Лабораторная работа № 4 Исследование однополупериодного выпрямителя

Цель работы: экспериментальное исследование и анализ схемы однополупериодного выпрямителя.

Краткие сведения из теории

Для работы электронных устройств требуются источники электрической энергии – источники питания (ИП). Структурная схема источника питания приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема ИП

Энергия от промышленной сети переменного тока поступает в первичную обмотку силового трансформатора, который изменяет (уменьшает) напряжение сети до необходимого значения. С вторичной обмотки трансформатора напряжение подается на выпрямитель. На выходе выпрямителя получается однонаправленное пульсирующее напряжение. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения используются сглаживающие фильтры.

Основным узлом ИП является выпрямитель – устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. В выпрямителях используют вентильные свойства полупроводникового диода (т. е. односторонняя проводимость). Характеризуются они средним выпрямленным током I₀ и напряжением U₀ нагрузки, а также коэффициентом пульсаций ε=U_m осн/U₀, где U_{m осн} – амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения.

Простейшим выпрямителем является схема однофазного однополупериодного выпрямителя (рисунок 2).

Рисунок 2 – Однополупериодный выпрямитель

Основные параметры данной схемы находим по следующим формулам.

1 Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора TV1

U₂=2,22 U₀.

2 Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора TV1

I₂=2,22 I₀.

3 Действующее значение тока диода VD1

I_VD=1,57 I₀.

4 Амплитудное значение тока диода VD1

I_{VD m}=3,14 I₀.

5 Обратно напряжение на диоде VD1

U_обр=3,14 U₀.

6 Выбор диода VD1 осуществляем по следующим параметрам из таблицы 1.

U_{обр. max} ≥ U_обр и I_{пр. max} ≥ I_{VD m}.

Таблица 1 – Выпрямительные диоды

Обозначение	Uпр	Uобр	Iпр	IVD ср
	В		А
1N3909	1.4	50	30	300
1N3910	1.4	100	30	300
1N3911	1.4	200	30	300
1N4001	1.1	50	1	30
1N4004	1.1	400	1	30
1N4007	1.1	1000	1	30
1N5400	1.2	50	3	200
1N5404	1.2	400	3	200
1N5406	1.2	600	3	200

Для уменьшения величины пульсаций после выпрямителя обычно помещают сглаживающие фильтры, например, на основе конденсатора (рисунок 3).

Рисунок 3 – Однополупериодный выпрямитель с сглаживающим фильтром на основе конденсатора.

Эффективность работы фильтра оценивают коэффициентом сглаживания q=ε_вх/ε_вых, где ε_вх и ε_вых – коэффициенты пульсаций без применения и с применением сглаживающего фильтра соответственно.

Значение емкости сглаживающего фильтра определяется из отношения

С1 >> 1/(2πf_сR_н),

где f_с=50 Гц – частота промышленной сети; R_н=U₀/I₀ – сопротивление нагрузки.