Исследование регулятора напряжения повышающего типа

Схема повышающего импульсного регулятора напряжения (модель регулятора в формате EWB), представлена на рисунке 8.8. Она позволяет исследовать установившийся режим работы регулятора.

Рисунок 8.8 – Модель повышающего регулятора напряжения

(Файл ИРНповыш)

 

 

Схема содержит следующие элементы:

– источник входного напряжения постоянного тока U1;

– генератор прямоугольных сигналов 0,1 МГц, 10В (схема управления);

– силовая цепь: регулирующий транзистор VT1, обратный диод VD1, накопительная индуктивность L1 и конденсатор фильтра C1;

– нагрузочный реостат RН;

– резисторы R3 и R4 предназначены для измерения тока ключа VT1 и тока диода VD1, соответственно;

– переключатели S1, S2 обеспечивают просмотр напряжения и тока ключа VT1, тока диода VD1 и напряжения на нагрузке;

– двухлучевой осциллограф и ампер- вольтметры.

Внутреннее сопротивление амперметра I1 отождествляем с сопротивлением дросселя (r_L).

Нагрузочный реостат RН управляется клавишей «R» на 10% при каждом нажатии, для движения в противоположную сторону используется комбинация Shift+R.

Коммутация переключателей S1 и S2 выполняется нажатием клавиш 1 и 2, соответственно. При левом положении S1 наблюдается форма напряжения на ключе VT1, при правом положении – форма тока через ключ. Для просмотра тока необходимо повысить чувствительность осциллографа по каналу A (кнопки mV/div в зависимости от величины тока ключа вашего варианта). Аналогично, при правом положении ключа S2 наблюдается форма напряжения на нагрузке, а при левом – форма тока диода VD1. Для просмотра тока необходимо повысить чувствительность осциллографа по каналу В (кнопки mV/div в зависимости от величины тока диода).

Вольтметр U0 служит для измерения постоянной составляющей выходного напряжения регулятора (вольтметр должен иметь опцию DC, рисунок 8.9), а вольтметр U2 – действующего значения переменной составляющей (опция – AC).

 

Рисунок 8.9 – Окно вольтметра

 

1 Выпишите в соответствии со своим вариантом задания (номером бригады) исходные данные из таблицы 8.2. Установите уровень входного напряжения U1 и сопротивление нагрузки RH.

Таблица 8.5 – Варианты задания

 

Номер бригады
U1, В
RH, Ом

 

2 Установите S1 в левое, а S2 – в правое положение, реостат RH – 50%, коэффициент заполнения импульсов универсального генератора (Duty cycle) g = 60%. Внутреннее сопротивление (R) амперметра I1 установите равным R = 0.05R_H.

Установите параметры накопительной индуктивности L1 (дросселя) для этого откройте окно параметров. Установите индуктивность 100 мкГн в опции Value. Перейдите в опцию Fault и введите сопротивление утечки 10 кОм, как показано на рисунке 8.10.

 

 

Рисунок 8.10 – Окно параметров дросселя

 

Двойным щелчком по значку «осциллограф» откройте его. Установите удобную развертку: 5 µ S/div; Y/T; Auto; 10…50 V/div (в обоих каналах) и начальное смещение уровня сигнала Y position равное 0,00; входы каналов открытые (DC).

3 Переведите выключатель в правом верхнем углу экрана в положение «1». Дождитесь окончания переходных процессов по числовым показаниям приборов и выключите схему. Зарисуйте синхронные формы напряжения на ключе и нагрузке и запишите показания всех приборов.

4 Переведите S1 и S2 в другое положение. Установите достаточную чувствительность в обоих каналах осциллографа. Переведите выключатель в правом верхнем углу экрана в положение «1». Дождитесь окончания переходных процессов и выключите схему. Зарисуйте токи ключа VT1 и диода VD1.

5 Для снятия регулировочных характеристик подготовьте две таблицы 8.6.

 

Таблица 8.6 – Снятие регулировочных характеристик

 

g, %
U0, В	x	x	x	x	x	x	x
I0, A	x	x	x	x	x	x	x
U0/U1	р	а	с	ч	е	т	ы
	р	а	с	ч	е	т	ы

 

 

Снимите регулировочные характеристики регулятора U₀/U₁=f(g)для двух значений RH (40% и 80%).

Найдите отношение сопротивления потерь дросселя к сопротивлению нагрузки – коэффициент потерь – ( и ).

6 Постройте экспериментальные (U0/U1=f(g)) и теоретические () регулировочные характеристики для двух значений s на одном графике, сравните их и объясните расхождение.

 

7 Установите коэффициент заполнения импульсов универсального генератора (Duty cycle) g = 70%. Для снятия зависимостей характеристик регулятора от тока нагрузки подготовьте таблицу 8.7.

 

Таблица 8.7 – Зависимость характеристик регулятора от тока нагрузки

 

RН, %
I1, A	x	x	x	x	x	x
U0, В	x	x	x	x	x	x
I0, A	x	x	x	x	x	x
U2, B	x	x	x	x	x	x
KП2	р	а	с	ч	е	т
h, %	р	а	с	ч	е	т
s	р	а	с	ч	е	т

 

С помощью клавиши R изменяйте сопротивление RН от 100% до 10% (для движения в обратную сторону используйте комбинацию Shift + R), заполните таблицу. Включайте схему только на время измерений.

Коэффициент пульсаций на выходе равен . Коэффициент потерь и КПД определяются выражениями, соответственно:

 

; .

После выполнения расчетов постройте зависимости U₀, K_П2 и h от тока нагрузки I₀.

 

8 Установите значение ёмкости С1 = 2 мкФ и повторите п. 7. Сравните графические зависимости U₀, K_П2 и h при двух значениях ёмкости фильтра и объясните их.

 

Результаты работы

Подготовьте отчет по лабораторной работе.

 

8.4.2.2 Контрольные вопросы

1 Приведите функциональную схему повышающего регулятора напряжения. Объясните назначение основных узлов регулятора напряжения и в чем состоит сущность термина повышающий?

2 На какой элементной базе выполняются основные узлы повышающего регулятора напряжения?

3 В чем достоинства импульсных регуляторов по сравнению с аналоговыми?

4 Чем ограничивается частота работы импульсного регулятора?

5 Назовите недостатки импульсного регулятора.

6 Как на основе импульсного регулятора построить стабилизатор напряжения и стабилизатора тока?