ОДНОПОЛУПЕРИОДНАЯ СХЕМА ВЫПРЯМЛЕНИЯ.

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Лабораторная работа № 6 .

Исследование схем выпрямителей переменного тока.

Цели работы:

Изучить схемы выпрямительных устройств на полупроводниковых диодах и происходящие в них процессы.
Научиться применять виртуальные инструменты программы NI Multisim™ 10 при моделировании работы электрических схем.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

1.1.Основные положения.

Выпрямлением напряжения переменного тока называется процесс преобразования его в напряжение постоянного тока.
Устройство, применяемое для этой цели, называется выпрямителем переменного напряжения, или просто выпрямителем.
В выпрямителях используются электронные приборы, обладающие односторонней проводимостью, точнее, проводимость которых значительно различается при перемене полярности приложенного напряжения. В данной лабораторной работе исследуются выпрямители на полупроводниковых диодах.
Основное назначение выпрямителей – питание устройств, требующих в цепях питания напряжение постоянного тока, от сети переменного тока. Такими устройствами могут быть, например, двигатели постоянного тока и различные электронные схемы.
В большинстве источников питания используется трансформатор, служащий для понижения (или повышения) напряжения до требуемого уровня, а также для гальванической развязки от питающей сети.
Для сглаживания пульсаций выходного напряжения используются фильтры. Наиболее часто применяются пассивные фильтры: емкостные, резистивно-емкостные и индуктивно-емкостные.

Основные соотношения для синусоидального напряжения.

Закон изменения:

;

где t - время;

U(t) – мгновенное значение напряжения;

U_M – амплитуда напряжения;

φ – начальная фаза;

- круговая частота;

- частота;

T – период колебаний;

Среднее значение напряжения за период:

Действующее значение напряжения, называемое также эффективным или среднеквадратичным:

1.3. Режимы работы и параметры выпрямителей.

В общем случае нагрузка выпрямителя имеет комплексный характер и содержит как активную составляющую, так и индуктивно-емкостную.

Для выпрямителей малой мощности преобладает емкостная составляющая, которая определяется конденсатором, подключаемым для фильтрации выходного напряжения от пульсаций. В выпрямителях средней и большой мощности более эффективно использование для фильтрации индуктивно-емкостного фильтра.

К выходным параметрам выпрямителя относятся:

Среднее значение выпрямленного напряжения U₀.
Среднее значение выпрямленного тока I₀.
Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения , где U_П – амплитуда пульсаций выходного напряжения (рис.1.1).
Частота пульсаций выходного напряжения.
Внешняя характеристика выпрямителя – зависимость выходного напряжения от тока нагрузки при неизменном входном напряжении.

Рис.1.1

Характеристикой сглаживающего фильтра служит коэффициент сглаживания S, равный отношению коэффициентов пульсаций до (K₁) и после фильтра (K₂).

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

ОДНОПОЛУПЕРИОДНАЯ СХЕМА ВЫПРЯМЛЕНИЯ.

Запустите программу Multisim 10 и в окне ввода схемы (Circuit Window) соберите схему по рис.2.1.

Рис.2.1

Источник переменного напряжения V1 – это компонент AC_VOLTAGE. Взять его можно с кнопки Источники (Sources) панели компонентов:

Источники (Sources) ->Signal_VOLTAGE_SOURCES>AC_VOLTAGE

Верхняя часть окна выбора компонентов (Select a Component) при таком выборе показана на рис.2.2.

Рис.2.2. Выбор источника переменного напряжения.

Для вывода этого окна необязательно пользоваться кнопками панели компонентов. Можно щелкнуть правой кнопкой мыши в окне ввода схемы (Circuit Window) и в открывшемся контекстном меню выбрать левой кнопкой мыши пункт «Установить компонент» (Place Component)…(он в самом верху, смотри рис.2.3) .

Рис.2.3. Вариант установки компонента.

Можно также вызвать его при вводе схемы не заходя ни в какие меню одновременным нажатием клавиш Ctrl и W. Еще один способ – через главное меню (Main menu): щелкнуть левой кнопкой мыши пункт «Вставить» (Place) и в открывшемся меню выбрать левой кнопкой мыши пункт «Компонент» (Component)…

Поскольку пользоваться окном выбора компонентов придется постоянно, рассмотрим более подробно его составные части. В левом верхнем углу (см. рис.2.2) находится поле выбора библиотеки компонентов. Нам оно пока не потребуется.

Ниже расположено поле выбора раздела (group) компонентов: .

Щелкнув левой кнопкой мыши по треугольнику справа, получим возможность выбора в выпадающем меню нужного раздела компонентов (рис.2.4). Пункты этого меню повторяют кнопки панели выбора компонентов, что дает возможность выбора раздела компонентов не выходя из данного окна:

Рис.2.4.Выбор раздела.

Например, после выбора левой кнопкой мыши раздела Basic и в поле «Семейство» (Family) RESISTOR окно выбора компонентов станет примерно таким (рис.2.5):

Рис.2.5. Выбор резистора.

В полях «Компонент» (Component) можно выбрать номинал или тип компонента. Верхнее из них работает как поле контекстного поиска по вводимым буквам или цифрам, в нижнем можно выбрать конкретный номинал компонента, пользуясь при необходимости полосой прокрутки.

После ввода схемы двойным щелчком левой кнопки мыши на изображении источника V1 (рис.2.6) открываем окно установки его параметров и устанавливаем на вкладке «Параметры» (Value) напряжение (Voltage) 100 V и частоту (Frequency) 50 Hz.

Рис.2.6. Настройка источника напряжения.

На рис.2.6 показана только верхняя часть окна AC_VOLTAGE.

Щелкаем кнопку ОК внизу окна и закрываем его щелчком левой кнопки мыши на значке .

100 Vpk около символа источника означает, что установлено напряжение, амплитуда (пиковое значение) которого равно 100 Вольт.

Запустите моделирование схемы. Снимите показания вольтметров. Обратите внимание, что вольтметр U1 установлен на измерение переменного тока (AC), а вольтметр U2 – постоянного (DC).

Объясните, почему показания именно таковы.

Двойным щелчком левой кнопки мыши на изображении осциллографа XSC1 откройте его окно. При установке временной развертки (Timebase) и каналов (Channel A и Channel B) как на рис.2.7 должны получиться соответствующие осциллограммы:

Рис.2.7. Осциллограммы схемы однополупериодного выпрямителя без конденсатора фильтра.

Зарисуйте вид осциллограмм и объясните, какие процессы они отображают.

Закройте окно осциллографа значком в правом верхнем его углу.

Остановите моделирование.

Замените резистор R1 конденсатором емкостью 1 μF (рис.2.8):

Рис.2.8. Однополупериодный выпрямитель с конденсатором фильтра.

Запустите моделирование. Двойным щелчком левой кнопки мыши на изображении осциллографа XSC1 откройте его окно. При установке временной развертки (Timebase) и каналов (Channel A и Channel B) как на рис.2.9 должны получиться соответствующие осциллограммы

Рис.2.9. Осциллограммы схемы однополупериодного выпрямителя с конденсатором фильтра.

Снимите показания вольтметров.

Что изменилось в их показаниях и почему?

Двойным щелчком левой кнопки мыши на изображении XSC1 откройте осциллограф.

Канал B осциллографа переведите в режим AC и установите чувствительность (Шкала, Scale) как на рис.2.11 (100 mV/Div).

Зарисуйте вид осциллограмм и объясните, откуда взялась пила на нижней осциллограмме.

Рис.2.9. Осциллограммы схемы однополупериодного выпрямителя с конденсатором фильтра.

Остановите моделирование.

Вновь введите на схему резистор R1, подключив его параллельно конденсатору C1, емкость которого увеличьте до 10 μF. Добавьте резистор R2, играющий вспомогательную роль для снятия эпюры тока. Величина этого резистора должна быть достаточно малой, чтобы не исказить работу схемы, но достаточной, чтобы получить уровень падения напряжения на нем, приемлемый для получения осциллограммы. По известной величине сопротивления R2 и имея осциллограмму напряжения на нем, можно рассчитать проходящий по нему ток (рис.2.10). Программа Multisim имеет собственные средства для определения величины и формы тока в любой точке схемы, но указанный способ может оказаться полезным при работе с реальными устройствами и взят из практики.

Рис.2.10. Схема для исследования работы однополупериодного выпрямителя.

Для наблюдения эпюр напряжения в различных точках схемы используется четырехканальный осциллограф (4 Channel Oscilloscope) XSC1.

Двойным щелчком левой кнопки мыши на изображении XSC1 откройте окно осциллографа. В середине нижней части его находится панель управления каналами (рис.2.11):

Рис.2.11. Управление каналами виртуального 4-х канального осциллографа

Для управления каналами осциллографа используется кнопка в виде круга: . Если щелкнуть левой кнопкой мыши по сектору круга около одной из букв A,B,C или D, то управляться будет соответствующий канал. На рисунке это канал А (Channel A), и тогда поля «Шкала» (Scale), «Смещение» (Y position) и установка режима входа AC-0-DC будут влиять только на этот канал.

Установите все каналы в режим DC, чувствительность (Шкала, Scale) каналов A и B – 50 V/Div, канала C – 1 V/Div. Развертку (Timebase) установите 5 mS/Div.

Запустите моделирование. Вид осциллограмм должен соответствовать рис.2.12.

Рис.2.12.Осциллограммы процессов в однополупериодном выпрямителе.

Рис.2.13. Измерение пульсаций выпрямленного напряжения по осциллограммам.

Обратите внимание на небольшие треугольники в верхней части окна осциллографа. В исходном состоянии они находятся по левому и правому краям осциллограммы. Подцепив их левой кнопкой мыши (т.е. нажав ее на изображении треугольничка и, не отпуская начать перемещать мышь), можно установить связанный с каждым из них визир на интересующую нас часть осциллограммы. А теперь обратите внимание на часть окна осциллографа, расположенную под осциллограммами и имеющую такой вид (рис.2.4):

Рис.2.14. Измерения с помощью курсоров.

Первый курсор (Т1) установлен на минимум осциллограммы канала B, второй курсор (Т2)– на следующий за ней максимум. В колонке Канал В (Channel_B) видим напряжения, соответствующие установке визиров: 99,226 Вольт для Т2 и 21,452 Вольт для Т1, ниже – их разность (Т2-Т1), равная 77,774 Вольт, что соответствует двойной амплитуде (полному размаху) пульсаций. Первая колонка (Время, Time) соответствует положению визиров на временной оси. Стрелки слева служат для точной установки курсоров. Измерения для других каналов аналогичны. К примеру, курсор T2, установленный на вершине синусоиды канала А, привел к выводу значения около 100 V в колонке Канал А (Channel_A) и строке, соответствующей Т2, а это и есть амплитуда, установленная на источнике напряжения V1.

Остановите моделирование.

Увеличьте емкость конденсатора C1 до 100 μF и повторите измерения и расчет пульсаций.

Напоминаем, что для изменения номинального значения какого-либо компонента схемы нужно дважды щелкнуть на его изображении и в появившемся окне ввести новое значение на вкладке «Параметры» (Value). Обратите внимание, что при вводе букв клавиатура должна быть установлена на английскую раскладку (EN на языковой панели рабочего стола компьютера). Вместо греческой буквы μ в номинале компонента принято вводить латинскую u, например, 100 микрофарад пишется как 100u.

Пример:

Запустите моделирование. Вид изменившихся осциллограмм показан на рис.2.19.

Рис.2.19. Вид осциллограмм при увеличении ёмкости конденсатора фильтра.

Курсорами выделен временной промежуток, в котором диод открыт и проходит импульс тока подзарядки конденсатора.

Пользуясь данными измерений, определите по осциллограмме коэффициент пульсаций выпрямителя. Определите амплитуду тока, проходящего через резистор нагрузки R2.

Результаты измерений и расчётов занесите в таблицу.

Таблица 1.1. Результаты измерений и расчётов.

Нагрузка R=1 kΩ	Среднее значение выходного напряжения, V	Амплитуда пульсаций	Коэффициент пульсаций
С=10 μF
С=100 μF

Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 51; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!