Лабораторная работа № 1.3Тема: Исследование схем выпрямителей на полупроводниковых диодах. Цель работы: – исследовать и испытать различные схемы выпрямителей на полупроводниковых диодах. – исследовать работу простейшего сглаживающего фильтра выпрямленного напряжения. – на основании полученных результатов сделать выводы о качестве и областях применения различных схем выпрямителей.
Теоретические сведения Выпрямительные устройства (выпрямители) относятся к вторичным источникам электропитания. Они используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. Источником переменного напряжения может быть сеть переменного тока частотой 50 Гц или преобразователь постоянного напряжения в переменное повышенной частоты. Выпрямитель в большинстве случаев состоит из трансформатора питания, изменяющего переменное напряжение, комплекта вентилей, выпрямляющих переменное напряжение, и сглаживающего фильтра. Вентиль представляет собой нелинейный элемент, сопротивление которого в прямом направлении в сотни—тысячи раз меньше, чем в обратном. В настоящее время в основном используются полупроводниковые вентили. Основные параметры выпрямителей — номинальное напряжение и частота питающей сети и их отклонения от номинальных, номинальное выходное напряжение; номинальный ток нагрузки и его возможные отклонения от номинального, КПД; коэффициент пульсаций. Коэффициент пульсаций — отношение амплитуды первой гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения к его постоянной составляющей (ГОСТ 18311—80). На практике коэффициент пульсаций чаще определяют как отношение двойной амплитуды переменной составляющей к постоянной составляющей. Двойная амплитуда переменной составляющей измеряется как сумма положительной и отрицательной полуволн переменной составляющей выпрямленного напряжения. Схемы выпрямителей. В источниках питания радиоэлектронной аппаратуры находят применение выпрямители однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки, мостовые, с удвоением напряжения. Чаще всего они выполняются со сглаживающим фильтром, начинающимся с конденсатора (рис.1), и, следовательно, работают на емкостную нагрузку. Хотя эти выпрямители обладают низким КПД по сравнению с выпрямителями, работающими на индуктивную нагрузку, они позволяют получать меньший коэффициент пульсаций при одинаковых габаритных размерах фильтра. Выпрямители, работающие на емкостную нагрузку, используются для получения выпрямленных напряжений от единиц вольт до десятков киловольт. Выпрямители без сглаживающего фильтра применяются сравнительно редко, например, для питания электромагнитных реле и в других случаях, когда коэффициент пульсаций не имеет существенного значения. Однополупериодную (однофазную) схему выпрямителя (рис.1,а) применяют при мощностях в нагрузке до 5...10 Вт в случаях, когда не требуется
Рис.1. Схемы выпрямителей:
a - однополупериодная (однофазная); б - двухполупериодная (двухфазная); в - однофазная мостовая; г –симметричная с удвоением напряжения.
малый коэффициент пульсаций. Достоинства однополупериодного выпрямителя — минимальное число элементов, невысокая стоимость, возможность работы без трансформатора при использовании полупроводниковых вентилей. Недостатки — низкая частота пульсаций (равна частоте питающей сети), плохое использование трансформатора, подмагничивание его магнитопровода постоянным током. Двухполупериодную схему с выводом средней точки (двухфазную), приведенную на рис.1,б, применяют чаще всего при мощностях до 100 Вт и выпрямленных напряжениях до 400...500 В. Выпрямители, выполненные по этой схеме, характеризуются повышенной частотой пульсаций, возможностью использования вентилей с общим катодом (или анодом), что упрощает их установку на общем радиаторе, также повышенным обратным напряжением на вентилях, достигающим двойной амплитуды выпрямленного напряжения, и более сложной конструкцией трансформатора. Однофазная мостовая схема (рис.1,б) характеризуется хорошим использованием мощности трансформатора, поэтому рекомендуется при мощностях в нагрузке до 1000 Вт и более. Достоинства выпрямителей, выполненных по этой схеме, — повышенная частота пульсаций, низкое обратное напряжение на вентилях, возможность работы без трансформатора. Недостатки — повышенное падение напряжения в вентильном комплекте, невозможность установки однотипных вентилей на одном радиаторе без изоляционных прокладок. Симметричную схему с удвоением напряжения (рис.1,г) применяют чаще всего при напряжениях свыше 1000 В и небольших токах до 5-10 мА, например, для питания электронно-лучевых трубок.
ЗАДАНИЕ 1. Перерисуйте схемы, изображённые на рис.1, в рабочую тетрадь. Укажите направления тока в схемах выпрямителей для обоих полупериодов питающего напряжения. 2. Введите в поле Electronics Workbench электрическую схему, показанную на рисунке 1,а. Вместо трансформатора используйте источник синусоидальной Э.Д.С. напряжением 110 В. С помощью осциллографа проконтролируйте напряжение на выходе схемы. Примечание: Вид схем на экране монитора (см. рис.2) может отличаться от рис.1 из-за разницы стандартов на условные обозначения в странах СНГ и в стране, разработавшей пакет Electronics Work Bench.
Рис.2. Примерный вид схем на экране монитора. 3. Измерьте постоянное напряжение и амплитуду пульсаций на выходе схемы при С0 = 10 мкФ на холостом ходу и с нагрузкой 1 кОм. Рассчитайте для обоих случаев коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения. Данные измерений и вычислений занесите в рабочую тетрадь в таблицу произвольной формы. 4. Повторите измерения и расчёты по п.2 и п.3 с другими значениями емкостей конденсаторов на выходе выпрямителя: С02 = 100 мкФ и С03 = 1000 мкФ. 5. Повторите опыты п.2 - п.4 для схем рис.1,в и 1,г. 6. К схеме с удвоением напряжения вместо нагрузочного резистора 1 кОм подключите резистор сопротивлением 2 кОм. 7. Сравните качество работы различных схем выпрямителей и сделайте выводы по работе.
|
