Этапы выполнения лабораторной работы.
Лабораторная работа №5
Исследование маломощных выпрямителей и сглаживающих фильтров
Теоретическая часть.
Выпрямители.
Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное. Основными компонентами выпрямителей служат вентили – элементы с явно выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. В качестве таких элементов используют кремниевые диоды.
Однополупериодный выпрямитель.
Простейшим является однополупериодный выпрямитель (рис. 1.1.2). Напряжение и ток нагрузки имеют форму, показанную на рис. 1.1.3. Выходное напряжение меньше входного на величину падения напряжения на открытом диоде.
Рис. 1.1.2
Среднее значение выпрямленного напряжения:
. (1.1.1)
Здесь 
– действующее значение входного напряжения. С помощью формулы (1.1.1) по заданному значению напряжения 
можно найти входное напряжение выпрямителя.
Максимальное обратное напряжение на диоде:
.
Максимальный ток диода:
.
Рис. 1.1.3
Важным параметром выпрямителя является коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, равный отношению максимального и среднего напряжений. Для однополупериодного выпрямителя коэффициент пульсаций
.
Выпрямленные напряжение и ток в схеме на рис. 1.1.2 имеют большой уровень пульсаций. Поэтому на практике такую схему применяют в маломощных устройствах в тех случаях, когда не требуется высокая степень сглаживания выпрямленного напряжения.
|
|
|
Двухполупериодные выпрямители.
Меньший уровень пульсаций выпрямленного напряжения можно получить в двухполупериодных выпрямителях. На рис. 1.1.4 показана схема выпрямителя с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора.
Рис. 1.1.4
Во вторичной обмотке трансформатора индуцируются напряжения 
и 
, имеющие противоположную полярность. Диоды проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода. В положительный полупериод открыт диод VD1, а в отрицательный – диод VD2. Ток в нагрузке имеет одинаковое направление в оба полупериода, поэтому напряжение на нагрузке имеет форму, показанную на рис. 1.1.5. Выходное напряжение меньше входного на величину падения напряжения на диоде.
Рис. 1.1.5
В двухполупериодном выпрямителе постоянная составляющая тока и напряжения увеличивается вдвое по сравнению с однополупериодной схемой:
; 
.
Из последней формулы определим действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора:
.
Коэффициент пульсаций в данном случае значительно меньше, чем у однополупериодного выпрямителя:
.
Так как ток во вторичной обмотке трансформатора двухполупериодного выпрямителя синусоидальный, а не пульсирующий, он не содержит постоянной составляющей. Тепловые потери при этом уменьшаются, что позволяет уменьшить габариты трансформатора.
|
|
|
Существенным недостатком схемы на рис. 1.1.4 является то, что к запертому диоду приложено обратное напряжение, равное удвоенной амплитуде напряжения одного плеча вторичной обмотки трансформатора:
.
Поэтому необходимо выбирать диоды с большим обратным напряжением. Более рационально используются диоды в мостовом выпрямителе (рис. 1.6).
Рис. 1.1.6
Эта схема имеет такие же значения среднего напряжения и коэффициента пульсаций, что и схема выпрямителя с выводом от средней точки трансформатора. Ее преимущество в том, что обратное напряжения на диодах в два раза меньше. Кроме того, вторичная обмотка трансформатора содержит вдвое меньше витков, чем вторичная обмотка в схеме на рис. 1.1.4.
Сглаживающие фильтры
Рассмотренные схемы выпрямителей имеют относительно большие значения коэффициента пульсаций. Между тем для питания электронной аппаратуры часто требуется выпрямленное напряжение с коэффициентом пульсаций, не превышающим нескольких процентов. Для уменьшения пульсаций используют специальные устройства – сглаживающие фильтры.
|
|
|
Простейшим является емкостный фильтр (С-фильтр). Рассмотрим его работу на примере однополупериодного выпрямителя (рис. 1.1.7).
Рис. 1.1.7
Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения и тока происходит за счет периодической зарядки конденсатора С (когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на нагрузке) и последующей его разрядки на сопротивление нагрузки.
Временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя показаны на рис. 1.1.8. На интервале времени 
диод открыт и конденсатор заряжается. На интервале 
диод закрыт и конденсатор разряжается через сопротивление 
. Для уменьшения пульсаций емкость конденсатора должна быть большой, чтобы постоянная времени разряда 
была намного больше периода выпрямленного напряжения.
Рис. 1.1.8
Как следует из рис. 1.1.8, диод открыт только на интервале 
. Чем короче этот интервал, тем больше амплитуда тока через диод. Режим работы диода в схеме выпрямителя с фильтром оказывается достаточно тяжелым.
На практике используют и более сложные схемы сглаживающих фильтров, содержащих конденсаторы и индуктивные катушки. Они обеспечивают лучшее сглаживание. Основной недостаток таких фильтров – большие габариты и вес.
|
|
|
Этапы выполнения лабораторной работы.
Эксперимент 1:
Исследование однополупериодного неуправляемого выпрямителя.
Сначала следует исследовать работу выпрямителя без емкостного фильтра, отключив его. На вход А осциллографа подается выходной сигнал, а на вход В - входной.
Зарисуйте полученные осциллограммы.
Измерьте максимальные входные и выходные напряжения. Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя (резистор R1), снимите показания вольтметра и амперметра, занеся их в таблицу 2.1.
По табличным значениям постройте график внешней характеристики однополупериодного выпрямителя, работающего без емкостного фильтра.
Затем подключите емкостный фильтр и снимите и постройте внешнюю характеристику выпрямителя аналогично ранее описанному.
Зарисуйте осциллограммы напряжений при двух различных значениях емкостей фильтрующего конденсатора С=500мкФ, С=1000мкФ.
Таблица 2.1 - Внешняя характеристика однополупериодного выпрямителя
Вычислите среднее значение входного напряжения для схемы без фильтра и с подключенным фильтром.
Эксперимент 2:
Исследование двухполупериодного неуправляемого выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора.
Сначала следует исследовать работу выпрямителя без индуктивного фильтра, отключив его с помощью выключателя. На вход А осциллографа подается выходной сигнал, а на вход В - входной.
Зарисуйте полученные осциллограммы.
Измерьте максимальные входные и выходные напряжения. Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя (резистор R1), снимите показания мультиметра, работающего в режиме вольтметра, и амперметров, занеся их в таблицу 2.2. Амперметры А1 и А3 измеряют постоянную составляющую, а амперметр А2 - переменную. Сравните их показания.
Постройте внешнюю характеристику двухполупериодного выпрямителя, работающего без индуктивного фильтра.
Затем подключите индуктивный фильтр и снимите и постройте внешнюю характеристику выпрямителя аналогично ранее описанному.
Также зарисуйте осциллограммы напряжений при двух различных значениях фильтрующих индуктивностей.
Таблица 2.2 - Внешняя характеристика двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора
Вычислите среднее значение входного напряжения для схемы без фильтра и с подключенным фильтром.
Список использованной литературы
Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. - М.: «Солон-Р», 1999.-506 с.
Панфилов Д.И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Еlectronics Workbench: В 2 т./ Под общей ред. Д.И. Панфилова - Т.2: Электроника. - М.: ДОДЭКА,2000.-288с.
Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие для студ. неэлектротехн. спец. средних спец. учеб. заведений. - М.: Высш. шк., 1998. - 752 с.
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высш. шк., 1978.
Сайт: emkelektron.webnode.com
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 37; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!