Тема 1.2 Классификация источников питания СВТ

В зависимости от характера преобразования энергии, в источнике питания выполняемого при получении на его выходе требуемого напряжения источники питания подразделяются на:

• Первичные источники питания;
• Вторичные источники питания.

В первичных источниках питания осуществляется преобразование не электрических видов энергии (химической, механической, световой и т.д.) в электрическую энергию. Примером первичных источников являются:

• Химические источники тока (ХИТ);
• Генераторы различных видов;
• Солнечные батареи;
• Термогенераторы;
• Топливные элементы и тд.

Во вторичных источниках питания (ВИП) осуществляется преобразование электрической энергии с одними характеристиками в электрическую энергию с другими характеристиками. Вторичных источниках питания в зависимости от характера производимых преобразований электрической энергии свою очередь подразделяются на:

• ВИП без преобразования частоты;
• ВИП с преобразованием частоты.

Химические источники тока и их характеристики

В ХИТ осуществляется преобразование химической энергии в электрическую энергию. Прямое преобразование химической энергии в электрическую основано на токообразующих реакциях. Устройство ХИТ однотипно. Это корпус, удерживающий электролит с ионной проводимостью, и два контактирующих с ним токоотвода с электронной проводимостью. Токоотводы должны быть выполнены из разнородных материалов (например, разных металлов) и обладать высокой степенью химической чистоты для предотвращения паразитных побочных реакций. В зависимости от характера протекания токообразующей реакции ХИТ подразделяются на: 

*первичные ХИТ;   *  вторичные ХИТ.

Работа первичных ХИТ основана на необратимых токообразующих реакциях, и поэтому они рассчитаны, как правило, на однократное использование. Такие ХИТ называют гальваническими элементами.

 Протекающие во вторичных ХИТ токообразующие реакции являются обратимыми и поэтому обеспечивают многократное использование. Такие ХИТ называют аккумуляторами.

Прогресс техники в целом и в создании ХИТ расширяет возможности их применения: широко используются как в качестве малогабаритных транспортабельных, так и стационарных резервных источников электропитания СВТ.

Принципы работы ХИТ. 

Поддержание этого тока во внешней цепи в течение длительного времени обеспечивается происходящей внутри элемента электрохимической (токообразующей) реакцией.

Физическое объяснение токообразования, как результата действия контактной разности потенциалов.

С точки зрения химии в элементе происходит растворение, т. е. окисление материала одного из электродов и восстановление (отложение слоя) другого.

Совместное действие обоих электродов приводит к тому, что между ними возникает ЭДС, равная: ξ=(φ+) – (φ-) где: φ+ — потенциал положительного электрода; φ- — потенциал отрицательного электрода. Последняя формула позволяет понять, почему электроды должны быть выполнены из разных материалов — только такое сочетание дает ненулевую ЭДС. Обычно элементы классифицируют по участвующим в реакции веществам, т. е. по электролиту и электродам - по так называемой электрохимической системе.

Устройство ХИТ

Гальванические элементы и батареи В настоящее время в качестве первичных ХИТ для питания СВТ различного назначения используются следующие электромеханические системы:

-марганцево-цинковые с солевым, хлоридным или щелочным электролитом и с воздушной деполяризацией;

-никель-цинковая с щелочным электролитом;

-ртутно-цинковая, ртутно-индиевая и ртутно-кадмиевая с щелочным электролитом;

-серебряно-цинковая с щелочным электролитом;

-литиевые с различными, в том числе органическими электролитами.

Конструкции всех элементов и батарей сводятся к двум: цилиндрической и прямоугольной. По рекомендации МЭК цилиндрические элементы и батареи имеют в обозначении: 1) одну букву, определяющую электрохимическую систему (L — алкалическая, S - серебряно-цинковая, М или N - ртутно-цинковая и т. д.); 2) букву R (от английского Ring - круг), определяющую форму элемента; 3) число (от 03 до 600), условно определяющее размеры элемента. Прямоугольные и квадратные элементы и батареи (в частности, галетного типа) имеют в обозначении: одну букву F (от английского F1а1 - плоский), определяющую форму элемента; одну букву, определяющую электрохимическую систему, как у цилиндрических элементов.

Аккумуляторы широко применяются для питания различной радиотехнической аппаратуры. По сравнению с гальваническими элементами аккумуляторы имеют больший срок службы, обладают большим постоянством напряжения, допускают более сильные разрядные токи, более экономичны.

Аккумуляторы подразделяют на:    - кислотные      - щелочные

Устройство аккумуляторов

а - кислотного, б - щелочного;

 1-контактные выводы, 2-пробка для заливки электролита, 3 – сепаратор, 4 – положительные пластины, 5 – отрицательные пластины, 6 – корпус, 7 - изоляционные прокладки, 8 – цапфа.

Функциональное назначение выпрямителей.

Основные схемы выпрямителей, методика их расчета.

Выпрямителем, называется статический преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. В общем случае выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводниковых диодов и сглаживающего фильтра. Структурная схема выпрямителя приведена на рисунке 1

.

Рисунок 1 - Структурная схема выпрямителя

• Трансформатор (не обязательный элемент), преобразует напряжение переменного тока на его первичной обмотке в необходимое для получения заданной величины напряжения на входе выпрямителя.
• Система вентилей (диоды) преобразует напряжение переменного тока в однонаправленное пульсирующее, имеющее в своем составе постоянную составляющую и значительное количество гармонических составляющих. Наибольшей из них является первая гармоника, частота и амплитуда которой определяется схемой выпрямления.
• Сглаживающий фильтр уменьшает амплитуды всех гармонических составляющих пульсирующего (выпрямленного) напряжения. Расчет токов и напряжений в отдельных узлах схемы выпрямителя ведется из предположения, что полупроводниковые диоды и трансформатор являются идеальными.

Для выпрямления однофазного переменного напряжения широко применяют три типа выпрямителей: однополупериодный и два двухполупериодных

Выпрямитель состоит из трансформатора, к вторичной обмотке которого последовательно подсоединены диод Д и нагрузочный резистор Rн.

Основным преимуществом однополупериодного выпрямителя является его простота. 

недостатки:

• большой коэффициент пульсаций,
• малые значения выпрямленных тока и напряжения.
• ток I2 имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, из-за чего уменьшается магнитная проницаемость сердечника, что, в свою очередь, снижает индуктивность обмоток трансформатора. Это приводит к росту тока холостого хода трансформатора, а следовательно, к снижению к.п.д. всего выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель применяют обычно для питания высокоомных нагрузочных устройств (например, электроннолучевых трубок), допускающих повышенную пульсацию; мощность не более 10—15 Вт.

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей. Рассматриваемый выпрямитель может использоваться только с трансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки (рис2.). Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода

Рассматриваемый выпрямитель характеризуется довольно высокими технико- экономическими показателями и широко используется на практике.

Достоинствами выпрямителя являются:

• Высокая нагрузочная способность;
• Низкая пульсация выпрямленного напряжения.

Недостатками выпрямителя являются:

• Необходимость применения трансформатора со средней точкой;
• Повышенные требования к диодам по обратному напряжению.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

 Однофазный мостовой выпрямитель (рисунок 3, а) можно считать пределом совершенства тех однофазных выпрямителей, которые могут использоваться без трансформатора. Не известна другая однофазная схема без трансформатора, в которой бы так рационально использовались диоды. Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Одна пара — это диоды D1 и D2, а другая — DЗ и D4. Таким образом, к примеру, диоды D1 и D2 или оба включены и проводят ток, или оба выключены (рисунок 3, б).

Сглаживающие фильтры, назначение, классификация, принцип работы

Не зависимо от схемы выпрямителей, выпрямленное напряжение всегда является пульсирующим и содержит, кроме постоянной составляющей и переменные составляющие. В большинстве случаев питание схем промышленной электроники пульсирующим напряжением неприемлемо. Поскольку в любой схеме выпрямителя коэффициент пульсаций выходного напряжения во много раз превышает допустимые пределы, на выходе выпрямителей включают специальное устройство - сглаживающие фильтры.

К сглаживающим фильтрам предъявляются следующие основные требования:

1) с одной стороны, в фильтрах необходимо максимально уменьшить переменные составляющие напряжения, а с другой — не допускать существенного уменьшения постоянной составляющей;

2) при переходных процессах в фильтре во время включения и выключения напряжения сети или нагрузки броски напряжения и тока должны находиться в допустимых пределах;

3) собственная частота фильтра должна быть ниже частоты основной гармоники выпрямленного напряжения во избежание резонансных явлений в отдельных его звеньях.

Классификация сглаживающих фильтров

В зависимости от типа элементов, примененных для построения сглаживающих фильтров различают:

- пассивные фильтры – выполняются с использованием сопротивлений, конденсаторов, индуктивностей

• С-фильтры
• L- фильтры
• RC-фильтры
• LC – фильтры

- электронные (активные) фильтры - выполняются с использованием активных элементов - транзисторов

По количеству фильтрующих элементов различают:

- однозвенные

– многозвенные

 Параметры сглаживающих фильтров

Основным параметром, позволяющим дать количественную оценку сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания S (Ксг – старое обозначение)

где: ξ1-коэффициент пульсации на входе фильтра; ξ2-коэффициент пульсации на выходе фильтра Для емкостного фильтра, у которого вход и выход фактически совпадают, под ξ1 понимают коэффициент пульсаций до подключения фильтра, а под ξ2 — коэффициент пульсаций после его подключения. Коэффициент сглаживания показывает, во сколько раз фильтр уменьшает пульсации. 

Если фильтр не обеспечивает требуемый коэффициент сглаживания или для уменьшения габаритов для LC-фильтров (уменьшения габаритов индуктивности L) , фильтры соединяют последовательно  

Рисунок 1 - Последовательное соединение фильтров

При последовательном соединении фильтров общий коэффициент сглаживания будет равен (см. рисунок 1):

Вывод Коэффициент сглаживания эквивалентного фильтра образованного из последовательно соединенных фильтров равен произведению коэффициентов сглаживания фильтров.

Пассивные фильтры

Емкостные фильтры

Этот тип фильтров относится к однозвенным фильтрам. Емкостный фильтр включают параллельно нагрузочному резистору RH. Простейшим фильтром является емкостной фильтр (С-фильтр). Рассмотрим его работу на примере однофазного однополупериодного выпрямителя. Работу емкостного фильтра удобно рассматривать с помощью временных диаграмм, изображенных на рисунке 1

В интервал времени t1 — t2 конденсатор через открытый диод VД заряжается до амплитудного значения напряжения U2, так как в этот период напряжение U2>Uс. В это время ток Iд =Iс+Iн. В интервал времени t2 — t3, когда напряжение U2 становится меньше напряжения на конденсаторе Uс, конденсатор разряжается на нагрузочный резистор Rн, заполняя разрядным током паузу в нагрузочном токе IH, которая имеется в однополупериодном выпрямителе в отсутствие фильтра. В этот интервал времени напряжение на резисторе RH снижается до некоторого значения, соответствующего времени t3, при котором напряжение U2 в положительный полупериод становится равным напряжению на конденсаторе Uс. После этого диод вновь открывается, конденсатор С начинает заряжаться и процессы зарядки и разрядки конденсатора повторяются. 

Такой фильтр широко используется в маломощных выпрямителях; 

Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором Rн при мощности Рн не более нескольких десятков ватт. 

Индуктивные фильтры Индуктивный фильтр, состоящий из дросселя Lф, включают последовательно с нагрузочным резистором Rн (рисунок 2). Он, так же как емкостный фильтр, относится к типу однозвенных фильтров. 

Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощностей, т. е. в выпрямителях, работающих на нагрузочные устройства с большими токами

В выпрямителях малой мощности использование индуктивного фильтра Lф нецелесообразно, поскольку они работают на высокоомные нагрузочные устройства. При этом выполнение условия Lфώ>>Rн приводит к необходимости включения дросселя с большими массой и габаритами, что является существенным недостатком индуктивного фильтра по сравнению с емкостным. 

Г-образные фильтры являются простейшими многозвенными фильтрами. Этот фильтр может быть LC-типа (рисунок 3, а) и RС-типа (рисунок 3, б). Их применяют тогда, когда с помощью однозвенных фильтров не выполняется предъявляемое к ним требование с точки зрения получения необходимых коэффициентов сглаживания. Эти фильтры, являясь более сложными по сравнению с однозвенными, обеспечивают значительно большее уменьшение коэффициента пульсаций. Снижение пульсаций LC-фильтром объясняется совместными действиями индуктивной катушки и конденсатора. Снижение переменных составляющих выпрямленного напряжения обусловлено как сглаживающим действием конденсатора Сф, так и значительным падением переменных составляющих напряжения на дросселе Lф. В то же время постоянная составляющая напряжения на нагрузочном резисторе не уменьшается, так как отсутствует сколько-нибудь значительное падение напряжения этой составляющей на очень малом активном сопротивлении дросселя

Следует отметить, что коэффициент сглаживания RС-фильтра меньше, чем у LC-фильтра.

П-образные фильтры П-образный фильтр относится к многозвенным фильтрам, так как состоит из емкостного фильтра (Сф1) и Г-образного LC-фильтра LфСф2) или RС-фильтра (RфСф2) (рисунок 4, а, б). Коэффициент сглаживания многозвенных фильтров равен (при соблюдении определенных условий) произведению коэффициентов составных звеньев (фильтров).

Транзисторные сглаживающие фильтры.

По сравнению с пассивными транзисторные (активные) сглаживающие фильтры имеют ряд преимуществ:

• выше качественные и удельные показатели;
• малая зависимость коэффициента сглаживания от изменения нагрузки;
• широкополосность по частотному диапазону;
• малая вероятность возникновения опасных режимов при переходных процессах;
• отсутствие сильных магнитных полей;
• простота унификации.

Недостатки:

на транзисторах фильтра, работающем в активном режиме, рассеивается значительная мощность, поэтому к.п.д. транзисторных сглаживающих фильтров несколько меньше, чем пассивных фильтров.(Если на дросселе индуктивно-емкостного фильтра падает напряжение 1...2 В, то в транзисторном фильтре на регулирующем транзисторе - до 3...5 В.)

Принцип действия активных фильтров основан на свойстве транзистора создавать в определѐнных режимах работы различные сопротивления для переменного и постоянного токов. Характерны два способа построения фильтров.

Первый способ состоит в том, что транзистор включается по схеме с общим коллектором (ОК).

 Второй способ построения активного фильтра состоит в том, что транзистор включается по схеме с общей базой (ОБ)

Методы повышения эффективности транзисторных фильтров 

Применение отдельного источника питания для базовой цепи 

Фиксация тока базы за счет дополнительного делителя 

Применение в фильтре составных транзисторов

Стабилизаторы напряжения

2.3.1. Назначение и классификация стабилизаторов. Основные параметры

Стабилизатором напряжения (тока) называют устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения (тока) нагрузочного устройства с заданной степенью точности.

Напряжение (ток) нагрузочного устройства может сильно изменяться не только при изменениях нагрузочного тока Iн, но и за счет воздействия ряда дестабилизирующих факторов:

• изменение напряжения промышленных сетей переменного тока.
• изменение температуры окружающей среды,
• колебание частоты тока и т. д.

Применение стабилизаторов диктуется тем, что современная электронная аппаратура может нормально функционировать при нестабильности питающего напряжения 0,1—3%, а для отдельных функциональных узлов электронных устройств нестабильность должна быть еще меньше.

Классификация стабилизаторов

Стабилизаторы классифицируют по ряду признаков:

1. по роду стабилизируемой величины:

— стабилизаторы напряжения

— стабилизаторы тока;

2. по способу стабилизации:

 — параметрические стабилизаторы

— компенсационные стабилизаторы.

- стабилизаторы непрерывного регулирования

 - стабилизаторы импульсного регулирования

При параметрическом способе стабилизации используют некоторые приборы с нелинейной вольтамперной характеристикой, имеющей пологий участок, где напряжение (ток) мало зависит от дестабилизирующих факторов. К таким приборам относятся стабилитроны, бареттеры, лампы накаливания и т.п.

 При компенсационном способе стабилизации постоянство напряжения (ток) обеспечивается за счет автоматического регулирования выходного напряжения (тока) источника питания. Это достигается за счет введения отрицательной обратной связи между выходом и регулирующим элементом, который изменяет свое сопротивление так, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины.

Параметры стабилизаторов

-коэффициент стабилизации. 

-внутреннее сопротивление -позволяет определить падение напряжения на стабилизаторе, а следовательно, и напряжение на нагрузочном устройстве Uн при изменениях нагрузочного тока.

-коэффициент полезного действия ст. -характеризует мощность потерь в нем и является основным энергетическим показателем стабилизатора

Температурный коэффициент стабилизации напряжения (тока) Величина, определяемая отношением относительного изменения стабилизированного напряжения (тока) к абсолютному изменению температуры окружающей среды: (Вольт/градус), показывает на сколько вольт изменится величина стабилизированного напряжения при изменении температуры на 1 С.

-массу, габариты

 -срок службы стабилизатора

Параметрические стабилизаторы на полупроводниковых приборах

В параметрических стабилизаторах напряжения режим стабилизации осуществляется за счет нелинейности вольт-амперной характеристики (ВАХ) регулирующего элемента. От ВАХ зависит качество стабилизации.

Схема стабилизатора (рисунок 36) состоит из гасящего сопротивления RГ, включенного последовательно с нагрузкой, и стабилитрона VD, включенного параллельно нагрузке.

Достоинством диодного стабилизатора напряжения является простота его устройства.

Недостатком: -малая экономичность (работе от свежей батареи общий потребляемый ток равен удвоенному значению тока нагрузки). -невозможность стабилизации больших токов, превышающих по своей величине максимальный ток диода (ток не может быть более 20—40 мА.).

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования, и обеспечивают поддержание величины выходного напряжения (тока) в заданных пределах при допустимых изменениях входного напряжения, температуры и тока потребляемого нагрузкой. Характерными элементами компенсационного стабилизатора являются источник опорного (эталонного) напряжения (ИОН), сравнивающий и усиливающий элемент (СУЭ) и регулирующий элемент (РЭ). В качестве ИОН обычно используют ту или иную электронную цепь на основе стабилитрона, в качестве СУЭ часто используют операционный усилитель, а в качестве РЭ — биполярный или полевой транзистор.

В зависимости от режима работы регулирующего элемента стабилизаторы разделяют на:

-компенсационные стабилизаторы непрерывного действия,РЭ- в активном режиме; недостаток- невысокий КПД

-импульсные стабилизаторы (ключевые, релейные), РЭ — в импульсном режиме.

Принцип работы:

 Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой управляемый делитель входного напряжения, состоящий из сопротивления нагрузки и регулирующего элемента, работающего в линейном (усилительном) режиме. Выходное напряжение стабилизатора или некоторая часть этого напряжения сравнивается с эталонным (опорным) и возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается усилителем и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора, изменяя его режим работы (внутреннее сопротивление) таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.

Компенсационные стабилизаторы напряжения в зависимости от места расположения регулирующего элемента (РЭ) разделяются на стабилизаторы с последовательным и параллельным включением РЭ.

Принципиальная схема импульсного стабилизатора. Назначение, принцип действия

Импульсные стабилизаторы напряжения (СН) в настоящее время получили распространение не меньшее, чем непрерывные стабилизаторы. Благодаря применению ключевого режима работы силовых элементов таких стабилизаторов, даже при значительной разнице в уровнях входных и выходных напряжений можно получить КПД, равный 70 - 80 %, в то время как у непрерывных стабилизаторов он составляет 30- 50%. В импульсных СН применяется регулирующий транзистор, непрерывно переключаемый устройством управления (УУ) из состояния насыщения в состояние отсечки с частотой 5..50 кГц. Получаемая последовательность импульсов с амплитудой источника питания поступает на узел накопления энергии, состоящего из катушки и конденсатора, где преобразуется в требуемое постоянное напряжение. Регулирование величины выходного напряжения осуществляется изменением скважности импульсов. Мощность, рассеваемая транзисторным ключом и катушкой, невелика, поэтому такой стабилизатор имеет высокий КПД. Малые потери в силовых элементах приводят к уменьшению или даже исключению охлаждающих радиаторов, что значительно уменьшает массогабаритные показатели

Достоинства импульсных СН:

• достаточно высоким КПД (до 60%);
• низкая выделяемая мощность;
• малые габариты;
• использование импульсного стабилизатора позволяет в ряде случаев исключить из схемы силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, что также улучшает показатели стабилизаторов.

Основными недостатками импульсных СН являются:

• более высокая сложность изготовления, в частности необходимость использования катушки индуктивности;
• наличие интенсивных электрических помех, жесткие требования к диапазону нагрузок (короткое замыкание и холостой ход не всегда допустимы);
• наличие пульсаций выходного напряжения.

Для уяснения принципа работы рассмотрим импульсный последовательный стабилизатор напряжения (рисунок 42.). Ключ S периодически включается и выключается схемой управления (СУ) в зависимости от значения напряжения на нагрузке. Напряжение на выходе регулируют, изменяя отношение (tвкл/tвыкл), скважность импульсов напряжения Q, где tвкл, tвыкл — длительности отрезков времени, на которых ключ находится соответственно во включенном и выключенном состояниях. Схема управления работает таким образом, что период следования импульсов, открывающий ключ S постоянен, а меняется только длительность импульсов, то есть управляющие импульсы в зависимости от величины выходного напряжения модулируются по ширине - такой метод называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Когда ключ S замкнут конденсатор С заряжается по цепи:

+Uвх→ключ S→индуктивность L→С (параллельно) Rн→ -Uвх

величина напряжения до которого зарядится конденсатор С зависит только от времени нахождения в замкнутом состоянии ключа S (так как постоянная времени цепи заряда не меняется (угол наклона прямой постоянен)). Одновременно с этим в это же время за счет протекания тока заряда С и тока нагрузки происходит накопление энергии в магнитном поле катушки L. Количество энергии зависит от времени замкнутого состояния ключа. Когда ключ S разомкнут энергия магнитного поля катушки L и заряд на емкости С выступают в виде источника ЭДС который поддерживает ток через нагрузку. Разряд конденсатора происходит по цепи: IразС - +С→Rн →-С

Разряд индуктивности происходит по цепи: L→ Rн →VD →L

За счет совместного действия С и L снижает пульсации напряжения на выходе. Чем большее время ключ S находится в замкнутом состоянии, тем больше напряжение на выходе. Схема управления СУ сравнивая Uвых с Uст вырабатывает управляющий импульс длительность которого пропорциональна разности между Uвых с Uст В качестве ключа S как правило используют биполярный или полевой транзистор

2.4.2 Функциональная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения включает в себя РЭ (VT1), сглаживающий фильтр (LC), схему управления. Силовой контур импульсного стабилизатора имеет три состояния. При подаче управляющего импульса (UШИМ) на силовой транзисторный ключ VT1 происходит передача напряжения источника питания U1 через открытый транзистор в нагрузку. Накапливается реактивная энергия в дросселе сглаживающего фильтра L. При размыкании ключа (на интервале паузы широтномодулированного (ШИМ) сигнала) энергия дросселя передается через обратный диод VD в нагрузку. Если на интервале паузы ток дросселя спадает до нуля, то возникает режим прерывистого тока дросселя, при котором конденсатор разряжается в нагрузку. Схема управления включает в себя: делитель напряжения (R5, R6) с коэффициентом деления K1=R6/(R5+R6); усилитель сигнала рассогласования с коэффициентом передачи K2 (Ue=UОС-UЭТ); компаратор напряжения K3, который формирует ШИМ - сигнал. Он равен "1", если уровень пилообразного напряжения больше уровня напряжения UОС. При возрастании входного напряжения U1 уменьшается площадь между уровнем напряжения "пилы" и UОС, что приводит к уменьшению по длительности ШИМ- сигнала. Среднее значение напряжения на выходе при этом уменьшается, т.е. U2 восстанавливается.

Рисунок 51 - Осциллограммы импульсного СП

Конвертором называют преобразователь постоянного напряжения одного значения напряжения в другое. Функционально конвертор включает в себя следующие узлы:

• Инвертор – осуществляет преобразование поступающего на вход постоянное напряжение в переменное напряжение высокой (20-40кГц) частоты;
• Выпрямитель с фильтром.

В настоящее время применяют два типа конверторов:

1) преобразователи постоянного напряжения с самовозбуждением;

2) импульсные преобразователи постоянного напряжения.

Тема 2.5 Функциональное назначение и основной принцип построения блока питания ПК. Структурная схема блока питания ПК.

Главное назначение источников питания ПК - преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение 220 В, 50 Гц (120 В, 60 Гц) в постоянные напряжения +5 и +12В. -5 и -12. Как правило, для питания цифровых схем (системной платы, плат адаптеров и дисковых накопителей) используется напряжение +5 В, а для двигателей (дисководов и различных вентиляторов) -- +12 В. Кроме питающих напряжений, блок вырабатывает сигнал Р.G. (Powеr Good) — питание в норме. Этот сигнал с уровнем в 3-5В вырабатывается через 0,1-0,5 с после включения питания при нормальных выходных напряжениях блока. При отсутствии этого сигнала на системной плате непрерывно вырабатывается сигнал аппаратного сброса процессора, появление сигнала «выпускает» систему в нормальную работу. Этот сигнал должен сброситься раньше, чем пропадет напряжение +5В при отключении блока.

В последнее время широкое развитие получили источники питания типа АТХ.

Устройство и работа

Стандарт ATX (AT Extension) установлен корпорацией INTEL с введением нового форм-фактора на материнские платы (форм-фактор — отношение ширины платы к ее длине, а также план размещения посадочных гнезд). Появление нового форм-фактора обусловлено ожидаемым расширением возможностей персональных компьютеров: аудио- и видеовходы, поддержка виртуальной реальности, реализация ввода-вывода TV, а также факс-модема. В источниках питания для конструктива ATX (в дальнейшем — источник) изменен разъем для подключения питания к системной плате. Он имеет 20 контактов, и через него подаются напряжения ±5 В, ±12 В, +3,3 В (для будущих моделей PCI плат расширения). Кроме того, на разъем выводится сигнал "PS-ON", предназначенный для выключения питания программными средствами, например, по команде "Shut down the computer" ("выключить компьютер") в среде WINDOWS. В связи с этим в блок питания добавлен вспомогательный источник дежурного питания "+5 VSB" и дистанционное управление включением и выключением выходов источников постоянного напряжения. Все выходные напряжения, кроме "+5 VSB", запрещаются сигналом лог. "1" на входе "PS-ON".

Структурная схема источника (рисунок 5) состоит из двух функциональных узлов:

• сетевого выпрямителя (СВ)
• преобразователя напряжения (ПН).

Преобразователь напряжения (ПН) включает в себя:

• конвертор (К);
• устройство управления (УУ).

Конвертор, в свою очередь, состоит из:

• инвертора (И), преобразующего постоянное выходное напряжение СВ в переменное прямоугольной формы;
• силового трансформатора ТV1, работающего ни повышенной частоте (~60 кГц) и обеспечивающего гальваническую развязку сети с нагрузкой;
• выпрямителя и высокочастотного LC фильтра (ВФ).

Устройство управления выполняет следующие функции:

• обеспечивает мощные транзисторы инвертора импульсами возбуждения изменяемой длительности, реализуя, таким образом, принцип широтно-импульсного регулирования и стабилизации выходного напряжения Uн.
• выполняет функции плавного включения и аварийного отключения блока питания.

Согласование маломощных выходных сигналов логических элементов с входами силовых транзисторов выполняется усилителями импульсов (УИ) через трансформатор ТV2, который обеспечивает гальваническую развязку.

Схема вспомогательного преобразователя (ВПр) обеспечивает напряжениями питания усилители импульсов, узлы схемы управления и линейный стабилизатор "+5 VSB".

После запуска инвертора устройство управления получает питание от вспомогательного выпрямителя (ВВ). Сетевой выпрямитель СВ выполняет функции выпрямления напряжения сети и сглаживания пульсации; обеспечивает режим плавной зарядки конденсаторов фильтра путем последовательного включения терморезистора TH1 ограничивающего пусковой ток заряда конденсаторов до допустимого значения при включении источника; обеспечивает бесперебойность подачи энергии в нагрузку при кратковременных (до 300 мсек) провалах напряжения сети ниже допустимого уровня и уменьшает уровень помех за счет применения помехоподавляющих фильтров

Цепи защиты и контроля. Защита источников питания проявляется в критических режимах работы, а также в тех случаях, когда действие обратной связи может привести к предельным режимам работы элементов схемы, предупреждая тем самым выход из строя силовых и дорогостоящих элементов схемы.

В результате действия цепей защиты снимаются выходные управляющие сигналы с ШИМ - контроллера, транзисторы преобразователя находятся в выключенном состоянии, выходное вторичное напряжение отсутствует.

Следует различать такие цепи защиты:

• от короткого замыкания в нагрузке;

• от чрезмерного тока в транзисторах полумостового преобразователя;

• защиту от превышения напряжения.

Первые два типа защиты близки по действию и связаны с предупреждением отдачи преобразователем большой мощности в нагрузку. Действуют они при перегрузках источника питания или же неисправностях в преобразователе. Защита от превышения напряжения может возникать при перепадах входного напряжения и в некоторых других случаях.

Тема 3.1  Негативные воздействия на источники питания со стороны питающей среды

Сетевые фильтры и их назначение.

Параметры электрической сети не являются стабильными по целому ряду объективных и субъективных причин. Отклонения величины или формы подаваемого напряжения принято называть искажениями или помехами. Эти искажения по-разному влияют на работу СВТ и даже могут вывести оборудование из строя. Поскольку сами по себе современные СВТ достаточно дороги и наиболее подвержены губительному воздействию помех по входному напряжению, в некоторых случаях возникает необходимость защитить это оборудование от подобного рода воздействий. Наиболее требовательным к стабильности параметров электропитания является оборудование, применяемое для медицинских систем жизнеобеспечения, компьютерные системы банков, страховых компаний, офисные ЛВС и системы управления производством. Все электромагнитные помехи можно подразделить на:

• кондуктивные – это электромагнитные помехи, созданные в проводящей среде;
• излучаемые – это электромагнитные помехи, созданные в пространстве,

По месту создания все помехи можно разделить на:

• внутренними;
• внешними.

К внешним помехам в первую очередь относятся промышленные помехи, которые являются особенно опасными для персональных компьютеров. Эти помехи создаются аппаратурой дуговой и контактной сварки, силовой пускорегулирующей аппаратурой, приводными электродвигателями, медицинской аппаратурой и т.п. Например, включение электропаяльника может вызвать выбросы напряжения в сети в десятки вольт, а включение люминесцентного источника света - до 1000В! Допустимое стандартом отклонение сетевого напряжения составляет +10...-15%. Однако в сетях переменного тока имеют место кратковременные провалы и выбросы напряжения, превышающие допустимые нормы, вызванные импульсными помехами. Исследования AT&T Bell Labs показали, что типичными для сетей являются следующие нарушения:

• снижение (провалы) напряжения;
• отключение напряжения;
• броски напряжения и импульсные помехи;
• помехи различного вида.

Для уменьшения воздействия внешних кондуктивных помех рекомендуется:

• первичное напряжение переменного тока подводить к компьютерной сети от отдельной (собственной) трансформаторной подстанции, предназначенной только для питания компьютеров;

• во избежание проникновения внешних помех в цепь электропитания осуществлять развязку с помощью широкополосных помехоподавляющих фильтров с большим затуханием.

Уменьшение воздействия внешних излучаемых помех достигается, в основном, за счет экранирования. Источником внутренних помех, могущих привести к сбою в работе компьютера, является, в первую очередь, его собственный импульсный блок питания. Все выше сказанное позволяет заключить, что вопросы улучшения качества электропитания СВТ являются наиболее актуальными в настоящее время. 

Базовые технологии устройств защиты

На сегодняшний день можно различить несколько базовых технологий и, соответственно, реализующих их типов устройств, которые способны защитить систему в критических режимах работы. Простейшими из них являются устройства для подавления выбросов напряжения:

 • фильтры-ограничители (surge suppressor/protector);

 • сетевые фильтры (line conditioner).

Первые обычно реализуются схемой, содержащей металл-оксидные варисторы, конденсаторы и индуктивности, вторые строятся на базе трансформатора, сглаживающего флуктуации входного напряжения. Остальные технологии реализуются с помощью источников бесперебойного питания. Устройства защиты подразделяются на:

1. Ограничители выбросов

2. Ограничители выбросов в телефонной сети

3. Сетевые фильтры стабилизаторы

4. Источники аварийного питания

- Источники резервного питания (SPS)

- Источники бесперебойного питания (UPS)

В самом блоке питания компьютера (если он высокого качества) некоторые предохранительные устройства уже могут быть установлены. В блоках питания некоторых СВТ высокого класса предусмотрена защита от высоких напряжений и токовых перегрузок, а также простейший фильтр для снижения уровня помех, проникающих из сети.

Тема 3.1  Негативные воздействия на источники питания со стороны питающей среды

Сетевые фильтры и их назначение.

Параметры электрической сети не являются стабильными по целому ряду объективных и субъективных причин. Отклонения величины или формы подаваемого напряжения принято называть искажениями или помехами. Эти искажения по-разному влияют на работу СВТ и даже могут вывести оборудование из строя. Поскольку сами по себе современные СВТ достаточно дороги и наиболее подвержены губительному воздействию помех по входному напряжению, в некоторых случаях возникает необходимость защитить это оборудование от подобного рода воздействий. Наиболее требовательным к стабильности параметров электропитания является оборудование, применяемое для медицинских систем жизнеобеспечения, компьютерные системы банков, страховых компаний, офисные ЛВС и системы управления производством. Все электромагнитные помехи можно подразделить на:

• кондуктивные – это электромагнитные помехи, созданные в проводящей среде;
• излучаемые – это электромагнитные помехи, созданные в пространстве,

По месту создания все помехи можно разделить на:

• внутренними;
• внешними.

К внешним помехам в первую очередь относятся промышленные помехи, которые являются особенно опасными для персональных компьютеров. Эти помехи создаются аппаратурой дуговой и контактной сварки, силовой пускорегулирующей аппаратурой, приводными электродвигателями, медицинской аппаратурой и т.п. Например, включение электропаяльника может вызвать выбросы напряжения в сети в десятки вольт, а включение люминесцентного источника света - до 1000В! Допустимое стандартом отклонение сетевого напряжения составляет +10...-15%. Однако в сетях переменного тока имеют место кратковременные провалы и выбросы напряжения, превышающие допустимые нормы, вызванные импульсными помехами. Исследования AT&T Bell Labs показали, что типичными для сетей являются следующие нарушения:

• снижение (провалы) напряжения;
• отключение напряжения;
• броски напряжения и импульсные помехи;
• помехи различного вида.

Для уменьшения воздействия внешних кондуктивных помех рекомендуется:

• первичное напряжение переменного тока подводить к компьютерной сети от отдельной (собственной) трансформаторной подстанции, предназначенной только для питания компьютеров;

• во избежание проникновения внешних помех в цепь электропитания осуществлять развязку с помощью широкополосных помехоподавляющих фильтров с большим затуханием.

Уменьшение воздействия внешних излучаемых помех достигается, в основном, за счет экранирования. Источником внутренних помех, могущих привести к сбою в работе компьютера, является, в первую очередь, его собственный импульсный блок питания. Все выше сказанное позволяет заключить, что вопросы улучшения качества электропитания СВТ являются наиболее актуальными в настоящее время. 

Базовые технологии устройств защиты

На сегодняшний день можно различить несколько базовых технологий и, соответственно, реализующих их типов устройств, которые способны защитить систему в критических режимах работы. Простейшими из них являются устройства для подавления выбросов напряжения:

 • фильтры-ограничители (surge suppressor/protector);

 • сетевые фильтры (line conditioner).

Первые обычно реализуются схемой, содержащей металл-оксидные варисторы, конденсаторы и индуктивности, вторые строятся на базе трансформатора, сглаживающего флуктуации входного напряжения. Остальные технологии реализуются с помощью источников бесперебойного питания. Устройства защиты подразделяются на:

1. Ограничители выбросов

2. Ограничители выбросов в телефонной сети

3. Сетевые фильтры стабилизаторы

4. Источники аварийного питания

- Источники резервного питания (SPS)

- Источники бесперебойного питания (UPS)

В самом блоке питания компьютера (если он высокого качества) некоторые предохранительные устройства уже могут быть установлены. В блоках питания некоторых СВТ высокого класса предусмотрена защита от высоких напряжений и токовых перегрузок, а также простейший фильтр для снижения уровня помех, проникающих из сети.

Тема 3.2. Источники бесперебойного питания: классификация, структурные схемы, основные параметры.

Для защиты оборудования используются приборы, с помощью которых можно в течение некоторого времени поддерживать работоспособность системы при исчезновении напряжения в сети. За это время пользователь успеет спокойно закончить работу, сохранить ее результаты и выключить компьютер. Существует два вида устройств такого типа:

-источники резервного питания (Standby Power Supply— SPS)

-источники бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply— UPS).

Однако, в соответствии с действующим стандартом IEC 60146-4, источники бесперебойного питания классифицируют по принципу действия на три основные группы:

• Off- Line (Standby Power Supply);

• Line-Interactive;

• On-Line

Лучшие из всех сетевых буферных устройств, безусловно, блоки UPS, поскольку они не только обеспечивают работу компьютера в аварийных ситуациях, но и стабилизируют напряжение и очищают его от помех.

Источник резервного питания (SPS)

SPS включается только тогда, когда исчезает или сильно понижается сетевое напряжение.

Источники резервного питания типа Off-Line

Источники бесперебойного питания типа Off-Line (с отключением сети) стандартом определяются как пассивные, резервного действия (UPS-PSO), способны поддержать работу персонального компьютера в течение 5.. 10минут.,состоит из двух параллельных ветвей:

• Фильтр - нагрузка;

• выпрямитель – батарея – инвертор - нагрузка.  

Основными недостатками архитектуры Off-Line считают:

• неудовлетворительная работа источников питания данного типа в сетях с низким качеством электрической сети: плохая защита от провалов напряжения, превышений допустимого значения напряжения, изменений частоты и формы входного напряжения,

• невозможность своевременного восстановления емкости аккумуляторной батареи и при частых переходах на батарейное питание:

• несинусоидальное выходное напряжение при работе от батареи. Таким образом, основное рекомендуемое их использование — устройства зашиты нагрузки с импульсным блоком питания с редкими отклонениями питающей сети.

Источники резервного питания линейно-интерактивного типа В источниках бесперебойного питания линейно-интерактивного типа (Line- Interactive, иногда Ferroresonant) сочетаются преимущества архитектуры On-line с надежностью и эффективностью резервных источников питания. В ИБП этого тип в отличие от технологии Off-Line в прямой цепи содержится ступенчатый автоматический регулятор напряжения (booster), построенный на основе автотрансформатора. В некоторых моделях используется сетевой стабилизатор напряжения.

Технология On-Line Технология On-Line позволяет реализовать самый надежный тип ИБП. С выпрямителя (рисунок 67) напряжение сети поступает на преобразователь постоянного напряжения высокого уровня к в низкое ПН1, а затем - на преобразователь постоянного напряжения в переменное выходное напряжение (ПН2). Преобразователь ПН2 — инвертор, питание на который подастся как от аккумуляторов, так и от сети через выпрямитель- преобразователь напряжения ПН1, включенных параллельно • при нормальной входном переменном напряжении инвертор ПН2 питается от выпрямителя; • при отклонениях в питающей электросети от нормы входное напряжение для ПН2 снимается с аккумуляторов.

Основные технические характеристики ИБП

Форма питающего напряжения  Наиболее близкая к синусоиде форма выходного напряжения достигается применением широтно-импульсной модуляции. Получение синусоиды в качестве питающего напряжения характерно только для архитектуры On-line и некоторых устройств Line-Interactive.

Мощность Полная иди выходная мощность (output power). Представляет собой геометрическую сумму активной и реактивной мощностей. Параметр вычисляется как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения, его значение указывается производителем ИБП.

Диапазон входных питающих напряжений (input tallage) — определяет пределы допустимых значений напряжения в сети, при которых источник питания еще способен поддерживать напряжение на выходе, не переключаясь на питание от батареи, характеризует срок службы батарей, чем шире диапазон, тем дольше прослужат батареи.

Частота входного напряжения (Input frequency) — характеризует диапазон отклонения частоты источника сети.

Коэффициент искажения формы выходного напряжения (total harmonic distortion — THD) характеризует отклонение формы выходного напряжения от синусоиды, единица измерения - проценты Малые значения !

Время переключения режимов (transfer time) характеризует инерционность ИБП. примерно до 4...15 мс. Допустимая нагрузка (aver load) характеризует устойчивость ИБП при перегрузках по мощности, задается в процентах по отношению к номинальной, определяет устойчивость ИБП к нестационарным перегрузкам.

Время автономной работы определяется емкостью батарей и величиной нагрузки, составляет 5...10 мин.

Срок службы батарей составляет 4-5 лет, однако реальный существенно зависит от условий эксплуатации частоты переключений в автономный режим, условий зарядки, окружающей среды

Наличие холодного старта — возможность включения источника бесперебойного питания при отсутствии напряжения в питающей сети. Такая функция полезна при включении компьютера, например, для приема/отправки факса при отсутствии напряжения сети.

Соединение ИБП с ПК Компьютер с источником бесперебойного питания соединяется посредством соединительного кабеля, вставляемого в электрические разъемы типа DB-9, DB-15. DB-25 Цифра в наименовании означает число контактов в разъеме, кроме того, добавляется суффикс F (female) или М (пик), указывая на конструкцию разъема гнездового или штырькового исполнения. Друг с другом соединяются разъемы только противоположных суффиксов. Параллельные порты имеют разъем DB-25F, в последовательных портах в стандарте IBM AT используется разъем DB-9M. а в стандарте IBM XT — DB-25M.  

Обобщенные характеристики основных типов ИПБ представлены в таблице 5.

Тема 4.1 Методы экономии электроэнергии при работе средств вычислительной техники. Энергосберегающие технологии

Вопросам экономии электрической энергии в настоящее время уделяется все большее внимание. Это обусловлено следующими причинами:

Во-первых, количество СВТ неуклонно растет.

Во-вторых, за последние годы тарифы на электроэнергию повышались несколько раз. В результате эта статья расходов достигла 20–30% эксплуатационного бюджета организации. Согласно данным аналитической компании IDC, на каждый доллар, потраченный на новые аппаратные средства, дополнительно тратится 50 центов на электропитание и охлаждение. И это — в два раза больше, чем пять лет назад.

 Втретьих, СВТ вырабатывают много тепла. Например, для сервера крупной компании при потребляемой мощности 30 кВт на стойку для их охлаждения требуется оборудование, эквивалентное по мощности двум бытовым кондиционерам.

Резервы экономии За счет разумного выбора методов управления, аппаратного обеспечения, инфраструктуры питания и охлаждения можно сэкономить большие суммы. Например, трехлетняя экономия расходов на электричество при использовании энергосберегающего сервера достигает примерно уровня стоимости этого сервера.

 Можно выделить семь основных способов экономии электроэнергии:

• отключение от питания неиспользуемого ИТ-оборудования;
• объединение серверов, центра хранения и обработки данных;
• включение функции управления питанием центрального процессора;
• использование ИТ-оборудование с высокоэффективными блоками питания;
• использование систем бесперебойного питания (ИБП) с высоким КПД;
• применение лучших методов охлаждения оборудования.

Интегральный эффект

 Сочетание энергоэффективного ИТ-оборудования с энергосберегающими инфраструктурой питания и стратегией охлаждения дает интегральный эффект.

Рассмотрим, например, сервер 1U, потребляющий 300 Вт электричества. В обычном центре обработки данных для обеспечения работы этого сервера потребовалось бы около 1341 Вт внешней энергии. На электропитание сервера тратилось бы 3,5 тыс. долл., что почти равно стоимости его приобретения. Представим, что у вас есть лучшие в своих классах устройства — энергосберегающие сервер, системы распределения питания и охлаждения. Теперь серверу 1U для работы требуется всего 696 Вт энергии от внешней сети. За три года лучшее оборудование и лучшие методы позволят сэкономить более 1,7 тыс. долл. только на оплате электроэнергии.

Тема 4.2 Энергопотребление персональных компьютеров Схемы управления питанием ПК.

Спецификации и концепции энергопотребления Управляя электропитанием компьютера, можно сэкономить деньги, продлить срок эксплуатации его устройств и предотвратить потерю данных пользователя. 

Поэтому большинство современных ПК поддерживают стандарты по энергопотреблению — усовершенствованные средства управления электропитанием (так называемая спецификация АРМ) и интерфейс автоматического управления конфигурацией и питанием (спецификация ACPI).

Спецификации АРМ и ACPI

С 1995 г. ПК стал соответствовать требованиям Energy Star, а в его BIOS (базовой системе ввода/вывода) появилась функция Advanced Power Management (АРМ). Под АРМ понимают стандарт от Microsoft и Intel, появившийся в 1992 г. и ставший первой спецификацией для производителей ПК, которая установила взаимодействие между операционной системой (ОС) и BIOS компьютера при управлении энергопотреблением. В 1996 г. появился ACPI (Advanced Configuration and Power Interface — интерфейс конфигурирования и управления энергопотреблением). Эта спецификация, предложенная Intel, Microsoft и Toshiba, является ключевым элементом технологии Operating System Directed Power Management (OSPM — непосредственное управление энергопотреблением операционной системой). В настоящее время действует спецификация ACPI 2.0, которая распространяется на более широкий спектр компьютеров, включая корпоративные серверы, настольные системы и ноутбуки. Кроме того, в ACPI 2.0 добавлена поддержка 64-разрядных микропроцессоров для серверов и поддержка различных типов памяти.

Концепция IAPC

Недавно в рамках проекта Energy Star для своих систем на базе процессора Intel Pentium 4 такие производители, как Compaq, Dell, Gateway, Hewlett-Packard, Fujitsu-Siemens, IBM, Samsung, Legend, Mitac, ACER создали решения, поддерживающие Intel Instantly Available PC (IAPC). IAPC описывает технологии, позволяющие ПК при переходе в режим ожидания (когда устройства ПК не используются) снижать потребляемую мощность до 5 Вт и менее. Совместные усилия этих компаний могут помочь сократить количество потребляемой среднестатистическим ПК электроэнергии на 70%. Концепция IAPC предусматривает отказ от необходимости начальной загрузки ПК после включения, обеспечивая тем самым мгновенную его готовность к выполнению работы, когда в этом возникает потребность. Для полного пробуждения ПК потребуется 5 секунд, а способность принимать и передавать информацию будет сохраняться даже во время «сна».

Состояние компьютера по питанию

При использовании ACPI компьютер пребывает в одном из двух состояний:

• в рабочем состоянии;
• в состоянии ожидания.

Компьютер, переведенный в состояние ожидания, кажется выключенным, хотя на самом деле он находится в готовности в одном из четырех состояний ожидания. Из каждого состояния ожидания ПК может быть переведен в рабочий режим, но при этом в каждом случае потребуется разное время. При реализации спецификации ACPI тумблер (кнопка) питания компьютера становится программным переключателем: («Выключить» (sleep), «Включить» (wake-up). За исключением случая прекращения подачи электропитания на компьютер, ОС оставляет управление за собой и может переводить компьютер в различные состояния по электропитанию.

 Спецификация OnNow

Эта спецификация — детище Microsoft. Для полной реализации спецификации OnNow обязательным условием является наличие на материнской плате раздельного электропитания ее компонентов. Ее разработчики вместо неопределенного достаточно четкого состояния ожидания, ввели четыре новых состояния: 

• S1 (standby 1). Останавливаются все тактовые генераторы, но содержимое оперативной памяти остается неизменным. Выход из этого состояния осуществляется мгновенно.

• S2 (standby 2) То же, что и состояние S1, но отключается питание центрального процессора и кэша, а данные из него направляются в оперативную память ПК.

• S3 (suspend-to-mciiiory). Все устройства ПК полностью обесточиваются, а оперативная память хранит данные о состоянии центрального процессора и кэша.

• S4 (suspend-to-disk). Все устройства ПК обесточиваются, а данные записываются на жесткий диск. Система «пробуждается» как обычно (через загрузку BIOS), но ее состояние (открытые приложения, окна, настройки ОС и др.) восстанавливается с жесткого диска.

Клавиши, предусмотренные для управления электропитания ПК, называют клавишами ACPI. Так, например, клавиатуры ВТС имеют клавиши; Power off (Выключение). Sleep (Засыпание) и Wake up (Включение).

Тема 4.3.Режимы работы ПК при потреблении электроэнергии: дежурный, приостановки, спящий.

В современных Windows для управления электропитанием компьютера могут поддерживаться два режима:

• Режим Hibernate (спящий режим). В этом режиме все данные из памяти переносятся на жесткий диск, и выполняется полное выключение ПК. При следующем запуске система восстанавливает работу с того места, где была выполнена ее остановка

• Режим Standby (ждущий режим). В этом режиме останавливается жесткий диск, выключается экран монитора и большинство периферийных устройств, а также снижается энергопотребление процессора. ПК остается во включенном состоянии. Пользовательские данные находятся в оперативной памяти. В настольных ПК обычно не применяют ждущий режим, т.к. он не очень эффективен, поскольку основной вентилятор блока питания не выключается. Данный режим более полезен лишь для пользователей портативных компьютеров

Управление режимами электропотребления ПК с помощью BIOS

Учитывая, что в различных BIOS ПК имеется собственная конфигурация меню и разделов, связанных с параметрами электропитания, их достаточно рассмотреть на примере одной из распространенных BIOS. В этом разделе будут рассмотрены параметры управления электропитанием для BIOS от компании AWARD. Следует заметить, что эти параметры для различных версий BIOS даже от одного производителя тоже разные.

Основные пункты меню для управления электропитанием

Power Management. Позволяет разрешать BIOS снижать энергопотребление компьютера, если его не используют для работы или, наоборот, запрещать подобные действия.

Video Off Option. Позволяет устанавливать, на какой стадии «засыпания» компьютера переводить монитор в режим пониженного энергопотребления.

Video Off Method. Устанавливается способ перехода монитора в режим пониженного энергопотребления. Может принимать значения:

Suspend Switch. Этот параметр разрешает или запрещает переход в режим Suspend (временного останова) с помощью кнопки (тумблера) на системном блоке. Режим Suspend является режимом максимального снижения энергопотребления компьютером.

HDD Power Down. Устанавливает время, через которое при отсутствии обращения жесткий диск будет выключен или запрещает выключение вообще. Параметр не применим к SCSI-дискам.

Doze Mode. Время перехода или запрета перехода в первую фазу снижения энергопотребления.

Standby Mode. Время перехода или запрета перехода во вторую фазу снижения энергопотребления.

Suspend Mode. Время перехода или запрета перехода в третью стадию снижения энергопотребления.

Раздел РМ Events В этом разделе указываются прерывания, при обращении к которым компьютер должен «просыпаться», если к устройствам, использующим эти прерывания, есть обращения.

 Раздел Power Up Control Параметры этого раздела определяют виды управления блоком питания и применяются для блоков питания в стандарте АТХ и материнских плат, допускающих подключение к таким блокам питания.

PWR Button < 4 Sees. Управление функциями кнопки (тумблера) Питания на системном блоке ПК.

PWR Up On Modem Act. При установке этого параметра ПК включается после звонка на модем.

Automatic Power Up. Этот параметр определяет расписание включения ПК.

Другие разделы В следующих нескольких разделах приведены параметры, отслеживая которые BIOS сообщает ОС или устройствам об их выходе за пределы допустимого.

Раздел параметров наблюдения за вентиляторами Fan Monitor:

1. Chassis Fan Speed (xxxxRPM). Контроль скорости вращения дополнительного вентилятора в корпусе компьютера. При выборе значения Ignore скорость вращения этого вентилятора отслеживаться не будет.

2.CPU Fan Speed (xxxxRPM). Контроль скорости вращения вентилятора процессора. При выборе значения Ignore скорость вращения этого вентилятора отслеживаться не будет.

 3. Power Fan Speed (xxxxRPM). Контроль скорости вращения вентилятора блока питания. При выборе значения Ignore скорость вращения этого вентилятора отслеживаться не будет.

Раздел параметров наблюдения за температурой Thermal Monitor:

l. CPU Temperature. Температура процессора в градусах Цельсия и Фаренгейта.

2. MB Temperature. Температура материнской платы в градусах Цельсия и Фаренгейта. Раздел параметров наблюдения за напряжениями питания Voltage Monitor. Здесь отображаются как напряжения питания, подаваемые на материнской плате.

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ

ГБПОУ ВО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

КОМИССИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ЦИКЛА КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ,  МАТЕМАТИЧЕСКИХ И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН

Л. П.Чаплыгина

Практические работы

профессионального модуля ПМ06 «Проектирование цифровых устройств»

МДК 06.02 «Электропитание средств вычислительной техники»

Специальность 44.02.06 Профессиональное обучение (по отраслям),

 специальность профиля подготовки Компьютерные системы и комплексы

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано

советом учебно - методического центра

в качестве учебно-методического пособия профессионального модуля ПМ06 «Проектирование цифровых устройств»

МДК 06.02 «Электропитание средств вычислительной техники»

для студентов специальностей среднего профессионального образования технического профиля

Воронеж, 2018

Рецензенты:

Савченко Е.А., председатель комиссии профессионального цикла специальностей «Компьютерные системы и комплексы,  математических и естественнонаучных дисциплин» ГБПОУ ВО «ВГППК».

Чаплыгина Л.П., Практические  работы профессионального модуля ПМ06 «Проектирование цифровых устройств» МДК 06.02 «Электропитание средств вычислительной техники»: учебн.-метод. пособие для студ.– Воронеж: ГБПОУ ВО «ВГППК», 2018. - 32 с.

Данное пособие содержит материал для проведения экспериментальной и практической части работ по различным изучаемым темам студентами профессионального модуля ПМ06 «Проектирование цифровых устройств»

МДК 06.02 «Электропитание средств вычислительной техники», а также теоретические вопросы, устные и письменные задания различной степени сложности для защиты практических работ и для самоконтроля.

Учебное пособие предназначено для студентов колледжа специальностей среднего профессионального образования технического профиля.

Библиограф.:  назв.

© Л. П. Чаплыгина

ГБПОУ ВО «ВГППК», 2018

Содержание

Пояснительная записка        4

Практическая  работа № 1        5

Практическая  работа № 2        7

Практическая  работа № 3.        9

Практическая  работа № 4        12

Практическая  работа № 5        16

Практическая  работа № 6        18

Практическая  работа № 7        21

Практическая  работа № 8        23

Практическая  работа № 9        27

Практическая  работа № 10        30

Литература        32

Пояснительная записка

В современном мире человеческая личность не может успешно самореализоваться лишь на основе успешного развития своих интеллектуальных способностей. Для выбора роли и места в современном мире человеку необходимо понимать, что собой представляет окружающий мир и по каким законам он развивается. Также необходимы студентам знания о современном технологическом мире как о материальной основе благосостояния общества.

Таким образом, приобретение системы знаний о мире и его законах, умений применять эти знания на практике остается одной из целей обучения каждого студента.

Предлагаемые в пособии практические работы содержат:

- рекомендации по выполнению экспериментальной части работы по темам, изучаемым на теоретических занятиях;

-рекомендации по выполнению практической части работы в виде:

1) схемы;

2) практического задания;

3) контрольных вопросов;

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Тема: Разводка питания и заземления для компьютеров, подключенных в локальную сеть

Цель: рассмотреть  способы разводки питания и заземления для компьютеров, подключенных в локальную сеть.

1. Указания по выполнению работы

Применение отдельного, «чистого» заземления, изолированное от системы заземления здания, подключенного к заземляющему контакту розетки, является ошибочным решением – защита от ЭМП обеспечивается, а электробезопасность - нет. Рассмотрим простую ситуацию. Допустим, для заземления компьютеров в каком-либо помещении была выполнена «чистая» система заземления, т.е. все металлические корпуса компьютерной техники, сетевых и прочих устройств присоединены к выделенному контуру заземления, не связанному с системой заземления здания

2. Порядок выполнения работы

Рисунок 4 иллюстрирует путь тока при коротком замыкании (КЗ) между фазным проводником, питающим компьютер, и его корпусом, возникающем вследствие пробоя конденсатора в сетевом фильтре на входе в устройство. Обратный путь тока КЗ будет проходить через два контура: общий контур защитного заземления здания (ТП) и «компьютерное заземление». Сопротивление контура заземления трансформаторной подстанции (ТП) обычно составляет не более 4 Ом, сопротивление «чистого» заземления составляет порядка 10 Ом. Поэтому при питании оборудования напряжением 220 В максимальный ток КЗ, протекающий по поврежденной линии, составит:

Этого тока будет недостаточно для срабатывания автоматического выключателя, установленного на поврежденной линии. Если на линии установлен автоматический выключатель с номинальным током 16 А, то для быстрого отключения тока КЗ должен сработать электромагнитный расцепитель (величина уставки 45–100 А и более). Следовательно, при протекании тока величиной 15,7 А устройство защиты просто «не поймет», что протекающий по нему ток является результатом аварийной ситуации, и не отключит поврежденную линию. При прикосновении к корпусу такого электрооборудования человек попадет под напряжение. Кроме того, небольшие по сечению соединительные провода и интерфейсные элементы оборудования будут интенсивно нагреваться. Нагрев происходит из-за разности потенциалов между корпусом и экранами сетевых кабелей. Таким образом, по ним будет протекать ток, что может привести к выходу их из строя и даже возгоранию. Потенциал, который будет возникать на корпусе оборудования, легко подсчитать следующим образом:  Следовательно, при касании человеком корпуса возникнет разность потенциалов, равная 157 В. Через человека (сопротивление которого в среднем равно 1 кОм) будет протекать ток:

Хотя поражение электрическим током зависит от множества факторов (состояние нервной системы, состояние кожи и т.д.), тем не менее, из расчетов, очевидно, что при неотпускающем токе 20–30 мА протекающий через тело человека ток в 155 мА смертелен. Наиболее полно обеспечивает защиту персонала от ЭМП и поражения электрическим током, а СВТ от помех обеспечивает пяти проводная электрическая сеть, содержащей кроме фазных проводников (L) и нулевого провода (N) дополнительный проводник – защитное заземление (PE). Главная идея заключается в том, что все заземляемые части оборудования, нулевые защитные проводники, металлические трубопроводы коммуникаций, металлические части каркаса здания, металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования, заземляющие устройства системы молниезащиты, заземляющие проводники рабочего заземления, металлические оболочки телекоммуникационных и сетевых кабелей должны быть объединены в основную систему уравнивания потенциалов (рисунок 5). Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине.

3. Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы

2. Цель работы

3. Схема безопасной системы заземления

4. Расчет по представленным формулам.

5. Выводы

4. Контрольные вопросы:

1. Что такое заземление?
2. Для чего оно необходимо?
3. Как осуществляется разводка питания и заземления для компьютеров, подключенных в локальную сеть?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

Тема: «Исследование схемы однополупериодного выпрямителя». 

Цель работы: Исследование установившихся процессов в однофазных неуправляемых выпрямителях. Экспериментальное определение кпд, выходного сопротивления и снятие внешней характеристики выпрямителей при работе на активную нагрузку. 

1. Указания по выполнению работы

Перед началом выполнением измерений, после сборки исследуемого выпрямителя проверьте настройку приборов и параметры трансформатора TV1 и диодов. Для этого в положении иконки "рука" на трансформаторе двойным щелчком откройте панель Transformer Properties. Выберите опцию Models. Здесь выделены строки Default и Ideal. Нажмите на клавишу Edit, открывается панель Sheet1 с основными характеристиками трансформатора. Проверьте следующие параметры: N=2; LS1=0,001 Гн; L0=5 Гн; r1=10 Ом; r2=0,2 Ом.

Если это не так, то установите их в соответствующих окошках. Выход из окна Sheet1 производится нажатием кнопки "ОК".

Выпрямительный диод - идеальный. Нажмите на клавишу Edit и установите следующие параметры: обратный ток диода Iобр=0,001, динамическое сопротивление диодов Rд=1Ом, пороговое напряжение - Uпор=0,82 В, максимальное обратно напряжение Uобрmax=300В.

2. Порядок выполнения работы

На рабочем столе оболочки Windows находим ярлык Wewb 32 и двойным щелчком запускаем программу EWB.

3. Исследование схемы однополупериодного выпрямителя.

3.1 Собрать модель выпрямителя, проверить исходное состояние:

        Схема включает следующие элементы:

• источник напряжения переменного тока U1;
• однофазный трансформатор TV1;
• выпрямительный диод VD1;
• тумблер К1,
• шунтирующий нагрузочный резистор 10мОм;
• нагрузочный резистор Rн;
• измерительные приборы.

3.2 Включите схему. Подождите несколько секунд, пока установится переходный процесс, и выключите схему. Запишите показания приборов. Проверьте, выполняются, ли нижеследующие соотношения для трансформатора:

3.3 Откройте переднюю панель осциллографа и установите развертку 5,0 mc/div, Y/T; канал А - 100 V/div, DC; канал В - 200 V/div, DC. Включите схему, и после заполнения экрана осциллографа выключите ее. Зарисуйте полученные кривые с указанием осей и масштаба. Объясните их форму.

3.4 Снятие внешней характеристики выпрямителя.

Включите схему. С помощью клавиши R (R-увеличение сопротивления, Shift+R – уменьшение сопротивления) изменяйте сопротивление RН от 100% до 0, заполните таблицу. Режим "холостого хода" (ХХ) обеспечивается размыканием ключа К (клавиша X в латинском регистре). При этом последовательно с нагрузкой включается резистор R2 = 10 мОм, что практически эквивалентно холостому ходу. Для дальнейших измерений ключ К1 замкнуть.

Рассчитайте кпд и Ri (внутреннее сопротивление) выпрямителя. Постройте зависимость U0, кпд в зависимости от тока нагрузки I0.

4. Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы

2. Цель работы

3. Используемые приборы и ПО

4. Схема исследуемого выпрямителя

5. Осциллограммы напряжений

6. Заполненная таблица

8. Расчет внутреннего сопротивления выпрямителей.

9. Выводы

5. Контрольные вопросы:

1. Каковы достоинства и недостатки исследуемых схем выпрямителей?

2. Как экспериментально определить внутреннее сопротивление источника напряжения?

3. По каким критериям выбирают диоды для выпрямителя?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  №3

Тема: «Исследование схем двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой и мостового двухполупериодного выпрямителя». 

Цель работы: Исследование установившихся процессов в однофазных неуправляемых выпрямителях. Экспериментальное определение кпд, выходного сопротивления и снятие внешней характеристики выпрямителей при работе на активную нагрузку.

1. Указания по выполнению работы

Перед началом выполнением измерений, после сборки исследуемого выпрямителя проверьте настройку приборов и параметры трансформатора TV1 и диодов. Для этого в положении иконки "рука" на трансформаторе двойным щелчком откройте панель Transformer Properties. Выберите опцию Models. Здесь выделены строки Default и Ideal. Нажмите на клавишу Edit, открывается панель Sheet1 с основными характеристиками трансформатора. Проверьте следующие параметры: N=2; LS1=0,001 Гн; L0=5 Гн; r1=10 Ом; r2=0,2 Ом.

Если это не так, то установите их в соответствующих окошках. Выход из окна Sheet1 производится нажатием кнопки "ОК".

Выпрямительный диод - идеальный. Нажмите на клавишу Edit и установите следующие параметры: обратный ток диода Iобр=0,001, динамическое сопротивление диодов Rд=1Ом, пороговое напряжение - Uпор=0,82 В, максимальное обратно напряжение Uобрmax=300В.

2. Порядок выполнения работы

Собрать схему двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой с подключенными контрольно-измерительными приборами. Проверить исходное состояние элементов.

Схема включает следующие элементы:

• источник напряжения переменного тока U1;
• однофазный трансформатор TV1;
• выпрямительные диоды VD1 и VD2;
• тумблер К1, шунтирующий нагрузочный резистор 10мОм;
• нагрузочный резистор Rн;
• измерительные приборы.

4.2. Включите схему. Подождите несколько секунд, пока установится переходный процесс, и выключите схему. Записать значение токов и напряжений в точках схемы. Сравнить значение токов во всех ветвях, объяснить полученные значения.

4.3. Выполнив двойной щелчок на иконки осциллографа, настройте его. Включите схему, и после заполнения экрана осциллографа выключите ее. Зарисуйте полученные кривые с указанием осей и масштаба. Объясните их.

4.4. Снятие внешней характеристики выпрямителя.

Включите схему. С помощью клавиши R (R-увеличение сопротивления, Shift+R –уменьшение сопротивления) изменяйте сопротивление RН от 100% до 0, заполните таблицу 2. Режим "холостого хода" (ХХ) обеспечивается размыканием ключа К (клавиша X в латинском регистре). При этом последовательно с нагрузкой включается резистор R2 = 10 мОм, что практически эквивалентно холостому ходу. Для дальнейших измерений ключ К1 замкнуть.

Рассчитайте кпд и Ri (внутреннее сопротивление) выпрямителя. Постройте зависимость U0, кпд в зависимости от тока нагрузки I0.

5. Исследование схемы двухполупериодного мостового выпрямителя.

5.1 Собрать схему двухполупериодного мостового выпрямителя с подключенными контрольно-измерительными приборами. Проверить исходное состояние элементов.

Схема включает следующие элементы:

• источник напряжения переменного тока U1;
• однофазный трансформатор TV1;
• мостовой выпрямитель диоды VD1-VD4;
• тумблер К1, шунтирующий нагрузочный резистор 100кОм;
• нагрузочный резистор RН;
• измерительные приборы.

5.2 Включите схему. Подождите несколько секунд, пока установится переходный процесс и выключите схему. Запишите показания приборов. Сравнить значение токов и напряжений, объяснить полученные значения

5.3 Выполнив двойной щелчок на иконки осциллографа, настройте его. Включите схему, и после заполнения экрана осциллографа выключите ее. Зарисуйте полученные кривые с указанием осей и масштаба. Объясните их.

5.4 Снятие внешней характеристики выпрямителя.

Включите схему. С помощью клавиши R (R-увеличение сопротивления, Shift+R –уменьшение сопротивления) изменяйте сопротивление RН от 100% до 0, заполните таблицу 3. Режим "холостого хода" (ХХ) обеспечивается размыканием ключа К (клавиша X в латинском регистре). При этом последовательно с нагрузкой включается резистор R2 = 10 мОм, что практически эквивалентно холостому ходу. Для дальнейших измерений ключ К1 замкнуть. Рассчитайте Ri (внутреннее сопротивление) выпрямителя. Постройте зависимость U0 и η от тока нагрузки I0.

6. Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы

2. Цель работы

3. Используемые приборы и ПО

4. Схемы исследуемых выпрямителей

5. Заполненные таблицы

6. Расчет внутреннего сопротивления выпрямителей.

7. Выводы

7. Контрольные вопросы:

1. Каковы достоинства и недостатки исследуемых схем выпрямителей?

2. Как экспериментально определить внутреннее сопротивление источника напряжения?

3. По каким критериям выбирают диоды для выпрямителя?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  №4

Тема: «Исследование транзисторных фильтров при работе на различные виды нагрузок».

 Цель работы: Экспериментально определить коэффициенты сглаживания и к.п.д. фильтров для различных схем активных фильтров с последовательным включением транзистора и нагрузки. Провести анализ переходных процессов при включении источника питания и работе на импульсную нагрузку.

1. Теоретические сведения

По сравнению с пассивными транзисторные (активные) сглаживающие фильтры имеют ряд преимуществ: выше качественные и удельные показатели; малая зависимость коэффициента сглаживания от изменения нагрузки; широкополосность по частотному диапазону; малая вероятность возникновения опасных режимов при переходных процессах; отсутствие сильных магнитных полей; простота унификации. На транзисторах фильтра, работающем в активном режиме, рассеивается значительная мощность, поэтому к.п.д. транзисторных сглаживающих фильтров несколько меньше, чем пассивных фильтров.

 Принцип действия активных фильтров основан на свойстве транзистора создавать в определенных режимах работы различные сопротивления для переменного и постоянного токов. Характерны два способа построения фильтров.

Первый способ состоит в том, что транзистор включается по схеме с общим коллектором (рисунок 1). Ток коллектора IК в схеме фильтра ОК мало зависит от величины приложенного к переходу коллектор- эмиттер напряжения UК при постоянном значении тока базы. На рисунке 2 приведены графики зависимости IК=f(UК) при Iб=const.

Рисунок 2 - График зависимости тока коллектора от напряжения на переходе коллектор- эмиттер при различных значения тока базы.

 Если провести на графике нагрузочную прямую (UК=UВХ при IКО=0 и IК=UВХ/RН при UК=0) и выбрать на ней рабочую точку А {UК0, IКО}, то сопротивление транзистора переменой составляющей тока в точке А RД=UК/IК будет много больше его сопротивления постоянному току RС=UК0/IКО, т.е. RД >> RС. Соответственно переменная составляющая выпрямленного напряжения UВ.ПЕР. на входе фильтра вызывает небольшие изменения тока коллектора IК при условии, что ток базы Iб=const. Переменная составляющая напряжения на выходе фильтра ОК UВЫХ.ПЕР.=IК·RН получается значительно ослабленной по сравнению с UВ.ПЕР.

Таким образом, сглаживание пульсаций в фильтре ОК обеспечивается RC фильтром в базовой цепи, а транзистор VT предназначен для усиления сигнала по мощности (эмиттерный повторитель!). Резистор R задает режим работы транзистора по постоянному току, устанавливая ток базы.

Второй способ построения активного фильтра состоит в том, что транзистор включается по схеме с общей базой (рисунок 3). Режим работы транзистора по постоянному току определяется величиной Rб, а сглаживающее действие - постоянной времени цепочки R1C1. Эта цепь стабилизирует ток эмиттера, если R1C1 >> Tn, где Tn - период пульсации. В этом режиме транзистор обладает большим дифференциальным сопротивлением и малым статическим, что эквивалентно дросселю в LC-фильтрах.

2. Модели активных фильтров

Рисунок 4 - Активный фильтр ОК  Рисунок 5 - Активный фильтр ОБ

На этих схемах:

• Источник переменного напряжения Um1 имитирует пульсацию входного напряжения (Um=2В, f=100Гц)
• Ключ К1 управляется клавишей L (в латинском регистре);
• ключ К2 - клавишей В;
• ключ К3 - клавишей N.
• Нагрузочный реостат RH управляется клавишей "R" на 10 % при каждом нажатии (для движения в другую сторону используют комбинацию Shift+R).
• Базовый резистор RB управляется клавишей "S" на 5 % при каждом нажатии.

3. Порядок выполнения лабораторной работы

3.1. Исследование активного фильтра по схеме ОК

Собрать модель фильтра, проверить исходное состояние: Ключ К1 - в правом положении; ключ К2 - в верхнем положении; ключ К3 - в правом положении (замкнут); реостат нагрузки RH - 50 %.

a. Двойным щелчком по иконке "осциллографа" включите его. Установите развѐртку: 0,02 S/div (в обоих каналах); закрытые входы АС и начальное смещение YPOS = 0,00. Включите выключатель в правом верхнем углу экрана. Путѐм изменения RB от 100 % до 20 % снимите зависимости U02, I0, Um2 от сопротивления смещения в базовой цепи. Выключите макет. Рассчитайте коэффициент сглаживания S и КПД . Результаты занесите в таблицу1. Постройте графики.

b. По полученным зависимостям выберите оптимальный режим работы фильтра и установите соответственно RB. Сравните значения коэффициента сглаживания S в выбранной рабочей точке с рассчитанным по выражению:

где - приведенное ко входу эмиттерного повторителя сопротивление нагрузки ( для транзистора в схеме фильтра).(=30)

c. Установите реостат RH в положение 100 %. Включите макет и изменяя Rн снимите зависимости U02, I0, Um2 от сопротивления нагрузки. Заполните таблицу 2.

d. Выключите макет. Рассчитайте S, и постройте их зависимости от тока нагрузки.

3.2 Исследование влияния возмущения со стороны сети и нагрузки.

3.2.1 Воздействие со стороны сети (изменение входного напряжения скачком).

Ключ К1 переведите в левое положение. Ключ К2 - в нижнее положение (включается источник импульсного напряжения, имитирующий скачки входного напряжения). Реостат RH - 50 %. Включите макет и осциллограф.

Зарисуйте форму переходных процессов при RH = 50 %, 10 %. Выключите макет. Сделать выводы как влияет на выходное напряжение резкое изменение входного напряжения.

3.2.2 Воздействие со стороны нагрузки. (резкое изменение тока нагрузки)

Ключ К1 оставьте в том же положении Ключ К2 верните в верхнее положение. Ключ К3 переведите в левое положение (разомкнуть!). (ключ К3 периодически подключает последовательно с Rн дополнительное сопротивление Rн1 имитирую резкое изменение тока потребляемого нагрузкой ) Реостат RH - 50 %. Включите макет и осциллограф. Зарисуйте форму переходных процессов при RH = 50 %, 10 %. Выключите макет. Сделать выводы как влияет на выходное напряжение резкое изменение тока нагрузки.

4.3 Исследование активного фильтра по схеме ОБ

4.3.1 Загрузите схему, проверите исходное состояние:

• Ключ К1 - в правом положении;
• ключ К2 - в верхнем положении;
• ключ К3 - в правом положении (замкнут);
• реостат нагрузки RH - 50 %.

4.3.2 Повторите п. а и с (раздел 4.1).

4.3.3 По построенным зависимостям выберите оптимальный режим работы фильтра и установите соответственно RB. Проверьте, выполняются ли для данного режима соотношения:

R1C1>>Tп; RB>>R1. (частота пульсаций указана на схеме)

4.3.4 повторите пункты 1 и 2 (раздел 4.2).

4.3.5 Сравните между собой схемы активных фильтров по к.п.д., коэффициенту сглаживания и скорости установления выходного напряжения.

5. Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Цель работы.

2. Схемы исследуемых фильтров.

3. Таблицы измерений и результаты расчетов. Графики зависимостей: S, U02, от RB и тока нагрузки.

4. Осциллограммы переходных процессов с указанием осей и масштаба.

5. Выводы по работе.

6. Контрольные вопросы

1. Какие схемы транзисторных фильтров Вы знаете? Каково назначение транзисторов, резисторов и конденсаторов в этих схемах?

2. Каковы достоинства и недостатки транзисторных фильтров? В каких случаях их применение ограничено?

3. Принцип действия транзисторных фильтров.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  №5

Тема: «Исследование работы параметрического стабилизатора» 

Цель работы: приобретение навыков в расчете и экспериментальном исследовании характеристик параметрического стабилизатора напряжения.

1. Теоретические сведения Наибольшее распространение в аппаратуре получили параметрические стабилизаторы (см. схему Рис. 2.) на кремниевых стабилитронах. Они позволяют стабилизировать напряжение от не скольких единиц до нескольких сотен вольт. Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона приведена на рис. 1,а.

В стабилитронах используется свойство незначительного изменения обратного напряжения на p-n переходе при электрическом (лавинном или туннельном) пробое. Участок 1-2 на рис. 1,а является рабочим участком вольтамперной характеристики стабилитрона.

Рис. 1. Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона

Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока (Рис. 2.) представляет собой делитель напряжения, состоящий из балластного резистора R1 с линейной вольтамперной характеристикой и стабилитрона VD, который можно рассматривать как резистор с резко нелинейной ВАХ.

Рис .2. Параметрический стабилизатор

При изменении напряжения Uвх изменяется ток через делитель, при этом изменяется падение напряжения на резисторе R1, а напряжение на стабилитроне и, значит, на нагрузке Rн остается практически неизменным.

Исходными для расчета стабилизатора напряжения являются:

-стабилизированное напряжение Uст = Uн на нагрузке Rн

-предельные значения тока на грузки Iн min и Iн max

-наибольшие относительные ожидаемые отклонения входного напряжения питания и от его номинального значения Δн и Δв.

Из соображения эксплуатационной надежности аппаратуры мощность, рассеиваемая на стабилитроне, должна обязательно быть ниже предельной. Учитывая это, рекомендуется принимать при расчете наибольшее рабочее значение тока через стабилитрон не более 0,8 от указанного в справочнике Iст max. Это принятое значение тока обозначим Iст. р. max Iст. р. max=0,8 Iст max

2. Порядок выполнения

2.1 Используя данные из таблицы 1 произвести расчет параметрического стабилизатора (номер варианта определяется номером рабочего места)

2.2 Собрать модель стабилизатора и произведя двойной щелчок по резистору R1 установить рассчитанные данные R1, изменяя значение R2 установить рассчитанное значение U0.

Произведя двойной щелчок по левой кнопки мыши при наведении ее на стабилитрон VD, откройте закладку свойств (EDIT) и установите значение Uст. и Iст. min

Проверьте работоспособность стабилизатора при номинальных и предельных значениях параметров, изменяя значение U0, в заданных приделах. Результаты проверки представьте в виде таблицы 2.

3. Контрольные вопросы

 1. Как влияет сопротивление R1 в схеме рис. 2 на коэффициент стабилизации?

 2. Какие меры необходимо предпринять, если при расчете величина входного напряжения получится отрицательной?

3. Может ли стабилизатор напряжения ослаблять пульсации входного напряжения?

4. Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы

2. Цель работы

3. Используемые приборы и ПО

4. Схему исследуемого стабилизатора с номиналами элементов

5. Заполненную таблицу 2

6. Ответы на контрольные вопросы

7. Выводы

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  №6

Тема: «Исследование работы компенсационного стабилизатора» 

Цель работы: Экспериментальное определение коэффициента стабилизации и к.п.д. компенсационного стабилизатора с последовательным включением транзистора и нагрузки. Исследование переходных процессов при резком изменении входного напряжения и сопротивления нагрузки. 

1. Теоретические сведения 

 В отличие от параметрических, компенсационные стабилизаторы напряжения обеспечивают необходимую стабильность напряжения на нагрузке при помощи отрицательной обратной связи, воздействующей на регулирующий элемент (РЭ). В зависимости от схемы включения РЭ компенсационные стабилизаторы разделяются на последовательные и параллельные. Стабилизатор (Рис.1) работает следующим образом. При увеличении входного напряжения U01 увеличивается и выходное напряжение U02, что вызывает увеличение напряжения на входе транзистора VT2 и его коллекторного тока, в результате чего напряжение на коллекторе уменьшается, а это вызывает уменьшение тока через транзистор VT1 (РЭ) и, следовательно, приводит к пропорциональному уменьшению U02. Аналогичные процессы происходят и при уменьшении тока нагрузки, что приводит к увеличению U02. При уменьшении U01 или U02 (при увеличении тока нагрузки) транзистор VT2 ―подзакрывается, напряжение на его коллекторе и на базе транзистора VT2 увеличивается, в результате чего U02 увеличивается почти до номинального значения. Рассмотренный стабилизатор обладает сравнительно небольшим коэффициентом стабилизации из-за малого коэффициента усиления однокаскадного усилителя постоянного тока (УПТ). Более высокими показателями обладают стабилизаторы с УПТ на ОУ. 2. Модель компенсационного стабилизатора Схема "модели" компенсационного стабилизатора приведена на рисунке 1.

        Рис. 1. Компенсационный стабилизатор

 На схеме:

• Ключ К1 управляется клавишей L (в латинском регистре) включает или отключает напряжение пульсации 3В 100Гц;
• ключ К2 управляется клавишей N обеспечивает подключение напряжения имитирующее скачкообразное изменение входного напряжения;
• ключ К3 управляется клавишей N. обеспечивает подключение транзисторного ключа, имитирующее скачкообразное изменение тока (путем изменения сопротивления) нагрузки;

Нагрузочный реостат RH управляется клавишей "R" на 10 % при каждом нажатии (для движения в другую сторону используют комбинацию Shift+R).

3. Порядок выполнения работы.

3.1. Исследование компенсационного стабилизатора

Собрать модель стабилизатора рис.1

проверить исходное состояние: Ключ К1 - в правом положении; ключ К2 - в верхнем положении; ключ К3 - в правом положении (замкнут); реостат нагрузки RH - 50 %. Резистором R4 установите напряжение на выходе стабилизатора U02=12В

 а) исследование сглаживающих свойств и характеристик стабилизатора. Двойным щелчком по иконке "осциллографа" включите его. Установите развертку: 0,02 S/div (в обоих каналах); закрытые входы АС и начальное смещение YPOS = 0,00.Чувствительность канала А 10V/div, канала В 1V/div Включите выключатель в правом верхнем углу экрана. Путем изменения RН от 100 % до 20 % снимите зависимости U02, I0, Um2, UVT1 от сопротивления нагрузки. Выключите макет. Рассчитайте коэффициент сглаживания S, КПД , РкVT2. Результаты занесите в таблицу.

Постройте графики зависимостей: U02=f(Rн), S=f(Rн), =f(Rн), проанализируете полученные результаты.

 б) Определение коэффициента стабилизации стабилизатора

Выполните следующие действия:

1. Ключ К1 - в левом положении;

 2. Реостат нагрузки RH - 50 %.

3. Резистором R4 установите напряжение на выходе стабилизатора U02=12В

4. ключ К2 - в нижнем положении;

5. ключ К3 - в правом положении (замкнут);

Включите схему и с помощью осциллографа, измерите величины изменения входного и выходного напряжений:

Используя полученные данные рассчитать коэффициент стабилизации:

Переведите ключ К2 в верхнее положение, установите Rн равным 10%, Изменяя R4 установите U02=12В. Переведя ключ К2 в нижнее положение снова определите коэффициент стабилизации, полученные данные занесите в таблицу2:

в) исследование реакции стабилизатора на изменение тока нагрузки.

Выполните следующие действия:

Ключ К1 - в левом положении; реостат нагрузки RH - 50 %.

Резистором R4 установите напряжение на выходе стабилизатора U02=12В;

 ключ К2 - в верхнем положении;

ключ К3 - в левом положении (разомкнут);

Включите схему, настройте осциллограф и зарисуйте осциллограмму изменения входного и выходных напряжений, сделайте выводы.

4. Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Цель работы.

2. Схему исследуемого стабилизатора.

3. Таблицы 1,2 измерений и результаты расчетов. Графики зависимостей: S, U02, от Rн.

4. Осциллограммы переходных процессов при изменении входного напряжения и тока нагрузки с указанием осей и масштаба.

5. Выводы по работе.

5. Контрольные вопросы 

1. Какие схемы компенсационных стабилизаторов Вы знаете? Каково назначение элементов в этих схемах?

2. Достоинства и недостатки разных схем компенсационных стабилизаторов?

3. Какой принцип действия компенсационных стабилизаторов?

4. Чем объясняется относительно низкий КПД компенсационных стабилизаторов непрерывного действия?

5. Может ли стабилизатор использоваться в качестве сглаживающего фильтра и почему?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  №7

Тема: Исследование работы импульсного стабилизатора 

Цель работы: Изучение принципов работы импульсного стабилизатора. Сравнение характеристик стабилизаторов с ШИР и ЧИР.

1. Теоретические сведения

 В отличие от стабилизаторов напряжения (СН) последовательного типа, импульсные СН обладают достаточно высоким КПД, низкой выделяемой мощностью, меньшими габаритами. В импульсных СН применяется регулирующий транзистор, непрерывно переключаемый устройством управления (УУ) из состояния насыщения в состояние отсечки с частотой 5..50 кГц. Получаемая последовательность импульсов с амплитудой источника питания поступает на узел накопления энергии, состоящего из катушки и конденсатора, где преобразуется в требуемое постоянное напряжение. Регулирование величины выходного напряжения осуществляется изменением скважности импульсов. Мощность, рассеваемая транзисторным ключом и катушкой, невелика, поэтому такой стабилизатор имеет высокий КПД. Основными недостатками таких СН являются: -более высокая сложность изготовления, в частности необходимость использования катушки индуктивности, -наличие интенсивных электрических помех, жесткие требования к диапазону нагрузок (короткое замыкание и холостой ход не всегда допустимы). Выходное напряжение стабилизатора равно: Uвых=Uвх*tвкл/T, где T=tвкл+tвыкл - период коммутации, tвкл, tвыкл - длительности включенного и выключенного состояний транзистора.

Работа схемы основана на накоплении энергии катушкой и конденсатором. Когда VT1 открыт, ток течет через него, L1 и нагрузку. Ток в катушке изменяется линейно и достигает пикового значения Пока ток через катушку больше тока в нагрузке, происходит заряд конденсатора С2. Когда VT1 закрывается, катушка становится источником питания нагрузки. Ток катушки линейно уменьшаясь протекает через нагрузку, конденсатор С2 и диод VD1. Когда ток катушки становится меньше тока нагрузки, нагрузку начинает питать конденсатор С2. В результате дальнейшего уменьшения тока через катушку транзистор снова открывается и весь процесс повторяется. Индуктивность L1 должна обеспечивать ток нагрузки в течение времени tвыкл:

 2. Модель импульсного стабилизатора 

        Схема "модели" компенсационного стабилизатора приведена на рисунке 1. VT2 и управляемый функциональный генератор имитирует схему выработки управляющих импульсов с широтноимпульсным регулированием (ШИР) или с ЧИР.

3. Порядок выполнения работы.

3.1. Исследование импульсного стабилизатора

а) исследование свойств и характеристик стабилизатора c ШИР

Двойным щелчком по иконке "осциллографа" включите его. Установите развертку: 0,05S/div (в обоих каналах); закрытые входы АС, начальное смещение по каналу А YPOS =- 1,40, по каналу В YPOS =0,00. Чувствительность по каналу А 10V/div, по каналу В 5 V/div Включите выключатель в правом верхнем углу экрана. Установить частоту управляющих импульсов 1кГц. Путем изменения скважности управляющих импульсов от 10% до 90% снимите характеристику регулирования стабилизатора. Занесите результаты в таблицу1.Напряжение Uн измерять с помощью средств осциллографа

Постройте графики зависимостей: Uн=f(Q), определите крутизну характеристики регулирования: , проанализируете полученные результаты. Установите Q=2,(1/Q=50%) запустите схему и после остановки схемы, установить развертку осциллографа равной 1,00ms/div. Зарисовать форму напряжения на коллекторе транзистора VT1.

б) исследование свойств и характеристик стабилизатора c ЧИР. Выполните следующие действия: 1. Установите % периода приходящийся на длительность импульса ((tи/T)*100) равным 50% 2. Изменяя частоту следования управляющих импульсов от 10кГц до 200кГц, снимите характеристику регулирования стабилизатора. Занесите результаты в таблицу2: QU S Н ШИР

% периода приходящийся на длительность импульса (tи/T)*100

Постройте графики зависимостей: Uн=f(fр), определите крутизну характеристики регулирования: , проанализируете полученные результаты.

4. Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Цель работы.

2. Схему исследуемого стабилизатора.

3. Таблицы 1,2 измерений и результаты расчетов. Графики зависимостей: Uн=f(Q), Uн=f(fр).

4. Осциллограммы выходного и управляющего напряжений с указанием осей и масштаба.

5. Выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Как работает импульсный стабилизатор. Каково назначение элементов в схеме стабилизатора?

2. В чем заключается ШИР и ЧИР?

3. Достоинства и недостатки импульсного стабилизатора?

4. Чем объясняется высокий КПД импульсного стабилизатора?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  №8

Тема: «Изучение устройства блока питания ПК. Показатели качества и надежности блока питания ПК» 

Цель работы: Изучить устройство блока питания ПК и показатели качества и надежности.

1. Теоретические сведения

Высокое энергопотребление современных компьютеров диктует более высокие требования к блокам питания, так что обычные трансформаторы их уже не удовлетворяют. Они были бы слишком большими и неудобными. Вместо этого сейчас используются импульсные источники питания. Они выполняют работу по максимально эффективному обеспечению оборудования электроэнергией. Аналоговые решения не подходят для современной техники. Вместо этого сегодня применяются транзисторы, которые преобразуют частоту напряжения в сети, что позволяет нам использовать трансформаторы меньшего размера. Именно в этой технологии корни названия "импульсный блок питания" ("switching power supply").

Преобразование напряжения в импульсном источнике питания включает в себя несколько шагов. Фильтр основного напряжения отвечает за пики напряжения, гармоники и помехи, возникающие в сети. На втором этапе переменный ток выпрямляется и стабилизируется. Сейчас мы имеем дело с напряжением 350 В, которое потом через инвертор трансформируется в переменное напряжение с частотой от 35 до 50 кГц. Современные компактные трансформаторы работают именно с такой частотой.

Системе требуются разные напряжения: 3,3, 5 и 12 В, поэтому у простых блоков питания может использоваться одна выходная обмотка с отводами для напряжений с разным количеством витков, или отдельные обмотки для каждого напряжения. Блоки питания высшей ценовой категории имеют отдельные трансформаторы для разных рабочих напряжений, которые затем снова выпрямляются и стабилизируются. Важно, чтобы эти напряжения оставались постоянными. Вне зависимости от степени потребления энергии системы, напряжение не должно отклоняться больше, чем на 5 процентов. В блоки питания для этого встраивается специальный контур регулирования. По этой же причине импульсный источник питания всегда находится в работе: в противном случае вам грозит перепад напряжения. 

Эффективная мощность противоположна реактивной в том, что она отражает реальное энергопотребление. Полная мощность представляет собой сумму активной и реактивной мощностей.

Коэффициент мощности высчитывается как отношение между эффективной мощностью и полной мощностью и находится в промежутке между 0 (худший результат) и 1 (идеальный результат). Итак, при покупке блока питания вам нужно убедиться, что у него высокий коэффициент мощности: это один из ключевых показателей качества для блоков питания.

Active PFC  

ActivePowerFactorCorrection (PFC) означает активную коррекцию коэффициента мощности. Коэффициент мощности является важной характеристикой для блока питания, поскольку он отражает соотношение между активной и полной мощностями.

Преимущества:

• Идеальной можно считать активную мощность около 99%;
• Высокая эффективность (при низких нагрузках уже меньше);
• Очень стабильная подача питания;
• Меньшее энергопотребление;
• Меньшее тепловыделение;
• Меньший вес.

Недостатки:

• Стоит дороже;
• Большая вероятность выхода из строя.

Passive PFC 
С помощью пассивной коррекции коэффициента мощности реактивные токи можно снижать, используя крупные катушки индуктивности. Подобный способ проще и дешевле, но он не самый эффективный.

Преимущества:

• Стоит дешевле;
• Отсутствие электромагнитных помех.

Недостатки:

• Требуется лучшее охлаждение;
• Не подходит для высоких нагрузок;
• Высокое энергопотребление (потери энергии);
• Тяжелее;
• Низкая активная мощность (примерно от 70% до 80%).

Блоки питания с пассивными PFC можно считать устаревшими.

Одним из ключевых показателей эффективности блока питания является, соответствует ли он стандартам EnergyStar 5.0 и 80 PLUS. Последний будет приоритетным для вычислительной техники и является стандартом, признанным повсеместно в мире. Кроме того, если речь идёт о европейских странах, то нужно также проверить соответствие стандартам CE и ErP.

Блоки питания стандарта 80 PLUS являются более эффективными.

Принципы и спецификации, естественно, влияют на эффективность и на качество питания. Блок питания, отмеченный сертификатом 80 PLUS, будет соответствовать определенным требованиям, что устанавливается посредством набора тестов. Мы хотели бы упомянуть, что условия стрессового тестирования 80 PLUS не соответствуют напрямую спецификации ATX, при этом они выполняются в условиях американских электрических сетей питания, работающих с меньшим напряжением. В условиях России и Европы, с сетями 230 В, эффективность блоков питания 80 PLUS будет чуть выше, чем в США.

Концепция 80 PLUS была расширена: сейчас она подразумевает несколько уровней эффективности, Platinum, Gold, Silver и Bronze, и спецификации каждого из этих стандартов имеют собственный набор требований. Таким образом, блок питания стандарта "80 PLUS Platinum" или "80 PLUS Gold" будет более эффективным, чем обычный блок питания. В то же время, эти блоки питания и стоят дороже.

По таблице ниже можно проследить, как уровень спецификации устройства влияет на его работу при заданной нагрузке, и оценить каждый конкретный уровень спецификации. 

Потребление энергии выключенного компьютера

При выключении компьютера блок питания, как правило, продолжает работать. Это необходимо для поддержки некоторых функций, как Wake-on-LAN. Блок питания будет тратить некоторое количество мощности даже тогда, когда компьютер выключен. Современные блоки питания, особенно те, которые продаются в Европе, согласно заявлениям производителей, тратят не более 1 Вт в таком режиме.

2.Самые важные схемы защиты в современных блоках питания

В таблице ниже вы найдёте расшифровки обозначений наиболее важных составных частей современных блоков питания. После этого достаточно будет убедиться, что в ваш блок питания включены необходимые элементы безопасности. 

Рекомендации по выбору оборудования питания.

1. Выбор блока питания с разумным уровнем мощности, в большинстве случаев, более оправдан, чем траты на более мощное устройство;
2. Покупать устройство высокой мощности имеет смысл разве что в том случае, если вы твёрдо рассчитываете использовать его в полную силу в будущем;
3. Блоки питания среднего ценового диапазона, сертифицированные 80 PLUS Gold, будут хорошей покупкой, если вы работаете с большим разбросом рабочей мощности;
4. Проверяйте соответствие спецификаций на упаковке и реальных значений: количество ватт не всегда совпадает;
5. И не покупайте самые дешёвые блоки питания: приемлемые варианты стоят не дешевле 50 долларов.

Грамотный выбор блока питания поможет сэкономить деньги, обеспечить стабильную работу и безопасность. 

3. Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы

2. Цель работы

3. Используемые приборы и ПО

4. Схему модели исследуемого блока питания.

5. Выводы

4. Контрольные вопросы.

1. Каково назначение элементов безопасности?

2. Как работает SPS?

3. В чем заключаются рекомендации по выбору блока питания?

4. Преимущества и недостатки пассивной коррекции коэффициента мощности.

5. Преимущества и недостатки активной коррекции коэффициента мощности.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  №9

Тема: «Исследование работы МС управления ШИМ» 

Цель работы: Изучение, принципов работы, режимов работы МС ШИМ TL494. 

Перечень приборов и ПО, используемых в работе.

1. Программа Electronics Workbench

2. Электронная модель МС ШИМ TL494.

1. Теоретические сведения

Микросхема ШИМ TL493/4/5 включают в себя следующие основные узлы:

• усилитель ошибки,
• встроенный регулируемый генератор,
• компаратор регулировки мертвого времени,
• триггер управления,
• прецизионный ИОН на 5В
• схему управления выходным каскадом.

Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от –0,3…(Vcc-2) В.

Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%. Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя. Выходной каскад микросхем TL493/4/5 работает в однотактном или двухтактном режиме с возможностью выбора режима с помощью специального входа.

В работе используется следующая электронная модель МС:

• Функциональный генератор эмитирует генератор пилообразного напряжения МС
• DA1 – компаратор сигнала ошибки;
• Источники напряжения Е1 и Е2 эмитируют входные напряжения
• Транзисторы VT1 и VT2 выходные транзисторы МС;
• МС DD1-DD3- схема управления выходным каскадом.

2. Порядок выполнения работы.

Соберите схему. Двойным щелчком по иконке "осциллографа" включите его. Установите развертку: 0,05 S/div (в обоих каналах); закрытые входы АС и начальное смещение YPOS А = -0,20 YPOS B = 1,00. Включите выключатель в правом верхнем углу экрана. Установить К1 в верхнее положение. Установить значение R1 и R2 равным 50% зарисовать осциллограммы выходных напряжений МС. Установить значение R2 равным 50% путем изменения значения R1 от 100% до 0%, измеряя средствами программы длительность выходного импульса (для любого канала) снять регулировочную характеристику МС по входу 1 как зависимость tи=F(Uvx), заполните данные в таблицу 1

Установить значение R1 равным 50% путѐм изменения значения R2 от 100% до 0%, измеряя средствами программы длительность выходного импульса (для любого канала) снять регулировочную характеристику МС по входу 2 как зависимость tи=F(Uvx), заполните данные в таблицу 2

Постройте на одном графике зависимости tи=F(Uvx), для обоих каналов.. Проанализируйте полученный график. Определите крутизну регулирования: , для каждого канала. Выключите схему. Установить значение R1 и R2 равным 50% зарисовать осциллограммы выходных напряжений МС. Включите выключатель в правом верхнем углу экрана. Измерить средствами программы ширину «мертвой зоны» выходного импульса (для любого канала), объяснить ее назначение. Путем перевода ключа К1 в нижнее положение перевести МС в однотактный режим работы. Зарисовать осциллограммы выходных напряжений.

3. Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы

2. Цель работы

3. Используемые приборы и ПО

4. Схему модели исследуемой МС ШИМ.

5. Заполненные таблицы 1и 2.

6. Графики и осциллограммы напряжений.

7. Выводы

4. Контрольные вопросы.

1. Каково назначение элементов МС?

2. Как работает МС?

3. В чем заключается сущность методов ШИР и ЧИР?

4. Чем обусловлена необходимость формирования «мертвой зоны».

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  №10

Тема: «Управление режимами электропотребления ПК с помощью BIOS.» 

Цель работы: Изучить порядок управление режимами электропотребления ПК с помощью программ BIOS-SETUP. 

Перечень приборов и ПО, используемых в работе: ПК, User’s Manual системной платы.

1. Порядок выполнения работы.

1.1 Порядок запуска программ Bios - Setup.

Включить компьютер после завершения тест - программы POST нажать клавишу ―Delete, в открывшимся окне выбрать пункт меню “Power Management Setup”, ознакомившись с подпунктами программы Bios – Setup представить их в виде таблицы:

1.2 Раздел Power Management

1.2.1 Последовательно включить разделы проверяя их влияние на режим электропотребления:

1.2.2 User Define (определяется пользователем)

1.2.3 Min Saving (минимальное энергосбережение)

1.2.4 Max Saving (максимальное энергосбережение)

1.2.5 Disable (запрещение энергосбережения)

Проанализировать чем отличаются режимы; записать, чем отличаются режимы

1.3 Раздел Video Off Method

Последовательно изменить режимы изменить способ перехода монитора в режим пониженного энергопотребления

1.3.1 DPMS OFF

1.3.2 DPMS Reduce ON

1.3.3 DPMS Standby

1.3.4 DPMS Suspend

1.3.5 Blank Screen

1.3.6 V/H SYNC+Blank

Проанализировать чем отличаются режимы, записать, чем отличаются режимы

1.4 Раздел Power Up Control

Последовательно изменить режимы изменить способ перехода в режим пониженного энергопотребления

1.4.1 PWR Button < 4 Secs последовательно установить значения:

1.4.2 Soft Off (программное выключение)

1.4.3 Suspend (временная остановка

1.4.4 No Function (нет функций) –

1.4.5 AC PWR Loss Restart (включить компьютер после пропадания питания) последовательно установить значения:

Enabled - разрешено

Disabled - запрещено

1.4.6 Automatic Power Up (автоматическое включение) установить значение в следующих режимах

Everday (ежедневно) – установить время 7.30

By Date (по дате) – установить значение 20.12.06

2. Отчет должен содержать:

1 Порядок запуска программы Bios - Setup;

2 Таблицу с пунктами меню Power Management Setup и их назначением;

3 Назначение пунктов меню Power Management, Video Off Method, Power Up Control их влияние на режим энергопотребления ПК.

3. Контрольные вопросы:

1.  Каковы режимы энергопотребления ПК?

2.  Как можно изменить режим энергопотребления ПК?

3.  Какой порядок вызова программы Bios – Setup?

4.  В чем особенность режимов энергопотребления в мобильных ПК?

Литература

1. Романов В. П., Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине: «Электропитание средств вычислительной техники», Новокузнецк, 2016
2. Электронный ресурс   www.thg.ru/site/media/editorial_team.html