Практическая часть

Схема для исследования варикапа КВ115В (на стенде VD6):

1

R1

Параметры схемы:

R1=240 кОм (на стенде R1),

R=1Мом (последовательно R4 и R5),

C

С=7500 пФ.

R

L=52 мГн (на стенде L1)

3

ЭО

L

4

VD6

2

К выходам 1 и 2 подключить генератор синусоидальных колебаний. К выходам 3 и 4 подключить источник питания. Далее, по полученной с помощью осциллографа характеристике, определить резонансную частоту.

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

(произведите не менее 10-ти измерений)

Таблица 1.

f, кГц	Uобр, В	C, пФ
вычислить	измерить	вычислить

, где

Искомое С_ВАР можно будет найти из выражения для С_О.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой варикап.

2. Какие основные характеристики варикапа вы знаете?

2. Исследование выпрямителей однофазного переменного тока

Цель работы:

Исследовать характеристики, принцип работы и назначение однофазных выпрямителей переменного тока на схемах однополупериодного выпрямления, двухполупериодного выпрямления, а также схем выпрямления с умножением напряжения.

Теоретическая часть

Выпрямитель электрического тока — механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток — называется инвертором. Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют однополупериодные или двухполупериодные выпрямители.

рис.2

рис.3

В схеме однополупериодного выпрямителя (рис.2) диод VD включен последовательно с нагрузкой R_н и вторичной обмоткой трансформатора. При анализе работы выпрямителей допускают, что диод идеален, что означает: 1) сопротивление диода в прямом направлении равно нулю; 2) обратное сопротивление диода бесконечно велико.

При таких допущениях работу выпрямителя представляют временные диаграммы (рис.3). В промежуток времени на диод действует положительная полуволна напряжения U₂ , будем считать, что при этом вывод вторичной обмотки трансформатора имеет более высокий потенциал, чем вывод (рис.2). Диод открыт и в цепи вторичной обмотки трансформатора течет ток нагрузки , равный току диода .Так как сопротивление открытого диода принято равным нулю, то все напряжение вторичной обмотки приложено к нагрузке, т.е. . Во втором полупериоде полярность напряжения противоположна, потенциал т. ниже потенциала т. , Диод закрыт и все напряжение вторичной обмотки будет приложено к закрытому диоду т.е. . Максимальное значение этого обратного напряжения на диоде , т.е. равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора ( - действующее значение ).

Из рис.3 следует, что ток и напряжение в нагрузке имеют пульсирующий характер, отличающийся от постоянного. Такое напряжение можно представить рядом Фурье:

(1)

Первое слагаемое суммы определяет постоянную составляющую выпрямленного напряжения:

Качество выпрямленного напряжения характеризуют параметром , коэффициентом пульсаций, определяемым отношением амплитуды первой гармоники в разложении в ряд Фурье U_m1 к среднему значению выпрямленного напряжения U₀:

Недостаток однополупериодных выпрямителей - низкое значение выпрямленного напряжения и большой коэффициент пульсаций. Поэтому применяется он лишь в простых и маломощных схемах.

Лучшими характеристиками обладают двухполупериодные выпрямители. Они бывают двух типов: выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис.4а) и мостовой выпрямитель (рис.4б). Большим недостатком первой схемы является неполное использование вторичной обмотки трансформатора, поскольку каждая половина этой обмотки работает только половину периода переменного напряжения и выпрямленное напряжение определяется величиной напряжения на половине вторичной обмотки. Это требует излишнего расхода медного провода на вторичную обмотку. Поэтому мы подробно рассмотрим

только работу мостового выпрямителя.

а)

а ) б) в)

рис.4

Мостовой выпрямитель (Рис.4б) включает в себя силовой трансформатор Тр и диодный мост VD1…VD4, в диагональ которого, подается переменное напряжение, а с диагонали снимается выпрямленное (пульсирующее) напряжение. Работу выпрямителя удобно проанализировать с использованием временных диаграмм ( Рис.4в).

В первом полупериоде напряжение вторичной обмотки трансформатора положительно ( ), т.е. снова считаем, что потенциал вывода выше потенциала вывода , диоды VD1,VD3 открыты, а VD2 и VD4 закрыты. Ток течет по цепи . Во втором полупериоде ( ) полярность входного напряжения меняется на противоположную, потенциал точки выше потенциала т. , и диоды VD1, VD3 закрыты, а VD2, VD4 – открыты. Ток течет по цепи: . Следовательно, в течении всего периода ток через нагрузку течет от точки к точке . Графики изменения напряжения и тока в нагрузке представлены на рис.4в. Такой характер напряжения на нагрузке представляется следующим рядом Фурье:

(2)

Откуда

Коэффициент пульсаций для приведенной схемы:

Отметим, что в этом случае низшей гармоникой выходного напряжения является гармоника с удвоенной частотой входного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 КГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.

Двухполупериодный выпрямитель

Может строиться по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствии нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

Соответсвенно, выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, должен строиться исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора — должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой — на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети.