2. Лабораторные задания

Задание 1. Исследование выпрямителей напряжения. На лабораторном стенде поочередно собрать электрические цепи трех выпрямителей напряжения: однофазного однополупериодного ОО (рис. 3), двухполупериодного со средней точкой ДСТ (рис. 4) и однофазного мостового ОМ (рис. 5) в соответствии с подготовительным заданием 2 и провести их исследование.

Для исследования схем выпрямителей на их вход с генератора синусоидального напряжения через силовой трансформатор подать входное напряжение U_вх, действующее значение которого изменением выходного напряжения генератора сигнала установить по цифровому вольтметру для каждой схемы выпрямления в соответствии с рассчитанными значениями U_вх.ОО, U_вх.ДСТ и U_вх.ОМ (п. 2 подготовительного задания). Частоту выходного сигнала генератора для нечетных вариантов заданий выбрать равной 50 Гц, для четных вариантов заданий – 100 Гц.

Подключая цифровой вольтметр к выходу схем выпрямления провести измерение средних значений выходных напряжений U_ср.ОО, U_ср.ДСТ и U_ср.ОМ (при режиме измерения постоянного напряжения вольтметром).

Подключить к выходу схем выпрямления осциллограф и снять временные диаграммы выходных напряжений, которые нарисовать в отчете. По временным диаграммам определить амплитуды пульсаций выходных напряжений выпрямителей U_m.ОО, U_m.ДСТ и U_m.ОМ.

Используя значения амплитуд пульсаций и средних значений выходных напряжений для каждой схемы выпрямления рассчитать в соответствии с выражением (3) коэффициенты пульсаций _ОО, _ДСТ,_ОМ.

Полученные значения действующих значений входных напряжений U_вх.ОО, U_вх.ДСТ и U_вх.ОМ, средних значений выходных напряжений U_ср.ОО, U_ср.ДСТ, U_ср.ОМ и коэффициентов пульсаций _ОО, _ДСТ,_ОМ занести в табл. 2 и сравнить с рассчитанными в п. 2 подготовительного задания значениями.

По результатам сравнения сделать выводы.

Задание 2. Исследование сглаживающих фильтров.

Определить коэффициенты сглаживания шести фильтров: С – фильтра; L – фильтра; ГLС – Г- образного LC-фильтра; ГRC – Г – образного RC – фильтра; ПLC – П – образного LC – фильтра; ПRC – П – образного RC – фильтра при использовании фильтров с выпрямителем, схема которого задана вариантом задания.

Для этого поочередно собрать шесть электрических цепей сглаживающих фильтров, подключая к их входу выход заданного вариантом задания (табл. 1) выпрямителя, а к выходу – сопротивление нагрузки R_н. После сборки каждой цепи с генератора сигнала на вход силового трансформатора выпрямителя подать синусоидальный сигнал с частотой и действующим значением в соответствии с заданием 1.

Подключая к выходу сглаживающих фильтров цифровой вольтметр и осциллограф, с помощью цифрового вольтметра (в режиме измерения постоянного напряжения), определить средние значения U_ср напряжений, а с помощью осциллографа – амплитуды пульсаций U_m. После этого для каждого фильтра рассчитать значение коэффициента пульсаций выходного напряжения: _С, _L, _ГLC, _ГRC, _ПLC, _ПRC. Используя выражение (8) по значениям коэффициентов пульсаций выходного напряжения: _С, _L, _ГLC, _ГRC, _ПLC, _ПRC и соответствующему коэффициенту пульсаций _вх.сф входного напряжения сглаживающего фильтра, равному коэффициенту пульсаций выходного напряжения использованного выпрямителя, опреде_ОО, _ДСТ,_ОМлить коэффициенты сглаживания всех фильтров S_C, S_L, S_ГLC, S_ГRC, S_ПLC, S_ПRC.

Полученные значения коэффициентов пульсаций выходного напряжения: _С, _L, _ГLC, _ГRC, _ПLC, _ПRC.

и коэффициентов S_C, S_L, S_ГLC, S_ГRC, S_ПLC, S_ПRC сглаживания занести в табл. 3, провести сопоставление их значений и сделать выводы о качестве фильтрации и возможностях практического использования фильтров.

Задание 3. Исследование вторичного источника питания.

На лабораторном стенде в соответствии со схемой, составленной в п. 5 подготовительного задания собрать электрическую цепь вторичного источника питания.

Таблица 3

Параметр	Схемы фильтров
	C	L	ГLC	ГRC	ПLC	ПRC
S
вых

В качестве транзистора VT₁ использовать транзистор структуры n-p-n, для которого проводился съем ВАХ в лабораторной работе № 3, микросхемы DA₁ – одну из микросхем типа 154УД1 (К140УД6, К140УД7), стабилитрона VD₁ – выбранный при расчете параметрического стабилизатора в лабораторной работе № 2 стабилизирующий диод, сопротивления резисторов R₁  R₃ выбрать в соответствии с п. 4 подготовительного задания, R_б1 = 5,1 к. К выходу источника питания подключить заданный вариантом работы резистор нагрузки R_н.

Подать на вход источника питания с генератора синусоидального сигнала рассчитанное значение напряжения с заданной частотой (в соответствии с заданием 1) и с помощью цифрового вольтметра провести измерение выходного U_вых и входного U_вх.ст напряжения стабилизатора.

Полученные значения сравнить с заданным вариантом задания значением выходного напряжения и рассчитанным в п. 4 подготовительного задания входным напряжением стабилизатора.

Изменяя входное напряжение стабилизатора напряжения в сторону увеличения и уменьшения на 1 В (U_вх = 1 В) и измеряя при этом соответствующее изменение выходного напряжения стабилизатора U_вых на основании выражения (9) определить коэффициент стабилизации К_ст стабилизатора.

Уменьшить сопротивление нагрузки стабилизатора в три раза и с помощью цифрового вольтметра провести измерение изменения падения напряжения U_вых на сопротивлении нагрузки.

Определяя по выходным напряжениям стабилизатора и двум сопротивлениям нагрузки соответствующие выходные токи стабилизатора, а затем из разницу I_вых, на основании выражения (10) определить выходное сопротивление R_вых стабилизатора.

Определяя по выходному напряжению стабилизатора U_вых и сопротивлению нагрузки R_н выходную мощность P_вых, поступающую в нагрузку, а по входному напряжению стабилизатора U_вх.ст и входному току стабилизатора I_вх.ст подводимую к стабилизатору мощность P_вх, рассчитать в соответствии с выражением (11) коэффициент полезного действия  стабилизатора.

Для этого провести измерение входного тока стабилизатора, что можно сделать по измеряемому с помощью цифрового вольтметра падению напряжения на резисторе с сопротивлением 10 (или 100) Ом, включаемом в разрыв входа стабилизатора (последовательно с коллектором транзистора VT₁).

Все результаты вычислений и их обоснование привести в отчете по лабораторной работе.

По результатам проведенных исследований и сопоставлений результатов сделать выводы:

 о соответствии расчетных и полученных значений параметров при исследовании разных схем выпрямителей;

 о коэффициентах пульсаций разных схем выпрямителей и коэффициентах фильтрации разных сглаживающих фильтров;

 о параметрах исследованного стабилизатора напряжения, определяющих возможности его применения.

Контрольные вопросы

1. Поясните понятия “первичный” и “вторичный” источники питания, их назначение и отличие друг от друга.

2. Нарисуйте структурную схему и поясните принцип работы источника питания без преобразования частоты. Расскажите про его основные элементы и их назначение.

3. Нарисуйте структурную схему и поясните принцип работы источника питания с преобразованием частоты. Расскажите про его основные элементы и их назначение.

4. Расскажите про три варианта выполнения однофазных выпрямителей, их основные параметры и возможности применения.

5. Нарисуйте схемы и поясните принцип работы и основные характеристики схем трехфазных выпрямителей.

6. Расскажите про известные вам варианты схем сглаживающих фильтров: С, L и Г-образные LC и RC – фильтры, возможности их применения.

7. Расскажите про известные вам варианты схем сглаживающих П-образных LC и RC – фильтров и возможности их применения.

8. Почему сглаживающие RC- фильтры применяют только в маломощных источниках питания?

9. Почему сглаживающие L-фильтры нельзя применять при использовании однофазного однополупериодного выпрямителя?

10. Расскажите про назначение, классификацию и основные параметры стабилизаторов. Нарисуйте схему и поясните принцип работы параметрического стабилизатора.

11. Нарисуйте структурную схему компенсационного последовательного стабилизатора и поясните его принцип действия, основные характеристики и применение.

12. Нарисуйте структурную схему компенсационного параллельного стабилизатора и поясните его принцип действия, основные характеристики и применение.

13. Что называется импульсным стабилизатором? На чем основан принцип его работы? Поясните преимущества и недостатки импульсного стабилизатора.

14. Расскажите про управляемые выпрямители и умножители напряжения, их назначение и применение. Приведите варианты их принципиальных схем.

15. Нарисуйте схему, поясните работу и расчет непрерывного последовательного стабилизатора, рассмотренного в лабораторной работе.

16. Поясните полученные в работе результаты, построенные диаграммы и сделанные выводы.