Министерство образования и науки Российской Федерации
Муромский институт (филиал)
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(МИ (филиал) ВлГУ)
Кафедра радиотехники
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине
“ЭЛЕКТРОНИКА”
Составители:
В.В.Ромашов
Л.В.Ромашова
Муром 2012
Лабораторная работа №1. Исследование работы выпрямителей на полупроводниковых диодах
Цель работы: Изучение принципа работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром.
Теоретические сведения
Выпрямительное устройство предназначено для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянные напряжения требуемой величины.
Выпрямительное устройство в общем случае состоит из трех основных узлов: трансформатора, преобразующего переменное напряжение питающей сети в более высокое или низкое, выпрямителя и сглаживающего фильтра, уменьшающего пульсацию выпрямленного напряжения. В случае необходимости добавляется стабилизатор напряжения.
Режим выпрямителя в значительной степени определяется типом фильтра, включенного на его выходе. В маломощных выпрямителях, питающихся от однофазной сети переменного тока, применяются емкостные RC- и LC-фильтры. Параллельно нагрузки, в таких устройствах, включается конденсатор. Реакция нагрузки на выпрямитель зависит от емкости конденсатора, сопротивление которого для переменной составляющей много меньше сопротивления нагрузки. К недостаткам выпрямителей с емкостным фильтром относится большая амплитуда тока через диод.
В выпрямителях для питания аппаратуры применяются однополупериодные и двухполупериодные схемы.
1. Выпрямители по однополупериодной схеме
Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рисунке 1.1. Такие схемы применяются в основном с емкостным фильтром и обычно рассчитаны на токи до десятков миллиампер. Преимущество таких выпрямителей – простота. К их недостаткам относятся: высокое обратное напряжение на диоде, большой уровень пульсаций, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током.
Рисунок 1.1 – Схема однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром
Расчетные формулы
Амплитуда выходного напряжения выпрямителя
, (1.1)
где Uвых.тр. – эффективное выходное напряжение трансформатора;
Uvd – падение напряжение на диоде (около 0,7В).
Напряжение пульсаций
, (1.2)
где f – промышленная частота (50Гц);
С – фильтрующая ёмкость (C1 = C2 = 470 мкФ, C3 = C4 = 100 мкФ);
Iнагр – ток в нагрузке, который определяется по формуле
;
Rн – сопротивление нагрузки.
2. Двухполупериодный выпрямитель с выводом от средней точки
Данный выпрямитель (рис. 1.2) работает в основном с емкостным Г- и П-образными фильтрами. Основные преимущества этого выпрямителя ‑ повышенная частота пульсаций, малое число диодов, возможность применения общего радиатора. Недостатки: высокое обратное напряжение на диодах, недоиспользование трансформаторного напряжения.
Рисунок 1.2 ‑ Двухполупериодный выпрямитель с выводом от средней точки и
с емкостным фильтром
Расчетные формулы
Амплитуда выходного напряжения выпрямителя
. (1.3)
Напряжение пульсаций
. (1.4)
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Для исследования выпрямителя по однополупериодной схеме переключатель S1 должна быть в выключенном положении, а переключатель S6 – в положении 2.
1.1. Установить заданное преподавателем сопротивление нагрузки (сопротивление нагрузки состоит из последовательно соединенных переменного резистора R1, выведенного на переднюю панель стенда, и постоянного резистора R2).
Номиналы резисторов приведены в перечне элементов в приложении А.
1.2. Подключить осциллограф к гнезду X1 и зарисовать осциллограмму входного напряжения.
1.3. Подключить вольтметр к гнезду X1 и измерить переменное входное напряжение (Uвых.тр.). По формуле (1.1) рассчитать максимальное напряжение выпрямителя.
1.4. Перевести переключатели S2…S5 в положение «ВЫКЛ». Подключив осциллограф к гнезду Х3, зарисовать полученную осциллограмму. По осциллограмме определить максимальное выходное напряжение и сравнить с рассчитанным в пункте 1.3.
1.5. Подключить вольтметр к гнезду Х3. Переключатель S5 перевести в положение «ВКЛ» для подключения фильтрующей емкости C4 и определить напряжение пульсаций (∆Uвых) на выходе выпрямителя.
Параллельно конденсатору C4 подключить C3 при помощи переключателя S4 и определить напряжение пульсаций на выходе выпрямителя.
Подключить осциллограф к гнезду Х3 и зарисовать осциллограммы выходного напряжения сначала при подключенном конденсаторе C4, затем при подключенных конденсаторах C3 и C4.
1.6. Рассчитать напряжение пульсаций ∆Uвых по формуле (1.2) при C = C4 и при C = C3 + C4. Полученные значения сравнить с экспериментальными.
1.7. Подключить вольтметр к гнезду Х3 и перевести его в положение для измерения постоянного напряжения. Подключить конденсатор C4 и определить выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя.
Параллельно конденсатору C4 подключить C3 и определить выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя.
1.8. Подключив вольтметр или осциллограф к гнезду Х3 снять зависимость выпрямленного напряжения Uвых и напряжения пульсаций ∆Uвых от сопротивления нагрузки R1 с включенной фильтрующей емкостью C4. По результатам измерений построить графики Uвых = f(Rн) и ∆Uвых = f(Rн).
1.9. Для исследования двухполупериодной схемы необходимо переключатель S1 перевести в положение «ВКЛ» и выполнить пункты 1.3-1.8. Для расчета вместо формул (1.1) и (1.2) использовать формулы (1.3) и (1.4).
Содержание отчета
1. Название, цель работы.
2. Краткие теоретические сведения.
2.1. Назначение выпрямителей.
2.2. Схемы исследуемых выпрямителей.
2.3. Формулы для расчета элементов выпрямителей.
3. Выполнение работы.
3.1. Осциллограммы напряжений на выходах выпрямителей.
3.2. Расчетные и экспериментальные данные.
3.3. Диаграммы зависимости выпрямленного напряжения и напряжения пульсаций от сопротивления нагрузки.
4. Выводы.