УТС 5 семестр / 2лаба

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра САПР

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Схемотехника»

Тема: Выпрямители переменного тока

Студенты гр. 8391		Петрухина М.С.
		Перевертайло Д.А.
		Орещенко Н.В.
Преподаватель		Андреев В.С.

Санкт-Петербург

2020

Цель работы.

Ознакомиться с принципами работы полупроводниковых диодов и экспериментально исследовать их основные характеристики на примере схем однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

Задачи.

1) Построить компьютерные модели однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей в среде NI Multisim;

2) Исследовать реакцию моделей при подаче на их вход синусоидального сигнала с помощью виртуального осциллографа;

3) Модифицировать схему двухполупериодного выпрямителя путем включения в цепь фильтра нижних частот, повторить пункт 2;

4) Собрать схемы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS;

5) Повторить пункты 2,3 со схемами однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей, используя осциллограф учебной станции NI ELVIS;

6) Сравнить осциллограммы компьютерных моделей и сконструированных схем, проанализировать параметры выходного сигнала, сформировать рекомендации по выбору номинала конденсатора, используемого в качестве фильтра нижних частот;

7) Сделать выводы по проделанной работе.

Основные теоретические положения

Диодный мост — электрическое устройство, предназначенное для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий (постоянный).

Полупроводниковый диод или просто диод представляет из себя радиоэлемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении.

Моделирование в среде NI Multisim

1. Однополупериодный выпрямитель

Рис.1 - Схема однополупериодного выпрямителя при частоте переменного источника питания 50 Гц

Рис.2 – Осциллограмма смоделированной схемы однополупериодного выпрямителя

Так как диод обладает свойствами односторонней проводимости, на выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности. 

2. Двухполупериодный выпрямитель

Рис.3 - Схема двухполупериодного выпрямителя при частоте переменного источника питания 50 Гц

Рис.4 – Осциллограмма двухполупериодного выпрямителя. График входного и выходного напряжения.

Из рис. 4 видно, что отрицательная часть сигнала переходит в положительную область благодаря диодному мосту. На графике выходного напряжения наблюдаются точки с нулевым значением напряжения, они обусловлены падением напряжения на диодах.

Рис.5 – Осциллограмма смоделированной схемы двухполупериодного выпрямителя при С=100 мкФ. Переменный электрический ток преобразован в постоянный (однополярный) электрический ток.

Из эксперимента, представленного на рис.5 можно сделать вывод о том, что чем больше мы имеем емкость конденсатора, тем больше выпрямление электрического тока.

Конденсатор подбирают таким образом, чтобы выполнялось следующее условие: RC>>1/f. В нашем случае R=20 кОм, C=100 мкФ, f=50 Гц.

Экспериментальные результаты

Рис.6 – Осциллограмма схемы однополупериодного выпрямителя, собранного на макетной плате из реальных компонентов на учебной станции NI ELVIS.

На рис.6 мы можем наблюдаем достижение током положительного амплитудного значения по синусоиде и снижение до нуля по тому же закону. Это объясняется тем, что диод пропускает ток лишь в одном направлении. Такая цепь называется однополупериодным выпрямителем, так как использует лишь положительную половину периода тока.

Рис.7 – Осциллограмма схемы двухполупериодного выпрямителя, собранного на макетной плате из реальных компонентов на учебной станции NI ELVIS.

Рис.8 – Осциллограмма схемы двухполупериодного выпрямителя с фильтром низких частот, собранного на макетной плате из реальных компонентов на учебной станции NI ELVIS.

В первой схеме с диодным мостом (конденсатор не подключен) на рис.7 мы наблюдаем достижение током положительного амплитудного значения по синусоиде и снижение по тому же закону.

Выпрямленные сигналы не могут быть использованы как сигналы постоянного тока. Они не изменяют свою полярность, но в них присутствует большое количество периодических колебаний напряжения относительно постоянного значения, которые необходимо сгладить, для того чтобы получить качественное напряжение постоянного тока. Для этого схему нужно дополнить фильтром низких частот.

Во второй схеме с диодным мостом (конденсатор подключен) мы наблюдаем похожий эффект, но с учётом экспоненциального закона заряда и разряда конденсатора.

Выводы

В данной работе рассмотрены примеры выпрямителей тока и изучены принципы их действия; изучены понятия «двухполупериодный выпрямитель», «однополупериодный выпрямитель». Улучшены знания среды Multisim и навыки моделирования на станции NI ELVIS.