Napájecí zdroje. 1. Síťové napájecí zdroje stejnosměrného napětí. 1. Popište síťové napájecí zdroje stejnosměrného napětí.

Transkript

1 Napájecí zdroje 1. Síťové napájecí zdroje stejnosměrného napětí 1. Popište síťové napájecí zdroje stejnosměrného napětí. 2. Vyjmenujte druhy napájecích zdrojů a jejich použití. 2. Blokové schéma stejnosměrného stabilizovaného zdroje 1. Nakreslete blokové schéma stejnosměrného stabilizovaného zdroje. 2. Popište jednotlivé části zdroje vysvětlete jejich funkci. 3. Transformační poměr 1. Vysvětlete, co je transformační poměr. 2. Vypočítejte: Pro elektrický vláček potřebujeme změnit napětí z 230 V na 9 V. Primární cívka transformátoru má 460 závitů. Kolik závitů musí mít sekundární cívka? U1 = 230 V, U2 = 9 V, N1 = 460 závitů, N2=?závitů. 4. Usměrňovače 1. Nakreslete schéma usměrňovače jednocestného, dvoucestného a můstkového. 2. Nakreslete průběh vstupního a výstupního napětí usměrňovačů. 5. Filtrace 1. Vysvětlete, co je to filtrace a čím děláme filtraci. 2. Vysvětlete, co je činitel zvlnění. 6. Stabilizace 1. Vysvětlete, jaká je funkce stabilizátoru. 2. Čím stabilizujeme.

2 7. Násobič napětí 1. Popište napěťový násobič. 2. Nakreslete schéma násobiče napětí. 1. Popište, jak měříme napětí a proud na zdrojích. 2. Vyjmenujte ochrany proti úrazu elektrickým proudem na zdroji.

3 Napájecí zdroje Správná řešení 1. Síťové napájecí zdroje stejnosměrného napětí 1. Popište síťové napájecí zdroje stejnosměrného napětí: Napájecí zdroje jsou nedílnou součástí každého elektronického zařízení. Obecně řečeno, slouží k přeměně vstupních napětí a proudů (baterie, síťový rozvod elektrické energie, solární články atd.) na napětí a proudy, které jsou nutné pro napájení různých elektrických zařízení. Ve většině případů elektronická zařízení a obvody vyžadují stejnosměrné napájení. 2. Druhy zdrojů a jejich použití: Napájecí zdroje můžeme rozdělit do dvou základních skupin, a to na zdroje lineární a zdroje spínané. Lineární napájecí zdroje jsou charakterizované použitím síťového kmitočtu (50 60 Hz) transformátoru a teprve potom následujícím usměrňovačem, filtrem, popřípadě i lineárním regulátorem. Tento typ zdrojů je laciný a spolehlivý, ale má několik nevýhod (ve srovnání se spínanými zdroji obecně). Ve spínaných zdrojích je výkonový člen (tranzistor) zatěžován impulzně. Je střídavě spínán a rozpínán. Využívají se výhody impulzního režimu tohoto prvku. V impulzním režimu může být odebíraný impulzní výkon podstatně větší, než jaký je možné odebírat v lineárním režimu s použitím stejného výkonového prvku. a) Podle typu dodávaného výkonu zdroje stejnosměrného napětí a proudu; zdroje střídavého napětí a proudu b) Podle základního fyzikálního principu a činnosti elektrochemické (primární a sekundární články); elektromechanické (generátory, dynama, alternátory); zdroje využívající elektrickou rozvodnou síť (elektronické) c) Podle povahy vnitřních dějů neregulované; regulované (se spojitou či nespojitou regulací); nestabilizované; stabilizované 2. Blokové schéma stejnosměrného stabilizovaného zdroje 1. Nakreslete blokové schéma stejnosměrného stabilizovaného zdroje:

4 2. Popište jednotlivé části zdroje vysvětlete jejich funkci: Transformátor. Síťový transformátor má v praxi obvykle dvě hlavní funkce: Přizpůsobit napětí rozvodné sítě z efektivní hodnoty 230 V na požadovanou pro správnou činnost následného obvodu. Druhou funkcí je galvanicky oddělit další obvody napájecího zdroje od sítě vzhledem k bezpečnosti při provozu. Ze vstupní strany, primárního vinutí, je síťový transformátor zapojen do síťového rozvodu, na straně výstupní, sekundární, je pak zatížen nejčastěji nějakou zátěží, spotřebičem či obvodem. Konstrukční uspořádání obou vinutí může být v praxi různé, například cívky mohou být vinuty jedna přes druhou. Počet výstupních vinutí může být také různý podle požadavků. Usměrňovač. Druhým typickým blokem napájecích zdrojů jsou usměrňovače, jež jsou zapojeny za síťovým transformátorem. Usměrňovač je elektrické zařízení, které se používá k přeměně střídavého elektrického napětí a proudu na proud stejnosměrný. Filtrace. Obsahuje nejčastěji elektrolytický kondenzátor. Tento kondenzátor hromadí náboj a dodává jej do obvodu v okamžiku poklesu pulzujícího vstupního napětí k nule. Kondenzátor spolu s odporem transformátoru a usměrňovací diody tvoří integrační článek dolní propust. Usměrněné napětí může vykazovat i při použití kondenzátoru větší hodnotu zvlnění, než dovoluje napájený elektronický obvod. Měřítkem pro posouzení zvlnění je tzv. činitel zvlnění. Stabilizátor. Dalším stavebním blokem napájecích zdrojů je stabilizátor napětí. Úkolem stabilizátoru napětí je udržovat stálou hodnotu napětí na zátěži, na svém výstupu, tedy zabezpečit, aby se tato hodnota měnila co možná nejméně při změnách některých veličin, například: vstupní napětí, výstupní proud, teplota. Navíc stabilizátory podstatně snižují zvlnění, tedy střídavou složku stejnosměrného napětí. 3. Transformační poměr 1. Vysvětlete, co je transformační poměr: Transformační poměr je poměr počtu závitů na primární a sekundární cívce. Transformační poměr značímepavypočítáme ho ze vztahu: p = N1/N2. Pro napětí a počet závitů platí: Kolikrát více je na sekundární cívce závitů než na primární cívce, tolikrát je na ní větší napětí. Toto lze vyjádřit rovnicí: N1/N2 = U1/U2. 2. Vypočítejte: Pro elektrický vláček potřebujeme změnit napětí z 230 V na 9 V. Primární cívka transformátoru má 460 závitů. Kolik závitů musí mít sekundární cívka? U1 = 230 V, U2 = 9 V, N1 = 460 závitů, N2 =? závitů. Potřebujeme sekundární cívku, která bude mít 18 závitů. 4. Usměrňovače 1. Nakreslete schéma usměrňovače jednocestného, dvoucestného a můstkového:

5 2. Nakreslete průběh vstupního a výstupního napětí usměrňovačů: jednocestný usměrňovač dvoucestný usměrňovač 5. Filtrace 1. Vysvětlete, co je to filtrace a čím děláme filtraci: Filtr obsahuje nejčastěji elektrolytický kondenzátor. Tento kondenzátor hromadí náboj a dodává jej do obvodu v okamžiku poklesu pulzujícího vstupního napětí k nule.

6 2. Vysvětlete, co je činitel zvlnění: U filtrů vyjadřujeme zbytkové střídavé napětí na výstupu usměrňovače činitelem zvlnění. Výsledný činitel zvlnění P závisí převážně na zapojení usměrňovače, na velikosti zatěžovacího odporu a kapacitě filtračního kondenzátoru. Pro jednocestný usměrňovač Pro dvoucestný usměrňovač 6. Stabilizace 1. Vysvětlete, jaká je funkce stabilizátoru: Stabilizátory využívají vhodný průběh voltampérových charakteristik některých součástek, stabilizátory se zpětnou vazbou obsahují regulační součástku, která je ovládána odchylkou výstupního napětí od hodnoty referenčního napětí. 2. Čím stabilizujeme: Stabilizace Zenerovou diodou. Je to speciální dioda, která slouží ke stabilizaci napětí. Zenerova dioda se zapojuje v závěrném směru a pracuje na principu nedestruktivního průrazu, což znamená, že při určitém Zenerově napětí (2 V, 6 V, 9 V stanovuje výrobce) dochází k celkem rychlému nárůstu proudu, ale výstupní napětí zůstává téměř konstantní. Musíme ale dávat pozor, abychom nepřekročili maximální dovolený proud Iz nebo dovolený výkon, protože může dojít k přehřátí diody a posléze k jejímu zničení. Stabilizace pomocí integrovaných stabilizátorů např Stabilizátor je součástka, která stabilizuje výstupní napětí při změnách vstupního nebo při změně zatěžovacího proudu. Zjednodušeně můžeme říct, že se porovnává požadované napětí (5 V, 12 V ) s přiváděným napětím.

7 7. Násobič napětí 1. Popište napěťový násobič: Násobiče napětí se používají zpravidla tam, kde potřebujeme vyšší hodnotu napětí, než je schopen dát například síťový transformátor, a nepotřebujeme vysoké hodnoty proudu. Pro velmi malé proudy a vysoké hodnoty napětí se nevyplatí konstruovat síťové transformátory s vysokým sekundárním napětím. Řešením je užití násobiče napětí, kterým lze násobit napětí teoreticky nekonečně mnohokrát, prakticky přibližně 10krát. Násobiče napětí lze realizovat opakováním jednotlivých usměrňovačů tak, aby z hlediska střídavého napájení byly všechny jejich stupně spojeny paralelně a z hlediska jejich výstupních stejnosměrných napětí byly jejich výstupy v sérii. 2. Nakreslete schéma násobiče napětí: 1. Popište, jak měříme napětí a proud na zdrojích. Na napájecích zdrojích používáme panelové měřicí přístroje analogové nebo digitální. Analogové měřicí přístroje nepotřebují vlastní napájení. Digitální měřicí přístroje LED nebo LCD potřebují vlastní zdroj napájení, které musí být galvanicky odděleno od zdroje. Napájení tohoto modulu je řešeno samostatným zdrojem, který se skládá z transformátoru 230/9 V, usměrňovače a stabilizátoru. 2. Vyjmenujte ochrany proti úrazu elektrickým proudem na zdroji. Je-li napájecí zdroj v kovové skříňce, musí být použita ochrana "automatickým odpojením od zdroje". Je-li napájecí zdroj v plastové skříňce, musí být použita ochrana "dvojitou nebo zesílenou izolací". Zařízení je označováno značkou:

8 Napájecí zdroje Test Tabulka pro záznam odpovědí žáka číslo otázky číslo otázky číslo otázky 1 a b c d 11 a b c d 21 a b c d 2 a b c d 12 a b c d 22 a b c d 3 a b c d 13 a b c d 23 a b c d 4 a b c d 14 a b c d 24 a b c d 5 a b c d 15 a b c d 25 a b c d 6 a b c d 16 a b c d 26 a b c d 7 a b c d 17 a b c d 27 a b c d 8 a b c d 18 a b c d 28 a b c d 9 a b c d 19 a b c d 29 a b c d 10 a b c d 20 a b c d 30 a b c d

9 Napájecí zdroje Test - zadání 1. Trojúhelník výkonu je složen: a) z příkonu, výkonu a účiníku b) z činného výkonu, jalového výkonu a zdánlivého výkonu c) z výkonu, příkonu a jalového výkonu d) z činného výkonu, zdánlivého výkonu a účiníku 2. Působí-li těleso 1 silou na těleso 2, potom působí těleso 2 na těleso 1 stejně velkou silou, avšak v opačném směru. Znění náleží: a) prvnímu Newtonovu zákonu zákon setrvačnosti b) druhému Newtonovu zákonu zákon síly c) třetímu Newtonovu zákonu zákon akce a reakce d) žádnému Newtonovu zákonu 3. Úhlovou frekvenci označujeme písmenem: a) Ψ b) α c) ω d) λ 4. Indukčnost cívky: I. se mění přímo úměrně s frekvencí; II. je udávána ve W: a) obě tvrzení jsou správná b) obě tvrzení jsou nesprávná c) pouze tvrzení I. je správné d) pouze tvrzení II. je správné 5. Jalový výkon Q: I. se neměří měřicími přístroji; II. je udáván ve VAr: a) obě tvrzení jsou správná b) obě tvrzení jsou nesprávná c) pouze tvrzení I. je správné d) pouze tvrzení II. je správné 6. Ze kterých základních součástek je složen elektromagnet? a) z cívky a měděného jádra b) z cívky a permanentního magnetu c) z cívky a jádra z feromagnetického materiálu d) z cívky a jádra z odporového materiálu

10 7. Usměrňovacím zapojením musí být usměrněno maximální napětí 220 V. Použitý typ diody má UR = 75 V. Zapojení je správné, když: a) tři diody jsou sériově zapojeny b) dvě diodyjsousériově zapojeny c) tři diody jsou zapojeny paralelně d) čtyři diody jsou zapojeny paralelně 8. Fyzikální rozměr jednotky watt je: a) 1N.m b) 1N.m.s -1 c) 1J.s -1 d) 1J.m 9. Generátor má účinnost 70 %. Ztráty v tomto generátoru činí 150 W. Výkon generátoru je: a) 150 W b) 214 W c) 350 W d) 500 W 10. Co to jsou magnetické domény? a) malé permanentní magnety b) malé remanentní magnety c) molekulové magnetky d) Weberovy magnety 11. Označte neplatný vztah pro výkon elektrického proudu P: a) P=W t -1 b) P=R U 2 c) P=U I d) P=R I Termistor je prvek: a) tepelně závislý b) napěťově závislý c) proudově závislý d) usměrňovací 13. Co způsobí kondenzátor na výstupu usměrňovače? a) stabilizaci napětí b) snížení usměrněného napětí c) zlepšení účiníku d) vyhlazení tepavého napětí

11 14. Tranzistor je polovodičový prvek: a) jednovrstvý b) dvouvrstvý c) třívrstvý d) čtyřvrstvý 15. Aniont: a) má kladný náboj b) má záporný náboj c) je neutrální d) je bez náboje 16. Výsledný odpor dvou paralelně zapojených odporů o velikosti R1 = R2 = 100 Ω: a) 200 Ω b) 100 Ω c) 50 Ω d) 10 Ω 17. Napěťový rozsah voltmetru můžeme zvětšit: a) předřadníkem b) bočníkem c) sériově připojeným kondenzátorem d) paralelně připojeným kondenzátorem 18. Proud Amůžeme zapsat pomocí předpon: a) 0,5 ma b) 50 ma c) 5000 ma d) 5 ma 19. Jednotkou frekvence je: a) volt b) ampér c) hertz d) lux 20. Žárovka zapojená v obvodu ss proudu přes kondenzátor při sepnutí spínače bude svítit: a) zpožděně a pak zhasne b) zpožděně azůstane svítit c) okamžitě a pak zhasne d) okamžitě azůstane svítit

12 21. Kondenzátor v obvodu střídavého proudu: a) zpožďuje proud vůči napětí b) zpožďuje napětí vůči proudu c) usměrňuje průběh proudu d) násobí velikost proudu 22. Kapacita kondenzátoru je závislá na: I. frekvenci; II. velikosti napětí na kondenzátoru: a) pouze tvrzení I. je správné b) pouze tvrzení II. je správné c) obě tvrzení jsou správná d) obě tvrzení jsou nesprávná 23. Pod pojmem "intenzita osvětlení" rozumíme: a) lux/m 2 b) lux/watt c) lumen/m 2 d) lumen/watt 24. Pro jádro transformátoru se používá materiál: a) magneticky tvrdý b) nemagnetický c) magneticky měkký d) z trvalého magnetu 25. Diodový můstek působí jako: a) násobič napětí b) půlvlnný usměrňovač c) dělič napětí d) celovlnný usměrňovač 26. Paralelním spojením kondenzátorů se: a) snižuje celková výsledná kapacita zapojení b) zvyšuje celková výsledná kapacita zapojení c) odděluje stejnosměrná složka d) vytváří dělič napětí 27. Mezi základní jednotky soustavy SI patří: a) sekunda, volt, metr b) farad, kelvin, kilogram c) ohm, metr, radián d) sekunda, ampér, mol

13 28. Diodou protéká proud, když: a) anoda je kladnější než katoda b) katoda je kladnější než anoda c) anoda i katoda mají stejný potenciál d) anoda je záporná vůči katodě 29. Komplementární tranzistory jsou: a) dva stejné tranzistory typu PNP nebo NPN b) dva tranzistory NPN zapojené v sérii s diodou c) stejné tranzistory, ale jeden je NPN a druhý PNP d) tranzistory reagující na dopad světla 30. Sekundární vinutí transformátoru má 120 závitů, primární vinutí má 1150 závitů. Ze sekundárního vinutí odebíráme proud 10 A, sekundární napětí je 24 V. Jaký proud odebírá transformátor? a) 1 A b) 1,04 A c) 0,96 A d) 1,4 A

14 Napájecí zdroje Test - správná řešení 1. b 2. c 3. c 4. b 5. d 6. c 7. a 8. b 9. c 10. a 11. b 12. a 13. d 14. c 15. b 16. c 17. a 18. a 19. c 20. c 21. b 22. d 23. a 24. c 25. d 26. b 27. d 28. a 29. c 30. b