4 сем / ЛАБЫ / ЛР2

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский

Томский политехнический университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ В ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ

Лабораторная работа № 2

по дисциплине:

Электроника

Исполнитель:
студенты группы	5А36		Кононов М. А. Кондрашов М. А.
Руководитель:
преподаватель			Паюк Л. А.

Томск – 2025

Цель работы: исследование характеристик и параметров выпрями тельных схем, сглаживающих фильтров и стабилизаторов напряжения, определение параметров различных выпрямителей и сравнение их между собой.

Оборудование: осциллограф, сглаживающий фильтр, мультиметр, сглаживающий конденсатор, резистор.

Порядок выполнения эксперимента

Опыт №1. Регистрация характеристик и осциллограмм однофазного однополупериодного выпрямителя

1. Соберите цепь согласно принципиальной (рис. 2.8) или монтажной схеме (рис. 2.9) сначала без сглаживающего фильтра (С=0). Включите мультиметры: V1 – для измерения действующего значения синусоидального напряжения, V2 – для измерения постоянного напряжения.

2. Включите и настройте осциллограф. Установите развертку 5 мс/дел.

3. Сделайте измерения и запишите в табл. 2.1. значения: UВХ – по мультиметру V1, Ud – по мультиметру V2 , Udмах и Udmin – по осциллографу, m = fП / fвх. Сохраните на носитель информации или перерисуйте осциллограмму выходного напряжения.

4. Рассчитайте и запишите в табл. 2.1 значения Ud / UВХ, Umax~ и KП.

Рис. 2.8. Принципиальная схема для исследования однофазного однополупериодного выпрямителя

5. Параллельно нагрузочному резистору RН подключите сглаживающие конденсаторы C c емкостями, указанными в табл. 2.1 (не ошибитесь с полярностью при подключении электролитических конденсаторов!), повторите измерения и вычисления.

Таблица 2.1

C, мкФ	0	1	10	100
UВХ, В	7,83	7,83	7,83	7,83
Ud, B	3,09	5,63	9,25	10,02
Udмах , В	10,4	10,4	10,4	10,4
Udmin , В	0	2	8	9,6
m	1	1	1	1
Ud / UВХ
Umax~	5,2	4,2	1,2	0,4
KП	1,7	0,75	0,13	0,04

Рис. 2.9. Монтажная схема для исследования однофазного однополупериодного выпрямителя

Рис. 2.10. Показания осциллографа при C = 0 мкФ;

Рис. 2.11. Показания осциллографа при С = 10 мкФ;

Рис. 2.12. Показания осциллографа при С = 100 мкФ;

Расчёт значений таблицы 2.1:

число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания;

Отношение Ud к UВХ:

при С = 0 мкФ;

при С = 1 мкФ;

при С = 10 мкФ;

при С = 100 мкФ;

Амплитуда переменной составляющая выпрямленного напряжения:

при С = 0 мкФ;

при С = 1 мкФ;

при С = 10 мкФ;

при С = 100 мкФ;

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

при С = 0 мкФ;

при С = 1 мкФ;

при С = 10 мкФ;

при С = 100 мкФ;

Опыт №2. Регистрация характеристик и осциллограмм однофазного двухполупериодного выпрямителя

1. Соберите цепь двухполупериодного мостового выпрямителя (рис. 2.10), повторите все измерения и вычисления. Результаты сведите в табл. 2.2.

Таблица 2.2

C, мкФ	0	1	10	100
UВХ, В	7,83	7,83	7,83	7,83
Ud, B	5,96	7,7	9,42	9,88
Udмах , В	10	10	10	10
Udmin , В	0	5,2	8,8	9,6
m	2	2	2	2
Ud / UВХ	76	98	2
Umax~	5	2,4	0,6	0,2
KП	0,87	0,54	0,13	0,04

Рис. 2.13. Монтажная схема для исследования однофазного двухполупериодного выпрямителя

Рис. 2.14. Показания осциллографа при С = 10 мкФ;

Рис. 2.15. Показания осциллографа при С = 100 мкФ;

Расчёт значений таблицы 2.2:

число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания;

Отношение Ud к UВХ:

при С = 0 мкФ;

при С = 1 мкФ;

при С = 10 мкФ;

при С = 100 мкФ;

Амплитуда переменной составляющая выпрямленного напряжения:

при С = 0 мкФ;

при С = 1 мкФ;

при С = 10 мкФ;

при С = 100 мкФ;

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

при С = 0 мкФ;

при С = 1 мкФ;

при С = 10 мкФ;

при С = 100 мкФ;

Опыт №3. Регистрация характеристик и определение параметров параметрического стабилизатора

1. Соберите цепь параметрического стабилизатора согласно принципиальной схеме (рис. 2.11), сначала не включая в неё сопротивление нагрузки.

2. Включите генератор напряжений и, изменяя постоянное напряжение на входе стабилизатора от 0 до максимального значения 13…14 В, снимите зависимость выходного напряжения от входного на холостом ходу. Результаты записывайте в табл. 2.3.

3. Установите максимальное напряжение на входе и, включая различные сопротивление нагрузки, согласно табл. 2.4, снимите зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки.

4. На рис. 2.12, а и б постройте графики UВЫХ (UВХ) и UВЫХ (IН).

5. На графиках укажите минимально допустимое входное напряжение, максимально допустимый ток нагрузки и определите коэффициенты стабилизации по напряжению и по току, приняв UВХ НОМ = 8 В и IН.НОМ = =80 мА.

Рис. 2.16. Принципиальная схема параметрического стабилизатора

Таблица 2.3

UВХ, В	0	2	4	6	8	10	12
UВЫХ, В	0,05	2	4	5,61	5,84	5,89	5,93

Таблица 2.4

RН Ом	∞	150	100	47+22	47+10	47	33+10	33
IН, мА	0 (х.х.)	39,6	57,3	73,7	79,6	84,8	87,7	94
UВЫХ, В	5,91	5,87	5,79	5,25	4,72	4,18	3,88	3,21

Рис. 2.17. График зависимости UВЫХ (UВХ)

Рис. 2.18. график зависимости UВЫХ (IН)

Коэффициенты стабилизации по напряжению и по току:

Вывод: В ходе работы было проведено исследование характеристик однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей, а также сглаживающего фильтра и параметрического стабилизатора напряжения. Полученные данные показали, что двухполупериодный выпрямитель обеспечивает большую стабильность выходного напряжения по сравнению с однополупериодным. Эффективность емкостного фильтра значительно уменьшает пульсации выходного напряжения, что подтверждает его применение в практических источниках питания. Исследование параметрического стабилизатора показало его способность поддерживать постоянное выходное напряжение при изменениях входного и нагрузочного напряжения. Расчеты коэффициента стабилизации подтвердили высокую эффективность стабилизатора в условиях колебаний. Осциллограммы, полученные на выходе выпрямителей, иллюстрируют их работу и позволили оценить стабильность выходных параметров. В результате можно сделать вывод, что тщательно спроектированные схемы источников питания обеспечивают необходимую стабильность и надежность работы электронных устройств. Также в связи с неисправностью осциллографа невозможно было просчитать число пульсаций в 1 и во 2 опыте.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Основные элементы вторичного источника питания это трансформатор, выпрямитель, фильтр и стабилизатор напряжения.

2. На выходе выпрямителя получается постоянное напряжение, форма которого обычно пульсирующая, а по роду тока - постоянный ток.

3. Параметры выходного напряжения различных однофазных выпрямителей отличаются формой выходного напряжения (пульсации), коэффициентом выпрямления и величиной среднеквадратичного значения.

4. - Схема с выводом средней точки: Достоинства: простота, хорошие характеристики. Недостатки: требуется трансформатор с несколькими обмотками. - Мостовая схема: Достоинства: более компактная, подходит для различных входных напряжений. Недостатки: требует больше диодов и может иметь большую тепловую нагрузку.

5. Емкостной фильтр подключается параллельно нагрузке для сглаживания пульсаций выходного напряжения, так как ёмкость фильтра позволяет хранить заряд и предоставляет более стабильное напряжение.

6. Принцип действия индуктивного фильтра заключается в том, что он использует индуктивность для ограничения изменений тока, что снижает пульсации и обеспечивает более гладкий выход.

7. При увеличении числа звеньев фильтра коэффициент сглаживания увеличивается, так как каждый последующий звено дополнительно снижает пульсации.

8. Стабилитрон включается параллельно нагрузке в схеме параметрического стабилизатора, так как он обеспечивает стабильное выходное напряжение при изменении нагрузки.

9. Балластный резистор в параметрическом стабилизаторе необходим для ограничения тока через стабилитрон и предотвращения его перегрева.

10. Для определения величины балластного сопротивления используем формулу: R = (Uпит - Uстаб) / Iстаб - (Rн), где Uпит = 9 В, Uстаб = 5,6 В, Iстаб = 0,08 A (то есть 80 мА), Rн = 100 Ом. Подставив значения, получаем: R = (9 - 5,6) / 0,08 - 100 = 42,5 Ом - 100 = -57,5 Ом. Это указывает на то, что при данных условиях ток слишком высок и следует либо уменьшить нагрузку, либо изменить параметры схемы.