Лабораторная работа

Выпрямители и ёмкостный фильтр

Цель работы: изучение одно- и двухполупериодного выпрямителей при их работе на нагрузку с ёмкостной реакцией; измерение характеристик выпрямителей и простейшего ёмкостного сглаживающего фильтра.

Оборудование: осциллограф, лабораторная установка со схемой выпрямителей с фильтром, с нагрузкой, со стрелочными миллиамперметром и вольтметром магнитоэлектрической системы.

Схема выпрямителя приведена на лицевой панели лабораторной установки (рисунок 1). Схема позволяет исследовать работу однополупериодного выпрямителя (с диодом VD1) и двухполупериодного со средней точкой трансформатора, который представляет собой комбинацию двух параллельно включённых однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку. Для исследования двухполупериодного выпрямителя необходимо при помощи пере­ключателя S1 подключить к схеме диод VD2. Выключатели S2 и S3 позволяют подключать к схеме конденсаторы С1 = 500 мкФ и С2 = 4000 мкФ. Нагрузкой выпрямителя являются два последовательно включённых резистора: R_H1 = 20 Ом (постоянный) и R_H2 = 100 Ом (переменный). Переменным резистором R_H2 можно регулировать ток нагрузки, который измеряется миллиамперметром. Постоянный резистор R_H1 ограничивает ток нагрузки, чтобы он не превысил максимальный ток миллиамперметра 500 мА. Напряжение на нагрузке можно измерить встроенным вольтметром. Форма переменного напряжения на нагрузке наблюдается по осциллографу, который подключается на лицевой панели установки к розетке "Осциллограф". Переключатель S4 подключает к розетке "Осциллограф" либо переменное напряжение с половины вторичной обмотки трансформатора, либо напряжение с нагрузки. При необходимости (для увеличения точности измерений) к розетке "Осциллограф" можно подключить цифровой вольтметр вместо осциллографа.

В ыполнение работы Подготовка к выполнению работы

1. Перед включением провода питания лабораторной установки в сеть 220 В переключатели "Сеть", S1, S2, S3 необходимо установить в нижнее положение – "Выключено".

2. Ручку "Ток нагрузки" установить на минимальный ток.

3. Подключить лабораторную установку к сети 220 В и перевести переключатель "Сеть" на её лицевой панели в верхнее положение – "Включено".

4. Включить осциллограф, установить у него начальный масштаб по вертикали – 5 В на клетку, развёртку – 5 мc на клетку, вход – на измерение постоянного и переменного напряжений. Подключить измерительный кабель осциллографа к розетке "Осциллограф" на лицевой панели лабораторной установки.

Изучение однополупериодного выпрямителя без фильтра

1. Установить переключатель S4 в верхнее положение. Измерить по осциллографу амплитудное значение переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора U_2m. Вычислить действующее значение U₂ переменного на вторичной обмотке трансформатора:

U_2m = _____ В. ______ В.

2. Установить переключатель S4 в нижнее положение. Наблюдать осциллограмму однополупериодного выпрямления.

3. Напряжение вторичной обмотки трансформатора приложено к последовательно включёным диоду VD1 и сопротивлениям нагрузки (R_H1 + R_H2). Поскольку диод не является идеальным, то на нём имеется падение напряжения U_VD1, которое необходимо учитывать при дальнейших расчётах, для того, чтобы теоретические и экспериментальные расчёты совпадали. Определим это напряжение. Измерим по осциллографу амплитуду выпрямленного напряжения на нагрузке U_2m(H) (для увеличения точности измерений у осциллографа следует установить масштаб по вертикали 2 В/дел.):

U_2m(H) = _____ В.

Вычислим падение напряжения на диоде VD1:

U_VD1 = U_2m – U_2m(H) = ______ В.

Итак, для дальнейших расчётов будем считать, что амплитуда напряжения на вторичной обмотки трансформатора U_2m (которая приводится во всех учебниках для идеальной схемы выпрямителя) равна амплитуде выпрямленного напряжения на нагрузке U_2m(H).

4. По вольтметру измерим среднее значение выпрямленного напряжения U_ср = _____В и сравним теоретические соотношения напряжений с экспериментальными данными:

(теор.). _______ (эксп.).

5. Определим экспериментально коэффициент пульсаций k_П. Основная гармоника переменного напряжения после выпрямления имеет частоту пульсаций равную частоте сети. А амплитуду напряжения пульсаций первой (основной) гармоники U_~1m можно найти при разложении импульсов выпрямленного напряжения в ряд Фурье. Расчёты показывают, что:

. k_П (теор.) = 1,57.

k_П (эксп.) = = _______ .