"Трансформаторні блоки живлення з вузлом фільтрації вихідної напруги

Тема уроку: Трансформаторні блоки живлення з вузлом фільтрації вихідної напруги.

Мета уроку:

навчальна: навчити учнів навичкам правильного читання та аналізування  схем електронних пристроїв та пошуку характерних несправностей притроїв живлення електрообладнання.

Розвивальна: розвивати пам'ять, увагу учнів; спонукати до самостійного виконання поставлених завдань.

Виховна: формувати інтерес до майбутньої професії; виховувати акуратність під час виконання практичних завдань.

Тип уроку: лекція

Матеріально-технічне та методичне забезпечення: Підручник А.М.Гурджій «Електротехніка з осгновами промислової електроніки» Київ «Форум» 2002 р.; мультімедійний комплекс (проектор- комп’ютер) з предвстановленим програмним симулятором Workbench, розробка схеми-ілюстрації роботи ланки фільтрації вихідної напруги.

ХІД УРОКУ

І. Організаційна частина - 5 хв.

1.      Перевірка присутності учнів.
2.      Перевірка готовності учнів до уроку: наявність конспектів, підручників.

 ІІ.  Вступний інструктаж - 35 хв.

1.                   Актуалізація опорних знань.

Вступне слово викладача спеціальної дисципліни.

Сьогодні ми продовжуємо вивчати тему «Трансформаторні блоки живлення електрорадіоапаратури». Давайте пригадаємо матеріал попереднього уроку:

Питання до учнів:

1.                   Назвіть основні складові ланки , які входять до принципової схеми блока живлення.

Очікувана відповідь:

•                   Понижуючий трансформатор;
•                   Напівпровідниковий випрямний елемент
•                   Ланка фільтрації;
•                   Стабілізуючий елемент;
•                   оперативна пам’ять;

2. Дайте фізичну модель роботи напівпровідникового діода

Очікувана відповідь:

•                   напівпровідниковий діод служить для випрямлення змінного струму за рахунок вентильного ефекту.

3. Дайте визначення принципу дії трансформатора?

Очікувана відповідь:

•                   Трансформатор – статичний перетворювач, який виконує перетворення однієї величини електричної напруги в іншу. При протіканні електричного струму в колі первинної обмотки трансформатора навколо неї наводиться електромагнітне поле яке в свою чергу викликає протікання магнітного потоку в осерді трансформатора. Взаємодія магнітного потоку та витків вторинної обмотки трансформатора відповідно до закону електромагнітної індукції викликають наведення ЕРС в колі вторинної обмотки трансформатора. При підключенні до виводів вторинної обмотки трансформатора навантаження в ній починає протікати струм.
•                   2. Повідомлення теми та мети уроку.

Вступне слово викладача

Джерела живлення   обов'язково мають всі радіоелектронні пристрої.

Якщо пристрій переносний, то в якості блоку живлення може використовуватися акумулятор або батарейка. Приклади - мобільні телефони, годинники і т.д.

У стаціонарних пристроїв в якості джерела живлення застосовуються трансформаторні блоки живлення.

Як ми згадували раніше, напруга в квартирній розетки змінна величиною 220В. Радіоелектронні пристрої виконані на напівпровідникових елементах, здатні працювати з параметрами  постійної напруги значеннями набагато нижче ніж 220В.

Ці завдання і вирішують джерела живлення або їх ще називають блоки живлення. Основні складові частини блоків живлення: трансформатори, випрямлячі, фільтри, стабілізатори, схеми захисту від перевантажень.

Розглянемо по порядку.

Трансформатор (ТР1) перетворює змінну напругу мережі 220В в змінну напругу потрібної величини, наприклад 12В.

Випрямляч призначений для перетворення змінної напруги в постійну.

Найпростіший (однополуперіодний) випрямляч:

Коли позитивна полуволна, в точці «а» плюс, в точці «b» мінус, діод відкритий і через навантаження тече струм. При негативній напівхвиль, плюс в точці «b», а в точці «а» мінус. Діод закритий, струм через навантаження не тече.

Двухполуперіодний випрямляч :

Коли на обмотці трансформатора позитивна полуволна, в точці «а» плюс, в точці «b» мінус. Струм тече, від точки «а» через діод D2, через навантаження R і далі діод D4 до точки «b».

При негативній напівхвиль на обмотці трансформатора, в точці «b» плюс, а в точці «а» мінус. Струм тече від точки «b» через діод D3 через навантаження R діод D1 до точки «а». Як бачимо, при позитивній і негативній напівхвиль струм через навантаження R протікає в одному напрямку, на схемі зверху вниз. При позитивній напівхвилі відкриті діоди D2 і D4, а діоди D1 і D3 замкнені. При негативній напівхвиль відкриті діоди D1 і D3, а діоди D2 і D4 замкнені.

Двухполуперіодний випрямляч може віддавати в навантаження в два рази більшу потужність, в порівнянні з однополуперіодним випрямлячем.

Напруга на виході випрямлячів представлених вище однополярної, але ще не постійне. Така форма напруги називається пульсуючою. Щоб ця напруга стала постійною, пульсації потрібно згладити. Для цього на виході випрямляча підключають фільтр.

Фільтр може складатися з конденсатора, резистора і конденсатора, індуктивності і конденсатора і називатися відповідно C , RC або LC .

Чим більше допустимий струм на виході випрямляча, тим більше величина ємності конденсатора, який потрібно застосовувати в фільтрі.

Коли хвиля пульсації зростає, конденсатор заряджатиметься, коли хвиля падає, конденсатор розряджається і таким чином перетворює пульсуючу напругу, в постійну яка виглядає на графіку як пряма лінія.

Для пояснення принципу підбору (розрахунку) величини фільтруючої ємності розглянемо схематичну розробку в програмі Workbench. Розробка включає три ступеня конденсаторного фільтра для згладжування вихідних пульсацій. Кожна ступінь вмикається з витримкою в часі, що дозволяє в режимі реального часу спостерігати за процесом фільтрування вихідної напруги:

Запускаємо програму Workbench, вибираємо з контекстного меню розробку мост диод  фильтр.ewb та вмикаємо в роботу вибрану схему. На табло осцилографа спостерігаємо за зміною величини пульсацій на виході блока живлення.

Робота без фільтрації-

Перша ступінь-

Друга ступінь-

Третя ступінь-

ІІІ. Висновок відносно конструкційних особливостей блоків живлення.

Основними недоліками розглянутих випрямлячів є:

- залежність вихідної напруги від зміни вхідного. Припустимо, напруга в розетці стало менше на 10%. Якщо на виході випрямляча було 12 В, воно так само зменшиться на 10% і стане 10,8 В, що для деяких пристроїв неприпустимо.

- залежність вихідної напруги від струму навантаження, при великих токах напруга зменшується.

- згладжування пульсуючого напруги одними фільтрами при великих токах в навантаженні недостатньо ефективно. Через це в динаміках підсилювачів чується фон змінного струму з частотою мережі 50 Гц, або кратної їй, на зображенні телевізорів видно темні горизонтальні смуги і т.д.

- в разі перевантаження відсутній захист елементів випрямляча від виходу з ладу.

Робота учнів зі схемною розробкою при характеристичних пошкодженнях елементів.

         Учитель вносить певні зміни в схему типу «обрив» , «пошкоджені елементи схеми» а  учні знаходять пошкодження відповідно до принципової схеми блока живлення, обгрунтовують виявлене відхилення від нормальної роботи пристрою за допомогою вимірювальних пристроїв та усувають пошкодження.

ІV. Заключний інструктаж - 5 хв.

1. Аналіз роботи учнів на уроці с демонстрацією прикладів успішної роботи, визначенням типових помилок та методів їх усунення.

2. Повідомлення оцінок за виконання завдань з об'єктивним обґрунтуванням.

3. Завершення уроку за схемою усної рефлексії.

Отже, на уроці я:

– дізнався…

– зрозумів…

– навчився…

– з найбільшими труднощами я зіткнувся…

– я не вмів, тепер умію…

– на наступному уроці я хочу…

4. Домашнє завдання: опрацювати новий матеріал

Застосування комп’ютерної техніки робить традиційні уроки з вивчення спецдисциплін яскравими, насиченими. На цих уроках кожен учень працює активно, в учнів розвивається допитливість, пізнавальний інтерес. Комп’ютер дозволяє підсилити мотивацію навчання шляхом активного діалогу учня з комп'ютером, розмаїтістю й барвистістю інформації, шляхом орієнтації навчання на успіх, дозволяє довести рішення будь-якого завдання, опираючись на необхідну підказку.

Проведений урок сприяє ефективному набуттю знань, формуванню навичок і вмінь при підготовці електромеханіків з ремонту та обслуговування лічильно-обчислювальних машин.

Література

1.                   Гуревич Р.С., Кадемія М.Ю. Інформаційно-телекомунікаційні технології в навчальному процесі та наукових дослідженнях: Навчальний посібник для студентів і слухачів післядипломної освіти. – Вінниця: ДОВ Вінниця, 2004. – 366 с.
2.                   Закон України «Про основні засади розвитку інформаційного суспільства в Україні на 2007-2015 роки» // Урядовий кур’єр. 2007. – 6.
3.                   Ничкало Н.Г., Розенберг Н.М. Педагогічна книга майстра виробничого навчання: Навч.-метод. Посібник. – 2-ге вид., допов., – К: Вища шк., 1994. -383с.
4.                   Підручник А.М.Гурджій «Електротехніка з основами промислової електроніки» Київ «Форум» 2002 р.