Описание лабораторной установки
Сменный блок «Исследование схем выпрямителей » включает четыре вентильных группы по три диода в каждой VD1-VD12 (две группы вентилей с общим анодом, две группы – с общим катодом), четыре одиночных вентиля VD13-VD16, конденсаторы С1-С4, два управляемых вентиля VS1-VS2 со схемой управления и резистор 
.
В качестве нагрузки выпрямителя используется переменный резистор блока нагрузок (правая панель лабораторной установки). Регулирование тока, протекающего через нагрузку, производится ручками «RН грубо» и «RН точно». Примерные пределы изменения RН: от 1300 Ом в положении 1 переключателя «RН грубо» до 17 Ом в положении 7. В положении «Х.Х.» RН = ¥.
Напряжения и токи в различных точках изучаемой схемы выпрямителя контролируются с помощью вольтметра PV1 и миллиамперметра РА1 лабораторной установки. Вольтметр PV1 и миллиамперметр РА1 позволяют измерять как постоянную, так и переменную составляющие напряжения или тока. Сопротивление шунта миллиамперметра составляет 1 Ом.
Напряжение на резисторе нагрузки и ток, протекающий через резистор, контролируются вольтметром PV2 и миллиамперметром РА2. Вольтметр PV2 позволяет измерять как постоянную, так и переменную составляющие напряжения.
Таблица 1.1 - Режимы работы измерительных приборов установки:
| Измерительный прибор | Режим измерения | Предел измерения |
| PV1 | ~ | 200 V |
| = | 200 V | |
| PA1 | ~ | 2000 mA |
| = | 2000 mA | |
| PV2 | ~ | 20 V |
| = | 200 V | |
| PA2 | = | 2000 mA |
Проведение осциллографирования
Для наблюдения формы напряжений имеются гнезда в точках подключения вольтметров или непосредственно на элементах схемы выпрямителя.
Для наблюдения формы токов необходимо в разрыв исследуемой цепи включить резистор , вход осциллографа подключить к резистору 
(форма напряжения на нем будет соответствовать форме протекающего в цепи тока, а отсчет величины напряжения, произведенный с помощью осциллографа, будет пропорционален величине протекающего тока). Пример осциллографирования тока вторичной обмотки трансформатора приведен на рисунке.
Рис. 1.1 - Осциллографирование тока вторичной обмотки трансформатора
В некоторых случаях можно подключить вход осциллографа параллельно миллиамперметру РА (сопротивление шунта миллиамперметра равно 1 Ом).
Осциллографирование исследуемых напряжений и токов должно осуществляться при таких положениях переключателей «V/дел» и «х1, х10», чтобы размер изображения по вертикали составлял больше половины шкалы экрана. При необходимости следует воспользоваться выносным делителем напряжения с коэффициентом деления 1:10.
При проведении измерений необходимо переменный резистор плавной регулировки усиления канала «Y» повернуть по часовой стрелке до фиксации.
Длительность развертки должна находиться в пределах 2 mS/дел - 5 mS/дел. При этом на экране осциллографа будет наблюдаться один или два с половиной периода напряжения.
Рекомендуется использовать режим синхронизации горизонтальной развертки осциллографа «ОТ СЕТИ».
Примечание. Одновременное осциллографирование двух напряжений возможно только в том случае, если эти напряжения имеют общую точку отсчета. Это связано с тем, что один из проводов, подключенных к входу канала «Y» соединен с корпусом осциллографа. В дальнейшем на рисунках это провод отмечен знаком «┴».
Для проведения осциллографирования двух напряжений необходимо провод «┴» того входа «Y», по которому будет проводиться синхронизация осциллографа, подключить к общей точке отсчета исследуемых напряжений. При этом провод «┴» другого входа «Y» можно не использовать.
Лабораторное задание
Задание № 1. Изучение принципа работы и определение параметров однофазной однополупериодной схемы выпрямления.
1. Подготовить лабораторную установку к проведению измерений:
· Собрать схему, приведенную на рис. 1.2.
· Переключатель «RН грубо» установить в положение «3».
· Вольтметр PV1 установить в режим измерения переменного напряжения.
· Вольтметр PV2 установить в режим измерения постоянного напряжения.
· Включить питание установки выключателем «СЕТЬ – ВКЛ».
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВКЛ» включить питание схемы.
Рис. 1.2 - Однофазная однополупериодная схема выпрямления (проведение осциллографирования)
2. Подготовить лабораторную установку к проведению измерений:
· Собрать схему, приведенную на рис. 1.2.
· Переключатель «RН грубо» установить в положение «3».
· Вольтметр PV1 установить в режим измерения переменного напряжения.
· Вольтметр PV2 установить в режим измерения постоянного напряжения.
· Включить питание установки выключателем «СЕТЬ – ВКЛ».
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВКЛ» включить питание схемы.
3. Провести осциллографирование следующих сигналов:
· напряжения на вторичной обмотке трансформатора 
(гнезда 1 – 2);
· напряжения между анодом и катодом диода 
; зафиксировать значение 
;
· тока 
, протекающего через нагрузку 
(для осциллографирования использовать ); зафиксировать значение тока вентиля 
(по осциллограмме) и среднее значение выпрямленного тока 
(по показаниям РА2);
· напряжения 
на нагрузке (гнезда 6 – 7); зафиксировать значение амплитуды переменной составляющей выпрямленного напряжения 
(составляет половину размаха пульсаций на осциллограмме); записать значение постоянной составляющей выпрямленного напряжения 
(по показаниям РV2).
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВЫКЛ» выключить питание схемы.
4. Снять внешнюю характеристику выпрямителя 
.
· Собрать схему, приведенную на рис. 1.3.
Рис. 1.3 - Однофазная однополупериодная схема выпрямления (снятие внешней характеристики выпрямителя)
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВКЛ» включить питание схемы.
· Постепенно увеличивать ток через , уменьшая его сопротивление. Для этого регулятор «RН грубо» переключать от положения «Х.Х.» до положения 7. Для получения большего количества отсчетов в положениях 1 - 3 воспользоваться плавной регулировкой .
· Заполнить таблицу 1.2.
Таблица 1.2 – Измерение внешней характеристики выпрямителя
| Измеряемая величина | Измерительный прибор | Положение переключателя «RН грубо» | |||||||||
| , мА
| РА2 | ||||||||||
| , В
| PV2 в реж. «=» | ||||||||||
 , В
| PV2 в реж. «~» | ||||||||||
 , В
| PV1 |
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВЫКЛ» выключить питание схемы.
· Выключить питание установки выключателем «СЕТЬ».
5. Построить внешнюю характеристику выпрямителя .
6. Определить параметры выпрямителя:
· Рассчитать коэффициент преобразования переменного напряжения в постоянное в режиме холостого хода:
.
· Рассчитать коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в режиме малых токов:
.
Для расчета использовать величину , измеренную с помощью осциллографа.
· Рассчитать отношение 
.
· Рассчитать отношение 
.
· Сравнить полученные значения с теоретическими.
Задание № 2. Изучение принципа работы и определение параметров однофазной двухполупериодной схемы выпрямления с выводом от средней точки трансформатора.
1. Подготовить лабораторную установку к проведению измерений:
· Собрать схему, приведенную на рис. 1.4.
Рис. 1.4 - Двухполупериодная схема выпрямления с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора (выполнение осциллографирования)
· Переключатель «RН грубо» установить в положение «4».
· Вольтметр PV1 установить в режим измерения переменного напряжения.
· Вольтметр PV2 установить в режим измерения постоянного напряжения.
· Миллиамперметр РА1 установить в режим измерения постоянного тока.
· Включить питание установки выключателем «СЕТЬ – ВКЛ».
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВКЛ» включить питание схемы.
2. Провести осциллографирование следующих сигналов:
· напряжения на вторичной обмотке трансформатора (гнезда 1 – 2);
· напряжения между анодом и катодом диода VD14 ; зафиксировать значение ;
· тока 
, протекающего через диод (для осциллографирования использовать ); зафиксировать значение тока вентиля (по осциллограмме) и среднее значение выпрямленного тока (по показаниям РА2); зафиксировать среднее значение тока диода по показаниям миллиамперметра РА1.
· напряжения на нагрузке (гнезда 6 – 7); зафиксировать значение амплитуды переменной составляющей выпрямленного напряжения (составляет половину размаха пульсаций на осциллограмме); записать значение постоянной составляющей выпрямленного напряжения (по показаниям РV2).
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВЫКЛ» выключить питание схемы.
3. Снять внешнюю характеристику выпрямителя .
· Собрать схему, приведенную на рис. 1.5.
Рис. 1.5 - Двухполупериодная схема выпрямления с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора (снятие внешней характеристики выпрямителя)
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВКЛ» включить питание схемы.
· Постепенно увеличивать ток через , уменьшая его сопротивление. Для этого регулятор «RН грубо» переключать от положения «Х.Х.» до положения 7. Для получения большего количества отсчетов в положениях 1 - 3 воспользоваться плавной регулировкой .
· Заполнить таблицу 1.3.
Таблица 1.3 – Измерение внешней характеристики выпрямителя
| Измеряемая величина | Измерительный прибор | Положение переключателя «RН грубо» | |||||||||
| , мА
| РА2 | ||||||||||
| , В
| PV2 в реж. «=» | ||||||||||
| , В
| PV2 в реж. «~» | ||||||||||
| , В
| PV1 |
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВЫКЛ» выключить питание схемы.
· Выключить питание установки выключателем «СЕТЬ».
4. Построить внешнюю характеристику выпрямителя .
5. Определить параметры выпрямителя:
· Рассчитать коэффициент преобразования переменного напряжения в постоянное в режиме холостого хода:
.
· Рассчитать коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в режиме малых токов:
.
Для расчета использовать величину , измеренную с помощью осциллографа.
· Рассчитать отношение .
· Рассчитать отношение .
· Рассчитать отношение 
.
· Сравнить полученные значения с теоретическими.
Задание № 3. Изучение принципа работы и определение параметров однофазной двухполупериодной мостовой схемы выпрямления.
1. Подготовить лабораторную установку к проведению измерений:
· Собрать схему, приведенную на рис. 1.6.
Рис. 1.6 - Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямления (выполнение осциллографирования)
· Переключатель «RН грубо» установить в положение «4».
· Вольтметр PV1 установить в режим измерения переменного напряжения.
· Вольтметр PV2 установить в режим измерения постоянного напряжения.
· Миллиамперметр РА1 установить в режим измерения постоянного тока.
· Включить питание установки выключателем «СЕТЬ – ВКЛ».
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВКЛ» включить питание схемы.
2. Провести осциллографирование следующих сигналов:
· напряжения на вторичной обмотке трансформатора (гнезда 1 – 2);
· напряжения между анодом и катодом диода VD7 ; зафиксировать значение ;
· тока , протекающего через диод (для осциллографирования использовать ); зафиксировать значение тока вентиля (по осциллограмме) и среднее значение выпрямленного тока (по показаниям РА2); зафиксировать среднее значение тока диода по показаниям миллиамперметра РА1.
· напряжения на нагрузке (гнезда 6 – 7); зафиксировать значение амплитуды переменной составляющей выпрямленного напряжения (составляет половину размаха пульсаций на осциллограмме); записать значение постоянной составляющей выпрямленного напряжения (по показаниям РV2).
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВЫКЛ» выключить питание схемы.
6. Снять внешнюю характеристику выпрямителя .
· Собрать схему, приведенную на рис. 1.7.
Рис. 1.7 - Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямления (снятие внешней характеристики выпрямителя)
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВКЛ» включить питание схемы.
· Постепенно увеличивать ток через , уменьшая его сопротивление. Для этого регулятор «RН грубо» переключать от положения «Х.Х.» до положения 7. Для получения большего количества отсчетов в положениях 1 - 3 воспользоваться плавной регулировкой .
· Заполнить таблицу 1.4.
Таблица 1.4 – Измерение внешней характеристики выпрямителя
| Измеряемая величина | Измерительный прибор | Положение переключателя «RН грубо» | |||||||||
| , мА
| РА2 | ||||||||||
| , В
| PV2 в реж. «=» | ||||||||||
| , В
| PV2 в реж. «~» | ||||||||||
| , В
| PV1 |
· Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ – ВЫКЛ» выключить питание схемы.
· Выключить питание установки выключателем «СЕТЬ».
7. Построить внешнюю характеристику выпрямителя .
8. Определить параметры выпрямителя:
· Рассчитать коэффициент преобразования переменного напряжения в постоянное в режиме холостого хода:
.
· Рассчитать коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в режиме малых токов:
.
Для расчета использовать величину , измеренную с помощью осциллографа.
· Рассчитать отношение .
· Рассчитать отношение .
· Рассчитать отношение .
· Сравнить полученные значения с теоретическими.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Схемы лабораторных установок для осциллографирования и снятия внешнеих характеристик исследованных схем выпрямителей.
3. Результаты экспериментального исследования (таблицы и графики).
4. Результаты обработки экспериментальных данных.
5. Сводная таблица.
6. Выводы.
1.4. Контрольные вопросы
1. Изобразите электрическую схему однополупериодного диодного выпрямителя. Поясните его работу с помощью временных диаграмм тока и напряжений.
2. Изобразите электрическую схему двухполупериодного диодного выпрямителя с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора. Поясните его работу с помощью временных диаграмм токов и напряжений.
3. Изобразите электрическую схему двухполупериодного мостового диодного выпрямителя. Поясните его работу с помощью временных диаграмм токов и напряжений.
4. Дайте определение трансформатора. Какими числовыми параметрами характеризуется его работа?
5. Что собой представляет полупроводниковый вентиль. В чем отличие ВАХ идеального и реального вентилей? В чем отличие осциллограмм выпрямленного напряжения при использовании идеальных и реальных вентилей?
6. Как связаны амплитудное значение напряжения вторичной обмотки, среднее значение выпрямленного напряжения и максимальное обратное напряжение вентиля для однополупериодной схемы выпрямления (докажите)?
7. Как связаны амплитудное значение напряжения вторичной обмотки, среднее значение выпрямленного напряжения и максимальное обратное напряжение вентиля для двухполупериодной нулевой схемы выпрямления (докажите)?
8. Как связаны амплитудное значение напряжения вторичной обмотки, среднее значение выпрямленного напряжения и максимальное обратное напряжение вентиля для двухполупериодной мостовой схемы выпрямления (докажите)?
9. Как связаны амплитудное значение тока вторичной обмотки и среднее значение выпрямленного тока для однополупериодной схемы выпрямления (докажите)?
10. Как связаны амплитудное значение тока вторичной обмотки и среднее значение выпрямленного тока для двухполупериодной нулевой схемы выпрямления (докажите)?
11. Как связаны амплитудное значение тока вторичной обмотки и среднее значение выпрямленного тока для двухполупериодной мостовой схемы выпрямления (докажите)?
12. Что такое коэффициент пульсаций? Чему он равен для различных однофазных схем выпрямления (докажите)?
13. На какие мощности следует рассчитывать первичную и вторичную обмотки трансформатора для однополупериодной схемы выпрямления? В чем причины их отличия друг от друга и от мощности, выделяющейся в нагрузке?
14. На какие мощности следует рассчитывать первичную и вторичную обмотки трансформатора для двухполупериодной нулевой схемы выпрямления? В чем причины их отличия друг от друга и от мощности, выделяющейся в нагрузке?
15. На какие мощности следует рассчитывать первичную и вторичную обмотки трансформатора для двухполупериодной мостовой схемы выпрямления? В чем причины их отличия от мощности, выделяющейся в нагрузке?
16. Изобразите электрическую схему трехфазной нулевой схемы выпрямителя. Поясните его работу с помощью временной диаграммы напряжения на нагрузке.
17. Изобразите электрическую схему трехфазной мостовой схемы выпрямителя. Поясните его работу с помощью временной диаграммы напряжения на нагрузке.
18. Изобразите электрические схемы умножения напряжения. Поясните принцип их работы.
Литература
- Березин О. К., Костиков В. Г., Шахнов В. А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: справочник. – М.: «Три Л», 2000. – 400 с.
- Вересов Г. П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1983. – 128 с.
- Иванов-Цыганов А. И. Электротехнические устройства радиосистем. – М.: Высшая школа, 1984. – 280 с.
- Изъюрова Г. И., Кауфман М. С. Приборы и устройства промышленной электроники. – М.: Высшая школа, 1967. – 399 с.
- Найвельт Г. С. И др. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1985. – 576 с.