66616

Характеристика выпрямителя и сглаживающего фильтра блока питания ПК

Отчет о прохождении практики

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Классификация источников питания СВТ В зависимости от характера преобразования энергии в источнике питания выполняемого при получении на его выходе требуемого напряжения источники питания подразделяются на: Первичные источники питания; Вторичные источники питания.

Русский

2014-08-25

5.21 MB

11 чел.

Министерство просвещения ПМР

Тираспольский техникум информатики и права

Отделение информационных технологий и экономических дисциплин

отчет

по практике

Этап практики_______________________________________

Специальность_______________________________________

Ф. И. О. студента_____________________________________

Курс группа_________________________________________

База практики________________________________________

Руководитель практики от

базы практики________________________________________

Руководитель практики от

техникума___________________________________________

Тирасполь 2013 г.


Оглавление

[0.1] Характеристика

[0.1.1] Задание на практику

[0.2]

Характеристика

Задание на практику


Министерство просвещения ПМР

Тираспольский техникум информатики и права

Отделение информационных технологий и экономических дисциплин

Дневник

практики

Этап практики_______________________________________

Специальность_______________________________________

Ф. И. О. студента_____________________________________

Курс группа_________________________________________

База практики________________________________________

Руководитель практики от

базы практики________________________________________

Руководитель практики от

техникума___________________________________________

Тирасполь 2013 г.

Дата

Выполненная работа

Подпись

1

25.03.13

Классификация источников питания СВТ

2

26.03.13

Разработка структурной схемы ВИП

3

27.03.13

Исследование осциллограмм напряжения ВИП

4

28.03.12

ВИП с преобразованием частоты

5

2903.13

Схема управления обеспечивает выработку импульсов управляющих работой конвертора

6

30.03.13

Исследование основных схем выпрямителей

7

1.04.13

Разработка функциональных схем однофазных выпрямителей

8

2.04.13

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора

9

3.04.13

Основные расчетные соотношения выпрямителя

10

4.04.13

Выбор схемы выпрямителя

11

5.04.13

Исследование сглаживающих фильтров

12

6.04.13

Классификация сглаживающих фильтров и их параметры

13

8.04. 13

Параметры сглаживающих фильтров

14

9.04.13

Разработка схем емкостных фильтров

15

10.04.13

Разработка схем индуктивных фильтров

16

11.04.13

Разработка схем Г-образных фильтров

17

12.04.13

Разработка схем П-образных фильтров

18

13.04.13

Разработка схем транзисторных сглаживающих фильтров


Введение

Преддипломная практика является одной из неотъемлемых частей подготовки квалифицированных специалистов всех специальностей. Во время прохождения практики происходит закрепление и конкретизация результатов теоретического обучения, приобретение студентами умения и навыков практической работы по избранной специальности и присеваемой квалификации.

Основной целью преддипломной практики является практическое закрепление теоретических знаний, полученных в ходе обучения. Основным результатом данной работы является отчет о прохождении практики, в котором собраны все результаты деятельности студента за период прохождения практики и анализ основных показателей управления персоналом в организации.

Базой для прохождения производственной практики является  Г.Тирасполь «ЗАО ТИРАЭТ». ЗАО «Тираспольская Ассоциация Электронных Технологий» с 1992 года работает в области электронных компьютерных технологий и программного обеспечения.

Задачи практики состоят в следующем:

- изучение и участие в разработке организационно – методических и нормативно – технических документов для решения отдельных задач управления локальными сетями по месту прохождения практики;

- разработка предложений по модернизированию компьютерной системы базы практики;

- сбор необходимых материалов и документов для выполнения дипломного проекта.

- построение макета стенда по теме дипломного проекта «Характеристика выпрямителя и сглаживающего фильтра блока питания ПК».

Данная тема дипломной работы является актуальной так как источник питания – это наиболее важную часть средств вычислительной техники (СВТ), основное назначение которого — снабжать напряжением с заданными параметрами и качеством все узлы и составные блоки устройства вычислительной техники. Качество его функционирования в значительной степени определяет работу СВТ.


25.05.13

Классификация источников питания СВТ

За полувековую историю развития СВТ сменилось несколько поколений электронных вычислительных систем, кардинальным образом изменилась их технология и элементная база, их качественные характеристики, значительно расширилась сфера применения компьютерной техники. Эти факторы, естественно, привели к изменению и усложнению схемотехники блоков питания СВТ, что в свою очередь усложняет изучение устройств этого вида. Интересно, однако, что, несмотря на множество поколений, семейств, типов и конкретных реализаций источников питания СВТ, в основе большинства из них лежат общие принципы, сформулированные в начале прошлого века. Важность изучения этих принципов при подготовке специалистов в области компьютерных технологий обусловлена не только тем, что они до сих пор лежат в основе большинства современных источников питания. Их знание необходимо для успешного технического обслуживания и ремонта СВТ.

Классификация источников питания СВТ

В зависимости от характера преобразования энергии, в источнике питания выполняемого при получении на его выходе требуемого напряжения источники питания подразделяются на:

Первичные источники питания;

Вторичные источники питания.

В первичных источниках питания электрических видов энергии (химической электрическую энергию.

Примером первичных источников являются: Химические источники тока (ХИТ); Генераторы различных видов; Солнечные батареи; Термогенераторы; Топливные элементы и тд.

Во вторичных источниках питания (ВИП) осуществляется преобразование электрической энергии с одними характеристиками в электрическую энергию с другими характеристиками.

Вторичных источниках питания в зависимости от характера производимых преобразований электрической энергии свою очередь подразделяются на:

ВИП без преобразования частоты;

ВИП с преобразованием частоты.

Данная классификация источников питания представлена на рис.1.

Рис. 1 - Классификация источников питания

Структурные схемы ВИП их достоинства и недостатки

В настоящее время для построения вторичных источников питания (ВИП) СВТ используется две основные схемы. Каждая из схем имеет свои достоинства и недостатки, и соответственно свою область применения.

 ВИП без преобразования частоты

ВИП без преобразования частоты исторически появились раньше и широко использовались на начальном этапе развития СВТ, в настоящее время их применение ограничено.

26.03.13

Разработка структурной схемы ВИП

Структурная схема ВИП без преобразования частоты представлена на рис. 2.

И содержит следующие основные элементы:

Сетевой трансформатор TV1 - во-первых, обеспечивает преобразование сетевого напряжения (~220В, 50Гц) до нужной величины, во-вторых, обеспечивает гальваническую развязку сети и оборудования СВТ, обеспечивая тем самым выполнение требований электробезопасности;

Выпрямитель - преобразует поступающее на вход переменное напряжение частотой 50Гц в однонаправленное пульсирующее напряжение, которое уже содержит как переменную так и постоянную составляющую;

Фильтр - обеспечивает выделение постоянной составляющей однонаправленного пульсирующего напряжения и подавление (ослабление) до заданного уровня переменной составляющей.

Стабилизатор - обеспечивает поддержание постоянного напряжения на выходе источника питания в заданных приделах при изменении уровня входного напряжения и величины тока нагрузки источника питания.

Рис.2 Структурная схема ВИП без преобразования частоты

27.03.13

Исследование осциллограмм напряжения ВИП

Внешний вид осциллограмм напряжения в характерных точках ВИП без преобразования частоты представлен на рис. 3.

Рис.3 Внешний вид осциллограмм напряжения в характерных точках ВИП без преобразования частоты

Достоинства схемы:

Схема содержит относительно мало элементов, имеет простую конструкцию и достаточно высокую надежность;

Так как элементы структурной схемы расположены линейно, схема имеет хорошую ремонтопригодность.

Недостатки схемы:

Схема имеет большие габаритные разметы, что является следствием больших размеров трансформатора TV1 и элементов фильтра, которые работают на низкой частоте (50Гц).

В настоящее время данный тип ВИП используется для создания источников питания только простейших элементов СВТ.

28.03.13

ВИП с преобразованием частоты

ВИП с преобразованием частоты в настоящее время широко используются для создания источников питания для различных типов СВТ.

Структурная схема ВИП с преобразованием частоты представлена на рис. 4. И содержит следующие основные элементы:

Сетевой выпрямитель - преобразует поступающее на вход переменное напряжение U=220В и частотой 50Гц в однонаправленное пульсирующее напряжение, которое уже содержит как переменную, так и постоянную составляющую;

Фильтр - обеспечивает выделение постоянной составляющей однонаправленного пульсирующего напряжения и подавление (ослабление) до заданного уровня переменной составляющей.

  •  Преобразователь напряжения состоящий из

■ Конвертора - который осуществляет преобразование постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины. Конвертор содержит в своем составе:

• Инвертор - осуществляющий преобразование поступающего на

вход постоянного напряжения в переменное напряжение, как правело прямоугольной формы, высокой частоты (30-40кГц);

Трансформатор TV1 - во-первых, обеспечивает преобразование переменного напряжения высокой частоты до нужной величины, во-вторых, обеспечивает гальваническую;

• Схема имеет очень низкий КПД (~30-40%), что является следствием работы активных элементов стабилизатора (транзисторов) в активном режиме.

Выпрямитель - преобразует поступающее на вход переменное напряжение высокой частоты в однонаправленное пульсирующее напряжение, которое уже содержит как переменную, так и постоянную составляющую;

• Фильтр - обеспечивает выделение постоянной составляющей однонаправленного пульсирующего напряжения и подавление (ослабление) до заданного уровня переменной составляющей.

Рис .4 Структурная схема ВИП с преобразованием частоты

29.03.13

Схема управления обеспечивает выработку импульсов управляющих работой конвертора

Стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью схемы управления, которая анализируя величину выходного напряжения, вырабатывает управляющие импульсы таким образом, чтобы выходное напряжение поддерживалась в заданных пределах.

Существует два основных алгоритма выработки управляющих импульсов:

Широтно-импульсное регулирование (ШИР) в данном случаи период следования управляющих импульсов остается постоянным (Tynр=const), а для регулирования напряжения изменяется длительность управляющих импульсов tупр=var);

Частотно-импульсное регулирование (ЧИР) в данном случаи длительность управляющих импульсов остается постоянной (tупр  =const), а для регулирования напряжения изменяется период следования управляющих импульсов (Tупр=var).

Достоинства схемы:

Схема имеет не большие габаритные разметы, что является следствием работы трансформатора TV1 и элементов фильтра на выходе блока на достаточно высокой частоте (30-40кГц).

Схема имеет высокий КПД (~50-60%), что является следствием работы активных

элементов конвертора (транзисторов) в импульсном режиме.

 Недостатки схемы:

Схема имеет достаточно сложную конструкцию и содержит много элементов;

Наличие интенсивных электрических помех, что является следствием работы активных элементов схемы в импульсном режиме

Жесткие требования к диапазону нагрузок (короткое замыкание и холостой ход не всегда допустимы);

Наличие повышенной пульсации выходного напряжения, что накладывает более жесткие требования к выходному фильтру.

В настоящее время данный тип ВИП является основным при создании источников СВТ.

30.03.13

Исследование основных схем выпрямителей

Выпрямителем, называется статический преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. В общем случае выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводниковых диодов и сглаживающего фильтра. Структурная схема выпрямителя приведена на рисунке 12.

Рис. 5. Структурная схема выпрямителя

Трансформатор (не обязательный элемент), преобразует напряжение переменного тока на его первичной обмотке в необходимое для получения заданной величины напряжения на входе выпрямителя. Система вентилей (диоды) преобразует напряжение переменного тока в однонаправленное пульсирующее, имеющее в своем составе постоянную составляющую и значительное количество гармонических составляющих

(1)

Наибольшей из них является первая гармоника, частота и амплитуда которой определяется схемой выпрямления. Сглаживающий фильтр уменьшает амплитуды всех гармонических составляющих пульсирующего (выпрямленного) напряжения.

1.04.13

Разработка функциональных схем однофазных выпрямителей

Для выпрямления однофазного переменного напряжения широко применяют три типа выпрямителей: однополупериодный и два двухполупериодных

Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 7, а.

Выпрямитель состоит из трансформатора, к вторичной обмотке которого последовательно подсоединены диод Д и нагрузочный резистор Ян.

Для упрощения анализа работы выпрямителей трансформатор и диод считают идеальными, т. е. принимают следующие допущения:

у трансформатора активное сопротивление обмотки, а у диода прямое сопротивление равно нулю;

обратное сопротивление диода равно бесконечности;

в трансформаторе отсутствуют потоки рассеяния.

При таких допущениях с подключением первичной обмотки трансформатора к сети переменного синусоидального напряжения во вторичной обмотке будет наводиться синусоидальная э. д. с.

а)

б)

Рис. 6. а) - Схема однополупериодного выпрямителя, б) осциллограммы в точках схемы

Работу выпрямителя удобно рассматривать с помощью временных диаграмм рис. 7, б. В первый полупериод, т. е. в интервале времени 0 - Т/2, диод открыт, так как потенциал точки а выше потенциала точки б и под действием напряжения в вторичной обмотки трансформатора возникает ток 1н. В интервале времени Т/2 — Т диод закрыт, ток в нагрузочном резисторе отсутствует, а к запертому диоду прикладывается обратное напряжение U2.

Основным преимуществом однополупериодного выпрямителя является его простота. Анализ электрических параметров позволяет сделать вывод о недостатках этого выпрямителя.

  •  большой коэффициент пульсаций,
  •  малые значения выпрямленных тока и напряжения.
  •  ток I2 имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, из-за чего уменьшается магнитная проницаемость
  •  сердечника, что, в свою очередь, снижает индуктивность обмоток трансформатора. Это приводит к росту тока холостого хода трансформатора, а следовательно, к снижению к.п.д. всего выпрямителя. Однополупериодный выпрямитель применяют обычно для питания высокоомных нагрузочных устройств (например, электроннолучевых трубок), допускающих повышенную пульсацию; мощность не более 10—15 Вт.

2.04.13

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей. Рассматриваемый выпрямитель может использоваться только с трансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки (рис 7.). Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода

а) б)

Рис. 7 а) - Схема мостового выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора, б) осциллограммы в точках схемы

Рассматриваемый выпрямитель характеризуется довольно высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике.

Достоинствами выпрямителя являются:

Высокая нагрузочная способность;

Низкая пульсация выпрямленного напряжения.

Недостатками выпрямителя являются:

Необходимость применения трансформатора со средней точкой;

Повышенные требования к диодам по обратному напряжению.

а)         б)

Рис. 8 - а) - Схема двухполупериодный мостовой выпрямитель, б) осциллограммы в точках схемы

Однофазный мостовой выпрямитель (рис.8, а) можно считать пределом совершенства тех однофазных выпрямителей, которые могут использоваться без трансформатора. Не известна другая однофазная схема без трансформатора, в которой бы так рационально использовались диоды. Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Одна пара — это диоды D1 и D2, а другая — D3 и D4. Таким образом, к примеру, диоды D1 и D2 или оба включены и проводят ток, или оба выключены (рис. 8, б).

3.04.13

Основные расчетные соотношения выпрямителя 

Внешняя характеристика выпрямителя

Внешняя характеристика выпрямителя - это зависимость средневыпрямленного напряжения на выходе выпрямителя от изменения тока нагрузки. На рис. 9 представлена схема замещения выпрямительного устройства в цепи постоянного тока.

Рис. 9.- Схема замещения выпрямителя

Рис. 10.- Внешний вид нагрузочной характеристики выпрямителя. 1-однополупериодный, 2-двухполупериодный мостовой, 3- двухполупериодный с нулевой точкой.

Здесь RBH - внутреннее сопротивление выпрямителя (активное сопротивление потерь), которое включает активные потери в трансформаторе RK3, потери в дросселе сглаживающего фильтра R и потери в диодах Rдш, Uпор). Очевидно, что внешняя характеристика имеет падающий характер. Всегда имеет место Uпор< U0хх при токе нагрузки отличном от нуля (рисунок18).

4.04.13

 Выбор схемы выпрямителя

Определяется величиной мощности Р0, потребляемой нагрузкой. Un

Po=U0/Io           (2),

где U0 и I0 — выпрямленные напряжение и ток, требуемые для питания нагрузки.

При нескольких нагрузках, питающихся от одного источника U0, расчетное значение выпрямленного тока I0 находится из соотношения:

I0 =I 01 +I02 +…              (3),

где I01 и I02—токи потребляемые, каскадами нагрузки.

Для получения небольших (десятки, сотни ватт) мощностей применяют однофазные схемы.

Для выпрямления токов мощностью Р0>1кВт служат более сложные трехфазные схемы, обеспечивающие равномерную нагрузку на трехфазную сеть и не требующие громоздких фильтров.

Выбранная схема выпрямителя должна обеспечивать требуемую пульсацию напряжения

При выборе схемы необходимо использовать и соображения экономичности и надежности.

5.04.13

Исследование сглаживающих фильтров

Не зависимо от схемы выпрямителей, выпрямленное напряжение всегда является пульсирующим и содержит, кроме постоянной составляющей и переменные составляющие.

В большинстве случаев питание схем промышленной электроники пульсирующим напряжением неприемлемо.

Поскольку в любой схеме выпрямителя коэффициент пульсаций выходного напряжения во много раз превышает допустимые пределы, на выходе выпрямителей включают специальное устройство - сглаживающие фильтры.

К сглаживающим фильтрам предъявляются следующие основные требования:

  •  с одной стороны, в фильтрах необходимо максимально уменьшить переменные составляющие напряжения, а с другой — не допускать существенного уменьшения постоянной составляющей;
  •  при переходных процессах в фильтре во время включения и выключения напряжения сети или нагрузки броски напряжения и тока должны находиться в допустимых пределах;
  •  собственная частота фильтра должна быть ниже частоты основной гармоники выпрямленного напряжения во избежание резонансных явлений в отдельных его звеньях.

6.04.13

Классификация сглаживающих фильтров и их параметры

В зависимости от типа элементов, примененных для построения сглаживающих фильтров различают:

-пассивные фильтры - выполняются с использованием сопротивлений, конденсаторов, индуктивностей

  •  С-фильтры
  •  L- фильтры
  •  RC-фильтры
  •  LC - фильтры

-электронные (активные) фильтры - выполняются с использованием активных элементов - транзисторов

По количеству фильтрующих элементов различают: -однозвенные -многозвенные

8.04.13

Параметры сглаживающих фильтров

Основным параметром, позволяющим дать количественную оценку сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания S

S= ξ1/ξ2

где: ξ1-коэффициент пульсации на входе фильтра; ξ2-коэффициент пульсации на выходе фильтра

Для емкостного фильтра, у которого вход и выход фактически совпадают, под ξ1 понимают коэффициент пульсаций до подключения фильтра, а под ξ2 — коэффициент пульсаций после его подключения.

Коэффициент сглаживания показывает, во сколько раз фильтр уменьшает пульсации.

Если фильтр не обеспечивает требуемый коэффициент сглаживания или для уменьшения габаритов для LC-фильтров (уменьшения габаритов индуктивности L) , фильтры соединяют последовательно

Рис. 11. - Последовательное соединение фильтров

При последовательном соединении фильтров общий коэффициент сглаживания будет равен ( рис. 11):

(4)

Вывод Коэффициент сглаживания эквивалентного фильтра образованного из последовательно соединенных фильтров равен произведению коэффициентов сглаживания фильтров.

9.04.13

Разработка схем емкостных фильтров

Этот тип фильтров относится к однозвенным фильтрам. Емкостный фильтр включают параллельно нагрузочному резистору RH.

Простейшим фильтром является емкостной фильтр (С-фильтр). Рассмотрим его работу на примере однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 12 а).

Работу емкостного фильтра удобно рассматривать с помощью временных диаграмм, изображенных на рис. 12, б.

В интервал времени t1 — t2 конденсатор через открытый диод VД заряжается до амплитудного значения напряжения U2, так как в этот период напряжение U2>Uс. В это время ток Iд =Iс+Iн. В интервал времени t2 — t3, когда напряжение U2 становится меньше напряжения на конденсаторе Uс, конденсатор разряжается на нагрузочный резистор Rн заполняя разрядным током паузу в нагрузочном токе Iн, которая имеется в однополупериодном выпрямителе в отсутствие фильтра. В этот интервал времени напряжение на резисторе Rн снижается до некоторого значения, соответствующего времени t3, при котором напряжение U2 в положительный полупериод становится равным напряжению на конденсаторе Uс. После этого диод вновь открывается, конденсатор С начинает заряжаться и процессы зарядки и разрядки конденсатора повторяются.

Разряд конденсатора характеризуется экспонентой с постоянной времени: τ = Rh * С.

Ток через диод протекает только часть полупериода (отрезок t1...t2). Чем короче отрезок, тем больше амплитуда тока диода при заданном среднем токе нагрузки. Если емкость С очень велика, то отрезок t1..t2 оказывается очень малым, а амплитуда тока диода очень большой, и диод может выйти из строя.

Такой фильтр широко используется в маломощных выпрямителях; в мощных выпрямителях он используется редко, так как режим работы диода и соответствующих электрических цепей (к примеру, обмоток трансформатора) достаточно тяжел.

в)  г)

Рис. 12 Схемы емкостных фильтров с однополупериодным (а) и мостовым (в) выпрямителями, временные диаграммы напряжений и токов однополупериодного (б) и мостового (г) выпрямителей с емкостным фильтром

При постоянной времени  τразр >10Т коэффициент пульсаций, определяемый по формуле:

(5),

где: foch — частота основной гармоники,

Работа выпрямителя с емкостным фильтром существенно зависит от изменения нагрузочного тока. Действительно, при увеличении тока Iн, что происходит при уменьшении сопротивления Rh постоянная времени тра3р уменьшается. Уменьшается и среднее значение выпрямленного напряжения Uср, а пульсации возрастают.

При использовании емкостного фильтра следует учитывать, максимальное значение тока диода Iд определяется лишь сопротивлениями диода Rпр, и вторичной обмотки трансформатора, поэтому оно может достигать значений, больших Inрmax. Такой большой ток может вывести из строя диод. Для предотвращения этого последовательно с диодом необходимо включать добавочный резистор.

Кроме того, следует учитывать, что напряжение Uобр.max- прикладываемое к диоду, в два раза превышает U2m (напряжение на вторичной обмотке), так как в момент времени, когда диод заперт, напряжения на конденсаторе и на вторичной обмотке трансформатора складываются.

Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором Rн при мощности Рн не более нескольких десятков ватт.

10.04.13

Разработка схем индуктивных фильтров

Индуктивный фильтр, состоящий из дросселя Lф, включают последовательно с нагрузочным резистором Rн. Он, так же как емкостный фильтр, относится к типу однозвенных фильтров.

Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощностей, т. е. в выпрямителях, работающих на нагрузочные устройства с большими токами

Рис. 13. Схема индуктивного фильтра с однополупериодным выпрямителем (а), временные диаграммы напряжения и токов однополупериодного выпрямителя c индуктивным фильтром (б)

В выпрямителях малой мощности использование индуктивного фильтра Lф нецелесообразно, поскольку они работают на высокоомные нагрузочные устройства.

11.04.13

Разработка схем Г-образных фильтров

Г-образные фильтры являются простейшими многозвенными фильтрами. Этот фильтр может быть LC-типа и RC-типа Их применяют тогда, когда с помощью однозвенных фильтров не выполняется предъявляемое к ним требование с точки зрения получения необходимых коэффициентов сглаживания. Эти фильтры, являясь более сложными по сравнению с однозвенными, обеспечивают значительно большее уменьшение коэффициента пульсаций.

Снижение пульсаций LC-фильтром объясняется совместными действиями индуктивной катушки и конденсатора. Снижение переменных составляющих выпрямленного напряжения обусловлено как сглаживающим действием конденсатора Сф, так и значительным падением переменных составляющих напряжения на дросселе Lф. В то же время постоянная составляющая напряжения на нагрузочном резисторе не уменьшается, так как отсутствует сколько-нибудь значительное падение напряжения этой составляющей на очень малом активном сопротивлении дросселя.

Рис. 14. Г-образные фильтры. а- LC-типа, б) RC-типа

В маломощных выпрямителях, у которых сопротивление нагрузочного резистора составляет несколько кОм, вместо дросселя Lф включают Rф что существенно уменьшает массу, габариты и стоимость фильтра. При выборе Хсф<Rф, на резисторе Rф создается значительно большее падение напряжения от переменных составляющих выпрямленного тока, чем на резисторе RH. Если выбрать значение Rф, из соотношения RH/(Rh+Rф) = 0,5-0,9, то падение постоянной составляющей напряжения на резисторе Rф будет минимальным. В итоге доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении по отношению к постоянной составляющей на нагрузочном резисторе Rф значительно уменьшается. Коэффициент сглаживания для Г-образного RC-фильтра определяется из выражения

Следует отметить, что коэффициент сглаживания RС-фильтра меньше, чем у LC-фильтра.

12.04.13

Разработка схем П-образных фильтров

П-образный фильтр относится к многозвенным фильтрам, так как состоит из емкостного фильтра (Сф1) и Г-образного LC-фильтра LфСФ2) или RС-фильтра RфСф2). Коэффициент сглаживания многозвенных фильтров

фильтра равен (при соблюдении определенных условий) произведению коэффициентов составных звеньев (фильтров). Поэтому коэффициент сглаживания П-образного фильтра  ξп=ξс*ξг, где ξс,ξг — коэффициенты сглаживания С-фильтра и Г-образного фильтра.

Рис. 15. Схемы П-образных LC-фильтра (а) и RC-фильтра (б)

При сопротивлениях нагрузочного устройства в несколько килоом применяют П-образные СRС-фильтры, а при малых сопротивлениях (несколько Ом) — CLC- фильтры. Наибольший коэффициенте сглаживания П-образного достигается при условии СФ1,= СФ2. П-образные фильтры целесообразно применять, если коэффициент сглаживания должен быть равен 100—1000 и более.

Больше коэффициент сглаживания П-образного фильтра по сравнению с Г- образным достигается за счет ухудшения таких параметров выпрямителя, как габариты масса и стоимость.

13.04.13

Разработка схем транзисторных сглаживающих фильтров

По сравнению с пассивными транзисторные (активные) сглаживающие фильтры имеют ряд преимуществ:

  •  выше качественные и удельные показатели;
  •  малая зависимость коэффициента сглаживания от изменения нагрузки;
  •  широкополосность по частотному диапазону;
  •  малая вероятность возникновения опасных режимов при переходных процессах;
  •  отсутствие сильных магнитных полей; простота унификации.

Недостатки:

на транзисторах фильтра, работающем в активном режиме, рассеивается значительная мощность, поэтому к.п.д. транзисторных сглаживающих фильтров несколько меньше, чем пассивных фильтров.(Если на дросселе индуктивно-емкостного фильтра падает напряжение 1...2 В, то в транзисторном фильтре на регулирующем транзисторе - до 3...5 В.)

Принцип действия активных фильтров основан на свойстве транзистора создавать в определённых режимах работы различные сопротивления для переменного и постоянного токов.

Характерны два способа построения фильтров.

Первый способ состоит в том, что транзистор включается по схеме с общим коллектором (ОК) (рисунок 29). Ток коллектора IК в схеме фильтра ОК мало зависит от величины приложенного к переходу коллектор-эмиттер напряжения Uk при постоянном значении тока базы.

На рис. 17 приведены графики зависимости IK=f(UK) при Ig=const (выходнаяхарактеристика).

Рис. 16. Схема транзисторного фильтра ОК

Рис. 17. - График зависимости тока коллектора от фильтра ОК напряжения на переходе коллектор- эмиттер при различных значения тока базы.

Принцип его работы заключается в следующем. (Ток базы жестко зафиксирован и не изменяется (почти)переменным сигналом в отличии от обычного усилителя). На коллектор транзистора VT1 поступает напряжение с большой амплитудой пульсации, а цепь базы питается через интегрирующую цепь R1C1, которая сглаживает пульсации напряжения на базе (следовательно напряжение на базе транзистора и ток базы зафиксирован). Сопротивление резистора R1 выбирают из условия достаточности тока базы для обеспечения заданного тока в нагрузке. Чем больше постоянная времени T=R1C1, тем меньше пульсации напряжения на базе. Так как устройство представляет собой эмиттерный повторитель, то на выходе фильтра пульсации будут столь же малыми, как и на базе.

Емкость конденсатора С1 может быть в несколько раз меньше, чем у конденсатора в LC-фнльтре, так как базовый ток намного меньше выходного тока фильтра (коллекторного тока транзистора) - примерно в h21 э ф) раз.

Таким образом, сглаживание пульсаций в фильтре ОК обеспечивается RC фильтром в базовой цепи, а транзистор VT предназначен для усиление сигнала по мощности (эмиттерный повторитель). Резистор R задаёт режим работы транзистора по постоянному току, устанавливая ток базы.

Другими словами, его достоинства аналогично достоинствам индуктивного фильтра и его включают в схему сглаживающего Г-образного фильтра или П- образного фильтра вместо дросселя. Но для этого Тб нужно поддерживать постоянным, то есть исключить его пульсации.

Преимущество этого фильтра - в простоте.

К недостаткам следует отнести, во-первых, противоречивые требования к значению сопротивления резистора R1 (для уменьшения пульсации на выходе фильтра следует увеличивать сопротивление (увеличивать trc цепи), а для повышения КПД фильтра - уменьшать (увеличивать ток базы, переводя транзистор в более открытое состояние)),

во-вторых, сильная зависимость параметров фильтра от температуры, времени, значения тока нагрузки, статического коэффициента передачи тока базы транзистора. В таких фильтрах обычно резистор R1 подбирают опытным путем.

Коэффициент сглаживания фильтра определяется, как: S = 2nfmCR

Методы повышения эффективности транзисторных фильтров

Бурное развитие миниатюризации привело к стремлению уменьшить габариты фильтров с сохранением их параметров.

Увеличение коэффициента сглаживания возможно либо за счет увеличения величины емкости С, что ведет к увеличению габаритов или за счет увеличения величины сопротивления R, что также не приемлемо (уменьшается ток базы и как следствие ток коллектора и ток нагрузки).

Второй способ построения активного фильтра состоит в том, что транзистор включается по схеме с общей базой (ОБ), рис. 18. Режим работы транзистора по постоянному току определяется величиной R6, а сглаживающее действие - постоянной времени цепочки R1C1. Эта цепь стабилизирует ток эмиттера, если R1C1 >> Tn, где Tn- период пульсации. В этом режиме транзистор обладает большим дифференциальным сопротивлением и малым статическим, что эквивалентно дросселю в LC-фильтрах. Принцип работы фильтра аналогичен работе фильтра по схеме с ОК.

Рис. 18.- Схема активного фильтра с общей базой


Заключение

Я, за время прохождения практики изучил следующие основные вопросы: структуру устройства для отсчета временных интервалов, назначение цифровых таймеров, назначение основных компонентов, входящих в его состав, принцип действия цифровых таймеров.

Выполнил следующие задания от руководителя практики: проработал литературу по данной мне теме дипломной работы, построил электрические схемы в редакторе Protel, проверил их работы в программе Pspice AD, построил макет схемы устройства для отсчета временных интервалов.

Выполнил задания, предусмотренные программой практики:

  1.  Обзор  литературных  данных по теме диплома
  2.  Провести исследования по данной тематике:
  •  разработка схемы
  •  спроектировать стенд, устройство, узел.
  •  написать программу
  •  анализ рабочих характеристик

     3. Привести инженерные расчеты данного разрабатываемого устройства.

Мною самостоятельно были проведены следующие работы: работа с литературой по данной теме, разработка электрической схемы устройства, работа над макетом устройства.

Эти разработки дали следующие результаты: разработаны и промоделированы схемы выпрямителя и сглаживающего фильтра блока питания ПК, а также исследованы их характеристики.

Результатом преддипломной практики является приведенный в  дипломной работе анализ схемотехнических решений схем выпрямителя и сглаживающего фильтра блока питания ПК, обзор основных редакторов схем и печатных плат, разработаны структурные и принципиальные схемы выпрямителя и сглаживающего фильтра блока питания ПК, разработанные принципиальные электрические схемы компонентов, входящих в их состав. По полученные в результате разработки схемам был построен макет устройства и проведены его испытания, подтвердившие работоспособность схемы.


Список использованной литературы

1.    Шило В.Л.. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1989 г.- 352c.

2.     Васерин  Н.Н. Применение полупроводниковых индикаторов.- М.: Энергоатомиздат 1991 г.-200c.

3.     Степанов Ю. И. Справочник по ЕСКД  К. 1975 г.-214c.

4.     Уильямс А. Применение интегральных схем.- М.: Мир 1987 г-432c..

5.       Бирюков С. А. Цифровые устройства на интегральных микросхемах.- М.:  Радио и связь 1991 г. -152c.

6.        Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. –П.: БХВ, 2004г. – 528с.


Индивидуальное задание

В работе исследованы однополупериодные, и мостовые выпрямители с фильтрами и без фильтров. Использованы емкостные фильтры (5, 10 мкФ). Все необходимые схемы были собраны в пакете – Electronic WorkBench. На каждую собранную схему выведены графики переменного напряжения на данных участках с помощью осциллографа, входящего в пакет EWB.

Суть выпрямителей – в преобразовании напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. На выходе такого выпрямителя получается пульсирующее напряжение постоянного тока, которое пригодно для питания энергетических потребителей, например, двигателей постоянного тока. Для получения постоянного напряжения без пульсаций на выходе выпрямителя подключают фильтры.

Выпрямители необходимы, ведь существует большое количество устройств, для питания которых необходимы источники постоянного тока. Прежде всего, это множество электронных устройств, применяемых в быту, системах автоматизации и других отраслях промышленности. Постоянный ток дают химические источники тока: батарейки и аккумуляторы. Но они имеют низкую мощность, ограниченный период работы и высокую цену.

Исследование выпрямителя и фильтра блока питания ПК с помощью программы EWB

1.Исследование работы однополупериодного выпрямителя без фильтра

Рис 19 Схема изучаемого выпрямителя

Рис 20 Схема моделируемого выпрямителя

На графике (Рис 21) показано напряжение до ( красная линия ) и после (синяя линия ) выпрямления.

Напряжение источника питания Uпит=20В. Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке равно Uн=9В, и считается по формуле

 Uн=√2/πUпит = 9,0031 =  0,45 Uпит (6).

Амплитуда пульсации , и находится по формуле

Uн микс= √2Uпит =28,2842В   (7)

I пр ср =U н ср/Rн  =28,2/1200=0,023А(8)

Рис 21 Форма графика

2 Исследование работы однополупериодного выпрямителя с ёмкостными фильтрами.

Схема исследуемого выпрямителя представлена на рис. 20. Схема моделируемого выпрямителя представлена на рис. 23 Форма графика для фильтра А представлена на рис. 24 Форма графика для фильтра Б представлена на рис. 25.

Рис. 22. Схема исследуемого выпрямителя

Рис 23. Схема моделируемого выпрямителя

Рис 24 Форма графика для фильтра с ёмкостью 5мкФ

Рис 25 Форма графика для фильтра с ёмкостью 10мкФ

На рисунках 27-28 в схеме установлены ёмкостные фильтры с параметрами : ёмкость А = 5 мкФ, ёмкость Б = 10 мкф.

Как видно из графиков, ёмкость влияет на сглаживание выпрямленного напряжения за счет увеличения времени разряда конденсатора. Чем больше ёмкость, тем ровнее будет выпрямленное напряжение и меньше амплитуда пульсации. Среднее напряжение на нагрузке тоже возрастает. В месте с этим возрастает и средний прямой ток.

3 Снятие выходной нагрузочной характеристики однополупериодного выпрямителя, как зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. Построить график

Нагрузочная характеристика представлена на рис. 26

Рис. 26 Нагрузочная характеристика

4 Исследование работы мостового выпрямителя без фильтра.

На рис. 27 показана схема исследуемого выпрямителя, на рис. 28 представлена модель выпрямителя в WorkBench, а на рис. 32 показана форма графика выходного напряжения.

Рис. 27. Исследуемый выпрямитель

Рис. 28. Модель выпрямителя

Рис. 29. Форма графика выходного напряжения

Амплитуда выходного напряжения составляет 26.9 В

Амплитуда пульсации составляет 26.9 В

Как видно из полученных данных и формы графика, мостовой выпрямитель в отличии от однополупериодного, при тех же параметрах цепи ( входное напряжение, нагрузка ) не делает пропусков в пол периода, как однополупериодный выпрямитель ( Рис 28 ).

5 Исследование работы мостового выпрямителя с ёмкостным фильтром.

На рис. 30 показана схема исследуемого выпрямителя, на рис. 31 представлена модель выпрямителя в WorkBench, а на рис. 32 и 32  показаны формы графиков выходного напряжения для двух разных фильтров. Рис. 32– с фильтром в 5 мкФ, рис. 33 – с фильтром 10 мкФ.

Рис. 30. Исследуемый выпрямитель

Рис. 32. Модель выпрямителя

Рис. 34. Форма графика. Фильтр – 5 мкФ

Рис. 35. Форма графика. Фильтр – 10 мкФ

Амплитуда выходного напряжения для рис. 35 составляет 26.95 В

Амплитуда пульсации для рис. 35 составляет 16.15 В

Амплитуда выходного напряжения для рис. 36 составляет 26.94 В

Амплитуда пульсации для рис. 36 составляет 11.21 В

Как видно из полученных данных, амплитуда пульсации уменьшается с увеличением ёмкости фильтра, а если сравнить графики с однополупериодными выпрямителями ( Рис. 27-28 ) то можно увидеть что форма выходного напряжения значительно ровнее, так же выше среднее выходное напряжение и ток нагрузки. Чем больше ёмкость фильтра, тем ближе среднее выходное напряжение к максимальному выходному напряжению.

6 Изучение мостового выпрямителя с RC фильтром.

На рис. 36 показана схема изучаемого выпрямителя, рис. 38 изображает модель выпрямителя в программе, а на рис. 39 отражен график выходного напряжения.

Рис. 36 Изучаемый выпрямитель с RC фильтром

Рис. 37 Схема модели выпрямителя

Рис. 38 Форма графика выходного напряжения

Амплитуда выходного напряжения равна 13.7 В

Амплитуда пульсации равна 6.04 В

Как видно из графика и выходных данных. RC фильтр значительно сглаживает форму пульсации и её амплитуду в сравнении с другими фильтрами, но в месте с этим амплитуда выходного напряжения тоже уменьшается.

7. Исследование однополупериодного выпрямителя

Схема однополупериодного выпрямителя с характеристиками U2 = 36 В, Cф = 5мкФ и Rн = 1200 Ом  изображена на рис. 40.

 

Рис. 39 однополупериодный выпрямитель

Рис. 40 Модель выпрямителя

Модель выпрямителя показана на рис. 40, а на рис. 41 изображена форма графика выходного напряжения на нагрузке. Красной линией показано напряжение до выпрямления, зеленой – после.

Рис. 41 Форма графика выходного напряжения

Напряжение источника питания Uпит=36В. Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке равно Uн=9В, амплитуда выходного напряжения U н макс =49,98 В, амплитуда пульсации  Uн=45,51В, среднее напряжение на нагрузке Uн ср = 26,43В.

Средний ток на нагрузке I пр ср = Uн ср / R н= 26,43/1200 = 0,022 А    (9)

Коэффициент пульсации  q= Uн / Uн ср = 45.51/26.43=1.72                 (10)

Напряжение на диоде равно амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке  U обр макс=50,92В

Изменение сопротивления нагрузки влияет на скорость разряда конденсатора. Чем больше сопротивление – тем медленнее будет разряжаться конденсатор, чем оно меньше – тем быстрее конденсатор будет разряжаться.

Ёмкость конденсатора линейно влияет на скорость его разряда. Чем больше емкость, тем дольше он будет разряжаться, и на оборот соответственно.

Рис. 42. График тока на нагрузке

Рис. 43.  График прямого тока на диоде

Среднее значение тока = 23.17 А, а максимальный ток составляет 49.94 А

Влияние частоты входного напряжения на пульсацию:

При уменьшении частоты амплитуда пульсации будет возрастать, так как длинна периода возрастает, и у ёмкости будет больше времени на разрядку, так же снижается среднее напряжение на нагрузке.

При увеличении частоты, амплитуда пульсации будет уменьшаться, так как ёмкость не будет успевать разряжаться. Вместе с этим, обратное напряжение и среднее напряжение на нагрузке, будут больше.

8. Исследование мостового выпрямителя ( рис 44 )

Рис 44. Изучаемый мостовой выпрямитель без устройств измерения

Рис. 45. Модель выпрямителя

Рис. 46. Напряжение на нагрузке(красный гр.)

Амплитуда выходного напряжения 26.6 В

Амплитуда пульсации 9.59 В

Среднее выходное напряжение 20.5 В

Средний ток нагрузки 0.04 А

Максимальный ток 0.09 А

Зависимость коэффициента пульсации от ёмкости:

q1=Uп /Uн ср= 9,52/20,5=0,46  при С=50мкф  (11)

q2=Uп /Uн ср= 11,06/20,47=0,54  при С=40мкф      (12)

q3=Uп /Uн ср= 13,06/19,71=0,65  при С=30мкф    (13)

q4=Uп /Uн ср= 15,95/18,58=0,85  при С=20мкф      (14)

Рис. 47.  Зависимость коэффициента пульсации от ёмкости

Из графика зависимости коэффициента пульсации от ёмкости видно, что, чем меньше ёмкость, тем больше коэффициент пульсации. Коэффициент пульсации находится при помощи амплитуды пульсации и среднего выходного напряжения, а при снижении ёмкости они увеличиваются.


Список литературы по индивидуальному заданию

  1.  Гук М. Аппаратные средства IBM PC. - СПб.: Питер, 2002.
    1.  Ирвинг М. Готтлиб. Источники питания. - М.: ПОСТМАРКЕТ, 2000.
      1.  Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры /Под ред. В.А.Шахова. -М.:Изд-во. МГТУ им. Баумана, 2002.
        1.  Степаненко О.С. Сборка, модернизация и ремонт ПК. - М.: Вильяме, 2003.
          1.  Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. - М.: Горячая линия, 2001.
          2.  Фрике К. Мир электроники. Вводный курс цифровой электроники. - М.: ТЕХНОСФЕРА, 2003.
          3.  Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. - М: ФОРУМ- ИНФРА-М, 2002.
          4.  Валеко B.C. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. - М.: Додэка - XXI, 2001.
          5.  Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001.
          6.  Джонс М.Х. Электроника-практический курс. - М.: Постмаркет, 2003.
          7.  Калабеков Б.А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства и микропроцессорные устройства. - М.: Радио и связь, 1987.
          8.  Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсные и цифровые устройства. - М.: Высшая школа, 2003.
          9.  Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. -М.: Энергоиздат, 1988.
          10.  Ушаков В.Н., Должейко О.В. Электроника. - М.: Радио и связь.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16927. Гуморальная регуляция сердечной деятельности 57.5 KB
  Тема: ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Под гуморальной регуляцией сердца понимают изменение его работы под влиянием кардиоактивных гормонов вырабатываемых железами внутренней секреции и поступающих в сердце с током крови гормональная регуляция или ...
16928. ДЕЙСТВИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА НЕРВ 134.5 KB
  ТЕМА ДЕЙСТВИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА НЕРВ Вопросы теоретической подготовки: Физический электротон и кабельные свойства нервных волокон. Критический уровень деполяризации и его изменения. Изменение физиологических параметров мембраны при деполяризации
16929. ИНТЕГРАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ЦНС (НА ПРИМЕРЕ РЕФЛЕКСОВ СПИННОГО МОЗГА). СУММАЦИЯ В НЕРВНЫХ ЦЕНТРАХ 594 KB
  Раздел ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ. Тема. ИНТЕГРАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ЦНС НА ПРИМЕРЕ РЕФЛЕКСОВ СПИННОГО МОЗГА. СУММАЦИЯ В НЕРВНЫХ ЦЕНТРАХ Вопросы теоретической подготовки: Клеточное строение рефлекторных дуг спинного мозга. Свойства нервных цент
16930. НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РАБОТЫ СЕРДЦА 147 KB
  РАЗДЕЛ. ФИЗИОЛОГИЯ СЕРДЦА И СОСУДОВ. ТЕМА: НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РАБОТЫ СЕРДЦА. Работа сердца как насоса его гемодинам ическая производительность является одним из решающих факторов определяющих интенсивность кровотока и соответственно уровень снабжения органов и тк...
16931. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ. НЕРВНО-МЫШЕЧНАЯ ПЕРЕДАЧА 128.5 KB
  Тема. ФИЗИОЛОГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ. НЕРВНОМЫШЕЧНАЯ ПЕРЕДАЧА. Вопросы теоретической подготовки: Физиологические свойства мышечных волокон. Механизм возникновения возбуждения и его проведение в волокнах скелетной мышцы. Типы сокращений мышцы. Двигатель...
16932. ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММА: МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ, АНАЛИЗ, ФОРМИРОВАНИЕ 162.5 KB
  Тема. ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММА: МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ АНАЛИЗ ФОРМИРОВАНИЕ. При возбуждении сердца на его поверхности и в его тканях возникает разность потенциалов закономерно меняющаяся по величине и направлению. Биоэлектрическая активность разных отделов сердца возника...
16933. Синаптическая передача в ЦНС. Понятие о синапсе. Строение электрического и химического синаптических контактов 75.5 KB
  Физиология лекция №5 Синаптическая передача в ЦНС. Понятие о синапсе. Строение электрического и химического синаптических контактов. События происходящие в химическом синапсе. Медиаторы и принцип Дэйла. Ионотропные и метаботропные эффекты медиаторов. Модуляторы
16934. Этапы изучения мозга человека (от древних египтян до Везалия), какие есть подходы в изучении мозга 72.5 KB
  Физиология лекция №2 Этапы изучения мозга человека от древних египтян до Везалия какие есть подходы в изучении мозга. Что мы знаем и чего мы не знаем о функциях мозга. Какими функциями управляет мозг. Зачем человеку нужно такое длинное детство. В этих вопросах
16935. Ранее рассмотрены функции, связанные с нейросекреторными клетками и клетками которые вырабатывают нейрофебтиды. 72.5 KB
  Физиологи ЦНС лекция №3 Ранее рассмотрены функции связанные с нейросекреторными клетками и клетками которые вырабатывают нейрофебтиды. В гипоталамусе вырабатываются статины и либерины которые включаются в ответную стрэссорную реакцию организма. Если на органи