13241

Дослідження випрямляючих пристроїв

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторна робота №3 Тема: Дослідження випрямляючих пристроїв Мета: 1. Вивчення принципу роботи різних типів випрямлячів. 2. Аналіз процесів у схемі випрямного діодного моста. Дослідження осцилограм вхідної і вихідної напруги для випрямного моста. Вимі

Украинкский

2013-05-11

252.5 KB

33 чел.

Лабораторна робота №3

Тема: Дослідження випрямляючих пристроїв

Мета: 1.  Вивчення принципу роботи різних типів випрямлячів.

2.  Аналіз процесів у схемі випрямного діодного моста.

  1.  Дослідження осцилограм вхідної і вихідної напруги для випрямного моста.
  2.  Вимір середнього значення вихідної напруги (постійна складова) в схемі випрямного моста.
  3.  Порівняння максимальної напруги на діодах та частоти вихідної напруги у мостовому і двопівперіодному випрямлячі.
  4.  Обчислення максимальної зворотної напруги Umax на діоді випрямного
    моста.
  5.  Вивчення впливу різних типів згладжуючих фільтрів на форму випрямленої напруги і на вихідні характеристики випрямляючих пристроїв.

Прилади й елементи

Вольтметр

Амперметр

Осцилограф

Джерело змінної напруги 120 В

Трансформатори

Діоди 1N4009

Резистори, конденсатори, котушки індуктивності

Теоретичні відомості.

Однофазні випрямлячі.

1. Однопівперіодний випрямляч.

Схема і часові діаграми напруг і струмів однопівперіодного випрямляча приведені на рис.3.1 і 3.2.

Рис.3.1.

Схема містить трансформатор ТР, в колі вторинної обмотки якого ввімкнено послідовно діод Д і опір навантаження Rн.

Якщо припустити що трансформатор ідеальний то, якщо напруга u1 на первинній обмотці трансформатора змінюється за синусоїдним законом, то напруга на вторинній обмотці u2 також буде синусоїдна.

Струм iа через діод, а отже, і через резистор навантаження iн з'являється в ті півперіоди, коли потенціал точки а вище за потенціал точки б вторинної обмотки трансформатора, оскільки в ці півперіоди діод Д відкритий. Коли потенціал точки а негативний відносно потенціалу точки б, діод закритий, струм в ланцюзі рівний нулю. Таким чином, струм в резисторі Rн з'являється тільки в одному з півперіодів напруги u2, а схема називається однопівперіодною. У випадку припущення ідеального діода –  в позитивний півперіод напруги u2 величина напруги на резисторі навантаження рівна величині u2, а на діоді нулю, і у відємний  півперіод uН=0, а величина uа = u2.

У цій схемі Uн.ср=0,45U2, і тоді    .

             

Рис.3.2.

Недоліки цієї схеми:

- мале середнє значення струму навантаження Iн.ср;

- велика зворотна напруга Uзв.макс = U2m;

- високий рівень пульсацій (коефіцієнт пульсації ).

Ці недоліки усуваються в двопівперіодних схемах випрямлячів, в яких використовуються обидва періоди напруги мережі.

2. Двопівперіодний випрямляч з середньою точкою трансформатора.

Випрямляч з виводом середньої точки вторинної обмотки трансформатора є двопівперіодним випрямлячем, схема і часові діаграми якого приведені на рис3.3 і 3.4.

Рис.3.3.

Випрямляч складається з трансформатора з вторинною обмоткою має середню точку, двох діодів Д1 і Д2 і резистора навантаження Rн, ввімкненого між середньою точкою трансформатора і катодами двох діодів.

Схему можна розглядати як поєднання двох однопівперіодних випрямлячів ввімкнених на загальне навантаження.

            

Рис.3.4.

Вважаємо, що напруги на кожній половині вторинної обмотки трансформатора рівні між собою u2а = u2б = u2.

Протягом додатної половини періоду напруги u точки а схеми має вищий потенціал (++), ніж середня точка (+) і ще вищий потенціал, ніж точка б. При цьому діод Д1 відкритий, струм в резисторі навантаження  iн = iа1, до діода Д2 прикладена напруга рівна uаб.

У перебігу другої половини періоду напруги точка а має найнижчий потенціал (--), середня точка - вищий, а точка б найвищий потенціал (+), діод Д2 відкритий, струм в резисторі навантаження iн = iа2 і має такий самий напрям, що і в першому півперіоді.

У такій схемі величина Uн.ср = 0,9U2, і струм навантаження визначається за формулою:

,

значить Iн.ср і Uн.ср в два рази вище, ніж в однопівперіодному випрямлячі. Пульсації значно менше (коефіцієнт пульсації р 0,67), проте зворотна напруга на закритих діодах удвічі більше

    Uзв.макс = 2U2m

3. Мостова схема випрямляча

Найпоширенішою схемою є мостова схема двопівперіодного випрямляча (рис.3.5) відповідні часові діаграми якої приведені на рис.3.6.

Рис.3.5.

                                                                                       Рис.3.6.

У цій схемі діоди Д1-Д4 включені по мостовій схемі, до однієї діагоналі якої підведена змінна напруга u2, а до іншої підключений резистор навантаження Rн.

 

Протягом першої половини періоду напруги u2, коли потенціал точки а додатний, а точки б -від’ємний, діоди Д1, Д3 відкриті, а Д2, Д4 - замкнуті, струм iн тече через діод Д1, резистор навантаження Rн і діод Д3. До діодів Д2, Д4 прикладено напругу вторинної обмотки трансформатора u2. У інший півперіод напруги u2 потенціал точки а нижче за потенціал точки б і діоди Д2, Д4 відкриті, а Д1, Д3 закриті, при цьому струм iн тече через діод Д2, резистор навантаження Rн і діод Д4 в тому ж напрямі, що і в перший півперіод напруги.

При цьому середній струм Iн.ср і середня напруга Uн.ср на навантаженні в два рази перевищують струм і напругу однопівперіодного випрямляча, а пульсації такі ж як у випрямлячі з середньою точкою.

Зворотна напруга на діодах в закритому стані рівна відповідно Uзв.макс = U2m.

Величина Uн.ср = 0,9U2 і струм навантаженню визначається  формулою:

.

 

4. Згладжуючі фільтри

Випрямлена напруга має пульсуючий характер і її не можна безпосередньо використовувати для живлення електронних пристроїв. Тому для зменшення ступеня пульсації на виході випрямляча застосовують згладжуючі фільтри.

Фільтри складаються з конденсаторів і котушок індуктивності. Основні види фільтрів: ємнісний, індуктивний і змішаний.

Фільтр ємнісний (рис.3.7а) вмикається паралельно до резистора навантаження і шунтує його для складової струму. При цьому конденсатор Cф спочатку заряджається під дією випрямленої напруги uВ, а потім розряджається через резистор Rн. Якщо постійна часу розряду конденсатора = CфRн значно перевищує період напруги u2, то напруга при розряді зменшується неістотно (рис.3.7б), що приводить до значного збільшення середнього значення напруги на резисторі навантаження Uн.ср і до зниження ступеня пульсації випрямленої напруги.

Фільтр ємностний використовується для слабких струмів і невеликої потужності, тобто при високоомному навантаженні.

  

      а)      б)

     Рис.3.7.

При цьому основною характеристикою фільтру є коефіцієнт згладжування        ,

     де: Рвх   - коефіцієнт пульсації на вході фільтру;

Рвих - коефіцієнт пульсації на виході фільтру.

Для випрямлячів великої і середньої потужності застосовуються індуктивні фільтри які вмикаються послідовно з резисторами навантажень (рис.3.8а).

В результаті змінна складова струму через навантаження значно зменшується і знижує ступінь пульсації випрямленої напруги (рис.3.8б).

  

      а)      б)

     Рис.3.8.

Частіше використовуються змішані фільтри: Г-подібний LС-фільтр (рис.3.9) або П-подібний CLC-фільтр (рис.3.10). Вони забезпечують вищий ступінь згладжування випрямленої напруги.

   

        

                             Рис.3.9.                          Рис.3.10.

5. Зовнішні характеристики випрямлячів

 Залежність напруги від величини струму навантаження Uн = f(Iн) називають зовнішньою характеристикою випрямляча. Вона визначається формулою:

   

де: Uн.хх - напруга на навантаженні на холостому ходу (Iн=0);

Rтр     - активний опір трансформатора;

Rд       - опір діода в прямому напрямі.

На рис.3.11 представлені зовнішні характеристики деяких типів випрямлячів з фільтрами і без них: 1 -  однопівперіодний випрямляч без фільтру;

2 -  двопівперіодний випрямляч без фільтру;

3 -  однопівперіодний випрямляч з С-фільтром;

4 -   двопівперіодний випрямляч з RС-фільтром;

 

    Рис.3.11.

Хід роботи

1. Використовуючи як навантаження опір R, зніміть три зовнішні характеристики однопівперіодного випрямляча Ud = f(Id) (див. методику зняття зовнішніх характеристик):

- для випрямляча без фільтру;

- для випрямляча з C-фільтром (фрагмент схеми представлений на рис.3.7а);

- для випрямляча з CLC-фільтром (фрагмент схеми представлений на рис.3.10).

Для R=100 Ом замалюйте три осцилограми вихідної напруги з урахуванням масштабу.

Схема досліду зображена на рис.3.12.

Рис.3.12.

2.  Замалюйте з урахуванням масштабу для Rн=100 Ом осцилограму вихідної напруги двопівперіодного випрямляча з середньою точкою трансформатора, зображеного на рис.3.3.

3. Використовуючи як навантаження опір R, зніміть три зовнішні характеристики двопівперіодного мостового випрямляча Ud=f(Id) (див. методику зняття зовнішніх характеристик):   

                                     - для випрямляча без фільтру;

     - для випрямляча з C-фильтром (фрагмент схеми представлений на рис.3.7а);

  - для випрямляча з CLC-фільтром (фрагмент схеми представлений на рис.3.10).

Для R=100 Ом замалюйте три осцилограми вихідної напруги з урахуванням масштабу.

Схема дослідження двопівперіодного мостового випрямляча зображена на рис.3.15.

Рис.3.15.

  1.  Побудуйте зовнішні характеристики випрямляючих пристроїв в єдиній системі координат і зробіть висновки по роботі.

 

Контрольні запитання

  1.  По осцилограмах вихідної напруги, визначте, чи здійснює випрямляючий міст однопівперіодне чи двопівперіодне випрямлення?
  2.  Як розрізняються змінні складові напруг на вході і виході випрямляючого моста?
  3.  Чим відрізняються вихідні напруги в схемах з випрямним мостом і двопівперіодним випрямлячем з відводом від середньої точки трансформатора?
  4.  Порівняйте максимальні зворотні напруги на діодах для схем випрямного
    моста і двопівперіодного випрямляча з відводом середньої точки трансформатора.
  5.  Чи однакові середнє значення вихідної напруги Ud (постійна складова)
    випрямного моста і двопівперіодного випрямляча?
  6.   Чи однакові частоти вхідної і вихідної напруги випрямного моста? Як вони співвідносяться з частотами вхідної і вихідної напруг двопівперіодного випрямляча?
  7.  Чи перевищує максимальна зворотна напруга Umax на діоді мостового випрямляча значення, гранично допустиме для діода 1N4009?

Методики проведення дослідів

Методика зняття зовнішніх характеристик

При знятті зовнішніх характеристик випрямляючих пристроїв необхідно змінювати опір резистора Rн в ланцюзі навантаження. Для цього відкриваємо діалогове вікно резистора за допомогою правої кнопки миші. У наступних вікнах натискаємо кнопки Component Properties і Value,  встановлюємо необхідний опір, одержуємо покази  приладів і записуємо у таблицю А.

  Таблиця А

R (Ом)

    

     100

     80

     60

      40

      20

Id (A)  

Ud (B)

Методика роботи з осцилографом приводиться у лабораторній роботі №8.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57783. Применение производной к исследованию функции 1.89 MB
  Цели урока: сформировать навыки исследования и построения графиков функции с помощью производной. Учитель записывает на доске а ученики в тетради: Применение производной при исследовании функции.
57784. Похідна та її застосування 89 KB
  Мета: Узагальнення та систематизація знань, вмінь та навичок учнів з теми; формування вмінь працювати самостійно, спілкуватись, допомагати іншим, аналізувати ситуацію; розвиток загально навчальних навичок, творчого...
57785. Застосування похідної в різних галузях науки 1.1 MB
  Мета: Навчальна: дати учням всебічні поглиблені і розширені знання про предмет вивчення його цілісну картину досягти засвоєння учнями систематичних знань про поняття похідної її геометричний та фізичний зміст.
57786. Польща в 20-х роках ХХ століття 76.5 KB
  Мета уроку: охарактеризувати процес відновлення державної незалежності Польщі; розкрити роль Ю. Очікуванні результати: Після уроку учні зможуть: пояснювати обставини за яких відбулося відновлення Польщі...
57787. Пошук інформації в Інтернеті 113 KB
  Мета: розглянути пошукові системи мережі Інтернет правила пошуку інформації в глобальній мережі Інтернет сформувати вміння пошуку необхідної інформації розвивати навички роботи у мережі виховувати інформаційну культуру учнів.
57788. Права ребенка, согласно с международным законодательством 58 KB
  В представленной методической разработке предполагается закрепить знания учащихся о правах детей полученных на уроках правоведения из СМИ; сформировать правовую позицию по проблеме прав ребенка...
57789. Правопис не з іменниками 52 KB
  Мета уроку: з’ясувати правила написання не з іменниками; виробляти вміння застосовувати правила на практиці, спираючись на смисловий аналіз слів; відпрацьовувати вміння робити синтаксичний та морфологічний розбори іменників...
57790. Арифметическая прогрессия 384 KB
  Развивающие цели: развитие исследовательских навыков учащихся, умений анализировать полученные данные и делать выводы; развитие умений осуществлять самопроверку и взаимопроверку, работу в группах...
57791. Геометрична прогресія 109 KB
  Ціль нашого уроку: застосування формул nго члена геометричної прогресії визначення геометричної прогресії а також властивостей членів геометричної прогресії для розв’язування задач.