Содержание, 1-2

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И ФИЛЬТРОВ…………………………………………………………………4

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ………17

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРА И ОДИНОЧНЫХ ОДНОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ…………………………………...27

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА ТИРИСТОРАХ……………………………………………………………39

Лабораторная работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ, ВЫПОЛНЕННЫХ НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ (ОУ)………………………………………………………..50

Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЦИФРОВЫХ СХЕМ……………………………………………………………………....63

Лабораторная работа №7

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИБОРОВ С ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ……………………………………………………….73

Лабораторная работа №8

ИССЛЕДОВАНИЕ АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА…………………………………………………………....83

Лабораторная работа №9

ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ

МДП-ТРАНЗИСТОРА………………………………………….………..93

Лабораторная работа №10

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ.…………………………………………..………………..100

Библиографический список…………………………………………..108

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И ФИЛЬТРОВ

Цель работы: экспериментальное исследование маломощных источников питания, выполненных на основе однофазных схем выпрямления с различными фильтрами.

Описание лабораторной установки

Различные виды выпрямителей и фильтров подготавливаются к работе с помощью коммутационных панелей, на лицевой стороне которых изображена соответствующая схема.

Ниже перечислены органы управления и измерительные приборы на лицевой панели стенда и их назначение:

1. Тумблер с надписью «Сеть» – для включения стенда.

2. Лампа с надписью «Вкл» – для индикации напряжения сигнальной лампы.

3. Тумблер В2 – для подключения различных обмоток трансформатора.

4. Тумблер B4 – для подключения конденсаторов различной емкости при работе с С-фильтром.

5. Тумблер В5 – для подключения дросселя Др-2.

6. Тумблер В6 – для подключения конденсаторов разной емкости в С- и RС-фильтрах.

7. Тумблер В8 – для подключения активной нагрузки.

8. Резистор R_Н – для регулирования активного сопротивления нагрузки.

9. Резистор R_Ф – для регулирования активного сопротивления в RС- и LC-фильтрах.

10. Вольтметр U_d – для измерения выпрямленного напряжения.

11. Вольтметр U_2ф – для измерения напряжения вторичной обмотки трансформатора.

12. Амперметр I_d – для измерения выпрямленного тока в нагрузке.

Для просмотра осциллограмм используют гнезда «1»…«14» разъема, установленного на передней панели.

Задания по выполнению лабораторной работы

1. Для однополупериодной схемы выпрямления (рис. 1.1), изменяя величину сопротивления нагрузки R_Н, снять показания приборов и построить внешнюю характеристику U_d = f(I_d). Результаты измерений занести в таблицу (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Внешняя характеристика выпрямителя

Id A
Ud, В

В этой же схеме выпрямления с помощью осциллографа снять и зарисовать на бумаге, расчерченной «в клетку» осциллограммы напряжений U_2ф, U_d, U_обр.max (обратное напряжение на вентиле) и токов I₂, I_d. Осциллограммы должны быть выполнены в одном и том же масштабе по времени и размещены одна под другой (с указанием всех обозначений).

Рис. 1.1. Схема выпрямителя однополупериодного

2. В двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой (рис. 1.2) выполнить все действия аналогично п. 1. Результаты измерений занести в таблицу (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Внешняя характеристика выпрямителя

Id A
Ud, В

Рис. 1.2. Схема выпрямителя двухполупериодного

3. В двухполупериодной мостовой схеме выпрямления (рис. 1.3) выполнить все действия аналогично п. 1. Результаты измерений занести в таблицу (табл. 1.3).

Таблица 1.3. Внешняя характеристика выпрямителя

Id A
Ud, В

Рис. 1.3. Схема выпрямителя мостового

4. Экспериментально определить соотношения U_2ф/U_d, U_обр.max/U_d и I₂/I_d для максимального тока нагрузки. Полученные значения занести в таблицу (табл. 1.4) и сопоставить с теоретическими (табл. 1.5). Измерения провести для трех вариантов схем. Объяснить причины возможных расхождений.

Таблица 1.4. Расчетные параметры схем выпрямителей

Схема	Ud, В
однополупериодная
со средней точкой
мостовая

Таблица 1.5. Теоретические соотношения

Схема	Однофазная однополупериодная схема	Однофазная двухполупериодная схема	Однофазная мостовая схема
	-	π/4 = 0,785	= 1,11
	= 0,55	= 1,11	= 1,11
	π/2 = 1,57	π = 3,14	π/2 = 1,57

5. С подключенным C-фильтром (рис. 1.4) провести все измерения аналогично п. 1 (сопоставления с теоретическими значениями не требуется). Результаты измерений занести в таблицу (табл. 1.6).

Таблица 1.6. Внешняя характеристика выпрямителя с подключенным С-фильтром

Id A
Ud, В

Рис. 1.4. Схема С-фильтра

6. С подключенным RС-фильтром (рис. 1.5) при максимальном значении сопротивления фильтра снять показания приборов и построить внешнюю характеристику U_d = f(I_d). Результаты измерений занести в таблицу (табл. 1.7).

Сравнить полученные характеристики с характеристиками С- и RС-фильтров.

Таблица 1.7. Внешняя характеристика выпрямителя с подключенным RС-фильтром

Id A
Ud, В

Рис. 1.5. Схема RC-фильтра

7. С подключенным LС-фильтром (рис. 1.6) снять показания приборов и построить внешнюю характеристику U_d = f(I_d). Результаты измерений занести в таблицу (табл. 1.8).

Таблица 1.8. Внешняя характеристика выпрямителя с подключенным LС-фильтром

Id A
Ud, В

Сравнить полученную характеристику с характеристиками для С-фильтра и RС-фильтра.

8. Для вариантов с С-, RС- и LС-фильтрами в мостовой схеме экспериментально определить коэффициент пульсаций при максимальной нагрузке и коэффициент сглаживания. Результаты эксперимента занести в таблицу (табл. 1.9).

Таблица 1.9. Коэффициенты пульсаций и сглаживания

Фильтр	Экспериментальные данные			Расчетные данные
	U2ф	Ud	Ud1эф	Ud1m	q1	q2 =	s =
	В	В	В	В

Рис. 1.6. Схема LC-фильтра

Методические указания по выполнению лабораторной работы

Перед началом выполнения каждого из заданий (п. 1 – 8) все двухпозиционные тумблеры должны находиться в нижнем положении («сеть», В2, В5, В7), а трехпозиционные – в среднем (В4, В6, В8), рукоятки элементов регулирования («нагрузка», «R_ф», «R_д») – в крайнем левом.

К пунктам 1 – 3.

Для исследования различных схем необходимо поочередно ставить в левую колодку соответствующую съемную панель (рис. 1.1, 1.2, 1.3). Колодка разъема для подключения фильтров в данных экспериментах остается пустой.

Тумблер В8 ставится в верхнее положение, тем самым выход выпрямителя подключается непосредственно к нагрузке. Тумблер В4 остается в среднем положении.

При снятии показаний приборов для построения внешних характеристик измерения следует проводить при трех значениях нагрузки: минимальной, максимальной и средней.

При осциллографировании вход осциллографа следует подключать к гнездам:

• «2» и «8» (для первой и второй схем); «2» и «9» (для мостовой схемы) для получения кривой напряжения U₂ на вторичной обмотке трансформатора;

• «2» и «7» – для получения кривой тока I₂ вторичной обмотки трансформатора;

• «11» и «12» – для получения кривых напряжения U_d и тока нагрузки I_d (поскольку нагрузка является только активной, то ток и напряжение совпадают по форме);

• «7» и «10» (для первой и второй схем); «5» и «10» (для мостовой схемы) – для получения кривой напряжения на вентиле (при осциллографировании этого параметра одновременно измеряется и амплитуда обратного напряжения U_обр.max).

Осциллограммы при зарисовке необходимо расположить одна под другой для совмещения соответствующих моментов времени.

К пункту 4.

Для вычисления тока I₂ сначала с помощью осциллографа замеряют падение напряжения на резисторе R_И1 (гнезда «2» и «7»). Численное значение тока получают как частное от деления U_Rи1 на R_И1 (R_И1 = 0,5 Ом).

К пункту 5 – 7.

Для создания исследуемых схем используются конденсатор, подключенный к выходу выпрямителя, и съемные блоки RC- и LC-фильтров.

В левую колодку лицевой панели стенда ставится требуемый блок выпрямителя. В правую колонку подключаются фильтры.

Тумблер В4 находится в среднем положении, тумблер В8 – в верхнем.

К пункту 8.

Для измерения U_d1эф используется выносной вольтметр переменного тока, подключаемый к гнездам «11» и «12».

Для создания соответствующей схемы необходимо менять съемные панели фильтров и проводить определенные переключения.

Емкостной фильтр.

Панель фильтров не устанавливается. Положение тумблера В4 определяется по табл. 1.10. Тумблер В8 – в верхнем положении.

Таблица 1.10. Положения переключателей

Схема выпрямления	1	2	3	1	2	3
Элемент управления	Положение элементов управления
Тумблер В4	В	В	Н	Н	Н	В
Тумблер В8	В	В	Н	Н	Н	В
Ручка регулировки Rф	С	С	С	П	П	П
Тумблер В5	В	В	Н	Н	В	Н

Примечание. Буквами указаны следующие положения органов управления: С – среднее; П – правое; В – верхнее; Н – нижнее. Соответствующие этим положениям значения параметров приведены в табл. 1.11.

Таблица 1.11. Положения переключателей

Элемент управления	Тумблер В4		Тумблер В6		Тумблер В5		Ручка регулировки Rф
Положение	В	Н	В	Н	В	Н	С	П
Подключаемый элемент	С1	С2	С1	С2	Др1	Др2	Rф	Rф
Единица измерения	мкФ	мкФ	мкФ	мкФ	Гн	Гн	Ом	Ом
Величина	200	1000	1000	2000	2,3	1,2	11	22

Г-образный RC-фильтр.

В правую колодку ставится съемная панель «RC-фильтр». Положение тумблера В6 и ручки регулировки элемента R_ф определяется по таблице (табл. 1.10). Тумблер В6 – в нижнем положении.

Г-образный LC-фильтр.

В правую колодку устанавливается панель «LC-фильтр». Положение тумблеров В5 и В6 определяется по табл. 1.10. Тумблер В8 – в нижнем положении.

Для каждого фильтра измерения производить аналогично п. 3, но дополнительно к гнездам «11» и «12» подключается выносной вольтметр для определения U_d1эф. Коэффициент пульсации рассчитывается по формуле

q = U_d1эф/U_d.

Коэффициент сглаживания рассчитывается по формуле

s = ,

где q₁ – коэффициент пульсаций до фильтра; q₂ – коэффициент пульсаций после фильтра.

Задания для домашней подготовки

До проведения лабораторной работы необходимо ознакомиться с теоретическим значением коэффициента пульсации q и значениями следующих отношений: U_2ф/U_d0, U_обр.max/U_d0, I₂/I_d – для трех схем выпрямления при активной нагрузке (без фильтров). В процессе проведения лабораторной работы эти значения сопоставляются с полученными экспериментально.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

• все варианты схем, использованные в работе (согласно рис. 1.1-1.6);

• осциллограммы напряжений и токов для использованных вариантов схем в соответствии с заданием;

• построенные внешние характеристики, совмещенные на одном рисунке и с указанием соответствия между характеристикой и схемой;

• таблицы с результатами измерений для трех схем без фильтров (см. табл. 1.1 и 1.8);

• таблицу по определению коэффициента пульсаций и коэффициента сглаживания (см. табл. 1.9).

Краткие теоретические сведения

Типовыми однофазными схемами выпрямления являются:

• однополупериодная (рис. 1.7, а);

• двухполупериодная со средней точкой (рис. 1.7, б);

• двухполупериодная мостовая (рис. 1.7, в).

а) б)

в)

Рис. 1.7. Схемы выпрямления: а – однополупериодная; б – двухполупериодная со средней точкой; в – двухполупериодная мостовая

На рис. 1.7, а-в применены следующие (общепринятые) обозначения:

U_d – среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке;

I_d – среднее значение выпрямленного тока в нагрузке;

R_Н – активное сопротивление нагрузки;

U_2ф – действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора;

I₂ – действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора;

VD1…VD4 – полупроводниковые диоды;

Т1 – трансформатор.

Принцип выпрямления иллюстрирует рис. 1.8.

На рис. 1.8 приняты следующие обозначения:

U_в – форма выпрямленного напряжения;

U_c – форма сетевого (питающего) напряжения;

U_m – максимальное значение выпрямленного напряжения;

U_Н – форма напряжения на нагрузке.

а) б)

Рис. 1.8. Формы напряжений на входе и выходе выпрямителей, питаемых от однофазной сети, при резисторной нагрузке без фильтра:

а – однополупериодного; б – двухполупериодного

Для сглаживания выпрямленного напряжения могут применяться следующие типы фильтров: С-фильтр (рис. 1.9, а); RС-фильтр (рис. 1.9, б); LC-фильтр (рис. 1.9, в); CRC-фильтр (рис. 1.9, г); CLC-фильтр (рис. 1.9, д).

Различные варианты схем выпрямления в сочетании с различными фильтрами имеют разные внешние характеристики. Внешней характеристикой называется зависимостью вида U_d = f(I_d). Значение напряжения U_d при I_d = 0 соответствует режиму холостого хода.

а) б)

в) г)

д)

Рис. 1.9. Типы фильтров: а – С-фильтр; б – RС-фильтр; в – LC-фильтр;

г – CRC-фильтр; д – CLC-фильтр

От схемы выпрямителя и от типа применяемого фильтра зависит одна из важных характеристик источника питания – коэффициент пульсации q, который обычно определяют из следующего соотношения:

q = U_d1m/U_d = U_d1эф/U_d,

где U_d1m, U_d1эф – амплитудное и действующее значения первой (основной) гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения. Для измерения величины U_d1эф используют вольтметр переменного тока.

Теоретическое значение коэффициента пульсаций в выходном напряжении выпрямителей (без применения сглаживающих фильтров) рассчитывается по следующей формуле:

q = ,

где m – отношение частоты первой гармоники пульсаций выпрямленного напряжения к частоте сети (m  2).

Если коэффициент пульсаций до фильтра обозначить как q₁, a после фильтра как q₂, то отношение q₁ к q₂ будет называться коэффициентом сглаживания s: