значение m > 2 можно получить в многофазных выпрямителях.

2.2. Трехфазные выпрямители

Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 27.4, а. На рис. 27.4, б приведены графики напряжений на входе и выходе выпрямителя. В состав схемы входят трехфазный трансформатор, три диода и сопротивление нагрузки R_н. Фазы первичной обмотки трансформатора могут включаться по схеме звезда или треугольник, а фазы вторичной обмотки – по схеме звезда. Каждая фаза вторичной обмотки трансформатора через соответствующий диод включена на общую нагрузку.

На рис. 27.4, б точками θ₁, θ₂, θ₃ обозначены моменты равенства напряжений двух соответствующих фаз вторичной обмотки трансформатора. Диод D1 открывается в момент θ₁, так как в этот момент потенциал его анода становится больше потенциала других диодов. Соответственно диод D2 откроется в момент θ₂, а диод D3 – в момент θ₃. Видим, что каждый диод открывается во время положительной полуволны своей фазы. Огибающая выпрямленного напряжения представляет три пульсации на интервале одного периода входного напряжения, т.е. m = 3.

Определим среднее значение выпрямленного напряжения в соответствии с (27.13). Для этого проинтегрируем напряжение на нагрузке на интервале одной пульсации, т. е. от – π / 3 до π / 3 (см. рис. 27.4, б):

. (27.14)

Амплитудное значение первой гармоники пульсаций U_m.п.1 ≈0,207·U_m.вх. Коэффициент пульсаций К_п = 0,25, что значительно меньше коэффициента пульсаций однофазного мостового выпрямителя.

Недостатки схемы – низкая эффективность использования трансформатора и повышенное обратное напряжение на диодах U_m.обр ≈ -2,1·U_m.вх.

Более эффективна мостовая схема трехфазного выпрямителя (рис.27.5, а). В этой схеме каждая пара диодов входит в состав двух мостов, поэтому шесть диодов образуют три мостовые схемы для трех фаз.

Графики напряжений на входе и выходе выпрямителя приведены на рис. 27.5, б. Огибающая выпрямленного напряжения содержит шесть пульсаций на интервале одного периода, т.е. m = 6, а

.

Амплитудное значение первой гармоники пульсаций U_m.п.1 ≈ 0,055·U_m. Коэффициент пульсаций, определяемый по (26.6) К_п = 0,057, что значительно меньше коэффициента пульсаций всех рассмотренных ранее схем.

Трехфазные мостовые выпрямители позволяют получить достаточно высокое качество выпрямленного напряжения при высокой мощности в нагрузке – порядка мегаватта. Однако в электротехнике и энергетике требуются выпрямители, мощность которых значительно (на несколько порядков) выше. Достигнуть больших мощностей при высоком качестве выпрямленного напряжения позволяют составные выпрямители. Схема одного из составных выпрямителей приведена на рис. 27.6.

В приведенной схеме вентильные комплекты двух мостовых трехфазных выпрямителей подключены к нагрузке последовательно, поэтому напряжение на нагрузке равно сумме напряжений двух мостов – U_0.вып = U_0.вып.1 + U_0.вып.2. Равенство средних значений выпрямленных напряжений U_0.вып.1 и U_0.вып.2 обеспечивается выбором числа витков вторичных обмоток, соединенных в звезду и треугольник.

Система вторичных напряжений а, в, с сдвинута относительно системы на угол 30°. При суммировании этих напряжений на нагрузке кратность пульсаций увеличивается в два раза (m= 12), а коэффициент пульсаций К_п = 0,014. Таким образом, схема рис. 27.6 позволяет увеличить максимально достижимую мощность и улучшить качество выпрямленного напряжения.

2.3. Управляемые выпрямители

Вентильный блок управляемых выпрямителей включает в свой состав тиристоры. Известно, что для включения тиристора необходимо подать на его анод положительное напряжение (положительную полуволну напряжения сети), а на управляющий электрод – сигнал управления i_у. Если сигнал управления совпадает с моментом перехода через нуль выпрямляемого напряжения (моментом естественного отпирания диода в неуправляемом выпрямителе), то среднее значение выпрямленного напряжения будет таким же, как и на выходе неуправляемого выпрямителя.

Если сигнал управления задержать относительно момента естественного отпирания, то тиристор откроется позже, напряжение на выходе выпрямителя уменьшится. В этом заключается суть управления. Количественно задержка управляющего сигнала относительно момента естественного отпирания оценивается углом сдвига по фазе α. Этот угол называется углом управления.

Схема управляемого нулевого выпрямителя приведена на рис. 27.7, а. На рис. 27 7, б приведены графики напряжений на входе и выходе выпрямителя, а также график тока сигнала управления при α = 30°.

На графиках моменты θ₁, θ₂ и θ₃ соответствуют точкам естественного отпирания вентилей. Если бы управляющий сигнал был подан на управляющие электроды тиристоров в эти моменты времени, то среднее значение выпрямленного напряжения выпрямителя определилось бы выражением (27.14). При задержке управляющего сигнала по фазе на угол α среднее значение выпрямленного напряжения уменьшится и будет определяться выражением

. (27.15)

Из (27.15) очевидно, что, изменяя угол управления α, можно изменять среднее значение выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя. При α > 30° в кривой U_Rн(t) появятся отрицательные участки, а при α = π U_0вып= 0.

 

3. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

 

Анализ работы рассмотренных схем выпрямителей показал, что напряжение на их выходе не постоянное, а пульсирующее. Применять такое напряжение непосредственно для питания электронных устройств нельзя. Существенно снизить уровень пульсаций позволяют сглаживающие фильтры. В основу их построения положено применение реактивных элементов – индуктивностей и емкостей.

Пульсирующее напряжение на выходе выпрямителей всегда описывается периодической функцией. Разложение такой функции в ряд Фурье содержит постоянную составляющую (среднее значение выпрямленного напряжения) и совокупность гармоник. Идеальный сглаживающий фильтр должен беспрепятственно пропускать в нагрузку постоянную составляющую и не пропускать гармоники пульсаций. Для решения этой задачи и используются свойства реактивных элементов.

Известно, что сопротивление индуктивности пропорционально частоте. Это значит, что для постоянной составляющей сопротивление идеальной индуктивности равно нулю, а для гармоник оно тем больше, чем выше номер гармоники. Поэтому индуктивность полезно включать последовательно нагрузке (рис. 27.8, а).

Сопротивление емкости обратно пропорционально частоте. Для постоянной составляющей это сопротивление бесконечно велико, а для гармоник мало, и тем меньше, чем выше номер гармоники. Поэтому емкость полезно включать параллельно нагрузке (рис. 27.8, б). Для повышения качества фильтрации применяются комбинированные LC фильтры, например, как на рис. 27.8, в.

Количественной оценкой качества сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания S, определяемый отношением коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра:

, (27.16)

где U_m.п.н – амплитудное значение первой гармоники пульсаций в нагрузке (на выходе фильтра), U_0.н – среднее напряжение в нагрузке.

Рассмотрим принцип работы простейшего емкостного фильтра, сглаживающего пульсации однополупериодного выпрямителя (рис. 27.9, а).

Собственно выпрямитель (диод D и сопротивление R_H) формирует пульсации напряжения с периодом Т_п и амплитудным значением U_m (пунктир на рис. 27.9, б). При включении емкостного фильтра форма выходного напряжения изменяется (сплошная линия на графике рис. 27.9, б). Рассмотрим процесс формирования напряжения на выходе фильтра подробнее.

 

Сопротивление емкости переменному току значительно меньше сопротивления нагрузки , потому прямой ток диода на интервале пульсации протекает через конденсатор С_ф, заряжая его до напряжения, близкого к U_m. При уменьшении напряжения пульсации диод закрывается. Его сопротивление становится значительно больше R_H. Поэтому емкость С_ф начинает разряжаться через R_H, а напряжение на ее обкладках уменьшается по экспоненциальному закону:

,

где - постоянная фильтра.

В конце периода пульсаций, когда t = T_п, напряжение на выходе фильтра станет равным

.

Разность U_m – u_Cф(Т_п) = 2·∆U определяет амплитудное значение пульсаций на выходе фильтра, причем,

.

Очевидно, что, чем больше t_ф, тем меньше амплитуда пульсаций 2·∆U. Реальные фильтры имеют . При малом значении показателя экспоненты разность

,

поэтому

.

Среднее значение напряжения на выходе фильтра (на нагрузке) определим как разность т.е.

. (27.17)

Таким образом, рис. 27.9, б и полученные выражения показывают, что величина пульсаций на выходе фильтра уменьшилась до значения 2D U. Частота пульсаций осталась прежней . Поэтому огибающая выходного напряжения теперь совпадает максимумами с первой гармоникой пульсаций в нагрузке. Значит, , а коэффициент пульсаций на выходе фильтра определится выражением:

. (27.18)

Коэффициент сглаживания определим, учитывая, что К_п.вх = π / 2. Тогда

. (27.19)

Легко видеть, что подбором С_ф и R_н можно обеспечить требуемое значение коэффициента пульсаций, а значит, и необходимое качество выпрямленного напряжения.

В силу простоты схемы и достаточно высокой эффективности емкостные сглаживающие фильтры нашли широкое применение в маломощных выпрямителях. В мощных выпрямителях сопротивление R_н мало, поэтому максимальная величина τ_ф ограничена предельным значением емкости выпускаемых конденсаторов.

При малом значении R_н более эффективны L или LC фильтры. Коэффициент сглаживания L – фильтра определяется выражением

,

а LC – фильтра

.

 

3. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

 

Сглаживающие фильтры позволяют существенно уменьшить уровень пульсаций, но не исключают их полностью. Исключить пульсации позволяют стабилизаторы напряжения. Различают параметрические и компенсационные стабилизаторы. В составе преобразователей малой мощности, как правило, применяются параметрические стабилизаторы.

Полупроводниковый параметрический стабилизатор – это диод, р-n переход которого, при определенных условиях, допускает электрический пробой. Такой диод называют стабилитроном. Пробоем р-n перехода называют явление резкого уменьшения дифференциального сопротивления перехода при достижении обратным напряжением заданного значения. Это значение называют напряжением стабилизации U_cт. Если протекающий через пробитый р-n переход ток ограничивать допустимым значением, то состояние пробоя в стабилитроне можно поддерживать и воспроизводить в течение десятков тысяч часов. Вольт - амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 27.10, а, а схемное обозначение - на рис. 27.10, б.

Рассмотренные свойства и вольт - амперная характеристика стабилитрона показывают, что при прямом включении он будет выполнять роль обычного диода. При обратном включении он также выполняет роль обычного диода, если обратное напряжение | U_обр | меньше напряжения стабилизации | U_ст |.

Когда наступает пробой р-n перехода, его дифференциальное сопротивление резко уменьшается, настолько, что падение напряжения на переходе лишь незначительно изменяется относительно U_ст. В силу этого нормальным включением стабилитрона является обратное. Рабочее напряжение не менее чем 1,5 раза должно превышать напряжение стабилизации U_{ст .} Рабочим участком вольт- амперной характеристики является участок пробоя р-n перехода.

Основными параметрами стабилитронов являются следующие:

-напряжение стабилизации U_ст;

-минимально допустимый ток стабилизации I_{ст мин}.;

-максимально допустимый ток стабилизации I_{ст макс}.;

-дифференциальное сопротивление стабилитрона R_ст = ∆U_ст / ∆I_ст;

-максимально допустимая мощность рассеивания Р_макс.

Схема стабилизатора напряжения приведена на рис. 27.10. в. Схема включает источник питающего напряжения – U_вх (например, напряжение с выхода сглаживающего фильтра), ограничительный резистор R_огр, стабилитрон D, сопротивление нагрузки R_H. Под воздействием входного напряжения через резистор R_огр протекает ток стабилитрона I_ст и ток нагрузки I_H. Поэтому

. (27.20)

Напряжение стабилизации U_ст приложено к узлам 1 - 1^' схемы. Под этим напряжением находится и сопротивление нагрузки. Значит,

.

Выражение (27.20) можно применять для расчета параметров схемы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

 

27.1. Чем вызвана необходимость создания вторичных источников питания?

27.2. Приведите основные признаки классификации ВИП.

27.3. Назовите основные выходные характеристики ВИП.

27.4. Составьте структурную схему выпрямителя источника питания и определите назначение его функциональных узлов.

27.5. Сравните основные параметры неуправляемых одно и двухполупериодных однофазных выпрямителей. Используя графики выходных напряжений, объясните разницу в значениях параметров.

27.6. Определите коэффициент трансформации n₂₁ трансформатора в схеме рис. 27.3, если известно, что R_н = 600 Ом, действующее значение тока нагрузки I_н = 200 мА, а напряжение на входе первичной обмотки U₁ = 220 В.

27.7. Чему равно среднее значение выпрямленного тока в сопротивлении нагрузки R_н = 400 Ом однополупериодного выпрямителя, если напряжение первичной обмотки трансформатора U₁ = 220 В, а коэффициент трансформации n₂₁ = 0,045?

27.8. Проведите связь между кратностью и коэффициентом пульсаций с физической точки зрения.

27.9. За счет чего в схеме составного выпрямителя кратность пульсаций m = 12?

27.10. В каких пределах можно изменять среднее значение выпрямленного напряжения на выходе управляемых выпрямителей?

27.11. Какие физические процессы положены в основу построения сглаживающих фильтров?

27.12. В схеме однополупериодного однофазного выпрямителя R_н = 500 Ом. Определите коэффициент сглаживания S_C и параметры емкостного сглаживающего фильтра, обеспечивающего К_п = 0,1, если выпрямитель питается от сети.

27.13. В каких целях в состав ВИП включают стабилизаторы напряжения?

27.14. Какое свойство полупроводникового материала положено в основу работы стабилитрона?

27.15. Для стабилизации напряжения в выпрямителе применен стабилитрон с параметрами I_ст = 17 мА, U_ст = 10 В. Рассчитайте необходимое сопротивление ограничительного резистора R_огр, если сопротивление нагрузки R_н = 500 Ом, а напряжение на входе стабилитрона U_вх = 16 В.

27.16. Для стабилизации напряжения в выпрямителе применен стабилитрон с параметрами I_{ст.макс} = 30 мА, I_ст.мин = 3 мА, U_ст = 10 В. Определите допустимые пределы изменения питающего напряжения, если R_н = 1 кОм, а R_огр = 500 Ом.