Файл: Лабораторная работа 1 исследование диодов и стабилитронов.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 294
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
;
3 - сглаживающий фильтр, уменьшающий пульсации выпрямленного напряжения;
4 - стабилизатор, компенсирующий колебания выходного напряжения питания при изменении тока нагрузки или входного напряжения.
Рис.6.1 Блок-схема вторичного источника питания
Функцию преобразования уровней напряжения и тока выполняют силовые трансформаторы. Напряжения на обмотках трансформатора принято давать в эффективных (действующих) значениях. Для выпрямления переменного тока используются полупроводниковые диоды. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы на его входе и выходе представлены на рис. 2. Выпрямленное напряжение
содержит постоянную составляющую (
), первую (
) и высшие гармоники. Известно, что среднее значение первой гармоники за полупериод равно
(1)
Рис.6.2 Однополупериодный выпрямитель
Коэффициент пульсации, представляющий собой отношение амплитуды первой, гармоники к постоянной составляющей. Для рассматриваемого выпрямителя с учетом (1) он равен
(2)
Для уменьшения коэффициента пульсаций параллельно с нагрузкой в цепь выпрямителя включается конденсатор. Форма напряжения на нагрузке с параллельно подключенным конденсатором показана пунктиром.
Для улучшения параметров выпрямителя применяется мостовая схема выпрямления (рис.3), которая обеспечивает протекание тока через нагрузку
во время положительной и отрицательной полуволн. Максимальная величина обратного напряжения на диодах равна выходному напряжению схемы в режиме холостого хода (т.е. при 
):
(3)
Так как ток в нагрузке для мостовой схемы протекает в течение обоих полупериодов, то постоянная составляющая выпрямленного напряжения будет в два раза больше, чем для однополупериодного выпрямителя; т. е.
, тогда
(4)
Рис.6.3 Схема мостового выпрямителя
Из выражений (2) и (4) и временных диаграмм (рис. 2 и 3) видно, что коэффициент пульсации в схеме двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем в схеме однополунериодного выпрямителя.
Так как трансформатор является габаритным и дорогим элементом, то в ряде случаев, когда потребляемая от выпрямителя мощность небольшая, применяют схемы умножения напряжения. Одна из схем удвоения напряжения приведена на рис 4.
При положительных полуволнах ток
заряжает конденсатор С1- через диод VD1, а при отрицательных - ток 
заряжает конденсатор С2 через диод VD2.
Общее напряжение на конденсаторах C1- и С2, включенных последовательно, обеспечивает протекание тока через нагрузку
.
У нестабилизированных источников питания при увеличении тока нагрузки постоянная составляющая напряжения на выходе источника падает, а напряжение пульсации растет.
Рис.6.4 Схема удвоения напряжения
Для устранения этого недостатка служат стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают постоянство выходного напряжения при изменении нагрузки или входного напряжения в ограниченных пределах.
Электронные стабилизаторы постоянного напряжения подразделяются на параметрические, компенсационные и комбинированные.
Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения (рис. 5) заключается в поддержании постоянного напряжения на сопротивлении нагрузки (
). При изменении входного напряжения
, за счёт перераспределения токов, протекающих через линейный (
) и нелинейный (стабилитрон) элементы.
Рис.6.5 Схема параметрического стабилизатора напряжения
Основным параметром стабилизаторов напряжения является коэффициент стабилизации:
(5)
где
- относительные изменения входного и выходного напряжений.
Задание на подготовку к работе
1. Изучить характеристики и параметры вторичных источников питания.
2. Изучить сущность проводимых в данной работе исследований, нарисовать необходимые схемы.
Контрольные вопросы
1. Назовите, для чего предназначены вторичные источники питания.
2. Какова функция силовых трансформаторов?
3. Напишите выражение для коэффициента пульсации.
4. Изобразите схему однополупериодного выпрямителя.
5. Изобразите схему мостового выпрямителя.
6. Для чего применяется мостовая схема выпрямления?
7. Изобразите схему удвоения напряжения.
Порядок выполнения работы
1. Исследование однополупериодного выпрямителя
Собрать схему рис. 2. Для этого использовать:
- идеальные модели трансформатора и диода;
- источник переменного напряжения 120V/60 Гц; С=10
; 
- 100
. Источник и нагрузку заземлить.
На вход А осциллографа подать напряжение с анода диода, а на вход В - напряжение, снимаемое с . Осциллограф заземлить.
К выходу схемы ( ) подключить мультиметр. Мультиметр заземлить.
Зарисовать осциллограммы
(канал А) и 
(канал В) с указанием их амплитудных значений.
Сравнить полученные осциллограммы с графиками рис.2.
Измерить и записать постоянную (
) и переменную (
) составляющие выходного напряжения.
Рассчитать постоянную составляющую (
) и коэффициент пульсаций (
) по формулам
Сравнить экспериментальные (
) и (
) с теоретическими значениями этих величин 
= 0,45
= 1,57.
Проверить влияние фильтра на форму выходного напряжения схемы и на величину коэффициента пульсаций. Для этого выполнить аналогичные исследования для следующих значений емкости фильтра:
Зарисовать осциллограммы для каждого значения Сф.
2. Исследование схемы мостового выпрямителя
Собрать схему рис.3. Для этого использовать:
- модель идеального трансформатора и мостовую сборку диодов;
- источник переменного напряжения 120V/60 Гц;
- 100
. Источник и нагрузку заземлить.
Выполнить методику, изложенную в пункте 1. Сравнить осциллограммы с графиками рис.3.
Рассчитать постоянную составляющую выпрямленного напряжения и коэффициент пульсаций без фильтра по формулам
и сравнить их с теоретическими значениями = 0.9
3 - сглаживающий фильтр, уменьшающий пульсации выпрямленного напряжения;
4 - стабилизатор, компенсирующий колебания выходного напряжения питания при изменении тока нагрузки или входного напряжения.
Рис.6.1 Блок-схема вторичного источника питания
Функцию преобразования уровней напряжения и тока выполняют силовые трансформаторы. Напряжения на обмотках трансформатора принято давать в эффективных (действующих) значениях. Для выпрямления переменного тока используются полупроводниковые диоды. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы на его входе и выходе представлены на рис. 2. Выпрямленное напряжение
содержит постоянную составляющую ( ), первую ( ) и высшие гармоники. Известно, что среднее значение первой гармоники за полупериод равно (1) Рис.6.2 Однополупериодный выпрямитель
Коэффициент пульсации, представляющий собой отношение амплитуды первой, гармоники к постоянной составляющей. Для рассматриваемого выпрямителя с учетом (1) он равен
(2)Для уменьшения коэффициента пульсаций параллельно с нагрузкой в цепь выпрямителя включается конденсатор. Форма напряжения на нагрузке с параллельно подключенным конденсатором показана пунктиром.
Для улучшения параметров выпрямителя применяется мостовая схема выпрямления (рис.3), которая обеспечивает протекание тока через нагрузку
во время положительной и отрицательной полуволн. Максимальная величина обратного напряжения на диодах равна выходному напряжению схемы в режиме холостого хода (т.е. при ):
(3)
Так как ток в нагрузке для мостовой схемы протекает в течение обоих полупериодов, то постоянная составляющая выпрямленного напряжения будет в два раза больше, чем для однополупериодного выпрямителя; т. е.
, тогда (4) Рис.6.3 Схема мостового выпрямителя
Из выражений (2) и (4) и временных диаграмм (рис. 2 и 3) видно, что коэффициент пульсации в схеме двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем в схеме однополунериодного выпрямителя.
Так как трансформатор является габаритным и дорогим элементом, то в ряде случаев, когда потребляемая от выпрямителя мощность небольшая, применяют схемы умножения напряжения. Одна из схем удвоения напряжения приведена на рис 4.
При положительных полуволнах ток
заряжает конденсатор С1- через диод VD1, а при отрицательных - ток заряжает конденсатор С2 через диод VD2.Общее напряжение на конденсаторах C1- и С2, включенных последовательно, обеспечивает протекание тока через нагрузку
.У нестабилизированных источников питания при увеличении тока нагрузки постоянная составляющая напряжения на выходе источника падает, а напряжение пульсации растет.
Рис.6.4 Схема удвоения напряжения
Для устранения этого недостатка служат стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают постоянство выходного напряжения при изменении нагрузки или входного напряжения в ограниченных пределах.
Электронные стабилизаторы постоянного напряжения подразделяются на параметрические, компенсационные и комбинированные.
Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения (рис. 5) заключается в поддержании постоянного напряжения на сопротивлении нагрузки (
). При изменении входного напряжения
, за счёт перераспределения токов, протекающих через линейный ( ) и нелинейный (стабилитрон) элементы. Рис.6.5 Схема параметрического стабилизатора напряжения
Основным параметром стабилизаторов напряжения является коэффициент стабилизации:
(5)где
- относительные изменения входного и выходного напряжений.Задание на подготовку к работе
1. Изучить характеристики и параметры вторичных источников питания.
2. Изучить сущность проводимых в данной работе исследований, нарисовать необходимые схемы.
Контрольные вопросы
1. Назовите, для чего предназначены вторичные источники питания.
2. Какова функция силовых трансформаторов?
3. Напишите выражение для коэффициента пульсации.
4. Изобразите схему однополупериодного выпрямителя.
5. Изобразите схему мостового выпрямителя.
6. Для чего применяется мостовая схема выпрямления?
7. Изобразите схему удвоения напряжения.
Порядок выполнения работы
1. Исследование однополупериодного выпрямителя
Собрать схему рис. 2. Для этого использовать:
- идеальные модели трансформатора и диода;
- источник переменного напряжения 120V/60 Гц; С=10
; - 100 . Источник и нагрузку заземлить.На вход А осциллографа подать напряжение с анода диода, а на вход В - напряжение, снимаемое с
. Осциллограф заземлить.К выходу схемы (
) подключить мультиметр. Мультиметр заземлить.Зарисовать осциллограммы
(канал А) и (канал В) с указанием их амплитудных значений.Сравнить полученные осциллограммы с графиками рис.2.
Измерить и записать постоянную (
) и переменную ( ) составляющие выходного напряжения.Рассчитать постоянную составляющую (
) и коэффициент пульсаций (
) по формулам Сравнить экспериментальные (
) и ( ) с теоретическими значениями этих величин = 0,45 = 1,57. Проверить влияние фильтра на форму выходного напряжения схемы и на величину коэффициента пульсаций. Для этого выполнить аналогичные исследования для следующих значений емкости фильтра:
Зарисовать осциллограммы для каждого значения Сф.
2. Исследование схемы мостового выпрямителя
Собрать схему рис.3. Для этого использовать:
- модель идеального трансформатора и мостовую сборку диодов;
- источник переменного напряжения 120V/60 Гц;
- 100 . Источник и нагрузку заземлить.Выполнить методику, изложенную в пункте 1. Сравнить осциллограммы с графиками рис.3.
Рассчитать постоянную составляющую выпрямленного напряжения и коэффициент пульсаций без фильтра по формулам
и сравнить их с теоретическими значениями
= 0.9