Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства

та природокористування

Кафедра електротехніки і автоматики

043-185

Методичні вказівки

до виконання лабораторної роботи „Дослідження помножувача випрямленої напруги” з курсу „Електрозабезпечення” для студентів, які навчаються за напрямом „Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”

Рекомендовано до друку методичною

комісією за напрямом „Автоматизація і

комп’ютерно-інтегровані технології”

Протокол № 4 від 10.03.2008 р.

Рівне 2008

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи „Дослідження помножувача випрямленої напруги” для студентів, які навчаються за напрямом „Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології” / О.М.Франчук. Рівне, НУВГП, 2008, - 12 с.

Упорядник: О.М.Франчук, кандидат технічних наук, доцент кафедри електротехніки і автоматики.

Відповідальний: Б.О.Баховець, професор, зав. кафедри електротехніки і автоматики.

© Франчук О.М., 2008

© НУВГП., 2008

Лабораторно робота 5

„Дослідження помножувача випрямленої напруги”

5.1. Мета роботи

Вивчити принцип роботи помножувача випрямленої напруги і дослідити вплив величини ємності конденсатора на зовнішню характеристику і коефіцієнт пульсації.

5.2. Короткі теоретичні відомості

Для живлення електронної апаратури виробничого і побутового призначення потужністю до 500Вт використовують однофазні випрямлячі з двопівперіодною схемою випрямляння (рис.1,а), оскільки вона має малий вхідний опір і низьку зворотню напруга , прикладену до випрямного діода ( , де - амплітудне значення вхідної напруги, - її середнє значення. Ця схема не потребує складного згладжувального фільтра. Для схеми на рис. 1,а , де . Щоб одержати , паралельно навантаженню приєднують електролітичний конденсатор С, рис.1,б [1])

а) б)

Рис.1

а) б)

Рис.2

На рис.2 наведені часові залежності напруг і струмів для цих схем з активним (2,а) і активно-ємнісним (2,б) навантаженням, де , - напруга і струм заряду конденсатора, , - напруга і струм розряду конденсатора.

Приєднання конденсатора великої ємності (десятки – сотні мікрофарад) збільшує середнє значення випрямленої напруги (майже до ) і суттєво зменшує коефіцієнт пульсації , тому що амплітуда першої гармоніки зменшується, а середнє значення випрямленої напруги збільшується.

Приєднаний конденсатор на проміжку часу (рис.2,б) заряджається струмом до напруги і накопичує енергію , на проміжку часу він розряджається на опір навантаження і частково протидіє спаду напруги на навантаженні. Конденсатор С не може зарядитися до амплітудного значення , оскільки в процесі зарядки має місце спад напруги на опорах діодів і вторинної обмотки трансформатора, тому середнє значення випрямленої напруги менше амплітудного значення .

Переважна більшість споживачів, яким потрібна напруга живлення постійного струму до 1000 В є малопотужними, наприклад, кінескопи, лазери. Тому для таких споживачів краще використовувати помножувачі випрямленої напруги. Помножувачем випрямленої напруги називається випрямляючий пристрій, в якому за допомогою діодно-ємнісних ланок формується постійна напруга , де - коефіцієнт множення.

Основним елементом помножувача напруги є діодно-ємнісна ланка, яка виконує функцію накопичення електричної енергії . Принцип множення напруг розглянемо на схемах подвоєння. Схеми подвоєння випрямленої напруги поділяють на паралельну (симетричну) (рис.3,а) і послідовну (несиметричну) (рис.3,б).

а) б)

Рис.3

Принцип дії паралельного подвоювача напруги, (рис.3,а) такий. Нехай перший півперіод напруги буде додатнім, тобто потенціал точки 1 буде (+) а точки 2 (-). Ця напруга зарядить конденсатор С1 через діод VD1 до амплітудного значення . В другу половину півперіода полярності точок 1 і 2 поміняються на протилежні і конденсатор С2 зарядиться через діод VD2 теж до . При вказаних полярностях обкладинок конденсаторів і їх послідовному з’єднанні одержимо вихідну випрямлену напругу за умови відсутності навантаження. В дійсності , що зумовлено спадом напруги на опорах діодів VD1 і VD2 при зарядці конденсаторів. Основним недоліком схеми є значний коефіцієнт пульсації.

Послідовна схема подвоювача напруги має кращі показники і на її основі побудовані помножувачі напруги. В послідовній схемі (рис. 3,б) при додатній полярності напруги в точці 2 конденсатор С1 через діод VD1 зарядиться до . При зміні полярності на протилежну до конденсатора С2 буде прикладена сума напруг , тому .

Послідовна схема дає можливість одержати в режимі холостого ходу випрямлену напругу , де множник є цілим числом. На (рис. 4,а) наведена схема множення напруги на ( ), яка складається з подвоювача напруги на С1, VD1, С2, VD2 і послідовно включенного однопівперіодного випрямляча на С3, VD3.

а) б)

Рис.4

На (рис. 4,б) наведена схема випрямляча з множенням напруги на , яка складається з послідовно з’єднаних двох подвоювачів напруги, тому .

З (рис. 4,а і б) видно, що за допомогою схем множення можна одержати потрібне значення вихідної випрямленої напруги, користуючись малогабаритними, низьковольтними і дешевими елементами електронної техніки – випрямними діодами і конденсаторами.

Помножувачам напруги властиві суттєві недоліки, а саме: мала потужність; низький к.к.д., залежність коефіцієнта пульсації від струму навантаження.

Основним джерелом струму навантаження є струми розряду конденсаторів через опір . Заряд конденсаторів здійснюється через малий опір , який складається з прямого опору діодів і опору вторинної обмотки трансформатора (якщо він є). Отже стала часу заряду значно менша сталої часу розряду , оскільки Це впливає на величину і форму пульсацій, (рис.4,б).

Рис.5.

На рис.5 наведені хвильові діаграми змінної (а) і випрямленої (б) напруг, і - тривалість заряду і розряду конденсаторів, - час комутації.

Із збільшенням кількості послідовно з’єднаних діодно-ємнісних ланок зменшується стала часу розряду через послідовне з’єднання конденсаторів і, як наслідок, збільшується коефіцієнт пульсації. Різке зменшення напруг на величину , (рис.5,б) при зміні полярності вхідної напруги обумовлено розряджанням заряджених конденсаторів через випрямні діоди на протязі часу комутації , тобто переходу їх з відкритого стану у закритий. Час комутації – це проміжок часу, коли при зміні полярності вхідної напруги діоди не встигають закритися, в наслідок чого відбувається короткочасне коротке замикання конденсаторів через ці діоди.

Особливістю помножувача напруги є значна залежність спаду зовнішньої характеристики від величини ємності конденсаторів, оскільки енергія заряджених конденсаторів, з яких знімається вихідна напруга, рівна сумі енергій цих конденсаторів, тобто за умови, що всі ємності конденсаторів однієї величини, де - кількість послідовно з’єднаних конденсаторів.

Для споживачів напругою 300...1000 В, струмами до 200 мА і потужністю до 50 Вт використання помножувачів випрямленої напруги доцільне.