ДВУХПОЛУПЕРИОДНАЯ СХЕМА ВЫПРЯМЛЕНИЯ.

 

2.1. Соберите схему, изображенную на рис.2.15.

 

 

 

 

Рис.2.15. Схема двухполупериодного выпрямителя без сглаживающего фильтра.

 

Источник переменного напряжения V1 – это компонент AC_POWER, расположение его в окне выбора компонентов показано на рис.2.16.

 

 

Рис.2.16. Выбор источника напряжения.

 

Установите для него  такие параметры: напряжение (Voltage RMS) 220 V, частота (Frequency) 50 Hz. RMS – это сокращение от английских слов «root mean square», что значит «среднеквадратичное значение». Сравните с предыдущей схемой – там на источнике было указано пиковое, или амплитудное значение.

TS_POWER_10_TO_1 – это силовой трансформатор с коэффициентом трансформации 10:1, то есть понижающий напряжение в 10 раз.

Взять его можно в группе Basic, семействе (Family) TRANSFORMER окна выбора компонентов (рис.2.17).

 

 

Рис.2.17.Выбор трансформатора.

 

Выбор остальных компонентов не должен вызывать затруднений. Резистор R1 имитирует нагрузку выпрямителя. Для наблюдения формы (эпюр) напряжений можно использовать двухканальный осциллограф (Oscilloscope).

Запустите моделирование и снимите показания вольтметров. Объясните, почему они именно такие.

Двойным щелчком левой кнопки мыши на изображении XSC1 откройте осциллограф.

Установите в его открывшемся окне такие значения:

развертка (Timebase Scale): 10 mS/Div, оба канала: шкала (Scale) 20 V/Div, вход DC.

Зарисуйте осциллограммы. Для удобства наблюдения можно сместить их с помощью полей «Смещение» (Y position). С помощью визиров измерьте амплитуду напряжений обоих каналов и соотнесите эти значения с показаниями вольтметров.

Остановите моделирование.

Добавьте на схему конденсатор C1 емкостью 100 μF (рис.2.18). Резистор R1 имитирует нагрузку. Резистор R2 является вспомогательным и предназначен, как и ранее, для контроля формы тока. Величина его выбрана достаточно малой – всего 100 mΩ (миллиом), или одна десятая Ома.

 

 

 

 

Рис.2.15. Схема двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

 

 

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

Двойным щелчком левой кнопки мыши на изображении XSC1 откройте окно осциллографа. Установите в его открывшемся окне такие значения:

развертка (Timebase Scale): 5 mS/Div, каналы А и В: шкала (Scale)  20 V/Div, канал С: 200 mV/Div, на всех вход DC.

Запустите моделирование. Зарисуйте осциллограммы.

Определите:

• среднее значение выходного напряжения;
• коэффициент пульсаций выходного напряжения;
• ток нагрузки.

 

Остановите моделирование. Измените емкость конденсатора C1 на 500 μF. Снова определите вид осциллограмм и коэффициент пульсаций. То же самое проделайте для емкости 1000 μF. Результаты внесите в таблицу.

При величине емкости 1000 μF определите амплитуду тока  по осциллограмме       канала С.

При малой величине пульсаций для их наблюдения можно перевести вход канала В в режим AC, исключив таким образом постоянную составляющую выходного напряжения, и увеличить чувствительность канала в поле «Шкала» (Scale).

Остановите моделирование, установите величину сопротивления резистора R1 равной 1 kΩ, емкость конденсатора С1 вновь установите равной 100 μF. Запустите моделирование и определите коэффициент пульсаций выходного напряжения. То же самое проделайте для R1 с сопротивлением 10 kΩ.

Результаты сведите в таблицу.

 

C, мкФ	R, Ом	Коэфф. пульса-ций	Частота пульса-ций Гц	Среднее значение выходного напряже-ния, В	Средний ток нагрузки, А
100	100
500	100
1000	100
100	100
100	1000
100	10000
Амплитуда тока при C=1000 мкФ, R=100 Ом, A

 

 

Остановите моделирование.

МОСТОВАЯ СХЕМА ВЫПРЯМЛЕНИЯ

 

Соберите схему по рис.2.19.

 

 

Рис.2.19

 

  

Для получения такого же выходного напряжения, как и схеме двухполупериодного выпрямления, в мостовой схеме достаточно подключить одну половину вторичной обмотки того же самого трансформатора – в этом одно из ее преимуществ. Недостатками являются вдвое большее количество используемых диодов и, поскольку ток проходит за каждый полупериод через два диода, потери за счет падения напряжения на них также удваиваются, что надо особенно учитывать при получении низких выходных напряжений. 

Для наблюдения формы напряжения в различных точках схемы используется четырехканальный осциллограф (4 Channel Oscilloscope) XSC1. Настройки каналов:   канал А (Channel_A) 10 V/Div, канал В (Channel_B) 10 V/Div, канал С (Channel_C)          500 mV/Div, развертка (Timebase) 5 mS/Div.

Резистор R3 служит для снятия эпюры тока.

D1 – диодный мостик типа 1B4B42, берем его из раздела Diodes панели компонентов и семейcтва (Family) FWB (рис.2.19а):

 

 

Рис.2.19а. Показана часть окна.

 

Название FWB (Full-Wave Bridge) можно перевести как «двухполупериодный диодный мост». Этот компонент содержит готовую диодную мостовую схему со всеми соединениями. Выбор остальных компонентов не должен вызывать затруднений.

 

Запустите моделирование. Подождите, пока не установится устойчивый стационарный режим работы схемы.  Зарисуйте вид осциллограмм. Он должен соответствовать рис.2.20.

 

Определите:

• среднее значение выходного напряжения;
• средний ток нагрузки.
• коэффициент пульсаций выходного напряжения;
• амплитуду импульсов тока через резистор R3;

 

Результаты сведите в таблицу:

 

Среднее значение выходного напряжения, В
Средний ток нагрузки, А
Коэффициент пульсаций выходного напряжения
Амплитуда импульсов тока, А

 

 

Рис.2.20.Осциллограммы выходного напряжения.

 

  Остановите моделирование.

  Измените схему в соответствии с рис.2.21.

 

 

Рис.2.21.

  

Диодный мост D5 служит для вспомогательной цели – получения осциллограммы напряжения, которое аналогично тому, что действует в цепи D1…D4 без  сглаживающего фильтра. Это позволяет соотнести происходящие процессы с изменением напряжения питающей сети и учесть при этом эффект выпрямления и падение напряжения на диодах.

Для наблюдения формы тока, проходящего через диоды, использован бесконтактный преобразователь ток-напряжение (Current Probe) XCP1 с панели инструментов, обычно он расположен в самом ее низу.

Для фильтрации выходного напряжения используется П-образный LC-фильтр, состоящий из конденсаторов C2, C3 и катушки индуктивности L1. Предусмотрена возможность подключения выключателем J1 параллельно катушке индуктивности конденсатора C1, при соответствующей величине параметров L1 и С1 образуют параллельный колебательный контур, выполняющий роль фильтра-пробки на частоте пульсаций.

Обратите внимание на режим работы вольтметров: U1 – AC, U2 и U3 – DC. 

 Для наблюдения формы напряжения в различных точках схемы используется четырехканальный осциллограф (4 Channel Oscilloscope) XSC1. Его настройки: канал A – шкала (Scale) 10 V/Div, канал B – шкала (Scale) 10 kV/Div, каналы C и D – шкала (Scale)       10 V/Div. Режим входа всех каналов – DC. Развертка (Timebase)             5 mS/Div.

Запустите моделирование. Подождите, пока не установится стационарный режим работы схемы, это может занять 1 – 2 минуты. Зарисуйте осциллограммы.

Определите:

• среднее значение выходного напряжения;
• средний ток нагрузки;
• коэффициент пульсаций выходного напряжения до и после фильтра при отключенном конденсаторе C1;
• амплитуду импульсов тока на датчике XCP1;
• коэффициент сглаживания фильтра.

Результаты сведите в таблицу.

Для расчета амплитуды тока необходимо определить чувствительность бесконтактного преобразователя ток-напряжение (Current Probe). Для этого сделайте двойной щелчок левой кнопкой мыши по его изображению с обозначением XCP1. Откроется такое окно (рис.2.22):

 

 

Рис.2.22. Настройка преобразователя ток-напряжение.

 

Коэффициент преобразования (Ratio of Voltage to Current) означает отношение напряжения, снимаемого с датчика, к току в измеряемой цепи. По умолчанию 1 Вольт на осциллограмме будет соответствовать току величиной 1 миллиампер. Менять отношение пока нет необходимости, просто закройте это окно кнопкой со значком  в правом верхнем углу или кнопкой с надписью «Отмена» («Cancel»).

Результаты сведите в таблицу.

Вид осциллограмм показан на рис.2.23.

 

 

Рис.2.23. Осциллограммы выходного напряжения.

 

Переведите выключатель J1 в положение «включено». По умолчанию (т.е. если настройки для выключателя никто не менял) это можно сделать клавишей пробела (Space) на клавиатуре. Альтернативный способ – навести мышь на движущуюся часть выключателя, при этом толщина изображающей ее линии увеличится, и щелкнуть левой кнопкой мыши. Выключение производится аналогично – или клавишей пробела или с помощью мыши, просто выключатель будет каждый раз менять свое состояние.

Рассчитайте коэффициент сглаживания фильтра при включенном конденсаторе C1.

Остановите моделирование.

 

 

СХЕМЫ УМНОЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ.

 

Соберите схему удвоения напряжения, изображенную на рис.2.27.

 

 

Рис.2.27

 

Источник напряжения V1 – это AC_VOLTAGE, берем его, как и раньше, так:     

 Источники (Sources) ->SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES->AC_VOLTAGE.

Vpk – это пиковое значение (амплитуда) напряжения источника V1. Устанавливаем его значение равным 100 V и частоту 50 Hz.

Положительная полуволна напряжения источника V1 откроет диод D1 и будет заряжаться конденсатор С1. Диод D2 заперт и на работу схемы в данный момент не влияет.

При отрицательной полуволне закроется D1 и откроется D2. Будет заряжаться конденсатор С2. На нагрузке R1 напряжения конденсаторов складываются, за счет чего и происходит удвоение напряжения.

Запустите моделирование. Подождите, пока не установится стационарный режим работы схемы. Запишите показания вольтметра и проконтролируете работу схемы по осциллографу.

Остановите моделирование.

Еще один вариант схемы удвоения напряжения представлен на рис.2.28.

 

Рис.2.28

 

Соберите  схему. В параметрах источника V1 установите 100 Vpk и 500 Hz.

Двойным щелчком левой кнопки мыши на изображении XSC1 откройте окно осциллографа. Его настройки: чувствительность каналов (Шкала, Scale) 100 V/Div, развертка (Timebase)      2 mS/Div, вход обоих каналов – DC.

Запустите моделирование. В начальный период после запуска осциллограммы будут иметь такой вид (рис.2.29).

 

 

 

Рис.2.29

 

Проследите, как происходит процесс зарядки конденсаторов в течение начальных периодов входного напряжения.

Для удобства изучения осциллограмм можно применить такой прием. После получения устойчивого запуска развертки в режиме «Авто» (Auto) перейти в режим «Одн.» (Sing.), что значит «однократный запуск» (Sing. от слова single, что значит единичный), после чего перезапустить моделирование схемы. Панель управления режимом запуска развертки находится в правом нижнем углу развернутого окна осциллографа (рис.2.30)

 После получения неподвижной картины осциллограмм можно остановить моделирование и продолжить работу с осциллограммами. Можно менять скорость развертки, чувствительность каналов – все изменения будут отображаться на виде осциллограмм.

 

 

Рис.2.30

 

По завершению работы с моделированием схемы не забывайте его останавливать.

Схема на рис.2.28 допускает дальнейшее расширение. Соберите расширенный вариант  согласно рис.2.31, на котором изображена схема учетверения напряжения.

Подобные схемы широко распространены на практике для получения высоких напряжений, используемых, например, для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов в телевизорах и т.д.

 

Рис.2.31

 

Чтобы снизить нагрузку схемы, увеличено внутреннее сопротивление вольтметров до 100 MOhm. Сопротивление нагрузки изменено на 10 MOhm. Изменен тип диодов.

Настройки осциллографа: развертка (Timebase) 5 mS/Div, шкала (Scale) 200 V/Div, режим DC обоих каналов.

Запустите моделирование, запишите установившиеся показания вольтметров и зарисуйте вид осциллограмм в момент запуска схемы.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Схемы и соответствующие им осциллограммы.
2. Результаты измерений и расчетов, сведенные в таблицы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Назовите основные схемы выпрямителей и объясните принцип их работы.
2. Перечислите выходные параметры выпрямителей.
3. Чему равно среднее значение выпрямленного напряжения при одно- и двухполупериодном выпрямлении при отсутствии сглаживающего фильтра?
4. Для чего служат сглаживающие фильтры?
5. Что такое коэффициент пульсаций выходного напряжения?
6. Какие типы пассивных сглаживающих фильтров применяются в выпрямителях?
7. Что такое коэффициент сглаживания фильтра?

 

ЛИТЕРАТУРА

---

Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!