Задание №1. Исследование RC цепи.
1. Собрем схему согласно рис.1. В настройках источника напряжения выбраем меандр амплитудой 10 В.
Рис.1. Схема для исследования RC цепи.
2. Построим осциллограммы напряжения заряда и разряда конденсатора при различных значениях сопротивления резистора и емкости конденсатора, определим постоянную времени.
R=2 кОм, С=50 мкФ
Постоянная времени RC-цепи: τ=RC=2000 Ом * 0.00005 Ф=0.1 c
Рис.2. Осциллограмма напряжения заряда и разряда конденсатора (R=2 кОм С=50 мкФ).
Правило 0.7RC: За время 0.7RC конденсатор заряжается или разряжается на 50%.
За время 69.94 мс напряжение на конденсаторе достигло значения 4.98 В, что составляет ≈50% от напряжения источника:
Правило RC: За время RC конденсатор заряжается или разряжается на 63%.
За время 100.02 мс напряжение на конденсаторе достигло значения 6.18 В.
Рис.3. Проверка правил 0.7RC и RC по осциллограмме.
Правило 5RC: За время 5RC конденсатор заряжается или разряжается на 99%.
За время 499.96 мс напряжение на конденсаторе достигло значения 9.96 В.
Рис.4. Проверка правила 5RC по осциллограмме.
R=2 кОм, С=200 мкФ
Постоянная времени RC-цепи:
Рис.5. Осциллограмма напряжения заряда и разряда конденсатора (R=2 кОм С=200 мкФ).
Постоянная времени равна 0.4 с, а длительность прямоугольного импульса 0.7 с. Конденсатор не успевает полностью зарядиться или разрядиться.
R=5 кОм, С=10 мкФ
Постоянная времени RC-цепи:
Рис.6. Осциллограмма напряжения заряда и разряда конденсатора (R=5 кОм С=10 мкФ).
Постоянная времени равна 0.05с. За время прохождения прямоугольного импульса конденсатор успевает полностью зарядиться или разрядиться.
Задание № 2. Исследование вольтамперной характеристики диода.
1. Соберем схему согласно рис. 7.
Рис.7. Схема исследования ВАХ диода.
2. Изменяя значение сопротивления, построим вольтамперную характеристику исследуемого диода.
Таблица значений напряжения и тока для построения ВАХ:
Рис.8. Вольтамперная характеристика диода.
Рис.9. Фрагмент ВАХ диода в области обратного напряжения.
Рис.10. Фрагмент ВАХ диода в области прямого напряжения.
3. Определим величину прямого напряжения, максимального обратного напряжения, обратного тока.
Прямое напряжение ≈1.3 В
Максимальное обратное напряжение ≈49.9 В.
Обратный ток ≈1мА(при 49.9 В).
Задание №3. Исследование выпрямителей.
1. Соберем схему однополупериодного выпрямителя(Рис.11). Зададим входное напряжение 10 В, 50 Гц. Построим совмещенные осциллограммы входного и выходного напряжения.
Рис.11. Схема однополупериодного выпрямителя.
Рис.12. Осциллограммы входного(красный график) и выходного(синий график) напряжения.
На положительной полуволне напряжение на нагрузке меньше напряжения источника на величину прямого напряжения диода. На отрицательной полуволне к диоду приложено обратное напряжение. При этом диод закрыт и на нагрузке нет напряжения.
2. Соберем схему двухполупериодного выпрямителя(Рис.13). Зададим входное напряжение 10 В, 50 Гц. Построим совмещенные осциллограммы входного и выходного напряжения.
Рис.13. Схема двухполупериодного выпрямителя.
Рис.14. Осциллограммы входного(красный график) и выходного(синий график) напряжения.
На положительной полуволне напряжение на нагрузке меньше напряжения источника на величину суммы прямого напряжения двух диодов. На отрицательной полуволне напряжение на нагрузке противоположно по знаку напряжения источника и меньше его на два прямых напряжения диода. Двухполупериодный выпрямитель в отличие от однополупериодного позволяет использовать и отрицательную полуволну входного напряжения
3. Соберем схему трехфазного выпрямителя(Рис.15). Зададим входное напряжение 10 В, 1 Гц, сдвиг фазы источников 120° относительно друг друга. Построим совмещенные осциллограммы входного и выходного напряжения.
Рис.15. Схема трехфазного выпрямителя.
Рис.16. Осциллограммы входного(красный график) и выходного(синий график) напряжения.
Трехфазный выпрямитель обладает свойством пропускать наибольшее в данный момент напряжение из трех фаз источника.
Напряжение на нагрузке меньше напряжения источника на величину суммы прямого напряжения двух диодов.
Величина пульсации выходного напряжения меньше, чем в случае с двухполупериодным выпрямителем.