3. Экспериментальные результаты.

3.1. Выпрямители на полупроводниковых диодах с ёмкостным фильтром.

На рис. 4 для этого выпрямителя приведены временные характеристики входного переменного напряжения (зелёная кривая) и его выходного постоянного, т. е. незнакопеременного, напряжения (красная кривая) – без фильтра С1.

Заданная частота входного напряжения  = 50 Гц (частота сети),  = 1 мкФ;  = 10 кОм. Параметры приборов: Sine wave (синусоидальный сигнал); Peak Amplitude (амплитуда) – 2,5 В; Frequency (частота) – 50 Гц; DC Offset (смещение) – 0,01 В. В качестве источника для канала А осциллографа установим [BNC/Board CH A]; для наблюдения за входным сигналом в канале Б источник - [FGEN FUNC_OUT]. Поскольку источником входного сигнала является функциональный генератор, в качестве источника триггерного сигнала можно выбрать SYNC_OUT. Эксперименты проводятся для двух случаев:

1) без фильтра –  = 0;

2) с фильтром –  = 1 мкФ.

Р ис. 4

Выпрямитель без фильтра С1 отдает мощность в нагрузку в течение только одного полупериода (  > 0, диод открыт); в другой полупериод он практически обесточен (  < 0, диод закрыт – рис. 4 кривая красного цвета). Для этого выпрямителя в открытый полупериод напряжение  <  , что обусловлено падением напряжения  0,6…1 В на открытом диоде: .

Характеристика реальных приборов:

Рис. 5

Диод закрыт — кривая зелёного цвета, диод открыт - кривая синего цвета.

Р ис. 6

Рассмотрим работу однополупериодного выпрямителя (рис. 6) с ёмкостным фильтром С1. На конденсаторе С1 все время поддерживается постоянное положительное напряжение с некоторой пульсацией. Поэтому в открытый полупериод ( > 0) диод откроется только в тот момент времени, когда напряжение достигнет значения

,

где  – напряжение нечувствительности диода.

Характеристика реальных приборов:

Р ис. 7

Таким образом, в этом случае выпрямитель потребляет мощность от источника входного сигнала в течение только части открытого полупериода, что соответствует зелёной линии на рис. 7 (  – время заряда конденсатора С1, диод открыт;  – время его разряда, диод закрыт).   «   , так как постоянные времени разряда и заряда конденсатора С1 разные:

; ,

где  – дифференциальное сопротивление диода в открытом состоянии (оно изменяется с изменением тока через диод).

Наблюдения за входным напряжением в канале Б и выходным напряжением выпрямителя в канале А соответствуют приведенным на рис. 2 характеристикам 2 и 3 и соотношениям (1.3) – (1.5).

Для выпрямителя без фильтра найдем разницу между максимальными значениями входного и выходного напряжений: 0,1 В. Для выпрямителя с фильтром время заряда конденсатора: 5 мс, время разряда — 15 мс. Время разряда конденсатора больше времени его разряда, так как при разряде ток течёт через сопротичление нагрузки, а при заряде — через открытый диод. Амплитуда выходного напряжения: 1,7 В, частота пульсации: 0,16 Гц; уровень постоянного напряжения = 2,5 В.