Лабораторна робота № 2 дослідження однофазних випрямлячів

Мета роботи

Вивчити принцип роботи та дослідити характеристики однофазних випрямлячів.

Основні теоретичні відомості

Випрямлячі призначені для перетворення змінного струму в постійний. Однофазні випрямлячі застосовують для живлення електронної апаратури. Розрізняють однопівперіодний, двопівперіодний з нульовим виводом і двопівперіодний мостовий однофазні випрямлячі.

Найпростіший однопівперіодний випрямляч (рисунок 2.1) складається з трансформатора Т, діода VD і ємнісного фільтра (конденсатора С).

Рисунок 2.1 – Схема однопівперіодного випрямляча

Трансформатор призначений для перетворення напруги мережі U₁ до необхідного значення U₂, при якому забезпечується живлення електричних кіл електронної апаратури. Діод пропускає струм в одному напрямку, завдяки чому в навантаженні виникає пульсуюча напруга. Ємнісний фільтр зменшує пульсації випрямленої напруги. Випрямлячі називають однопівперіодними тому, що в них використовується половина вхідного сигналу (половина періоду).

Впродовж першої чверті періоду напруги U₂ , коли потенціал точки a додатний відноcно потенціалів точок с та b, діод відкритий і в навантаженні протікає струм. Одночасно відбувається заряд конденсатора. Якщо врахувати, що опір діода в прямому напрямку досить малий (спад напруги на діоді складає ~ 0,6 В, а постійна часу заряду конденсатора – частки мілісекунд ), тоді практично вся напруга U₂ прикладена до навантаження U_н ≈ U₂ (рисунок 2.2). У другому півперіоді потенціал точки а від’ємний відносно потенціалу точки с. При такій полярності діод ввімкнений в зворотному напрямку. Опір закритого діода великий, а тому розряд конденсатора відбувається тільки через навантаження. При цьому зменшення напруги на навантаженні залежить від постійної часу розряду конденсатора. Ефективність роботи випрямляча характеризується коефіцієнтом пульсацій р, який визначається відношенням амплітуди основної гармоніки U_{макс.осн} до середнього значення випрямленої напруги U_ср. Значення коефіцієнта пульсацій однопівперіодного випрямляча без згладжувального фільтра становить:

р0 = Uмакс. осн / Uср = 1,57.

(2.1)

Рисунок 2.2 – Часові діаграми напруг однопівперіодного випрямляча

Збільшення ємності конденсатора призводить до зменшення коефіцієнта пульсацій. Для отримання мінімального за значенням коефіцієнта пульсацій використовують згладжувальні фільтри типів: RC, LC і транзисторні. Основним параметром, що характеризує згладжувальний фільтр, є коефіцієнт згладжування q, який визначається відношенням коефіцієнтів пульсацій на вході та виході фільтра :

q = pвх /pвих .

(2.2)

В радіоелектронній апаратурі застосовують двопівперіодні випрямлячі (мостовий та з виводом середньої точки трансформатора ), в яких на відміну від однопівперіодних випрямлячів напруга U_Н створюється двома півперіодами напруги мережі. Мостовий двопівперіодний випрямляч (рисунок 2.3), складається з трансформатора Т, діодів VD₁ – VD₄ ( які з’єднані за мостовою схемою) та конденсатора С.

В першій половині періоду (рисунок 2.4 ) напруги U₂, коли потенціал точки а вторинної обмотки додатний відносно потенціалу точки b, а також і точки с, діоди VD₁, VD₃ відкриті, а діоди VD₂, VD₄ закриті. При цьому струм протікає від точки а вторинної обмотки трансформатора через діод VD₁, навантаження R_н, конденсатор С (конденсатор заряджається), діод VD₃ до точки b (рисунок 2.3 ).

В другій половині періоду, коли потенціал точки b більший від потенціалу точки а, діоди VD₁ і VD₃ закриті і струм протікає від точки b через діод VD₂, навантаження R_н , конденсатор С (конденсатор заряджається), діод VD₄ до точки а вторинної обмотки трансформатора.

Рисунок 2.3 – Схема двопівперіодного мостового випрямляча

Рисунок 2.4 – Часові діаграми напруг двопівперіодного випрямляча.

Схема двопівперіодного випрямляча з виводом середньої точки трансформатора приведена на рисунку 2.5.

Рисунок 2.5 – Схема двопівперіодного випрямляча з виводом середньої точки трансформатора

Значення коефіцієнта пульсацій обох випрямлячів без згладжувального конденсатора:

р0 = Uмакс. осн / Uср = 0,67.

(2.3)

Важливою оцінкою випрямлячів, як будь-якого джерела енергії, є його зовнішня характеристика U_н = f( I_н ).

Порядок виконання роботи

1 Дослідити однопівперіодний випрямляч.

Відтворити осцилограми напруги U_н випрямляча без фільтра, а також при наявності різних типів фільтрів . Для вказаних випадків виміряти змінну U_зм та постійну U _пост складові напруги U_н . Результати записати в таблицю 2.1.

Для побудови зовнішньої характеристики випрямляча різних типів фільтрів дослідні дані записати в таблицю 2.2.

2 Дослідити один з двопівперіодних випрямлячів за методикою п.1.

Таблиця 2.1 - Результати досліджень

Тип фільтра		Без фільтра	С1	С2	RС	LС	Транзист.
Однопів періодний випрямляч	U зм, В
	U пост, В
	р, %
	q
Двопів- періодний випрямляч	U зм, В
	U пост, В
	р, %
	q

Таблиця 2.2 - Результати досліджень

	С- фільтр	І н, мА
		U н, В
	RС- фільтр	І н, мА
		U н, В
	L С- фільтр	І н, мА
		U н, В
	Транзисторний фільтр	І н, мА
		U н, В
	С- фільтр	І н, мА
		U н, В
	RС- фільтр	І н мА
		U н, В
	L С- фільтр	І н, мА
		U н, В
	Транзисторний фільтр	І н, мА
		U н, В

Обробка результатів досліджень

1 Зобразити осцилограми напруги U_н випрямляча без фільтра, а також при наявності різних типів фільтрів.

2 Розрахувати значення коефіцієнтів пульсацій р та згладжування q випрямлячів:

р = Uзм / U пост

(2.4)

Результати записати в таблицю 2.1.

3 Побудувати зовнішні характеристики однопівперіодного та двопівперіодного випрямлячів з різними типами фільтрів .

Зробити висновок про виконану роботу.

Контрольні запитання

1 Яке призначення випрямлячів?

2 Поясніть роботу однопівперіодного випрямляча.

3 Поясніть роботу двопівперіодного випрямляча.

4 Яка фізична суть коефіцієнта пульсації р ?

5 Вкажіть переваги і недоліки різних типів згладжувальних фільтрів.