Podstawowe zasilacze AC-DC

Przetwornica AC - DC OUT 24V 6A (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Podstawowe zasilacze AC-DC

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zanotuj wszystkie wartości składowe przed budową obwodu, wybierając wartości rezystorów wystarczająco wysokie, aby uszkodzić jakiekolwiek aktywne komponenty, które są mało prawdopodobne.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Kiedy uczniowie najpierw zapoznają się z urządzeniami półprzewodnikowymi i najprawdopodobniej ich uszkodzą poprzez niewłaściwe połączenia w swoich obwodach, polecam eksperymentować z dużymi komponentami o dużej mocy (diody prostownicze 1N4001, tranzystory mocy TO-220 lub TO-3) itp.), a zamiast tego korzysta się z zasilanych bateriami suchych ogniw. Zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia podzespołów.

Jak zwykle, unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystorów, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" licznika (na wyższym końcu) i uniknąć wypalenia tranzystora (na niskim końcu). Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Technik buduje prosty prostownik półfalowy dla projektu, ale jest zaskoczony, że dioda wciąż nie działa:

Jest to niespodzianką, ponieważ dioda ma powtarzalną szczytową wartość napięcia wstecznego wynoszącą 50 woltów, która, jak zapewnia technik, jest większa niż szczytowe napięcie wyjściowe transformatora obniżającego napięcie. Jednak technik przeoczył coś bardzo ważnego w tym projekcie obwodu. Wyjaśnij, na czym polega problem i jak go rozwiązać.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie szczytowe napięcia odwrotnego diody ("PIV") jest niewystarczające. Musi wynosić około 85 woltów lub więcej, aby sprostać wymaganiom tego obwodu.

Pytanie uzupełniające: zasugeruj numer części dla diody, która może wytrzymać napięcie wsteczne generowane przez ten obwód i może obsługiwać co najmniej 1 amper prądu ciągłego.

Uwagi:

Jeśli uczniowie mają trudności z obliczeniem wymaganej wartości PIV dla diody tego obwodu, poproś ich, aby przeanalizowali szczytową moc wyjściową uzwojenia wtórnego transformatora dla każdego półokresu przebiegu prądu przemiennego, odnotowując spadek napięcia na wszystkich komponentach obwodu. Po przeprowadzeniu analizy pełnego cyklu dla wszystkich elementów obwodu, niezbędna ocena diody powinna stać się oczywista.

Choć może to nie być oczywiste w pierwszym czytaniu, to pytanie może faktycznie służyć jako wstęp do omawiania obwodów powielacza napięcia. Fakt, że dioda doświadcza napięcia wstecznego dwukrotnie wyższego od szczytowego napięcia prądu zmiennego, jest czymś, co możemy wykorzystać!

Innym czynnikiem wpływającym na niezawodność, którego większość studentów nie rozpoznaje w tym obwodzie, jest prąd rozruchowy występujący przy diodzie za każdym razem, gdy obwód jest zasilany, a kondensator doładowuje się. Oczywiście, dioda nie została odpowiednio oceniona pod kątem napięcia wstecznego, które było poddawane, ale to nie może być jedyna forma nadużycia! Jeśli czas na to pozwala, przedyskutuj tę możliwość.

pytanie 3

Diody i kondensatory mogą być połączone, tworząc rodzaj obwodu, który zwiększa napięcie w procesie prostowania. Ten rodzaj obwodu jest ogólnie znany jako mnożnik napięcia . Pokazano tutaj kilka różnych obwodów powielacza napięcia:

Określ stopień mnożenia napięcia (podwójny, potrójny itd.) Dostarczony przez każdy obwód.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Zapytaj uczniów, w jaki sposób przeanalizowali oni każdy z obwodów powielacza napięcia i wyjaśnij technikę pozostałym uczestnikom zajęć podczas dyskusji.

Pytanie 4

Załóżmy, że technik mierzy napięcie wyjściowe przez obwód zasilania prądem przemiennym:

Kształt fali pokazany przez oscyloskop jest w większości DC, z niewielkim napięciem przemiennym AC występującym jako wzór falowy na czymś, co w przeciwnym razie byłoby prostą, poziomą linią. Jest to normalne zjawisko dla wyjścia zasilania AC-DC.

Załóżmy, że chcemy bliżej przyjrzeć się temu "marszczyć" napięcia. Chcemy, aby fale były wyraźniejsze na ekranie, abyśmy mogli lepiej rozróżnić ich kształt. Niestety, kiedy zmniejszamy liczbę woltów na podział na "pionowym" pokrętle, aby powiększyć pionowe wzmocnienie oscyloskopu, wzór całkowicie znika z ekranu!

Wyjaśnij, na czym polega problem i jak możemy go poprawić, aby móc powiększyć przebieg fali napięcia bez znikania z ekranu oscyloskopu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Problem polega na tym, że wejście osi pionowej jest sprzężone prądem stałym.

Pytanie uzupełniające: przewidzieć częstotliwość tętnienia napięcia w obwodzie zasilania.

Uwagi:

Jak zwykle, to, czego szukam w odpowiedzi tutaj, jest wyjaśnieniem tego, co się dzieje. Jeśli uczeń po prostu ci powie: "wejście pionowe jest sprzężone prądem stałym", naciśnij je, aby uzyskać więcej szczegółów. Co to znaczy, że dane wejściowe mają być "sprzężone z prądem stałym" i dlaczego powoduje to zniknięcie linii z ekranu po zwiększeniu czułości pionowej "itemscordpanel panel-default" itemscope>

Pytanie 5

Obwody zasilania AC-DC są jedną z najbardziej powszechnych konfiguracji obwodów w systemach elektronicznych. Chociaż projekty mogą się różnić, zadanie przekształcenia zasilania AC na prąd stały ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania wielu urządzeń elektronicznych.

Dlaczego to? Co takiego jest w tego rodzaju obwodach, że jest tak niezbędną częścią wielu systemów elektronicznych?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Większość systemów dystrybucji energii elektrycznej to prąd zmienny, ale większość obwodów elektronicznych działa na mocy prądu stałego.

Uwagi:

Jednym z czynników niewymienionych w odpowiedzi jest napięcie operacyjne obwodu. W jaki sposób porównuje się napięcia robocze typowego systemu zasilania prądem zmiennym i typowego układu elektronicznego (radio, budzik, komputer)? Zapytaj uczniów, jaki cel ma zasilacz w odniesieniu do napięcia.

Zapytaj uczniów, czy słowo "podaż" jest naprawdę odpowiednie dla tego rodzaju obwodu. Czy naprawdę dostarcza energii, czy też po prostu przekształca energię z jednej formy w drugą?

Pytanie 6

Chociaż nie jest to popularny projekt, niektóre obwody zasilające są beztransformatorowe. Bezpośrednia rektyfikacja mocy linii AC jest realną opcją w niektórych aplikacjach:

Jednak ta forma konwersji prądu przemiennego na prąd stały ma pewne istotne ograniczenia. Wyjaśnij, dlaczego większość obwodów zasilających wykorzystuje transformator zamiast bezpośrednio korygować moc linii, jak robi to obwód.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Transformatory zapewniają przemianę napięcia / prądu, a także izolację elektryczną między obwodem linii prądu przemiennego a obwodem prądu stałego. Kwestia izolacji jest kwestią bezpieczeństwa, ponieważ żaden z przewodów wyjściowych w nieizolowanym (bezpośrednim) obwodzie prostownika nie ma takiego samego potencjału, jak którykolwiek z przewodów przewodowych.

Pytanie uzupełniające: wyjaśnij szczegółowo, w jaki sposób kwestia nieizolacji może stworzyć zagrożenie bezpieczeństwa, jeśli obwód prostownika byłby zasilany przez uziemiony obwód prądu przemiennego.

Uwagi:

Wiele starych telewizorów wykorzystywało takie beztransformatorowe obwody prostownicze, aby zaoszczędzić pieniądze, ale oznaczało to, że obudowa obwodu metalowego wewnątrz plastikowej osłony była zasilana energią, a nie znajdowała się na potencjale ziemi! Bardzo niebezpieczne dla techników do pracy.

Pytanie 7

Istotną częścią obwodu zasilania AC-DC jest filtr, który służy do oddzielania resztkowego napięcia przemiennego (zwanego "tętnieniem" napięcia) od napięcia stałego przed wyjściem. Oto dwa proste obwody zasilające AC-DC, jeden bez filtra i jeden z:

Narysuj odpowiednie przebiegi napięcia wyjściowego tych dwóch obwodów zasilania ( filtr V niefiltrowany względem V). Zidentyfikuj również typ obwodu filtru potrzebnego do wykonania zadania (dolnoprzepustowy, górnoprzepustowy, pasmowy lub ograniczający pasmo) i wyjaśnij, dlaczego ten typ układu filtrującego jest potrzebny.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Filtr dolnoprzepustowy jest wymagany do filtrowania "napięcia tętnienia" z wyjścia zasilającego.

Uwagi:

Wiele lat temu, gdy pierwszy raz uczyłem się o zasilaczach, próbowałem zasilać radio samochodowe napięciem z ładowarki. Ładowarka do baterii była prostym zasilaczem odpowiednim do ładowania 12-woltowych akumulatorów samochodowych, myślałem, więc jaka będzie krzywda w używaniu go do zasilania radia samochodowego "panel z panelem roboczym - domyślnie" panel przedmiotów ">

Pytanie 8

Obserwować następujące dwa przebiegi, przedstawione na wyświetlaczu oscyloskopu mierzącego napięcie wyjściowe filtrującego źródła zasilania:

Jeżeli oba te przebiegi były mierzone w tym samym obwodzie zasilania, w różnych momentach, należy określić, który kształt fali został zmierzony podczas okresu zwiększonego "obciążenia" ("cięższe" obciążenie zdefiniowano jako obciążenie pobierające większy prąd).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Krzywą po lewej stronie mierzono w okresie zwiększonego obciążenia.

Uwagi:

Zapytaj swoich uczniów, co oznacza termin "ładowanie" w tym kontekście. Niektóre z nich mogą nie rozumieć dokładnie tego słowa, dlatego dobrze jest je przejrzeć, aby się upewnić.

Co ważniejsze, porozmawiaj ze swoimi uczniami, dlaczego tętnienia są bardziej poważne w warunkach dużego obciążenia. Co dokładnie dzieje się w obwodzie, aby wytworzyć ten rodzaj kształtu fali "panel z panelem roboczym panel-domyślny" itemscope>

Pytanie 9

Co to znaczy, że zasilacz ma wyjście DC z 5% tętnieniem?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Oznacza to, że szczytowe napięcie tętnienia jest równe 5% napięcia stałego (średnie).

Uwagi:

Celem tego pytania jest zapoznanie studentów z wzorem do obliczania procentu napięcia tętnień. Zauważ, że nie poprosiłem ich tylko o regurgitację formuły; raczej przedstawiłem realistyczną postać do interpretacji. Kiedy to możliwe, spróbuj sformatować pytania w tym praktycznym kontekście!

Pytanie 10

Jakie parametry określają częstotliwość napięcia tętnienia zasilacza?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

W przypadku zasilaczy liniowych (te, które mają topologię typu transformator-prostownik-filtr), parametry określające częstotliwość tętnień to częstotliwość liniowa i impulsy prostujące.

Uwagi:

Zauważ, że nie powiedziałem po prostu, że częstotliwość tętnienia jest równa częstotliwości linii dla rektyfikacji półfalowej i podwojono częstotliwość linii dla pełnej fali. Taka odpowiedź jest myląca, ponieważ całkowicie ignoruje polifazowe prostowanie AC!

Pytanie 11

Załóżmy, że źródło zasilania jest zasilane prądem zmiennym o wartości 119 V RMS. Stopień redukcji transformatora wynosi 8: 1, wykorzystuje obwód prostownika pełnoprzepustowego z diodami krzemowymi, a filtr to tylko pojedynczy kondensator elektrolityczny. Oblicz nieobciążone napięcie wyjściowe DC dla tego źródła zasilania (zakładaj spadek o 0, 7 wolta na każdą diodę). Napisz również równanie rozwiązujące napięcie wyjściowe DC (V out ), biorąc pod uwagę wszystkie te parametry.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V out = 19, 6 woltów

V out =
V w


r


0, 707

- 2 V f

Gdzie,

V out = napięcie wyjściowe DC, w woltach

V in = Napięcie wejściowe AC, w woltach RMS

r = Stopień redukcji transformatora

V f = Spadek napięcia naprzód każdej diody, w woltach

Pytanie uzupełniające: Algebraicznie manipuluj tym równaniem, aby rozwiązać V dla.

Uwagi:

Ważne jest, aby uczniowie zrozumieli, skąd pochodzi to równanie. Poproś uczniów o wyjaśnienie, krok po kroku, procesu obliczania napięcia wyjściowego dla prostego obwodu zasilania. W tym procesie pomocne jest obliczenie napięcia na każdym "etapie" zasilania (pierwotny transformator, wtórnik transformatora itp.), Tak jakbyśmy budowali jeden obwód na raz.

Nawiasem mówiąc, metoda budowania projektu (takiego jak zasilacz) w sposób krok po kroku, a nie wszystkie naraz, oszczędza dużo czasu i wysiłku, gdy coś pójdzie nie tak. Ta sama strategia "krok po kroku" sprawdza się również w przypadku analiz matematycznych i innych zadań rozwiązywania problemów: spróbuj przeanalizować obwód jeden "blok" naraz zamiast całego przedmiotu naraz.

Pytanie 12

Co to znaczy, jeśli zasilacz ma 2% regulacji napięcia?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Oznacza to, że różnica między wyjściowym napięciem jałowym a pełnym napięciem wyjściowym wynosi 2% pełnego napięcia wyjściowego.

Uwagi:

Celem tego pytania jest zapoznanie studentów z wzorem do obliczania procentowej regulacji napięcia. Zauważ, że nie poprosiłem ich tylko o regurgitację formuły; raczej przedstawiłem realistyczną postać do interpretacji. Kiedy to możliwe, spróbuj sformatować pytania w tym praktycznym kontekście!

Pytanie 13

Jakie będą konsekwencje zerwania jednej diody w prostowniku jednofazowym?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie wyjściowe (niefiltrowane) będzie półfalowe, a nie pełne.

Uwagi:

Takie pytanie najlepiej omówić podczas przeglądania schematu prostownika mostkowego. Zalecam rzutowanie obrazu obwodu prostownika mostkowego na tablicy, a następnie użycie przez studentów znaczników suchościeralnych do "oznaczenia" schematu strzałkami wskazującymi na prąd, spadek napięcia itp. W ten sposób błędy mogą zostać naprawione lub alternatywnie cykle kasowane i ponownie rysowane, bez konieczności wymazywania i ponownego rysowania samego schematu.

Pytanie 14

Załóżmy, że podejrzewasz, że w tym obwodzie zasilania nie ma otwartej diody. Opisz, jak możesz wykryć jego obecność bez użycia oscyloskopu:

Nawiasem mówiąc, "niskonapięciowy zasilacz prądu przemiennego" to nic innego jak transformator obniżający napięcie z uzwojeniem wtórnym o centralnym gwintowaniu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Usuń wszystkie diody z obwodu i przetestuj je pojedynczo" nie jest akceptowalną odpowiedzią na to pytanie. Pomyśl o sposobie, w jaki można je sprawdzić podczas obwodu (najlepiej, bez wyłączania zasilania obwodu).

Uwagi:

Powszechną tendencją dla studentów jest rozwiązywanie problemów za pomocą "podejścia typu shotgun", polegającego na usuwaniu każdego komponentu jeden po drugim i testowaniu go. Jest to bardzo czasochłonna i nieskuteczna metoda rozwiązywania problemów. Zamiast tego uczniowie muszą opracować procedury diagnostyczne niewymagające usuwania komponentów z obwodu. Powinniśmy przynajmniej w jakiś sposób zawęzić zakres możliwości za pomocą testów obwodu przed usunięciem komponentów.

Pytanie 15

Student dowiaduje się, że po obwodzie prostownika często występuje obwód filtra dolnoprzepustowego w zasilaczu AC-DC, aby zmniejszyć "tętnienie" napięcia na wyjściu. Przeglądając swoje notatki z teorii AC, student przystępuje do zbudowania tego obwodu zasilania wraz z filtrem dolnoprzepustowym na wyjściu:

Chociaż ten projekt będzie działał, istnieją lepsze konfiguracje filtrów dla tej aplikacji. Opisz ograniczenia pokazanego obwodu i wyjaśnij, w jaki sposób niektóre z pozostałych filtrów wykonają lepszą pracę.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rezystor R dąży do ograniczenia prądu wyjściowego, powodując mniej niż optymalną regulację napięcia (napięcie wyjściowe "ugina się" pod obciążeniem). Lepsze konfiguracje filtrów obejmują wszystkie formy filtrów tętnień LC, w tym popularny filtr "pi" (π).

Pytanie uzupełniające: w niektórych aplikacjach - szczególnie tam, gdzie używane są bardzo duże kondensatory filtrujące - dobrze jest umieścić rezystor szeregowy przed kondensatorem. Taki rezystor ma zwykle niską wartość znamionową, aby nie powodować nadmiernego "zaniku napięcia wyjściowego" pod obciążeniem, ale jego rezystancja służy praktycznemu celowi. Wyjaśnij, jaki może być ten cel.

Uwagi:

Rzuć wyzwanie swoim uczniom na to pytanie: czy jest to odpowiedni rodzaj obwodu filtrującego (dolnoprzepustowy, górnoprzepustowy, pasmowoprzepustowy, zatrzymania pasmowego), którego należy używać, a mimo to "wszystko">

i = C dv


dt

Pytanie 16

Określ napięcia, które powinny pojawić się między wymienionymi punktami testowymi:

  1. V TP1-TP2 =
  2. V TP1-TP3 =
  3. V TP2-TP3 =
  4. V TP4-TP5 =
  5. V TP5-TP6 =
  6. V TP7-TP8 =
  7. V TP9-TP10 =

Załóżmy, że transformator mocy ma współczynnik obniżania 9, 5: 1.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

  1. V TP1-TP2 = 120 V AC
  2. V TP1-TP3 = 120 V AC
  3. V TP2-TP3 = 0 woltów
  4. V TP4-TP5 = 12, 63 V AC
  5. V TP5-TP6 = 12, 63 V AC
  6. V TP7-TP8 = 16, 47 V DC
  7. V TP9-TP10 = 16, 47 V DC

Uwagi:

Zanim zdoła się rozwiązać wadliwie działający obwód, trzeba wiedzieć, jakie napięcia i prądy powinny znajdować się w różnych częściach obwodu. To pytanie jest zatem wstępem do dalszych pytań dotyczących rozwiązywania problemów.

Pytanie 17

Technik rozwiązuje problem z obwodem zasilania bez napięcia wyjściowego DC. Napięcie wyjściowe powinno wynosić 15 woltów prądu stałego:

Technik rozpoczyna wykonywanie pomiarów napięcia między niektórymi punktami testowymi (TP) na płytce drukowanej. Poniżej znajduje się sekwencyjny zapis jego pomiarów:

  1. V TP9-TP10 = 0 V DC
  2. V TP8-TP7 = 0 V DC
  3. V TP8-TP5 = 0 V DC
  4. V TP6-TP7 = 0 V DC
  5. V TP4-TP5 = 0 V AC
  6. V TP1-TP3 = 0 V AC
  7. V TP1-TP2 = 116 V AC

Opierając się na tych pomiarach, podejrzewasz, że coś się nie udało w tym obwodzie zasilania "# 17"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Bezpiecznik jest otwarty.

Pytanie uzupełniające: jeśli chodzi o technikę rozwiązywania problemów, ten technik zdaje się uruchamiać z jednego końca obwodu i przesuwał się stopniowo w kierunku drugiego, sprawdzając napięcie w prawie każdym punkcie pośrednim. Czy potrafisz wymyślić skuteczniejszą strategię, niż zacząć od jednego końca i pracować powoli w kierunku drugiego?

Uwagi:

Scenariusze rozwiązywania problemów są zawsze dobre do stymulowania dyskusji w klasie. Pamiętaj, aby spędzić dużo czasu w klasie, aby uczniowie opracowali skuteczne i logiczne procedury diagnostyczne, ponieważ pomoże im to znacznie w ich karierze.

Pytanie 18

Technik rozwiązuje problem z obwodem zasilania bez napięcia wyjściowego DC. Napięcie wyjściowe powinno wynosić 15 woltów prądu stałego:

Technik rozpoczyna wykonywanie pomiarów napięcia między niektórymi punktami testowymi (TP) na płytce drukowanej. Poniżej znajduje się sekwencyjny zapis jej pomiarów:

  1. V TP1-TP2 = 118 V AC
  2. V TP3-TP2 = 0 V AC
  3. V TP1-TP3 = 118 V AC
  4. V TP4-TP5 = 0, 5 V AC
  5. V TP7-TP8 = 1, 1 V DC
  6. V TP9-TP10 = 1, 1 V DC

Opierając się na tych pomiarach, podejrzewasz, że coś się nie udało w tym obwodzie zasilania "# 18"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Transformator ma otwarte uzwojenie.

Pytanie kontrolne nr 1: jeśli chodzi o technikę rozwiązywania problemów, ten technik zdaje się uruchamiać z jednego końca obwodu i przesuwał się stopniowo w kierunku drugiego, sprawdzając napięcie w prawie każdym punkcie pośrednim. Czy potrafisz wymyślić skuteczniejszą strategię, niż zacząć od jednego końca i pracować powoli w kierunku drugiego?

Pytanie dotyczące wyzwania: na podstawie dokonanych pomiarów napięcia, które według ciebie jest bardziej prawdopodobne, uszkodzenie, otwarte uzwojenie pierwotne lub otwarte uzwojenie wtórne?

Pytanie kontrolne nr 2: w jaki sposób można przetestować dwa uzwojenia transformatora pod kątem możliwego uszkodzenia otwartego? Innymi słowy, czy istnieje inny rodzaj pomiaru, który mógłby zweryfikować naszą hipotezę o nieudanym uzwojeniu?

Uwagi:

Scenariusze rozwiązywania problemów są zawsze dobre do stymulowania dyskusji w klasie. Pamiętaj, aby spędzić dużo czasu w klasie, aby uczniowie opracowali skuteczne i logiczne procedury diagnostyczne, ponieważ pomoże im to znacznie w ich karierze.

Uczniowie mogą być zaskoczeni obecnością napięcia stałego między TP7 i TP8, a także między TP9 i TP10 (1, 1 woltów), biorąc pod uwagę, że na wejściu prostownika jest mniej niż napięcie AC. Jest to jednak powszechne zjawisko w przypadku kondensatorów elektrolitycznych, które "odzyskują" małe napięcie po rozładowaniu.

Pytanie 19

Technik rozwiązuje problem z obwodem zasilania bez napięcia wyjściowego DC. Napięcie wyjściowe powinno wynosić 15 woltów prądu stałego:

Technik rozpoczyna wykonywanie pomiarów napięcia między niektórymi punktami testowymi (TP) na płytce drukowanej. Poniżej znajduje się sekwencyjny zapis jego pomiarów:

  1. V TP9-TP10 = 0 V DC
  2. V TP1-TP2 = 117 V AC
  3. V TP1-TP3 = 117 V AC
  4. V TP5-TP6 = 0 V AC
  5. V TP7-TP8 = 0, 1 V DC
  6. V TP5-TP4 = 12 V AC
  7. V TP7-TP6 = 0 V DC

Opierając się na tych pomiarach, podejrzewasz, że coś się nie udało w tym obwodzie zasilania "# 19"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Występuje "otwarty" błąd między TP4 i TP6.

Pytanie uzupełniające: jeśli chodzi o technikę rozwiązywania problemów, ten technik zdaje się uruchamiać z jednego końca obwodu i przesuwał się stopniowo w kierunku drugiego, sprawdzając napięcie w prawie każdym punkcie pośrednim. Czy potrafisz wymyślić skuteczniejszą strategię, niż zacząć od jednego końca i pracować powoli w kierunku drugiego?

Uwagi:

Scenariusze rozwiązywania problemów są zawsze dobre do stymulowania dyskusji w klasie. Pamiętaj, aby spędzić dużo czasu w klasie, aby uczniowie opracowali skuteczne i logiczne procedury diagnostyczne, ponieważ pomoże im to znacznie w ich karierze.

Pytanie 20

Zasilacze AC-DC są przyczyną prądów harmonicznych w systemach prądu przemiennego, zwłaszcza dużych zasilaczy AC-DC stosowanych w obwodach sterowania silnika i innych urządzeniach sterujących o dużej mocy. W tym przykładzie pokazuję przebiegi napięcia wyjściowego i prądu wejściowego dla nieobciążonego zasilacza AC-DC z transformatorem obniżającym napięcie, prostownikiem pełnookresowym i obwodem filtra pojemnościowego (niefiltrowana fala napięcia DC jest przedstawiona linią przerywaną na przykład):

Jak widać, przebieg prądu wejściowego jest opóźniony względem kształtu fali o 90 o, ponieważ gdy zasilanie jest rozładowywane, jedynym prądem wejściowym jest prąd magnesujący uzwojenia pierwotnego transformatora.

Przy zwiększonym obciążeniu napięcie tętnienia wyjściowego staje się bardziej wyraźne. To również znacząco zmienia przebieg prądu wejściowego, czyniąc go niesinusoidalnym. Prześledzić kształt przebiegu prądu wejściowego, biorąc pod uwagę przebieg napięcia wyjściowego i przebieg prądu magnesowania (linia przerywana) pokazane tutaj:

Niefiltrowana fala wyjściowa DC jest nadal pokazana jako linia przerywana, w celach referencyjnych.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie dotyczące wyzwania: czy pokazany tu przebieg prądu wejściowego zawiera harmoniczne o parzystych numerach (np. 120 Hz, 240 Hz, 360 Hz) "uwagi ukryte"> Uwagi:

W filtrowanym zasilaniu prądem stałym prąd z prostownika jest pobierany tylko wtedy, gdy ładowany jest kondensator filtra. W związku z tym, jedyny czas, w którym prąd wejściowy przekracza prąd magnesujący, występuje wtedy, gdy napięcie kondensatora wymaga naładowania.

Należy zauważyć, że chociaż sinusoidalny przebieg prądu magnesującego jest 90o poza fazą fali napięcia, to przebiegi prądu wejściowego są dokładnie w fazie z bieżącymi przebiegami przejściowymi uzwojenia wtórnego transformatora. Dokonano przeglądu ważnej zasady transformatorów: to, że każdy prąd pierwotny jest wynikiem obciążenia uzwojenia wtórnego, jest w fazie z tym prądem obciążenia wtórnego. Pod tym względem transformator nie działa jako urządzenie reaktywne, lecz jako bezpośrednie urządzenie do sprzęgania mocy.

Należy również zauważyć, że po początkowym przepływie (rosnącym zboczu impulsu) prądu, przebieg prądu wejściowego podąża za inną krzywą od kształtu fali napięcia, ponieważ i = C (dv / dt) dla kondensatora.

Na razie nie zgadłeś, w tym obwodzie jest dużo rzeczy! Uznałbym, że to pytanie jest "zaawansowane" dla większości kursów wprowadzających i może zostać pominięte według własnego uznania.

Pytanie 21

Zasilacze są czasami wyposażone w filtry EMI / RFI na swoich wejściach, aby zapobiec uzyskaniu napięcia "szumowego" wysokiej częstotliwości, wytworzonego w obwodzie zasilania, do źródła zasilania, gdzie mogłoby to zakłócać działanie innego zasilanego sprzętu. Jest to szczególnie przydatne w przypadku "przełączania" obwodów zasilających, w których tranzystory są używane do bardzo szybkiego włączenia i wyłączenia zasilania w procesie transformacji i regulacji napięcia:

Określ, jaki rodzaj tego filtra jest (LP, HP, BP lub BS), a także określ reaktacje indukcyjne i pojemnościowe jego komponentów przy 60 Hz, jeśli cewki indukcyjne mają 100 μH każdy, a kondensatory 0, 022 μF każdy.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

X L = 0, 0377 Ω (każdy)

X C = 120, 6 kΩ (każdy)

Uwagi:

Zapytaj uczniów, jak ustalili tożsamość tego filtra. Czy są to ściśle zapamiętujące konfiguracje filtrów, czy też mają technikę określania, jaki typ obwodu filtru opiera się na podstawowych zasadach elektrycznych (reaktancja komponentów na różne częstotliwości) "panel panelu roboczego - domyślnie" itemscope>

Pytanie 22

Uzupełnij ten schemat, przekształcając go w split (lub podwójne zasilanie z trzema wyjściami: + V, Ground i -V:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Przykłady "podzielonych" lub "podwójnych" schematów zasilania są bogate w podręczniki. Pozwolę ci przeprowadzić tutaj badania i przedstawić odpowiedzi (odpowiedzi) podczas dyskusji w klasie!

Uwagi:

Uczniowie nie muszą podawać szczegółów dotyczących regulacji napięcia, ale jedynie pokazują, w jaki sposób prąd przemienny z uzwojenia transformatora o centralnym gwintowaniu może zostać naprawiony na dwa różne wyjścia prądu stałego ze wspólnym "uziemieniem" połączenia.

Pytanie 23

Przewidzieć, w jaki sposób wszystkie napięcia i prądy składowe w tym obwodzie będą miały wpływ na następujące błędy. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Dowolna dioda nie działa poprawnie:
Uzwojenie wtórne transformatora nie działa:
Dławik L 1 nie działa otwarty:
Kondensator C 1 nie jest zwarty:

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dowolna dioda nie działa poprawnie: prostownik półfalowy zamiast pełnookresowej, mniejsze napięcie prądu stałego przez obciążenie, więcej napięcia tętniczego (prądu zmiennego) na obciążenie .
Uzwojenie wtórne transformatora nie działa: brak napięcia lub prądu po stronie wtórnej obwodu po rozładowaniu C 1 przez obciążenie, niewielki prąd przez uzwojenie pierwotne .
Dławik L 1 nie działa otwarty: brak napięcia na obciążeniu, brak prądu przez obciążenie, brak prądu przez resztę elementów wtórnych, mały prąd przez uzwojenie pierwotne .
Kondensator C 1 nie jest zwarty: zwiększony prąd przez oba uzwojenia transformatora, zwiększony prąd przez diody, zwiększony prąd przez cewkę indukcyjną, małe napięcie poprzeczne lub prąd przez obciążenie, kondensator i wszystkie diody prawdopodobnie się nagrzewają .

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 24

Załóżmy, że ten obwód zasilania działa dobrze przez kilka lat, a następnie pewnego dnia nie udało się wyprowadzić żadnego napięcia stałego w ogóle:

Po otwarciu obudowy tego zasilacza natychmiast zauważysz silny zapach spalonych elementów. Na podstawie tych informacji określ prawdopodobne usterki komponentów i wyjaśnij swoje uzasadnienie.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zwarty kondensator, otwarte uzwojenie transformatora (w wyniku przeciążenia), zwarta dioda (i) powodujące przepalony bezpiecznik.

Uwagi:

Scenariusze rozwiązywania problemów są zawsze dobre do stymulowania dyskusji w klasie. Pamiętaj, aby spędzić dużo czasu w klasie, aby uczniowie opracowali skuteczne i logiczne procedury diagnostyczne, ponieważ pomoże im to znacznie w ich karierze.

Przypomnij uczniom, że odczyty przyrządów pomiarowych nie są jedynym możliwym źródłem danych diagnostycznych! Spalone elementy elektroniczne zwykle wytwarzają silny i łatwo rozpoznawalny zapach, zawsze wskazujący na przegrzanie. Ważne jest, aby pamiętać, że często spalony komponent nie jest oryginalnym źródłem kłopotów, ale może być ofiarą innego uszkodzenia części.

Pytanie 25

Częstotliwość tętnień prostownika półfalowego zasilanego 60 Hz AC mierzona jest na 60 Hz. Częstotliwość tętnień w obwodzie prostownika pełno falowego zasilanego przez to samo napięcie liniowe prądu przemiennego 60 Hz mierzy się na 120 Hz. Wyjaśnij, dlaczego częstotliwość tętnienia prostownika pełnookresowego jest dwa razy większa niż prostownika półfalowego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Występuje podwójna liczba impulsów w wyjściu prostownika pełnej fali, co oznacza, że ​​kształt fali powtarza się dwa razy częściej.

Uwagi:

Słyszałem, że studenci wymyślają bardzo interesujące (i błędne) wyjaśnienia, dlaczego te dwie częstotliwości różnią się. Jednym z powszechnych nieporozumień jest to, że ma coś wspólnego z transformatorem, tak jakby transformator miał zdolność do stopniowego zwiększania i zmniejszania częstotliwości równie łatwo jak napięcie lub prąd! Jeśli uczniowie nie rozumieją, dlaczego istnieje różnica częstotliwości, możesz pomóc im, prosząc dwóch uczniów, aby podeszli do przodu klasy i narysowali dwa przebiegi: półfalowe i pełne, wraz z ich oryginalnymi AC (nieodwzorowane) przebiegi.

Pytanie 26

Oblicz przybliżone napięcie wyjściowe DC tego zasilacza, gdy nie jest załadowane:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V out ≈ 21, 4 wolta

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób rozwiązali to napięcie wyjściowe, krok po kroku.

Pytanie 27

Oblicz przybliżone napięcie wyjściowe DC tego zasilacza, gdy nie jest załadowane:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V out ≈ 11, 6 woltów

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, w jaki sposób rozwiązali to napięcie wyjściowe, krok po kroku.

Pytanie 28

Prosty obwód zasilający AC-DC wytwarza około 6, 1 V prądu stałego bez podłączonego kondensatora filtru i około 9, 3 V prądu stałego z podłączonym kondensatorem filtru:

Wyjaśnij, dlaczego tak jest. W jaki sposób dodanie niczego oprócz kondensatora ma tak wielki wpływ na wielkość napięcia wyjściowego DC przez obwód "# 28"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kondensator filtru przechwytuje szczytowy poziom napięcia każdego impulsu z obwodu prostownika, utrzymując ten poziom szczytowy w czasie między impulsami.

Uwagi:

Wielu nowych studentów uważa to zjawisko za paradoksalne, zwłaszcza gdy widzą napięcie wyjściowe DC większe niż napięcie wyjściowe AC (RMS) uzwojenia wtórnego transformatora. Przykład: możliwość zbudowania 30-woltowego źródła prądu stałego przy użyciu transformatora o napięciu wtórnym tylko 24 V. Celem tego pytania jest skłonienie uczniów do stawienia czoła temu paradoksowi, jeśli jeszcze go nie rozpoznali i nie rozwiązali.

Pytanie 29

Technik rozwiązuje problem z obwodem zasilania, który generuje znacznie mniej prądu stałego niż powinien. Napięcie wyjściowe powinno wynosić 15 woltów prądu stałego, ale zamiast tego faktycznie wyprowadza mniej niż 8 woltów prądu stałego:

Technik mierzy około 18 woltów prądu zmiennego (RMS) na uzwojeniu wtórnym transformatora. Na podstawie tego pomiaru napięcia i wiedzy o zmniejszeniu napięcia wyjściowego DC, zidentyfikuj dwie możliwe usterki, które mogą uwzględnić problem i wszystkie zmierzone wartości w tym obwodzie, a także zidentyfikuj dwa elementy obwodu, które nie mogą być obwiniane (tj. Dwa rzeczy, o których wiesz, że muszą działać poprawnie, bez względu na to, co jeszcze może być zarzucane). Elementy obwodu, które można zidentyfikować jako potencjalnie wadliwe lub poprawnie działające, mogą być kablami, ścieżkami i połączeniami, a także elementami. Bądź jak najbardziej szczegółowy w swoich odpowiedziach, identyfikując zarówno element obwodu, jak i typ błędu.

Elementy obwodu, które są prawdopodobnie błędne
1.
2.
Elementy obwodu, które muszą działać poprawnie
1.
2.
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwolę Tobie i twoim kolegom z klasy odkryć możliwości!

Uwagi:

Scenariusze rozwiązywania problemów są zawsze dobre do stymulowania dyskusji w klasie. Pamiętaj, aby spędzić dużo czasu w klasie, aby uczniowie opracowali skuteczne i logiczne procedury diagnostyczne, ponieważ pomoże im to znacznie w ich karierze.

Pytanie 30

Technik rozwiązuje problem z obwodem zasilania bez napięcia wyjściowego DC. Napięcie wyjściowe powinno wynosić 15 woltów prądu stałego, ale zamiast tego w ogóle nic nie wysyła (zero woltów):

Technik mierzy 120 woltów prądu przemiennego pomiędzy punktami testowymi TP1 i TP3. Na podstawie tego pomiaru napięcia i wiedzy o zerowym napięciu wyjściowym DC, zidentyfikuj dwie możliwe usterki, które mogą uwzględnić problem i wszystkie zmierzone wartości w tym obwodzie, a także zidentyfikuj dwa elementy obwodu, które nie mogą być obwiniane (tj. Dwa rzeczy, o których wiesz, że muszą działać poprawnie, bez względu na to, co jeszcze może być zarzucane). Elementy obwodu, które można zidentyfikować jako potencjalnie wadliwe lub poprawnie działające, mogą być kablami, ścieżkami i połączeniami, a także elementami. Bądź jak najbardziej szczegółowy w swoich odpowiedziach, identyfikując zarówno element obwodu, jak i typ błędu.

Elementy obwodu, które są prawdopodobnie błędne
1.
2.
Elementy obwodu, które muszą działać poprawnie
1.
2.
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwolę Tobie i twoim kolegom z klasy odkryć możliwości!

Uwagi:

Scenariusze rozwiązywania problemów są zawsze dobre do stymulowania dyskusji w klasie. Pamiętaj, aby spędzić dużo czasu w klasie, aby uczniowie opracowali skuteczne i logiczne procedury diagnostyczne, ponieważ pomoże im to znacznie w ich karierze.

Pytanie 31

Wspólnym pod-obwodem w zasilaczach wszelkiego rodzaju jest filtr EMI / RFI . Ta sieć LC jest prawie "przezroczysta" dla częstotliwości linii zasilania 50 lub 60 Hz, więc transformator widzi pełne napięcie linii przez cały czas:

Jeśli ten filtr EMI / RFI nic nie robi z mocą linii, to w jakim celu wyświetla "# 31"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Filtr EMI / RFI nie ma celu w procesie przekształcania energii AC na prąd stały. Pomaga to jednak w zapobieganiu zakłócaniu przez obwód zasilający innych urządzeń zasilanych tą samą mocą linii prądu przemiennego, poprzez odfiltrowanie niepożądanego szumu o wysokiej częstotliwości generowanego w zasilaczu przez przełączanie diod.

Pytanie uzupełniające: obliczyć całkowitą reaktancję indukcyjną stwarzaną przez dwa cewki indukcyjne z mocą 60 Hz, jeśli indukcyjność każdej z nich wynosi 100 μH.

Uwagi:

Filtry te są bardzo powszechne w zasilaczach impulsowych, ale nie są nie na miejscu w obwodach zasilania liniowego ("brutalna siła"), takich jak ta. Wspomnij swoich uczniów, jak redukcja zakłóceń elektromagnetycznych i radiowych jest priorytetem we wszystkich rodzajach projektowania urządzeń elektronicznych.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →