Действующее значение выпрямленного напряжения U U 02 U (21) U (22) U (24) ... . Гораздо шире на практике используется двухполупериодная (мостовая) схема выпрямителя. В схеме применяются четыре диода. К одной диагонали мости подается переменное напряжение U13, а в другую включается сопротивление нагрузки R. Выпрямленное напряжение U пульсирующее (рис. 3,б). Оно может быть представлено рядом Фурье как 4 4 2 u Um cos 2t cos 4t ... . 1 3 3 5 Из последнего выражения видно, что u не содержит нечетных гармоник, что облегчает задачу фильтрации выпрямленного напряжения. Пульсации выпрямленного напряжения оцениваются коэффициентом пульсации Кп = U/U0. Для уменьшения Кп применяются сглаживающие фильтры. Эффективность работы фильтра оценивается коэфициентом сглаживания ксгл, который представляет собой отношение коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра КСГЛ=КПВХ/КПВЫХ. Простейшим сглаживающим фильтром является емкостной, состоящий из конденсатора С, подключенного параллельно нагрузке R. Коэффициент сглаживания тем выше, чем больше емкость конденсатора. При большой емкости конденсатора, когда выполняется условие =RC>>2/, коэффициент пульсации может быть определен графически по осциллограмме через напряжение пульсации как: К гр п U п . U Контрольные вопросы 1. Какие существуют схемы выпрямителей? 2. Пояснить работу сглаживающего фильтра в вентиле. 3. Как определяются коэффициенты пульсации и сглаживания в выпрямителях? 4 Лабораторная работа № 7 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ Цель работы исследование схем одно- и двухполупериодных выпрямителей при различных нагрузках. Рабочее задание I. Экспериментальная часть. 1.1 Загрузить ELECTRONICS WORKBENCH в оперативную память ПЭВМ. 1.2 Собрать схему однополупериодного выпрямителя (рис. 1,а). В качестве нагрузки подключить резистор R. Подать на вход выпрямителя напряжение от источника синусоидальной э.д.с. E (значения резистора R, напряжения Е и частоты f установить в соответствии с вариантом задания табл. 1). а) Рис. 1 б) Таблица 1 № варианта R, кОм E, В f, Гц 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,1 20 45 0,2 21 46 0,3 22 47 0,4 23 48 0,5 24 49 0,6 25 50 0,7 26 51 0,8 27 52 0,9 28 53 1 29 54 1.3 Вольтметр V включить в режиме измерения переменного напряжения АС. Установить внутреннее сопротивление вольтметра равным 1000 мОм. 1.4 Установить тип диода VD, щелкнув два раза на его изображении и выбрав в появившемся окне Diode Models в разделе Library библиотеку default, а затем в разделе Model тип диода ideal. Нажать на кнопку Accept для возвращения в рабочее поле. 1.5 С помощью вольтметра в режиме измерения переменного напряжения (AC) измерить действующее значение напряжения на нагрузке U. Переключить вольтметр в режим измерения постоянного напряжения (DC) измерить среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке U0. Настроить осциллограф для получения временных диаграмм рис. 1,б и измерить по нему амплитуды Em и Um . Результаты измерений занести в табл. 2. Зарисовать осциллограммы. 1 Измеренные величины Таблица 2 Вычисленные величины E, В U, В U0, В Em, В Um, В U0, В U, В р Kп 1.6 Исследовать однополупериодный выпрямитель со сглаживающим фильтром. Подключить параллельно нагрузке R конденсатор С (рис. 2,а). Установить значение конденсатора равным C 1 fR . а б Рис. 3 а б Рис. 2 1.7 С помощью вольтметра в режиме измерения переменного напряжения (AC) измерить действующее значение напряжения на нагрузке U. Переключить вольтметр в режим измерения постоянного напряжения (DC) измерить среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке U0. Настроить осциллограф для получения временных диаграмм рис. 2 и измерить по нему амплитуды Em и Um, а также значение амплитуды пульсации UП. Результаты измерений занести в табл. 3. Зарисовать осциллограммы. С, мкф E, В Измеренные величины U, В U0, В Em, В Um, В UП, В Таблица 3 Вычисленные величины Кп КСГЛ K гр п 1.8 Повторить п. 1.7 для значения конденсатора большего в два раза. 1.9 Собрать схему двухполупериодного выпрямителя (рис. 3,а). В качестве нагрузки подключить резистор R. Подать на вход выпрямителя напряжение от источника синусоидальной э.д.с. E 1.10 Повторить п.п. 1.4-1.8 для схемы рис. 3,а. Результаты выполнения занести в табл. 4 и 5, аналогичные табл. 2 и 3. 1.11 Исследовать частотные свойства двухполупериодного выпрямителя с фильтром. Для этого задать последовательно 3 значения частоты f, равные 0,1f, и 10f и зарисовать соответствующие осциллограммы друг под другом. II. Обработка экспериментальных данных. 2.1 Рассчитать значения постоянной составляющей выпрямленного напряжения на нагрузке U0 через измеренное амплитудное значение и действующее значение гармонической составляющей напряжения на нагрузке U. Определить значение коэффициента пульсации K гр через напряжение пульсации UП, а также его расчетное п значение Кп и коэффициент сглаживания кСГЛ. Занести полученные значения в табл. 2-5. 2.2 Проанализировать результаты эксперимента. Сделать выводы. Оформить отчет, куда включить все исследуемые схемы, заполненные таблицы с результатами экспериментов и расчетов, а также нарисованные осциллограммы. Методические указания Однополупериодная схема выпрямителя (рис. 1,а) реализована на одном полупроводниковом диоде. На диод подается синусоидальное напряжение u=Umsin t. Ток через нагрузку R проходит только в течение полупериода, когда на аноде диода положительный потенциал, а на катоде положительный. Выпрямленное напряжение U пульсирующее (рис. 1,б). Оно может быть представлено рядом Фурье как периодическая функция времени u U 0 U (1) sin t U ( 2) cos2t U ( 4) cos4t ... , где U0 U (1) Um , постоянная составляющая выпрямленного напряжения; Um 2U m 2U m , U ( 2) , U ( 4) амплитуды i-ых гармоник. 35 2 13 Прямое сопротивление диода Rд<<R, поэтому падением напряжения на диоде можно пренебречь и считать Em Um. 2 3