Внешняя характеристика вторичного источника электропитания

Для пользователя ВИЗ важной является зависимость напряжения на нагрузке. Большинство электронных устройств, как отмечалось ранее, требуют постоянства напряжения при изменении сопротивления (тока) нагрузки. В ряде случаев обеспечить это качество можно только стабилизатором. Для правильного выбора стабилизатора необходимо знать, в каких пределах возможно изменение напряжения выпрямителя с фильтром или без него.

Общее свойство для всех рассмотренных выпрямителей — уменьшение постоянного напряжения при уменьшении сопротивления (увеличении тока) нагрузки. Однако эти изменения могут быть существенно разными в разных ВИЗ.

Внешняя характеристика ВИЗ как источника постоянного напряжения — зависимость выходного напряжения от тока (точнее, средних значений, постоянных составляющих). Для получения этой зависимости к ВИЗ.

подключают реостат нагрузки и изменяют его сопротивление. Каждый ВИЭ имеет по его техническому паспорту номинальные напряжение t/_HOM и номинальный ток /_ном нагрузки. Сопротивление реостата К_р должно быть в опыте больше /?_1|0М = t/_|10M//_H0M. Для измерения тока и напряжения используют измерительные приборы постоянного тока (DC-приборы средних значений).

На рис. 1.3.12 приведены для сравнения внешние характеристики четырех вариантов ВИЭ.

Рис. 1.3.12. Экспериментальные внешние характеристики выпрямителей.

при Е_т = 125 В:

Vnl — для ОПВ без фильтра; Vn2 — для ОПВ с С-фильтром, С = 4 мкФ;

Vn3 — для ДПВ без фильтра; Vn4 — для ДПВ с С-фильтром, С = 2 мкФ Из приведенных зависимостей можно сделать следующие важные выводы.

1. Выпрямители без фильтров обладают практически неизменным выходным напряжением. Более точные измерения показывают, что ВАХ для них имеют линейный характер:

где ?/" _хх = Е_ж — напряжение холостого хода (при токе /, —> 0); R_IK — эквивалентное внутреннее сопротивление ВИЭ, которое определяется по двум экспериментальным точкам:

Параметр Я_ж отражает падение напряжения на диодах в прямом направлении и на вторичной обмотке трансформатора. R_3K для ДПВ оказывается больше, чем для ОПВ, практически вдвое. Это объясняется включением последовательно с нагрузкой двух диодов. Поэтому наклон ВАХ для ДПВ вдвое больше.

ВИЭ без фильтров используются в тех случаях, когда допускаются большие пульсации (например, в зарядных устройствах для аккумуляторов, в качестве источников питания для двигателей постоянного тока).

Стабилизатор напряжения в таких ВИЭ может не потребоваться.

• 2. Выпрямители с фильтром обладают малыми пульсациями, однако их внешние характеристики существенно нелинейные. Напряжение снижается из-за уменьшения постоянной времени разряда. Поэтому они применяются без стабилизатора в случае неизменного сопротивления (тока) нагрузки или в противном случае — со стабилизатором.
• 3. При большом токе разница между ВИЭ с фильтром и без фильтров исчезает. Внешние характеристики асимптотически сближаются.

Пример 1.3.4.

Дана экспериментальная внешняя ВАХ ОПВ без фильтра (/"(/") (рис. 1.3.13). Определить параметры эквивалентной схемы замещения ОПВ как активного двухполюсника. Определить напряжение на резисторе нагрузки R_n = 100 Ом.

Рис. 1.3.13. К примеру 1.3.4:

а — ВАХ; б схема замещения, содержащая активный двухполюсник (Е_ж, R_JK) и резистор нагрузки R_H

Решение

Активный двухполюсник рассматривался в учебнике 111.

• 1. Из внешней ВАХ следует, что в режиме холостого хода (при 1_Н = 0) U_n = = 16 В. Поэтому Е_ж = 16 В.
• 2. Уравнение ВАХ линейное: (/"(/") = Е_ж — R J_H. Из графика при = 2Л U" = = 12 В. Отсюда 12 = 16 — 2R_K и R_K = (16 — 12)/2 = 2 Ом.
• 3. При подключении нагрузки R_n ток /" = ?_Э1С/(Д,_К + RJ = 16/(100 + 2) = 157 мА и напряжение (/" = RJ_n = 100 0,157 = 15,7 В.

Упражнение 1.3.9.

Определить приближенно коэффициент пульсации ДПВ с С. при токе /_н = = 75 мА, но внешней ВАХ на рис. 1.3.14. Амплитуда напряжения U._2m = 170 В.

Рис. 1.3.14. К упражнению 1.3.9.