12099

Исследование работы однополупериодного выпрямителя при активной и ёмкостной нагрузках

Лабораторная работа

Физика

ЛАБРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 Исследование работы однополупериодного выпрямителя при активной и ёмкостной нагрузках Цель исследования. Исследовать работу ОПВ на активный характер нагрузки. Исследовать работу ОПВ на ёмкостный характер нагрузки. Выполнит

Русский

2013-04-24

940 KB

11 чел.

ЛАБРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Исследование работы однополупериодного выпрямителя

при активной и ёмкостной нагрузках

Цель исследования. 

  1.  Исследовать работу ОПВ на активный характер нагрузки.
  2.  Исследовать работу ОПВ на ёмкостный характер нагрузки.
  3.  Выполнить обработку полученных данных эксперимента.
  4.  Дать сравнительную оценку результатам исследования.

1. На рис.3.1и рис.3.2 показаны схемы ОПВ, которые  наглядно показывают те источники питания, элементы регулировки напряжения и измерительные приборы, которые обычно нужны при исследовании процессов в ОПВ при разных характерах нагрузки; в схеме рис.3.2 трансформатор заменён генератором переменной ЭДС (евх).

рис. 3.1

рис.3.2

Конденсатор в схеме коммутируется с помощью ключа «К», для которого характерны два состояния: «замкнут» (конденсатор фильтра подключается параллельно нагрузке) и «разомкнут» (конденсатор отключается).

Применительно к прибору ELVIS-2 схемы рис.3.1 и рис.3.2  преобразованы в схему рис.3.3 (при активной нагрузке)  и рис.3.7 (при ёмкостной нагрузке), которые  и собраны на монтажной панели рабочей станции для исследования работы однополупериодного  выпрямителя.

Внимание:  

Схемы рис.3.3 и рис. 3.7 должны быть показаны в отчёте к лаб. работе № 3.

2. Предварительная подготовка (дома)  к лабораторной работе № 3.

2.1. Выполните расчёт схемы ОПВ при активной нагрузке по следующему заданию:

евх.max = евх = Евх.maxsinωt = 10 В;  fc =100 Гц; Rн = 1 кОм;

2.2. Определите: 

а) средние значения выпрямленного напряжения и тока на нагрузке (U0;  I0);

б) коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (Кп):

в) амплитудное значение тока через диод (Ivd.max);

г) обратное напряжение на диоде (Uобр.max);

д) дайте оценку полученным результатам.

е) подберите для заданной схемы конденсатор, который обеспечит достаточное сглаживание пульсаций в выпрямленном напряжении. Занесите его значение в табл.1.

ж) какие изменения в режиме диода вызовет подключение конденсатора-фильтра в схему ОПВ?

Полученные в процессе расчёта параметры занесите в табл. 1

                                                                                                                               Таблица 1

Параметры выпрямителя, рассчитанные при подготовке дома к лабораторной работе

Номиналы

р/элементов

eвх, 

В

Uог 

В

U0,

В

I0,

мА

Кп,

%

fп,

кГц

∆Uc,

В

Ivax, мА

Uобр

В

градусы

Активная нагрузка

Rн =

Предложенный  Сф  для схемы выпрямителя

Сф  =

3. Выполнение лабораторной работы № 1.

  1.  Исследование работы выпрямителя на активную нагрузку(Rн, рис. 3,3).

Подготовка к работе

3.1.2. Используя блок питания и подводящие силовые кабели подключите ELVIS-2 к сети и к компьютеру, кроме того, свяжите станцию с компьютером с помощью. USB.

  1.  3. Запишите в табл.2 тип диода, электрические данные диода,  значения сопротивления нагрузки, конденсатора фильтра. Скопируйте в отчёт схему  исследования работы ОПВ на активную нагрузку (рис.3.3)..

                                                                                                                 Таблица 2

Тип диода

Электрические данные диода

Iпр.макс,

мА

Uпр,

В

Uобр,

В

Iобр,

мкА

Ра.доп,

мВт

Fпред,

кГц

Тмин

0С

Тмакс

0С

р/элементы

Диод

Rн = 1 кОм

Cф =     мкФ

Провода для изменений в схеме

Рис.3.3 Схема исследования работы ОПВ при активной нагрузке

3.1.4. Изучите схему ОПВ, собранную на монтажной плате ELVIS-2 , проверьте её на соответствие схеме, показанной на рис 3.3.

В схеме:

AI0+ и AI0 ─ аналоговые входы.

FGEN ─ функциональный генератор. На вход схемы ОПВ от генератора подаётся сигнал синусоидальной формы.

AIGND ─ заземление схемы.

AI1+ и AI1 ─ аналоговые выходы; на экране дисплея осциллографа (Scope) будет показана форма напряжения на нагрузке.

ВНИМАНИЕ

До включения настольной рабочей станции ELVIS-2 компьютер должен быть выключенным

3.1.5. Получите разрешение для запуска программы прибора ELVIS-2.

3.1.6. Чтобы запустить программу прибора, выполните ряд команд в следующей последовательности:

а) включите радиостанцию ELVIS-2  (не монтажную плату);  Включение радиостанции на её задней панели. Теперь нужно  включить компьютер.

б) переходите к программе запуска, которую проследите по адресу «Пуск >> National Instruments >> NIELVISmx >> NIELVISmx Instrument Launcher».

в) на мониторе появится панель виртуальных инструментов  (ВИ, рис.3.4). Скопируйте его в отчёт.

Рис.3.4.Панель виртуальных инструментов

г) Включите функциональный генератор (FGEN, рис.3.5)  и осциллограф (Scope, рис.3.6).

Рис.3.5. Функциональный генератор (FGEN                                              Рис.3.6. Осциллограф (Scope))                                                                                            


г)
 Включите функциональный генератор (FGEN, рис.3.5)  и осциллограф (Scope, рис.3.6).

3.1.7. Задайте необходимый режим для схемы ОПВ: установите необходимое значение напряжения синусоидального сигнала и частоты f = 100 Гц на выходе генератора.

3.1.8. Укажите каналы осциллографа (AIO и AI1).

3.1.9. Установите такую развёртку осциллографа, чтобы на экране просматривалось не менее 1,5…2 периодов колебаний (порядка 2 мс).

Внимание. Не забудьте включить команды «разрешения» по каждому каналу ─ «Enabled».

3.1.10. Включите монтажную плату.

3.1.11. Подайте команду «Ran». На дисплее компьютера установятся режимы синусоидального входного сигнала и напряжения на нагрузке.

3.1.12. Скопируйте в отчёт передние панели генератора и осциллографа с заданными режимами и диаграммами напряжений от генератора и на нагрузке.

3.1.13. Измерьте амплитудное значение напряжения на нагрузке, определите напряжение основной гармоники (Uог); это значение понадобится Вам для определения коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения (Кп).

 Для измерения используйте курсоры; в нижнем левом углу экрана в окошках поставьте «галочки».

Выключите  монтажную плату

3.1.13.Рассчитайте основные параметры выпрямителя (Кп; U0; I0;  fп; Ivdmax; Uобр.vd, угол отсечки анодного тока ─ ).

Внимание. Расчёты приводите в конце отчёта подробные (с формулами, с цифрами), результаты помещайте в табл. 3, в графу «Активная нагрузка»

                                                                                                                               Таблица 3

Параметры выпрямителя

Номиналы

р/элементов

eвх, 

В

Uог 

В

U0,

В

I0,

мА

Кп,

%

fп,

кГц

∆Uc,

В

Ivax, мА

Uобр

В

градусы

Активная нагрузка

Rн =

Нагрузка ёмкостная

Сф  =

                                                                  

  1.  Исследование работы выпрямителя на ёмкостную  нагрузку

  1.  Включите в схему выпрямителя параллельно нагрузке конденсатор Сф  как показано в схеме на рис.3.7. занесите его номинал в табл.2  в графу «Ёмкостная нагрузка»

Рис.3.7

3.2.2. Повторите все операции, которые Вы проделали при исследовании работы выпрямителя на активную нагрузку. Копируйте заново передние панели функционального генератора и осциллографа при смене нагрузки с активной на ёмкостную.

3.2.3. Измерьте  с помощью курсора значения Uс.max и Uс.minдля расчёта  UС на нагрузке.

4. Обработка данных эксперимента

4.1. Рассчитайте параметры схемы выпрямителя пр и исследовании на активную нагрузку (U0; I0; Kп, fп, Uобр)  при Rн = 1кОм и занесите полученные результаты в табл.3

4.2.  Рассчитайте параметры схемы ОПВ при при исследовании на ёмкостную нагрузку (U0; I0; UС; Uобр.)  при Rн = 1кОм; С = ……  мкФ и занесите полученные результаты в табл.3

4.3. Рассчитайте, каково соотношение между сопротивлениями резистора и  конденсатора Сф, который Вы использовали при работе выпрямителя. Если сопротивление конденсатора Хс Rн /5…10, то дополнительных расчётов не потребуется. Если это соотношение не выполняется, то это значит, что конденсатор не обеспечивает достаточного сглаживания пульсаций в выпрямленном напряжении, поэтому:

4.3.1. Рассчитайте сглаживающий фильтр при Хс < Rн примерно в 10 раз, который обеспечит схеме  выпрямителя достаточное сглаживание пульсаций в выпрямленном напряжении. Расчёты поместите в отчёт под соответствующим заголовком.

4.3.2. С повышением номинала ёмкости конденсатора фильтра возрастает уровень переменной составляющей тока через диод (Ivd.max), что может погубить его. По этой причине пересчитайте режим диода при новом значении ёмкости, поместите в отчёт..

4.4. Сделайте выводы по проделанной работе, которые поместите в отчёт.

5. Содержание отчёта

В отчёте должны быть представлены:

5.1. схемы для исследования ОПВ при разных характерах нагрузки (рис. 3.3. и рис.3.7);

5.2. изображения передней панели ВИ, генератора и осциллографа с заданным режимом, с временными диаграммами, полученные в процессе эксперимента при разных нагрузках на выходе выпрямителя;

5.3. подробные расчёты параметров выпрямителя для активного и ёмкостного режимов. Расчёты при домашней подготовке и расчёты после эксперимента поместите  в конце отчёта перед выводами по работе.

5.4.. таблицы с результатами теоретического расчёта (дома) и расчёта параметров после проведения эксперимента.

5.5. подробные выводы.

Внимание. Отчёты, в которых будут отражены только табличные данные, к защите не принимаются.

  •  дайте сравнительную оценку по качеству выпрямления напряжения схемой ОПВ при разных нагрузках (со ссылкой на параметры).
  •  проведите подробный анализ режиму диода при разных характерах нагрузки (со ссылкой на параметры и на схемы замещения).

5. Примерный перечень контрольных вопросов

5.1. При исследовании работы схемы ОПВ Вы использовали плоскостные или точечные диоды?

5.2. Какая принципиальная разница между плоскостными и точечными диодами?

5.3. Чем ограничивается ток через открытый диод в схеме ОПВ (рисунок)?

Рис..3.6.

5.4. Почему при одной полярности переменной ЭДС (евх) диод открывается, а при другой закрывается?

5.5. Чем ограничивается частотный диапазон плоскостных диодов?

5.6. Почему частотный диапазон точечных диодов гораздо шире, чем у плоскостных?

5.7. Когда диод  VD1 открыт, диод VD2 закрыт (рисунок). Докажите это.

Рис.

5.8. В схеме ОПВ (рис 3.6) используется полупроводниковый диод. Схема долго работала в режиме с активной нагрузкой Rн = 1 кОм  при евх = 500 В. Желая улучшить качество выпрямления, Вы включили С-фильтр ёмкостью 1 мкФ (рис.3.5). При этом сгорел диод. Что случилось? Ответ подтвердить расчётами и схемами замещения.

5.9. Как изменился уровень постоянной составляющей в выпрямленном напряжении в схемах ОПВ и ДПВ при подключении С-фильтра? Почему?

5.10. Как изменился режим диода при подключении С-фильтра в схемах ОПВ и ДПВ?

5.11. Нарисуйте схемы замещения ОПВ и ДПВ для анализа обратного напряжения на диодах при активной и ёмкостной нагрузках. Дайте подробный анализ.

5.12.  Рассчитайте постоянные заряда и разряда конденсатора (рисунок), если известно: Rн = 1 кОм; С= 1мкФ; ток неосновных носителей I0 = 10-10A=0,1 нА; сопротивлениями диода, источника переменной ЭДС и проводов можете пренебречь.

Рис.

Сделайте выводы по результатам. Будет ли работоспособна эта схема? (с доказательством).

5.13. Назовите способы уменьшения габаритов выпрямителей.

5.14.  В схеме удвоения напряжения токи заряда и разряда направлены навстречу друг другу (рисунок).

Рис.

Почему мы считаем, что произошло удвоение напряжения? Разве эти токи не компенсируют друг друга? Объяснение вести с доказательствами.

5.15. Назовите назначение схемы, показанной на рисунке. Точечный или плоскостной диод будете использовать в этой схеме? Подробно.

Рис.

5.16. Какое назначение у этой схемы (рисунок)? Расскажите принцип её работы.

Рис.

5.17. Почему при подключении в схему выпрямителя С-фильтра резко возрастает значение переменной составляющей тока через диод?

5.18. Как и почему изменяется обратное напряжение на диоде в однополупериодном выпрямителе при подключении ёмкостного фильтра?

5.19. Меняется ли уровень среднего значения в выпрямителях при подключении в схему С-фильтра?

  1.  Почему в диапазоне высоких частот нельзя применять плоскостные диоды?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59481. Cценарій. Свято осені 580.5 KB
  Хлібомсіллю Вас вітаєм і здоров’я Вам бажаєм. В народі хліб мов матір поважають. І дорогих гостей завжди стрічають З хлібиною в барвистих рушниках. І тому завжди в пошані Хліб і в нашому селі Запашний пухкий рум’яний Він лежить на рушничку.
59482. Невтомні сіячі освітянської ниви (День вчителя) 55.5 KB
  Ведуча: Це не тільки професійне свято вчителів. Ведуча: Це він шкільний учитель навчав нас і першої літери і вміння розуміти прекрасне і палко любити Україну. Ведуча: Учитель це птах Що у небо зліта Без кінця На крилах пера Й олівця.
59483. Гумор і сатира у нашому житті 490 KB
  Учитель: Про Гаврила і чорнило. Учитель звертає увагу дітей на записані слова епіграф на дошці. на дошці учитель прикріплює назву дії Лунає дзвінок на урок. Учитель захворів.
59484. Электрификация коровника на 200 голов с разработкой кормораздачи в ЗАО Овощевод 1.67 MB
  С-х присущи некоторые особенности, которые необходимо учитывать для успешной предпринимательской деятельности: главное средство производства – земля, специфические – живые организмы; с-х ведется во всех климатических условиях, что важно учитывать при механизации, мелиорации, химизации процессов
59485. Спортивне свято у садочку: В гостях у Котигорошка 33 KB
  Мета: Поглиблювати знання дітей про козацькі забави, уміння і навички. Розвивати руховий апарат. Привчати дітей до систематичних занять з фізичної культури і спорту. Враховувати почуття дружби, колективізму, взаємовиручки.
59487. Подорож козацькими стежками 124.5 KB
  Тож сьогодні ми з вами загадаємо як зародилась Січ як козаки боронили рідну землю про славних гетьманів. Козаки казали: Січ мати а Великий Луг батько€. То хто ж вони козаки Це вільні люди. На сцену виходять козаки.
59488. Сценарій відкритого уроку: Чорнобильська трагедія 89.5 KB
  Мета. Ознайомити учнів з однією із трагічних сторінок України, розкрити наслідки трагедії, ознайомити з тими заходами, які приймає уряд України з метою запобігання подібного лиха.