Описание лабораторной установки. Изучение физических процессов и принципа действия транзисторного преобразователя напряжения

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Лабораторная работа № 40

Цель работы

Изучение физических процессов и принципа действия транзисторного преобразователя напряжения.

Ознакомление с методикой исследования и параметрами преобразователя при работе на нагрузку с различной реакцией и при изменении питающих напряжений.

Исследование работы схемы выпрямления и сглаживающего фильтра при прямоугольном напряжении.

Структурная схема лабораторной установки для исследование транзисторного преобразователя напряжения постоянного тока (ТПН) с измерительными цепями изображена на рис. 40.1. Напряжение питающей сети U_С подаётся на регулируемый источник питания постоянного тока, в качестве которого могут применяться ТВБ с регулировкой по первичной стороне или стабилизированный регулируемый блок питания. Постоянное напряжение этого блока поступает на инвертор.

Инвертор с самовозбуждением – преобразователь постоянного напряжения в переменное – выполнен по схеме индуктивного мультивибратора (схема Роера) на транзисторах с насыщающимся трансформатором
(рис. 40.2). Для возникновения автоколебаний в такой схеме необходимо выполнение условия баланса фаз и амплитуд. Баланс фаз достигается соответствующим включением базовых коллекторных обмоток, а баланс амплитуд – выбором соотношения между количеством витков базовой и коллекторной обмоток и величиной резистора R_Б.

Переходы база–эмиттер транзисторов VT₁ и VT₂ (см. рис. 40.2) зашунтированы диодами VD₁ и VD₂, включенными по сравнению с переходом база–эмиттер в обратном направлении, что позволяет, во-первых, защитить переходы база–эмиттер от действия значительных обратных напряжений; во-вторых, использовать базовую обмотку без среднего вывода.

При включении напряжения из-за несимметрии (неидентичности) транзисторов ток коллектора одного из них, например VT₁, будет больше. В силу положительной обратной связи это вызовет сравнительно быстрое запирание транзистора VT₂.

Неизменность напряжения U_ВХ, которое почти всё приложено к коллекторной обмотке открытого транзистора, обусловливает линейный закон изменения индукции в магнитопроводе трансформатора (рис. 40.3). С увеличением индукции ток в цепи коллектора VT₁ увеличивается за счет роста тока намагничивания. Когда i_K VT₁ достигает значения, при котором VT₁ выходит из состояния насыщения, сопротивление транзистора резко возрастает. Скорость нарастания индукции в магнитопроводе изменяет знак и, как следствие, изменяются полярности индуцированных в обмотках ЭДС. Ранее открытый транзистор VT₁ запирается, а закрытый VT₂ открывается, т.е. переходит в состояние насыщения. Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора изменяет направление и будет увеличиваться в этом направлении до тех пор, пока ток в цепи коллектора VT₂ за счет тока намагничивания не достигнет величины, при которой открытый транзистор VT₂ выйдет из состояния насыщения. В дальнейшем процесс повторится.

Собственная частота автогенератора (без учета влияния нагрузки)

,

где – напряжение на коллекторной обмотке трансформатора;
– напряжение на входе инвертора; – падение напряжения на открытом транзисторе; – количество витков коллекторной обмотки трансформатора; – активное сечение стали магнитопровода трансформатора.

Внешняя характеристика ТПН при имеет падающий характер, что объясняется падением напряжения на элементах преобразователя и снижением частоты коммутации по мере роста тока нагрузки . При некотором значении нарушается баланс амплитуд, что приводит к срыву колебаний. Значение тока нагрузки, при котором наступает срыв колебаний, называют током срыва.

КПД исследуемого конвертора зависит от величины потерь мощности в цепях транзисторов, трансформаторе, схеме выпрямления и сглаживающем фильтре. КПД ТПН такого типа составляет обычно 60…70 % и может быть определён экспериментально:

Для преобразования переменного напряжения на выходе инвертора в пульсирующее применена схема Греца.

Подавление пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется сглаживающим фильтром. Схема сглаживающего фильтра может быть различной в зависимости от положения тумблеров.

В качестве нагрузки Н может использоваться реостатная схема либо имитатор РЭА.

Содержание работы и порядок её выполнения

Рассчитать ожидаемую частоту коммутации ТПН , критическое сопротивление нагрузки , используя уравнение

Определить цену деления измерительных приборов.

Собрать схему для исследования ТПН. Установить регулятор напряжения в положение минимума , – в положение наибольшего сопротивления. Пригласить преподавателя для проверки схемы и включения стенда.

Исследовать формы тока и напряжения в схеме ТПН. Для этого
с помощью регулятора установить а с помощью – Тип фильтра задаётся преподавателем.

Зарисовать с экрана осциллографа временные диаграммы:
– напряжение на коллекторе транзистора; – ток коллектора транзистора; – ток базы транзистора; – напряжение на вторичной обмотке трансформатора; – ток диода; – напряжение пульсаций на выходе схемы выпрямления; – напряжение пульсаций на нагрузке; – напряжение пульсаций на входе преобразователя.

Осциллограммы в отчете привести с указанием масштабов по обеим осям и расположить их одну под другой, причем масштаб времени по оси абсцисс для всех осциллограмм выбирать одинаковым.

Снять внешнюю характеристику преобразователя при изменяя с помощью ток от нуля (тумблер S_Н отключен) до тока срыва (5…7 точек). Величину поддерживать постоянной с помощью регулятора. Данные измерений занести в табл. 40.1.

Снять зависимость частоты коммутации от величины питающего напряжения при (по заданию преподавателя). Данные измерений (5…8 точек) записать в табл. 40.2.

Уменьшить входное напряжение до нуля. Выключить питание электронных приборов, а затем питание стенда.

Таблица 40.1
, В
, А
, Гц
, В
, А
, В
, В
, Вт
, Вт

Дата добавления: 2015-04-24