Исследование выпрямителей.

Лабораторная работа № 12

Цель работы: ознакомление с работой однофазного однополупериодного выпрямителя;

снятие и исследование осциллограмм однополупериодного выпрямителя.

Оборудование и аппаратура:

1. Лабораторный макет № 12.

2. Осциллограф типа С1 - 72.

Методические указания:

Наиболее часто источники постоянного напряжения получают путем преобразования синусоидального (переменного) напряжения в постоянное напряжение. Устройства, осуществляющие такое преобразование, называются выпрямителями. В большинстве случаев для выпрямления переменного напряжения

применяются выпрямители на ПД, поскольку они хорошо проводят ток в прямом направлении и плохо в обратном. Простейшая схема выпрямителя показана на рисунке 12. 1, а. В ней последовательно соединены источник переменной ЭДС (е) диод Д и нагрузочный резистор R_H. Эта схема называется однополупериодной. Часто ее называют однофазной однотактной, т.к. источник переменной ЭДС является однофазным и ток проходит через него в одном направлении один раз за период (один такт за период). В качестве источника синусоидальной ЭДС обычно служит силовой трансформатор, включенный в электрическую сеть (рисунок 12. 1,6).

Рисунок 12. 1. Схемы выпрямителей на ПД. Графики на рисунке 12. 2 иллюстрируют процессы в выпрямителе. ЭДС генератора изображена синусоидой с амплитудой Е_т (рисунок 12. 2,а).

Рисунок 12. 2. Графики напряжений выпрямителя, поясняющие его работу.

В течение положительного полупериода ЭДС е напряжение для диода является прямым, сопротивление его мало, и проходит ток i, создающий на резисторе R_H падение напряжения u_R = и_ВЫХ. В течение следующего полупериода напряжение является обратным, тока практически нет из-за большого сопротивления диода (R_Д» R_H) и

u_R = и_ВЫХ = 0. Таким образом, через диод Д, нагрузочный резистор R_H и генератор проходит пульсирующий ток в виде импульсов, длящихся полпериода и разделенных промежутками также в полпериода. Этот ток называют выпрямленным током. Он создает на резисторе R_H пульсирующее выпрямленное напряжение, полярность которого со стороны катода получается плюс, а со стороны анода - минус. Полезной частью выпрямленного напряжения является его постоянная составляющая, или среднее значение U_СР, которое за весь период равно:

Вычитая из пульсирующего напряжения его среднее значение, получим переменную составляющую U_~, которая имеет несинусоидальную форму. Для нее нулевой осью является прямая линия, изображающая постоянную составляющую. Полуволны переменной составляющей U_~ заштрихованы (рисунок 12. 2,6). Переменная составляющая является «вредной» частью выпрямленного напряжения. Для ее уменьшения в нагрузочном резисторе и в выходном напряжении, т.е. для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры (СФ). Простейшим СФ является конденсатор большой емкости, через который ответвляется переменная составляющая тока, чтобы возможно меньшая часть ее проходила в нагрузку. Конденсатор хорошо сглаживает пульсации, если его емкость С_Ф такова, что выполняется условие:

При наличии конденсатора большой емкости U_СР приближается к U_m и может быть равным (0,8 -0,95) U_m и даже выше.

Основными электрическими параметрами однополупериодного выпрямителя являются:

- средние значения выпрямленного тока и напряжения I_СР, U_СР;

- мощность нагрузки Р_СР = I_СР · U_СР;

- амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения ~ U_m;

- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения р = U_m / U_СР;

- действующие значения тока и напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора I₁,U₁ и I₂,U₂;

- типовая мощность трансформатора S_ТР = 0,5 (S₁+ S₂), где S₁ = I₁ · U₁, S₂= I₂ · U₂;

- коэффициент полезного действия

- где Р_ТР потери в трансформаторе; Р_Д – потери в диодах.

Однополупериодный выпрямитель применяют обычно для питания высокоомных нагрузочных устройств малой мощности (электронно-лучевых трубок и др.) допускающих повышенную пульсацию.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать схему для исследования выпрямителя согласно рисунку 12. 2.

2. Включить лабораторный макет тумблером "Вкл" и снять на осциллографе синусоидальный сигнал. Зарисовать его в тетрадь.

3. Включить однополупериодный выпрямитель и снять на осциллографе выпрямленный сигнал, Зарисовать его в тетрадь.

4. Сделать выводы по работе.

Содержание отчета:

1. Название, цель и оснащение лабораторной работы.

2. Схема измерений.