2. Полупроводниковый однополупериодный выпрямитель

Общие сведения. В цепи с полупроводниковым диодом (рис. 1.2.1) установившийся ток может протекать только при определенной полярности приложенного к диоду напряжения. При изменении полярности напряжения диод запирается и ток прекращается. В цепи переменного (синусоидального) напряжения ток протекает только в течение той полуволны, когда диод открыт. Полуволна другой полярности подавляется. В результате в цепи имеет место ток одного направления. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры. Простейшим фильтром является конденсатор, подключенный параллельно нагрузке.

Рис. 1.2.1. Простейшая цепь с диодом

При исследовании выпрямителей применяются следующие обозначения:

• U_вх, U_вх – мгновенное и действующее значения синусоидального входного напряжения;

• u_d, U_d, U_dmax, U_dmin – мгновенное, среднее, максимальное, минимальное значения выходного (выпрямленного) напряжения;

• f_п – частота пульсаций выходного напряжения;

• m = f_пульс / f_вх – число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания;

• – коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения. В данной работе используется одна фаза трехфазного источника напряжений.

Экспериментальная часть

Задание. Исследовать выпрямительное действие полупроводникового диода в составе однополупериодного выпрямителя, используя виртуальные приборы (либо мультиметры и осциллограф в варианте стенда без компьютера).

Порядок выполнения эксперимента

1. Соберите цепь согласно схеме (рис. 1.2.2) без сглаживающего фильтра. На схеме V0 и V1  входы коннектора. При сборке схемы обратите внимание на полярность электролитического конденсатора.

2. Включите виртуальные приборы V0 и V1 и осциллограф. Подключите два любых входа осциллографа к каналам V0 и V1. Установите развертку 5 мС/дел.

3. Перенесите на график (рис. 1.2.3) осциллограммы входного и выходного напряжений.

4. Сделайте измерения и запишите в табл. 1.2.1. значения: U_вх  действующее, U_d  среднее, , m = f_пульс / f_вх.

5. Рассчитайте и запишите в табл. 1.2.1 коэффициенты U_d / U_вх и k_пульс.

Рис. 1.2.2. Схема однополупериодного выпрямителя без сглаживающего фильтра

6. Параллельно нагрузочному резистору R_н подключите сглаживающие конденсаторы C c емкостями, указанными в табл. 1.2.1, повторите измерения и дорисуйте графики выпрямленного напряжения на рис.1.2.3.

Таблица 1.2.1 – Экспериментальные данные

C, мкФ	0	1	10	100
Uвх, В
Ud, B
, В
m
Ud / Uвх
kпульс

Рис. 1.2.3. График выпрямленного напряжения

Примечание: в стенде без компьютера все измерения можно проделать с помощью мультиметров и электронного осциллографа.

Вопрос 1. Почему максимальное значение выпрямленного напряжения U_dmax не совпадает с амплитудой входного напряжения?

Вопрос 2. Что произойдет при изменении полярности диода в цепи (рис. 1.2.2)?

Вопрос 3. Каково обратное напряжение диода в схеме со сглаживающим конденсатором?

Вопрос 4. Какое действие оказывает сглаживающий конденсатор на амплитуду пульсаций напряжения?

1.3. Полупроводниковый мостовой выпрямитель

Общие сведения. Однополупериодный выпрямитель использует только одну полуволну переменного напряжения. Как следствие, постоянное напряжение низкое по величине и имеет значительные пульсации.

Этого недостатка удается избежать в случае мостового выпрямителя со схемой (рис. 1.3.1). Здесь полуволны противоположной полярности суммируются, и среднее значение выпрямленного напряжения увеличивается в два раза.

Рис. 1.3.1. Схема мостового выпрямителя