Лаб.раб. №4 Полупроводниковый выпрямитель

Методические указания к лабораторной работе №4

Тема: «Полупроводниковый выпрямитель».

Цель:

1. Исследовать выпрямительное действие полупроводникового диода в составе однополупериодного выпрямителя.

2. Исследовать свойства мостового выпрямителя с помощью осциллографа и мультиметра, либо с помощью виртуальных приборов.

1. Полупроводниковый однополупериодный выпрямитель

Общие сведения

В цепи с полупроводниковым диодом (рисунок 4.1) установившийся ток может протекать только при определенной полярности приложенного к диоду напряжения. При изменении полярности напряжения диод запирается и ток прекращается. В цепи переменного (синусоидального) напряжения ток протекает только в течение той полуволны, когда диод открыт. Полуволна другой полярности подавляется. В результате в цепи имеет место ток одного направления. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры. Простейшим фильтром является конденсатор, подключенный параллельно нагрузке.

Рисунок 4.1

При исследовании выпрямителей применяются следующие обозначения:

• u_ВХ, U_ВХ — мгновенное и действующее значения синусоидального входного напряжения;

• u_d, U_d, U_dmax, U_dmin — мгновенное, среднее, максимальное, минимальное значения выходного (выпрямленного) напряжения;

• f_п — частота пульсаций выходного напряжения;

• m = f_пульс / f_вх — число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания;

• — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

• S = k_пульс/k_пульc(C) - отношение коэффициентов пульсаций выпрямленного напряжения (без учета конденсатора и с учетом сглаживающего конденсатора С).

В данной работе используется одна фаза трехфазного источника напряжений.

Экспериментальная часть

Исследовать выпрямительное действие полупроводникового диода в составе однополупериодного выпрямителя, используя виртуальные приборы.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рисунок 4.2) без сглаживающего фильтра. На схеме V0 и V1  входы коннектора. При сборке схемы обратите внимание на полярность электролитического конденсатора.

• Включите виртуальные приборы V0 и V1 и осциллограф. Подключите два любых входа осциллографа к каналам V0 и V1. Установите развертку 5 мС/дел.

• Перенесите на график (рисунок 4.3) осциллограммы входного и выходного напряжений. Укажите масштабы по осям.

• Сделайте измерения и запишите в таблицу 3.1. значения: U_ВХ — действующее, U_d — среднее, , m = f_пульс / f_вх.

• Рассчитайте и запишите в таблицу 4.1 коэффициенты U_d / U_ВХ и k_пульс.

• Рассчитайте и запишите в таблицу 4.1 коэффициент сглаживания

Рисунок 4.2

• Параллельно нагрузочному резистору R_Н подключите сглаживающие конденсаторы C c емкостями, указанными в таблице 4.1, повторите измерения и дорисуйте графики выпрямленного напряжения на рисунке 4.3.

• Постройте внешнюю характеристику U_d = f(I_d).

Таблица 4.1

RН	10 кОм			4,7 кОм
C, мкФ	0	10	100	0	10	100
UВХ, В
Ud, B
, В
m
Ud / UВХ
kпульс
Id, мА
S

Масштабы: m_t = ... мкс/дел; m_Uвх = ... В/дел; m_Uвых = ... В/дел

Рисунок 4.3

2. Полупроводниковый мостовой выпрямитель

Общие сведения

Однополупериодный выпрямитель использует только одну полуволну переменного напряжения. Как следствие, постоянное напряжение низкое по величине и имеет значительные пульсации.

Этого недостатка удается избежать в случае мостового выпрямителя со схемой (рисунок 4.4). Здесь полуволны противоположной полярности суммируются, и среднее значение выпрямленного напряжения увеличивается в два раза.

Рисунок 4.4

Экспериментальная часть

Исследовать свойства мостового выпрямителя с помощью осциллографа и мультиметра, либо с помощью виртуальных приборов.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рисунок 4.5) без сглаживающего фильтра. На схеме V0 и V1  входы коннектора. При сборке схемы обратите внимание на полярность электролитического конденсатора.

• Включите виртуальные приборы V0 и V1 и осциллограф. Подключите два любых входа осциллографа к каналам V0 и V1. Установите развертку 5 мС/дел.

• Перенесите на график (рисунок 4.6) осциллограммы входного и выходного напряжений. Укажите масштабы по осям.

• Сделайте измерения и запишите в таблицу 4.2. значения: U_ВХ — действующее, U_d — среднее, , m = f_пульс / f_вх.

• Рассчитайте и запишите в таблицу 4.2 коэффициенты U_d / U_ВХ и k_пульс.

• Рассчитайте и запишите в таблицу 4.2 коэффициент сглаживания

Рисунок 4.5

Масштабы: m_t = ... мкс/дел; m_Uвх = ... В/дел; m_Uвых = ... В/дел

Рисунок 4.6

• Параллельно нагрузочному резистору R_Н подключите сглаживающие конденсаторы C с емкостями, указанными в таблице 4.2, повторите измерения и дорисуйте графики выпрямленного напряжения на рисунке 4.6

• Постройте внешнюю характеристику U_d = f(I_d).

Таблица 4.2

RН	10 кОм			4,7 кОм
C, мкФ	0	10	100	0	10	100
UВХ, В
Ud, B
, В
m
Ud / UВХ
kпульс
Id, мА
S

Вопросы:

1. Почему максимальное значение выпрямленного напряжения U_dmax не совпадает с амплитудой входного напряжения?

2. Что произойдет при изменении полярности диода в цепи?

3. Каково обратное напряжение диода в схеме со сглаживающим конденсатором?

4. Какое действие оказывает сглаживающий конденсатор на амплитуду пульсаций напряжения?

5