SlideShare a Scribd company logo
1 of 46
Download to read offline
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Anna Gnacy – Gajdzik
Badanie zasilaczy 311[07].Z1.04
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inż. Anna Niczyporuk
mgr inż. Maria Tura
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Danuta Pawełczyk
Konsultacja:
mgr inż. Gabriela Poloczek
Korekta:
mgr inż. Urszula Ran
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[07].Z1.04
„Badanie zasilaczy” zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik
elektronik.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Budowa, rodzaje i parametry zasilaczy 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 13
4.1.3. Ćwiczenia 13
4.1.4. Sprawdzian postępów 15
4.2. Układy prostownicze. Filtracja napięć 16
4.2.1. Materiał nauczania 16
4.2.2. Pytania sprawdzające 20
4.2.3. Ćwiczenia 20
4.2.4. Sprawdzian postępów 22
4.3. Stabilizatory 23
4.3.1. Materiał nauczania 23
4.3.2. Pytania sprawdzające 30
4.3.3. Ćwiczenia 30
4.3.4. Sprawdzian postępów 33
4.4. Projektowanie, montowanie i uruchamianie zasilaczy. Wykrywanie uszkodzeń
w układach zasilaczy 34
4.4.1. Materiał nauczania 34
4.4.2. Pytania sprawdzające 37
4.4.3. Ćwiczenia 37
4.4.4. Sprawdzian postępów 39
5. Sprawdzian osiągnięć 40
6. Literatura 45
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik ten pomoże Ci w przyswojeniu wiedzy na temat zasilaczy, ich budowy, zasady
działania, znaczenia podstawowych parametrów i sposobów ich pomiaru, a także przygotuje Cię
do samodzielnej próby zaprojektowania, zmontowania i uruchomienia prostego układu zasilacza.
Poradnik ten zawiera:
1. Wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych wiadomości i umiejętności, które
powinieneś mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej.
2. Cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności jakie ukształtujesz podczas pracy z tym
poradnikiem.
3. Materiał nauczania (rozdział 4), czyli wiadomości dotyczące zasilaczy, ich budowy, zasady
działania oraz parametrów. Rozdział ten umożliwia samodzielne przygotowanie się
do wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Obejmuje on również ćwiczenia, dzięki
którym nabędziesz umiejętności praktycznych. Zawierają one:
− pytania kontrolne sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia,
− wykaz elementów, przyrządów i sprzętu potrzebnego do realizacji ćwiczenia,
− opis czynności, które musisz wykonać w trakcie realizacji ćwiczenia,
− sprawdzian postępów, który pomoże Ci samodzielnie ocenić poziom Twoich umiejętności.
4. Sprawdzian osiągnięć zawierający zestaw zadań sprawdzających opanowanie wiedzy
i umiejętności z zakresu całej jednostki. Potraktuj go jako wskazówkę przy powtarzaniu
materiału. Pomoże Ci on ocenić czy wystarczająco dobrze przygotowałeś się do ćwiczenia
lub testu podsumowującego tą jednostkę.
5. Literaturę, którą możesz wykorzystać do poszerzenia wiedzy na interesujące Cię
zagadnienia związane z tematem jednostki.
Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela
lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.
Jednostka składa się z czterech części tematycznych, w których dowiesz się, jak zbudowany
jest zasilacz, jakie funkcje spełniają poszczególne elementy jego budowy i jak parametry tych
elementów wpływają na pracę całego urządzenia. Spróbujesz samodzielnie zaprojektować,
zmontować i uruchomić prosty zasilacz. Dowiesz się jak działa zasilacz UPS oraz jak dobrać
odpowiednie urządzenie tego typu do konkretnego zastosowania.
Po zapoznaniu się z materiałem nauczania i wykonaniu wszystkich ćwiczeń zawartych
w danej części rozdziału 4, spróbuj rozwiązać test „Sprawdzian postępów”, zamieszczony
po ćwiczeniach. Pomoże Ci to w określeniu poziomu zdobytych wiadomości i umiejętności.
W tym celu przeczytaj pytania i odpowiedz na nie TAK lub NIE. Odpowiedzi NIE wskazują
na luki w Twojej wiedzy. Oznacza to, że powinieneś powrócić do treści, które nie zostały
dostatecznie opanowane.
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp i higieny
pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac.
Jednostka modułowa: „Badanie zasilaczy”, której treści teraz poznasz zamyka moduł
„Badanie układów analogowych”. Na schemacie poniżej przedstawione zostało powiązanie
z sąsiednimi jednostkami.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych w module „Badanie układów analogowych”
311[07].Z1.01 Badanie wzmacniaczy tranzystorowych
311[07].Z1.02 Badanie liniowych układów scalonych
311[07].Z1.03 Badanie generatorów
311[07].Z1.04 Badanie zasilaczy
311[07].Z1 Badanie układów analogowych
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
W czasie realizacji poprzednich modułów nabyłeś pewne umiejętności i wiadomości
dotyczące elementów i urządzeń elektronicznych, pomiarów podstawowych wielkości
elektrycznych, obsługi przyrządów pomiarowych. Część tych wiadomości wykorzystasz
poznając program jednostki modułowej „Badanie zasilaczy”. Przed przystąpieniem do jej
realizacji powinieneś umieć:
− rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne i ich jednostki,
− rozpoznawać elementy elektroniczne na podstawie ich symboli, wyglądu i stosowanych
na nich oznaczeń,
− charakteryzować zachowanie podstawowych elementów elektronicznych (rezystor,
kondensator, cewka, transformator, dioda prostownicza, stabilizator) w czasie pracy
w obwodach prądu zmiennego,
− obliczać podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu zmiennego,
− objaśniać zasadę działania układów prostowników i stabilizatorów,
− objaśniać zasadę działania transformatora,
− dobierać i obsługiwać przyrządy pomiarowe,
− łączyć układy pomiarowe na podstawie schematów ideowych i montażowych,
− mierzyć podstawowe parametry układów elektronicznych (np. impedancja wyjściowa),
− stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiarów elektrycznych,
− sporządzać charakterystyki układów elektronicznych na podstawie wyników otrzymanych
z pomiarów,
− współpracować w grupie,
− korzystać z książek, katalogów i innych źródeł, także w języku angielskim, zawierających
parametry, charakterystyki i zastosowania elementów i układów elektronicznych,
− planować działania związane z pomiarem parametrów i uruchamianiem układów
elektronicznych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej „Badanie zasilaczy” powinieneś umieć:
− przeanalizować działanie zasilaczy na podstawie schematów ideowych,
− scharakteryzować rolę poszczególnych elementów w układach zasilaczy oraz określić ich
wpływ na parametry zasilaczy,
− obliczyć oraz oszacować wartości napięć i prądów składowych stałych w układach
zasilaczy,
− oszacować parametry przebiegów czasowych składowych zmiennych w układach zasilaczy,
− zmierzyć parametry zasilaczy i stabilizatorów oraz sporządzić charakterystyki,
− przeanalizować działanie zasilaczy na podstawie wyników uzyskanych z pomiarów,
− zlokalizować uszkodzenia w układach zasilaczy oraz usunąć je,
− zaprojektować, zmontować i uruchomić proste układy zasilaczy,
− zastosować przepisy bhp podczas wykonywania pomiarów.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1 Budowa, rodzaje i parametry zasilaczy
4.1.1 Materiał nauczania
Zasilaczem sieciowym prądu stałego (lub krótko zasilaczem) nazywamy urządzenie, które
przetwarza energię elektryczną prądu przemiennego (sieci energetycznej) w energię prądu
stałego o żądanej wartości napięcia lub prądu, przeznaczone zwykle do zasilania urządzeń
elektronicznych. Wyróżniamy dwa rodzaje zasilaczy:
− zasilacze napięcia stałego – charakteryzujące się stałą wartością napięcia wyjściowego
i prądem obciążenia zależnym od poboru mocy (rezystancji obciążenia),
− zasilacze prądu stałego – dostarczające do obciążenia stały prąd o zadanej wartości
przy napięciu wyjściowym zmieniającym się w zależności od obciążenia (rzadko
stosowane).
Elektroniczne zasilacze sieciowe mogą być budowane jako odrębne jednostki (m. in. zasilacze
uniwersalne) lub wspólnie z układami zasilanymi (m. in. zasilacze specjalizowane).
Zasilacze uniwersalne charakteryzują się:
− ustalonym lub regulowanym napięciem wyjściowym,
− ściśle określonym dopuszczalnym obciążeniem,
− ściśle określonym zakresem temperatury pracy,
− mają znormalizowane parametry takie jak: moc, napięcie wejściowe i wyjściowe, rozmiary.
Zasilacze specjalizowane konstruowane są z myślą o uzyskaniu układu najlepiej dopasowanego
do zasilania danego urządzenia.
Zasilacze sieciowe składają się z kilku podstawowych elementów i układów:
− transformatora, którego zadaniem jest odpowiednie dopasowanie napięć zasilających
i odizolowanie galwaniczne obwodów zasilanych od sieci energetycznej,
− układu prostowniczego służącego do przekształcania prądu przemiennego w prąd
jednokierunkowy,
− filtru wygładzającego, który tłumi tętnienia (składową zmienną) napięcia na wyjściu układu
prostowniczego,
− stabilizatora, czyli układu służącego do wytwarzania na wyjściu określonej wartości
napięcia lub prądu niezależnie od zmian wielkości wejściowej oraz obciążenia,
− elementów i układów zabezpieczających, które chronią zasilacz przed uszkodzeniami
(wskutek wydzielenia się w nim zbyt dużej mocy, chwilowych przepięć lub niewielkich
przeciążeń).
Jeżeli w skład zasilacza wchodzi stabilizator, zasilacz taki jest zasilaczem stabilizowanym.
Ze względu na zasadę działania stabilizatora zasilacze takie dzieli się na dwie główne grupy:
− zasilacze ze stabilizatorem o działaniu ciągłym nazywane zasilaczami stabilizowanymi
lub liniowymi,
− zasilacze ze stabilizatorem o działaniu impulsowym nazywane zasilaczami impulsowymi.
Zasilacze ze stabilizatorem o działaniu ciągłym zapewniają lepszą stabilizację napięcia
wyjściowego, mniejsze tętnienia i małą impedancję wyjściową w porównaniu do zasilaczy
impulsowych. Napięcie przemienne z sieci energetycznej jest przetwarzane w sposób ciągły
w kolejnych układach zasilacza w napięcie stałe dostarczane do odbiornika. Na rys.1.
przedstawiono schemat blokowy zasilacza o działaniu ciągłym oraz przebiegi napięć
w poszczególnych punktach układu obrazujące działanie zasilacza.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
a)
b)
Rys. 1. Zasilacz ze stabilizatorem o działaniu ciągłym: a) schemat blokowy, b) przebiegi napięć w poszczególnych
punktach układu. [6, s. 201]
Wadą zasilaczy ze stabilizatorem o działaniu ciągłym jest mała sprawność (rzędu 30 – 40 %),
podczas gdy zasilacze ze stabilizatorem o działaniu impulsowym osiągają sprawność dużo
większą (rzędu 70 – 90%). W zasilaczu impulsowym napięcie sieciowe po wyprostowaniu
zostaje przekształcone w napięcie impulsowo – zmienne o dużej częstotliwości (rzędu kHz)
i ponownie prostowane przed doprowadzeniem do odbiornika, przy czym w trakcie tego
przekształcenia jest ono filtrowane i stabilizowane. Schemat blokowy zasilacza impulsowego
przedstawiono na rys.2. Przebiegi napięć w poszczególnych punktach układu ilustrują jego
działanie.
a)
b)
Rys. 2. Zasilacz ze stabilizatorem o działaniu impulsowym: a) schemat blokowy, b) przebiegi napięć
w poszczególnych punktach układu. [6, s. 201]
Wadą zasilaczy impulsowych jest długi czas reakcji na wszelkie zmiany wielkości
wymuszających oraz generowanie zakłóceń elektromagnetycznych.
Dla użytkownika urządzeń elektronicznych ważne mogą być następujące parametry
użytkowe zasilaczy:
− wartość skuteczna i częstotliwość napięcia zasilającego (sieciowego) – np. 230V/50Hz,
− wartość średnia (składowa stała) napięcia wyjściowego,
− maksymalny prąd obciążenia lub maksymalna moc jaka może wydzielić się w zasilaczu,
− współczynnik tętnień (lub wartość napięcia tętnień na wyjściu), czyli stosunek amplitudy
harmonicznej podstawowej napięcia na wyjściu do wartości składowej stałej napięcia
na wyjściu,
− współczynnik stabilizacji napięcia,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
− impedancja wyjściowa (moduł impedancji wyjściowej) – można obliczyć na podstawie
pomiarów w układzie poprawnie mierzonego prądu z wzoru:
][
I
UU
Z
OR
ORO
WY Ω
−
=
UOR – wartość napięcia na obciążeniu, IOR – wartość prądu płynącego przez obciążenie,
UO – wartość napięcia na zaciskach nieobciążonego zasilacza.
− sprawność, czyli stosunek mocy oddawanej do obciążenia do mocy pobieranej z sieci,
− warunki eksploatacji (zwłaszcza zakres temperatury pracy),
− charakterystyka obciążeniowa.
Rys. 3. Charakterystyka obciążeniowa: (1) w zakresie stabilizacji (IO≤IOMAX), (2) w przypadku przeciążenia
bez ograniczenia prądowego, (3) w przypadku przeciążenia ze stałym ograniczeniem prądowym, (4) w przypadku
przeciążenia z progresywnym ograniczeniem prądowym [6, s. 200]
Badanie parametrów zasilaczy jest proste i sprowadza się do pomiarów prądów i napięć
oraz obserwacji przebiegów w niektórych punktach układu. Napięcie tętnień można oszacować
z obserwacji przebiegów na ekranie oscyloskopu lub też korzystając z woltomierza
elektronicznego napięcia zmiennego (dokładniejsze pomiary przeprowadza się za pomocą
miliwoltomierza selektywnego). Podczas pomiarów należy pamiętać, że większość woltomierzy
napięcia zmiennego mierzy wartość skuteczną, przy czym ich wskazania są poprawne
w przypadku, gdy napięcie to ma przebieg sinusoidalny.
„Awaria zasilania” kojarzy się powszechnie z przerwą w dostawie energii elektrycznej i to
na tyle długotrwałą, że można ją zaobserwować bez użycia sprzętu pomiarowego. W praktyce
w sieci energetycznej występuje o wiele więcej zjawisk, często dużo groźniejszych niż
długotrwały zanik napięcia. Nie doceniamy tego zagrożenia, ponieważ nie pojawia się ono na co
dzień. Często zastanawiamy się, dlaczego komputer przestał reagować. Nie kojarzymy tego
faktu z zakłóceniami sieciowymi, które przedostały się do komputera i spowodowały
modyfikację drobnego fragmentu pamięci, na tyle jednak istotnego, że system się zawiesza.
Dlatego dla odróżnienia tych zjawisk od potocznego pojęcia „awarii zasilania”, przyjęły one
nazwę zdarzeń energetycznych. Wyróżniamy wśród nich:
− Zaniki napięcia sieciowego – czyli przerwy w dostawie energii elektrycznej (mogą być
krótko- lub długotrwałe). Mogą spowodować restart systemu operacyjnego komputera
lub jego wyłączenie, a co za tym idzie utratę nie zapisanych danych.
− Spadki napięcia sieciowego – czyli znaczne obniżenie napięcia w sieci w stosunku
do wartości znamionowej (230V). Może to spowodować niestabilną pracę zasilacza
komputera, a w konsekwencji restart systemu operacyjnego, utratę nie zapisanych danych
oraz powstanie błędów na twardym dysku.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
− Przepięcia – czyli wzrost napięcia sieciowego powyżej wartości znamionowej, który może
spowodować uszkodzenie sprzętu.
− Wyładowania atmosferyczne – bezpośrednie uderzenie pioruna przejmuje na siebie
zazwyczaj instalacja odgromowa budynku czy sieci energetycznej, ale tysiące amperów
przepływające impulsowo w pobliżu przewodów sieciowych indukują w nich tak wysokie
przepięcia, że może wystąpić przeskok iskry wewnątrz urządzeń przyłączonych do sieci.
Zdarzeniom energetycznym można przeciwdziałać stosując odpowiednie zabezpieczenia.
Podstawowym zabezpieczeniem jest układ przeciwprzepięciowy. Stanowi on podstawowe
wyposażenie wszystkich listew zasilających i zasilaczy UPS. Jego działanie powoduje
niwelowanie skutków słabszych przepięć, a w przypadku dużych - przepalenie się
bezpieczników w listwie lub też tymczasowe odłączenie zasilanego urządzenia od sieci. Kolejne
zabezpieczenie stanowi filtr przeciwzakłóceniowy. Eliminuje on w znacznym stopniu zakłócenia
występujące w sieci i powoduje wygładzenie kształtu napięcia sieciowego. Ostatecznym
zabezpieczeniem jest zasilacz UPS. Jego typ oraz wielkość powinny być dobrane odpowiednio
do typu i wielkości poboru mocy przez chronione urządzenia. Różnorodność typów zasilaczy
UPS wynika z różnorodności odbiorników energii, które są z nich zasilane. Parametry
wyznaczające granice pomiędzy różnymi technologiami to koszt wyrobu, moc obciążenia
i jakość napięcia na wyjściu. Poniżej przedstawiono charakterystykę najpopularniejszych typów
zasilaczy UPS:
− Off – line (z tzw. bierną rezerwą) – najprostszy typ zasilaczy UPS. Posiada prostą budowę
wewnętrzną (przedstawiona na rys.4.). W normalnych warunkach napięcie sieci
po przepuszczeniu przez prosty pasywny filtr przeciwprzepięciowy podawane jest
bezpośrednio na wyjście. Jednocześnie wbudowany prostownik doładowuje akumulator.
Zanik zasilania zewnętrznego powoduje odłączenie wejścia od sieci energetycznej
(odłączane są wszystkie trzy przewody, łącznie z uziemieniem) i uruchomienie zasilanego
z akumulatora falownika. Uruchomienie falownika wiąże się z chwilowym zanikiem
napięcia na wyjściu, jednak trwa to na tyle krótko, że nie stanowi problemu dla większości
urządzeń komputerowych.
Rys. 4. Schemat blokowy zasilacza UPS typu off – line
Zaletą zasilacza off–line jest niska cena, jest to jednak okupione wieloma wadami. Podczas
normalnej pracy kształt napięcia na wyjściu stanowi niemal odzwierciedlenie napięcia sieci,
zaś przy pracy z akumulatora przebieg jest bardzo daleki od sinusoidy - prosty falownik
wytwarza przebieg prostokątny lub w najlepszym razie trapezowy.
− Line – interactive - obecnie to najpopularniejszy z typów zasilaczy stosowany do ochrony
sprzętu domowego i biurowego. Jego budowa częściowo bazuje na technologii off-line
(przedstawiona na rys. 5.). Jednak sterowanie zasilacza monitoruje nie tylko wartość
napięcia sieci, ale też jego częstotliwość i fazę. Wszystko po to, aby praca przetwornicy
w momencie jej uruchomienia była zsynchronizowana z siecią elektryczną. Dodatkowo
przekaźnik jest przełączany dokładnie w momencie wystąpienia zerowego napięcia w sieci,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
przez co nie występuje przeskok iskry. Przedłuża to żywotność styków przekaźnika
i eliminuje całkowicie zakłócenia radiowe pojawiające się podczas iskrzenia.
Często zasilacze typu line-interactive są wyposażone w układ AVR. Działa on w momencie
wykrycia przekroczenia przez napięcie sieciowe granic wyznaczonych założoną tolerancją.
Powoduje podwyższenie lub obniżenie napięcia sieciowego za pomocą autotransformatora
bez konieczności czerpania energii z akumulatora.
Rys. 5. Schemat blokowy zasilacza UPS typu line – interactive
− On – line – zasilacze te stosowane są wszędzie tam, gdzie ważne jest nie tylko nieprzerwane
zasilanie, ale też jego jakość. Zasilacze te przetwarzają energię w sposób ciągły (ang. on-
line), wytwarzając na wyjściu napięcie o bardzo dobrych parametrach – wolne od zakłóceń,
o stałej częstotliwości. W związku z tym wymagania stawiane wobec komponentów użytych
do budowy takiego zasilacza są dużo wyższe niż w przypadku zasilaczy typu off-line, czy
też line-interactive. Dużo wyższe są również koszty takiego urządzenia.
Rys. 6. Schemat blokowy zasilacza typu on – line
Schemat blokowy (rys. 6.) przedstawia budowę wewnętrzną zasilacza typu on–line
o potrójnej konwersji. Oznacza to zastosowanie trzech układów przekształcających napięcie
wewnątrz zasilacza. Pierwszy, znajdujący się na wejściu, przekształca napięcie sieciowe
zmienne na wysokie napięcie stałe. Dodatkowym zadaniem tego przetwornika jest
zapewnienie liniowości obciążenia sieci energetycznej. Drugi to przetwornik napięcia
stałego na stałe (DC-DC). Jeżeli jest obecne napięcie sieciowe, działa on jak ładowarka
baterii akumulatorów, obniżając napięcie z wyjścia pierwszego przetwornika. Jeżeli nastąpi
zanik napięcia sieciowego, przechodzi na pracę podwyższającą napięcie akumulatorów
do poziomu niezbędnego dla prawidłowej pracy trzeciego przetwornika. Trzeci układ to
przetwornica napięcia stałego na zmienne, która pracuje w sposób ciągły (stąd nazwa ang.
on-line).
Dodatkowe funkcje zasilaczy UPS małej mocy:
− RST – układ „zimnego startu” umożliwiający uruchomienie zasilacza przy braku napięcia
w sieci zasilającej.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
− AVR (ang. automatic voltage regulation - automatyczna regulacja napięcia) – układ
stabilizacji napięcia wyjściowego. Regulacja napięcia wyjściowego realizowana jest
z reguły skokowo przez podwyższenie lub obniżenie napięcia na wyjściu UPS odwrotnie
do zmian napięcia na wejściu zasilacza awaryjnego bez przechodzenia na pracę awaryjną.
− AG – układ umożliwiający współpracę zasilacza z agregatem prądotwórczym. Generowana
przez agregat sinusoida jest często zniekształcona, posiada inny współczynnik szczytu niż
przebieg sieciowy oraz niezbyt stabilną częstotliwość. Układ AG zapewnia mniejszą czułość
zasilacza awaryjnego na tego typu odstępstwa. Zasilacz UPS z układem AG zapewnia
podtrzymanie zasilania w czasie, gdy na skutek awarii zasilania realizowane jest
przełączenie na zasilanie z agregatu prądotwórczego.
− KF – układ umożliwiający zabezpieczenie zasilania urządzeń biurowych innych niż
komputery, np.: kas fiskalnych, centralek telefonicznych, telefaksów itp. Mowa tu
o urządzeniach, które tolerują przebieg quasi-sinusoidalny, ale z ograniczonym
współczynnikiem szczytu. Układ KF umożliwia obniżenie maksymalnej wartości przebiegu
quasi-sinusoidalnego przy zachowaniu wartości skutecznej.
− COM – układ złącza szeregowego do monitorowania pracy UPS przez komputer. Złącze
szeregowe może być zrealizowane w standardzie RS232. Korzystna jest galwaniczna separacja
sygnałów elektrycznych w takim złączu np. przy pomocy transoptorów. Coraz częściej
do komunikacji komputera z zasilaczem awaryjnym wykorzystywane jest złącze USB.
− TEL – filtr linii telefonicznej do zabezpieczania urządzeń telekomunikacyjnych
przed przepięciami w sieci telefonicznej.
− CPM – układ ciągłego pomiaru mocy pobieranej przez zabezpieczane urządzenia. Zasilacz
awaryjny może być wyposażony w układ pomiaru mocy, który działa w stanie pracy
awaryjnej jak również przy poprawnej sieci zasilającej informując użytkownika
o przekroczeniu dopuszczalnego obciążenia wyjścia UPS. Przy pomocy odpowiedniego
oprogramowania można ocenić poziom obciążenia wnoszony przez zabezpieczany sprzęt.
− GWA – „gorąca” wymiana akumulatorów przez użytkownika. Układ GWA powinien
posiadać jednoznaczną sygnalizację zużycia akumulatorów, możliwość wymiany
bez wyłączania zasilacza oraz brak możliwości błędnego podłączenia akumulatorów.
− SOW – sekwencyjne odłączanie wyjść. Układ umożliwiający programowe odłączanie wyjść
zasilacza awaryjnego w celu maksymalnego wydłużenia czasu pracy urządzeń podłączonych
do wybranych wyjść UPS podczas awarii zasilania.
− ZR – „zbiornik rezerwowy” – układ uniemożliwiający załączenie napięcia na wyjściach
zasilacza awaryjnego przed naładowaniem akumulatorów do zadanego poziomu.
− KCP – kalibracja czasu podtrzymania. Układ taki umożliwia oszacowanie czasu
podtrzymania zasilania podczas awarii sieci zasilającej przy znanym obciążeniu na wyjściu
UPS. Szacowanie tego czasu następuje w procesie cyklicznych testów prowadzonych przez
użytkownika lub uruchamianych automatycznie przez UPS.
− AS – automatyczny start zasilacza po podłączeniu do sieci zasilającej. Włożenie wtyczki
zasilającej od UPS do gniazda zasilającego powoduje załączenie napięcia na wyjściu UPS,
uruchomienie układu ładowania akumulatorów, oraz układu ciągłego pomiaru mocy.
W przypadku awarii zasilania zasilacz przechodzi na pracę z akumulatorów pod warunkiem
występowania obciążenia na wyjściu UPS. W przypadku braku obciążenia następuje
wyłączenie zasilacza. Układ może być wyposażony w regulator poziomu mocy minimalnej,
przy którym UPS nie podtrzymuje zasilania.
Dla użytkowników zasilaczy awaryjnych ważne są ich parametry użytkowe takie jak :
− Uskmin – minimalne napięcie skuteczne na wyjściu zasilacza awaryjnego,
− Uskmax – maksymalne napięcie skuteczne na wyjściu zasilacza awaryjnego,
− ∆Usk – zmiany napięcia skutecznego na wyjściu zasilacza awaryjnego podczas testu,
− Umax – maksymalne napięcie szczytowe na wyjściu zasilacza awaryjnego,
− UakuLB – napięcie na akumulatorach, przy którym następuje sygnalizacja „akumulator bliski
rozładowania”,
− UakuEND – napięcie akumulatorów, przy którym następuje wyłączenie zasilacza awaryjnego,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
− tmax – całkowity czas pracy awaryjnej przy określonym obciążeniu (zawiera również tLB),
− tLB – czas sygnalizacji „akumulator bliski rozładowania”.
W celu sprawdzenia wartości parametrów użytkowych zasilacza należy testy wykonać
w symulowanych warunkach zaniku zasilania. Powinny one być poprzedzone 24 godzinnym
ładowaniem akumulatorów. Testy wykonuje się z obciążeniem rezystancyjnym (żarówkowym)
wyjścia UPS i z obciążeniem komputerowym. Aby określić wydajność ładowania akumulatorów
UPS należy przeprowadzić testy z tym samym obciążeniem po trzech godzinach ładowania
akumulatorów. Oprócz testów parametrów podstawowych można dodatkowo:
− obserwować kształt napięcia wyjściowego podczas pracy awaryjnej z uwzględnieniem:
symetrii przebiegu napięcia wyjściowego względem zera (obciążenie żarówką 15W),
poziomu przepięć (obciążenie żarówką 15W), szczytowej wartości napięcia wyjściowego
przy braku obciążenia i w pełni naładowanych akumulatorach,
− mierzyć czas przełączania przy przejściu na pracę awaryjną (obciążenie żarówką 15W),
przy powrocie z pracy awaryjnej na zasilanie z sieci energetycznej (obciążenie żarówką
15W),
− obserwować reakcję zasilacza UPS na obciążenie (zachowanie zasilacza podczas
przeciążenia w czasie pracy awaryjnej i sieciowej, zachowanie zasilacza podczas zwarcia
wyjścia na pracy awaryjnej, reakcja zasilacza na zdjęcie obciążenia podczas pracy
awaryjnej).
4.1.2 Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czy potrafisz rozpoznać główne bloki funkcjonalne zasilaczy?
2. Czy potrafisz wymienić główne bloki funkcjonalne zasilaczy?
3. Czy potrafisz wymienić funkcje podstawowych bloków zasilacza?
4. Czy potrafisz wymienić parametry zasilaczy?
5. Czy potrafisz zmierzyć podstawowe parametry zasilaczy?
6. Czy potrafisz wymienić podstawowe parametry użytkowe zasilaczy UPS?
7. Czy potrafisz zmierzyć podstawowe parametry użytkowe zasilaczy UPS?
4.1.3 Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na schemacie ideowym lub eksponacie zasilacza przedstawionym Ci przez nauczyciela
rozpoznaj główne elementy budowy i nazwij je.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie z jakich głównych elementów składa się zasilacz,
2) na schemacie ideowym lub eksponacie zasilacza wskazać rozpoznane elementy, nazwać je,
3) zaprezentować rozwiązanie koledze,
4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
5) na wykonanie ćwiczenia masz 15 minut.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− katalogi, eksponaty i schematy ideowe różnych zasilaczy.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
Ćwiczenie 2
Zmierz wartości parametrów zasilacza wskazanego przez nauczyciela (praca w zespole 3 – 4
osobowym).
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie definicje podstawowych parametrów zasilaczy,
2) zapoznać się z dokumentacją badanego zasilacza,
3) zaplanować pomiary, narysować schematy pomiarowe i zaproponować tabele, w których
będą zapisywane wyniki pomiarów,
4) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
6) dokonać pomiaru parametrów zasilacza: wartość średnia (składowa stała) napięcia
wyjściowego, współczynnik tętnień (lub wartość napięcia tętnień na wyjściu), współczynnik
stabilizacji napięcia, impedancja wyjściowa, wykreślić charakterystykę obciążeniową,
7) porównać otrzymane wyniki z parametrami zasilacza zawartymi w jego dokumentacji
technicznej,
8) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski,
9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
10) na wykonanie ćwiczenia masz 90 minut.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− zasilacz wraz z dokumentacją techniczną,
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierz, woltomierz).
Ćwiczenie 3
Zaplanuj czynności kontrolujące pracę zasilacza UPS.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie definicje podstawowych parametrów zasilaczy UPS,
2) zapoznać się z dokumentacją badanego zasilacza,
3) zaplanować pomiary, konieczne do sprawdzenia czy zasilacz UPS, do którego podłączony
jest zestaw komputerowy, pracuje prawidłowo oraz czy zachowane są jego główne
parametry użytkowe, narysować schematy pomiarowe i zaproponować tabele, w których
będą zapisywane wyniki pomiarów,
4) zaprezentować plan pracy koledze,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
6) na wykonanie ćwiczenia masz 30 minut.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− dokumentacja techniczna zasilacza UPS,
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
Ćwiczenie 4
Sprawdź czy zasilacz UPS, do którego podłączony jest zestaw komputerowy, pracuje
prawidłowo oraz czy zachowane są jego główne parametry użytkowe.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przygotować plan czynności opracowany w ćwiczeniu 3,
2) zapoznać się z dokumentacją badanego zasilacza,
3) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
4) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
5) dokonać pomiaru parametrów zasilacza,
6) porównać otrzymane wyniki z parametrami zasilacza zawartymi w jego dokumentacji
technicznej,
7) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
9) na wykonanie ćwiczenia masz 45 minut.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− zasilacz UPS wraz z dokumentacją techniczną,
− zestaw komputerowy,
− plan czynności ze schematami pomiarowymi,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierz, woltomierz).
4.1.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) wymienić rodzaje zasilaczy?
2) wymienić główne bloki funkcjonalne zasilaczy?
3) wymienić funkcje podstawowych bloków zasilacza?
4) omówić zasadę działania zasilacza ze stabilizatorem o działaniu ciągłym?
5) omówić zasadę działania zasilacza ze stabilizatorem
o działaniu impulsowym?
6) porównać zasilacze ze stabilizatorami o działaniu ciągłym
z zasilaczami impulsowymi?
7) wymienić parametry zasilaczy?
8) podać przykład wartości parametrów zasilaczy?
9) zmierzyć podstawowe parametry zasilaczy?
10) określić wpływ jaki mają zakłócenia sieci energetycznej
na działanie urządzeń elektronicznych?
11) wymienić rodzaje zasilaczy UPS ?
12) omówić budowę zasilaczy UPS?
13) wyjaśnić zasadę działania zasilaczy UPS?
14) wymienić parametry użytkowe zasilaczy UPS?
15) zmierzyć podstawowe parametry użytkowe zasilaczy UPS?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
4.2 Układy prostownicze. Filtracja napięć
4.2.1 Materiał nauczania
Układ prostowniczy służy do przekształcania prądu przemiennego (dwukierunkowego)
w prąd jednokierunkowy, zwany prądem wyprostowanym. Sercem układów prostowniczych są
elementy prostownicze. Muszą one spełniać wymaganie asymetrii rezystancji, tzn. zależnie
od biegunowości doprowadzonego napięcia – powinny mieć rezystancję małą dla kierunku
przewodzenia oraz dużą dla kierunku zaporowego. Elementem prostowniczym w układach
prostowniczych małej mocy są najczęściej diody półprzewodnikowe, natomiast w układach
prostowniczych dużej mocy (wielofazowych) tyrystory. Właściwości układu prostowniczego
zależą od rodzaju i liczby elementów prostowniczych, sposobu zasilania, konfiguracji
elementów oraz charakteru obciążenia. Zajmiemy się układami prostowniczymi małej mocy,
czyli tymi zawierającymi diody prostownicze, zasilanymi napięciem jednofazowym, ponieważ
takie układy stosuje się w obwodach zasilaczy.
Najprostszy układ prostowniczy zawiera tylko jedną diodę półprzewodnikową.
Przedstawiony on został na rys.7. W dodatniej połówce napięcia zasilającego UZ (rys.8.a) dioda
D jest w stanie przewodzenia, w obwodzie płynie prąd IR (rys.8.c) powodujący, że na rezystorze
RL odkłada się napięcie (rys.8.d) UR=UZ – UD. (UD to spadek napięcia na przewodzącej diodzie).
W ujemnej połówce napięcia zasilającego dioda D jest spolaryzowana w kierunku zaporowym,
prąd w obwodzie nie płynie, a całe napięcie zasilania odkłada się na diodzie (rys.8.b). Ponieważ
prąd obciążenia płynie tylko w czasie jednej połowy okresu, to prostownik taki nazywa się
jednopołówkowym lub półokresowym. Charakteryzuje się on małą sprawnością napięciową
oraz niską wartością średnią napięcia wyjściowego (wyprostowanego) – 0,45 UZ. Na wyjściu
prostownika występują duże tętnienia. Tak więc pomimo, iż układ jest prosty i tani w realizacji,
może być stosowany tylko tam, gdzie są małe obciążenia i gdzie nie zależy nam na małych
tętnieniach napięcia wyjściowego.
Rys. 7. Układ prostowniczy jednopołówkowy [6, s. 203]
a) b) c) d)
Rys. 8. Przebiegi prądów i napięć w układzie prostownika jednopołówkowego z diodą półprzewodnikową idealną
i obciążeniem rezystancyjnym: a) napięcie zasilające, b) napięcie na diodzie, c) prąd obciążenia, d) napięcie
na obciążeniu [6, s. 203]
Aby zniwelować wymienione wyżej wady można zastosować połączenie dwóch prostowników
jednopołówkowych w taki sposób, że w czasie dodatniej połówki napięcia zasilającego będzie
przewodziła dioda D’, a w czasie ujemnej dioda D’’. W ten sposób powstaje prostownik
dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem wtórnym. Układ takiego prostownika został
przedstawiony na rys.9. Nazwa tego prostownika wskazuje na jego cechę charakterystyczną –
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
środkowy odczep uzwojenia transformatora (lub punkt połączenia dwóch identycznych uzwojeń)
jest dołączony do masy układu.
Rys. 9. Prostownik dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem wtórnym. [6, s. 203]
Zasada działania prostownika z dzielonym uzwojeniem wtórnym została zilustrowana na rys. 10.
W dodatniej połówce napięcia zasilającego UZ’ (rys.10.a) dioda D’ jest w stanie przewodzenia,
natomiast dioda D’’ w stanie zatkania. W obwodzie diody D’ płynie prąd ID’ (rys.10.c)
powodujący, że na rezystorze RL odkłada się napięcie (rys. 10.d) UR. Przez diodę D’’ nie płynie
prąd, natomiast na diodzie tej odkłada się napięcie dwukrotnie większe niż w przypadku układu
prostownika jednopołówkowego (rys.10.b). W ujemnej połówce napięcia zasilającego sytuacja
się odwraca. Dioda D’’ jest w stanie przewodzenia, natomiast dioda D’ w stanie zatkania.
W obwodzie diody D’’ płynie prąd ID’’ (rys.10.c) powodujący, że na rezystorze RL odkłada się
napięcie (rys.10.d) UR. Przez diodę D’ nie płynie prąd, natomiast na diodzie tej odkłada się
napięcie dwukrotnie większe niż w przypadku układu prostownika jednopołówkowego
(rys.10.b).
a) b) c) d)
Rys. 10. Przebiegi prądów i napięć w układzie prostownika dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem wtórnym
(z diodami półprzewodnikowymi idealnymi i obciążeniem rezystancyjnym): a) napięcie zasilające, b) napięcie
na diodzie, c) prąd obciążenia, d) napięcie na obciążeniu [6, s.203]
Sprawność tego układu w porównaniu z prostownikiem jednopołówkowym jest dwukrotnie
większa, natomiast strata napięcia wyjściowego spowodowana spadkiem napięcia na diodach
jest taka, jak dla układu jednopołówkowego. Trzeba pamiętać o tym, że na diodzie
spolaryzowanej w kierunku zaporowym odkłada się dwukrotnie większe napięcie niż amplituda
napięcia prostowanego. Wadą układu jest to, że zamiast jednego uzwojenia wtórnego potrzebne
są dwa uzwojenia o tych samych napięciach wyjściowych. Rozwiązanie tego problemu jest
układ mostkowy, składający się z czterech diod prostowniczych, zwany mostkiem Graetza
(rys.11.). Wprawdzie w układzie z dzielonym uzwojeniem uzwojenia te mogą być o mocy dwa
razy mniejszej niż dla układu mostkowego, lecz będzie to okupione dwukrotnym zwiększeniem
rezystancji wewnętrznej transformatora, a co za tym idzie większymi stratami napięcia
na transformatorze. Przy małych napięciach wyjściowych, dla których spadki napięcia na diodzie
są znacznymi, lepiej jest stosować układ z dzielonym uzwojeniem wtórnym, natomiast
dla dużych napięć wyjściowych korzystniejszy jest układ mostkowy. Prostownik
dwupołówkowy z mostkiem Graetza zawiera cztery diody połączone w taki sposób, że zawsze
dwie z nich przewodzą, dostarczając prąd do obciążenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
Rys. 11. Prostownik dwupołówkowy z mostkiem Graetza [6, s. 203]
W dodatniej połówce napięcia zasilającego UZ (rys.12.a) przewodzą diody D1 i D3,
przez obciążenie płynie prąd IR (rys.12.c) powodujący, że na rezystorze RL odkłada się napięcie
(rys.12.d) UR. Diody D2 i D4 nie przewodzą, odkłada się na nich napięcie odpowiadające
wartości napięcia zasilającego (rys.12.b). W dodatniej połówce napięcia zasilającego przewodzą
diody D2 i D4, natomiast diody D1 i D3 są spolaryzowane w kierunku zaporowym. Mostki
Graetza są produkowane w postaci układów scalonych np. RB152 100VAC 1.5A
a) b) c) d)
Rys. 12. Przebiegi prądów i napięć w układzie prostownika dwupołówkowego z mostkiem Graetza (z diodami
półprzewodnikowymi idealnymi i obciążeniem rezystancyjnym): a) napięcie zasilające, b) napięcie na diodzie,
c) prąd obciążenia, d) napięcie na obciążeniu. [6, s. 203]
Aby ocenić poznane układy prostownicze trzeba je porównać pod względem
charakterystycznych parametrów. Podstawowymi parametrami układów prostowniczych są:
− napięcie wyprostowane (wartość średnia) – ]V[
U
U M
O
π
≅ ,
− napięcie wsteczne na pojedynczej diodzie (wartość maksymalna),
− sprawność napięciowa η – iloraz wartości średniej napięcia wyprostowanego i wartości
maksymalnej napięcia zasilającego,
− częstotliwość podstawowa tętnień,
− współczynnik tętnień t – iloraz wartości skutecznej składowej zmiennej i wartości składowej
stałej napięcia wyprostowanego,
− kąt przepływu prądu - ]rad[
U
U
arccos2
M
F
=λ ,
(UM –amplituda napięcia zasilającego, UF – spadek napięcia na przewodzącej diodzie)
Z porównania parametrów układów prostowniczych zamieszczonych w tabeli 1. wynika,
że najkorzystniej jest stosować układy prostownicze dwupołówkowe. Mimo, iż składają się one
z większej liczby elementów to mają lepsze parametry elektryczne (większa wartość napięcia
wyprostowanego, większa sprawność, większa częstotliwość podstawowa tętnień).
Pod względem napięcia wstecznego na pojedynczej diodzie najgorzej wypada w tym
porównaniu prostownik z dzielonym uzwojeniem.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
Tabela 1. Porównanie parametrów podstawowych układów prostowniczych [6, s. 204]
Parametr
Prostownik
jednopołówkowy
Prostownik dwupołówkowy
z dzielonym uzwojeniem
wtórnym
Prostownik
dwupołówkowy
z mostkiem
Graetza
Ilość diod 1 2 4
Napięcie zasilające
(wartość skuteczna) U
U
(napięcie na połowie
uzwojenia)
U
Napięcie
wyprostowane
(wartość średnia)
0,45U 0,9U 0,9U
Napięcie wsteczne
na pojedynczej
diodzie (wartość
maksymalna)
U2 U22 U2
Sprawność
napięciowa
0,318 0,637 0,637
Częstotliwość
podstawowa tętnień
(określona
częstotliwością
napięcia zasilającego
f)
f 2f 2f
Współczynnik tętnień 1,21 0,48 0,48
Zmniejszenie tętnień układów prostowniczych można uzyskać dołączając do wyjścia układu
prostowniczego filtr dolnoprzepustowy, zwany filtrem wygładzającym. Na rys.13.
przedstawiono schematy filtrów wygładzających:
- pojemnościowego – najprostszy, jak również najczęściej stosowany w układach zasilaczy;
wyróżnia się on dużą skutecznością tłumienia tętnień, tym większą im większa
pojemność C;
- indukcyjny – stosowany w układach dwupołówkowych wielofazowych dużej mocy; jego
skuteczność wzrasta, gdy rezystancja obciążenia maleje.
- LC (typu L oraz typu π) – stosowane w zasilaczach impulsowych pracujących
przy częstotliwości 20 – 300kHz ze względu na rozmiary cewki (przy wyższych
częstotliwościach może być mniejsza),
- RC – często stosowane w zasilaczach małej mocy, chociaż wartość napięcia wyjściowego
zależy od prądu obciążenia.
a) b) c) d) e)
Rys. 13. Schematy filtrów wygładzających: a) pojemnościowego, b) indukcyjnego, c) LC typu L, d) LC typu π,
e) RC typu π. [6, s. 205]
Wadą filtrów z wejściem pojemnościowym jest to, że po włączeniu zasilacza do sieci prąd
ładowania kondensatora jest bardzo duży. Należy więc pamiętać o starannym doborze
elementów prostownika, wymaga to stosowania diod o kilkakrotnym zapasie dopuszczalnego
prądu przewodzenia. Można również włączyć szeregowo w obwód prostownika rezystor
o względnie małej wartości rezystancji.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
4.2.2 Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czy potrafisz porównać poznane układy prostownicze?
2. Czy potrafisz narysować schematy poznanych układów prostowniczych?
3. Czy potrafisz wyjaśnić zasady działania poznanych prostowników?
4. Czy potrafisz wymienić parametry układów prostowniczych?
5. Czy potrafisz zdefiniować parametry układów prostowniczych?
6. Czy potrafisz zmierzyć oraz obliczyć parametry układów prostowniczych ?
7. Czy potrafisz narysować przebiegi w poszczególnych punktach układów prostowniczych?
8. Czy potrafisz wyjaśnić, jak wpływa układ filtracji napięć na kształt napięcia
wyprostowanego?
4.2.3 Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj, w których punktach dostarczonego Ci przez nauczyciela schematu ideowego
prostownika zostały wykonane poszczególne oscylogramy.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie zasady działania poznanych układów prostowniczych,
2) rozpoznać, w których punktach dostarczonego Ci przez nauczyciela schematu ideowego
prostownika zostały wykonane poszczególne oscylogramy,
3) oznaczyć te punkty na schemacie ideowym odpowiednimi literami,
4) zaprezentować rozwiązanie koledze uzasadniając swój wybór,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
6) na wykonanie ćwiczenia masz 15 minut.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− oscylogramy przedstawiające przebiegi napięcia w różnych punktach układu
prostowniczego,
− schemat ideowy układu prostowniczego, w którym badano kształt przebiegów napięcia.
Ćwiczenie 2
Oblicz wartość współczynnika tętnień dla przebiegów wyjściowych napięcia
przedstawionych na oscylogramach dostarczonych Ci przez nauczyciela.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie definicje parametrów układów prostowniczych,
2) zapisać wzory, z których będziesz korzystać, wypisać dane i szukane,
3) obliczyć wartość współczynnika tętnień dla przebiegów wyjściowych napięcia
przedstawionego na oscylogramach dostarczonych Ci przez nauczyciela,
4) rozpoznać, w którym z poznanych układów prostowniczych kształt napięcia wyjściowego
UO odpowiada temu z oscylogramów,
5) zaprezentować rozwiązanie koledze,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
7) na wykonanie ćwiczenia masz 15 minut.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− oscylogramy przedstawiające przebiegi napięcia w różnych punktach układu
prostowniczego, biały papier formatu A4 dla każdego zespołu.
Ćwiczenie 3
Zmierz wartości parametrów układu prostowniczego (praca w zespole 3 – 4 osobowym).
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie definicje podstawowych parametrów układów prostowniczych,
2) mając do dyspozycji cztery diody prostownicze, transformator, kondensatory i rezystory,
połączyć te elementy tak, aby powstał układ prostowniczy,
3) zaplanować prace związane z uruchomieniem i pomiarem parametrów zbudowanego układu
prostowniczego, narysować schematy pomiarowe i zaproponować tabele, w których będą
zapisywane wyniki pomiarów,
4) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
6) przeprowadzić niezbędne pomiary i testy w symulowanych warunkach obciążenia,
7) na podstawie uzyskanych wyników pomiarów sformułować wnioski dotyczące działania
układu oraz określić wartości parametrów układu prostowniczego,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
9) na wykonanie ćwiczenia masz 90 minut.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− makieta z transformatorem, czterema diodami prostowniczymi, kondensatorami,
rezystorami, umożliwiająca dowolne połączenie tych elementów i przeprowadzenie
pomiarów, przewody łączeniowe,
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierz, woltomierz).
Ćwiczenie 4
Zbadaj wpływ zastosowanego układu filtracji napięć na kształt napięcia wyjściowego
prostownika.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) mając do dyspozycji makietę z układami prostowniczymi zbadać, jak wpływa układ filtracji
napięć na kształt napięcia wyjściowego prostownika,
2) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
3) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
4) przeprowadzić niezbędne pomiary,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
5) na podstawie uzyskanych wyników pomiarów sformułować wnioski dotyczące wpływu
zastosowanego filtru na kształt przebiegu wyprostowanego,
6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− treść zadania dla każdego zespołu uczniów,
− makieta z układami prostowniczymi, kondensatory, cewki i rezystory o różnych
wartościach, przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi).
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu.
4.2.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) porównać poznane układy prostownicze?
2) wyjaśnić do czego służy układ prostowniczy?
3) wymienić cechy układu prostowniczego jednopołówkowego?
4) narysować schemat prostownika jednopołówkowego?
5) wyjaśnić zasadę działania prostownika jednopołówkowego?
6) wymienić cechy układu prostowniczego dwupołówkowego
z dzielonym uzwojeniem?
7) narysować schemat prostownika dwupołówkowego
z dzielonym uzwojeniem?
8) wyjaśnić zasadę działania prostownika dwupołówkowego
z dzielonym uzwojeniem?
9) wymienić cechy układu prostowniczego dwupołówkowego
z mostkiem Graetza?
10) narysować schemat prostownika dwupołówkowego
z mostkiem Graetza?
11) wyjaśnić zasadę działania prostownika dwupołówkowego
z mostkiem Graetza?
12) wymienić parametry układów prostowniczych?
13) zdefiniować parametry układów prostowniczych?
14) zmierzyć parametry układów prostowniczych ?
15) podać typowe wartość parametrów układów prostowniczych?
16) wyjaśnić po co stosuje się układy filtrów dołączane do wyjścia
układów prostowniczych?
17) narysować przykład układu filtru wygładzającego?
18) porównać filtry C, L, LC i CR?
19) narysować przebiegi w poszczególnych punktach
układów prostowniczych?
20) określić wpływ parametrów filtru na kształt przebiegów
wyprostowanych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
4.3 Stabilizatory
4.3.1 Materiał nauczania
Stabilizatory elektroniczne są to układy służące do wytwarzania na wyjściu określonej wartości
napięcia lub prądu niezależnej od zmian wielkości wyjściowej oraz obciążenia. Stabilizatory
napięcia i prądu stałego używane do zasilania urządzeń elektronicznych. Ze względu na zasadę
działania dzieli się w następujący sposób:
Rys. 14. Rodzaje stabilizatorów
Stabilizatory parametryczne (stabilizatory bez sprzężenia zwrotnego) utrzymują stałą
wartość wielkości wyjściowej dzięki zastosowaniu elementu stabilizacyjnego o charakterystyce
prądowo – napięciowej wykazującej w pewnym zakresie stałość przebiegu w funkcji napięcia
lub prądu. Powszechnie stosuje się diody stabilizacyjne (diody Zenera), rzadziej warystory
i termistory. Na rys.15. przedstawiono układ stabilizacyjny z diodą Zenera. Jest to układ
dzielnika napięciowego złożonego z diody stabilizacyjnej D i rezystora szeregowego R. Zmiany
spadku napięcia na diodzie stabilizacyjnej są bardzo małe, ponieważ punkt pracy znajduje się
na charakterystyce w zakresie przebicia. W efekcie zmiana napięcia wejściowego UI
kompensowana jest zmianą spadku napięcia na rezystorze, gdyż element regulacyjny (dioda
Zenera) przewodzi odpowiednio większy lub mniejszy prąd, utrzymując stałą wartość napięcia
wyjściowego UO. Z drugiej strony zmiana obciążenia RO, a więc prądu obciążenia IO powoduje
odpowiednią zmianę prądu ID tak, że napięcie stabilizowane UO nie ulega zmianie (rys.16.).
Rys. 15. Stabilizator parametryczny z diodą Zenera [6, s. 209]
Rys. 16. Charakterystyka prądowo – napięciowa stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera [6, s. 209]
Zaletą układu stabilizatora z diodą Zenera jest jego prostota. Łatwo więc przeanalizować jego
zasadę działania i dobrać parametry elementów tak, by dostosować układ do założonych
wymagań. Wykorzystując model diody dla odcinkowo – liniowej charakterystyki prądowo
STABILIZATORY
PARAMETRYCZNE KOMPENSACYJNE
o działaniu
ciągłym
o działaniu
impulsowym
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
napięciowej można wyprowadzić wzory opisujące parametry stabilizatora (rz – rezystancja
dynamiczna diody):
− prąd płynący przez diodę w zakresie stabilizacji
]mA[
r
UzUo
I
Z
D
−
=
− prąd i napięcie wyjściowe układu
]mA[
Ro
Uo
Io = R[V]IRIUUo DOI −−=
− zależność napięcia wejściowego układu od oczekiwanego napięcia wyjściowego
]V[
r
R
Uz)
r
R
Ro
R
1(UoU
ZZ
I −++=
− współczynnik stabilizacji
Z
I
r
R
Ro
R
1
Uo
U
S ++=
∆
∆
=
− rezystancja wyjściowa stabilizatora
][
rR
rR
r
Z
Z
WY Ω
+
⋅
=
− minimalny i maksymalny prąd diody
]mA[I
R
UzU
I maxO
inIm
minD −
−
= ]mA[
r
P
r4
U
r2
U
I
Z
maxD
2
Z
2
Z
Z
Z
maxD ++−=
(PDmax – maksymalna moc jaka może się wydzielić w diodzie, nie powodując jej uszkodzenia, UZ
– napięcie Zenera)
Taki stabilizator charakteryzuje się małym zakresem zmian prądu obciążenia, niewielką
sprawnością energetyczną (rzędu 10%), małą dokładnością stabilizacji oraz brakiem możliwości
regulacji stabilizowanego napięcia.
Wad tych pozbawione są stabilizatory kompensacyjne, zawierające element regulacyjny.
Jakakolwiek zmiana wielkości wyjściowej jest kompensowana przez odpowiednie wysterowanie
tego elementu. Działanie układu kompensacyjnego stabilizatora napięcia polega
na porównywaniu stabilizowanego napięcia wyjściowego z wzorcowym napięciem odniesienia
i wysterowaniu różnicą tych napięć elementu regulacyjnego w taki sposób, by zmiana spadku
napięcia na nim przeciwdziałała zmianom napięcia stabilizowanego. Przykład stabilizatora
kompensacyjnego o działaniu ciągłym został przedstawiony na rys.17. Elementem regulacyjnym
w tym układzie jest tranzystor T1. Na bazę tego tranzystora podawany jest wynik porównania
napięcia odniesienia (napięcie stabilizacyjne diody Zenera) z częścią napięcia wyjściowego
(ustalona potencjometrem RP). Jakość stabilizacji zależy od wartości wzmocnienia układu
sterującego (tranzystor T2) – im jest ono większe tym lepsza stabilizacja napięcia wyjściowego
przy zmianach napięcia wejściowego i rezystancji obciążenia.
Rys. 17. Stabilizator kompensacyjny o działaniu ciągłym [6, s. 211]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
Wadą stabilizatorów o działaniu ciągłym jest mała sprawność (rzędu 30 – 50 %) spowodowana
dzieleniem napięcia wejściowego. O wiele lepsze wyniki uzyskuje się w stabilizatorach
o działaniu impulsowym, należy jednak pamiętać o tym, że charakteryzują się one długim
czasem reakcji na zmianę wielkości wymuszających oraz generują zakłócenia
elektromagnetyczne.
Przykład stabilizatora impulsowego przedstawiono na rys.18. Tranzystor T pracuje w tym
układzie jako klucz nasycony – cyklicznie dołącza na krótko cewkę indukcyjną do źródła
niestabilizowanego napięcia wejściowego. W czasie trwania każdego impulsu nasycającego
tranzystor, prąd płynący przez cewkę narasta liniowo. W polu magnetycznym cewki gromadzi
się energia, która w następnej fazie cyklu jest przekazywana do kondensatora filtrującego,
dołączonego do wyjścia stabilizatora. Kondensator wygładza tętnienia napięcia wyjściowego
(dostarcza prąd do obciążenia w fazie uzupełniania energii cewki). Podobnie jak w przypadku
stabilizatorów o regulacji ciągłej następuje porównanie wartości napięcia wyjściowego
z napięciem odniesienia, lecz otrzymane w ten sposób napięcie błędu koryguje wartość napięcia
wyjściowego przez zmianę częstotliwości przełączania klucza lub zmianę czasu trwania impulsu
włączającego klucz, a nie przez liniowe sterowanie przewodnością tranzystora.
Rys. 18. Stabilizator impulsowy [3, s. 380]
Stabilizatory impulsowe mają niezwykłe właściwości decydujące o ich popularności. Ponieważ
element regulacyjny pracuje dwustanowo – jest albo włączony albo nasycony – traci się w nim
bardzo mało mocy. Dlatego stabilizatory impulsowe charakteryzują się dużą sprawnością nawet
wtedy, gdy różnica napięć między wejściem a wyjściem ma dużą wartość. Wartość napięcia
wyjściowego stabilizatorów tego typu może być większa niż wartość napięcia wejściowego.
Za pomocą stabilizatora impulsowego można również bez trudu przetwarzać napięcie o jednej
polaryzacji na napięcie o przeciwnej polaryzacji. Dodatkowo możliwe jest zasilanie takiego
stabilizatora bezpośrednio z wyjścia układu prostującego napięcie sieciowe, bez potrzeby
stosowania transformatora sieciowego. W efekcie można otrzymać zasilacz mały, lekki i o dużej
sprawności. Te cechy decydują o powszechnym stosowaniu zasilaczy impulsowych w sprzęcie
komputerowym.
Właściwości układów stabilizacji napięcia są charakteryzowane za pomocą odpowiednich
parametrów technicznych, spośród których do najważniejszych zalicza się:
− Znamionowe napięcie wyjściowe UON – wartość wyjściowego napięcia stabilizacji
z określoną tolerancją, w sytuacji gdy stabilizator pracuje w znamionowych warunkach
pracy.
− Tolerancja napięcia wyjściowego δUON – maksymalna, dopuszczalna względna zmiana
wartości napięcia stabilizowanego wywołana przez czynniki wpływające takie jak zmiany
napięcia wejściowego i prądu obciążenia.
− Zakres zmian napięcia wyjściowego – jest to zakres stabilizowanego napięcia wyjściowego,
w którym obowiązują parametry katalogowe stabilizatora.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
− Zakres zmian napięcia wejściowego – minimalna i maksymalna wartość napięcia
wejściowego, zasilającego stabilizator, w obrębie której producent zapewnia poprawną
pracę układu.
− Współczynnik stabilizacji od zmian napięcia wejściowego (WSN, IR) – wielkość zmian
napięcia stabilizowanego ∆UO wywołanych ustalonymi zmianami napięcia wejściowego
∆UI.
− Współczynnik stabilizacji od zmian obciążenia (WOSN, LR) – względna zmiana napięcia
stabilizowanego wywołana ustaloną zmianą prądu obciążenia .
− Współczynnik tłumienia tętnień (WTT, RR) – miara tłumienia tętnień przez układ
stabilizatora poprzez wzajemne porównanie międzyszczytowych wartości tętnień na wejściu
i wyjściu.
− Napięcie różnicowe między wejściem a wyjściem ∆UOI= |UO – UI|MIN – minimalna różnica
napięcia między wejściem i wyjściem stabilizatora, przy której układ jeszcze pracuje
poprawnie.
− Temperaturowy zakres pracy – dopuszczalny zakres temperatur pracy stabilizatora, zawarty
między minimalną i maksymalną graniczną temperaturą pracy. (zakres przemysłowy to
od 0°C do 70°C, militarny od - 55°C do 125°C).
− Współczynnik temperaturowy napięcia wyjściowego (TWN, ATC) – parametr
umożliwiający określenie, o ile procent zmieni się napięcie wyjściowe przy zmianie
temperatury otoczenia o 1°C, wyznaczony dla ustalonej zmiany tej temperatury.
− Nominalny prąd wyjściowy ION – maksymalna wartość prądu obciążenia, przy którym
zachowane są jeszcze podane parametry katalogowe przy założeniu, że stabilizator pracuje
w znamionowych warunkach pracy.
− Maksymalny prąd wyjściowy IOMAX – prąd, przy którym włącza się (o ile stabilizator taki
posiada) układ nadprądowego zabezpieczenia stabilizatora.
− Prąd zwarciowy IOS – wartość prądu obciążenia stabilizatora, w sytuacji gdy wyjście jest
zwarte do masy.
− Minimalny prąd wyjściowy IOMIN – minimalna wartość prądu obciążenia, przy którym
zachowane są jeszcze podane parametry katalogowe przy założeniu, że stabilizator pracuje
w znamionowych warunkach pracy.
− Prąd spoczynkowy – prąd pobierany przez układ nieobciążonego stabilizatora.
− Maksymalna moc strat – maksymalna moc, jaka może się wydzielić w stabilizatorze
(lub elemencie regulacyjnym) w trakcie długotrwałej jego pracy w znamionowej
temperaturze otoczenia (zwykle 25°C), nie powodując jego uszkodzenia.
− Sprawność energetyczna - η - wzajemny stosunek mocy oddanej do obciążenia i mocy
dostarczonej do stabilizatora.
Można wyróżnić pewne cechy wspólne, charakterystyczne dla grupy stabilizatorów scalonych:
− napięcie zasilające układ jest napięciem przeznaczonym do stabilizacji,
− wartości napięć stabilizowanych mogą być zarówno dodatnie, jak i ujemne (z zakresu
2 do 40V),
− wartość prądu obciążenia zawiera się w granicach od kilkudziesięciu do kilkuset mA,
a przy zastosowaniu zewnętrznych tranzystorów mocy nawet do 10A,
− dobra sprawność przy minimalnej różnicy napięcia między wejściem a wyjściem rzędu 2–
3V,
− mała impedancja wyjściowa (rzędu 10 – 20 mΩ),
− dobra stabilność stałoprądowa w szerokim zakresie temperatur otoczenia.
Scalone stabilizatory napięcia wykonuje się jako:
− stabilizatory uniwersalne, o napięciu wyjściowym regulowanym za pomocą elementów
zewnętrznych (np. układ µA 723),
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
− stabilizatory ogólnego przeznaczenia o napięciu wyjściowym ustalonym w procesie
produkcji (np. µA 7805),
− stabilizatory specjalne – będące układami o wysoko wyspecjalizowanych właściwościach,
jak np. stabilizatory napięć symetrycznych, napięć o wartościach wyższych niż 40V, napięć
odniesienia o bardzo dużej stabilności czasowej i temperaturowej, dokładności.
Klasycznym scalonym stabilizatorem napięcia stałego jest układ µA723. Jest to układ
o wszechstronnych możliwościach, łatwy w użyciu, o doskonałych parametrach elektrycznych.
Rys. 19. Układ µA 723 pracujący jako stabilizator napięcia dodatniego od 2 do 7V [dokumentacja techniczna firmy
Texas Instruments]
W tabeli 2. przedstawiono zestaw typowych wartości parametrów układu µA723.
Tabela 2. Typowe wartości podstawowych parametrów stabilizatora µA723 [dokumentacja techniczna firmy Texas
Instruments]
Parametr Jednostka Wartość
Zakres napięcia UI [V] 9,5 ÷ 40
Zakres napięcia UO [V] 2 ÷ 37
Minimalne :|UO – UI| [V] 3
WSN (%UO) [%] 0,1
WOSN (%UO) [%] 0,03
Temperatura pracy [°C] 0 ÷70
TWN [%/°C] 0,003
IOMAX [mA] 150
ISP
(prąd spoczynkowy: IO=0, UO=30V)
[mA] 2,3
WTT [dB] 74
UZ [V] 7,15
IZW
(prąd zwarcia: RS=10Ω, UO=0V)
[mA] 65
Typowym przedstawicielem stabilizatorów ogólnego przeznaczenia są stabilizatory serii
7800 (produkowane m. in. przez firmę Fairchild w dwóch seriach MC78xx i LM78xx, a także
przez firmę National Semiconductor - LM78xx). Dwie ostatnie cyfry w oznaczeniu stabilizatora
to wartość jego napięcia wyjściowego, która może być równa 5, 6, 8, 10, 12, 15, 18 lub 24V.
Na rys.20 przedstawiono typowy układ pracy stabilizatora z serii 7800. Kondensator dołączony
do zacisków wyjściowych stabilizatora poprawia jego parametry impulsowe oraz powoduje,
że wartość impedancji wyjściowej stabilizatora pozostaje również mała dla dużych
częstotliwości. Jeżeli stabilizator jest umieszczony z dala od kondensatorów filtru prostownika,
do jego zacisków wejściowych należy dołączyć kondensator o wartości pojemności co najmniej
330nF.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
Do stabilizowania napięć ujemnych przeznaczone są stabilizatory z rodziny 7900. Sposób ich
użycia niczym się nie różni od przedstawionego (poza napięciem wejściowym, które musi być
ujemne). Układy z rodziny 7800 mogą być obciążane prądem do 1A i mają wbudowane
w strukturę układy zabezpieczeń: nadprądowe i przed uszkodzeniem cieplnym.
Rys. 20. Układ pracy stabilizatora z serii 7800 [dokumentacja techniczna firmy Fairchild]
Tabela 3. Typowe wartości podstawowych parametrów stabilizatorów serii 7800 [dokumentacja techniczna firmy
Fairchild]
Parametr 7805 7806 7810 7812 7815 7824
Zakres napięcia UI [V] 7÷20 8÷21 12,5÷25 14,5÷27 17,5÷30 27÷38
Napięcie UO [V] 5 6 10 12 15 24
Min. :|UO – UI| [V] 2 2 2 2 2 2
WSN [mV] 1,6 1,5 3 3 3 6
(IO=500mA) ∆UI [V] 8÷12 9÷13 13÷25 16÷22 20÷26 30÷36
WOSN [mV] 4 3 4 5 4 5
∆IO [mA] 250÷750 250÷750 250÷750 250÷750 250÷750 250÷750
ISP [mA] 5 5 5,1 5,1 5,2 5,2
WTT [dB] 73 75 71 71 70 67
RO [mΩ] 15 19 17 18 19 28
IZW [mA] 230 250 250 230 250 230
TWN [mV/K] - 0,8 -0,8 -1 -1 -1 -1,5
Zakres temperatur [°C] 0÷125 0÷125 0÷125 0÷125 0÷125 0÷125
W stabilizatorach stosuje się dwie grupy zabezpieczeń:
− Zabezpieczenia nadnapięciowe – czyli takie, które służą do zabezpieczenia stabilizatora
lub układu obciążającego przed pojawieniem się niepożądanego napięcia. Najprostszym
i najczęściej stosowanym zabezpieczeniem nadnapięciowym jest kondensator. Najczęściej
stosuje się kondensatory monolityczne o wartościach z zakresu 1nF do 1µF włączane
równolegle do wejścia i wyjścia stabilizatora. Innymi elementami zabezpieczeń
nadnapięciowych są diody włączane na wejściu i wyjściu stabilizatora oraz równolegle
do elementów regulacyjnych. Podczas normalnej pracy stabilizatora diody te są
spolaryzowane zaporowo. Zabezpieczają stabilizator i układ regulacyjny przed zniszczeniem
wskutek odwrotnego włączenia wejściowego napięcia niestabilizowanego lub przyłączenia
wyjścia do napięcia o odwrotnej polaryzacji. Ponieważ w wyniku uszkodzenia stabilizatora
jego napięcie wejściowe może przedostać się na wyjście i uszkodzić układ zasilany często
stosuje się tzw. zwieracze. Na rys. 21. przedstawiono oprócz pozostałych wymienionych
zabezpieczeń nadnapięciowych również układ zwieracza tyrystorowego, złożonego z diody
Zenera DZ, rezystora R oraz tyrystora TY. Jeżeli wartość napięcia wyjściowego będzie
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
równa wartości napięcia stabilizacji diody Zenera i napięcia przewodzenia złącza bramka –
katoda, nastąpi włączenie tyrystora. Zadziałanie tego zabezpieczenia powoduje zmniejszenie
napięcia wyjściowego stabilizatora do 1V. Powrót układu zabezpieczenia do stanu
początkowego jest możliwy jedynie po wyłączeniu całego zasilacza.
Rys. 21. Schemat funkcjonalny stabilizatora szeregowego z zabezpieczeniami nadnapięciowymi. [7, s. 253]
− Zabezpieczenia nadprądowe – czyli takie, które służą do zabezpieczenia stabilizatora
lub układu obciążającego przed prądem o dużej wartości. Najczęściej stosowanym
zabezpieczeniem nadprądowym jest bezpiecznik topikowy. Umieszcza się go w obwodzie
pierwotnym transformatora sieciowego oraz na wyjściu stabilizatora. Zapewnia on
skuteczną ochronę przed zwarciem wyjścia stabilizatora, jednak nie chroni przed wzrostem
prądu obciążenia nieznacznie większym od nominalnej wartości prądu bezpiecznika.
Na rys.22. przedstawiono jeden ze sposobów rozwiązania tego problemu.
Rys. 22. Stabilizator z układem ograniczającym prąd obciążenia [7, s. 254]
Wzrost prądu wyjściowego powyżej wartości maksymalnej powoduje spadek napięcia
na rezystorze RS i załączenie tranzystora T, który zmniejszy wartość prądu sterującego układ
regulujący, zapewniając stałą wartość prądu obciążenia. Modyfikację tego układu, zwaną
układem ograniczającym prąd obciążenia „z podcięciem” przedstawiono na rys.23.
Rys. 23. Stabilizator z układem ograniczającym prąd obciążenia „z podcięciem” [7, s. 253]
Układ ten dodatkowo zabezpiecza przed uszkodzeniem termicznym przez zmniejszenie
mocy wydzielanej w układzie. Tranzystor zabezpieczający jest sterowany różnicą spadków
napięć na rezystorach R1 i R2. Gdy tranzystor się włączy powoduje mniejsze wysterowanie
układu regulacyjnego, czyli zmniejszenie napięcia wyjściowego. Następuje zmniejszenie
napięcia na bazie tranzystora, co powoduje większe wysterowanie tranzystora, czyli jeszcze
większe zmniejszenie napięcia wyjściowego. Proces ten kończy się gdy UWY=0. Projektując
takie zabezpieczenie trzeba uważać dobierając prąd zwarcia IZW. Wartość prądu zwarcia nie
powinna być zbyt mała, gdyż stabilizator może w ogóle „nie wystartować” w warunkach
normalnego obciążenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
4.3.2 Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czy potrafisz narysować przykład stabilizatora parametrycznego?
2. Czy potrafisz zaprojektować prosty stabilizator parametryczny?
3. Czy potrafisz narysować charakterystykę prądowo – napięciową stabilizatora
parametrycznego z diodą Zenera?
4. Czy potrafisz wymienić parametry stabilizatorów?
5. Czy potrafisz zdefiniować podstawowe parametry stabilizatorów?
6. Czy potrafisz zmierzyć podstawowe parametry stabilizatorów?
7. Czy potrafisz zmierzyć i wykreślić charakterystykę obciążeniową stabilizatorów?
4.3.3 Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zaprojektuj stabilizator parametryczny dla następujących założeń:
− napięcie wyjściowe UO=10V,
− prąd wyjściowy IO=5mA,
− współczynnik stabilizacji S=0,8%
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie z jakich elementów jest zbudowany najprostszy stabilizator
parametryczny oraz jak zależą jego parametry od wykorzystanych elementów dyskretnych,
2) wypisać dane i szukane, zapisać wzory, z których będziesz korzystać,
3) w katalogach elementów i układów elektronicznych wyszukać odpowiednie elementy
dyskretne, narysować schemat ideowy projektowanego stabilizatora,
4) zaprezentować rozwiązanie koledze uzasadniając wybór elementów,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
6) na wykonanie ćwiczenia masz 30 minut.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu,
− katalogi elementów i układów elektronicznych (w postaci drukowanej lub na płytach CD),
− stanowiska komputerowe z dostępem do Internetu oraz oprogramowaniem do projektowania
schematów ideowych.
Ćwiczenie 2
Zaplanuj prace związane z pomiarem parametrów stabilizatorów oraz wyznaczaniem ich
charakterystyk.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie definicje podstawowych parametrów stabilizatorów,
2) wybrać parametry, które będziesz mierzyć,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
3) zaplanować prace związane z pomiarem parametrów układu stabilizatora, narysować
schematy pomiarowe i zaproponować tabele, w których będą zapisywane wyniki pomiarów,
4) zaprezentować opracowany plan prac kolegom,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
6) na wykonanie ćwiczenia masz 30 minut.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu.
Ćwiczenie 3
Zmierz podstawowe parametry układów stabilizatorów zawierających elementy dyskretne.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przygotować plan czynności opracowany w ćwiczeniu 2,
2) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
3) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
4) wykorzystując makiety ze stabilizatorami połączyć aparaturę pomiarową z układem
badanego stabilizatora z według schematów zamieszczonych w planie czynności,
5) postępując zgodnie z instrukcją dokonać pomiaru parametrów stabilizatora,
6) wykonać konieczne obliczenia,
7) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
9) na wykonanie ćwiczenia masz 60 minut.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu,
− plan czynności ze schematami pomiarowymi
− makiety ze stabilizatorami o działaniu ciągłym i impulsowym zawierającymi elementy
dyskretne,
− przewody łączeniowe,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze).
Ćwiczenie 4
Zmierz podstawowe parametry układów stabilizatorów zawierających układy scalone.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przygotować plan czynności opracowany w ćwiczeniu 2,
2) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
3) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
4) wykorzystując makiety ze stabilizatorami połączyć aparaturę pomiarową z układem
badanego stabilizatora z według schematów zamieszczonych w planie czynności,
5) postępując zgodnie z instrukcją dokonać pomiaru parametrów stabilizatora,
6) wykonać konieczne obliczenia,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
7) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
9) na wykonanie ćwiczenia masz 60 minut.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu,
− plan czynności ze schematami pomiarowymi
− makiety ze stabilizatorami o działaniu ciągłym i impulsowym zawierającymi układy
scalone,
− przewody łączeniowe,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze).
Ćwiczenie 5
Wyznacz charakterystyki stabilizatorów o działaniu ciągłym i impulsowym zawierających
układy scalone.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przygotować plan czynności opracowany w ćwiczeniu 2,
2) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
3) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
4) wykorzystując makiety ze stabilizatorami połączyć aparaturę pomiarową z układem
badanego stabilizatora z według schematów zamieszczonych w planie czynności,
5) postępując zgodnie z instrukcją dokonać pomiaru charakterystyk stabilizatora,
6) wykreślić badane charakterystyki,
7) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
9) na wykonanie ćwiczenia masz 60 minut.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu,
− plan czynności ze schematami pomiarowymi,
− makiety ze stabilizatorami o działaniu ciągłym i impulsowym zawierającymi elementy
dyskretne, przewody łączeniowe,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
4.3.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) wymienić rodzaje stabilizatorów?
2) narysować przykład stabilizatora parametrycznego?
3) wyjaśnić zasadę działania stabilizatora parametrycznego?
4) zaprojektować prosty stabilizator parametryczny?
5) narysować charakterystykę prądowo – napięciową stabilizatora
parametrycznego z diodą Zenera?
6) wymienić cechy stabilizatorów parametrycznych?
7) wyjaśnić zasadę działania stabilizatora kompensacyjnego
o działaniu ciągłym?
8) narysować schemat stabilizatora kompensacyjnego o działaniu ciągłym?
9) wymienić cechy stabilizatora kompensacyjnego o działaniu ciągłym?
10) wyjaśnić zasadę działania stabilizatora kompensacyjnego impulsowego?
11) narysować schemat stabilizatora kompensacyjnego impulsowego?
12) wymienić cechy stabilizatora kompensacyjnego impulsowego?
13) wymienić parametry stabilizatorów?
14) zdefiniować podstawowe parametry stabilizatorów?
15) zmierzyć podstawowe parametry stabilizatorów?
16) wymienić cechy stabilizatorów scalonych?
17) wymienić rodzaje stabilizatorów scalonych?
18) wyjaśnić, po co do zacisków wyjściowych stabilizatorów dołącza się
kondensatory ?
19) narysować stabilizator z zabezpieczeniem nadprądowym?
20) narysować stabilizator z zabezpieczeniem nadnapięciowym?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
4.4 Projektowanie, montowanie i uruchamianie zasilaczy.
Wykrywanie uszkodzeń w układach zasilaczy
4.4.1 Materiał nauczania
Wbrew pozorom zaprojektowanie zasilacza nie jest wcale proste, jeżeli chce się to zrobić
w sposób optymalny, biorąc pod uwagę wszystkie zakładane parametry wyjściowe zasilacza,
oraz warunki w jakich mu przyjdzie pracować (np. zmiany napięcia wejściowego czyli napięcia
sieci). Projektowanie zasilacza należy zacząć od określenia wartości napięć wyjściowych,
dopuszczalnych tętnień (czyli zmian napięcia wyjściowego) oraz maksymalnych prądów
wyjściowych. Trzeba określić czy będzie to zasilacz stabilizowany. Poniżej przedstawiono etapy
projektowania zasilacza sieciowego.
W pierwszej kolejności przy projektowaniu zasilacza trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie
do jakich celów będzie on używany, czyli określić parametry zasilacza. Załóżmy, że zasilacz
będzie spełniał następujące warunki :
- musi to być zasilacz stabilizowany,
- powinien mieć trzy napięcia wyjściowe:
- stałe +5 V przy prądzie obciążenia przynajmniej 1,5 A,
- stałe +12 V przy prądzie obciążenia 1 A,
- stałe -12 V przy prądzie obciążenia 1 A,
- tętnienia nie powinny przekraczać 2% wartości napięcia wyjściowego,
- powinien posiadać zabezpieczenie przeciwzwarciowe,
Oczywiście są to przykładowe parametry. Jeśli projektowany zasilacz ma być fragmentem
układu elektronicznego to jego parametry będą zależały od wymagań stawianych przez ten
układ. Na przykład dla układów wzmacniaczy mocy nie projektuje się zasilaczy
stabilizowanych.
Na rys. 24. przedstawiony jest schemat blokowy zasilacza.
Rys. 24. Schemat blokowy przykładowego zasilacza
Zasadę rysowania schematów blokowych dobrze jest stosować zawsze przy projektowaniu
układów elektronicznych. Schemat blokowy podzieli cały układ na bloki funkcjonalne co
ułatwia i przyspiesza projektowanie.
Najtrudniejszym zadaniem jest właściwy dobór transformatora, gdyż musi on uwzględniać wiele
czynników mających wpływ na pracę zasilacza takich, jak:
- dopuszczalny zakres zmian napięcia sieciowego czyli 230V ±10%,
- spadek napięcia na prostowniku,
- spadek napięcia na stabilizatorze,
- minimalna wartość napięcia potrzebnego do poprawnej pracy układu stabilizatora,
- straty napięcia wyjściowego wynikające z rezystancji wewnętrznej uzwojeń transformatora,
- moc wyjściowa zasilacza i straty mocy na poszczególnych elementach zasilacza.
Przy projektowaniu zasilaczy dużą rolę odgrywa rezystancja wewnętrzna RW uzwojeń
transformatora. Jest to bardzo ważny parametr, jednak często zapomina się o nim. Często słyszy
się określenie, że transformator jest bardziej lub mniej „miękki”, czyli że napięcie wyjściowe
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
zmniejsza się przy zwiększaniu obciążenia. Za taki efekt odpowiedzialna jest właśnie rezystancja
uzwojeń. Rezystancję wewnętrzną można obliczyć na podstawie podawanych przez producenta
transformatorów wartości znamionowych napięć i prądów (Unsk, Insk - są to wartości skuteczne)
oraz współczynnika su . Nie zawsze jest on podawany, ale można go wyliczyć znając napięcie
biegu jałowego U0sk (jeśli nie jest podane można je zmierzyć).
nsk
sk0
U
U
U
s =
Korzystając z tego wzoru można wyliczyć rezystancję wewnętrzną RW transformatora:
][
I
UU
R
nsk
nsksk0
W Ω
−
=
Rezystancja wewnętrzna transformatora ma wpływ na:
- spadek napięcia wyjściowego transformatora pod obciążeniem,
- prąd szczytowy przewodzenia diody w układzie zasilacza, a co za tym idzie również
na spadek napięcia na diodzie.
Podsumowując, nie da się określić wprost, jakie będzie naprawdę napięcie wyjściowe
z prostownika. Będzie ono na pewno niższe niż wynikałoby to z prostego przemnożenia
katalogowej wartości napięcia nominalnego Unsk pomnożonego przez 2 . Dlatego należy
dobierać transformator o mocy większej niż wynikałoby z porównania mocy wyjściowej, jaką
potrzebujemy z katalogową wartością mocy transformatora.
Należy się zastanowić ile uzwojeń wtórnych powinien mieć transformator, który będziemy
chcieli zastosować. Dla zasilacza, którego parametry i zastosowanie określono wcześniej dobrze
jest zastosować transformator o trzech uzwojeniach wtórnych. Dwa uzwojenia będą o takiej
samej wartości napięcia oraz obciążalności i będą służyły do uzyskania napięć zasilacza ±12V,
trzecie uzwojenie będzie służyło dla uzyskania napięcia +5V. Wybór takiego transformatora
pozwoli na zmniejszenie jego mocy (niższe napięcie jednego z uzwojeń) oraz na separację
poszczególnych obwodów zasilania od siebie. Pociąga to oczywiście za sobą konieczność użycia
trzech układów prostowniczych. W przypadku, gdy masa układu zasilanego z naszego zasilacza
będzie wspólna, wystarczy przewidzieć w konstrukcji obudowy zasilacza zewnętrzne zwory
umożliwiające połączenie mas poszczególnych napięć zasilacza. Do realizacji napięć ±12V
można by użyć jednego prostownika stosując układ z dzielonym uzwojeniem wtórnym,
ale wówczas pozbawimy się możliwości separacji tych obwodów zasilania. Ostateczny wybór
i tak będzie zależny od możliwości zakupu właściwego transformatora.
Układ prostownika jednopołówkowego może być stosowany tylko tam gdzie są małe
obciążenia i gdzie nie zależy nam na małych tętnieniach napięcia wyjściowego. Jeżeli mamy
wyższe wymagania należy zastosować prostownik dwupołówkowy. Wydawałoby się, że układ
z dzielonym uzwojeniem jest lepszy od układu mostkowego, gdyż potrzebne są tylko dwie diody
i są mniejsze straty napięcia wyjściowego, ale jak łatwo zauważyć zamiast jednego uzwojenia
wtórnego potrzebne są dwa uzwojenia o tych samych napięciach wyjściowych. Wprawdzie
uzwojenia te mogą być o mocy dwa razy mniejszej niż dla układu mostkowego, lecz będzie to
okupione dwukrotnym zwiększeniem rezystancji wewnętrznej transformatora, a co za tym idzie
większymi stratami napięcia na transformatorze. Przy małych napięciach wyjściowych,
dla których spadki napięcia na diodzie są znacznymi, lepiej jest stosować układ z dzielonym
uzwojeniem wtórnym, natomiast dla dużych napięć wyjściowych korzystniejszy jest układ
mostkowy.
Jeżeli nie zależy nam na izolowanych od siebie masach napięć dodatniego i ujemnego
w zasilaczu, to korzystnym jest rozwiązanie z prostownikiem z dzielonym uzwojeniem (dwa
symetryczne napięcia wyjściowe). Natomiast niewątpliwą korzyścią w układzie mostkowym jest
to, że można uzyskać dwa razy większy prąd stosując ten sam typ diod co w układzie
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
jednopołówkowym. Na przykład dla diod z serii 1N4001 ... 1N4007 prąd przewodzenia wynosi
1A - w układzie mostkowym można uzyskać 2A. Jest to spowodowane tym, że średni prąd
przewodzenia każdej gałęzi mostka jest równy połowie prądu wyjściowego. Moc strat
dla pojedynczej diody będzie w związku z tym o połowę mniejsza niż dla diody w układzie
jednopołówkowym. Następną korzyścią jest to, że napięcie wsteczne jest dwa razy mniejsze niż
w układzie prostownika jednopołówkowego. Na koniec jeszcze jedna zaleta układu mostkowego
- napięcie tętnień Utpp jest w przybliżeniu dwukrotnie mniejsze niż w układzie
jednopołówkowym. Podsumowując bardziej korzystnym i najczęściej stosowanym jest układ
prostownika mostkowego. Również w naszym przykładzie zasilacza zastosujemy prostowniki
mostkowe budując je np. z diod 1N4001 (lub podobnych) ewentualnie można zastosować
gotowe mostki. Szczegółowe wyliczenia będą oczywiście możliwe dopiero po określeniu jakie
napięcie wyjściowe jest potrzebne i jakie napięcie minimalne na wyjściu prostownika jest
dopuszczalne. Jest to uzależnione od zastosowanego układu stabilizatora (musimy wiedzieć jaka
jest dopuszczalna różnica napięć pomiędzy wyjściem, a wejściem stabilizatora). Zastosujemy
układy stabilizatorów scalonych 7805, 7812 i 7912.
Kondensator, który należy umieścić na wyjściu układu prostownika odgrywa bardzo ważną
rolę, gdyż od niego zależy wielkość tętnień napięcia wyjściowego. Im większa pojemność
kondensatora tym tętnienia mniejsze. Można również zauważyć, że im większy prąd wyjściowy
tym większy kondensator należałoby zastosować. Korzystając ze wzoru na napięcie tętnień
prostownika dwupołówkowego Utpp można otrzymać zależność na wartość pojemności
kondensatora filtrującego przy zakładanych wartościach tętnień i prądu wyjściowego.
]F[
fU2
I
C
tpp
WY
=
gdzie f=50Hz jest częstotliwością napięcia sieciowego 230V. Zakładając napięcie tętnień 0,5V
przy prądzie 1,5A obliczona wartość pojemności kondensatora filtrującego wyniesie
C=30000µF, co jest wartością bardzo dużą. W praktyce stosuje się o wiele mniejsze pojemności,
godząc się z większymi tętnieniami. Dopuszczalną wartość tętnień wyznaczy nam znamionowa
wartość napięcia wyjściowego transformatora (jakim będziemy dysponować), spadek napięcia
na diodach prostownika oraz wymagana różnica napięć pomiędzy wyjściem i wejściem
stabilizatora a także oczywiście napięcie wyjściowe stabilizatora.
Układy stabilizacji napięć i dobór zabezpieczeń zasilaczy zostały dokładnie omówione
w rozdziale poprzednim.
Wykrywanie uszkodzeń
Przed przystąpieniem do lokalizacji uszkodzenia zasilacza należy odpowiedzieć sobie
na kilka pytań:
− czy urządzenie w ogóle działało poprawnie,
− jakie symptomy wskazują na to, że nie działa poprawnie,
− kiedy zaczął błędnie działać lub przestał działać,
− jakie symptomy wystąpiły tuż przed, w trakcie i tuż po awarii.
Odpowiedzi na te pytania pozwolą zaplanować pomiary w taki sposób, aby były one jak bardziej
efektywne. Aby dobrze zaplanować działania, trzeba zdawać sobie sprawę z zasady działania
badanego urządzenia, znać spodziewane wartości napięć w charakterystycznych punktach
urządzenia oraz kształt przebiegów zmiennych w takich punktach.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
4.4.2 Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Czy potrafisz określić jak zachowa się układ z zabezpieczeniem nadprądowym
po przekroczeniu maksymalnej wartości prądu obciążenia?
2. Czy potrafisz podać przykład zabezpieczenia nadnapięciowego?
3. Czy potrafisz zaprojektować układ prostego zasilacza stabilizowanego?
4. Czy potrafisz wyjaśnić jakie funkcje spełniają poszczególne elementy prostego zasilacza
stabilizowanego?
5. Czy potrafisz określić na podstawie pomiarów, który z elementów zasilacza może być
uszkodzony?
4.4.3 Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zbadaj wpływ zabezpieczeń nadprądowych i nadnapięciowych na pracę zasilacza.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) mając do dyspozycji makietę z układami zasilaczy elektronicznych, zaproponować
i narysować schematy pomiarowe do wyznaczenia charakterystyk zasilacza, zaproponować
tabele, w których podczas pomiarów będą zapisywane wyniki.
2) wyznaczyć charakterystykę obciążeniową (zależność napięcia wyjściowego od prądu
obciążenia) zasilacza wyposażonego w zabezpieczenia nadprądowe i nadnapięciowe
w symulowanych warunkach obciążenia
3) sprawdzić, jak wpływa zmiana napięcia wejściowego na pracę tego zasilacza (wyznaczyć
charakterystykę UWY=f (UWE)),
4) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
6) przeprowadzić niezbędne pomiary i wykreślić charakterystyki,
7) na podstawie uzyskanych wyników pomiarów sformułować wnioski dotyczące wpływu
zabezpieczeń nadprądowych i nadnapięciowych na pracę zasilacza,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
9) na przeprowadzenie ćwiczenia masz 45 min.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu,
− makiety z zasilaczami wyposażonymi w zabezpieczenia nadprądowe i nadnapięciowe,
− przewody łączeniowe,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze).
Ćwiczenie 2
Zaprojektuj układ zasilacza spełniający następujące założenia:
− musi to być zasilacz stabilizowany,
− powinien mieć dwa napięcia wyjściowe:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
- stałe +5 V przy prądzie obciążenia przynajmniej 1A,
- stałe +12V przy prądzie obciążenia przynajmniej 1A,
- tętnienia nie powinny przekraczać 2% wartości napięcia wyjściowego,
- powinien posiadać zabezpieczenie nadprądowe.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie z jakich elementów jest zbudowany zasilacz oraz jak zależą jego
parametry od parametrów poszczególnych bloków,
2) narysować schemat blokowy projektowanego zasilacza,
3) przeprowadzić konieczne obliczenia, zapisać wzory, z których korzystasz,
4) w katalogach elementów i układów elektronicznych wyszukać odpowiednie elementy
dyskretne, narysować schemat ideowy projektowanego zasilacza, możesz korzystać
z zasobów Internetu,
5) zaprezentować rozwiązanie koledze uzasadniając wybór elementów,
6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
7) na wykonanie ćwiczenia masz 30 minut.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu,
− katalogi elementów i układów elektronicznych (w postaci drukowanej lub na płytach CD),
− stanowiska komputerowe z dostępem do Internetu oraz oprogramowaniem do projektowania
schematów ideowych.
Ćwiczenie 3
Zmontuj i uruchom zasilacz na podstawie otrzymanego schematu ideowego.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przygotować schemat ideowy i montażowy, na podstawie których będziesz montował układ
zasilacza,
2) skompletować wszystkie elementy konieczne do zmontowania układu zasilacza,
3) pracując na stanowisku do montowania układów elektronicznych zmontować układ
zasilacza,
4) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów
sprawdzających działanie zmontowanego zasilacza,
5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
6) sprawdzić, czy zmontowany przez Ciebie zasilacz pracuje poprawnie oraz czy spełnia
założenia,
7) przeprowadzić niezbędne pomiary i testy w symulowanych warunkach obciążenia,
8) na podstawie uzyskanych wyników pomiarów sformułować wnioski dotyczące działania
układu,
9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
10) na wykonanie ćwiczenia masz 60 minut.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ zasilacza musi sprawdzić nauczyciel.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, schemat ideowy zasilacza,
− stanowisko do montowania układów elektronicznych wyposażone we wszystkie niezbędne
elementy elektroniczne,
− przewody łączeniowe,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze).
Ćwiczenie 4
W podanym układzie zasilacza zlokalizuj usterkę.
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) podczas ćwiczenia wykorzystywać makiety z układami zasilaczy elektronicznych
umożliwiające symulację uszkodzeń zasilaczy,
2) zapoznać się ze schematem ideowym badanego zasilacza,
3) zaplanować pracę tak, aby szybko i skutecznie znaleźć usterkę,
4) zaproponować schematy pomiarowe oraz skompletować aparaturę potrzebną
do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów,
5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe,
6) po zlokalizowaniu uszkodzenia nauczyciel poprosi Cię o zaproponowanie sposobu usunięcia
usterki,
7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
8) na wykonanie ćwiczenia masz 45 minut.
Uwaga:
Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, schemat ideowy badanego zasilacza,
− makieta z układami zasilaczy umożliwiająca symulowanie uszkodzeń zasilaczy,
− przewody łączeniowe,
− przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze).
4.4.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) podać przykład zabezpieczenia nadprądowego?
2) określić, jak zachowa się układ z zabezpieczeniem nadprądowym
po przekroczeniu maksymalnej wartości prądu obciążenia?
3) podać przykład zabezpieczenia nadnapięciowego?
4) zaprojektować układ prostego zasilacza stabilizowanego?
5) wyjaśnić, jakie funkcje spełniają poszczególne elementy prostego
zasilacza stabilizowanego?
6) powiązać parametry zasilacza z elementami, które mają wpływ
na wartość tych parametrów
7) określić na podstawie pomiarów, który z elementów zasilacza
może być uszkodzony?
8) dobierać zasilacze do konkretnych zastosowań, wymagań?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań dotyczących zasilaczy. Zadania: 1, 2, 5, 6, 12, 19, 20 są to zadania
wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa. Zadania: 3, 11, 13 i 14 to
pytania z luką, którą należy uzupełnić. W zadaniu: 7, 16, 17, 18 należy udzielić krótkiej
odpowiedzi, odpowiedzią na zadanie 10 będą obliczone wartości parametrów. Zadania 4, 8,
9 i 15 to zadania rysunkowe. Za każdą prawidłową odpowiedź otrzymasz 1 punkt.
Szczegółowa punktacja poszczególnych zadań została przedstawiona na karcie odpowiedzi.
Zadania z poziomu ponadpodstawowego oznaczono gwiazdką.
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi:
− w pytaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku
pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie wskazać
odpowiedź prawidłową),
− w zadaniach z krótką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole,
− w zadaniach do uzupełnienia wpisz brakujące wyrazy,
− w zadaniach rysunkowych narysuj rysunek w wyznaczonym polu.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.
8. Przed wykonaniem każdego zadania przeczytaj bardzo uważnie polecenie.
9. Na rozwiązanie testu masz 90 min.
Powodzenia!!!
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
Rysunek do zadania 1 i 2 – Schemat blokowy zasilacza o działaniu ciągłym
1. Na rysunku przedstawiono podstawowy schemat blokowy zasilacza o działaniu ciągłym.
Przyporządkuj nazwy odpowiednim numerom bloków.
a) 1 – układ prostowniczy, 2 – transformator, 3 – stabilizator, 4 – filtr,
b) 1 – transformator, 2 – układ prostowniczy, 3 – filtr, 4 – stabilizator,
c) 1 – filtr, 2 – układ prostowniczy, 3 – stabilizator, 4 – transformator,
d) 1 – transformator, 2 – filtr, 3 – stabilizator, 4 – układ prostowniczy.
2. Filtr na rysunku spełnia m. in. następującą funkcję:
a) tłumi składową stałą napięcia wejściowego,
b)dopasowuje odpowiednio napięcia zasilające i izoluje galwanicznie,
c) tłumi składową zmienną napięcia wyprostowanego,
d)zabezpiecza przed przepięciami i przeciążeniami.
3. Porównaj zasilacze impulsowe z zasilaczami o działaniu ciągłym uzupełniając tabelę
jednym z dwóch proponowanych wyrazów:
Parametr Zasilacze impulsowe Zasilacze o działaniu ciągłym
Sprawność mniejsza / większa mniejsza / większa
Tętnienia mniejsze / większe mniejsze / większe
Stabilizacja napięcia lepsza / gorsza lepsza / gorsza
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
4. Narysuj schemat pomiarowy do pomiaru impedancji wyjściowej zasilacza.
5*. Zasilacze UPS typu line – interactive są często wyposażone w układ AVR, który:
a) zapewnia automatyczną regulację napięcia,
b)umożliwia uruchomienie zasilacza w przypadku braku napięcia sieci zasilającej,
c) umożliwia monitorowanie pracy UPS przez komputer,
d)umożliwia ciągły pomiar mocy pobieranej przez zabezpieczane urządzenia.
6*. Filtry wygładzające zawierające tylko cewkę, stosuje się wyjątkowo rzadko, ze względu
na to, że skuteczność takiego filtru (czyli zmniejszenie tętnień):
a) jest tym większa im większa rezystancja obciążenia,
b) jest tym większa im mniejsza jest rezystancja obciążenia,
c) tym większa im mniejsza jest moc pobierana przez obciążenie,
d) nie zależy od obciążenia układu prostowniczego.
Rysunek do zadań 7 – 10 Oscylogramy otrzymane podczas pomiarów w pewnym układzie prostowniczym
7. Zidentyfikuj, w jakim układzie prostowniczym wykonano pomiary, których wyniki
przedstawiono na rysunku, podając jego nazwę.
8. Narysuj układ prostownika, w którym wykonano pomiary z przedstawione na rysunku.
9. Narysuj kształt przebiegów napięcia w układzie prostownika z dzielonym uzwojeniem
wtórnym z filtrem pojemnościowym (napięcia wejściowego, napięcia na elemencie
prostowniczym, napięcia na wyjściu układu).
10. Na podstawie oscylogramów oszacuj wartości następujących parametrów :
a)wartość średnia napięcia wyprostowanego,
b)sprawność napięciowa,
c)współczynnik tętnień.
11. Działanie stabilizatora kompensacyjnego polega na tym, że .............................(a) napięcia
stabilizowanego wyjściowego i ......................(b) wysterowuje element regulacyjny w taki
sposób, by zmiana spadku napięcia na tym elemencie przeciwdziałała zmianom napięcia
..................... (c).
11. Badanie zasilaczy
11. Badanie zasilaczy
11. Badanie zasilaczy
11. Badanie zasilaczy

More Related Content

What's hot

20. Montowanie zabezpieczeń w instalacji elektrycznych
20. Montowanie zabezpieczeń w instalacji elektrycznych20. Montowanie zabezpieczeń w instalacji elektrycznych
20. Montowanie zabezpieczeń w instalacji elektrycznychLukas Pobocha
 
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego 24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego Lukas Pobocha
 
11 Przygotowanie form oraz drukowanie technikami wklęsłymi 311[28].Z3.03
11 Przygotowanie form oraz drukowanie technikami wklęsłymi 311[28].Z3.03 11 Przygotowanie form oraz drukowanie technikami wklęsłymi 311[28].Z3.03
11 Przygotowanie form oraz drukowanie technikami wklęsłymi 311[28].Z3.03 Beata Piekielko
 
10. Badanie generatorów
10. Badanie generatorów10. Badanie generatorów
10. Badanie generatorówLukas Pobocha
 
2. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałego
2. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałego2. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałego
2. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałegoLukas Pobocha
 
14. Wytwarzanie energii elektrycznej
14. Wytwarzanie energii elektrycznej14. Wytwarzanie energii elektrycznej
14. Wytwarzanie energii elektrycznejLukas Pobocha
 
4. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego
4. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego4. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego
4. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowegoLukas Pobocha
 
18. Dobieranie przewodów elektrycznych
18. Dobieranie przewodów elektrycznych18. Dobieranie przewodów elektrycznych
18. Dobieranie przewodów elektrycznychLukas Pobocha
 
10. Wykorzystywanie różnych materiałów w elektrotechnice
10. Wykorzystywanie różnych materiałów w elektrotechnice10. Wykorzystywanie różnych materiałów w elektrotechnice
10. Wykorzystywanie różnych materiałów w elektrotechniceLukas Pobocha
 
5. Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznym
5. Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznym5. Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznym
5. Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznymLukas Pobocha
 
7. Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznych
7. Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznych7. Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznych
7. Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznychLukas Pobocha
 
Murarz- Wykonywanie izolacji
Murarz- Wykonywanie izolacjiMurarz- Wykonywanie izolacji
Murarz- Wykonywanie izolacjiFilip Chojnacki
 
15. Przesyłanie energii elektrycznej
15. Przesyłanie energii elektrycznej15. Przesyłanie energii elektrycznej
15. Przesyłanie energii elektrycznejLukas Pobocha
 

What's hot (20)

20. Montowanie zabezpieczeń w instalacji elektrycznych
20. Montowanie zabezpieczeń w instalacji elektrycznych20. Montowanie zabezpieczeń w instalacji elektrycznych
20. Montowanie zabezpieczeń w instalacji elektrycznych
 
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego 24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
24. Eksploatowanie układów napędowych z maszynami prądu stałego
 
11 Przygotowanie form oraz drukowanie technikami wklęsłymi 311[28].Z3.03
11 Przygotowanie form oraz drukowanie technikami wklęsłymi 311[28].Z3.03 11 Przygotowanie form oraz drukowanie technikami wklęsłymi 311[28].Z3.03
11 Przygotowanie form oraz drukowanie technikami wklęsłymi 311[28].Z3.03
 
10. Badanie generatorów
10. Badanie generatorów10. Badanie generatorów
10. Badanie generatorów
 
2. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałego
2. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałego2. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałego
2. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałego
 
Technik.elektryk 311[08] z4.02_u
Technik.elektryk 311[08] z4.02_uTechnik.elektryk 311[08] z4.02_u
Technik.elektryk 311[08] z4.02_u
 
14. Wytwarzanie energii elektrycznej
14. Wytwarzanie energii elektrycznej14. Wytwarzanie energii elektrycznej
14. Wytwarzanie energii elektrycznej
 
4. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego
4. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego4. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego
4. Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego
 
18. Dobieranie przewodów elektrycznych
18. Dobieranie przewodów elektrycznych18. Dobieranie przewodów elektrycznych
18. Dobieranie przewodów elektrycznych
 
Technik.elektryk 311[08] z4.01_u
Technik.elektryk 311[08] z4.01_uTechnik.elektryk 311[08] z4.01_u
Technik.elektryk 311[08] z4.01_u
 
5
55
5
 
10. Wykorzystywanie różnych materiałów w elektrotechnice
10. Wykorzystywanie różnych materiałów w elektrotechnice10. Wykorzystywanie różnych materiałów w elektrotechnice
10. Wykorzystywanie różnych materiałów w elektrotechnice
 
5. Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznym
5. Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznym5. Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznym
5. Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznym
 
Lakiernik 714[03] z1.03_u
Lakiernik 714[03] z1.03_uLakiernik 714[03] z1.03_u
Lakiernik 714[03] z1.03_u
 
7. Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznych
7. Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznych7. Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznych
7. Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznych
 
Murarz- Wykonywanie izolacji
Murarz- Wykonywanie izolacjiMurarz- Wykonywanie izolacji
Murarz- Wykonywanie izolacji
 
15. Przesyłanie energii elektrycznej
15. Przesyłanie energii elektrycznej15. Przesyłanie energii elektrycznej
15. Przesyłanie energii elektrycznej
 
19
1919
19
 
4
44
4
 
4
44
4
 

Viewers also liked

3. оқу бағдарлама әлемтану бастауыш мектеп 1 нұсқа 180214
3. оқу бағдарлама әлемтану бастауыш мектеп 1 нұсқа 1802143. оқу бағдарлама әлемтану бастауыш мектеп 1 нұсқа 180214
3. оқу бағдарлама әлемтану бастауыш мектеп 1 нұсқа 180214NisEdu
 
Murarz- Wykonywanie robót ciesielskich
Murarz- Wykonywanie robót ciesielskichMurarz- Wykonywanie robót ciesielskich
Murarz- Wykonywanie robót ciesielskichFilip Chojnacki
 
Magazyn EB Q1 2016
Magazyn EB Q1 2016Magazyn EB Q1 2016
Magazyn EB Q1 2016MJCC
 
Statystyka Po Ludzku
Statystyka Po LudzkuStatystyka Po Ludzku
Statystyka Po LudzkuAdam
 
Kolektor prozniowy w zimie
Kolektor prozniowy w zimieKolektor prozniowy w zimie
Kolektor prozniowy w zimieguestfc9962
 
Budżet Miasta Tychy i WPF
Budżet Miasta Tychy i WPFBudżet Miasta Tychy i WPF
Budżet Miasta Tychy i WPFSTNMO
 
Biuletyn Obywatelska Wielkopolska
Biuletyn Obywatelska WielkopolskaBiuletyn Obywatelska Wielkopolska
Biuletyn Obywatelska WielkopolskaBarka Foundation
 
Powiatowe Centrum
Powiatowe CentrumPowiatowe Centrum
Powiatowe Centrumguest5c298f
 
S.Sharamon B.Baginski - Ksiega Czakr
S.Sharamon   B.Baginski - Ksiega CzakrS.Sharamon   B.Baginski - Ksiega Czakr
S.Sharamon B.Baginski - Ksiega CzakrOla Monola
 
Audit brosura albastra
Audit brosura albastraAudit brosura albastra
Audit brosura albastraeminana
 
Poradnik jak zlozyc_dobry_wniosek_do_ncn_v_1_1
Poradnik jak  zlozyc_dobry_wniosek_do_ncn_v_1_1Poradnik jak  zlozyc_dobry_wniosek_do_ncn_v_1_1
Poradnik jak zlozyc_dobry_wniosek_do_ncn_v_1_1granty-na-badania
 
Migracja SAP ERP i SAP BW na platformę SAP HANA
Migracja SAP ERP i SAP BW na platformę SAP HANAMigracja SAP ERP i SAP BW na platformę SAP HANA
Migracja SAP ERP i SAP BW na platformę SAP HANABCC_Group
 
Technik.teleinformatyk 312[02] z4.02_u
Technik.teleinformatyk 312[02] z4.02_uTechnik.teleinformatyk 312[02] z4.02_u
Technik.teleinformatyk 312[02] z4.02_uRzeźnik Sebastian
 
Technik.hotelarstwa 341[04] z1.01_u
Technik.hotelarstwa 341[04] z1.01_uTechnik.hotelarstwa 341[04] z1.01_u
Technik.hotelarstwa 341[04] z1.01_uPusiu99
 
Prezentacja subregion II LGOM nowa
Prezentacja subregion II LGOM nowaPrezentacja subregion II LGOM nowa
Prezentacja subregion II LGOM nowaFundacja "Merkury"
 

Viewers also liked (20)

3. оқу бағдарлама әлемтану бастауыш мектеп 1 нұсқа 180214
3. оқу бағдарлама әлемтану бастауыш мектеп 1 нұсқа 1802143. оқу бағдарлама әлемтану бастауыш мектеп 1 нұсқа 180214
3. оқу бағдарлама әлемтану бастауыш мектеп 1 нұсқа 180214
 
Murarz- Wykonywanie robót ciesielskich
Murarz- Wykonywanie robót ciesielskichMurarz- Wykonywanie robót ciesielskich
Murarz- Wykonywanie robót ciesielskich
 
Muzyka Japońska Dawniej i dziś
Muzyka  Japońska Dawniej i dziśMuzyka  Japońska Dawniej i dziś
Muzyka Japońska Dawniej i dziś
 
Magazyn EB Q1 2016
Magazyn EB Q1 2016Magazyn EB Q1 2016
Magazyn EB Q1 2016
 
Oriflame katalog 4/2017
Oriflame katalog 4/2017Oriflame katalog 4/2017
Oriflame katalog 4/2017
 
Statystyka Po Ludzku
Statystyka Po LudzkuStatystyka Po Ludzku
Statystyka Po Ludzku
 
Normy i standardy społecznej odpowiedzialności biznesu
Normy i standardy społecznej odpowiedzialności biznesuNormy i standardy społecznej odpowiedzialności biznesu
Normy i standardy społecznej odpowiedzialności biznesu
 
Kolektor prozniowy w zimie
Kolektor prozniowy w zimieKolektor prozniowy w zimie
Kolektor prozniowy w zimie
 
Budżet Miasta Tychy i WPF
Budżet Miasta Tychy i WPFBudżet Miasta Tychy i WPF
Budżet Miasta Tychy i WPF
 
Biuletyn Obywatelska Wielkopolska
Biuletyn Obywatelska WielkopolskaBiuletyn Obywatelska Wielkopolska
Biuletyn Obywatelska Wielkopolska
 
Powiatowe Centrum
Powiatowe CentrumPowiatowe Centrum
Powiatowe Centrum
 
S.Sharamon B.Baginski - Ksiega Czakr
S.Sharamon   B.Baginski - Ksiega CzakrS.Sharamon   B.Baginski - Ksiega Czakr
S.Sharamon B.Baginski - Ksiega Czakr
 
Audit brosura albastra
Audit brosura albastraAudit brosura albastra
Audit brosura albastra
 
Poradnik jak zlozyc_dobry_wniosek_do_ncn_v_1_1
Poradnik jak  zlozyc_dobry_wniosek_do_ncn_v_1_1Poradnik jak  zlozyc_dobry_wniosek_do_ncn_v_1_1
Poradnik jak zlozyc_dobry_wniosek_do_ncn_v_1_1
 
Migracja SAP ERP i SAP BW na platformę SAP HANA
Migracja SAP ERP i SAP BW na platformę SAP HANAMigracja SAP ERP i SAP BW na platformę SAP HANA
Migracja SAP ERP i SAP BW na platformę SAP HANA
 
Z2.01
Z2.01Z2.01
Z2.01
 
Technik.teleinformatyk 312[02] z4.02_u
Technik.teleinformatyk 312[02] z4.02_uTechnik.teleinformatyk 312[02] z4.02_u
Technik.teleinformatyk 312[02] z4.02_u
 
Technik.hotelarstwa 341[04] z1.01_u
Technik.hotelarstwa 341[04] z1.01_uTechnik.hotelarstwa 341[04] z1.01_u
Technik.hotelarstwa 341[04] z1.01_u
 
Plan gospodarki niskoemisyjnej mielec
Plan gospodarki niskoemisyjnej mielecPlan gospodarki niskoemisyjnej mielec
Plan gospodarki niskoemisyjnej mielec
 
Prezentacja subregion II LGOM nowa
Prezentacja subregion II LGOM nowaPrezentacja subregion II LGOM nowa
Prezentacja subregion II LGOM nowa
 

Similar to 11. Badanie zasilaczy

9. Badanie liniowych układów scalonych
9. Badanie liniowych układów scalonych9. Badanie liniowych układów scalonych
9. Badanie liniowych układów scalonychLukas Pobocha
 
26. Eksploatowanie częstościomierzy, generatorów pomiarowych, mostków i mier...
26. Eksploatowanie częstościomierzy, generatorów pomiarowych, mostków i  mier...26. Eksploatowanie częstościomierzy, generatorów pomiarowych, mostków i  mier...
26. Eksploatowanie częstościomierzy, generatorów pomiarowych, mostków i mier...Lukas Pobocha
 
40. badanie układów sterowania z regulatorami nieciągłymi
40. badanie układów sterowania z regulatorami nieciągłymi40. badanie układów sterowania z regulatorami nieciągłymi
40. badanie układów sterowania z regulatorami nieciągłymiLukas Pobocha
 
13. Badanie układów uzależnień czasowych
13. Badanie układów uzależnień czasowych13. Badanie układów uzależnień czasowych
13. Badanie układów uzależnień czasowychLukas Pobocha
 
4. Analizowanie działania oraz stosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elek...
4. Analizowanie działania oraz stosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elek...4. Analizowanie działania oraz stosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elek...
4. Analizowanie działania oraz stosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elek...Lukas Pobocha
 
45. Testowanie, diagnozowanie i wymiana podzespołów
45. Testowanie, diagnozowanie i wymiana podzespołów 45. Testowanie, diagnozowanie i wymiana podzespołów
45. Testowanie, diagnozowanie i wymiana podzespołów Lukas Pobocha
 
2. Badanie obwodów prądu stałego
2. Badanie obwodów prądu stałego2. Badanie obwodów prądu stałego
2. Badanie obwodów prądu stałegoLukas Pobocha
 
2. Badanie obwodów prądu stałego
2. Badanie obwodów prądu stałego2. Badanie obwodów prądu stałego
2. Badanie obwodów prądu stałegoLukas Pobocha
 
2. badanie obwodów prądu stałego
2. badanie obwodów prądu stałego2. badanie obwodów prądu stałego
2. badanie obwodów prądu stałegoLukas Pobocha
 
39. Badanie układów sterowania z regulatorami ciągłymi
39. Badanie układów sterowania z regulatorami ciągłymi39. Badanie układów sterowania z regulatorami ciągłymi
39. Badanie układów sterowania z regulatorami ciągłymiLukas Pobocha
 
29. Badanie odbiornika telewizyjnego
29. Badanie odbiornika telewizyjnego29. Badanie odbiornika telewizyjnego
29. Badanie odbiornika telewizyjnegoLukas Pobocha
 
22. Wykonywanie instalacji elektrycznych i podstawowych pomiarów sprawdzających
22. Wykonywanie instalacji elektrycznych i podstawowych pomiarów sprawdzających22. Wykonywanie instalacji elektrycznych i podstawowych pomiarów sprawdzających
22. Wykonywanie instalacji elektrycznych i podstawowych pomiarów sprawdzającychLukas Pobocha
 
8. Badanie wzmacniaczy tranzystorowych
8. Badanie wzmacniaczy tranzystorowych8. Badanie wzmacniaczy tranzystorowych
8. Badanie wzmacniaczy tranzystorowychLukas Pobocha
 
16. Badanie czujników i przetworników przemysłowych
16. Badanie czujników i przetworników przemysłowych16. Badanie czujników i przetworników przemysłowych
16. Badanie czujników i przetworników przemysłowychLukas Pobocha
 
17. Badanie elementów i urządzeń wykonawczych
17. Badanie elementów i urządzeń wykonawczych17. Badanie elementów i urządzeń wykonawczych
17. Badanie elementów i urządzeń wykonawczychLukas Pobocha
 
5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów
5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów
5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrówLukas Pobocha
 
18. Badanie układów sterowania ze sterownikiem plc
18. Badanie układów sterowania ze sterownikiem plc18. Badanie układów sterowania ze sterownikiem plc
18. Badanie układów sterowania ze sterownikiem plcLukas Pobocha
 
24. Eksploatowanie uniwersalnych przyrządów pomiarowych
24. Eksploatowanie uniwersalnych przyrządów pomiarowych24. Eksploatowanie uniwersalnych przyrządów pomiarowych
24. Eksploatowanie uniwersalnych przyrządów pomiarowychLukas Pobocha
 

Similar to 11. Badanie zasilaczy (20)

9. Badanie liniowych układów scalonych
9. Badanie liniowych układów scalonych9. Badanie liniowych układów scalonych
9. Badanie liniowych układów scalonych
 
26. Eksploatowanie częstościomierzy, generatorów pomiarowych, mostków i mier...
26. Eksploatowanie częstościomierzy, generatorów pomiarowych, mostków i  mier...26. Eksploatowanie częstościomierzy, generatorów pomiarowych, mostków i  mier...
26. Eksploatowanie częstościomierzy, generatorów pomiarowych, mostków i mier...
 
40. badanie układów sterowania z regulatorami nieciągłymi
40. badanie układów sterowania z regulatorami nieciągłymi40. badanie układów sterowania z regulatorami nieciągłymi
40. badanie układów sterowania z regulatorami nieciągłymi
 
13. Badanie układów uzależnień czasowych
13. Badanie układów uzależnień czasowych13. Badanie układów uzależnień czasowych
13. Badanie układów uzależnień czasowych
 
4. Analizowanie działania oraz stosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elek...
4. Analizowanie działania oraz stosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elek...4. Analizowanie działania oraz stosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elek...
4. Analizowanie działania oraz stosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elek...
 
45. Testowanie, diagnozowanie i wymiana podzespołów
45. Testowanie, diagnozowanie i wymiana podzespołów 45. Testowanie, diagnozowanie i wymiana podzespołów
45. Testowanie, diagnozowanie i wymiana podzespołów
 
2. Badanie obwodów prądu stałego
2. Badanie obwodów prądu stałego2. Badanie obwodów prądu stałego
2. Badanie obwodów prądu stałego
 
2. Badanie obwodów prądu stałego
2. Badanie obwodów prądu stałego2. Badanie obwodów prądu stałego
2. Badanie obwodów prądu stałego
 
2. badanie obwodów prądu stałego
2. badanie obwodów prądu stałego2. badanie obwodów prądu stałego
2. badanie obwodów prądu stałego
 
39. Badanie układów sterowania z regulatorami ciągłymi
39. Badanie układów sterowania z regulatorami ciągłymi39. Badanie układów sterowania z regulatorami ciągłymi
39. Badanie układów sterowania z regulatorami ciągłymi
 
29. Badanie odbiornika telewizyjnego
29. Badanie odbiornika telewizyjnego29. Badanie odbiornika telewizyjnego
29. Badanie odbiornika telewizyjnego
 
22. Wykonywanie instalacji elektrycznych i podstawowych pomiarów sprawdzających
22. Wykonywanie instalacji elektrycznych i podstawowych pomiarów sprawdzających22. Wykonywanie instalacji elektrycznych i podstawowych pomiarów sprawdzających
22. Wykonywanie instalacji elektrycznych i podstawowych pomiarów sprawdzających
 
8. Badanie wzmacniaczy tranzystorowych
8. Badanie wzmacniaczy tranzystorowych8. Badanie wzmacniaczy tranzystorowych
8. Badanie wzmacniaczy tranzystorowych
 
16. Badanie czujników i przetworników przemysłowych
16. Badanie czujników i przetworników przemysłowych16. Badanie czujników i przetworników przemysłowych
16. Badanie czujników i przetworników przemysłowych
 
Technik.elektryk 311[08] z1.02_u
Technik.elektryk 311[08] z1.02_uTechnik.elektryk 311[08] z1.02_u
Technik.elektryk 311[08] z1.02_u
 
17. Badanie elementów i urządzeń wykonawczych
17. Badanie elementów i urządzeń wykonawczych17. Badanie elementów i urządzeń wykonawczych
17. Badanie elementów i urządzeń wykonawczych
 
5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów
5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów
5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów
 
Technik.elektryk 311[08] z2.02_u
Technik.elektryk 311[08] z2.02_uTechnik.elektryk 311[08] z2.02_u
Technik.elektryk 311[08] z2.02_u
 
18. Badanie układów sterowania ze sterownikiem plc
18. Badanie układów sterowania ze sterownikiem plc18. Badanie układów sterowania ze sterownikiem plc
18. Badanie układów sterowania ze sterownikiem plc
 
24. Eksploatowanie uniwersalnych przyrządów pomiarowych
24. Eksploatowanie uniwersalnych przyrządów pomiarowych24. Eksploatowanie uniwersalnych przyrządów pomiarowych
24. Eksploatowanie uniwersalnych przyrządów pomiarowych
 

More from Lukas Pobocha

1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracyLukas Pobocha
 
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracyLukas Pobocha
 
3. Badanie obwodów prądu przemiennego
3. Badanie obwodów prądu przemiennego3. Badanie obwodów prądu przemiennego
3. Badanie obwodów prądu przemiennegoLukas Pobocha
 
6. Montowanie układów cyfrowych i pomiary ich parametrów
6. Montowanie układów cyfrowych i pomiary ich  parametrów6. Montowanie układów cyfrowych i pomiary ich  parametrów
6. Montowanie układów cyfrowych i pomiary ich parametrówLukas Pobocha
 
7. Badanie elementów i układów automatyki
7. Badanie elementów i układów automatyki7. Badanie elementów i układów automatyki
7. Badanie elementów i układów automatykiLukas Pobocha
 
12. Badanie podstawowych układów cyfrowych
12. Badanie podstawowych układów cyfrowych12. Badanie podstawowych układów cyfrowych
12. Badanie podstawowych układów cyfrowychLukas Pobocha
 
14. Badanie układów sprzęgających
14. Badanie układów sprzęgających14. Badanie układów sprzęgających
14. Badanie układów sprzęgającychLukas Pobocha
 
15. Badanie układów transmisji sygnałów
15. Badanie układów transmisji sygnałów15. Badanie układów transmisji sygnałów
15. Badanie układów transmisji sygnałówLukas Pobocha
 
19. Badanie regulatorów ciągłych
19. Badanie regulatorów ciągłych19. Badanie regulatorów ciągłych
19. Badanie regulatorów ciągłychLukas Pobocha
 
20. Badanie regulatorów nieliniowych
20. Badanie regulatorów nieliniowych20. Badanie regulatorów nieliniowych
20. Badanie regulatorów nieliniowychLukas Pobocha
 
21. Pisanie i uruchamianie programów w asemblerze
21. Pisanie i uruchamianie programów w asemblerze21. Pisanie i uruchamianie programów w asemblerze
21. Pisanie i uruchamianie programów w asemblerzeLukas Pobocha
 
22. Badanie modułów wewnętrznych mikrokontrolera
22. Badanie modułów wewnętrznych mikrokontrolera22. Badanie modułów wewnętrznych mikrokontrolera
22. Badanie modułów wewnętrznych mikrokontroleraLukas Pobocha
 
23. Badanie układów zewnętrznych mikrokontrolera
23. Badanie układów zewnętrznych mikrokontrolera23. Badanie układów zewnętrznych mikrokontrolera
23. Badanie układów zewnętrznych mikrokontroleraLukas Pobocha
 
25. Eksploatowanie oscyloskopów
25. Eksploatowanie oscyloskopów25. Eksploatowanie oscyloskopów
25. Eksploatowanie oscyloskopówLukas Pobocha
 
27. Wykonywanie pomiarów z wykorzystaniem techniki komputerowej
27. Wykonywanie pomiarów z wykorzystaniem techniki komputerowej27. Wykonywanie pomiarów z wykorzystaniem techniki komputerowej
27. Wykonywanie pomiarów z wykorzystaniem techniki komputerowejLukas Pobocha
 
28. Badanie odbiornika radiowego
28. Badanie odbiornika radiowego28. Badanie odbiornika radiowego
28. Badanie odbiornika radiowegoLukas Pobocha
 

More from Lukas Pobocha (16)

1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
 
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
1. Przygotowanie do bezpiecznej pracy
 
3. Badanie obwodów prądu przemiennego
3. Badanie obwodów prądu przemiennego3. Badanie obwodów prądu przemiennego
3. Badanie obwodów prądu przemiennego
 
6. Montowanie układów cyfrowych i pomiary ich parametrów
6. Montowanie układów cyfrowych i pomiary ich  parametrów6. Montowanie układów cyfrowych i pomiary ich  parametrów
6. Montowanie układów cyfrowych i pomiary ich parametrów
 
7. Badanie elementów i układów automatyki
7. Badanie elementów i układów automatyki7. Badanie elementów i układów automatyki
7. Badanie elementów i układów automatyki
 
12. Badanie podstawowych układów cyfrowych
12. Badanie podstawowych układów cyfrowych12. Badanie podstawowych układów cyfrowych
12. Badanie podstawowych układów cyfrowych
 
14. Badanie układów sprzęgających
14. Badanie układów sprzęgających14. Badanie układów sprzęgających
14. Badanie układów sprzęgających
 
15. Badanie układów transmisji sygnałów
15. Badanie układów transmisji sygnałów15. Badanie układów transmisji sygnałów
15. Badanie układów transmisji sygnałów
 
19. Badanie regulatorów ciągłych
19. Badanie regulatorów ciągłych19. Badanie regulatorów ciągłych
19. Badanie regulatorów ciągłych
 
20. Badanie regulatorów nieliniowych
20. Badanie regulatorów nieliniowych20. Badanie regulatorów nieliniowych
20. Badanie regulatorów nieliniowych
 
21. Pisanie i uruchamianie programów w asemblerze
21. Pisanie i uruchamianie programów w asemblerze21. Pisanie i uruchamianie programów w asemblerze
21. Pisanie i uruchamianie programów w asemblerze
 
22. Badanie modułów wewnętrznych mikrokontrolera
22. Badanie modułów wewnętrznych mikrokontrolera22. Badanie modułów wewnętrznych mikrokontrolera
22. Badanie modułów wewnętrznych mikrokontrolera
 
23. Badanie układów zewnętrznych mikrokontrolera
23. Badanie układów zewnętrznych mikrokontrolera23. Badanie układów zewnętrznych mikrokontrolera
23. Badanie układów zewnętrznych mikrokontrolera
 
25. Eksploatowanie oscyloskopów
25. Eksploatowanie oscyloskopów25. Eksploatowanie oscyloskopów
25. Eksploatowanie oscyloskopów
 
27. Wykonywanie pomiarów z wykorzystaniem techniki komputerowej
27. Wykonywanie pomiarów z wykorzystaniem techniki komputerowej27. Wykonywanie pomiarów z wykorzystaniem techniki komputerowej
27. Wykonywanie pomiarów z wykorzystaniem techniki komputerowej
 
28. Badanie odbiornika radiowego
28. Badanie odbiornika radiowego28. Badanie odbiornika radiowego
28. Badanie odbiornika radiowego
 

11. Badanie zasilaczy

  • 1. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Anna Gnacy – Gajdzik Badanie zasilaczy 311[07].Z1.04 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006
  • 2. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1 Recenzenci: mgr inż. Anna Niczyporuk mgr inż. Maria Tura Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Danuta Pawełczyk Konsultacja: mgr inż. Gabriela Poloczek Korekta: mgr inż. Urszula Ran Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[07].Z1.04 „Badanie zasilaczy” zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik elektronik. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
  • 3. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 2 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7 4.1. Budowa, rodzaje i parametry zasilaczy 7 4.1.1. Materiał nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzające 13 4.1.3. Ćwiczenia 13 4.1.4. Sprawdzian postępów 15 4.2. Układy prostownicze. Filtracja napięć 16 4.2.1. Materiał nauczania 16 4.2.2. Pytania sprawdzające 20 4.2.3. Ćwiczenia 20 4.2.4. Sprawdzian postępów 22 4.3. Stabilizatory 23 4.3.1. Materiał nauczania 23 4.3.2. Pytania sprawdzające 30 4.3.3. Ćwiczenia 30 4.3.4. Sprawdzian postępów 33 4.4. Projektowanie, montowanie i uruchamianie zasilaczy. Wykrywanie uszkodzeń w układach zasilaczy 34 4.4.1. Materiał nauczania 34 4.4.2. Pytania sprawdzające 37 4.4.3. Ćwiczenia 37 4.4.4. Sprawdzian postępów 39 5. Sprawdzian osiągnięć 40 6. Literatura 45
  • 4. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 3 1. WPROWADZENIE Poradnik ten pomoże Ci w przyswojeniu wiedzy na temat zasilaczy, ich budowy, zasady działania, znaczenia podstawowych parametrów i sposobów ich pomiaru, a także przygotuje Cię do samodzielnej próby zaprojektowania, zmontowania i uruchomienia prostego układu zasilacza. Poradnik ten zawiera: 1. Wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych wiadomości i umiejętności, które powinieneś mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej. 2. Cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności jakie ukształtujesz podczas pracy z tym poradnikiem. 3. Materiał nauczania (rozdział 4), czyli wiadomości dotyczące zasilaczy, ich budowy, zasady działania oraz parametrów. Rozdział ten umożliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Obejmuje on również ćwiczenia, dzięki którym nabędziesz umiejętności praktycznych. Zawierają one: − pytania kontrolne sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia, − wykaz elementów, przyrządów i sprzętu potrzebnego do realizacji ćwiczenia, − opis czynności, które musisz wykonać w trakcie realizacji ćwiczenia, − sprawdzian postępów, który pomoże Ci samodzielnie ocenić poziom Twoich umiejętności. 4. Sprawdzian osiągnięć zawierający zestaw zadań sprawdzających opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej jednostki. Potraktuj go jako wskazówkę przy powtarzaniu materiału. Pomoże Ci on ocenić czy wystarczająco dobrze przygotowałeś się do ćwiczenia lub testu podsumowującego tą jednostkę. 5. Literaturę, którą możesz wykorzystać do poszerzenia wiedzy na interesujące Cię zagadnienia związane z tematem jednostki. Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność. Jednostka składa się z czterech części tematycznych, w których dowiesz się, jak zbudowany jest zasilacz, jakie funkcje spełniają poszczególne elementy jego budowy i jak parametry tych elementów wpływają na pracę całego urządzenia. Spróbujesz samodzielnie zaprojektować, zmontować i uruchomić prosty zasilacz. Dowiesz się jak działa zasilacz UPS oraz jak dobrać odpowiednie urządzenie tego typu do konkretnego zastosowania. Po zapoznaniu się z materiałem nauczania i wykonaniu wszystkich ćwiczeń zawartych w danej części rozdziału 4, spróbuj rozwiązać test „Sprawdzian postępów”, zamieszczony po ćwiczeniach. Pomoże Ci to w określeniu poziomu zdobytych wiadomości i umiejętności. W tym celu przeczytaj pytania i odpowiedz na nie TAK lub NIE. Odpowiedzi NIE wskazują na luki w Twojej wiedzy. Oznacza to, że powinieneś powrócić do treści, które nie zostały dostatecznie opanowane. W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Jednostka modułowa: „Badanie zasilaczy”, której treści teraz poznasz zamyka moduł „Badanie układów analogowych”. Na schemacie poniżej przedstawione zostało powiązanie z sąsiednimi jednostkami.
  • 5. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 4 Schemat układu jednostek modułowych w module „Badanie układów analogowych” 311[07].Z1.01 Badanie wzmacniaczy tranzystorowych 311[07].Z1.02 Badanie liniowych układów scalonych 311[07].Z1.03 Badanie generatorów 311[07].Z1.04 Badanie zasilaczy 311[07].Z1 Badanie układów analogowych
  • 6. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE W czasie realizacji poprzednich modułów nabyłeś pewne umiejętności i wiadomości dotyczące elementów i urządzeń elektronicznych, pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych, obsługi przyrządów pomiarowych. Część tych wiadomości wykorzystasz poznając program jednostki modułowej „Badanie zasilaczy”. Przed przystąpieniem do jej realizacji powinieneś umieć: − rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne i ich jednostki, − rozpoznawać elementy elektroniczne na podstawie ich symboli, wyglądu i stosowanych na nich oznaczeń, − charakteryzować zachowanie podstawowych elementów elektronicznych (rezystor, kondensator, cewka, transformator, dioda prostownicza, stabilizator) w czasie pracy w obwodach prądu zmiennego, − obliczać podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu zmiennego, − objaśniać zasadę działania układów prostowników i stabilizatorów, − objaśniać zasadę działania transformatora, − dobierać i obsługiwać przyrządy pomiarowe, − łączyć układy pomiarowe na podstawie schematów ideowych i montażowych, − mierzyć podstawowe parametry układów elektronicznych (np. impedancja wyjściowa), − stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiarów elektrycznych, − sporządzać charakterystyki układów elektronicznych na podstawie wyników otrzymanych z pomiarów, − współpracować w grupie, − korzystać z książek, katalogów i innych źródeł, także w języku angielskim, zawierających parametry, charakterystyki i zastosowania elementów i układów elektronicznych, − planować działania związane z pomiarem parametrów i uruchamianiem układów elektronicznych.
  • 7. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej „Badanie zasilaczy” powinieneś umieć: − przeanalizować działanie zasilaczy na podstawie schematów ideowych, − scharakteryzować rolę poszczególnych elementów w układach zasilaczy oraz określić ich wpływ na parametry zasilaczy, − obliczyć oraz oszacować wartości napięć i prądów składowych stałych w układach zasilaczy, − oszacować parametry przebiegów czasowych składowych zmiennych w układach zasilaczy, − zmierzyć parametry zasilaczy i stabilizatorów oraz sporządzić charakterystyki, − przeanalizować działanie zasilaczy na podstawie wyników uzyskanych z pomiarów, − zlokalizować uszkodzenia w układach zasilaczy oraz usunąć je, − zaprojektować, zmontować i uruchomić proste układy zasilaczy, − zastosować przepisy bhp podczas wykonywania pomiarów.
  • 8. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1 Budowa, rodzaje i parametry zasilaczy 4.1.1 Materiał nauczania Zasilaczem sieciowym prądu stałego (lub krótko zasilaczem) nazywamy urządzenie, które przetwarza energię elektryczną prądu przemiennego (sieci energetycznej) w energię prądu stałego o żądanej wartości napięcia lub prądu, przeznaczone zwykle do zasilania urządzeń elektronicznych. Wyróżniamy dwa rodzaje zasilaczy: − zasilacze napięcia stałego – charakteryzujące się stałą wartością napięcia wyjściowego i prądem obciążenia zależnym od poboru mocy (rezystancji obciążenia), − zasilacze prądu stałego – dostarczające do obciążenia stały prąd o zadanej wartości przy napięciu wyjściowym zmieniającym się w zależności od obciążenia (rzadko stosowane). Elektroniczne zasilacze sieciowe mogą być budowane jako odrębne jednostki (m. in. zasilacze uniwersalne) lub wspólnie z układami zasilanymi (m. in. zasilacze specjalizowane). Zasilacze uniwersalne charakteryzują się: − ustalonym lub regulowanym napięciem wyjściowym, − ściśle określonym dopuszczalnym obciążeniem, − ściśle określonym zakresem temperatury pracy, − mają znormalizowane parametry takie jak: moc, napięcie wejściowe i wyjściowe, rozmiary. Zasilacze specjalizowane konstruowane są z myślą o uzyskaniu układu najlepiej dopasowanego do zasilania danego urządzenia. Zasilacze sieciowe składają się z kilku podstawowych elementów i układów: − transformatora, którego zadaniem jest odpowiednie dopasowanie napięć zasilających i odizolowanie galwaniczne obwodów zasilanych od sieci energetycznej, − układu prostowniczego służącego do przekształcania prądu przemiennego w prąd jednokierunkowy, − filtru wygładzającego, który tłumi tętnienia (składową zmienną) napięcia na wyjściu układu prostowniczego, − stabilizatora, czyli układu służącego do wytwarzania na wyjściu określonej wartości napięcia lub prądu niezależnie od zmian wielkości wejściowej oraz obciążenia, − elementów i układów zabezpieczających, które chronią zasilacz przed uszkodzeniami (wskutek wydzielenia się w nim zbyt dużej mocy, chwilowych przepięć lub niewielkich przeciążeń). Jeżeli w skład zasilacza wchodzi stabilizator, zasilacz taki jest zasilaczem stabilizowanym. Ze względu na zasadę działania stabilizatora zasilacze takie dzieli się na dwie główne grupy: − zasilacze ze stabilizatorem o działaniu ciągłym nazywane zasilaczami stabilizowanymi lub liniowymi, − zasilacze ze stabilizatorem o działaniu impulsowym nazywane zasilaczami impulsowymi. Zasilacze ze stabilizatorem o działaniu ciągłym zapewniają lepszą stabilizację napięcia wyjściowego, mniejsze tętnienia i małą impedancję wyjściową w porównaniu do zasilaczy impulsowych. Napięcie przemienne z sieci energetycznej jest przetwarzane w sposób ciągły w kolejnych układach zasilacza w napięcie stałe dostarczane do odbiornika. Na rys.1. przedstawiono schemat blokowy zasilacza o działaniu ciągłym oraz przebiegi napięć w poszczególnych punktach układu obrazujące działanie zasilacza.
  • 9. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 8 a) b) Rys. 1. Zasilacz ze stabilizatorem o działaniu ciągłym: a) schemat blokowy, b) przebiegi napięć w poszczególnych punktach układu. [6, s. 201] Wadą zasilaczy ze stabilizatorem o działaniu ciągłym jest mała sprawność (rzędu 30 – 40 %), podczas gdy zasilacze ze stabilizatorem o działaniu impulsowym osiągają sprawność dużo większą (rzędu 70 – 90%). W zasilaczu impulsowym napięcie sieciowe po wyprostowaniu zostaje przekształcone w napięcie impulsowo – zmienne o dużej częstotliwości (rzędu kHz) i ponownie prostowane przed doprowadzeniem do odbiornika, przy czym w trakcie tego przekształcenia jest ono filtrowane i stabilizowane. Schemat blokowy zasilacza impulsowego przedstawiono na rys.2. Przebiegi napięć w poszczególnych punktach układu ilustrują jego działanie. a) b) Rys. 2. Zasilacz ze stabilizatorem o działaniu impulsowym: a) schemat blokowy, b) przebiegi napięć w poszczególnych punktach układu. [6, s. 201] Wadą zasilaczy impulsowych jest długi czas reakcji na wszelkie zmiany wielkości wymuszających oraz generowanie zakłóceń elektromagnetycznych. Dla użytkownika urządzeń elektronicznych ważne mogą być następujące parametry użytkowe zasilaczy: − wartość skuteczna i częstotliwość napięcia zasilającego (sieciowego) – np. 230V/50Hz, − wartość średnia (składowa stała) napięcia wyjściowego, − maksymalny prąd obciążenia lub maksymalna moc jaka może wydzielić się w zasilaczu, − współczynnik tętnień (lub wartość napięcia tętnień na wyjściu), czyli stosunek amplitudy harmonicznej podstawowej napięcia na wyjściu do wartości składowej stałej napięcia na wyjściu, − współczynnik stabilizacji napięcia,
  • 10. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 9 − impedancja wyjściowa (moduł impedancji wyjściowej) – można obliczyć na podstawie pomiarów w układzie poprawnie mierzonego prądu z wzoru: ][ I UU Z OR ORO WY Ω − = UOR – wartość napięcia na obciążeniu, IOR – wartość prądu płynącego przez obciążenie, UO – wartość napięcia na zaciskach nieobciążonego zasilacza. − sprawność, czyli stosunek mocy oddawanej do obciążenia do mocy pobieranej z sieci, − warunki eksploatacji (zwłaszcza zakres temperatury pracy), − charakterystyka obciążeniowa. Rys. 3. Charakterystyka obciążeniowa: (1) w zakresie stabilizacji (IO≤IOMAX), (2) w przypadku przeciążenia bez ograniczenia prądowego, (3) w przypadku przeciążenia ze stałym ograniczeniem prądowym, (4) w przypadku przeciążenia z progresywnym ograniczeniem prądowym [6, s. 200] Badanie parametrów zasilaczy jest proste i sprowadza się do pomiarów prądów i napięć oraz obserwacji przebiegów w niektórych punktach układu. Napięcie tętnień można oszacować z obserwacji przebiegów na ekranie oscyloskopu lub też korzystając z woltomierza elektronicznego napięcia zmiennego (dokładniejsze pomiary przeprowadza się za pomocą miliwoltomierza selektywnego). Podczas pomiarów należy pamiętać, że większość woltomierzy napięcia zmiennego mierzy wartość skuteczną, przy czym ich wskazania są poprawne w przypadku, gdy napięcie to ma przebieg sinusoidalny. „Awaria zasilania” kojarzy się powszechnie z przerwą w dostawie energii elektrycznej i to na tyle długotrwałą, że można ją zaobserwować bez użycia sprzętu pomiarowego. W praktyce w sieci energetycznej występuje o wiele więcej zjawisk, często dużo groźniejszych niż długotrwały zanik napięcia. Nie doceniamy tego zagrożenia, ponieważ nie pojawia się ono na co dzień. Często zastanawiamy się, dlaczego komputer przestał reagować. Nie kojarzymy tego faktu z zakłóceniami sieciowymi, które przedostały się do komputera i spowodowały modyfikację drobnego fragmentu pamięci, na tyle jednak istotnego, że system się zawiesza. Dlatego dla odróżnienia tych zjawisk od potocznego pojęcia „awarii zasilania”, przyjęły one nazwę zdarzeń energetycznych. Wyróżniamy wśród nich: − Zaniki napięcia sieciowego – czyli przerwy w dostawie energii elektrycznej (mogą być krótko- lub długotrwałe). Mogą spowodować restart systemu operacyjnego komputera lub jego wyłączenie, a co za tym idzie utratę nie zapisanych danych. − Spadki napięcia sieciowego – czyli znaczne obniżenie napięcia w sieci w stosunku do wartości znamionowej (230V). Może to spowodować niestabilną pracę zasilacza komputera, a w konsekwencji restart systemu operacyjnego, utratę nie zapisanych danych oraz powstanie błędów na twardym dysku.
  • 11. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 10 − Przepięcia – czyli wzrost napięcia sieciowego powyżej wartości znamionowej, który może spowodować uszkodzenie sprzętu. − Wyładowania atmosferyczne – bezpośrednie uderzenie pioruna przejmuje na siebie zazwyczaj instalacja odgromowa budynku czy sieci energetycznej, ale tysiące amperów przepływające impulsowo w pobliżu przewodów sieciowych indukują w nich tak wysokie przepięcia, że może wystąpić przeskok iskry wewnątrz urządzeń przyłączonych do sieci. Zdarzeniom energetycznym można przeciwdziałać stosując odpowiednie zabezpieczenia. Podstawowym zabezpieczeniem jest układ przeciwprzepięciowy. Stanowi on podstawowe wyposażenie wszystkich listew zasilających i zasilaczy UPS. Jego działanie powoduje niwelowanie skutków słabszych przepięć, a w przypadku dużych - przepalenie się bezpieczników w listwie lub też tymczasowe odłączenie zasilanego urządzenia od sieci. Kolejne zabezpieczenie stanowi filtr przeciwzakłóceniowy. Eliminuje on w znacznym stopniu zakłócenia występujące w sieci i powoduje wygładzenie kształtu napięcia sieciowego. Ostatecznym zabezpieczeniem jest zasilacz UPS. Jego typ oraz wielkość powinny być dobrane odpowiednio do typu i wielkości poboru mocy przez chronione urządzenia. Różnorodność typów zasilaczy UPS wynika z różnorodności odbiorników energii, które są z nich zasilane. Parametry wyznaczające granice pomiędzy różnymi technologiami to koszt wyrobu, moc obciążenia i jakość napięcia na wyjściu. Poniżej przedstawiono charakterystykę najpopularniejszych typów zasilaczy UPS: − Off – line (z tzw. bierną rezerwą) – najprostszy typ zasilaczy UPS. Posiada prostą budowę wewnętrzną (przedstawiona na rys.4.). W normalnych warunkach napięcie sieci po przepuszczeniu przez prosty pasywny filtr przeciwprzepięciowy podawane jest bezpośrednio na wyjście. Jednocześnie wbudowany prostownik doładowuje akumulator. Zanik zasilania zewnętrznego powoduje odłączenie wejścia od sieci energetycznej (odłączane są wszystkie trzy przewody, łącznie z uziemieniem) i uruchomienie zasilanego z akumulatora falownika. Uruchomienie falownika wiąże się z chwilowym zanikiem napięcia na wyjściu, jednak trwa to na tyle krótko, że nie stanowi problemu dla większości urządzeń komputerowych. Rys. 4. Schemat blokowy zasilacza UPS typu off – line Zaletą zasilacza off–line jest niska cena, jest to jednak okupione wieloma wadami. Podczas normalnej pracy kształt napięcia na wyjściu stanowi niemal odzwierciedlenie napięcia sieci, zaś przy pracy z akumulatora przebieg jest bardzo daleki od sinusoidy - prosty falownik wytwarza przebieg prostokątny lub w najlepszym razie trapezowy. − Line – interactive - obecnie to najpopularniejszy z typów zasilaczy stosowany do ochrony sprzętu domowego i biurowego. Jego budowa częściowo bazuje na technologii off-line (przedstawiona na rys. 5.). Jednak sterowanie zasilacza monitoruje nie tylko wartość napięcia sieci, ale też jego częstotliwość i fazę. Wszystko po to, aby praca przetwornicy w momencie jej uruchomienia była zsynchronizowana z siecią elektryczną. Dodatkowo przekaźnik jest przełączany dokładnie w momencie wystąpienia zerowego napięcia w sieci,
  • 12. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 11 przez co nie występuje przeskok iskry. Przedłuża to żywotność styków przekaźnika i eliminuje całkowicie zakłócenia radiowe pojawiające się podczas iskrzenia. Często zasilacze typu line-interactive są wyposażone w układ AVR. Działa on w momencie wykrycia przekroczenia przez napięcie sieciowe granic wyznaczonych założoną tolerancją. Powoduje podwyższenie lub obniżenie napięcia sieciowego za pomocą autotransformatora bez konieczności czerpania energii z akumulatora. Rys. 5. Schemat blokowy zasilacza UPS typu line – interactive − On – line – zasilacze te stosowane są wszędzie tam, gdzie ważne jest nie tylko nieprzerwane zasilanie, ale też jego jakość. Zasilacze te przetwarzają energię w sposób ciągły (ang. on- line), wytwarzając na wyjściu napięcie o bardzo dobrych parametrach – wolne od zakłóceń, o stałej częstotliwości. W związku z tym wymagania stawiane wobec komponentów użytych do budowy takiego zasilacza są dużo wyższe niż w przypadku zasilaczy typu off-line, czy też line-interactive. Dużo wyższe są również koszty takiego urządzenia. Rys. 6. Schemat blokowy zasilacza typu on – line Schemat blokowy (rys. 6.) przedstawia budowę wewnętrzną zasilacza typu on–line o potrójnej konwersji. Oznacza to zastosowanie trzech układów przekształcających napięcie wewnątrz zasilacza. Pierwszy, znajdujący się na wejściu, przekształca napięcie sieciowe zmienne na wysokie napięcie stałe. Dodatkowym zadaniem tego przetwornika jest zapewnienie liniowości obciążenia sieci energetycznej. Drugi to przetwornik napięcia stałego na stałe (DC-DC). Jeżeli jest obecne napięcie sieciowe, działa on jak ładowarka baterii akumulatorów, obniżając napięcie z wyjścia pierwszego przetwornika. Jeżeli nastąpi zanik napięcia sieciowego, przechodzi na pracę podwyższającą napięcie akumulatorów do poziomu niezbędnego dla prawidłowej pracy trzeciego przetwornika. Trzeci układ to przetwornica napięcia stałego na zmienne, która pracuje w sposób ciągły (stąd nazwa ang. on-line). Dodatkowe funkcje zasilaczy UPS małej mocy: − RST – układ „zimnego startu” umożliwiający uruchomienie zasilacza przy braku napięcia w sieci zasilającej.
  • 13. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 12 − AVR (ang. automatic voltage regulation - automatyczna regulacja napięcia) – układ stabilizacji napięcia wyjściowego. Regulacja napięcia wyjściowego realizowana jest z reguły skokowo przez podwyższenie lub obniżenie napięcia na wyjściu UPS odwrotnie do zmian napięcia na wejściu zasilacza awaryjnego bez przechodzenia na pracę awaryjną. − AG – układ umożliwiający współpracę zasilacza z agregatem prądotwórczym. Generowana przez agregat sinusoida jest często zniekształcona, posiada inny współczynnik szczytu niż przebieg sieciowy oraz niezbyt stabilną częstotliwość. Układ AG zapewnia mniejszą czułość zasilacza awaryjnego na tego typu odstępstwa. Zasilacz UPS z układem AG zapewnia podtrzymanie zasilania w czasie, gdy na skutek awarii zasilania realizowane jest przełączenie na zasilanie z agregatu prądotwórczego. − KF – układ umożliwiający zabezpieczenie zasilania urządzeń biurowych innych niż komputery, np.: kas fiskalnych, centralek telefonicznych, telefaksów itp. Mowa tu o urządzeniach, które tolerują przebieg quasi-sinusoidalny, ale z ograniczonym współczynnikiem szczytu. Układ KF umożliwia obniżenie maksymalnej wartości przebiegu quasi-sinusoidalnego przy zachowaniu wartości skutecznej. − COM – układ złącza szeregowego do monitorowania pracy UPS przez komputer. Złącze szeregowe może być zrealizowane w standardzie RS232. Korzystna jest galwaniczna separacja sygnałów elektrycznych w takim złączu np. przy pomocy transoptorów. Coraz częściej do komunikacji komputera z zasilaczem awaryjnym wykorzystywane jest złącze USB. − TEL – filtr linii telefonicznej do zabezpieczania urządzeń telekomunikacyjnych przed przepięciami w sieci telefonicznej. − CPM – układ ciągłego pomiaru mocy pobieranej przez zabezpieczane urządzenia. Zasilacz awaryjny może być wyposażony w układ pomiaru mocy, który działa w stanie pracy awaryjnej jak również przy poprawnej sieci zasilającej informując użytkownika o przekroczeniu dopuszczalnego obciążenia wyjścia UPS. Przy pomocy odpowiedniego oprogramowania można ocenić poziom obciążenia wnoszony przez zabezpieczany sprzęt. − GWA – „gorąca” wymiana akumulatorów przez użytkownika. Układ GWA powinien posiadać jednoznaczną sygnalizację zużycia akumulatorów, możliwość wymiany bez wyłączania zasilacza oraz brak możliwości błędnego podłączenia akumulatorów. − SOW – sekwencyjne odłączanie wyjść. Układ umożliwiający programowe odłączanie wyjść zasilacza awaryjnego w celu maksymalnego wydłużenia czasu pracy urządzeń podłączonych do wybranych wyjść UPS podczas awarii zasilania. − ZR – „zbiornik rezerwowy” – układ uniemożliwiający załączenie napięcia na wyjściach zasilacza awaryjnego przed naładowaniem akumulatorów do zadanego poziomu. − KCP – kalibracja czasu podtrzymania. Układ taki umożliwia oszacowanie czasu podtrzymania zasilania podczas awarii sieci zasilającej przy znanym obciążeniu na wyjściu UPS. Szacowanie tego czasu następuje w procesie cyklicznych testów prowadzonych przez użytkownika lub uruchamianych automatycznie przez UPS. − AS – automatyczny start zasilacza po podłączeniu do sieci zasilającej. Włożenie wtyczki zasilającej od UPS do gniazda zasilającego powoduje załączenie napięcia na wyjściu UPS, uruchomienie układu ładowania akumulatorów, oraz układu ciągłego pomiaru mocy. W przypadku awarii zasilania zasilacz przechodzi na pracę z akumulatorów pod warunkiem występowania obciążenia na wyjściu UPS. W przypadku braku obciążenia następuje wyłączenie zasilacza. Układ może być wyposażony w regulator poziomu mocy minimalnej, przy którym UPS nie podtrzymuje zasilania. Dla użytkowników zasilaczy awaryjnych ważne są ich parametry użytkowe takie jak : − Uskmin – minimalne napięcie skuteczne na wyjściu zasilacza awaryjnego, − Uskmax – maksymalne napięcie skuteczne na wyjściu zasilacza awaryjnego, − ∆Usk – zmiany napięcia skutecznego na wyjściu zasilacza awaryjnego podczas testu, − Umax – maksymalne napięcie szczytowe na wyjściu zasilacza awaryjnego, − UakuLB – napięcie na akumulatorach, przy którym następuje sygnalizacja „akumulator bliski rozładowania”, − UakuEND – napięcie akumulatorów, przy którym następuje wyłączenie zasilacza awaryjnego,
  • 14. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 13 − tmax – całkowity czas pracy awaryjnej przy określonym obciążeniu (zawiera również tLB), − tLB – czas sygnalizacji „akumulator bliski rozładowania”. W celu sprawdzenia wartości parametrów użytkowych zasilacza należy testy wykonać w symulowanych warunkach zaniku zasilania. Powinny one być poprzedzone 24 godzinnym ładowaniem akumulatorów. Testy wykonuje się z obciążeniem rezystancyjnym (żarówkowym) wyjścia UPS i z obciążeniem komputerowym. Aby określić wydajność ładowania akumulatorów UPS należy przeprowadzić testy z tym samym obciążeniem po trzech godzinach ładowania akumulatorów. Oprócz testów parametrów podstawowych można dodatkowo: − obserwować kształt napięcia wyjściowego podczas pracy awaryjnej z uwzględnieniem: symetrii przebiegu napięcia wyjściowego względem zera (obciążenie żarówką 15W), poziomu przepięć (obciążenie żarówką 15W), szczytowej wartości napięcia wyjściowego przy braku obciążenia i w pełni naładowanych akumulatorach, − mierzyć czas przełączania przy przejściu na pracę awaryjną (obciążenie żarówką 15W), przy powrocie z pracy awaryjnej na zasilanie z sieci energetycznej (obciążenie żarówką 15W), − obserwować reakcję zasilacza UPS na obciążenie (zachowanie zasilacza podczas przeciążenia w czasie pracy awaryjnej i sieciowej, zachowanie zasilacza podczas zwarcia wyjścia na pracy awaryjnej, reakcja zasilacza na zdjęcie obciążenia podczas pracy awaryjnej). 4.1.2 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czy potrafisz rozpoznać główne bloki funkcjonalne zasilaczy? 2. Czy potrafisz wymienić główne bloki funkcjonalne zasilaczy? 3. Czy potrafisz wymienić funkcje podstawowych bloków zasilacza? 4. Czy potrafisz wymienić parametry zasilaczy? 5. Czy potrafisz zmierzyć podstawowe parametry zasilaczy? 6. Czy potrafisz wymienić podstawowe parametry użytkowe zasilaczy UPS? 7. Czy potrafisz zmierzyć podstawowe parametry użytkowe zasilaczy UPS? 4.1.3 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Na schemacie ideowym lub eksponacie zasilacza przedstawionym Ci przez nauczyciela rozpoznaj główne elementy budowy i nazwij je. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie z jakich głównych elementów składa się zasilacz, 2) na schemacie ideowym lub eksponacie zasilacza wskazać rozpoznane elementy, nazwać je, 3) zaprezentować rozwiązanie koledze, 4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 5) na wykonanie ćwiczenia masz 15 minut. Wyposażenie stanowiska pracy: − katalogi, eksponaty i schematy ideowe różnych zasilaczy.
  • 15. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 14 Ćwiczenie 2 Zmierz wartości parametrów zasilacza wskazanego przez nauczyciela (praca w zespole 3 – 4 osobowym). Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie definicje podstawowych parametrów zasilaczy, 2) zapoznać się z dokumentacją badanego zasilacza, 3) zaplanować pomiary, narysować schematy pomiarowe i zaproponować tabele, w których będą zapisywane wyniki pomiarów, 4) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 6) dokonać pomiaru parametrów zasilacza: wartość średnia (składowa stała) napięcia wyjściowego, współczynnik tętnień (lub wartość napięcia tętnień na wyjściu), współczynnik stabilizacji napięcia, impedancja wyjściowa, wykreślić charakterystykę obciążeniową, 7) porównać otrzymane wyniki z parametrami zasilacza zawartymi w jego dokumentacji technicznej, 8) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski, 9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 10) na wykonanie ćwiczenia masz 90 minut. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − zasilacz wraz z dokumentacją techniczną, − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierz, woltomierz). Ćwiczenie 3 Zaplanuj czynności kontrolujące pracę zasilacza UPS. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie definicje podstawowych parametrów zasilaczy UPS, 2) zapoznać się z dokumentacją badanego zasilacza, 3) zaplanować pomiary, konieczne do sprawdzenia czy zasilacz UPS, do którego podłączony jest zestaw komputerowy, pracuje prawidłowo oraz czy zachowane są jego główne parametry użytkowe, narysować schematy pomiarowe i zaproponować tabele, w których będą zapisywane wyniki pomiarów, 4) zaprezentować plan pracy koledze, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 6) na wykonanie ćwiczenia masz 30 minut. Wyposażenie stanowiska pracy: − dokumentacja techniczna zasilacza UPS, − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu.
  • 16. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 15 Ćwiczenie 4 Sprawdź czy zasilacz UPS, do którego podłączony jest zestaw komputerowy, pracuje prawidłowo oraz czy zachowane są jego główne parametry użytkowe. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przygotować plan czynności opracowany w ćwiczeniu 3, 2) zapoznać się z dokumentacją badanego zasilacza, 3) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 4) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 5) dokonać pomiaru parametrów zasilacza, 6) porównać otrzymane wyniki z parametrami zasilacza zawartymi w jego dokumentacji technicznej, 7) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. 9) na wykonanie ćwiczenia masz 45 minut. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − zasilacz UPS wraz z dokumentacją techniczną, − zestaw komputerowy, − plan czynności ze schematami pomiarowymi, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierz, woltomierz). 4.1.4 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wymienić rodzaje zasilaczy? 2) wymienić główne bloki funkcjonalne zasilaczy? 3) wymienić funkcje podstawowych bloków zasilacza? 4) omówić zasadę działania zasilacza ze stabilizatorem o działaniu ciągłym? 5) omówić zasadę działania zasilacza ze stabilizatorem o działaniu impulsowym? 6) porównać zasilacze ze stabilizatorami o działaniu ciągłym z zasilaczami impulsowymi? 7) wymienić parametry zasilaczy? 8) podać przykład wartości parametrów zasilaczy? 9) zmierzyć podstawowe parametry zasilaczy? 10) określić wpływ jaki mają zakłócenia sieci energetycznej na działanie urządzeń elektronicznych? 11) wymienić rodzaje zasilaczy UPS ? 12) omówić budowę zasilaczy UPS? 13) wyjaśnić zasadę działania zasilaczy UPS? 14) wymienić parametry użytkowe zasilaczy UPS? 15) zmierzyć podstawowe parametry użytkowe zasilaczy UPS?
  • 17. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 16 4.2 Układy prostownicze. Filtracja napięć 4.2.1 Materiał nauczania Układ prostowniczy służy do przekształcania prądu przemiennego (dwukierunkowego) w prąd jednokierunkowy, zwany prądem wyprostowanym. Sercem układów prostowniczych są elementy prostownicze. Muszą one spełniać wymaganie asymetrii rezystancji, tzn. zależnie od biegunowości doprowadzonego napięcia – powinny mieć rezystancję małą dla kierunku przewodzenia oraz dużą dla kierunku zaporowego. Elementem prostowniczym w układach prostowniczych małej mocy są najczęściej diody półprzewodnikowe, natomiast w układach prostowniczych dużej mocy (wielofazowych) tyrystory. Właściwości układu prostowniczego zależą od rodzaju i liczby elementów prostowniczych, sposobu zasilania, konfiguracji elementów oraz charakteru obciążenia. Zajmiemy się układami prostowniczymi małej mocy, czyli tymi zawierającymi diody prostownicze, zasilanymi napięciem jednofazowym, ponieważ takie układy stosuje się w obwodach zasilaczy. Najprostszy układ prostowniczy zawiera tylko jedną diodę półprzewodnikową. Przedstawiony on został na rys.7. W dodatniej połówce napięcia zasilającego UZ (rys.8.a) dioda D jest w stanie przewodzenia, w obwodzie płynie prąd IR (rys.8.c) powodujący, że na rezystorze RL odkłada się napięcie (rys.8.d) UR=UZ – UD. (UD to spadek napięcia na przewodzącej diodzie). W ujemnej połówce napięcia zasilającego dioda D jest spolaryzowana w kierunku zaporowym, prąd w obwodzie nie płynie, a całe napięcie zasilania odkłada się na diodzie (rys.8.b). Ponieważ prąd obciążenia płynie tylko w czasie jednej połowy okresu, to prostownik taki nazywa się jednopołówkowym lub półokresowym. Charakteryzuje się on małą sprawnością napięciową oraz niską wartością średnią napięcia wyjściowego (wyprostowanego) – 0,45 UZ. Na wyjściu prostownika występują duże tętnienia. Tak więc pomimo, iż układ jest prosty i tani w realizacji, może być stosowany tylko tam, gdzie są małe obciążenia i gdzie nie zależy nam na małych tętnieniach napięcia wyjściowego. Rys. 7. Układ prostowniczy jednopołówkowy [6, s. 203] a) b) c) d) Rys. 8. Przebiegi prądów i napięć w układzie prostownika jednopołówkowego z diodą półprzewodnikową idealną i obciążeniem rezystancyjnym: a) napięcie zasilające, b) napięcie na diodzie, c) prąd obciążenia, d) napięcie na obciążeniu [6, s. 203] Aby zniwelować wymienione wyżej wady można zastosować połączenie dwóch prostowników jednopołówkowych w taki sposób, że w czasie dodatniej połówki napięcia zasilającego będzie przewodziła dioda D’, a w czasie ujemnej dioda D’’. W ten sposób powstaje prostownik dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem wtórnym. Układ takiego prostownika został przedstawiony na rys.9. Nazwa tego prostownika wskazuje na jego cechę charakterystyczną –
  • 18. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 17 środkowy odczep uzwojenia transformatora (lub punkt połączenia dwóch identycznych uzwojeń) jest dołączony do masy układu. Rys. 9. Prostownik dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem wtórnym. [6, s. 203] Zasada działania prostownika z dzielonym uzwojeniem wtórnym została zilustrowana na rys. 10. W dodatniej połówce napięcia zasilającego UZ’ (rys.10.a) dioda D’ jest w stanie przewodzenia, natomiast dioda D’’ w stanie zatkania. W obwodzie diody D’ płynie prąd ID’ (rys.10.c) powodujący, że na rezystorze RL odkłada się napięcie (rys. 10.d) UR. Przez diodę D’’ nie płynie prąd, natomiast na diodzie tej odkłada się napięcie dwukrotnie większe niż w przypadku układu prostownika jednopołówkowego (rys.10.b). W ujemnej połówce napięcia zasilającego sytuacja się odwraca. Dioda D’’ jest w stanie przewodzenia, natomiast dioda D’ w stanie zatkania. W obwodzie diody D’’ płynie prąd ID’’ (rys.10.c) powodujący, że na rezystorze RL odkłada się napięcie (rys.10.d) UR. Przez diodę D’ nie płynie prąd, natomiast na diodzie tej odkłada się napięcie dwukrotnie większe niż w przypadku układu prostownika jednopołówkowego (rys.10.b). a) b) c) d) Rys. 10. Przebiegi prądów i napięć w układzie prostownika dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem wtórnym (z diodami półprzewodnikowymi idealnymi i obciążeniem rezystancyjnym): a) napięcie zasilające, b) napięcie na diodzie, c) prąd obciążenia, d) napięcie na obciążeniu [6, s.203] Sprawność tego układu w porównaniu z prostownikiem jednopołówkowym jest dwukrotnie większa, natomiast strata napięcia wyjściowego spowodowana spadkiem napięcia na diodach jest taka, jak dla układu jednopołówkowego. Trzeba pamiętać o tym, że na diodzie spolaryzowanej w kierunku zaporowym odkłada się dwukrotnie większe napięcie niż amplituda napięcia prostowanego. Wadą układu jest to, że zamiast jednego uzwojenia wtórnego potrzebne są dwa uzwojenia o tych samych napięciach wyjściowych. Rozwiązanie tego problemu jest układ mostkowy, składający się z czterech diod prostowniczych, zwany mostkiem Graetza (rys.11.). Wprawdzie w układzie z dzielonym uzwojeniem uzwojenia te mogą być o mocy dwa razy mniejszej niż dla układu mostkowego, lecz będzie to okupione dwukrotnym zwiększeniem rezystancji wewnętrznej transformatora, a co za tym idzie większymi stratami napięcia na transformatorze. Przy małych napięciach wyjściowych, dla których spadki napięcia na diodzie są znacznymi, lepiej jest stosować układ z dzielonym uzwojeniem wtórnym, natomiast dla dużych napięć wyjściowych korzystniejszy jest układ mostkowy. Prostownik dwupołówkowy z mostkiem Graetza zawiera cztery diody połączone w taki sposób, że zawsze dwie z nich przewodzą, dostarczając prąd do obciążenia.
  • 19. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 18 Rys. 11. Prostownik dwupołówkowy z mostkiem Graetza [6, s. 203] W dodatniej połówce napięcia zasilającego UZ (rys.12.a) przewodzą diody D1 i D3, przez obciążenie płynie prąd IR (rys.12.c) powodujący, że na rezystorze RL odkłada się napięcie (rys.12.d) UR. Diody D2 i D4 nie przewodzą, odkłada się na nich napięcie odpowiadające wartości napięcia zasilającego (rys.12.b). W dodatniej połówce napięcia zasilającego przewodzą diody D2 i D4, natomiast diody D1 i D3 są spolaryzowane w kierunku zaporowym. Mostki Graetza są produkowane w postaci układów scalonych np. RB152 100VAC 1.5A a) b) c) d) Rys. 12. Przebiegi prądów i napięć w układzie prostownika dwupołówkowego z mostkiem Graetza (z diodami półprzewodnikowymi idealnymi i obciążeniem rezystancyjnym): a) napięcie zasilające, b) napięcie na diodzie, c) prąd obciążenia, d) napięcie na obciążeniu. [6, s. 203] Aby ocenić poznane układy prostownicze trzeba je porównać pod względem charakterystycznych parametrów. Podstawowymi parametrami układów prostowniczych są: − napięcie wyprostowane (wartość średnia) – ]V[ U U M O π ≅ , − napięcie wsteczne na pojedynczej diodzie (wartość maksymalna), − sprawność napięciowa η – iloraz wartości średniej napięcia wyprostowanego i wartości maksymalnej napięcia zasilającego, − częstotliwość podstawowa tętnień, − współczynnik tętnień t – iloraz wartości skutecznej składowej zmiennej i wartości składowej stałej napięcia wyprostowanego, − kąt przepływu prądu - ]rad[ U U arccos2 M F =λ , (UM –amplituda napięcia zasilającego, UF – spadek napięcia na przewodzącej diodzie) Z porównania parametrów układów prostowniczych zamieszczonych w tabeli 1. wynika, że najkorzystniej jest stosować układy prostownicze dwupołówkowe. Mimo, iż składają się one z większej liczby elementów to mają lepsze parametry elektryczne (większa wartość napięcia wyprostowanego, większa sprawność, większa częstotliwość podstawowa tętnień). Pod względem napięcia wstecznego na pojedynczej diodzie najgorzej wypada w tym porównaniu prostownik z dzielonym uzwojeniem.
  • 20. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 19 Tabela 1. Porównanie parametrów podstawowych układów prostowniczych [6, s. 204] Parametr Prostownik jednopołówkowy Prostownik dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem wtórnym Prostownik dwupołówkowy z mostkiem Graetza Ilość diod 1 2 4 Napięcie zasilające (wartość skuteczna) U U (napięcie na połowie uzwojenia) U Napięcie wyprostowane (wartość średnia) 0,45U 0,9U 0,9U Napięcie wsteczne na pojedynczej diodzie (wartość maksymalna) U2 U22 U2 Sprawność napięciowa 0,318 0,637 0,637 Częstotliwość podstawowa tętnień (określona częstotliwością napięcia zasilającego f) f 2f 2f Współczynnik tętnień 1,21 0,48 0,48 Zmniejszenie tętnień układów prostowniczych można uzyskać dołączając do wyjścia układu prostowniczego filtr dolnoprzepustowy, zwany filtrem wygładzającym. Na rys.13. przedstawiono schematy filtrów wygładzających: - pojemnościowego – najprostszy, jak również najczęściej stosowany w układach zasilaczy; wyróżnia się on dużą skutecznością tłumienia tętnień, tym większą im większa pojemność C; - indukcyjny – stosowany w układach dwupołówkowych wielofazowych dużej mocy; jego skuteczność wzrasta, gdy rezystancja obciążenia maleje. - LC (typu L oraz typu π) – stosowane w zasilaczach impulsowych pracujących przy częstotliwości 20 – 300kHz ze względu na rozmiary cewki (przy wyższych częstotliwościach może być mniejsza), - RC – często stosowane w zasilaczach małej mocy, chociaż wartość napięcia wyjściowego zależy od prądu obciążenia. a) b) c) d) e) Rys. 13. Schematy filtrów wygładzających: a) pojemnościowego, b) indukcyjnego, c) LC typu L, d) LC typu π, e) RC typu π. [6, s. 205] Wadą filtrów z wejściem pojemnościowym jest to, że po włączeniu zasilacza do sieci prąd ładowania kondensatora jest bardzo duży. Należy więc pamiętać o starannym doborze elementów prostownika, wymaga to stosowania diod o kilkakrotnym zapasie dopuszczalnego prądu przewodzenia. Można również włączyć szeregowo w obwód prostownika rezystor o względnie małej wartości rezystancji.
  • 21. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 20 4.2.2 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czy potrafisz porównać poznane układy prostownicze? 2. Czy potrafisz narysować schematy poznanych układów prostowniczych? 3. Czy potrafisz wyjaśnić zasady działania poznanych prostowników? 4. Czy potrafisz wymienić parametry układów prostowniczych? 5. Czy potrafisz zdefiniować parametry układów prostowniczych? 6. Czy potrafisz zmierzyć oraz obliczyć parametry układów prostowniczych ? 7. Czy potrafisz narysować przebiegi w poszczególnych punktach układów prostowniczych? 8. Czy potrafisz wyjaśnić, jak wpływa układ filtracji napięć na kształt napięcia wyprostowanego? 4.2.3 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Rozpoznaj, w których punktach dostarczonego Ci przez nauczyciela schematu ideowego prostownika zostały wykonane poszczególne oscylogramy. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie zasady działania poznanych układów prostowniczych, 2) rozpoznać, w których punktach dostarczonego Ci przez nauczyciela schematu ideowego prostownika zostały wykonane poszczególne oscylogramy, 3) oznaczyć te punkty na schemacie ideowym odpowiednimi literami, 4) zaprezentować rozwiązanie koledze uzasadniając swój wybór, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 6) na wykonanie ćwiczenia masz 15 minut. Wyposażenie stanowiska pracy: − oscylogramy przedstawiające przebiegi napięcia w różnych punktach układu prostowniczego, − schemat ideowy układu prostowniczego, w którym badano kształt przebiegów napięcia. Ćwiczenie 2 Oblicz wartość współczynnika tętnień dla przebiegów wyjściowych napięcia przedstawionych na oscylogramach dostarczonych Ci przez nauczyciela. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie definicje parametrów układów prostowniczych, 2) zapisać wzory, z których będziesz korzystać, wypisać dane i szukane, 3) obliczyć wartość współczynnika tętnień dla przebiegów wyjściowych napięcia przedstawionego na oscylogramach dostarczonych Ci przez nauczyciela, 4) rozpoznać, w którym z poznanych układów prostowniczych kształt napięcia wyjściowego UO odpowiada temu z oscylogramów, 5) zaprezentować rozwiązanie koledze,
  • 22. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 21 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 7) na wykonanie ćwiczenia masz 15 minut. Wyposażenie stanowiska pracy: − oscylogramy przedstawiające przebiegi napięcia w różnych punktach układu prostowniczego, biały papier formatu A4 dla każdego zespołu. Ćwiczenie 3 Zmierz wartości parametrów układu prostowniczego (praca w zespole 3 – 4 osobowym). Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie definicje podstawowych parametrów układów prostowniczych, 2) mając do dyspozycji cztery diody prostownicze, transformator, kondensatory i rezystory, połączyć te elementy tak, aby powstał układ prostowniczy, 3) zaplanować prace związane z uruchomieniem i pomiarem parametrów zbudowanego układu prostowniczego, narysować schematy pomiarowe i zaproponować tabele, w których będą zapisywane wyniki pomiarów, 4) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 6) przeprowadzić niezbędne pomiary i testy w symulowanych warunkach obciążenia, 7) na podstawie uzyskanych wyników pomiarów sformułować wnioski dotyczące działania układu oraz określić wartości parametrów układu prostowniczego, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 9) na wykonanie ćwiczenia masz 90 minut. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − makieta z transformatorem, czterema diodami prostowniczymi, kondensatorami, rezystorami, umożliwiająca dowolne połączenie tych elementów i przeprowadzenie pomiarów, przewody łączeniowe, − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierz, woltomierz). Ćwiczenie 4 Zbadaj wpływ zastosowanego układu filtracji napięć na kształt napięcia wyjściowego prostownika. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) mając do dyspozycji makietę z układami prostowniczymi zbadać, jak wpływa układ filtracji napięć na kształt napięcia wyjściowego prostownika, 2) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 3) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 4) przeprowadzić niezbędne pomiary,
  • 23. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 22 5) na podstawie uzyskanych wyników pomiarów sformułować wnioski dotyczące wpływu zastosowanego filtru na kształt przebiegu wyprostowanego, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − treść zadania dla każdego zespołu uczniów, − makieta z układami prostowniczymi, kondensatory, cewki i rezystory o różnych wartościach, przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi). − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu. 4.2.4 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) porównać poznane układy prostownicze? 2) wyjaśnić do czego służy układ prostowniczy? 3) wymienić cechy układu prostowniczego jednopołówkowego? 4) narysować schemat prostownika jednopołówkowego? 5) wyjaśnić zasadę działania prostownika jednopołówkowego? 6) wymienić cechy układu prostowniczego dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem? 7) narysować schemat prostownika dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem? 8) wyjaśnić zasadę działania prostownika dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem? 9) wymienić cechy układu prostowniczego dwupołówkowego z mostkiem Graetza? 10) narysować schemat prostownika dwupołówkowego z mostkiem Graetza? 11) wyjaśnić zasadę działania prostownika dwupołówkowego z mostkiem Graetza? 12) wymienić parametry układów prostowniczych? 13) zdefiniować parametry układów prostowniczych? 14) zmierzyć parametry układów prostowniczych ? 15) podać typowe wartość parametrów układów prostowniczych? 16) wyjaśnić po co stosuje się układy filtrów dołączane do wyjścia układów prostowniczych? 17) narysować przykład układu filtru wygładzającego? 18) porównać filtry C, L, LC i CR? 19) narysować przebiegi w poszczególnych punktach układów prostowniczych? 20) określić wpływ parametrów filtru na kształt przebiegów wyprostowanych?
  • 24. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 23 4.3 Stabilizatory 4.3.1 Materiał nauczania Stabilizatory elektroniczne są to układy służące do wytwarzania na wyjściu określonej wartości napięcia lub prądu niezależnej od zmian wielkości wyjściowej oraz obciążenia. Stabilizatory napięcia i prądu stałego używane do zasilania urządzeń elektronicznych. Ze względu na zasadę działania dzieli się w następujący sposób: Rys. 14. Rodzaje stabilizatorów Stabilizatory parametryczne (stabilizatory bez sprzężenia zwrotnego) utrzymują stałą wartość wielkości wyjściowej dzięki zastosowaniu elementu stabilizacyjnego o charakterystyce prądowo – napięciowej wykazującej w pewnym zakresie stałość przebiegu w funkcji napięcia lub prądu. Powszechnie stosuje się diody stabilizacyjne (diody Zenera), rzadziej warystory i termistory. Na rys.15. przedstawiono układ stabilizacyjny z diodą Zenera. Jest to układ dzielnika napięciowego złożonego z diody stabilizacyjnej D i rezystora szeregowego R. Zmiany spadku napięcia na diodzie stabilizacyjnej są bardzo małe, ponieważ punkt pracy znajduje się na charakterystyce w zakresie przebicia. W efekcie zmiana napięcia wejściowego UI kompensowana jest zmianą spadku napięcia na rezystorze, gdyż element regulacyjny (dioda Zenera) przewodzi odpowiednio większy lub mniejszy prąd, utrzymując stałą wartość napięcia wyjściowego UO. Z drugiej strony zmiana obciążenia RO, a więc prądu obciążenia IO powoduje odpowiednią zmianę prądu ID tak, że napięcie stabilizowane UO nie ulega zmianie (rys.16.). Rys. 15. Stabilizator parametryczny z diodą Zenera [6, s. 209] Rys. 16. Charakterystyka prądowo – napięciowa stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera [6, s. 209] Zaletą układu stabilizatora z diodą Zenera jest jego prostota. Łatwo więc przeanalizować jego zasadę działania i dobrać parametry elementów tak, by dostosować układ do założonych wymagań. Wykorzystując model diody dla odcinkowo – liniowej charakterystyki prądowo STABILIZATORY PARAMETRYCZNE KOMPENSACYJNE o działaniu ciągłym o działaniu impulsowym
  • 25. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 24 napięciowej można wyprowadzić wzory opisujące parametry stabilizatora (rz – rezystancja dynamiczna diody): − prąd płynący przez diodę w zakresie stabilizacji ]mA[ r UzUo I Z D − = − prąd i napięcie wyjściowe układu ]mA[ Ro Uo Io = R[V]IRIUUo DOI −−= − zależność napięcia wejściowego układu od oczekiwanego napięcia wyjściowego ]V[ r R Uz) r R Ro R 1(UoU ZZ I −++= − współczynnik stabilizacji Z I r R Ro R 1 Uo U S ++= ∆ ∆ = − rezystancja wyjściowa stabilizatora ][ rR rR r Z Z WY Ω + ⋅ = − minimalny i maksymalny prąd diody ]mA[I R UzU I maxO inIm minD − − = ]mA[ r P r4 U r2 U I Z maxD 2 Z 2 Z Z Z maxD ++−= (PDmax – maksymalna moc jaka może się wydzielić w diodzie, nie powodując jej uszkodzenia, UZ – napięcie Zenera) Taki stabilizator charakteryzuje się małym zakresem zmian prądu obciążenia, niewielką sprawnością energetyczną (rzędu 10%), małą dokładnością stabilizacji oraz brakiem możliwości regulacji stabilizowanego napięcia. Wad tych pozbawione są stabilizatory kompensacyjne, zawierające element regulacyjny. Jakakolwiek zmiana wielkości wyjściowej jest kompensowana przez odpowiednie wysterowanie tego elementu. Działanie układu kompensacyjnego stabilizatora napięcia polega na porównywaniu stabilizowanego napięcia wyjściowego z wzorcowym napięciem odniesienia i wysterowaniu różnicą tych napięć elementu regulacyjnego w taki sposób, by zmiana spadku napięcia na nim przeciwdziałała zmianom napięcia stabilizowanego. Przykład stabilizatora kompensacyjnego o działaniu ciągłym został przedstawiony na rys.17. Elementem regulacyjnym w tym układzie jest tranzystor T1. Na bazę tego tranzystora podawany jest wynik porównania napięcia odniesienia (napięcie stabilizacyjne diody Zenera) z częścią napięcia wyjściowego (ustalona potencjometrem RP). Jakość stabilizacji zależy od wartości wzmocnienia układu sterującego (tranzystor T2) – im jest ono większe tym lepsza stabilizacja napięcia wyjściowego przy zmianach napięcia wejściowego i rezystancji obciążenia. Rys. 17. Stabilizator kompensacyjny o działaniu ciągłym [6, s. 211]
  • 26. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 25 Wadą stabilizatorów o działaniu ciągłym jest mała sprawność (rzędu 30 – 50 %) spowodowana dzieleniem napięcia wejściowego. O wiele lepsze wyniki uzyskuje się w stabilizatorach o działaniu impulsowym, należy jednak pamiętać o tym, że charakteryzują się one długim czasem reakcji na zmianę wielkości wymuszających oraz generują zakłócenia elektromagnetyczne. Przykład stabilizatora impulsowego przedstawiono na rys.18. Tranzystor T pracuje w tym układzie jako klucz nasycony – cyklicznie dołącza na krótko cewkę indukcyjną do źródła niestabilizowanego napięcia wejściowego. W czasie trwania każdego impulsu nasycającego tranzystor, prąd płynący przez cewkę narasta liniowo. W polu magnetycznym cewki gromadzi się energia, która w następnej fazie cyklu jest przekazywana do kondensatora filtrującego, dołączonego do wyjścia stabilizatora. Kondensator wygładza tętnienia napięcia wyjściowego (dostarcza prąd do obciążenia w fazie uzupełniania energii cewki). Podobnie jak w przypadku stabilizatorów o regulacji ciągłej następuje porównanie wartości napięcia wyjściowego z napięciem odniesienia, lecz otrzymane w ten sposób napięcie błędu koryguje wartość napięcia wyjściowego przez zmianę częstotliwości przełączania klucza lub zmianę czasu trwania impulsu włączającego klucz, a nie przez liniowe sterowanie przewodnością tranzystora. Rys. 18. Stabilizator impulsowy [3, s. 380] Stabilizatory impulsowe mają niezwykłe właściwości decydujące o ich popularności. Ponieważ element regulacyjny pracuje dwustanowo – jest albo włączony albo nasycony – traci się w nim bardzo mało mocy. Dlatego stabilizatory impulsowe charakteryzują się dużą sprawnością nawet wtedy, gdy różnica napięć między wejściem a wyjściem ma dużą wartość. Wartość napięcia wyjściowego stabilizatorów tego typu może być większa niż wartość napięcia wejściowego. Za pomocą stabilizatora impulsowego można również bez trudu przetwarzać napięcie o jednej polaryzacji na napięcie o przeciwnej polaryzacji. Dodatkowo możliwe jest zasilanie takiego stabilizatora bezpośrednio z wyjścia układu prostującego napięcie sieciowe, bez potrzeby stosowania transformatora sieciowego. W efekcie można otrzymać zasilacz mały, lekki i o dużej sprawności. Te cechy decydują o powszechnym stosowaniu zasilaczy impulsowych w sprzęcie komputerowym. Właściwości układów stabilizacji napięcia są charakteryzowane za pomocą odpowiednich parametrów technicznych, spośród których do najważniejszych zalicza się: − Znamionowe napięcie wyjściowe UON – wartość wyjściowego napięcia stabilizacji z określoną tolerancją, w sytuacji gdy stabilizator pracuje w znamionowych warunkach pracy. − Tolerancja napięcia wyjściowego δUON – maksymalna, dopuszczalna względna zmiana wartości napięcia stabilizowanego wywołana przez czynniki wpływające takie jak zmiany napięcia wejściowego i prądu obciążenia. − Zakres zmian napięcia wyjściowego – jest to zakres stabilizowanego napięcia wyjściowego, w którym obowiązują parametry katalogowe stabilizatora.
  • 27. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 26 − Zakres zmian napięcia wejściowego – minimalna i maksymalna wartość napięcia wejściowego, zasilającego stabilizator, w obrębie której producent zapewnia poprawną pracę układu. − Współczynnik stabilizacji od zmian napięcia wejściowego (WSN, IR) – wielkość zmian napięcia stabilizowanego ∆UO wywołanych ustalonymi zmianami napięcia wejściowego ∆UI. − Współczynnik stabilizacji od zmian obciążenia (WOSN, LR) – względna zmiana napięcia stabilizowanego wywołana ustaloną zmianą prądu obciążenia . − Współczynnik tłumienia tętnień (WTT, RR) – miara tłumienia tętnień przez układ stabilizatora poprzez wzajemne porównanie międzyszczytowych wartości tętnień na wejściu i wyjściu. − Napięcie różnicowe między wejściem a wyjściem ∆UOI= |UO – UI|MIN – minimalna różnica napięcia między wejściem i wyjściem stabilizatora, przy której układ jeszcze pracuje poprawnie. − Temperaturowy zakres pracy – dopuszczalny zakres temperatur pracy stabilizatora, zawarty między minimalną i maksymalną graniczną temperaturą pracy. (zakres przemysłowy to od 0°C do 70°C, militarny od - 55°C do 125°C). − Współczynnik temperaturowy napięcia wyjściowego (TWN, ATC) – parametr umożliwiający określenie, o ile procent zmieni się napięcie wyjściowe przy zmianie temperatury otoczenia o 1°C, wyznaczony dla ustalonej zmiany tej temperatury. − Nominalny prąd wyjściowy ION – maksymalna wartość prądu obciążenia, przy którym zachowane są jeszcze podane parametry katalogowe przy założeniu, że stabilizator pracuje w znamionowych warunkach pracy. − Maksymalny prąd wyjściowy IOMAX – prąd, przy którym włącza się (o ile stabilizator taki posiada) układ nadprądowego zabezpieczenia stabilizatora. − Prąd zwarciowy IOS – wartość prądu obciążenia stabilizatora, w sytuacji gdy wyjście jest zwarte do masy. − Minimalny prąd wyjściowy IOMIN – minimalna wartość prądu obciążenia, przy którym zachowane są jeszcze podane parametry katalogowe przy założeniu, że stabilizator pracuje w znamionowych warunkach pracy. − Prąd spoczynkowy – prąd pobierany przez układ nieobciążonego stabilizatora. − Maksymalna moc strat – maksymalna moc, jaka może się wydzielić w stabilizatorze (lub elemencie regulacyjnym) w trakcie długotrwałej jego pracy w znamionowej temperaturze otoczenia (zwykle 25°C), nie powodując jego uszkodzenia. − Sprawność energetyczna - η - wzajemny stosunek mocy oddanej do obciążenia i mocy dostarczonej do stabilizatora. Można wyróżnić pewne cechy wspólne, charakterystyczne dla grupy stabilizatorów scalonych: − napięcie zasilające układ jest napięciem przeznaczonym do stabilizacji, − wartości napięć stabilizowanych mogą być zarówno dodatnie, jak i ujemne (z zakresu 2 do 40V), − wartość prądu obciążenia zawiera się w granicach od kilkudziesięciu do kilkuset mA, a przy zastosowaniu zewnętrznych tranzystorów mocy nawet do 10A, − dobra sprawność przy minimalnej różnicy napięcia między wejściem a wyjściem rzędu 2– 3V, − mała impedancja wyjściowa (rzędu 10 – 20 mΩ), − dobra stabilność stałoprądowa w szerokim zakresie temperatur otoczenia. Scalone stabilizatory napięcia wykonuje się jako: − stabilizatory uniwersalne, o napięciu wyjściowym regulowanym za pomocą elementów zewnętrznych (np. układ µA 723),
  • 28. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 27 − stabilizatory ogólnego przeznaczenia o napięciu wyjściowym ustalonym w procesie produkcji (np. µA 7805), − stabilizatory specjalne – będące układami o wysoko wyspecjalizowanych właściwościach, jak np. stabilizatory napięć symetrycznych, napięć o wartościach wyższych niż 40V, napięć odniesienia o bardzo dużej stabilności czasowej i temperaturowej, dokładności. Klasycznym scalonym stabilizatorem napięcia stałego jest układ µA723. Jest to układ o wszechstronnych możliwościach, łatwy w użyciu, o doskonałych parametrach elektrycznych. Rys. 19. Układ µA 723 pracujący jako stabilizator napięcia dodatniego od 2 do 7V [dokumentacja techniczna firmy Texas Instruments] W tabeli 2. przedstawiono zestaw typowych wartości parametrów układu µA723. Tabela 2. Typowe wartości podstawowych parametrów stabilizatora µA723 [dokumentacja techniczna firmy Texas Instruments] Parametr Jednostka Wartość Zakres napięcia UI [V] 9,5 ÷ 40 Zakres napięcia UO [V] 2 ÷ 37 Minimalne :|UO – UI| [V] 3 WSN (%UO) [%] 0,1 WOSN (%UO) [%] 0,03 Temperatura pracy [°C] 0 ÷70 TWN [%/°C] 0,003 IOMAX [mA] 150 ISP (prąd spoczynkowy: IO=0, UO=30V) [mA] 2,3 WTT [dB] 74 UZ [V] 7,15 IZW (prąd zwarcia: RS=10Ω, UO=0V) [mA] 65 Typowym przedstawicielem stabilizatorów ogólnego przeznaczenia są stabilizatory serii 7800 (produkowane m. in. przez firmę Fairchild w dwóch seriach MC78xx i LM78xx, a także przez firmę National Semiconductor - LM78xx). Dwie ostatnie cyfry w oznaczeniu stabilizatora to wartość jego napięcia wyjściowego, która może być równa 5, 6, 8, 10, 12, 15, 18 lub 24V. Na rys.20 przedstawiono typowy układ pracy stabilizatora z serii 7800. Kondensator dołączony do zacisków wyjściowych stabilizatora poprawia jego parametry impulsowe oraz powoduje, że wartość impedancji wyjściowej stabilizatora pozostaje również mała dla dużych częstotliwości. Jeżeli stabilizator jest umieszczony z dala od kondensatorów filtru prostownika, do jego zacisków wejściowych należy dołączyć kondensator o wartości pojemności co najmniej 330nF.
  • 29. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 28 Do stabilizowania napięć ujemnych przeznaczone są stabilizatory z rodziny 7900. Sposób ich użycia niczym się nie różni od przedstawionego (poza napięciem wejściowym, które musi być ujemne). Układy z rodziny 7800 mogą być obciążane prądem do 1A i mają wbudowane w strukturę układy zabezpieczeń: nadprądowe i przed uszkodzeniem cieplnym. Rys. 20. Układ pracy stabilizatora z serii 7800 [dokumentacja techniczna firmy Fairchild] Tabela 3. Typowe wartości podstawowych parametrów stabilizatorów serii 7800 [dokumentacja techniczna firmy Fairchild] Parametr 7805 7806 7810 7812 7815 7824 Zakres napięcia UI [V] 7÷20 8÷21 12,5÷25 14,5÷27 17,5÷30 27÷38 Napięcie UO [V] 5 6 10 12 15 24 Min. :|UO – UI| [V] 2 2 2 2 2 2 WSN [mV] 1,6 1,5 3 3 3 6 (IO=500mA) ∆UI [V] 8÷12 9÷13 13÷25 16÷22 20÷26 30÷36 WOSN [mV] 4 3 4 5 4 5 ∆IO [mA] 250÷750 250÷750 250÷750 250÷750 250÷750 250÷750 ISP [mA] 5 5 5,1 5,1 5,2 5,2 WTT [dB] 73 75 71 71 70 67 RO [mΩ] 15 19 17 18 19 28 IZW [mA] 230 250 250 230 250 230 TWN [mV/K] - 0,8 -0,8 -1 -1 -1 -1,5 Zakres temperatur [°C] 0÷125 0÷125 0÷125 0÷125 0÷125 0÷125 W stabilizatorach stosuje się dwie grupy zabezpieczeń: − Zabezpieczenia nadnapięciowe – czyli takie, które służą do zabezpieczenia stabilizatora lub układu obciążającego przed pojawieniem się niepożądanego napięcia. Najprostszym i najczęściej stosowanym zabezpieczeniem nadnapięciowym jest kondensator. Najczęściej stosuje się kondensatory monolityczne o wartościach z zakresu 1nF do 1µF włączane równolegle do wejścia i wyjścia stabilizatora. Innymi elementami zabezpieczeń nadnapięciowych są diody włączane na wejściu i wyjściu stabilizatora oraz równolegle do elementów regulacyjnych. Podczas normalnej pracy stabilizatora diody te są spolaryzowane zaporowo. Zabezpieczają stabilizator i układ regulacyjny przed zniszczeniem wskutek odwrotnego włączenia wejściowego napięcia niestabilizowanego lub przyłączenia wyjścia do napięcia o odwrotnej polaryzacji. Ponieważ w wyniku uszkodzenia stabilizatora jego napięcie wejściowe może przedostać się na wyjście i uszkodzić układ zasilany często stosuje się tzw. zwieracze. Na rys. 21. przedstawiono oprócz pozostałych wymienionych zabezpieczeń nadnapięciowych również układ zwieracza tyrystorowego, złożonego z diody Zenera DZ, rezystora R oraz tyrystora TY. Jeżeli wartość napięcia wyjściowego będzie
  • 30. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 29 równa wartości napięcia stabilizacji diody Zenera i napięcia przewodzenia złącza bramka – katoda, nastąpi włączenie tyrystora. Zadziałanie tego zabezpieczenia powoduje zmniejszenie napięcia wyjściowego stabilizatora do 1V. Powrót układu zabezpieczenia do stanu początkowego jest możliwy jedynie po wyłączeniu całego zasilacza. Rys. 21. Schemat funkcjonalny stabilizatora szeregowego z zabezpieczeniami nadnapięciowymi. [7, s. 253] − Zabezpieczenia nadprądowe – czyli takie, które służą do zabezpieczenia stabilizatora lub układu obciążającego przed prądem o dużej wartości. Najczęściej stosowanym zabezpieczeniem nadprądowym jest bezpiecznik topikowy. Umieszcza się go w obwodzie pierwotnym transformatora sieciowego oraz na wyjściu stabilizatora. Zapewnia on skuteczną ochronę przed zwarciem wyjścia stabilizatora, jednak nie chroni przed wzrostem prądu obciążenia nieznacznie większym od nominalnej wartości prądu bezpiecznika. Na rys.22. przedstawiono jeden ze sposobów rozwiązania tego problemu. Rys. 22. Stabilizator z układem ograniczającym prąd obciążenia [7, s. 254] Wzrost prądu wyjściowego powyżej wartości maksymalnej powoduje spadek napięcia na rezystorze RS i załączenie tranzystora T, który zmniejszy wartość prądu sterującego układ regulujący, zapewniając stałą wartość prądu obciążenia. Modyfikację tego układu, zwaną układem ograniczającym prąd obciążenia „z podcięciem” przedstawiono na rys.23. Rys. 23. Stabilizator z układem ograniczającym prąd obciążenia „z podcięciem” [7, s. 253] Układ ten dodatkowo zabezpiecza przed uszkodzeniem termicznym przez zmniejszenie mocy wydzielanej w układzie. Tranzystor zabezpieczający jest sterowany różnicą spadków napięć na rezystorach R1 i R2. Gdy tranzystor się włączy powoduje mniejsze wysterowanie układu regulacyjnego, czyli zmniejszenie napięcia wyjściowego. Następuje zmniejszenie napięcia na bazie tranzystora, co powoduje większe wysterowanie tranzystora, czyli jeszcze większe zmniejszenie napięcia wyjściowego. Proces ten kończy się gdy UWY=0. Projektując takie zabezpieczenie trzeba uważać dobierając prąd zwarcia IZW. Wartość prądu zwarcia nie powinna być zbyt mała, gdyż stabilizator może w ogóle „nie wystartować” w warunkach normalnego obciążenia.
  • 31. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 30 4.3.2 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czy potrafisz narysować przykład stabilizatora parametrycznego? 2. Czy potrafisz zaprojektować prosty stabilizator parametryczny? 3. Czy potrafisz narysować charakterystykę prądowo – napięciową stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera? 4. Czy potrafisz wymienić parametry stabilizatorów? 5. Czy potrafisz zdefiniować podstawowe parametry stabilizatorów? 6. Czy potrafisz zmierzyć podstawowe parametry stabilizatorów? 7. Czy potrafisz zmierzyć i wykreślić charakterystykę obciążeniową stabilizatorów? 4.3.3 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zaprojektuj stabilizator parametryczny dla następujących założeń: − napięcie wyjściowe UO=10V, − prąd wyjściowy IO=5mA, − współczynnik stabilizacji S=0,8% Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie z jakich elementów jest zbudowany najprostszy stabilizator parametryczny oraz jak zależą jego parametry od wykorzystanych elementów dyskretnych, 2) wypisać dane i szukane, zapisać wzory, z których będziesz korzystać, 3) w katalogach elementów i układów elektronicznych wyszukać odpowiednie elementy dyskretne, narysować schemat ideowy projektowanego stabilizatora, 4) zaprezentować rozwiązanie koledze uzasadniając wybór elementów, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 6) na wykonanie ćwiczenia masz 30 minut. Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, − katalogi elementów i układów elektronicznych (w postaci drukowanej lub na płytach CD), − stanowiska komputerowe z dostępem do Internetu oraz oprogramowaniem do projektowania schematów ideowych. Ćwiczenie 2 Zaplanuj prace związane z pomiarem parametrów stabilizatorów oraz wyznaczaniem ich charakterystyk. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie definicje podstawowych parametrów stabilizatorów, 2) wybrać parametry, które będziesz mierzyć,
  • 32. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 31 3) zaplanować prace związane z pomiarem parametrów układu stabilizatora, narysować schematy pomiarowe i zaproponować tabele, w których będą zapisywane wyniki pomiarów, 4) zaprezentować opracowany plan prac kolegom, 5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 6) na wykonanie ćwiczenia masz 30 minut. Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu. Ćwiczenie 3 Zmierz podstawowe parametry układów stabilizatorów zawierających elementy dyskretne. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przygotować plan czynności opracowany w ćwiczeniu 2, 2) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 3) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 4) wykorzystując makiety ze stabilizatorami połączyć aparaturę pomiarową z układem badanego stabilizatora z według schematów zamieszczonych w planie czynności, 5) postępując zgodnie z instrukcją dokonać pomiaru parametrów stabilizatora, 6) wykonać konieczne obliczenia, 7) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 9) na wykonanie ćwiczenia masz 60 minut. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, − plan czynności ze schematami pomiarowymi − makiety ze stabilizatorami o działaniu ciągłym i impulsowym zawierającymi elementy dyskretne, − przewody łączeniowe, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze). Ćwiczenie 4 Zmierz podstawowe parametry układów stabilizatorów zawierających układy scalone. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przygotować plan czynności opracowany w ćwiczeniu 2, 2) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 3) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 4) wykorzystując makiety ze stabilizatorami połączyć aparaturę pomiarową z układem badanego stabilizatora z według schematów zamieszczonych w planie czynności, 5) postępując zgodnie z instrukcją dokonać pomiaru parametrów stabilizatora, 6) wykonać konieczne obliczenia,
  • 33. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 32 7) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 9) na wykonanie ćwiczenia masz 60 minut. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, − plan czynności ze schematami pomiarowymi − makiety ze stabilizatorami o działaniu ciągłym i impulsowym zawierającymi układy scalone, − przewody łączeniowe, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze). Ćwiczenie 5 Wyznacz charakterystyki stabilizatorów o działaniu ciągłym i impulsowym zawierających układy scalone. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przygotować plan czynności opracowany w ćwiczeniu 2, 2) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 3) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 4) wykorzystując makiety ze stabilizatorami połączyć aparaturę pomiarową z układem badanego stabilizatora z według schematów zamieszczonych w planie czynności, 5) postępując zgodnie z instrukcją dokonać pomiaru charakterystyk stabilizatora, 6) wykreślić badane charakterystyki, 7) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 9) na wykonanie ćwiczenia masz 60 minut. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, − plan czynności ze schematami pomiarowymi, − makiety ze stabilizatorami o działaniu ciągłym i impulsowym zawierającymi elementy dyskretne, przewody łączeniowe, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze).
  • 34. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 33 4.3.4 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wymienić rodzaje stabilizatorów? 2) narysować przykład stabilizatora parametrycznego? 3) wyjaśnić zasadę działania stabilizatora parametrycznego? 4) zaprojektować prosty stabilizator parametryczny? 5) narysować charakterystykę prądowo – napięciową stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera? 6) wymienić cechy stabilizatorów parametrycznych? 7) wyjaśnić zasadę działania stabilizatora kompensacyjnego o działaniu ciągłym? 8) narysować schemat stabilizatora kompensacyjnego o działaniu ciągłym? 9) wymienić cechy stabilizatora kompensacyjnego o działaniu ciągłym? 10) wyjaśnić zasadę działania stabilizatora kompensacyjnego impulsowego? 11) narysować schemat stabilizatora kompensacyjnego impulsowego? 12) wymienić cechy stabilizatora kompensacyjnego impulsowego? 13) wymienić parametry stabilizatorów? 14) zdefiniować podstawowe parametry stabilizatorów? 15) zmierzyć podstawowe parametry stabilizatorów? 16) wymienić cechy stabilizatorów scalonych? 17) wymienić rodzaje stabilizatorów scalonych? 18) wyjaśnić, po co do zacisków wyjściowych stabilizatorów dołącza się kondensatory ? 19) narysować stabilizator z zabezpieczeniem nadprądowym? 20) narysować stabilizator z zabezpieczeniem nadnapięciowym?
  • 35. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 34 4.4 Projektowanie, montowanie i uruchamianie zasilaczy. Wykrywanie uszkodzeń w układach zasilaczy 4.4.1 Materiał nauczania Wbrew pozorom zaprojektowanie zasilacza nie jest wcale proste, jeżeli chce się to zrobić w sposób optymalny, biorąc pod uwagę wszystkie zakładane parametry wyjściowe zasilacza, oraz warunki w jakich mu przyjdzie pracować (np. zmiany napięcia wejściowego czyli napięcia sieci). Projektowanie zasilacza należy zacząć od określenia wartości napięć wyjściowych, dopuszczalnych tętnień (czyli zmian napięcia wyjściowego) oraz maksymalnych prądów wyjściowych. Trzeba określić czy będzie to zasilacz stabilizowany. Poniżej przedstawiono etapy projektowania zasilacza sieciowego. W pierwszej kolejności przy projektowaniu zasilacza trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie do jakich celów będzie on używany, czyli określić parametry zasilacza. Załóżmy, że zasilacz będzie spełniał następujące warunki : - musi to być zasilacz stabilizowany, - powinien mieć trzy napięcia wyjściowe: - stałe +5 V przy prądzie obciążenia przynajmniej 1,5 A, - stałe +12 V przy prądzie obciążenia 1 A, - stałe -12 V przy prądzie obciążenia 1 A, - tętnienia nie powinny przekraczać 2% wartości napięcia wyjściowego, - powinien posiadać zabezpieczenie przeciwzwarciowe, Oczywiście są to przykładowe parametry. Jeśli projektowany zasilacz ma być fragmentem układu elektronicznego to jego parametry będą zależały od wymagań stawianych przez ten układ. Na przykład dla układów wzmacniaczy mocy nie projektuje się zasilaczy stabilizowanych. Na rys. 24. przedstawiony jest schemat blokowy zasilacza. Rys. 24. Schemat blokowy przykładowego zasilacza Zasadę rysowania schematów blokowych dobrze jest stosować zawsze przy projektowaniu układów elektronicznych. Schemat blokowy podzieli cały układ na bloki funkcjonalne co ułatwia i przyspiesza projektowanie. Najtrudniejszym zadaniem jest właściwy dobór transformatora, gdyż musi on uwzględniać wiele czynników mających wpływ na pracę zasilacza takich, jak: - dopuszczalny zakres zmian napięcia sieciowego czyli 230V ±10%, - spadek napięcia na prostowniku, - spadek napięcia na stabilizatorze, - minimalna wartość napięcia potrzebnego do poprawnej pracy układu stabilizatora, - straty napięcia wyjściowego wynikające z rezystancji wewnętrznej uzwojeń transformatora, - moc wyjściowa zasilacza i straty mocy na poszczególnych elementach zasilacza. Przy projektowaniu zasilaczy dużą rolę odgrywa rezystancja wewnętrzna RW uzwojeń transformatora. Jest to bardzo ważny parametr, jednak często zapomina się o nim. Często słyszy się określenie, że transformator jest bardziej lub mniej „miękki”, czyli że napięcie wyjściowe
  • 36. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 35 zmniejsza się przy zwiększaniu obciążenia. Za taki efekt odpowiedzialna jest właśnie rezystancja uzwojeń. Rezystancję wewnętrzną można obliczyć na podstawie podawanych przez producenta transformatorów wartości znamionowych napięć i prądów (Unsk, Insk - są to wartości skuteczne) oraz współczynnika su . Nie zawsze jest on podawany, ale można go wyliczyć znając napięcie biegu jałowego U0sk (jeśli nie jest podane można je zmierzyć). nsk sk0 U U U s = Korzystając z tego wzoru można wyliczyć rezystancję wewnętrzną RW transformatora: ][ I UU R nsk nsksk0 W Ω − = Rezystancja wewnętrzna transformatora ma wpływ na: - spadek napięcia wyjściowego transformatora pod obciążeniem, - prąd szczytowy przewodzenia diody w układzie zasilacza, a co za tym idzie również na spadek napięcia na diodzie. Podsumowując, nie da się określić wprost, jakie będzie naprawdę napięcie wyjściowe z prostownika. Będzie ono na pewno niższe niż wynikałoby to z prostego przemnożenia katalogowej wartości napięcia nominalnego Unsk pomnożonego przez 2 . Dlatego należy dobierać transformator o mocy większej niż wynikałoby z porównania mocy wyjściowej, jaką potrzebujemy z katalogową wartością mocy transformatora. Należy się zastanowić ile uzwojeń wtórnych powinien mieć transformator, który będziemy chcieli zastosować. Dla zasilacza, którego parametry i zastosowanie określono wcześniej dobrze jest zastosować transformator o trzech uzwojeniach wtórnych. Dwa uzwojenia będą o takiej samej wartości napięcia oraz obciążalności i będą służyły do uzyskania napięć zasilacza ±12V, trzecie uzwojenie będzie służyło dla uzyskania napięcia +5V. Wybór takiego transformatora pozwoli na zmniejszenie jego mocy (niższe napięcie jednego z uzwojeń) oraz na separację poszczególnych obwodów zasilania od siebie. Pociąga to oczywiście za sobą konieczność użycia trzech układów prostowniczych. W przypadku, gdy masa układu zasilanego z naszego zasilacza będzie wspólna, wystarczy przewidzieć w konstrukcji obudowy zasilacza zewnętrzne zwory umożliwiające połączenie mas poszczególnych napięć zasilacza. Do realizacji napięć ±12V można by użyć jednego prostownika stosując układ z dzielonym uzwojeniem wtórnym, ale wówczas pozbawimy się możliwości separacji tych obwodów zasilania. Ostateczny wybór i tak będzie zależny od możliwości zakupu właściwego transformatora. Układ prostownika jednopołówkowego może być stosowany tylko tam gdzie są małe obciążenia i gdzie nie zależy nam na małych tętnieniach napięcia wyjściowego. Jeżeli mamy wyższe wymagania należy zastosować prostownik dwupołówkowy. Wydawałoby się, że układ z dzielonym uzwojeniem jest lepszy od układu mostkowego, gdyż potrzebne są tylko dwie diody i są mniejsze straty napięcia wyjściowego, ale jak łatwo zauważyć zamiast jednego uzwojenia wtórnego potrzebne są dwa uzwojenia o tych samych napięciach wyjściowych. Wprawdzie uzwojenia te mogą być o mocy dwa razy mniejszej niż dla układu mostkowego, lecz będzie to okupione dwukrotnym zwiększeniem rezystancji wewnętrznej transformatora, a co za tym idzie większymi stratami napięcia na transformatorze. Przy małych napięciach wyjściowych, dla których spadki napięcia na diodzie są znacznymi, lepiej jest stosować układ z dzielonym uzwojeniem wtórnym, natomiast dla dużych napięć wyjściowych korzystniejszy jest układ mostkowy. Jeżeli nie zależy nam na izolowanych od siebie masach napięć dodatniego i ujemnego w zasilaczu, to korzystnym jest rozwiązanie z prostownikiem z dzielonym uzwojeniem (dwa symetryczne napięcia wyjściowe). Natomiast niewątpliwą korzyścią w układzie mostkowym jest to, że można uzyskać dwa razy większy prąd stosując ten sam typ diod co w układzie
  • 37. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 36 jednopołówkowym. Na przykład dla diod z serii 1N4001 ... 1N4007 prąd przewodzenia wynosi 1A - w układzie mostkowym można uzyskać 2A. Jest to spowodowane tym, że średni prąd przewodzenia każdej gałęzi mostka jest równy połowie prądu wyjściowego. Moc strat dla pojedynczej diody będzie w związku z tym o połowę mniejsza niż dla diody w układzie jednopołówkowym. Następną korzyścią jest to, że napięcie wsteczne jest dwa razy mniejsze niż w układzie prostownika jednopołówkowego. Na koniec jeszcze jedna zaleta układu mostkowego - napięcie tętnień Utpp jest w przybliżeniu dwukrotnie mniejsze niż w układzie jednopołówkowym. Podsumowując bardziej korzystnym i najczęściej stosowanym jest układ prostownika mostkowego. Również w naszym przykładzie zasilacza zastosujemy prostowniki mostkowe budując je np. z diod 1N4001 (lub podobnych) ewentualnie można zastosować gotowe mostki. Szczegółowe wyliczenia będą oczywiście możliwe dopiero po określeniu jakie napięcie wyjściowe jest potrzebne i jakie napięcie minimalne na wyjściu prostownika jest dopuszczalne. Jest to uzależnione od zastosowanego układu stabilizatora (musimy wiedzieć jaka jest dopuszczalna różnica napięć pomiędzy wyjściem, a wejściem stabilizatora). Zastosujemy układy stabilizatorów scalonych 7805, 7812 i 7912. Kondensator, który należy umieścić na wyjściu układu prostownika odgrywa bardzo ważną rolę, gdyż od niego zależy wielkość tętnień napięcia wyjściowego. Im większa pojemność kondensatora tym tętnienia mniejsze. Można również zauważyć, że im większy prąd wyjściowy tym większy kondensator należałoby zastosować. Korzystając ze wzoru na napięcie tętnień prostownika dwupołówkowego Utpp można otrzymać zależność na wartość pojemności kondensatora filtrującego przy zakładanych wartościach tętnień i prądu wyjściowego. ]F[ fU2 I C tpp WY = gdzie f=50Hz jest częstotliwością napięcia sieciowego 230V. Zakładając napięcie tętnień 0,5V przy prądzie 1,5A obliczona wartość pojemności kondensatora filtrującego wyniesie C=30000µF, co jest wartością bardzo dużą. W praktyce stosuje się o wiele mniejsze pojemności, godząc się z większymi tętnieniami. Dopuszczalną wartość tętnień wyznaczy nam znamionowa wartość napięcia wyjściowego transformatora (jakim będziemy dysponować), spadek napięcia na diodach prostownika oraz wymagana różnica napięć pomiędzy wyjściem i wejściem stabilizatora a także oczywiście napięcie wyjściowe stabilizatora. Układy stabilizacji napięć i dobór zabezpieczeń zasilaczy zostały dokładnie omówione w rozdziale poprzednim. Wykrywanie uszkodzeń Przed przystąpieniem do lokalizacji uszkodzenia zasilacza należy odpowiedzieć sobie na kilka pytań: − czy urządzenie w ogóle działało poprawnie, − jakie symptomy wskazują na to, że nie działa poprawnie, − kiedy zaczął błędnie działać lub przestał działać, − jakie symptomy wystąpiły tuż przed, w trakcie i tuż po awarii. Odpowiedzi na te pytania pozwolą zaplanować pomiary w taki sposób, aby były one jak bardziej efektywne. Aby dobrze zaplanować działania, trzeba zdawać sobie sprawę z zasady działania badanego urządzenia, znać spodziewane wartości napięć w charakterystycznych punktach urządzenia oraz kształt przebiegów zmiennych w takich punktach.
  • 38. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 37 4.4.2 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czy potrafisz określić jak zachowa się układ z zabezpieczeniem nadprądowym po przekroczeniu maksymalnej wartości prądu obciążenia? 2. Czy potrafisz podać przykład zabezpieczenia nadnapięciowego? 3. Czy potrafisz zaprojektować układ prostego zasilacza stabilizowanego? 4. Czy potrafisz wyjaśnić jakie funkcje spełniają poszczególne elementy prostego zasilacza stabilizowanego? 5. Czy potrafisz określić na podstawie pomiarów, który z elementów zasilacza może być uszkodzony? 4.4.3 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zbadaj wpływ zabezpieczeń nadprądowych i nadnapięciowych na pracę zasilacza. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) mając do dyspozycji makietę z układami zasilaczy elektronicznych, zaproponować i narysować schematy pomiarowe do wyznaczenia charakterystyk zasilacza, zaproponować tabele, w których podczas pomiarów będą zapisywane wyniki. 2) wyznaczyć charakterystykę obciążeniową (zależność napięcia wyjściowego od prądu obciążenia) zasilacza wyposażonego w zabezpieczenia nadprądowe i nadnapięciowe w symulowanych warunkach obciążenia 3) sprawdzić, jak wpływa zmiana napięcia wejściowego na pracę tego zasilacza (wyznaczyć charakterystykę UWY=f (UWE)), 4) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 6) przeprowadzić niezbędne pomiary i wykreślić charakterystyki, 7) na podstawie uzyskanych wyników pomiarów sformułować wnioski dotyczące wpływu zabezpieczeń nadprądowych i nadnapięciowych na pracę zasilacza, 8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 9) na przeprowadzenie ćwiczenia masz 45 min. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, − makiety z zasilaczami wyposażonymi w zabezpieczenia nadprądowe i nadnapięciowe, − przewody łączeniowe, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze). Ćwiczenie 2 Zaprojektuj układ zasilacza spełniający następujące założenia: − musi to być zasilacz stabilizowany, − powinien mieć dwa napięcia wyjściowe:
  • 39. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 38 - stałe +5 V przy prądzie obciążenia przynajmniej 1A, - stałe +12V przy prądzie obciążenia przynajmniej 1A, - tętnienia nie powinny przekraczać 2% wartości napięcia wyjściowego, - powinien posiadać zabezpieczenie nadprądowe. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przypomnieć sobie z jakich elementów jest zbudowany zasilacz oraz jak zależą jego parametry od parametrów poszczególnych bloków, 2) narysować schemat blokowy projektowanego zasilacza, 3) przeprowadzić konieczne obliczenia, zapisać wzory, z których korzystasz, 4) w katalogach elementów i układów elektronicznych wyszukać odpowiednie elementy dyskretne, narysować schemat ideowy projektowanego zasilacza, możesz korzystać z zasobów Internetu, 5) zaprezentować rozwiązanie koledze uzasadniając wybór elementów, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 7) na wykonanie ćwiczenia masz 30 minut. Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, − katalogi elementów i układów elektronicznych (w postaci drukowanej lub na płytach CD), − stanowiska komputerowe z dostępem do Internetu oraz oprogramowaniem do projektowania schematów ideowych. Ćwiczenie 3 Zmontuj i uruchom zasilacz na podstawie otrzymanego schematu ideowego. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) przygotować schemat ideowy i montażowy, na podstawie których będziesz montował układ zasilacza, 2) skompletować wszystkie elementy konieczne do zmontowania układu zasilacza, 3) pracując na stanowisku do montowania układów elektronicznych zmontować układ zasilacza, 4) skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów sprawdzających działanie zmontowanego zasilacza, 5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 6) sprawdzić, czy zmontowany przez Ciebie zasilacz pracuje poprawnie oraz czy spełnia założenia, 7) przeprowadzić niezbędne pomiary i testy w symulowanych warunkach obciążenia, 8) na podstawie uzyskanych wyników pomiarów sformułować wnioski dotyczące działania układu, 9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 10) na wykonanie ćwiczenia masz 60 minut. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ zasilacza musi sprawdzić nauczyciel.
  • 40. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 39 Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, schemat ideowy zasilacza, − stanowisko do montowania układów elektronicznych wyposażone we wszystkie niezbędne elementy elektroniczne, − przewody łączeniowe, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze). Ćwiczenie 4 W podanym układzie zasilacza zlokalizuj usterkę. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) podczas ćwiczenia wykorzystywać makiety z układami zasilaczy elektronicznych umożliwiające symulację uszkodzeń zasilaczy, 2) zapoznać się ze schematem ideowym badanego zasilacza, 3) zaplanować pracę tak, aby szybko i skutecznie znaleźć usterkę, 4) zaproponować schematy pomiarowe oraz skompletować aparaturę potrzebną do przeprowadzenia niezbędnych pomiarów, 5) przy doborze mierników zwracać uwagę na zakresy pomiarowe, 6) po zlokalizowaniu uszkodzenia nauczyciel poprosi Cię o zaproponowanie sposobu usunięcia usterki, 7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia, 8) na wykonanie ćwiczenia masz 45 minut. Uwaga: Zanim zostanie przyłączone napięcie, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel. Wyposażenie stanowiska pracy: − biały papier formatu A3 dla każdego zespołu, schemat ideowy badanego zasilacza, − makieta z układami zasilaczy umożliwiająca symulowanie uszkodzeń zasilaczy, − przewody łączeniowe, − przyrządy pomiarowe (oscyloskop z sondami pomiarowymi, amperomierze, woltomierze). 4.4.4 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) podać przykład zabezpieczenia nadprądowego? 2) określić, jak zachowa się układ z zabezpieczeniem nadprądowym po przekroczeniu maksymalnej wartości prądu obciążenia? 3) podać przykład zabezpieczenia nadnapięciowego? 4) zaprojektować układ prostego zasilacza stabilizowanego? 5) wyjaśnić, jakie funkcje spełniają poszczególne elementy prostego zasilacza stabilizowanego? 6) powiązać parametry zasilacza z elementami, które mają wpływ na wartość tych parametrów 7) określić na podstawie pomiarów, który z elementów zasilacza może być uszkodzony? 8) dobierać zasilacze do konkretnych zastosowań, wymagań?
  • 41. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 40 5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 4. Test zawiera 20 zadań dotyczących zasilaczy. Zadania: 1, 2, 5, 6, 12, 19, 20 są to zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa. Zadania: 3, 11, 13 i 14 to pytania z luką, którą należy uzupełnić. W zadaniu: 7, 16, 17, 18 należy udzielić krótkiej odpowiedzi, odpowiedzią na zadanie 10 będą obliczone wartości parametrów. Zadania 4, 8, 9 i 15 to zadania rysunkowe. Za każdą prawidłową odpowiedź otrzymasz 1 punkt. Szczegółowa punktacja poszczególnych zadań została przedstawiona na karcie odpowiedzi. Zadania z poziomu ponadpodstawowego oznaczono gwiazdką. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi: − w pytaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie wskazać odpowiedź prawidłową), − w zadaniach z krótką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole, − w zadaniach do uzupełnienia wpisz brakujące wyrazy, − w zadaniach rysunkowych narysuj rysunek w wyznaczonym polu. 6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, odłóż jego rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 8. Przed wykonaniem każdego zadania przeczytaj bardzo uważnie polecenie. 9. Na rozwiązanie testu masz 90 min. Powodzenia!!! ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH Rysunek do zadania 1 i 2 – Schemat blokowy zasilacza o działaniu ciągłym 1. Na rysunku przedstawiono podstawowy schemat blokowy zasilacza o działaniu ciągłym. Przyporządkuj nazwy odpowiednim numerom bloków. a) 1 – układ prostowniczy, 2 – transformator, 3 – stabilizator, 4 – filtr, b) 1 – transformator, 2 – układ prostowniczy, 3 – filtr, 4 – stabilizator, c) 1 – filtr, 2 – układ prostowniczy, 3 – stabilizator, 4 – transformator, d) 1 – transformator, 2 – filtr, 3 – stabilizator, 4 – układ prostowniczy. 2. Filtr na rysunku spełnia m. in. następującą funkcję: a) tłumi składową stałą napięcia wejściowego, b)dopasowuje odpowiednio napięcia zasilające i izoluje galwanicznie, c) tłumi składową zmienną napięcia wyprostowanego, d)zabezpiecza przed przepięciami i przeciążeniami. 3. Porównaj zasilacze impulsowe z zasilaczami o działaniu ciągłym uzupełniając tabelę jednym z dwóch proponowanych wyrazów: Parametr Zasilacze impulsowe Zasilacze o działaniu ciągłym Sprawność mniejsza / większa mniejsza / większa Tętnienia mniejsze / większe mniejsze / większe Stabilizacja napięcia lepsza / gorsza lepsza / gorsza
  • 42. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 41 4. Narysuj schemat pomiarowy do pomiaru impedancji wyjściowej zasilacza. 5*. Zasilacze UPS typu line – interactive są często wyposażone w układ AVR, który: a) zapewnia automatyczną regulację napięcia, b)umożliwia uruchomienie zasilacza w przypadku braku napięcia sieci zasilającej, c) umożliwia monitorowanie pracy UPS przez komputer, d)umożliwia ciągły pomiar mocy pobieranej przez zabezpieczane urządzenia. 6*. Filtry wygładzające zawierające tylko cewkę, stosuje się wyjątkowo rzadko, ze względu na to, że skuteczność takiego filtru (czyli zmniejszenie tętnień): a) jest tym większa im większa rezystancja obciążenia, b) jest tym większa im mniejsza jest rezystancja obciążenia, c) tym większa im mniejsza jest moc pobierana przez obciążenie, d) nie zależy od obciążenia układu prostowniczego. Rysunek do zadań 7 – 10 Oscylogramy otrzymane podczas pomiarów w pewnym układzie prostowniczym 7. Zidentyfikuj, w jakim układzie prostowniczym wykonano pomiary, których wyniki przedstawiono na rysunku, podając jego nazwę. 8. Narysuj układ prostownika, w którym wykonano pomiary z przedstawione na rysunku. 9. Narysuj kształt przebiegów napięcia w układzie prostownika z dzielonym uzwojeniem wtórnym z filtrem pojemnościowym (napięcia wejściowego, napięcia na elemencie prostowniczym, napięcia na wyjściu układu). 10. Na podstawie oscylogramów oszacuj wartości następujących parametrów : a)wartość średnia napięcia wyprostowanego, b)sprawność napięciowa, c)współczynnik tętnień. 11. Działanie stabilizatora kompensacyjnego polega na tym, że .............................(a) napięcia stabilizowanego wyjściowego i ......................(b) wysterowuje element regulacyjny w taki sposób, by zmiana spadku napięcia na tym elemencie przeciwdziałała zmianom napięcia ..................... (c).