P

OLITECHNIKA WI TOKRZYSKA

W

K

IELCACH

W

YDZIAŁ

E

LEKTROTECHNIKI

,

A

UTOMATYKI I

I

NFORMATYKI

K

ATEDRA

E

LEKTRONIKI I

S

YSTEMÓW

I

NTELIGENTNYCH

L

ABORATORIUM

P

ODSTAW

E

LEKTRONIKI

I

NSTRUKCJA

L

ABORATORYJNA

WICZENIE NR

2:

Z

ASILACZE NIESTABILIZOWANE NAPI CIA STAŁEGO

K

IELCE

2006

- 2 -

1. Wst p teoretyczny

Prawie wszystkie układy i urz dzenia elektroniczne, w celu zapewnienia prawidłowego działania,

musz by zasilane napi ciem stałym. Poniewa zasilanie z baterii lub akumulatorów ogranicza si w

zasadzie do urz dze przeno nych, mo na stwierdzi , e zagadnienie projektowania zasilaczy napi cia

stałego jest jednym z podstawowych problemów w konstrukcji układów elektronicznych. Zasilacz

napi cia stałego mo na okre li jako urz dzenie, przetwarzaj ce energi sieci pr du zmiennego

(przewa nie o warto ci skutecznej napi cia 230 V) na napi cie stałe. Je eli napi cie to ma słu y

zasilaniu układów tranzystorowych, jego warto zawiera si przeci tnie w granicach od kilku do

kilkunastu woltów. Zasilacz napi cia stałego składa si z transformatora obni aj cego napi cie,

prostownika oraz układu elektronicznego (decyduj cego o wła ciwo ciach danego zasilacza). Schemat

blokowy takiego zasilacza przedstawia rys. 1.

Rys. 1. Schemat blokowy zasilacza napi cia stałego.

Je eli transformator nie posiada odczepu na rodku uzwojenia wtórnego, mo liwe jest zastosowanie

dwóch rodzajów prostowników:

•

jednopołówkowego (jedna dioda prostownicza),

•

dwupołówkowego (cztery diody prostownicze w układzie Graetza).

Je eli taki odczep transformator posiada, wówczas przewa nie prostownik pracuje jako

dwupołówkowy (tworz go dwie diody prostownicze).

W zale no ci od tego, w jaki sposób zbudowany jest układ elektroniczny z rys. 1., zasilacze mo na

podzieli na nast puj ce grupy:

•

niestabilizowane:

o

układ elektroniczny z kondensatorem o du ej pojemno ci (rys. 2)

o

układ elektroniczny z filtrem dolnoprzepustowym RC lub LC (rys. 3)

•

stabilizowane:

o

układ elektroniczny z diod Zenera

o

układ elektroniczny z tranzystorem szeregowym

o

układ elektroniczny z tranzystorem równoległym

Poni ej przedstawiono schematy zasilaczy niestabilizowanych napi cia stałego.
Dla cisło ci nale y doda , e przedstawiony podział zasilaczy jest podziałem niepełnym. Pomini to

bowiem układy rzadziej stosowane b d takie, które nie mog by zrealizowane na makiecie

laboratoryjnej: powielacze napi cia, filtry tranzystorowe, zasilacze tyrystorowe, przetwornice napi cia

stałego, zasilacze z regulacyjnymi tranzystorami polowymi i inne.

PROSTOWNIK

~230V

U

wy

U

we

UKŁAD

ELEKTRONICZNY

R

0

- 3 -

Rys. 2. Zasilacz napi cia stałego niestabilizowany z kondensatorem.

Rys. 3. Zasilacz napi cia stałego niestabilizowany z kondensatorem i filtrem dolnoprzepustowym

LC.

1.1. Zasilacz niestabilizowany z prostownikiem jednopołówkowym

Rys. 4. Układ zasilacza napi cia stałego niestabilizowanego z prostownikiem jednopołówkowym.

Przy braku kondensatora C przez obci enie płynie pr d o kształcie sinusoidalnym przez czas T/2

(T = 1/f jest okresem napi cia zmiennego doł czonego do prostownika), napi cie wyj ciowe zasilacza ma

wi c taki sam kształt, co przedstawiono na rys. 5a. Doł czenie kondensatora powoduje zmian napi cia

wyj ciowego, a jego przebieg czasowy dla warunków ustalonych przedstawia rys. 5c.

Je eli zasilacz jest słabo obci ony (du e R

0

) napi cie na wyj ciu niewiele odbiega od przebiegu

stałego (rys. 8b.). Silne obci enie zasilacza powoduje wyra ny wzrost amplitudy t tnie napi cia

wyj ciowego i tym samym obni enie warto ci redniej tego napi cia (rys. 5d.).

D

~230V

C

U

wy

U

we

D

~230V

C

2

U

wy

U

we

C

1

L

D

~230V

C

U

we

U

wy

R

0

I

wy

- 4 -

Rys. 5. Przebiegi czasowe napi cia na wyj ciu zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem

jednopołówkowym.

1.2. Zasilacz niestabilizowany z prostownikiem dwupołówkowym

Rys. 6. Układ zasilacza napi cia stałego niestabilizowanego z prostownikiem dwupołówkowym.

Przy braku kondensatora C przez obci enie płynie pr d o kształcie wyprostowanego przebiegu

sinusoidalnego przez czas T (T = 1/f jest okresem napi cia zmiennego doł czonego do prostownika),

napi cie wyj ciowe zasilacza ma wi c taki sam kształt, co przedstawiono na rys.7a. Doł czenie

kondensatora powoduje zmian napi cia wyj ciowego, a jego przebieg czasowy dla warunków

ustalonych przedstawia rys. 7c.

Je eli zasilacz jest słabo obci ony (du e R

0

) napi cie na wyj ciu niewiele odbiega od przebiegu

stałego rys.7.b. Silne obci enie zasilacza powoduje wyra ny wzrost amplitudy t tnie napi cia

wyj ciowego i tym samym obni enie warto ci redniej tego napi cia (rys. 7d.).

~230V

C

U

wy

R

0

I

wy

D

1

D

2

U

we

U

wy

t

U

wy max

C=0

R

0

=1k

U

wy

t

C=25 F

R

0

=560k

U

wy max

a)

b)

U

wy

t

U

wy max

C=25 F

R

0

=100

c)

T/2

U

wy

t

U

wy max

C=25 F

R

0

=1k

d)

T/2

- 5 -

Rys. 7. Przebiegi napi cia na wyj ciu zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem

dwupołówkowym.

1.3. Pomiary parametrów zasilaczy

W ka dym z opisanych zasilaczy napi cie wyj ciowe maleje ze wzrostem pr du, pobieranego przez

obci enie.

Dokonuj c stałopr dowego pomiaru U

wy

= f(I

wy

) otrzymuje si krzyw przedstawian na rysunku lini

ci gł (mierniki pokazuj bowiem redni warto napi cia i pr du). W istocie jednak na warto redni

napi cia wyj ciowego nakładaj si t tnienia, których amplituda wzrasta w miar zwi kszania si pr du

wyj ciowego. Obwiednia napi cia t tnie pokazana została na rysunku lini przerywan . Pełnej

charakterystyki z rys. 8. nie mo na otrzyma bezpo rednio; na ogół mierzy si j osobno dla pr du

stałego i osobno dla pr du zmiennego, a pó niej dodaje oba wykresy.

Na podstawie krzywej z rys. 8.

mo na

obliczy

podstawowy

parametr,

obrazuj cy

jako

zasilacza

napi cia

stałego

-

rezystancj wyj ciow . Oznaczaj c

j przez r, mo na wprowadzi

definicj w punkcie

P(U

wy0

,I

wy0

):

wy

wy

wy

wy

wy

wy

I

U

I

I

U

U

r

∆

∆

=

−

−

=

1

2

1

2

Rys. 8. Zale no U

wy

= f(I

wy

) zasilacza napi cia stałego.

U

wy

t

U

wy max

C

=0

R

0

=1k

U

wy

t

C

=25 F

R

0

=560k

U

wy max

a)

b)

U

wy

t

U

wy max

C

=25 F

R

0

=100

c)

T/2

U

wy

t

U

wy max

C

=25 F

R

0

=1k

d)

T/2

I

wy

U

wy

U

wy max

U

wy1

U

wy2

I

wy1

I

wy2

P(U

wy0,

I

wy0

)

I

wy0

- 6 -

2. Przebieg wiczenia

2.1. Pomiar charakterystyki wyj ciowej

U

wy

=f(

I

wy

) zasilacza niestabilizowanego

Schematy pomiarowe

Rys. 9 Układ do pomiaru charakterystyki wyj ciowej zasilacza niestabilizowanego

z prostownikiem jednopołówkowym

Rys. 10 Układ do pomiaru charakterystyki wyj ciowej zasilacza niestabilizowanego

z prostownikiem dwupołówkowym (układ Graetza)

Rys. 11 Układ do pomiaru charakterystyki wyj ciowej zasilacza niestabilizowanego

z prostownikiem dwupołówkowym (2 diody)

Sposób przeprowadzenia pomiarów

•

Poł czy układ pomiarowy przedstawiony na rys. 9. (C=25

µF, R

0

=1k

Ω)

•

Wykona pomiary charakterystyk wyj ciowej zasilacza. Pomiar polega na odczycie na pr du

wyj ciowego I

wy

(miliamperomierz

mA) i napi cia wyj ciowego U

wy

(woltomierz

V) przy

ustawionej rezystancj obci enia R

0

. Wyniki nale y zanotowa w tabeli 1. Rezystancj

obci enia R

0

nale y zmienia w granicach od 560k

Ω do 100Ω.

•

Powtórzy pomiary dla układu zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem dwupołówkowym

(rys. 10.) lub (rys 11.)

D

~230V

C

U

we

U

wy

R

0

I

wy

mA

V

D

1

~230V

C

U

we

U

wy

R

0

I

wy

mA

V

D

2

D

3

D

4

D

1

I

wy

~230V

C

U

we

U

wy

R

0

mA

V

D

2

- 7 -

Tabela pomiarowa
Tabela 1. Pomiar charakterystyki wyj ciowej zasilacza niestabilizowanego

)

(

wy

wy

I

f

U

=

Prostownik jednopołówkowy

Prostownik dwupołówkowy

(Gretza)

Prostownik dwupołówkowy (2

diody)

Lp

I

wy

[mA]

U

wy

[V]

I

wy

[mA]

U

wy

[V]

I

wy

[mA]

U

wy

[V]

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

2.2. Badanie przebiegów czasowych napi zasilacza niestabilizowanego

Schematy pomiarowe

Rys. 12. Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem

jednopołówkowym

Rys. 13. Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem

dwupołówkowym (Graetza)

D

~230V

C

U

we

R

0

kanał

A

kanał

B

Oscyloskop

D

1

~230V

C

U

we

R

0

D

2

D

3

D

4

kanał

A

kanał

B

Oscyloskop

- 8 -

Rys. 14. Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem

dwupołówkowym (2 diody)

Sposób przeprowadzenia pomiarów

•

Poł czy układ pomiarowy przedstawiony na rys. 12. (C=25

µF, R

0

=1k

Ω)

•

Narysowa przebieg wej ciowy U

we

(t) (kanał

A oscyloskopu) oraz przebiegi wyj ciowe U

wy

(t)

(kanał

B oscyloskopu) dla ró nych warto ci pojemno ci C i obci enia R

0

podanych przez

prowadz cego.

•

Poł czy układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem

dwupołówkowym (rys. 13. lub rys. 14.) i wykona podobne pomiary.

3. Opracowanie wyników pomiaru

W sprawozdaniu nale y zamie ci :

1.

Schematy pomiarowe realizowane na wiczeniu.

2.

Tabele pomiarowe z wynikami.

3.

Charakterystyki wyj ciowe U

wy

= f(I

wy

) dla zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem jedno- i

dwupołówkowym.

4.

Wyznaczy rezystancj wyj ciow r dla zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem jedno- i

dwupołówkowym..

5.

Przebiegi czasowe sygnału wej ciowego i wyj ciowych dla badanych układów i ró nych warto ci

pojemno ci C oraz rezystancji obci enia R

0

.

6.

Wnioski.

D

1

~230V

C

U

we

R

0

D

2

kanał

A

kanał

B

Oscyloskop