Методы к лабам / лаб_раб 2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Кафедра «Электрическая связь»

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 2 по курсу

«Электроника»

Санкт-Петербург

2009

Цель работы: изучения схем выпрямления и их характеристик.

Краткие теоретические сведенья.

Схемы выпрямления широко применяются в устройствах питания для преобразования переменного тока в постоянный. В выпрямителях используется свойство односторонней проводимости вентилей: полупроводниковых диодов, электронных ламп и т. п.

Используемые на практике выпрямители можно разделить: по построению схемы на однополупериодные и двухполупериодные, однофазные и многофазные, с умножением напряжения; по характеру нагрузки на выпрямители с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой.

Выпрямительным диодом называется полупроводниковый прибор, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный в силовых цепях, то есть в источниках питания. Выпрямительные диоды всегда плоскостные, они могут быть германиевые или кремниевые. Германиевые диоды лучше кремниевых тем, что имеют меньшее прямое падение напряжения. Кремниевые диоды превосходят германиевые по диапазону рабочих температур, по максимально допустимому обратному напряжению, а также имеют меньший обратный ток.

Действие схемы сводится к тому, что в момент времени, когда на аноде диода имеется положительный потенциал, ток протекает через диод, активное сопротивление и источник переменного напряжения.

Диоды в схемах выпрямителей включаются по одно- и двухполупериодной схемам.

Вданной лабораторной работе исследуются однофазные схемы выпрямления на полупроводниковых диодах.

Если взять один диод, то ток в нагрузке будет протекать за одну половину периода, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным. Его недостаток - малый КПД (схема однополупериодного выпрямителя представлена в разделе 1).

Вотличие от однополупериодной схемы двухполупериодная схема выпрямления, которая представлена в разделе 3, построенная по принципу диодного моста, обеспечивает протекание тока через нагрузку в одном и том же направлении за оба полупериода. Так как в течение положительного полупериода напряжения диоды VD2 и VD4 открыты, а VDl и VD3 - закрыты, ток будет протекать по пути: верхняя ветвь (+), диод ИD2, нагрузка, диод VD4, нижняя ветвь (-).

Втечение отрицательного полупериода напряжения диоды VD2 и VD4 закрываются, а диоды VDI и VD3 открываются. Ток будет протекать от (+), нижняя ветвь, диод VD3, нагрузка, диод VDI, верхняя ветвь (-). Поэтому схема выпрямителя называется двухполупериодной. Если понижающий трансформатор имеет среднюю точку, то есть вывод от середины вторичной обмотки, то двухполупериодный выпрямитель может быть выполнен на двух

диодах (схема представлена в разделе 2). Если к выпрямителю приложено синусоидальное напряжение, то ток в нагрузке будет иметь вид последовательности импульсов с длительностями, равными полупериоду синусоиды. Постоянная составляющая равна среднему значению выпрямленного тока, протекающего за период через нагрузку. Во всех схемах ток в нагрузке имеет пульсирующий характер. Отношение амплитуды переменной составляющей1 выпрямленного напряжения к постоянной составляющей 0 определяет качество выпрямления и называется коэффициентом пульсаций п. На диаграмме (рис. 1) показано, как графически определить 1 .

В схемах выпрямителей с активной нагрузкой коэффициент пульсаций имеет величины, превосходящие допустимые нормы для большинства видов потребителей выпрямленного напряжения. Поэтому для уменьшения коэффициента пульсаций в схему выпрямителя вводят сглаживающий фильтр. Простейшим фильтром может служить емкость, включенная параллельно нагрузке. Наличие фильтра позволяет существенно уменьшить пульсации напряжения на нагрузке, что обусловлено принципом работы конденсатора. Одновременно уменьшается время протекания тока через диоды, по сравнению со случаем активной нагрузки, что приводит к уменьшению угла отсечки.

Рис.1.Форма выходного сигнала для однополупериодной схемы выпрямления с фильтром и без него.

Расчетные формулы

Коэффициент пульсаций п, рассчитывается по формуле:

п = 1 : 2 0 (1)

на основании полученных при исследовании значений постоянной и переменной составляющей выпрямленного напряжения.

Коэффициент сглаживания для мостовой схемы при подключении различных фильтров рассчитывается по формуле:

сгл = п 0: п 1 (2)

где п 0 - коэффициент пульсаций без фильтра;п 1- коэффициент пульсаций, полученный при подключении фильтра.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Лабораторная работа выполняется с использованием пакета программ Workbench EDА 5.0. Для выполнения лабораторной работы необходимо:

1)загрузить программу Workbench c ярлыка WEWB32 на рабочем столе дисплея;

2)в меню «Файл» выбрать «Открыть»;

3)в появившемся окне выбрать папку LAB, далее «Эл. устройства», в которой выбрать номер выполняемой лабораторной работы;

4)слева выбрать требуемый для выполняемого пункта работы файл.

1.Исследование однополупериодной схемы выпрямления

Для выполнения данного раздела работы необходимо открыть файл Эл.

устр.2.1.ewb.

Схема, содержащаяся в данном файле, показана на рис. 2. Порядок выполнения:

1.Проверить соответствие схемы в программе рисунку в методических указаниях.

2.При разомкнутом ключе «1» запустить схему с помощью кнопки «I»

вправом верхнем углу экрана.

3.С помощью вольтметра определить постоянную составляющую 0 B, записать соответствующие показания в табл. 1 до заданной форме.

4.Запустить осциллограф с помощью двойного щелчка.

5.При появлении сигнала на экране осциллографа нажать кнопку «Рause» в правом верхнем углу экрана.

6.Зарисовать форму входного и выходного сигналов (цвет сигнала соответствует выводу осциллографа).

7.Определить амплитуду пульсаций 1 (см. рис. 1), записать результаты в табл. 1.

Высота одной клетки соответствует показаниям в строке осциллографа для входного сигнала-Chennel A, для выходного Chennel B.

Развертка по времени, т. е. ширина одной клетки отображается в строке Тime base.

Соответствующие строки можно менять для получения наиболее наглядной формы сигнала. Цену деления по времени и по амплитуде необходимо записать.

8.Подключить емкостной фильтр с помощью ключа «1», запустить

схему.

9.Повторить действия, описанные в подпунктах 3...7.

10.Рассчитать п по формуле (1). Привести пример расчетов и записать полученные данные в таблицу.

11.Сделать выводы на основании осциллограмм и полученных резуль-

татов.

Рис.2.Однополупериодная схема выпрямления.

2. Исследование двухполупериодной схемы выпрямления на двух диодах

Для выполнения данного раздела работы необходимо открыть файл Эл.

устр.2 3. еwb.

Схема, содержащаяся в данном файле, показана на рис. 3. Порядок выполнения:

1.Проверить соответствие схемы в программе с изображенной на ри-

сунке.

2.При разомкнутом ключе «1» запустить схему с помощью кнопки «» в правом верхнем углу экрана.

3.С помощью вольтметра определить постоянную составляющую 0, В, записать соответствующие показания в табл. 2 по заданной форме.

Таблица 2.

Исследование двухполупериодной схемы выпрямления на двух диодах

4.Запустить осциллограф с помощью двойного щелчка.

5.При появлении сигнала на экране осциллографа нажать кнопку «Раuse» в правом верхнем углу экрана.

6.Зарисовать форму входного и выходного сигналов (цвет сигнала соответствует выводу осциллографа).

7.Определить амплитуду пульсаций 1 , (см. рис. 1), записать результаты в табл. 2. Высота одной клетки соответствует показаниям в строке осциллографа для входного сигнала-Chennel A, для выходного Chennel B. Развертка по времени, т. е. ширина одной клетки, отображается в строке Тime base. Соответствующие строки можно менять для получения наиболее наглядной формы сигнала. Цену деления по времени и по амплитуде необходимо записать.

8.Подключить емкостной фильтр с помощью ключа «1», запустить

схему.

9.Повторить действия, описанные в подпунктах 3.7.

10.Рассчитать п по формуле (1). Привести пример расчетов и записать полученные данные в табл. 2.

11.Сделать выводы по осциллограммам и полученным результатам.

Рис.3. Двухполупериодная схема выпрямления на двух диодах.

3. Исследование двухполупериодной схемы выпрямления, построенной по принципу диодного моста

Для выполнения данного раздела работы необходимо открыть файл Эл.устр.2.4.ewb.

Схема, содержащаяся в данном файле, показана на рис. 4. Порядок выполнения:

1.Проверить соответствие схемы в программе с изображенной на ри-

сунке.

2.Подключит нагрузку 2 (ключ «4»-замкнут), отключить индуктивность 1 (ключ «2»-замкнут).

3.Записать параметры схемы в табл. 3 по заданной форме.

4.При отсутствии фильтра, т.е. при разомкнутых ключах «1» и «3» запустить схему с помощью кнопки «I» в правом верхнем углу экрана.

5.С помощью вольтметра определить постоянную составляющую 0, В, записать соответствующие показания в табл. 3.

Таблица 3.

Исследование двухполупериодной схемы выпрямления, построенной по принципу диодного моста

6.Запустить осциллограф с помощью двойного щелчка.

7.При появлении сигнала на экране осциллографа нажать кнопку «Рause» в правом верхнем углу экрана.

8.Зарисовать форму входного и выходного сигналов (цвет сигнала соответствует выводу осциллографа).

9.Определить амплитуду пульсаций 1 (см. рис. 1), записать результаты в табл. 3.

Высота одной клетки соответствует показаниям в строке осциллографа для входного сигнала-Chennel A, для выходного Сhennel B.

Развертка по времени, т. е, ширина одной клетки, отображается в стро-

ке Time base.

Соответствующие строки можно менять для получения наиболее наглядной формы сигнала. Цену деления по времени и по амплитуде необходимо записать.

Рис.4.Двухполупериодная схема выпрямления, построенная по принципу диодного моста.

4. Исследование влияния фильтров на работу мостовой схемы выпрямления

1.Подключить емкостной фильтр С1 с помощью ключа «1», запустить

схему.

2.Повторить действия, описанные в подпунктах 5...9 раздела 3.

3.Рассчитать п и гл по формулам (1) и (2). Привести примеры рас-

четов.

4.Записать полученные данные в строку «С фильтром С1» табл. 3.

5.Подключить емкостной фильтр С2 с помощью ключа «3» (ключ «1» разомкнут), запустить схему.

6.Повторить действия, описанные в подпунктах 5…9 раздела 3.

7.Рассчитать п и гл по формулам (1) и (2). Привести примеры рас-

четов.

8.Записать полученные данные в строку «С фильтром С2» табл. 3.

9.Подключить емкостной фильтр С1 + С2 с помощью ключей «1» и «З», запустить схему.

10.Повторить действия, описанные в подпунктах 5...9 раздела 3.

11.Рассчитать п и глпо формулам (1) и (2). Привести примеры рас-

четов.

12.Записать полученные данные в строку «С фильтрами С1 + С2» табл.

3.

13.Подключить фильтр С1 + С2+ L, ключи «1» и «З»-замкнуты, ключ «2»- разомкнут.

14.Запустить схему. Повторить действия, описанные в подпунктах. 5...9 раздела 3.

15.Pассчитать п и гл по формулам (1) и (2). Привести примеры рас-

четов.

16.Записать полученные данные в строку «С фильтрами С1 + C2 + L»

табл. 3.

17.Сделать выводы на основании осциллограмм и полученных резуль-

татов.

5. Определение влияния величины coпротивления нагрузки емкостного фильтра на работу мостовой схемы выпрямления

Для выполнения данного раздела работы оставить файл Элустр.2.4.

ewb.

Схема, содержащаяся в данном файле, показана на рис. 4. Порядок работы:

1.Перед выполнением исследований необходимо подключить фильтр С1 + С2, как описано в предыдущем разделе.

2.Изменяя величину сопротивления нагрузки 3 на 510 и 1000 Ом, записывать измерения, производимые по принципу, описанному в предыдущих

разделах. Значения напряжений и осциллограммы при 2= 220 Ом соответствуют исследованиям, описанным в разделе 4, с фильтром С1 + С2.

3.Зарисовать форму входного и выходного сигналов (цвет сигнала соответствует выводу осциллографа) для каждого сопротивления нагрузки.

4.Рассчитать Кп по формуле (1). Привести пример расчетов.

5.Записать полученные данные в таблицу 4 по заданной форме.

6. Сделать выводы на основании осциллограмм и полученных результатов.

Таблица 4.

Определение влияния величины coпротивления нагрузки емкостного фильтра на работу мостовой схемы выпрямления