Лаб.раб.2 Гайдук Самсонов
.docx
Министерство науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
Инженерная школа энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
Применение полупроводниковых диодов в источниках питания
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
по дисциплине:
Электроника 1.1
Выполнил: :
|
|
||||
студент гр. 5А03 |
|
|
Самсонов Д.П.
|
|
28.10.2022 |
|
|
|
Гайдук К.А. |
|
|
Проверил:
|
|
||||
доцент ОЭЭ ИШЭ |
|
|
Воронина Н.А. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Томск – 2022
Цель работы: исследование характеристик и параметров выпрямительных схем, сглаживающих фильтров и стабилизаторов напряжения, определение параметров различных выпрямителей и сравнение их между собой.
Перечень оборудования: лабораторный стенд, соединительные провода, вольтметр, выпрямительные диоды КД226, осциллограф, нагрузочный резистор 10 кОм, сглаживающиеся конденсаторы с емкостью 1мкФ, 10мкФ, 100мкФ.
Опыт №1. Регистрация характеристик и осциллограмм однофазного однополупериодного выпрямителя
Рисунок 1 - Принципиальная схема для исследования однофазного однополупериодного выпрямителя
Таблица 1
-
С, мкФ
0
1
10
100
, В
7,73
7,73
7,77
7,77
, В
3,1
5,77
9,14
9,78
, В
10,2
10,2
10,2
10,2
, В
0,4
2,1
8,2
9,7
m
1
1
1
1
0,4
0,75
1,18
1,26
, В
5,47
4,05
1
0,25
1,57
0,7
0,11
0,03
В однополупериодном выпрямителе без фильтра:
В однополупериодном выпрямителе с C=1 мкФ:
В однополупериодном выпрямителе с C=10 мкФ:
В однополупериодном выпрямителе с C=100 мкФ:
Полученные осциллограммы:
Рисунок 2 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя без фильтра
Рисунок 3 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=1 мкФ
Рисунок 4 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=10 мкФ
Рисунок 5 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=100 мкФ
Опыт №2. Регистрация характеристик и осциллограмм однофазного двухполупериодного выпрямителя
Рисунок 6 - Монтажная схема для исследования однофазного двухполупериодного выпрямителя
Таблица 2
-
С, мкФ
0
1
10
100
, В
7,3
7,3
7,4
7,4
, В
5,65
7,37
8,97
9,43
, В
10
10,2
10,1
10
, В
4
4
8
8,8
m
2
2
2
2
0,8
1,01
1,21
1,3
, В
5,16
3,1
1,05
0,6
0,785
0,42
0,12
0,06
В двухполупериодном выпрямителе без фильтра:
В двухполупериодном выпрямителе с C=1 мкФ:
В двухполупериодном выпрямителе с C=10 мкФ:
В двухполупериодном выпрямителе с C=100 мкФ:
Полученные осциллограммы:
Рисунок 7 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя без фильтра
Рисунок 8 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=1 мкФ
Рисунок 9 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=10 мкФ
Рисунок 10 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=100 мкФ
Опыт №3. Регистрация характеристик и определение параметров параметрического стабилизатора
Рисунок 11 - Принципиальная схема параметрического стабилизатора
Таблица 3
Uвх, В |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12,42 |
Uвых, В |
0 |
2 |
4 |
5,56 |
5,75 |
5,79 |
5,8 |
Таблица 4
Rн, Ом |
∞ |
150 |
100 |
47+22 |
47+10 |
47 |
33+10 |
33 |
Iн, мА |
0 (х.х.) |
37,9 |
56,2 |
70,8 |
76,4 |
81,5 |
83,8 |
89,8 |
Uвых, В |
5,81 |
5,74 |
5,67 |
5,01 |
4,47 |
3,96 |
3,73 |
3,10 |
На рис. 12 изображена зависимость выходного напряжения от входного.
Рисунок 12 - Зависимость выходного напряжения от входного
На рис. 13 изображена зависимость выходного напряжения от тока нагрузки.
Рисунок 13 - Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки
Определим коэффициенты стабилизации по напряжению и по току, приняв Uвх.ном = 8 В и Iн.ном = 80 мА.
Вывод: Исследовал выпрямители и сглаживающие фильтры по осциллограммам. Рассчитал коэффициенты пульсации. При установке сглаживающего фильтра коэффициент пульсации уменьшается. В однофазном однополупериодном выпрямителе коэффициент пульсации больше чем в однофазном двухполупериодном выпрямителе. Через однополупериодную схему ток течет только тогда, когда он положительный (осциллограмма тока больше нуля). А двухполупериодную схему ток протекает при положительном и отрицательном значении (вся осциллограмма), а именно из-за наличия пар диодов которые при смене полярности тока способоны пропускать его по схеме. Сняли и получили осциллограммы данных схем.
Ответы на контрольные вопросы
Вторичный источник питания состоит из основных элементов: силовой трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения.
Выпрямитель преобразует напряжение переменного тока в пульсирующее напряжение постоянного тока.
Если к выходному напряжению предъявляются высокие требования по стабильности при колебаниях напряжения сети и тока нагрузки, то в источник питания вводят стабилизатор напряжения.
По сравнению с однополупериодным выпрямителем в двухполупериодном в два раза увеличивается постоянная составляющая выпрямленного напряжения и в два раза увеличивается частота пульсации, что облегчает задачу сглаживания пульсаций фильтрами. Из недостатков: более сложная конструкция трансформатора, нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.
Конденсатор является аккумулятором энергии, который поддерживает постоянное напряжение на нагрузке, поэтому он подключается параллельно нагрузке.
При работе выпрямителя с индуктивным сглаживающим фильтром сглаживание пульсаций происходит потому, что на интервале нарастания тока нагрузки в обмотке дросселя возникает Э.Д.С. самоиндукции, препятствующая росту тока. Индуктивный фильтр включается последовательно с нагрузкой, так как он стабилизирует ток, протекающий через нагрузку. Таким образом, ток нагрузки, а, следовательно, и напряжение нагрузки будут иметь более сглаженную форму.
При увеличении числа звеньев фильтра, увеличивается и коэффициент сглаживания, т.е. фильтрующих звеньев становится больше и, значит, пульсация сглаживается.
Напряжение на стабилитрон (в отличие от диода) подают в обратной полярности (анод соединяют с минусом, а катод с плюсом источника питания – Uобр). При таком включении через стабилитрон течет обратный ток – Iобр. При увеличении напряжения обратный ток растет очень медленно (на схеме, почти параллельно оси Uобр), но при некотором напряжении Uобр переход стабилитрона пробивается (но разрушение стабилитрона в этот момент не происходит) и через него начинает идти обратный ток значительно большего значения. В этот момент вольтамперная характеристика стабилитрона (ВАХ) резко идет вниз (почти параллельно оси Iобр) – наступает режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации минимальное (Uстmin) и ток стабилизации минимальный (Iстmin). При дальнейшем увеличении Uобр ВАХ стабилитрона опять меняет свое направление – заканчивается режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации максимальное (Uстmax) и ток стабилизации максимальный (Iстmax). С этого момента стабилитрон теряет свои свойства, начинает разогреваться, что может привести к тепловому пробою перехода стабилитрона и соответственно к его выходу из строя.
Напряжение на нагрузке остается практически постоянным, так как нагрузку включают параллельно стабилитрону. Чтобы избежать перегрузки, последовательно со стабилитроном включают балластный резистор.