LABORATORIUM - ELEKTRONIKA

TECHNIKA ANALOGOWA: Zasilanie układów elektronicznych

1.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem prostego zasilacza do urządzeń elektronicznych i działaniem jego poszczególnych elementów.

2.

Bardzo ogólnie o zasilaczu

Na Rysunku 1 pokazano podstawową budowę zasilacza, składającego się z:



transformatora,



prostownika,



filtru dolnoprzepustowego,



stabilizatora.

UKŁAD

UKŁAD

TRANSFORMATOR

PROSTUJĄCY

FILTR

STABILIZUJĄCY

n1:n2

NAPIĘCIE

DOLNOPRZEPUSTOWY

NAPIĘCIE

Rysunek 1. Ogólny schemat budowy zasilacza

Transformator jest układem, który ma za zadanie zredukować napięcie sieci1 do poziomu najbardziej przydatnego do zasilania układów elektronicznych, dostarczanego na wejście prostownika. Generalna zasada jest taka, że stabilizator napięcia wymaga napięcia wejściowego co najmniej o około 2,5 do 3 V wyższego od specyfikowanego napięcia wyjściowego.

Zadaniem prostownika jest przekształcenie napięcia przemiennego (dwukierunkowego), na prąd jednokierunkowy.

Najprostszym prostownikiem jednopołówkowym jest pojedyncza dioda prostownicza, która z zasady przewodzi prąd tylko w jednym kierunku. Jednak z powodu niskiej sprawności działania takiego układu, stosuje się inne, nieco bardziej skomplikowane układy, z których najczęściej wykorzystywanym jest prostownik zbudowany z czterech diod pracujących w układzie tzw. mostka Graetza. W ćwiczeniu bada się zasilacz z obiema wersjami prostownika: jedno i dwu połówkową.

Napięcie uzyskane z prostownika nie jest napięciem stałym, zależnie od zastosowanego układu prostującego ma charakter mniej lub bardziej pulsujący, tyle że o stałej polaryzacji. Konsekwencją tego faktu jest przymus filtracji niepożądanych tętnień napięcia. Najprostszy filtr dolnoprzepustowy stanowi kondensator włączony do układu równolegle do obciążenia. Nie jest to oczywiście filtr idealny, niemniej napięcie uzyskane z prostownika, odfiltrowane kondensatorem o odpowiednio dobranej pojemności, może być (i jest) z powodzeniem stosowane w wielu przypadkach.

Stabilizator ma za zadanie utrzymywać na wyjściu możliwie stałego napięcia niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. W ćwiczeniu bada się najprostszy stabilizator – diodę Zenera, w praktyce często stosuje się

 W Europie lokalna sieć elektroenergetyczna tzw. „niskiego napięcia”, doprowadzona bezpośrednio do odbiorcy indywidualnego dostarcza prądu przemiennego o częstotliwości 50Hz pod napięciem 230V±10% (wartość skuteczna). W USA, Kanadzie, Japoni i niektórych innych krajach świata standardem jest sieć o częstotliwości 60Hz pod napięciem 120V/240V.

stabilizatory bardziej skomplikowane – najczęściej scalone serii 78xx (na napięcia dodatnie) i 79xx (na napięcia ujemne), gdzie xx w oznaczeniu stabilizatora scalonego wskazuje wartość napięcia stabilizacji.

3.

Schematy badanych na laboratorium zasilaczy

Rysunek 2. Schemat budowy badanego zasilacza z prostownikiem jednopołówkowym obciążonego rezystancją RL

włączonego do sieci elektroenergetycznej o parametrach europejskich.

Rysunek 3. Schemat budowy badanego zasilacza z prostownikiem dwupołówkowym.

4.

Przebieg ćwiczenia

4.1.

Podłączyć badany układ zasilacza do sieci 230V ( !!!  !!! - zachować ostrożność!!! ) w stole laboratoryjnym PRZED włączeniem zasilania stołu.

4.2.

Do wyjścia badanego układu podłączyć sondę oscyloskopu.

4.3.

Kolejno konfigurując układ zgodnie z podanymi w kolejnych punktach protokołu wskazaniami (przy pomocy oznaczonych przełączników na płytce układu) należy obserwować i szkicować w protokole otrzymane przebiegi z wyjścia układu (po trzy przebiegi na każdym rysunku – dla trzech różnych obciążeń). Wszystkie rysunki należy wykonać przy identycznych ustawieniach oscyloskopu i dla masy oscyloskopu ustawionej na tym samym poziomie.

Położenie masy również oznaczyć na rysunku!

4.4.

Dla każdego z tych przebiegów wyznaczyć też wartość tętnień i amplitudę sygnału - obliczone wartości zamieścić w protokole. Sposób obliczenia tych parametrów na przykładowym sygnale pokazano poniżej.

5.

Jak wyznaczyć tętnienia i amplitudę sygnału na podstawie obrazu na oscyloskopie – Rysunek 4.

Jeżeli podziałka oscyloskopu (czułość – do odczytania na pokrętle oscyloskopu) dla kanału na którym obserwowany jest sygnał niebieskiego koloru ustawiona jest na 2V, to tętnienia tego sygnału są równe około 2.4V (bo sygnał niebieski zajmuje około 1.2 kratki na ekranie oscyloskopu, czyli przemnożony przez czułość na poziomie 2V daje wartość 2.4V).

Amplituda tego samego sygnału jest równa 12.4V, co wynika z faktu że maksimum sygnału niebieskiego i poziom masy (czerwona linia) dzieli 6,2 kratki. Poziom masy można znaleźć ustawiając dany kanał oscyloskopu w tryb GND.

Rysunek 4. Sposób obliczenia tętnień i amplitudy sygnału z zasilacza.

6.

Opracowanie wyników

6.1.

Zwięźle opisać i wyjaśnić kształt kolejno uzyskiwanych przebiegów. Dlaczego wyglądają właśnie tak?

6.2.

Opisać wpływ zmian rezystancji obciążenia na uzyskiwane przebiegi.

6.3.

Mile widziane dodatkowe wnioski i przemyślenia.

6.4.

NIE pisać teorii, TYLKO własne – czyli własnymi słowami opisane - wnioski z wyników!

7.

Co trzeba wiedzieć na temat zasilaczy?

7.1.

Znajomość ogólnej budowy zasilacza, umiejętność wyjaśnienia roli i idei stosowania kolejnych jego podukładów:



transformatora, prostownika jedno i - dwupołówkowego, filtra, stabilizatora napięcia.

7.2.

Co to jest i jak działa dioda prostownicza i Zenera, budowa i działanie prostownika jedno i dwupołówkowego.

8.

Literatura

[1] Borkowski A., „Zasilanie urządzeń elektronicznych”, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1990

[2] Carr J.J., „Zasilacze urządzeń elektronicznych”, Wydawnictwo BTC, Warszawa 2004

[3] Filipkowski A., „Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1978

Opracowanie ćwiczenia: Seweryn Lipiński, Krzysztof Nalepa