Національний університет “Львівська політехніка” Інститут комп’ютерної техніки, автоматики та метрології Кафедра “Електронні обчислювальні машини” Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу “Комп’ютерна електроніка” Львів – 2009 Лабораторна робота №1аДослідження схем випростовування Живлення електронної апаратури від електромережі змінного струму є найбільш економічним, зручним і надійним. Для цього змінний струм перетворюють у пульсуючий, тобто в струм постійного напрямку, що періодично змінюється по величині. Потім пульсації зменшують до допустимої величини. Процес перетворення змінного струму в пульсуючий називається випростовуванням, а процес зменшення пульсацій називається згладжуванням. Відповідний пристрій називається випростовувачем, до складу якого входять власне випростовувач та згладжуючий фільтр. Основним елементом випростовувачів є напівпровідниковий діод — пристрій з двома виводами, що містить один електронно-дирочний перехід. Напруга до діода може прикладатися в прямому або в зворотньому напрямку. Опір діода для прямого напрямку струму в сотні-тисячі разів менший, ніж в зворотньому. Найбільше застосування отримали германієві та кремнієві діоди, використовуються також діоди, що виконані на основі арсеніда галія. Основною характеристикою напівпровідникового діода є вольтамперна характеристика. Для порівняння на рис. 1 приведені типові вольтамперні характеристики германієвого та кремнієвого випростовуючих діодів. Кремнієві діоди мають в багато разів менші зворотні струми, ніж германієві. Допустима зворотня напруга кремнієвих діодів сягає 1000 ... 1500 В, а у германієвих діодів лежить в межах 100 ... 400 В. Внаслідок того, що у германієвих діодах можна отримати опір в прямому напрямку в 1,5 ... 2 рази менший, ніж у кремнієвих, то пряме падіння напруги у германієвих діодах також менше, ніж у кремнієвих. Відповідно, на германієвих діодах розсіюється в стільки ж разів менша потужність і їх вигідніше використовувати у випростовуючих пристроях низької напруги.
Рис. 1. Порівняльні типові вольтамперні характеристикигерманієвого (1) та кремнієвого (2) діодів. Найпростіший випростовувач та часові діаграми його функціонування показані на рис. 2. Як видно, падіння напруги UВИХ на резисторів навантаження RH присутнє тільки половину періоду вхідної напруги UВХ , тобто від джерела напруги живлення струм споживаєтья тільки половину періоду. Через це така схема дістала назву однопівперіодної схеми випростовування.
Рис. 2. Однопівперіодний діодний випростовувач. На рис. 3 на виході однопівперіодного випростовувача включений згладжуючий фільтр, тут же зображені відповідні часові діаграми вхідної UВХ та вихідної UВИХ напруг. В якості згладжуючого фільтра використовуються конденсатори, а також Г-подібні чи П-подібні RC- або LC-фільтри (фільтри низьких частот).
Рис. 3. Однопівперіодний діодний випростовувач із згладжуючим фільтром. Основні характеристики фільтра — коефіцієнт фільтрації КФ та коефіцієнт згладжування пульсацій КЗП . Разом із зменшенням пульсацій вихідної напруги фільтр зменшує постійну складову напруги на виході. Коефіцієнт фільтрації КФ рівний
, (1) де UВХ.З - змінна складова напруги на вході фільтра. UВИХ.З - змінна складова напруги на виході фільтра; Коефіцієнт згладжування пульсацій КЗП можна визначити з співвідношення:
, (2) де UВХ.П - постійна складова напруги на вході фільтра; UВИХ.П - постійна складова напруги на виході фільтра. Чим ближче до 1 відношення постійних складових на вході і виході, тим більш якісний фільтр. А також, фільтр вважаємо тим кращим, чим більші коефіцієнти КФ і К3П. Коефіцієнт фільтрації можна розрахувати через параметри схеми фільтра
, (3) де  — кругова частота напруги; m — кількість півперіодів вхідної напруги за один період. Резистор фільтра RФ використовується для обмеження струму заряда фільтруючого конденсатора СФ, який протікає через випростовуючий діод. Його опір невисокий і приблизно становить 20 ... 100 Ом. В багатьох випадках випрост...