Контрольные вопросы и задачи

1. Из каких основных частей состоит упрощённая структурная схема осциллографа?

2. Как устроена и из каких частей состоит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) осциллографа?

3. Из каких частей состоит электронная пушка и для чего она служит?

4. Сколько отклоняющихся пластин имеет ЭЛТ и для чего они используются?

5. Из каких основных частей состоит канал Y и каково его основное назначение?

6. Для чего служит аттенюатор?

7. Из каких основных частей состоит канал X и каково его основное назначение?

8. По какому закону изменяется выходное напряжение генератора развертки?

9. При исследовании синусоидального напряжения по какому закону должно изменяться развёртывающее напряжение для получения синусоидальной осциллограммы?

10. На какие электроды подаётся развёртывающее напряжение?

Библиографический список

1. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения. – Л.: Энергоатомиздат, 1983.-С.120-146, 201-204.

2. Электрические измерения / Под ред. А.В.Фремке. – М.; Л.: Энергия, 1980. – С. 171-186.

Приложение

Протокол испытаний

к лабораторной работе №9 «Изучение электронных измерительных приборов»

Таблица 1 Таблица 2

Номер бриг.	fr, Гц	Ur, В		Параметры	Номер опыта
					1	2	3	4
1	28 5800	0,36 2,80		Ur, B
2	42 3400	0,52 1,40		fr, Гц
3	56 24000	0,12 1,90		SY, дел
4	84 185000	0,18 2,20		СY, B/дел
5	125 95000	0,24 1,10		Um, B
6	360 85000	0,33 1,60		SX, дел
7	525 155000	0,48 2,25		СХ, с/дел
8	880 195000	0,15 1,20		Т, с
9	980 110000	0,30 1,80		f, Гц
10	100 150000	0,60 2,60		, рад/с
11	200 150000	0,10 1,30		U, B
12	150 130000	0,50 2,40		UB, B

Для опыта № U(t) =

Группа _____________ Студент ___________________ Дата ___________

Преподаватель _______________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ДИОДАМИ

Цель работы

Изучение принципа действия и основных характеристик выпрямителя.

Основные теоретические положения

Выпрямителем называется устройство для преобразования электрического переменного тока в постоянный. Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что электростанции вырабатывают энергию переменного тока, а многие промышленные силовые электроустановки и цепи автоматики и радиоэлектроники работают на постоянном токе. Промышленные силовые электроустановки постоянного тока получают питание от трёхфазных выпрямителей, а цепи автоматики и радиоэлектроники от однофазных.

Структурная схема выпрямительного устройства приведена на рис.1. В состав этой схемы входят: трансформатор Тр, блок вентилей В, сглаживающий фильтр Ф, стабилизатор Ст и нагрузка Н.

Трансформатор служит для повышения или понижения напряжения сети до такой величины, которая обеспечит заданное напряжение на зажимах нагрузки. Блок вентилей в однофазных выпрямителях может состоять из одного, двух и четырёх вентилей. Под вентилем понимают устройство, способное проводить ток только в одном направлении. В данной работе рассматриваются выпрямители, у которых в качестве вентилей используются полупроводниковые диоды. Блок вентилей выполняет основную функцию выпрямителя – преобразование переменного тока в постоянный. Сглаживающий фильтр используется для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения и тока. Фильтр представляет собой устройство, способное запасать энергию (получая её от источника) при увеличении напряжения и отдавать её нагрузке при уменьшении напряжения и отдавать её нагрузке при уменьшении напряжения. В данной работе рассматриваются выпрямители с емкостным фильтром, который представляет собой конденсатор, включённый параллельно нагрузке. Стабилизатор напряжения служит для уменьшения отклонений величины напряжения на зажимах нагрузки от номинала, которые могут возникнуть вследствие изменения сопротивления нагрузки или изменения напряжения сети. В данной работе исследуются выпрямители без стабилизаторов напряжения. В качестве нагрузки выпрямителя используются следующие элементы и устройства: резисторы, индуктивные катушки, двигатели постоянного тока, усилители электрических сигналов, цепи измерительных приборов и т.п. В данной работе нагрузкой выпрямителя является резистор.

Существует однополупериодное и двухполупериодное выпрямление переменного однофазного напряжения. В настоящей работе исследуется мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Схема двухполупериодного мостового выпрямителя с емкостным фильтромС_Ф приведена на рис.2. В этом выпрямителе блок вентилей состоит из четырёх диодов, включённых по мостовой схеме. На одну диагональ мостовой схемы подаётся синусоидальное напряжение U_2Т от вторичной обмотки трансформатора Т. Ко второй диагонали подключаются нагрузка R_H и фильтр С_Ф. Данный выпрямитель может работать как без фильтра (когда ключ К разомкнут), так и с фильтром.

Работа выпрямителя без фильтра. При положительной полуволне напряжения U_2T (рис.3,а) диоды VD2 и VD3 открыты, а VD1 и VD4 закрыты. При этом под воздействием напряжения U_2T по цепи: зажим а вторичной обмотки трансформатора, диод VD2, нагрузочный резистор R_H, диод VD3, зажим b вторичная обмотка трансформатора – протекает ток i_H в направлении от с к d. При отрицательной полуволне напряжения U_2T диоды VD1 и VD4 открыты, а VD2 и VD3 закрыты. При этом ток i_H протекает по цепи – зажим b, диод VD4, нагрузочный резистор R_H, диод VD1, зажим а, вторичная обмотка трансформатора. Направление тока в резисторе R_H такое, как и при положительной полуволне напряжения U_2T.

Ток i_H, протекая по резистору R_H, создаёт пульсирующее напряжение U_H (рис.3,б). Это напряжение представляется следующим рядом Фурье:

где - постоянная составляющая выпрямленного напряженияU_H,

- амплитуда второй гармоники выпрямленного напряжения и так далее.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения U₀ при двухполупериодном выпрямлении выражается через амплитудное и действующее значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора следующими формулами:

При двухполупериодном выпрямлении коэффициент пульсации определяется как отношение амплитуды второй гармоники (так как первая гармоника равна нулю) к постоянной составляющей:

Работа выпрямителя с фильтром. Процесс сглаживания пульсаций емкостным фильтром при двухполупериодном выпрямлении показан на рис.3,в. Из этого рисунка следует, что выпрямленное и сглаженное напряжение U_НФ на нагрузочном резисторе всегда больше нуля. В соответствии с законом Ома ток i_НФ, протекающий через нагрузку при наличии фильтра, также всегда будет больше нуля. Это объясняется следующим образом. В интервалах а – b, с – d, e – f одна пара диодов открыта, другая – закрыта и ток i_НФ протекает под воздействием напряжения U_2T. В эти же интервалы времени происходит подзаряд конденсатора С_Ф. В интервалах 0 – а, b – c, d – e, f – g все диоды закрыты, а ток i_НФ протекает в результате разряда конденсатора на нагрузочный резистор R_H.

Внешняя характеристика выпрямителя. Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость средневыпрямленного напряжения U₀ от средневыпрямленного значения тока I₀, то есть зависимость U₀(I₀). На рис.4 приведены графики внешних характеристик выпрямителя при работе его с фильтром – кривая U_0Ф(I₀) – и без фильтра – кривая U₀(I₀). Напряжения U_0ФХ и U_0X представляют собой напряжения холостого хода выпрямителя при работе его с фильтром и без фильтра. При этом U_0ФХ > U_0X за счёт действия сглаживающего фильтра.

Из сравнения этих кривых следует, что при увеличении тока нагрузки напряжение на зажимах нагрузки при работе выпрямителя с фильтром уменьшается более интенсивно, чем без фильтра. Это происходит из-за того, что на величину средневыпрямленного напряжения влияет более быстрый разряд конденсатора при уменьшении R_H.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования является мостовой двухполупериодный выпрямитель, смонтированный на плате №3. Он получает питание от сети переменного тока через трансформатор. Напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора, равно 36 В. Нагрузкой выпрямителя является резистор R_Hс регулируемым сопротивлением. Сопротивление регулируется путём поворота соответствующей ручки. В качестве измерительных приборов применяются многопредельный миллиамперметр и цифровой или стрелочный вольтметр. Для визуального наблюдения процесса выпрямления переменного напряжения применяется электронный осциллограф.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Собрать электрическую цепь, схема которой представлена на рис.5 (прил.).

2. После проверки цепи преподавателем подать на неё напряжение. Для этого на плате №3 левой панели стенда поставить тумблер В3-1 в положение «Вкл.», а тумблер В3-2 в положение 1 и включить питание стенда тумблером В1 на центральной панели стенда.

3. Установить переключатель « » осциллографа в положение « » (открытый вход).

4. Для получения осциллограммы вторичной обмотки трансформатора U_2Тподключить входYосциллографа к зажимома их. Установить на экране осциллографа 2-3 периода этого напряжения и зарисовать полученную осциллограмму на рис.6,а (прил.). Тумблер В3-2 перевести в положениеII, при этом ко вторичной обмотке трансформатора будет подключён двухполупериодный выпрямитель.

5. Для получения осциллограммы выпрямленного напряжения U_Нсоединить входYосциллографа с гнёздамих и m нагрузочного резистораR_Hпри отключённом фильтреС_Ф. Полученную осциллограмму зарисовать на рис.6,б (прил.).

6. Для получения осциллограммы выпрямленного и сглаженного напряжения U_НФподключить фильтрС_Ф, осуществив дополнительное соединение, указанное на схеме (рис.5) пунктиром. Полученную осциллограмму зарисовать на рис.6,в (прил.). Зарисованные осциллограммы показать преподавателю, после чего осциллограф отключить от исследуемой цепи.

7. Настроить вольтметр на измерение постоянного напряжения. Подключить вольтметр к гнёздам х ит, измерить напряжениеU₀иU_0Фна нагрузочном резисторе, при работе выпрямителя без фильтра и с фильтром. Полученные значения напряжений записать в табл.1 (прил.).

8. Настроить вольтметр на измерение переменного напряжения. Измерить напряжение UиU_Фна нагрузочном резисторе при работе выпрямителя без фильтра и с фильтром. Полученные значения напряжения записать в табл.2 (прил.).

9. Настроить вольтметр на измерение постоянного напряжения. Снять внешнюю характеристику выпрямителя при работе его без фильтра и с фильтром. Для этого, изменяя ток нагрузки от нуля до максимума, зафиксировать 5-6 значений тока и напряжения на нагрузке. Полученные результаты записать в табл.3 (прил.).

10. Согласовать полученные результаты с преподавателем, после чего цепь разобрать.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Вычислить амплитудные значения переменных составляющих U_mиU_mФи коэффициенты пульсацийрир_Фвыпрямленного напряжения по формулам

Полученные результаты записать в табл.4 и 5 (прил.).

2. Построить внешние характеристики выпрямителя без фильтра U₀ = f(I₀)и с фильтромU_0Ф = f(I₀)на рис.7 (прил.).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Что называется выпрямителем?

2. Из каких частей в общем случае состоит выпрямитель?

3. Для чего в выпрямителях применяются фильтры и могут ли они работать без фильтров?

4. Нарисуйте кривую изменения выпрямленного напряжения при двухполупериодном выпрямлении без фильтров.

5. Какова связь между постоянной составляющей выпрямленного напряжения и средневыпрямленного напряжения?

6. Амплитуда выпрямленного синусоидального напряжения равна 100 В. Чему равны средневыпрямленное значение напряжения при двухполупериодном выпрямлении без фильтров?

7. Чему равен коэффициент пульсаций напряжения при двухполупериодном выпрямлении?

8. Действующее значение выпрямленного синусоидального напряжения 100 В. Средневыпрямленное напряжение на зажимах нагрузки должно быть не менее 80 В. Можно ли получить заданное напряжение от выпрямителя без фильтра?

9. Что называют внешней характеристикой выпрямителя?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Основы промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова – М.: Высшая школа, 1986. – С. 224-231, 235-243.

2. Лабораторные работы по основам промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова. – М.:Высшая школа, 1977. – С. 81-98.

Приложение

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе №10 «Исследование однофазного

выпрямителя с полупроводниковыми диодами»

Таблица 1

Значения постоянных составляющих, В
Без фильтра		С фильтром
U0		U0Ф
Таблица 2
Действующие значения Переменных составляющих, В
Без фильтра		С фильтром
U		UФ

Окончание приложения

Таблица 3

Измер. величина	Номера отсчётов
	1	2	3	4	5	6
I0, A
U0, B
U0Ф, В

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Таблица 4 Таблица 5

Амплитудные значения переменных составляющих, В					Коэффициенты пульсаций
Без фильтра		С фильтром			Без фильтра		С фильтром
Um		UmФ			p		pФ

Расчётные формулы:

U₀, B Внешняя характеристика выпрямителя

I₀, A

Рис. 7

Краткие выводы по работе

Группа ____________ Студент ____________________ Дата __________

Преподаватель __________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО УСИЛИТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ