7 Содержание отчета

7.1 Наименование лабораторной работы.

7.2 Цель работы.

7.3 Перечень приборов и оборудования.

7.4 Схему макета лабораторной работы.

7.5 Результаты измерений и вычислений (таблицы 5.1 и 5.2).

7.6 Графики зависимостей = f ( ),  = f ( ) и = f ( ).

7.7 Осциллограммы напряжений на обмотках трансформатора.

7.8 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

7.9 Выводы по работе.

8 Конрольные вопросы

8.1 Как зависит КПД преобразователя от входного напряжения? Поясните наличие зависимости.

8.2 Как влияет величина входного напряжения преобразователя на рабочую частоту? Сделать вывод на основании полученных осциллограм.

8.3 Как влияет наличие конденсатора С2 (см. рисунок 5.1) на форму напряжения на нагрузке?

9. Содержание зачёта

Студент должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.

10 Краткие теоретические сведения

Статическими преобразователями постоянного напряжения называются устройства, преобразующие постоянное напряжение в переменное (ин­верторы) или постоянное напряжение одного номинала в постоянное напряжения других номиналов (конверторы).

Статические преобразователи выполняются на транзисторах или ти­ристорах и в отличие от механических преобразователей (электрические машины, вибропреобразователи, умформеры) бесшумны, имеют незначи­тельный вес и габариты, большой КПД и высокую надёжность в работе.

Транзисторные преобразователи постоянного напряжения выполняются по одно- и двухтактной схемам, с самовозбуждением (автогенераторы) и независимым возбуждением (усилители мощности).

Источники электропитания, в которых применяются статические преобразователи, в технической литературе называют импульсными блоками питания. Последние нашли широкое применение в радио и телевизионных приёмниках, в персональных ЭВМ, АТС.

Простейшая схема однотактного автогенератора приведена на рисунке 5.2. 0на представляет собой релаксационный генератор с трансформа­торной обратной связью, выполненной на транзисторе VT1, в коллек­торную цепь которого включен трансформатор, через первичную обмот­ку которого подключено постоянное напряжение источника питания . Цифрами 1 и 2 отмечены выводы вторичной обмотки, к которым подключается выпрямительный диод. Форма тока в цепи коллектора транзистора VT1 зависит от по­лярности включения выпрямительного диода, эти зависимости показаны на рисунке 5.3.

Рисунок 5.2  Схема электрическая принципиальная однотактного преобразователя

При подключении напряжения питания через резистор на базу транзистора VT1 подаётся отпирающий потенциал. Транзистор от­крывается и через первичную обмотку трансформатора протекает ток, который вызывает нарастание магнитного потока в магнитопроводе трансформатора. Появляющееся при этом напряжение на обмотке трансформируется в обмотку

Рисунок 5.3  Форма тока в цепи коллектора транзистора VT1: с обратным включением диода (а),с прямым включением диода (б)

положительной обратной связи, что способствует полному открытию транзистора. Когда ток коллектора достигнет своего максимального значения

нарастание магнитного потока в трансформаторе прекращается, поляр­ность напряжения на обмотках трансформатора изменяется на обрат­ную, что приводит к лавинообразному запиранию транзистора. Напряже­ние во вторичной обмотке трансформатора имеет прямоугольную форму.

Способ передачи напряжения в нагрузку зависит от полярности подключения диода ко вторичной обмотке трансформатора.

В преобразователе с обратным включением диода (рисунок 5.3,а) при открытом транзисторе VT1 к первичной обмотке трансформатора приложено напряжение питания и во вторичную обмотку трансфор­мируется импульс напряжения. Однако включен­ный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт и нагруз­ка отключена.

Когда транзистор VT1 закрывается полярность на всех обмотках трансформатора изменяется на обратную, диод VD1 откры­вается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке .

При следующем цикле, когда VT1 открывается, а диод VD1 запи­рается, конденсатор разряжается на нагрузку , обеспечивая про­текание постоянного тока. Индуктивность вторичной обмотки трансформатора при этом играет роль дросселя сглаживающего фильт­ра.

При прямом включении диода (рисунок 5.3,б) передача энергии ис­точника питания в нагрузку происходит в момент, когда силовой транзистор VT1 и диод VD1 открыты. Выпрямленный ток про­текает в нагрузку через дроссель фильтра , запасая в нём энергию. Конденсатор сглаживающего фильтра при этом заряжается выпрям­ленным напряжением.

В течении паузы, когда VT1 закрыт, дроссель отдает за­пасенную энергии в нагрузку.

Устранение подмагничивания магнитопровода в однотактных преобразователях достигается включением параллельно пе­рвичной обмотке блокировочного конденсатора , когда VT1 закрывается, конденсатор разряжается через ,произведя перемагничивание магнитопровода.

Стабилизация выходного напряжения в однотактном автогенераторе чаще всего осуществляется за счёт изменения тока коллектора, определяемого током базы транзистора. Для этого в преобразователь вводится цепь обратной связи, которая следит за выходным напряжением и при его изменении соответствующим образом изменяет ток базы и ток коллектора транзистора.

На рисунке 5.4 приведена принципиальная схема двухтактного преобра­зователя с самовозбуждением, исследуемая в данной лабораторной работе.

Основными элементами преобразователя является трансформатор Т1, транзисторы VT1 и VT2, выпрямитель и сглаживающий фильтр Z1. Трансформатор содержит первичную обмотку , вторичную обмотку и обмотку . Обмотки и имеют отводы от средних точек. Сердечник трансформатора выполняется из материала, имеющего петлю гистерезиса, близкую по форме к прямоугольной. Делитель напряжения R1 и R2 служит для запуска устройства. Конденсатор С1 предназначен для улучшения условий работы транзисторов в моменты их включения.

Рисунок 5.4 – Принципиальная электрическая схема двухтактного транзисторного преобразователя напряжения

При подключении схемы к источнику питания через делитель R1R2 протекает ток и с резистора R1 на транзисторы подается напряжение, обеспечивающее отрицательное смещение потенциалов баз относительно эмиттеров. Транзисторы приоткрываются и по полуобмоткам и первичной обмотки протекают токи. Вследствие разброса параметров транзисторов токи и магнитодвижущие силы полуобмоток будут различны, в результате чего в сердечнике трансформатора создается магнитный поток, индуктирующий ЭДС в обмотке . При этом в полуобмотках и наводятся ЭДС такой полярности, что к базе одного из транзисторов, например VT1, прикладывается отрицательное напряжение, а к базе транзистора VT2 - положительное. По мере увеличения коллекторного тока транзистора VT1 базовые напряжения будут увеличиваться, что в итоге приведет к полному открытию транзистора VT1 и закрытию транзистора VT2. В процессе нарастания тока в транзисторе VT1 магнитный поток в сердечнике трансформатора будет увеличиваться до его насыщения. При достижении магнитным потоком величины насыщения скорость изменения его становится равной нулю и ЭДС в обмотке падает до нуля.

Потенциал базы транзистора VT1 повышается, сопротивление перехода эмиттер-коллектор транзистора увеличивается и коллекторный ток начинает уменьшаться. Снижение коллекторного тока транзистора VT1 приводит к уменьшению магнитного потока в сердечнике трансформатора, что, в свою очередь, является причиной изменения полярности индуктируемых ЭДС. Следовательно, потенциал базы транзистора VT1 будет повышаться и последний закроется, в то время как потенциал базы транзистора VT2 будет снижаться и транзистор VT2 откроется. Через полуобмотку начнет протекать ток источника питания. Процесс переключения транзисторов будет носить периодический характер и в течение одного периода получаемого на вторичной обмотке напряжения источник будет дважды подключаться к полуобмоткам первичной обмотки . Переменное напряжение с выхода трансформатора подается на выпрямитель и далее через сглаживающий фильтр Z1 в нагрузку.

Частота работы преобразователя зависит от напряжения источника питания, параметров схемы инвертора и тока нагрузки. С увеличением тока нагрузки частота преобразования уменьшается, и в случае короткого замыкания в нагрузке генерация срывается. При снятии короткого замыкания схема вновь начинает работать. К достоинствам рассматриваемой схемы следует отнести ее простоту, отсутствие необходимости применения защиты от коротких замыканий в нагрузке и подмагничивания сердечника трансформатора, а также возможность получения достаточно близкого к прямоугольной форме выходного переменного напряжения инвертора. К недостаткам схемы относятся зависимость частоты и формы выходного напряжения инвертора от величины входного напряжения и тока нагрузки, резкое увеличение коллекторного тока транзисторов в конце каждого полупериода и необходимость применения транзисторов, рассчитанных не менее чем на удвоенное допустимое напряжение на закрытом переходе эмиттер-коллектор.

К основным параметрам преобразователя относят:

- коэффициент полезного действия (КПД);

- рабочую частоту;

- величину входного и выходного напряжений;

- допустимый ток нагрузки;

- габариты и вес преобразователя.

КПД преобразователя определяется потерями мощности в цепях полупроводниковых приборов, магнитопроводе, выпрямителе и сглаживающем фильтре.

При конструировании преобразователей необходимо помнить, что с ро­стом частоты уменьшаются габариты трансформатора, но увеличивается потеря мощности, а также влияние помех на работу других радиотехнических систем.