Действующее значение выпрямленного напряжения .

Действующее значение выпрямленного напряжения
U  U 02  U (21)  U (22)  U (24)  ... .
Гораздо шире на практике используется двухполупериодная (мостовая) схема выпрямителя. В схеме применяются четыре диода. К одной диагонали мости подается
переменное напряжение U13, а в другую включается сопротивление нагрузки R. Выпрямленное напряжение U пульсирующее (рис. 3,б). Оно может быть представлено
рядом Фурье как
4
4
2

u  Um 
cos 2t 
cos 4t  ...  .

1

3


3

5




Из последнего выражения видно, что u не содержит нечетных гармоник, что облегчает задачу фильтрации выпрямленного напряжения.
Пульсации выпрямленного напряжения оцениваются коэффициентом пульсации
Кп = U/U0. Для уменьшения Кп применяются сглаживающие фильтры. Эффективность
работы фильтра оценивается коэфициентом сглаживания ксгл, который представляет
собой отношение коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра
КСГЛ=КПВХ/КПВЫХ.
Простейшим сглаживающим фильтром является емкостной, состоящий из
конденсатора С, подключенного параллельно нагрузке R. Коэффициент сглаживания
тем выше, чем больше емкость конденсатора. При большой емкости конденсатора,
когда выполняется условие =RC>>2/, коэффициент пульсации может быть определен графически по осциллограмме через напряжение пульсации как:
К
гр
п

U п
.
U
Контрольные вопросы
1. Какие существуют схемы выпрямителей?
2. Пояснить работу сглаживающего фильтра в вентиле.
3. Как определяются коэффициенты пульсации и сглаживания в выпрямителях?
4
Лабораторная работа № 7
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Цель работы  исследование схем одно- и двухполупериодных выпрямителей при
различных нагрузках.
Рабочее задание
I. Экспериментальная часть.
1.1 Загрузить ELECTRONICS WORKBENCH в оперативную память ПЭВМ.
1.2 Собрать схему однополупериодного выпрямителя (рис. 1,а). В качестве
нагрузки подключить резистор R. Подать на вход выпрямителя напряжение от источника синусоидальной э.д.с. E (значения резистора R, напряжения Е и частоты f
установить в соответствии с вариантом задания табл. 1).
а)
Рис. 1
б)
Таблица 1
№ варианта
R, кОм
E, В
f, Гц
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,1
20
45
0,2
21
46
0,3
22
47
0,4
23
48
0,5
24
49
0,6
25
50
0,7
26
51
0,8
27
52
0,9
28
53
1
29
54
1.3 Вольтметр V включить в режиме измерения переменного напряжения АС.
Установить внутреннее сопротивление вольтметра равным 1000 мОм.
1.4 Установить тип диода VD, щелкнув два раза на его изображении и выбрав в
появившемся окне Diode Models в разделе Library библиотеку default, а затем в
разделе Model  тип диода ideal. Нажать на кнопку Accept для возвращения в рабочее
поле.
1.5 С помощью вольтметра в режиме измерения переменного напряжения (AC)
измерить действующее значение напряжения на нагрузке U. Переключить вольтметр
в режим измерения постоянного напряжения (DC) измерить среднее значение
выпрямленного напряжения на нагрузке U0. Настроить осциллограф для получения
временных диаграмм рис. 1,б и измерить по нему амплитуды Em и Um . Результаты
измерений занести в табл. 2. Зарисовать осциллограммы.
1
Измеренные величины
Таблица 2
Вычисленные величины
E,
В
U,
В
U0,
В
Em,
В
Um,
В
U0,
В
U,
В
р
Kп
1.6 Исследовать однополупериодный выпрямитель со сглаживающим фильтром.
Подключить параллельно нагрузке R конденсатор С (рис. 2,а). Установить значение
конденсатора равным C  1 fR .
а
б
Рис. 3
а
б
Рис. 2
1.7 С помощью вольтметра в режиме измерения переменного напряжения (AC)
измерить действующее значение напряжения на нагрузке U. Переключить вольтметр
в режим измерения постоянного напряжения (DC) измерить среднее значение
выпрямленного напряжения на нагрузке U0. Настроить осциллограф для получения
временных диаграмм рис. 2 и измерить по нему амплитуды Em и Um, а также
значение амплитуды пульсации UП. Результаты измерений занести в табл. 3. Зарисовать осциллограммы.
С,
мкф
E, В
Измеренные величины
U, В
U0, В Em, В Um, В
UП, В
Таблица 3
Вычисленные величины
Кп
КСГЛ
K гр
п
1.8 Повторить п. 1.7 для значения конденсатора большего в два раза.
1.9 Собрать схему двухполупериодного выпрямителя (рис. 3,а). В качестве
нагрузки подключить резистор R. Подать на вход выпрямителя напряжение от источника синусоидальной э.д.с. E
1.10 Повторить п.п. 1.4-1.8 для схемы рис. 3,а. Результаты выполнения занести в
табл. 4 и 5, аналогичные табл. 2 и 3.
1.11 Исследовать частотные свойства двухполупериодного выпрямителя с фильтром. Для этого задать последовательно 3 значения частоты f, равные 0,1f, и 10f и
зарисовать соответствующие осциллограммы друг под другом.
II. Обработка экспериментальных данных.
2.1 Рассчитать значения постоянной составляющей выпрямленного напряжения
на нагрузке U0 через измеренное амплитудное значение и действующее значение
гармонической составляющей напряжения на нагрузке U. Определить значение коэффициента пульсации K гр
через напряжение пульсации UП, а также его расчетное
п
значение Кп и коэффициент сглаживания кСГЛ. Занести полученные значения в
табл. 2-5.
2.2 Проанализировать результаты эксперимента. Сделать выводы. Оформить отчет, куда включить все исследуемые схемы, заполненные таблицы с результатами
экспериментов и расчетов, а также нарисованные осциллограммы.
Методические указания
Однополупериодная схема выпрямителя (рис. 1,а) реализована на одном полупроводниковом диоде. На диод подается синусоидальное напряжение u=Umsin t.
Ток через нагрузку R проходит только в течение полупериода, когда на аноде диода
положительный потенциал, а на катоде положительный. Выпрямленное напряжение
U пульсирующее (рис. 1,б). Оно может быть представлено рядом Фурье как периодическая функция времени
u  U 0  U (1) sin t  U ( 2) cos2t  U ( 4) cos4t  ... ,
где
U0 
U (1) 
Um
,


постоянная
составляющая
выпрямленного
напряжения;
Um
2U m
2U m
, U ( 2) 
, U ( 4) 
 амплитуды i-ых гармоник.
35
2
13 
Прямое сопротивление диода Rд<<R, поэтому падением напряжения на диоде
можно пренебречь и считать Em  Um.
2
3