Электронная техника. Многоканальные телекоммуникационные системы. Практикум для СПО

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

1. Цели работы:

–экспериментальное исследование однофазных схем выпрямления;

–экспериментальное исследование трехфазных схем выпрямления.

Задание на подготовку к лабораторной работе: ознакомиться с руко-

водством к лабораторной работе; Описание схемы исследований. Исследования проводятся на ПЭВМ

в среде Electronics Workbench. Схемы исследований содержат источник переменного напряжения, резистор, конденсатор, осциллограф, и вольтметры. Осциллограф используется для определения вольтамперных характеристик и временных диаграмм токов и напряжений.

2. Задание на исследование:

1)исследовать однополупериодный выпрямитель;

2)исследовать мостовой выпрямитель;

3)исследовать трехфазные схемы выпрямления.

3. Порядок проведения исследований.

3.1. Исследование однополупериодного выпрямителя: 1) собрать схему электрической цепи (рис. 4.1);

Рис. 4.1. Схема исследования однополупериодного выпрямителя

2) установить заданные согласно варианту величины сопротивления резистора R, значение ЭДС источника Е = 10 В и частоты f = 50 Гц. Двойным нажатием левой кнопки «мыши» на линии канала «А» осциллографа установить желательный цвет канала (например, красный). Вольтметры U2 и Uд перевести в режим измерения переменного тока;

21

4)с помощью осциллографа определить временные диаграммы напряжений на входе и выходе схемы выпрямления. Осциллограммы представить в отчете;

5)в схеме подсоединить конденсатор С параллельно резистору R. Установить емкость конденсатора С = 100 мкФ, выполнить п.п. 3–4;

6)рассчитать коэффициент сглаживания фильтра q = Кп / Кпс;

7)установить емкость конденсатора С = 500 мкФ, выполнить п.п. 3–4, 6;

8)по результатам исследований сделать выводы.

3.3. Исследование трехфазной однополупериодной схемы выпрямления: 1) собрать схему электрической цепи (рис. 4.3);

Рис. 4.3. Схема исследования трехфазной однополупериодной схемы выпрямления

2)установить заданные согласно варианту величины сопротивления резистора R, значение ЭДС источника Е = 10 В и частоты f = 50 Гц. Двойным нажатием левой кнопки «мыши» на линии канала «А» осциллографа установить желательный цвет канала (например, красный). Вольтметр U перевести в режим измерения переменного тока;

3)после завершения установки всех параметров схемы кнопку — «0-1» перевести в положение 1 — «Включено». Показания вольтметров занести в табли-

цу результатов исследований. Рассчитать коэффициент пульсаций Kп = Uд ;

Ud

4) с помощью осциллографа определить временные диаграммы напряжений на входе и выходе схемы выпрямления. Осциллограммы представить в отчете;

5)в схеме подсоединить конденсатор С параллельно резистору R. Установить емкость конденсатора С = 100 мкФ, выполнить п.п. 3–4;

6)рассчитать коэффициент сглаживания фильтра q = Кп / Кпс;

7)установить емкость конденсатора С = 500 мкФ, выполнить п.п. 3–4, 6;

8)по результатам исследований сделать выводы.

23

Контрольные вопросы

1.Назначение и принцип работы однополупериодного выпрямителя.

2.Назначение и принцип работы мостового выпрямителя.

3.Трехфазные схемы выпрямления.

Литература

1.Кузовкин, В.А. Электротехника и электроника : учебник для СПО / В.А. Кузовкин, В.В. Филатов. — Люберцы : Юрайт, 2016. — 431 c.

2.Миленина, С.А. Электротехника, электроника и схемотехника : учебник

ипрактикум для СПО / С.А. Миленина, Н.К. Миленин. — Люберцы : Юрайт,

2016. — 399 c.

3.Синдеев, Ю.Г. Электротехника с основами электроники : учебное пособие для профессиональных училищ, лицеев и колледжей / Ю.Г. Синдеев. — Ро- стов-на-Дону : Феникс, 2013. — 407 c.

4. Программный пакет по лабораторным работам по электротехнике и электронике «Work bench» (интернет-ресурс — бесплатная версия).

25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ

1.Цель работы — экспериментальное исследование параметров стабилизаторов и регуляторов напряжения.

2.Задание на исследование:

1)исследовать параметры параметрического стабилизатора напряжения;

2)исследовать параметры компенсационного стабилизатора напряжения;

3)исследовать параметры управляемого регулятора напряжения.

3. Краткие сведения из теории.

3.1. Общие положения.

Многие электротехнические и радиоэлектронные устройства питаются от источников, выходное напряжение или ток которых должны оставаться почти неизменными при изменении дестабилизирующих факторов в широких пределах.

Дестабилизирующими факторами могут быть колебания напряжения питающей сети, изменение частоты напряжения питания, величины нагрузки, температуры и влажности окружающей среды и др.

Различные устройства допускают различную нестабильность напряжения питания ∆Uвых / (Uвых × 100 %). Так, например, для электронного микроскопа она не должна превышать 0,005 %, для радиовещательных станций — 2–3 % и т.д.

Устройства, автоматически поддерживающие неизменным напряжение или ток на стороне потребителя электрической энергии с требуемой точностью при изменении дестабилизирующих факторов, называют стабилизаторами напряжения (тока).

Стабилизаторы подразделяют на две группы — параметрические и ком-

пенсационные.

Параметрическими называют стабилизаторы с нелинейными элементами (барретеры, термисторы, дроссели и др.), параметры которых с изменением напряжения (тока) изменяются таким образом, что напряжение (ток) потребителя остаются почти неизменными по величине.

Нелинейные элементы, применяемые в параметрических стабилизаторах напряжения, имеют вольтамперную характеристику, удовлетворяющую условию U const, а в стабилизаторах тока — I const.

В компенсационных стабилизаторах (рис. 5.1) предусматривается наличие измерительного элемента 3, в котором происходит сравнение стабилизируемой величины с эталонной и вырабатывается сигнал рассогласования, и про-

26

межуточного устройства 2, в котором сигнал рассогласования преобразуется, усиливается и поступает на регулирующий элемент 1, изменяя его состояние таким образом, чтобы поддерживать стабилизируемую величину напряжения (тока) с требуемой точностью. Регулирующий элемент 1 может работать либо в непрерывном, либо в импульсном режиме. В компенсационных стабилизаторах в качестве регулирующего элемента используются управляемые нелинейные элементы (транзисторы, тиристоры и др.).

Рис. 5.1. Компенсационный стабилизатор

Основными параметрами стабилизатора являются коэффициент стабилизации и выходное сопротивление.

В общем виде под коэффициентом стабилизации следует понимать отношение относительного изменения дестабилизирующей величины к вызванному ею относительному изменению стабилизируемой величины. Например, коэффициент стабилизации тока нагрузки по входному напряжению:

Коэффициент стабилизации напряжения по входному напряжению при заданной зависимости Uвых = f(Uвх) и известных величинах Uвх.ном, Uвхmax, Uвхmin определяется выражением:

где ∆Uвх — изменение напряжения на входе; ∆Uвых — изменение напряжения на выходе; λном = Uвых.ном / Uвх.ном — коэффициент передачи напряжения в номинальном режиме.

Выходным сопротивлением стабилизатора называют отношение изме-

нения напряжения на выходе стабилизатора к вызвавшему его изменению тока нагрузки при постоянном входном напряжении, а также при неизменных других дестабилизирующих факторах:

27

Знак «минус» показывает, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение уменьшается и наоборот.

3.2. Параметрические стабилизаторы.

Параметрические стабилизаторы являются простейшими стабилизирующими устройствами. В качестве нелинейных элементов в них можно использовать теплозависимые сопротивления — барретеры и термисторы, кремниевые и газоразрядные стабилитроны, а при больших мощностях — дроссели с ферромагнитными сердечниками.

На рис. 5.2, а представлена схема параметрического стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном.

Рис. 5.2. Схема параметрического стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном (а), с термокомпенсирующими диодами (б);

схема стабилизатора переменного напряжения (в); временные диаграммы напряжения (г)

На рис. 5.2, б показана схема с кремниевым стабилитроном Д1 и термокомпенсирующими диодами Д2.

Интегральный коэффициент стабилизации определяется выражением:

где rд — динамическое сопротивление стабилитрона; Rб — балластное сопротивление.

Из выражения (5.4) следует, что чем меньше rд и больше RБ, тем выше коэффициент стабилизации. Коэффициент стабилизации параметрических стабилизаторов напряжения колеблется в пределах 20–40.

28

Выходное сопротивление стабилизатора с учетом того, что внутреннее сопротивление источника мало:

Если цепочку из двух кремниевых стабилитронов, включенных встречно подключить параллельно нагрузке, то можно стабилизировать перемен-

ное напряжение (рис. 5.2, в, г).

3.3. Компенсационные стабилизаторы.

Параметрические стабилизаторы относятся к разомкнутым системам автоматического регулирования. Компенсационные стабилизаторы выполняют с отрицательной обратной связью, поэтому они представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования.

Для управления транзистором необходимы сравнительно невысокие напряжения (порядка 0,1–0,3 В). Это дает возможность осуществить простейший транзисторный стабилизатор напряжения компенсационного типа без физической реализации измерительного н усилительного элементов (рис. 5.3, а).

Рис. 5.3. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы компенсационного транзисторного стабилизатора напряжения без усилительного элемента

Такой стабилизатор состоит из двух частей:

1)параметрического стабилизатора RБ, Д, создающего опорное напряжение Uоп;

2)регулирующего транзистора Т, совмещающего функции усилитель-

ного элемента.

В качестве измерительных элементов используют р-n-переход эмиттербаза, нагрузку rн и кремниевый стабилитрон Д.

При нормальном режиме, когда отсутствует дестабилизация, режим работы регулирующего транзистора Т выбирают таким образом, чтобы он был не

29

полностью открыт напряжением смещения эмиттер-база, которое обычно составляет величину порядка 0,3 В. Выходное напряжение при этом практически равно опорному напряжению Uоп. Если по каким-либо причинам выходное напряжение изменится, то соответственно изменится и напряжение смещения эмиттер-база, что приведет к изменению сопротивления регулирующего транзистора таким образом, чтобы выходное напряжение «стало» неизменным.

Максимальный ток нагрузки стабилизатора определяется минимально допустимым током стабилитрона. Это объясняется тем, что через балластный резистор должен протекать приблизительно постоянный ток, равный сумме токов базы транзистора и стабилитрона. Поэтому с увеличением нагрузки ток базы возрастает, а ток стабилитрона уменьшается, и, если этот ток станет меньше минимально допустимого значения, стабилизация нарушится.

Аналогично минимальный ток нагрузки определяется максимально допустимым током стабилитрона. Таким образом,

если Iн min = 0, то Iн max = β(Iст max – Iст min).

То есть максимальный ток нагрузки зависит от коэффициента усиления регулирующего транзистора β и максимально допустимого изменения рабочего тока стабилитрона.

Для увеличения коэффициента β, а следовательно, и тока Iн max, рекомендуется включать составной транзистор.

Эквивалентная схема рассматриваемого стабилизатора показана на рис. 5.3, б; в ней стабилитрон представлен динамическим сопротивлением rд.

Из расчета этого стабилизатора коэффициент стабилизации и выходное

Коэффициент стабилизации простейшего транзисторного стабилизатора имеет величину такого же порядка, как и параметрический стабилизатор с кремниевым стабилитроном.

30