1 Выпрямление

Целью работы является изучение принципов выпрямления, схем выпрямителей и простейших приемов сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

1.1 Задание

1. При подготовке к работе изучить принцип действия выпрямителей переменного напряжения и определить назначение элементов в рабочей схеме выпрямителей, для чего подготовить ответы на вопросы:

• основные параметры выпрямителей;

• аналитический метод анализа однополупериодного выпрямителя без фильтра;

• схема двухполупериодного выпрямителя и ее работа;

• обсуждение результатов выпрямления со спектральной и временной точек зрения;

• назначение фильтров в схеме выпрямителей и их анализ в частотной области;

• анализ однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром во временной области;

1. Собрать схему однополупериодного выпрямителя и затем мостиковую схему.

2. Исследовать выпрямители экспериментально:

• зарисовать осциллограммы напряжений на входе и выходе выпрямителей в едином масштабе времени без фильтра и с емкостным фильтром для нескольких значений емкости конденсаторов;

• определить по осциллограммам коэффициент пульсации выходного напряжения при нескольких величинах емкости конденсатора фильтра;

• сравнить коэффициенты пульсации для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей при одинаковых емкостных фильтрах и сделать выводы;

4. Оформить отчет о проделанной работе.

1.2 Теоретическая часть

Выпрямителями называются радиоэлектронные устройства, предназначенные для получения постоянного напряжения из гармонического. Иначе говоря, в выпрямителях происходит преобразование энергии источника гармонического сигнала в энергию постоянного напряжения. Часто источником входного гармонического сигнала в выпрямителях служит трансформатор, повышающий или понижающий напряжение промышленной сети, частота которого f=50Герц.

Получение идеального постоянного напряжения из гармонического – сложная задача. Обычно напряжение на выходе выпрямителей имеет большую постоянную составляющую , относительно которой существуют отклонения – так называемые пульсации выходного напряжения.

Качество выпрямителей определяется коэффициентом пульсаций , равным отношению величины пульсаций к постоянной составляющей .

Преобразование сигналов в электрических схемах можно рассматривать как преобразование формы, так и преобразование спектра входного сигнала. Между формой сигнала и его спектром существует однозначная связь, устанавливаемая преобразованиями Фурье (см. Приложение 2). Любое изменение формы всегда приводит к изменению спектра и наоборот. Тем не менее, иногда удобнее и проще формулировать, решать задачу преобразования сигналов и обсуждать решение с точки зрения изменения формы, а иногда – с точки зрения изменения спектра входного сигнала, то есть со спектральной точки зрения.

В линейных четырехполюсниках, содержащих реактивные элементы электрической цепи, в результате преобразования спектр выходного сигнала содержит не все гармоники входного, то есть беднее спектра . Это свойство широко используется для выбора нужных гармоник спектра на выход, то есть для создания фильтров.

В нелинейных цепях спектр тока всегда богаче спектра . Это свойство позволяет получить на выходе нелинейного четырехполюсника качественно новый сигнал , спектр которого содержит те гармоники, которых не было в спектре .

Со спектральной точки зрения выпрямитель – это преобразователь спектра, так как на его вход поступает гармоническое напряжение с произвольной частотой , не равной нулю, а на выходе появляется постоянное напряжение, то есть гармонический процесс с частотой f=0. Указанное преобразование частоты гармонического процесса невозможно выполнить в линейном четырехполюснике. Выпрямители принадлежат к той категории нелинейных четырехполюсников, которые выполняют преобразование за счет существенной нелинейности электрических цепей.

Подводя итог вышеизложенному, следует отметить, что выпрямитель должен содержать не менее двух элементов в цепи: нелинейного, осуществляющего преобразование спектра, и линейного, выделяющего постоянную составляющую напряжения на выход