Источник постоянного тока источник постоянного напряжения – Источники питания постоянного тока: регулируемые и другие виды

Содержание

Источники постоянного тока: виды, характеристики, сферы применения

Источники постоянного тока: виды, характеристики, сферы применения



05.04.2019 14:31

Постоянный ток существует только в замкнутой цепи и сохраняет свое направление и основные параметры неизменными во времени. Для его поддержания необходимо наличие постоянного напряжения. Это требование является неизменным для различных источников постоянного тока.

Источники постоянного электрического тока

Существует несколько основных видов источников энергии постоянного тока. Каждый из них основан на использовании разных физических принципов и используется в определенных условиях. К ним можно отнести следующие виды:

  • механические, превращающие механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию;
  • тепловые, в которых в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия;
  • химические, в которых в электрическую энергию преобразуется энергия, выделяющаяся в результате химического процесса;
  • световые, превращающие энергию солнечного света в электрическую энергию.

В основном электроэнергия вырабатывается электростанциями, от которых потребители получают не постоянный, а переменный ток, который затем преобразуется в постоянный. Но во многих сферах можно применять только тепловые, световые или химические источники постоянного электрического тока.

Тепловые источники

В этих источниках используется термоэлектрический эффект. Электрический ток в замкнутой цепи возникает благодаря разнице температур, контактирующих между собой, металлов или полупроводниковых структур. В месте контакта при нагреве возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС). Электрический ток заряженных частиц направлен от нагретого участка в сторону холодного. Его величина пропорциональна разнице температур. В месте спая образуется термопара.

Приборы, которые для создания постоянного тока используют тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных изотопных материалов, являются радиоизотопными термоэлектрическими генераторами.

Световые источники

Свойство полупроводников создавать ЭДС при попадании на них потока света используется при создании световых источников постоянного тока.

Объединение большого количества кремниевых структур позволяет создавать солнечные батареи. Небольшие электростанции, созданные на базе таких солнечных панелей, имеют на сегодняшний день КПД не более 15%.

Химические источники

Получение положительных и отрицательно заряженных частиц в химических источниках постоянного тока осуществляется за счет химических реакций. По классификации химических источников они делятся на 3 группы:

  • гальванические элементы, являющиеся первичными источниками ;
  • электрические аккумуляторные батареи (АКБ), или вторичные ХИТ;

*ХИТ — химические источники тока.

Гальванические элементы используют принцип действия, основанный на взаимодействии двух металлов через среду электролита. Вид и характеристики ХИТ зависят от выбранной пары металлов и состава электролита. Два металлических электрода источника тока по аналогии с прибором односторонней проводимости получили название анода («+») и катода («-«).

Материалом для изготовления анода могут служить свинец, цинк, кадмий и другие. Катод изготавливают из оксида свинца, графита, оксида марганца, гидрооксида никеля. По составу электролита гальванические элементы разделяются на 3 вида:

  • солевые или «сухие»;
  • щелочные;
  • литиевые.

В элементах первых двух видов графито-марганцевый стержень (катод) помещен по оси цинкового цилиндрического стаканчика (анода). Свободное пространство между ними заполнено пастой на основе хлорида аммония (солевые) или гидрооксида калия (щелочные).

В литиевых элементах цинковый анод заменен щелочным литием, что привело к значительному увеличению продолжительности работы. Материал катода в них определяет выходное напряжение батарейки (1,5-3,7) В. Первичные ХИТ являются источниками одноразового действия. Его реагенты, расходующиеся в процессе работы, не подлежат восстановлению.

Аккумуляторы представляют собой устройства, в которых производится преобразование электрической энергии внешнего источника тока в химическую энергию при заряде и ее накопление. В процессе работы (разряд) происходит обратное преобразование — химическая энергия служит источником постоянного электрического тока.

К основным видам аккумуляторов относятся:

  • свинцово-кислотные;
  • никель-кадмиевые щелочные;
  • литий-ионные.

Для создания химических процессов набор пластин помещен в раствор электролита. В АКБ, созданных по современным технологиям, раствор представляет собой не жидкость, а гелиевый состав (GEL) или сотовые сепараторы, пропитанные электролитом и помещенные между свинцовыми пластинами (AGM).

Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы для работы в качестве источников постоянного тока для запуска двигателей автомобилей собирают из набора отдельных аккумуляторных элементов («банок»). Каждая «банка» обеспечивает на своих клеммах напряжение 2,1 В. Соединенные последовательно 6 элементов и помещенные в ударопрочный корпус, имеют на выходных клеммах аккумулятора необходимые для запуска двигателя 12 В.

В литий-ионных аккумуляторах носителями электрического тока служат ионы лития. Они образуются на катоде, изготовленному из соли лития. Анод может быть изготовлен из графита или оксидов кобальта. Напряжение постоянного тока на выходе аккумулятора может варьироваться в пределах (3,0-4,2) В в зависимости от используемых материалов. Эти аккумуляторы имеют низкое значение тока саморазряда и допускают большое количество циклов заряд/разряд. Благодаря этому все современные гаджеты используют аккумуляторы этого вида.

Механические источники постоянного тока

Устройствами, преобразующими механическую энергию в электрическую, являются турбо и гидро генераторы. Они вырабатывают переменный электрический ток. Для основной части бытовых приборов источником постоянного тока выступают их блоки питания. В них производится преобразование переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, необходимое для работы устройств. Эту задачу выполняют выпрямители, которые должны обеспечивать необходимую мощность источника постоянного тока для их нагрузки и постоянное значение выходного напряжения, не зависящее от потребляемого тока.

Блоки питания могут быть линейными и импульсными. Линейные блоки выполняются по разным схемам, основу которых составляют:

  • однополупериодые выпрямители;
  • двухполупериодные выпрямители.

В выпрямителях используется свойство полупроводниковых диодов пропускать ток только в одном направлении. Выпрямленное таким образом напряжение еще не является постоянным. Емкости последующих за выпрямителем конденсаторов сглаживающего фильтра при своем быстром заряде и медленном разряде поддерживают величину положительного однополярного напряжения на определенном значении. Его величина определяется трансформатором, получающим напряжение от генератора переменного тока. Для однофазного напряжения домашней сети 220 В 50 Гц его стальной сердечник имеет значительные размеры и вес.

Схемы однополупериодных содержат всего один полупроводниковый диод, пропускающий только одну полуволну синусоидального переменного входного напряжения.

Двухполупериодные выпрямители выполняются по мостовой схеме или по схеме с общей точкой. В последнем случае вторичная обмотка сетевого трансформатора имеет вывод от своей середины. Эти выпрямители представляют собой параллельное включение двух однополупериодных выпрямителей. Они действуют на обе полуволны синусоиды переменного входного напряжения.

Мостовая схема выпрямителя является наиболее распространенной. Соединение 4-х диодов в ней напоминает «квадрат». К одной из диагоналей подключается переменное напряжение вторичной обмотки сетевого трансформатора. Нагрузка включается в другую диагональ «квадрата». Им будет входной элемент сглаживающего фильтра.

Регулирование источника

Для обеспечения постоянного значения уровня выходного напряжения, не зависящего от потребляемого нагрузкой тока и колебаний входного переменного напряжения, все современные источники питания постоянного тока имеют ступень стабилизации и регулирования.

В ней выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) значением.

При появлении различия между ними вырабатывается управляющий сигнал, который по цепи управления изменяет величину выходного напряжения. Величину значения опорного напряжения можно изменять в широких пределах, имея на выходе регулированного источника питания постоянного тока необходимое для работы напряжение.

Импульсные источники

Схемы с использованием входных трансформаторов напряжения сети получили название линейных. В импульсных источниках питания производится двойное преобразование — сначала переменное напряжение выпрямителем преобразуется в постоянное, затем вырабатывается переменное импульсное напряжение более высокой частоты, которое в выходном каскаде снова преобразуется в постоянное напряжение необходимого значения.

Генераторы импульсов вырабатывают непрерывную импульсную последовательность с частотой (15-60) кГц. Регулирование выходного напряжения осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой уровень сигнала на выходе блока питания определяется шириной импульсов, вырабатываемых генератором и значением их скважности. Регулированные источники питания постоянного тока импульсного типа все чаще используются при создании аппаратуры различного назначения.

Сравнение источников

Отсутствие мощного входного трансформатора в импульсных источниках питания позволяет создавать конструкции значительно более легкие и с меньшими линейными размерами. Их эффективность значительно выше источников, выполненных по линейным схемам. Коэффициент полезного действия доходит до значения 98%. В них широкое распространение получили микросхемы, выполняющие функции контроллеров.

Каждый из типов стабилизированных источников постоянного тока находит применение в своей сфере. А она весьма многообразна. Основой являются характеристики источников постоянного тока. Линейные источники обеспечивают низкий уровень пульсаций выходного напряжения и малое значение уровня собственного шума. Это достигается отсутствием переключений при их работе, которые создают большой уровень помех в широком частотном диапазоне. В импульсных источниках приходится применять сложные схемные решения для борьбы с ними, что приводит к удорожанию изделий, в которых они применяются.

Заключение

В статье был дан общий обзор существующих источников постоянного тока. Изложенный материал лишь знакомит читателей с основными принципами их работы. Из него можно сделать вывод, что каждый из видов источников постоянного тока используется в своей области.

www.navolne.life

Источник напряжения постоянного тока

 

О П И С А Н И Е !!!1660039

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Респуслик

К АВТОРЖОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.04.77 (21) 2471765, 24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5l) у К- г

G 05F 1,58

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень K 16 (53) УДК 621.316.722. .1(088.8) по делам 1!зааретек«й и ат«рытни (45) Дата опубликования описания 30.04.79 (72) Авторы изобретения

А. А. Ищенко и Л. А. Литвин (71) Заявитель (54) ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Источник напряжения постоянного тока относится к промышленной радиоэлектронике и может быть использован в устройствах электропитания узлов автоматики, вычислительной техники и устройств связи.

Известен источник напряжения постоянного тока, состоящий из основного и предварительного стабилизаторов напряжения, регулирующие элементы которых включены между собой последовательно, и содержащий устройство защиты нагрузки и регулирующего элемента вспомогательного стабилизатора при коротком замыкании регулирующего элемента основного стабилизатора (1).

При коротком замыкании регулирующего элемента основного стабилизатора в таком источнике защита нагрузки и регулирующе«О 2s10MCIIT2 ВСпомогательног0 CTBOHJIh42TOра обеспечивается следующим выбором элементов схемы основного стабилизатора.

Недостатком источника напряжения является то, что он имеет низкий коэффициент стабилизации, так как в этом источнике стабилизация осуществляется только одним стабилизатором, а второй стабилизатор, регулирующий элемент которого нормально насыщен, включается в работу только при коротком замыкании регулирующего элемента первого стабилизатора.

Известен также источник постоянного Тока, содержащий основной и предварительный стабилизаторы напряжений, рсгулиру10!ЦIIС Э.1Е. >!СНI Ы I>.OTOPbIX ВК,110 . Ilbl ПОСЛС

5 доватсльно между собой и выходо..1 песочника, входная iic«b усилителя ос..lîâllîãî

СТ2 О и «> изатор г! Вк, 1 10 lеll а пар ал;! Сл Ы10 ВЫходнь;м выводам источника, а входная цепь усилителя предварительного стабилизатора

10 включена параллельно силовому переходу регулирующего элемента основного стабилизатора и элемент защиты (2).

Прп коротком замыкании нагрузки напряжение на регулирующем эт!с сите ос15 новпог0 стабилизатора становится разным нулю и выходное напряжение источника псрераспределястся между регулирующим элементом прсдварптсльного стабил I22тора н ограничительным резистором, при соот20 ВстстВ; 10!цем BblooPc кот0130ГО можно ОГР2ничить ток при коротком замыкании нагрузки требуемым допустимым значением.

Нсдостатком известного источника напряжс!!!!я является то, что в случае короткого

25 22ìi lê2íilë регул!!ру101цего элсмснта основного стабилизатора, 3 велнчнтся падение н а Гlряжсния на Огp 2iill н 1 сл ьнОM pc211cторс па величину падов!!я напряжения на pcry»,èðóþùåì элементе ос!1овного стабилизатоЗО ра «рп нор !2«!ь! ой работе источника, так

660039 как суммарная величина напряжения на ограничительном резистОре и pe!, 1.::p i.!ощсъ( элементе Основного стаоилизатор!! !Оддсрживается постоянной предваритег!.»,1:ым стабилизатором. Be!è÷Hïa гока через ограниЧитсЛННЫй рЕЗИСтор, а ЗиаЧИт, H !СрЕЗ НОС:1ЕДОВатЕЛЬНО СОСДИНЕННЫЕ С ПИМ РСГУ . IИp) IoùHII элсмс!1т npe+BapHTe IhFIOI О стаоилизатора и нагрузку тоже возрастает. При этом величина мощности, рассеиваемой регулирующим элементом предварительного стабилизатора, может значительно превысить номинальную и вызвать расход регулирующего элемента из строя. Увеличение тока через нагрузку происходит с одновременным увеличением напряжения на ней, что может вызвать выход из строя нагрузки, особенно если нагрузкой источника являются интегральные микросхемы.

Целью изобретения является повышение надежности и обеспечение одновременной защиты регулирующего элемента предварительного стабилизатора и нагрузки при коротком замыкании регулируюшего элемента основного стабилизатора, Для этого в источнике напряжения постоянного тока, содержащем основной и предварительный стабилизаторы напряжения, регулирующие элементы которых включепы последовательно между собой и выходом источника, входная цепь усилителя основного стабилизатора вк;почена параллельно выходным выводам источника, а входная цепь усилителя предварител ьного стабилизатора включена параллельно силовому переходу регулирующего элемента основного стабилизатора и элемент защиты, выполненный в виде диода, маломощного транзистора с делителем напряжения, подключенного крайними выводами к выходным выводам источника напряжения, а промежуточными выводами — к выходу усилителя посгоянного тока предварительного с!абилизатора, к базе маломошного транзистора и к катоду. диода, анодом подклю:Ieнпого к выходному выводу, кроме того, силовой переход маломощного транзистора включен между входом регулиру:ощсго элемента предварительного стабилизатора и входным выводом источника напряжения.

На чертеже представлен источник напряжения постоянного тока.

Он состоит из основного стабилизатора 1, предварительного стабилизатора 2, причем основной стабилиза!Ор имеет рсгулирук1щий элемент 3, выход которого соединен с усилителем 4 постояш!ого тока, и источник

5 опорного напряжения, а прсдваритсль ы с!абплиз;!!Ор содержит регулирующий элемент G, вход которого соединс!! с коллектором маломощного транзистора, усиг1 !тель

7 посто,пшого тока и источник 8 опорного напряжения, маломоп!Иый транзистор 9, базо,; подключ нный к дс;и! Слю напряжения

10 диода 11. Наг; узка 12 подключена и

50 дЭ

IIxopHox ) напряжeHH!o V» aepea noclepo!Iaтельно саед!!Ненньп с ней регул ируюп!Ие э;!е !енты 3 и 6, элемент 13 запцггы.

Источник напряж ния раоота T следуioщим образом.

Pen lHp i !Ощий элемеп 3 1!Оддерживасн па нагрузке 12 заданную величину напряжения, определяемую величиной источника

5 опорного напряжения, При этом на силовом переходе регулирующего элемента 3 основного стабилизатора 1 предварительный стабилизатор 2 поддерживает также заданную величину напряжения, определяемую велич шой напряжения источника опорного напря кения 8. При колебаниях входного напряжения, например, при его увеличении, возрастет напряжение на выходе предварительного стабилизатора, т. е. па входе основного стабилизатора, что vûзовет увеличение выходного напряжения источника на нагрузке 12. При этом возрастет разностное напряжение AU между напряжением на нагрузке 12 и величиной напряжения источника опорного напряжения

5, Разностное на! ряжсние ЛУ, приложенное по входу усилителя постоянного тока 4 и усиленное им, воздействуя на вход регулирующего элемента 3, призакроет его, в результате чего выходное Напряжение источника на нагрузке 12 с;аист приблиз!!тельно рав!!ым (с погрешностью стаби lEIaalIEII!) величине выходного напряжения до у! .IH÷åнпя входного напряжс!шя источника. Но при этом возрастет падение напряжения U2 на регулирующем элементе 3 oc!:oâíoão стабилизатора, т. е. увеличится величина входного напряжен;!я усил!псля 7 постоянного тока, равная разности между падением напряжения U> на регулирующем элементе 3 и напряжением источника 8 опорного напряжения. Это усиленное разностное напряжение, воздейств1я через маломощный транзистор 9 на вход регулирующего элемента 6, призакроет e!.o, в результате чего падение напряжения на регулирующем элементе 3 основного стабилизатора 1 станет приблизительно равным (с погрешностью стабилизации) величине падения напряжения на регулирующем элементе 3 до увеличения входного напряжения источника. Аналогично, при уменьшении величины входного напряжения источника произойдет такое уменьшение величины проходного сонротивления регулирующего элемента б предварительного стабилизатора 1, при которой величина выходного напряжения источника на нагрузке 12 и величина падения напря>кения Vz на регулирующем элементе 3 основного стабилизатора примут приблизительно такие жс значения, как и до уменьшения величины входного напряжения. При этом диод 11 находится под напряжение!1, равным разности напряжсни!й U, и U>, где величина напряжения Ui, равная падению напряжения на части делителя 10, опрсдс660039

1 а

К (Составитель С. Горбачева

Корректор О. Тюрина

Редактор Ю. Челюканов

Заказ 688/19 Изд. ¹ 309 Тираж 1014 Подписное

1-1ПО Государствеч«ого комитета СССР по аслам изобрс-.ений и открытий

1130,Б. Москва, Ж-35, Раушска>:. «сб.. д. 1,»3

Типограф««, пр. С» пу«оза. 2 ляется величиной напряжения база-эмпттер, необходимого для насыщения маломоп1ногс транзистора 9, составляет 1 — 2 В, а величина напряжения Ьа на силовом переходе регулирующсго элемента 3 основного стаби- 5 лизатора 1 составляет не менее 3 — 5 В. Поэтому диод 11 нормально находится под обратным напряжением и заперт, не влияя на режим работы маломощного транзистора 9 и всего источника. I0

При коротком замыкании регулирующего элемента 3 основного стабилизатора 1 к диоду 11 будет приложено только прямое напряхкение У, части делителя 10. Диод 11 откроется и зашуптирует вход маломощно- 15

ro транзистора 9, который закроется и обеспечит входную цепь регулирующего элемента 6, который тоже закроется и отключит нагрузку от входного напряжения, исключая тем самым при коротком замыка- 20 нии регулирующего элемента 3 основного стабилизатора 2 возможность перегрузки регулирующего элемента 6 предварительного стабилизатора 2 по току, а нагрузки и по току, и по напряжению. 25

При этом величина мощности, рассеиваемой на регулирующем элементе 6 предварительного стабилизатора, имеет незначительную величину, определяемую величиной входного напряжения и начальным током 30 регулирующего элемента 6, что повышает надежность всего источника в целом.

Фор м ул а изобретения

Источник напряжения постоянного тока, 35 содержащий основной и предварительньш стабплизаторь. напряжения, регулирующие элементы которых включены последовательно между собой и выходом источника, входная цепь усилителя основного стабилизатора включена параллельно выходным выводам источника, а входная цепь усилителя предварительного стабилизатора включена параллельно силовому переходу регулирующего элемента основного стабилизатора и элемент защиты, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и обеспечения одновременной защиты регулирующего элемента предварительного стабилизатора и нагрузки при коротком замыкании регулирующего элемента основного стабилизатора, элемент защиты выполнен в виде диода маломощного транзистора с делителем напряжения, подключенным крайними выводами к входным выводам источника напряжения, а промежуточными выводами — к выходу усилителя постоянного тока предварительного стабилизатора, к базе маломощного транзистора и к катоду диода, анодом подключенного к выходному выводу, кроме того, силовой переход маломощного транзистора включен между входом регулирующего элемента предварительного стабилизатора и входным выводом источника напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 506012, кл. G 05F 1,/56, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 504192, кл. G 05F 1/58, 1974.

   

findpatent.ru

Источник питания постоянного тока | ATE-M.BY


Современные программируемые источники питания постоянного тока являются высоко стабилизированными устройствами, которые способны работать непрерывно и в режиме постоянного тока (DC – Direct Current), и в режиме постоянного напряжения (DCV – Direct Current Voltage). В процессе работы они в рамках своего диапазона полностью имитируют поведение источника тока либо напряжения.


Назначение источников питания – обеспечивать электронную аппаратуру электрическим питанием в точном соответствии как с техническими требованиями, так и со стандартами безопасности.


Не следует источники питания постоянного тока путать с разного рода блоками питания. Последние только преобразуют напряжение сети в фиксированное выходное и стабилизации при этом никакой не имеют. А вот источники питания постоянного тока, как отмечено выше, обеспечивают получение высокостабильного постоянного тока/напряжения.

Режимы стабилизации


Различают так называемые режимы стабилизации источника постоянного тока:

  • по напряжению;
  • по току.


Режим стабилизации по напряжению. Если ток в нагрузке изменяется от нуля до максимума, нестабильность напряжения в источниках постоянного тока при этом минимальна.


Режим стабилизации по току. Аналогично стабилизации по напряжению, когда в процессе работы источника изменяется напряжение в нагрузке, поддерживается заданное значение тока.

Классификация


Источники питания классифицируют по нескольким параметрам, а именно по:

  • принципу действия;
  • мощности;
  • количеству каналов;
  • минимальной дискретности установки выходных параметров;
  • наличию дополнительных возможностей.
Принцип действия


Различают линейные и импульсные источники питания.


Линейные источники питания. В основе их построения – классическая схема с использованием мощного сетевого трансформатора и схемы регулирования. Для таких источников питания характерны как плюсы (низкий уровень излучаемых помех), так и минусы (большая масса из-за наличия трансформатора, малая удельная мощность).


Импульсные источники питания. В основе их построения – преобразование напряжения сети в достаточно высокочастотный переменный ток (около 2 МГц) и дальнейшее трансформирование и регулирование.


К преимуществам импульсных источников питания перед линейными относятся следующие:

  • меньшие размер и масса. Это объясняется работой трансформаторов таких источников на частотах, значительно превышающих 50 Гц;
  • удельная мощность значительно выше.


Минусом импульсных источников тока можно назвать лишь выше, чем у линейных, уровень излучаемых помех. Но в настоящее время, когда во всех сферах наблюдается стремление к миниатюризации, импульсные источники более широко распространены.

Управляемая мощность


Различают источники питания:

  • малой мощности – на один канал до 100 Вт;
  • средней мощности – на один канал до 300 Вт;
  • большой мощности – на один свыше 300 Вт.
Количество каналов


Для современных источников питания характерно наличие нескольких каналов, то есть может быть один, два, три или даже четыре регулируемых выхода.


Два из них чаще всего являются основными. Органами передней панели они могут соединяться:

  • последовательно – с целью увеличения выходного напряжения;
  • параллельно – с целью увеличения максимального тока.
Минимальная дискретность установки выходных параметров


Как отмечено выше, для большинства современных источников питания характерны показатели нестабильности выходного напряжения и тока до 3 мВ и 3 мА соответственно. В таком случае дискретность установки (непрерывность) для выходного напряжения – 10 мВ, тока – 10 мА.


Однако иногда (например, в особо прецизионных исследованиях) требуются источники питания с меньшим показателем дискретности установки: 1 мВ – для выходного напряжения, 1 мА – для тока. И тогда значения нестабильности уже соответственно будут: 350 мкВ – для выходного напряжения, 250 мкА – для тока.

Дополнительные возможности


В качестве примеров дополнительных возможностей источников питания можно назвать:

  • встроенный управляющий микроконтроллер, благодаря которому значительно расширяются возможности разработчиков;
  • немалое (например, до 100) число ячеек памяти, где записаны режимы работы и выходные параметры;
  • возможность записи времени, используемая с целью имитации медленной флуктуации (колебания, изменения) источника питания, а также чтобы изучить поведение разрабатываемого (тестируемого) устройства;
  • возможность мгновенного изменения по заданной программе напряжения питания либо тока с целью исследовать, как устройство реагирует на существенное изменение параметров питания, и др.

ate-m.by

Введение в электронику: РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Любой схеме требуется электропитание., Применяемые обычно батарейки стоят достаточно дорого, что, в частности, и заставляет экспериментатора заняться изготовлением регулируемого источника питания.

Принцип действия

Существует множество различных принципов построения стабилизированных источников питания. В простейшем случае для стабилизации напряжения используется стабилитрон, но его возможности и характеристики весьма ограничены. Мы предлагаем схему простого и эффективного регулируемого стабилизированного источника питания, который способен обеспечить питание для большинства предложенных в данной книге устройств (рис. 4.1).

Сетевое напряжение 220 В поступает на первичную обмотку трансформатора. Низкое напряжение, снимаемое с его вторичной обмотки, выпрямляется диодным мостом VD1. На стабилитроне VD2 и диодах VD3-VD5 формируется фиксированное опорное напряжение. Часть этого напряжения, задаваемая потенциометром R4, используется для определения выходного напряжения источника. После эмиттерного повторителя-на транзисторах VT1, VT2 и VT3, обеспечивающего усиление по току, напряжение подается на выход источника питания.

Рис. 4.1. Принципиальная схема регулируемого источника постоянного напряжения

Работа устройства Трансформатор и выпрямитель

В источнике рекомендуется использовать трансформатор мощностью от 6 до 20 ВА, обеспечивающий на вторичной обмотке переменное напряжение с эффективным значением 24 В. Если трансформатор имеет две обмотки по 12 В, необходимо соединить их последовательно. Диодный мост VD1 осуществляет двухполупериодное выпрямление вторичного напряжения, а конденсатор С1 – сглаживание выпрямленного напряжения. На положительном выводе С1 величина напряжения, в зависимости от нагрузки, может составлять 26-30 В.

Получение управляющего потенциала

Благодаря стабилитрону VD2 (на 24 В) и диодам VD3-VD5 на положительном выводе С2 получается постоянное напряжение, равное 24 + (3 х 0,6) = 25,8 В. Потенциометр R4 предназначен для получения изменяемого от 0 до 25,8 В напряжения. Три диода (VD2, VD3, VD5) компенсируют падение напряжения на базбэмиттерных переходах трех транзисторов составного эмиттерного повторителя VT1-VT3.

Усиление тока

Транзисторы VT1, VT2 и VT3, включенные по схеме Дарлингтона, образуют усилитель тока. На эмиттере выходного транзистора VT3 величина напряжения, регулируемого резистором R4, составляет от 0 до 24 В. Внутренний нагрузочный резистор R3 необходим для измерения напряжения в отсутствии внешней нагрузки.

Моитаж источника

Учитывая большую величину возможной рассеиваемой мощности, транзистор VT3 должен монтироваться на теплоотводящем радиаторе. Чертеж печатной платы источника представлен на рис. 4.2, а сборочный чертеж (монтажная схема) – на рис. 4.3.

Печатные проводники, идущие к выходным клеммам питания, должны быть достаточно широкими, с учетом передаваемой по ним мощности.

Рис. 4.2. Чертеж печатной платы регулируемого источника постоянного напряжения

_ со                            Радиатор

Рис. 4.3. Монтажная схема регулируемого источника постоянного напряжения

Для улучшения теплового контакта транзистор VT3 крепится к радиатору (и вместе с ним – к печатной плате) с помощью винтов диаметром 4 мм. Не следует забывать, что корпус транзистора 2Ν3055 является его коллектором. Следовательно, он постоянно находится под напряжением порядка 30 В. Радиатор устанавливается между транзистором VT3 и платой.

Перечень элементов источника приведен в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Перечень элементов регулируемого источника напряжения

Источник: Фигьера Б., Кноэрр Р., Введение в электронику: Пер. с фр. М.: ДМК Пресс, 2001. – 208 с.: ил. (В помощь радиолюбителю).

nauchebe.net

Источники постоянного напряжения

Источник постоянного напряжения (ИПН) характеризуется следующими основными параметрами:

— электродвижущей силой (ЭДС) Е;

— внутренним сопротивлением R0;

— напряжением U на зажимах (полюсах) источника.

Схема ИПН с подключенным к нему приемником R изображена на рисунке 1.2,а.

Основной характеристикой ИПН является его ВАХ (внешняя характеристика) – зависимость напряжения Uна его зажимах от тока Iисточника (прямая 1 на рисунке 1.2,б).

(1.7)

Уменьшение напряжения U источника при увеличении тока объясняется увеличением падения напряжения на внутреннем сопротивлении Roисточника (слагаемое в (1.7)).

Прямая 2 соответствует ВАХ идеального ИПН, у которого .

Анализ (1.7) позволяет сделать выводы:

— при токе источника I= 0(холостой ход источника) напряжение источника равно его ЭДС: U = E|I = 0;

— ЭДС источника – это его напряжение в режиме холостого хода;

— по известной ВАХ источника (рис. 1.2,б) можно определить его внутреннее сопротивление по формуле:

; (1.8)

— ЭДС источника (рис. 1.2,а) можно измерить в режиме холостого хода вольтметром pVl с относительно большим внутренним сопротивлением Rv, так как при (Rv>> R0) из (1.7) имеем:

. (1.9)

 

 

Рис. 1.2. Схема простейшей электрической цепи (а) и ВАХ ИПН (б)

Похожие статьи:

poznayka.org

Источник переменного напряжения, источник постоянного напряжения

Напряжение, этим термином обозначают разность электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи. Некоторые неправильно полагают, что напряжение — это что-то такое, что движется в цепи. Но это не так. Напряжение — это та сила, под действием которой в электрической цепи движутся электрические заряды, т.е. протекает электрический ток. Напряжение можно сравнить с ударом клюшки по шайбе. Полёт шайбы сравним с протеканием тока, но удар клюшки — это потенциальная сила, вызвавшая движение шайбы. Ток и напряжение взаимосвязаны, так как важна не только разность потенциалов сама по себе, а важен и электрический ток, обусловленный этой разностью потенциалов. Поэтому при описании работы электрических цепей ток и напряжение, как правило, фигурируют вместе.

Можно выделить две группы источников электрической энергии: источники напряжения и источники тока. Напряжение между выходными полюсами источника напряжения не зависит или слабо зависит от тока, отдаваемого источником во внешнюю цепь (нагрузку). В источниках тока, напротив, выходной ток почти не зависит от напряжения на его полюсах, которое определяется нагрузкой.

Основной единицей измерения разности потенциалов является вольт (В). На практике часто применяются производные от основной единицы измерения напряжения. Единица измерения милливольт (мВ) используется для обозначения разности потенциалов, эквивалентной 1/1000 В. Микровольт (мкВ) составляет 1/1000 мВ или 1/1000 000 В. Один киловольт (КВ) равен 1000 В, а один мегавольт (МВ) — 1 000 000 В.

Различают переменное напряжение и постоянное напряжение.

Источник постоянного напряжения

Аккумуляторная батарея — это типичный источник постоянного напряжения. Для питания электронных схем применяются преимущественно источники постоянного напряжения. Напряжение измеряется между положительным и отрицательным выводами (полюсами) источника. Для того, чтобы образовать замкнутую электрическую цепь, в которой протекает постоянный ток, полюсы источника питания должны быть соединены с выводами схемы (нагрузки), потребляющей энергию от источника, или с выводами измерительного прибора. Считается, что в нагрузке, подключённой к источнику питания, ток течёт в направлении от положительного потенциала к отрицательному.

Источник переменного напряжения

Промышленная электросеть — типичный источник переменного напряжения. Если в цепях постоянного напряжения полярность полюсов фиксирована и один из полюсов всегда положителен, а другой отрицателен, то в источниках переменного напряжения полярность постоянно меняется. В первой половине периода один из полюсов имеет отрицательную полярность, а другой — положительную. Во второй половине полярности полюсов меняются. Быстрота смены полярности в цепях переменного тока измеряется в герцах (Гц). В нашей сети напряжение является переменным и в течение одной секунды происходит 50 циклов (периодов) смены полярности напряжения. Частота сети переменного тока (в РФ) равна 50 Гц. Для примера, в США она равна 60 Гц.

katod-anod.ru

1.4 Источники постоянного напряжения

uL = L

diL

,

(1.5)

 

 

 

dt

 

где L – индуктивность элемента, Гн.

 

Для идеального емкостного элемента ток iC

и напряжение uC выра-

жаются идентичной формулой:

 

iС = C

duC

,

(1.6)

 

dt

где С – емкость элемента, Ф. Из (1.5) и (1.6) следуют выводы:

–при постоянном токе (iL =const) напряжение uL =0, вследствие чего и сопротивление индуктивного элемента на постоянном токе равно нулю;

–при постоянном напряжении (uC = const ) ток iC =0, вследствие чего сопротивление емкостного элемента на постоянном токе равно бесконечности.

Таким образом, индуктивный элемент пропускает постоянный ток без сопротивления, а емкостный элемент не пропускает постоянный ток.

Конденсаторы можно рассматривать как идеальные емкостные элементы. Однако катушки индуктивности часто имеют значительное резистивное сопротивление, и поэтому не могут рассматриваться в качестве идеальных индуктивных элементов.

Условное обозначение в схемах электрических цепей:

идеального индуктивного элемента:

L

;

 

С

идеального емкостного элемента:

Источник постоянного напряжения (ИПН) характеризуется следующими основными параметрами:

-электродвижущей силой (ЭДС) E ;

-внутренним сопротивлением R0 ;

-напряжением U на зажимах (полюсах) источника.

Схема ИПН с подключенным к нему приемником R изображена на рисунке 1.2,а.

Основной характеристикой ИПН является его ВАХ (внешняя характеристика) – зависимость напряжения U на его зажимах от тока I источника (прямая 1 на рисунке 1.2,б).

studfiles.net