Лаба №1 - Изучение выпрямительных и сглаживающих устройств (преп. Мирина)

Г - образное звено фильтра представляет собой последовательное соединение индуктивности имеющей большое

сопротивление

(1.13)

переменному току пульсаций, и конденсатора Сф, имеющего малое сопротивление переменному току

сопротивления нагрузки

При выполнении указанных условий Г-образное звено сглаживающего фильтра действует как делитель пульсаций переменного напряжения, имеющий очень малый коэффициент передачи,

(1.15)

где - напряжение пульсаций на выходе фильтра;

- напряжение пульсаций на входе фильтра.

Основным параметром, характеризующим свойства фильтра, является коэффициент сглаживания

Он равен отношению коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на его выходе

(1.16)

Приближенно коэффициент сглаживания Г-образного индуктивно-емкостного фильтра может быть определен из выражения

(1.17)

Индуктивно-емкостные П-образные фильтры экономически целесообразно использовать при значительных токах нагрузки. Конденсаторы накапливают энергию, отдают ее в нагрузку в течение интервалов времени, когда напряжение обмотки трансформатора меньше напряжения на конденсаторах сглаживающего фильтра, а

индуктивность стремится уменьшить изменения тока нагрузки.

При небольших изменениях тока нагрузки применяют резистивно-емкостной П-образный фильтр (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Схема однополупериодного выпрямителя со сглаживающим RС-фильтром

Он состоит из выходной емкости Сн и Г-образного звена, состоящего из сопротивления Кф и конденсатора Сф.

Конденсатор Сф выбирают такой величины, чтобы по переменному току его сопротивление было бы намного меньше RH.

2.3. ДВУХПОЛУПЕРИОДНОЕ ВЫПРЯМЛЕНИЕ

Существует две схемы двухполупериодного выпрямления переменного тока: схема на основе трансформатора со средней точкой (рис. 1.10, а) и мостовая схема (рис. 1.10, б). График изменения выходного напряжения при двухполупериодном напряжении (рис. 1.10, в).

В схеме на основе трансформатора со средней точкой (рис. 1.10, а) концы вторичных обмоток присоединены к диодам VD1 и VD2, которые через сопротивление нагрузки соединены с выводом средней точки. Каждый из диодов по очереди проводит ток через сопротивление нагрузки в течение следующих друг за другом полупериодов. Трансформатор, используемый в этой схеме должен иметь две одинаковые вторичные обмотки или одну вторичную обмотку со среднем выводом. Выходное напряжение в этой схеме в 2 раза меньше, по сравнению с мостовой схемой выпрямителя. А величина, тока нагрузки в два раза больше, чем в схеме

однополупериодного и двухполупериодного выпрямления.

Рис. 1.10. Схема двухполупериодных выпрямителей: с выводом средней точки (а), мостовой схеме (б), диаграмма напряжений (в).

В мостовой схеме (рис. 1.10, б) при положительной полуволне ток протекает через диоды VD1, VD3; при отрицательной - через диоды VD2, VD4. В результате, направление тока в нагрузке RH остается неизменным в течение всего периода.

На рис. 1.11 показаны кривые токов, протекающих по диодам VD], VD2, VD3, VD4 и по сопротивлению нагрузке RH при двухлолупериодном выпрямлении.

Кривая тока, разложенная в ряд Фурье, характеризуется уравнением

(1.18) Как видно из разложения, ток содержит постоянную составляющую и все четные гармоники входного напряжения. Из них наибольшую величину имеет вторая гармоника

а первая гармоника отсутствует.

Рис. 1.19. Диаграмма токов при двухполупериодном выпрямлении.

Коэффициент пульсаций при двухполупериодном выпрямлении и работе выпрямителя на активную нагрузку определяется из выражения

(1-19)

Для синусоиды Кп ~ 0,67.

При работе двухполупериодного выпрямителя на параллельно соединенные активное сопротивление RH и емкость Сн, ток и напряжение на нагрузке будут изменяться по тем же законам, что и в случае однополупериодного выпрямления. На рис. 1.12 приведены диаграммы, характеризующие их изменения во времени, а также кривые изменений тока на диодах.

•-

Рис. 1.12. Диаграмма работы при двухполупериодном выпрямлении

U0 - постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Коэффициент пульсаций при емкостной и активной нагрузке можно определить из выражения

(1.20)

3. ЗАДАНИЕ НА ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ

3.1.Определить коэффициент трансформации трансформатора на частотах 20Гц, 50 Гц, 1кГц, и 10 кГц (рис. 1.13).

Выбрать рабочую частоту, на которой коэффициент трансформации имеет максимальное значение, и дальнейшую часть работы выполнять на этой частоте.

3.2.Собрать схему однополупериодного выпрямителя,

показанного на рис. 1.14. и подобрать сопротивление нагрузки RH таким, чтобы при подключении сопротивления нагрузки в схему, амплитуда выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора менялась бы не более чем на -10% от первоначального значения.

3.12.Выполнить аналогично п.3.8, п.3.9, п.3.10 только для индуктивно-емкостного фильтра.

3.13.Объяснить причины уменьшения переменной составляющей (сглаживания пульсаций) при емкостной нагрузке и при использовании различных фильтров низких частот.

3.14.Собрать мостовую схему двухполупериодного выпрямителя, показанного на рис. 1.17 и подобрать сопротивление нагрузки RH таким, чтобы при подключении сопротивления нагрузки

всхему, амплитуда выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора менялась бы не более чем на -10% от первоначального значения.

3.15.Измерить на сопротивлении нагрузки постоянную и

осциллограмму на сопротивлении нагрузки, с указанием числовых значений. Рассчитать коэффициент пульсации.

3.16.Подключить параллельно с сопротивлением RH конденсатор (как показано пунктиром на рис. 1.17) емкостью мкФ и мкФ (указанные номиналы емкостей могут различаться). Этот пункт выполнять сначала для емкости одного номинала, а потом для емкости другого номинала.

3.17.Измерить постоянную и переменную

составляющие напряжения на сопротивлении нагрузки. Зарисовать осциллограммы с указанием числовых значений зарисовать. Рассчитать коэффициент пульсации при емкостной нагрузке.

3.18.Подключить к мостовой схеме двухполупериодного выпрямителя резистивно-емкостной фильтр низких частот рис. 1.18 (индуктивно-емкостной фильтр рис. 1.19). Выполнять опыты сначала

ирезистивно-емкостным фильтром, а потом с индуктивно-емкостным фильтром)

Квыходу фильтра' низких частот следует подключить сопротивление нагрузки выбранное в п. 3.14.

3.19.Измерить постоянную и переменную

сглаживающего фильтра. Зарисовать осциллограмму переменной составляющей на выходе сглаживающего фильтра с указанием

числовых значений.

3.20.По результатам измерений рассчитать коэффициент пульсации при включении в схему фильтров низких частот (резистивно-емкостного, индуктивно емкостного).

3.21.Рассчитать коэффициент сглаживания для резистивно-емкостного фильтра и для индуктивно-емкостного фильтра.

3.22.Объяснить причины уменьшения переменной составляющей (сглаживания пульсаций) при емкостной нагрузке и при использовании фильтров низких частот.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

4.1. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ ПРИБОРЫ И ДЕТАЛИ

В качестве источника входного переменного сигнала использовать генератор звуковых частот (ГЗ-36) или ему подобный.

Контроль за формой сигнала в различных точках схемы, и измерение напряжений на компонентах исследуемой схемы следует проводить электронным осциллографом, имеющим закрытый и открытый входы(С1-68, С1-72 и др.).

Измерение постоянных и переменных напряжений можно проводить и цифровым вольтметром В7-38 или ему подобным.

Используемые в ходе выполнения лабораторной работы детали:

-трансформатор с первичной и вторичными обмотками или одной вторичной обмоткой, имеющей среднюю точку. Коэффициент трансформации порядка (0,5 - 3). Номинальное напряжение первичной обмотки (10-15 В), диапазон рабочих частот порядка 10Гц-ЮкГц;

-выпрямительный диод общего назначения любого типа и диодный мост (возможно использование вместо диодного моста четырех диодов);

-магазин сопротивлений;

-конденсаторы емкостью 0,1 мкФ., 10 мкФ. (Номиналы

Для этого подключить осциллограф к точкам для измерения напряжения на первичной обмотке получить на экране

осциллографа устойчивую картинку синусоиды, и измерить амплитуду входного напряжения трансформатора. Сделать аналогичные действия для измерения напряжения на вторичной обмотке

Коэффициент трансформации находиться из уравнения

(1.21)

Целесообразно также провести эти измерения с помощью вольтметра, сравнить и объяснить расхождения в показаниях.

4.2.2. Собрать схему однополупериодного выпрямителя, показанного на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Схема однополупериодного выпрямителя.

В качестве сопротивления нагрузки RH применять магазин сопротивлений или переменное сопротивление. Необходимо сопротивление нагрузки выбрать таким образом, чтобы при подключении его в схему амплитуда выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора менялась бы не более чем на -10% от первоначального значения.

Для этого необходимо:

-измерить напряжение на вторичной обмотке на холостом ходу

-подключить магазин сопротивлений и подобрать на нем такое сопротивление, чтобы напряжение на вторичной обмотке трансформатора уменьшилось не более чем на 10% от значения напряжения при холостом ходе.

Дальнейшую часть работы выполнять с выбранным сопротивлением нагрузки, не изменяя его.