Контрольные вопросы

1. Опишите особенности ВАХ стабилитронов и область их применения.

2. Сформулируйте принцип действия параметрического стабилизатора.

3. Дайте определение дифференциального сопротивления стабилитрона.

4. Перечислите основные характеристики полупроводникового стабилитрона.

5. Опишите назначение балластного сопротивления.

6. Перечислите факторы, влияющие на значение коэффициента стабилизации (по результатам лабораторной работы).

7. Опишите недостатки параметрического стабилизатора.

Лабораторная работа № 10 однополупериодный выпрямитель

Цель работы: изучение работы однополупериодного выпрямителя.

Краткие теоретические сведения

Выпрямительные устройства, или выпрямители, относятся к вторичным источникам электропитания, для которых первичным источником является сеть переменного тока. Выпрямители преобразуют переменное напряжение питающей сети в однополярное пульсирующее. Существует и несколько иное определение: выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения в импульсное напряжение одной полярности.

Наиболее часто в выпрямителях применяются полупроводниковые диоды. Принцип выпрямления переменного напряжения основан на нелинейности ВАХ полупроводникового диода. Выпрямители могут быть однополупериодные и двуполупериодные. Кроме того, они разделяются на однофазные и многофазные. К простейшим из них относится однофазный однополупериодный выпрямитель.

В этой лабораторной работе Вы изучите работу такого выпрямителя. Его схема дана на рис. 5.

Рис. 5. Схема выпрямителя

Выпрямитель находится под воздействием гармонической ЭДС e(t) и содержит полупроводниковый диод VD, который играет роль электронного ключа. Диод VD является нелинейным элементом, причём его статическое сопротивление r_Д в существенной мере зависит от напряжения между его выводами. Однако в первом приближении можно считать, что ключ является идеальным, то есть в замкнутом состоянии r_Д = 0, а в разомкнутом состоянии r_Д →∞. Если ключ замкнут (диод находится в открытом состоянии), то источник ЭДС оказывается подключенным к последовательному соединению диода и RC-цепи. Если ключ разомкнут (диод находится в закрытом состоянии), то источник ЭДС оказывается отключенными от RC-цепи, поэтому напряжение на её зажимах определяется только процессом разряда конденсатора. Состояние диода зависит от напряжения на его выводах, так как это напряжение определяет направление смещения p-n перехода диода – прямое или обратное. Таким образом, в зависимости от соотношения между ЭДС источника и напряжением на зажимах RC-цепи диод будет открыт (e > u_C) или закрыт (e < u_C). В ходе выполнения лабораторной работы не забывайте, что реальные кремниевые диоды переходят в открытое состояние при напряжении u_Д  + 0,6 В. Типичные графики мгновенных значений напряжений на элементах цепи (E_m = 15 В, f = 100 Гц, R = 2 кОм, C = 10 мкФ) даны на рис. 6.

Рис. 6. Эпюры напряжений на элементах выпрямителя

Программа выполнения работы

1. Соберите цепь, схема которой изображена на рис. 5. Номинальные значения элементов и параметры источника ЭДС указаны в табл. 5. Резистор R₀ в этом опыте в цепь не вводите. Обратите внимание на полярность подключения диода.

Таблица 5

№ подгруппы / № бригады	R, кОм	С, мкФ	f, Гц	Em, В
1/1	0,47	1,00	500	5,0
1/2	0,68	1,00	400	6,0
1/3	1,00	1,00	250	7
1/4	2,20	0,22	550	8,0
2/1	0,33	1,00	600	4,5
2/2	0,47	1,00	450	5,5
2/3	0,68	1,00	350	6,5
2/4	1,00	0,22	1000	7,5

2. Установите амплитуду E_m и частоту f источника ЭДС (см. табл. 5). Оба канала осциллографа подключите в соответствии со схемой (см. рис. 5). Установите переключатели «AC-GND-DC» обоих каналов осциллографа в положение «DC», а регуляторы чувствительности «VOLTS / DIV» установите в одинаковое положение.

3. Снимите эпюры гармонической ЭДС и напряжения на конденсаторе, измеряя их мгновенные значения в нескольких точках, удобных для измерения. Рекомендуется для этого использовать максимальные, минимальные и нулевые значения напряжений. Можете воспользоваться камерой мобильного телефона, но в этом случае не забудьте записать в протокол период развертки и чувствительность усилителей. По осциллограммам определите период и частоту пульсирующего напряжения u_C .

4. Подключите параллельно конденсатору С ещё один конденсатор с ёмкостью С₁  10 C. Снимите эпюру напряжения на конденсаторе, фиксируя мгновенные значения напряжения в нескольких точках. Обратите особое внимание на уменьшение «амплитуды» пульсаций напряжения нагрузки. После снятия эпюры дополнительный конденсатор удалите из цепи.

5. Изменяя частоту f гармонической ЭДС в диапазоне (f/2…2∙f), выясните её влияние на «амплитуду» пульсаций напряжения нагрузки.

6. Вернитесь к начальному значению частоты f. Введите в цепь резистор R₀ с номинальным сопротивлением 100 Ом и подключите второй канал осциллографа к этому резистору (см. рис. 5). Нажмите клавишу «INV CH2». Установите чувствительность усилителя второго канала достаточной для наблюдения осциллограммы напряжения на резисторе. Первый канал осциллографа подключите к RC-цепи. Проверьте правильность подключения кабелей осциллографа – сигнальные провода (они имеют красный цвет) должны быть подключены к разным узлам цепи, а экранные провода (они имеют чёрный цвет) должны быть подключены к общей точке, отмеченной на схеме символом «заземления» _┴. Используя закон Ома и осциллограмму этого напряжения u_R0(t), изучите характер изменения тока в цепи.

7. Зарисуйте эпюру напряжения u_R0(t) на резисторе R₀, сопоставляя её с зависимостью напряжения на конденсаторе С. Интервалы времени, для которых u_R0(t) > 0,6 В, соответствуют открытому состоянию диода, а значит, интервалу времени, в течение которого происходит заряд конденсатора. Измерьте максимальное значение напряжения u_R0(t).