двухполупериодного выпрямителя с подключением конденсатора.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СХЕМ»

 

Вариант № 5

 

 

Работу выполнил(и) студент(ы) группы	Оценки по БРС

 

Работу принял:.

 

_______________

^{роспись}

 

 

Москва 2011

 

Цель работы

Ознакомление с принципами построения выпрямительных схем и определение их основных параметров с помощью моделирующей программы.

2. Приборы, макеты, программы:

- Компьютер ACER;

- Программа Multisim 10.

Теоретические основы

Выпрямительные схемы предназначены для преобразования переменного двухполярного напряжения в пульсирующее однополярное напряжение. Они являются неотъем­лемой частью источников вторичного электропитания (ИВЭП), которые устанавливаются в радио- и телевизионной аппаратуре, музыкальных центрах, персональных компьютерах и других устройствах бытовой техники. Выпрямительные схемы делятся на одно- и двухполупериодные (приведены на рис.1, a) однополупериодная; б) двухполупериодная). Наиболее широко распространены двухполупериодные выпрямительные схемы, т.к. они вырабатывают непрерывные сигналы и способст­вуют более эффективной их обработке.

Двухполупериодные выпрямительные схемы имеют несколько разновидностей:

1) со средней точкой вторичной обмотки трансформатора;

2) с мостовой диодной схемой;

3) со схемой удвоения напряжения;4) со схемой умножения напряжения.

 

Рис.1

Основными параметрами выпрямителей являются:

Таблица 1

Среднее значения напряжения
Среднее значения тока
Мощность
Коэффициент пульсаций
Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения
Амплитуда обратного напряжения на диоде.

 

На рис. 2.а и б приведены временные диаграммы работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей соответственно. Из рис.2.а видно, что в первый полупериод действия напряжения , т.е. в интервале вре­мени 0- , диод VD открыт и в цепи возникает ток . В интервале времени Т/2-Т, т.е. во

второй полупериод действия напряжения диод VD заперт, т.к. к нему приложено обрат­ное напряжение и ток в нагрузке отсутствует .

В однополупериодном выпрямителе:

Рис.2

 

(1)

Ток является прямым током диода, поэтому:

. (2)

Коэффициент пульсаций определяется в результате разложения в ряд Фурье напряжения , т.е.

(3), откуда

. (4)

Достоинством однополупериодного выпрямителя является простота, т.к. используется только один диод. Недостатки - большой коэффициент пульсаций, низкая эффективность работы из-за наличия пропусков сигнала и малого значения а также подмагничивание трансформатора из-за наличия общего пути для переменной и постоянной () со­ставляющих выходного тока.

Двухполупериодные выпрямители лишены этих недостатков.

Выпря­митель со средней точкой вторичной обмотки трансформатора (рис.1,б) можно рассмат­ривать как сочетание 2-х однополупериодных выпрямителей, включенных на одну и ту же нагрузку. В каждый из полупериодов напряжения работает либо верхняя, либо ниж­няя его часть, т.е. в интервале времени 0-Т/2 диод открыт, т.к. потенциал точки "a" выше потенциала средней точки 0, а диод заперт, т.к. потенциал точки "b" ниже по­тенциала средней точки "a". Через нагрузку протекает ток (рис.1.б). В следующий по­лупериод напряжения интервал времени Т/2-Т на рис.1.б) потенциал точки "b" вы­ше, чем потенциал точки 0, а потенциал точки "a" ниже потенциала точки 0. Диод от­крыт, а диод заперт. При этом в нагрузке ток имеет то же направление, что и в предыдущем полупериоде. При одинаковых значениях и эти токи будут равны.

Для этого выпрямителя имеем:

(5)

(6)

Коэффициент пульсации при этом равен: , т.к. выходное напряжение выпрямителя разлагается в ряд Фурье следующим образом:

, и (7).

Преимущества этого выпрямителя: средние значения и в 2 раза больше, а пульсации меньше. Недостатком является удвоенное переменное напряжение во вторич­ной обмотке и большое обратное напряжение на диодах.

Сглаживающие электрические фильтры. Напряжение после выпрямления имеет значительную пульсацию. Для сглаживания пульсации напряжения применяются сглаживающие фильтры. Рассмотрим работу ёмкостного сглаживающего электрического фильтра, схема которого представлена на рис.3.

Рис. 3. Схема ёмкостного сглаживающего электрического фильтра.

 

Конденсатор заряжается через до амплитудного значения напряжения в те отрезки времени, при которых напряжение во вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на . В том случае когда , закрывается и конденсатор разряжается через и тогда не уменьшается до минимума во вторую половину периода, а увеличивает усреднённое значение выпрямлённого напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем без сглаживающего электрического фильтра.

Самыми перспективными явля­ются выпрямители с мостовой диодной схемой (рис.1.в), у которой в один полупериод открыты диоды а в другой – диоды что дает при равных и с предыдущими выпрямителями снизить до уровня обратное напряжение на каждой паре диодов, что позволяет применять диоды с меньшим значением .

Если заменить в мостовой диодной схеме 2 диода на конденсаторы, то благодаря их способности накапливать заряд получим схему, выходное напряжение которой в режиме холостого хода в 2 раза превышает амплитуду напряжения (рис.1.г). При положи­тельном будет открыт диод и ток будет протекать через конденсатор . При этом конденсатор зарядится до напряжения ,а его полярность отмечена на рис.1.г сим­волами “+” и “-”. В случае, когда , диод запирается, но откроется диод . Ток потечет через него и зарядит конденсатор также до напряжения .

Поскольку напряжения и приложены к нагрузке последовательно, то будет находиться под напряжением, равным их сумме и, следовательно, . В выпрямителе с удвоением напряжений , подмагничивание в трансформаторе также отсутствует, но эта схема пригодна для создания только маломощных источников питания и значительных сопротивлений нагрузки. При малых значениях конденсаторы будут успевать разряжаться и эффекта удвоения не произойдет.

В данной лабораторной работе необходимо исследовать следующие выпрямительные схемы:

1.однополупериодного выпрямителя;

2.двухполупериодного выпрямителя;

двухполупериодного выпрямителя с подключением конденсатора.

Относительная погрешность расчета, моделирования и натурного эксперимента при определении каждого параметра находится в процентах по формуле:

δ_А=(ΔА/A)*100%, где

ΔА-абсолютная погрешность;

A-значение измеряемого параметра.

Погрешности возникают при расчете, определении погрешностей отсчета на экране дисплея и погрешностей измерительных приборов при проведении натурных экспериментов. Для повышения точности отсчетов при прямых измерениях по экрану дисплея или с помощью измерительного прибора, целесообразно значение каждого параметра повторять,примерно, три раза и в формулу для расчета относительной погрешности подставлять средние значения. В таком случае

ΔА= (ΔА₁+ ΔА₂+ ΔА₃)/3;

А= (А₁+ А₂+ А₃)/3, где

ΔА₁, ΔА₂,ΔА₃ - погрешности отдельных замеров;

А₁, А₂,А₃ - значения отдельных замеров определяемого параметра.

 

При проведении косвенных измерений для определения результирующей абсолютной погрешности необходимо пользоваться дифференциалами функций. Дифференциалы некоторых функций (<А) указаны в табл.1.

 

 

Таблица 1

Функция	ΔА
y=x1+ x2	±(Δx1+ Δx2)
y=x1- x2	± (Δx1+ Δx2)
y=k* x	±k*Δx
y=x1* x2	± (x2*Δx1+ x1*Δx2)
y=x1/ x2	± (x2*Δx1+ x1*Δx2)/ x22

 

Порядок выполнения работы

4.1 Исследование однополупериодного выпрямителя.

 

1. Ознакомиться с теоретическими положениями работы.

2. В среде Multisim 10 собрать выпрямительную схему мостового типа (рис.4), подключить ее вход к источнику переменного напряжения, а выход - к резистору R.

Рис.4.Электрическая схема однополупериодного выпрямителя.

3. Для наблюдения за сигналами необходимо подключить электронный осциллограф (ЭО).

4. Приборы: вольтметр PV и амперметр РА перевести в режим измерения переменного тока (АС).

5. Запустить программу и установить изображение выходного сигнала на экране осциллографа.

 

Таблица Вариантов

 

Вариант 1	R=1.1 kОм	E=8V	C=6 мкФ
Вариант 2	R=1.2 kОм	E=8V	C=6 мкФ
Вариант 3	R=1.3 kОм	E=8V	C=6 мкФ
Вариант 4	R=1.4 kОм	E=8V	C=6 мкФ
Вариант 5	R=1.5 kОм	E=8V	C=6 мкФ
Вариант 6	R=1.6 kОм	E=8V	C=6 мкФ
Вариант 7	R=1.1 kОм	E=10V	C=8 мкФ
Вариант 8	R=1.2 kОм	E=10V	C=8 мкФ
Вариант 9	R=1.3 kОм	E=10V	C=8 мкФ
Вариант 10	R=1.4 kОм	E=10V	C=8 мкФ
Вариант 11	R=1.5 kОм	E=10V	C=8 мкФ
Вариант 12	R=1.6 kОм	E=10V	C=8 мкФ

 

4.1.1 Моделирование(пример)

Рис .5Электрическая схема однополупериодного выпрямителя в среде EWB

Рис.6 Осциллограмма однополупериодного выпрямителя

4.1.2 Расчеты(ПРИМЕР).

Максимальное значение тока:

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Среднее значение выпрямленного тока:

, где

Амплитуда основной (первой) гармоники выпрямленного напряжения:

8В=3,6

Коэффициент пульсации:

Мощность:

Результаты расчетов занесены в таблицу 2.

Таблица 2.

R, кОм	,B эксп.	,мА рас	,B рас	,B эксп	, B рас	, мА рас	рас	рас
1.5	3,442	2,295	0,096		3,6	0,731		0,07

 

Расчет погрешностей(ПРИМЕР):

;

4.2 Исследование двухполупериодного выпрямителя.

 

1. Ознакомиться с теоретическими положениями работы.

2. В среде Multisim 10 собрать выпрямительную схему мостового типа (рис.7), подключить ее вход к источнику переменного напряжения, а выход - к резистору R. Ключ К1 оставить разомкнутым.

Рис.7 Электрическая схема двухполупериодного выпрямителя.

3. Для наблюдения за сигналами необходимо подключить электронный осциллограф (ЭО).

4. Приборы: вольтметр PV и амперметр РА перевести в режим измерения переменного тока (АС).

5. Запустить программу и установить изображение выходного сигнала на экране осциллографа.

 

 

4.2.1 Моделирование(пример)

Рис.8 Электрическая схема двухполупериодного выпрямителя в среде EWB

 

 

Рис.9 Осциллограмма двухполупериодного выпрямителя.

 

4.2.2 Расчеты(пример).

Максимальное значение тока:

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Среднее значение выпрямленного тока:

Амплитуда основной (первой) гармоники выпрямленного напряжения:

В=5,68 В

Коэффициент пульсации:
Мощность:

Результаты расчетов занесены в таблицу 4.

Таблица 4.

R, кОм	,B эксп.	,мА рас	,B рас	, B рас	, мА рас	рас	рас
1.5	5,961	3,974	3,791	5,68	2,527	0,67	10,035

 

Расчет погрешностей (пример):

;

 

4.3 Исследование двухполупериодного выпрямителя с подключением конденсатора.

 

1. Ознакомиться с теоретическими положениями работы.

2. В среде Multisim 10 собрать выпрямительную схему мостового типа (рис.10), подключить ее вход к источнику переменного напряжения, а выход - к резистору R. Подключить конденсатор, замкнув ключ K1.

Рис.10.Электрическая схема двухполупериодного выпрямителя с подключением конденсатора.

3. Для наблюдения за сигналами необходимо подключить электронный осциллограф (ЭО).

4. Приборы: вольтметр PV и амперметр РА перевести в режим измерения переменного тока (АС).

5. Запустить программу и установить изображение выходного сигнала на экране осциллографа.

 

4.3.1 Моделирование(пример)

Рис.11.Электрическая схема двухполупериодного выпрямителя с подключением конденсатора в среде EWB

 

 

Рис.12 Осциллограмма двухполупериодного выпрямителя с подключением конденсатора.

 

4.3.2 Расчеты(пример).

Максимальное значение тока:

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Среднее значение выпрямленного тока:

Амплитуда основной (первой) гармоники выпрямленного напряжения:

В=7,623 В

Коэффициент пульсации:

Мощность:

Результаты расчетов занесены в таблицу 6.

Таблица 6.

R, кОм	,B эксп.	,мА рас	,B рас	, B рас	, мА рас	рас	рас
1.5	7,876	5,251	5,017	7,623	3,344	0,67	16,777

 

Расчет погрешностей(пример):

;

4.4. Краткие выводы(сделать самостоятельно)

5.Контрольные вопросы

Для какой цели применяются в электронике полупроводниковые диоды:

а) для преобразования переменного напряжения в пульсирующее напряжение одной полярности;

б) для усиления электрических сигналов;

в) для генерирования электрических колебаний.

2. Основной параметр выпрямительных схем:

а) среднее значение выходного напряжения;

б) частотный диапазон;

в) коэффициент усиления.

3. Определить среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя, если

а) 6,4 В; б) 7,5 В; в) 5,0 В.

4. По какому (или по каким) из перечисленных ниже параметров подбираются диоды для выпрямителей:

а) по максимальному прямому току и по величине максимального обратного напряжения;

б) по обратному току;

в) по концентрации примесей.

5. Коэффициент пульсаций КП выпрямителей равен:

а) отношению амплитуды первой гармоники их выходного напряжения к среднему его значению;

б) отношению водной и выходной мощностей;

в) отношению средних значений тока и напряжения на выходе.

6. Коэффициент пульсации двухполупериодных выпрямителей равен:

а) 0,667; б) 1,57; в) 1,0.

7. Чем объяснить эффект увеличения выходного напряжения при замене двух диодов в
мостовой схеме конденсаторами:

а) способностью конденсаторов накапливать электрический заряд и возможностью их суммирования на общей нагрузке;

б) увеличением переменной составляющей выходного сигнала выпрямителя;

в) уменьшением потерь при передаче сигнала от входа к выходу.

8. Какой основной недостаток выпрямителей с удвоением и умножением напряжений:

а) малая передаваемая мощность;

б) большой коэффициент пульсаций;

в) низкая точность и стабильность выходного напряжения.

9. Какие выпрямители выпускаются в интегральном исполнении:

а) с мостовой схемой;

б) со средней точкой вторичной обмотки трансформатора;

в) с удвоением или с умножением напряжения.

10. Какому из параметров переменных напряжений должно равняться при эксплуатации
выпрямителей максимальное обратное напряжение стоящих в них диодов:

а) амплитудному значению;

б) действующему значению;

в) среднему значении.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: