МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" Інститут комп’ютерних наук і інформаційних технологій Кафедра автоматизованих систем управління ДОСЛІДЖЕННЯ ВИПРЯМНИХ СХЕМ ЗАСОБАМИ МОДЕЛЮЮЧОГО СЕРЕДОВИЩА Electronic Work Bench Лабораторна робота №2 з дисципліни "Елементи і вузли поліграфічної техніки" Лабораторна робота №2 Тема: Дослідження випрямних схем засобами моделюючого середовища Electronic Work Bench . Основні теоретичні відомості Частина 1 Дослідження однопівперіодної випрямної схеми засобами моделюючого середовища Electronic Work Bench 2. Проведення експериментальних досліджень 2.1. Підготувати до роботи ПК, провести реєстрацію в системі, забезпечити роботу з моделюючим середовищем Electronics Work Bench. 2.2. Забезпечити комутацію на набірному полі досліджувальної схеми -джерела змінної напруги з діючим значенням напруги U=11В ( значення напруги вибрати згідно з порядковим номером студента у списку групи +10) отже було обрано 14, сокільки мій порядковий номер 4, трансформатора з коефіцієнтом трансформації К=4 (або К=2 ), послідовно з’єднані випрямний діод VD і навантаження Rn. 2.3. Схема і результати вимірювань величини та форми напруги на вторинній обмотці трансформатора (u2 , U2 , U2m ) наведені на рис.1, де a) форма сигналу з врахуванням u2, U2m, fм приведені на осцилограмі: амплітудне значення напруги U2m = 2 верт.кл. х 1.9 В/верт.кл. = 3.8 В; діюче значення напруги U2 = U2m / 1.41 = 3.8 / 1.41 = 2.72 В; період сигналу Т = 4 гор.кл. х 5 мС/гор.кл. = 20 мС = 0.020 С; і відповідно частота сигналу fм = 1 / T = 1 / 0.020 = 50 Гц; б) діюче значення напруги U2 виміряне мультиметром в режимі вольтметра -вимірювання змінної напруги : U2 = 5.7479 В
Рис. 1. 2.4 Схема і результати вимірювань величини та форми напруги на навантаженні Rn (uR , URm , fп) наведені на рис.2, де a) форма сигналу з врахуванням uR, URm, fп приведені на осцилограмі: амплітудне значення напруги URm = 1,7 верт.кл. х 2 В/верт.кл. = 3,4 В, ( URm =U2m - UVDпр m , UVDпр m = 0.5 В ) ; оскільки наявна одна пульсація випрямленої напруги за період, то відповідно частота пульсацій рівна частоті сигналу fп = fм = 50 Гц; б) середнє значення за період випрямленої напруги U0 виміряне мультиметром в режимі вольтметра - вимірювання постійної напруги : U0 = 2.2848 В. в) коефіцієнт пульсацій на навантаженні: КП = U~ / U0 = U(1)m / U0 = 1.7 / 0.945 = 1.80 де амплітуда першої гармоніки розкладу в ряд Фур’є синусоїди U(1)m = URm / 2 (КП = 1,57 – теоретичне значення).
Рис. 2. 2.5. Вплив на форму і відповідно величину середнього значення за період випрямленої напруги U0 та коефіцієнта пульсацій КП при підключенні конденсатора С паралельно до навантаження Rn (при зміні параметрів Rn і С ) приведені на рис.3, рис.4 і рис.5: а) Rn = 10 кОм і С = 1 мкФ ( на рис.3 )
Рис. 3. -форма сигналу на навантаженні приведена на осцилограмі, де : КП1 = U~1 / U01 = = (1.5 верт.кл. х 2 В/верт.кл.) /(1 верт.кл. х 2 В/верт.кл.) = 3.0/2 = 1.5 оскільки ємність конденсатора незначна, тому є незначне збільшення середнього значення за період випрямленої напруги ( U01 = 2В ) і незначне покращення (зменшення) коєфіцієнта пульсацій ( КП1 = 1.5 ) випрямленої напруги; - середнє значення за період випрямленої напруги U0 виміряне мультиметром в режимі вольтметра - вимірювання постійної напруги: U01 = 1.899 В б) Rn = 10 кОм і С = 10 мкФ ( на рис.4 )
Рис. 4. -форма сигналу на навантаженні приведена на осцилограмі, де : КП2 = U~2 / U02 = (0.2 верт.кл. х 2 В/верт.кл.) /(1.5 верт.кл. х 2 В/верт.кл.) = 0.4/ 3.0 = 0.13 оскільки ємність конденсатора значна – в другий півперіод заряджений конденсатор віддає Rn незначну частину заряду, тому є значне збільшення середнього значення за період випрямленої напруги ( U02 = 3.0 В ) і значне покращення (зменшення) коєфіцієнта пульсацій ( КП2 = 0.13 ) випрямленої напруги; - середнє значення за період випрямленої напруги U02 виміряне мультиметром в режимі вольтметра - вимірювання постійної напруги: U01 = 7.2449 В в) Rn = 1 кОм і С = 10 мкФ ( на рис.5 )
Рис. 5. -форма сигналу на навантаженні приведена на осцилограмі, де : КП3 = U~3 / U03 = = (1,5 верт.кл. х 2 В/верт.кл.) /(1 верт.кл. х 2 В/верт.кл.) = 3 / 2 = 1,5 оскільки ємність конденсатора значна, але і значний струм споживання на Rн ,тому є значне зменшення середнього значення за період випрямленої напруги ( U03 = 2В ) і незначне покращення ( зменшення) коєфіцієнта пульсацій ( КП3 = 1,5) випрямленої напруги; - середнє значення за період випрямленої напруги U0 виміряне мультиметром в режимі вольтметра - вимірювання постійної напруги: U03 = 7.2449 В Частина 2: ДОСЛІДЖЕННЯ ДВОПІВПЕРІОДНИХ ВИПРЯМНИХ СХЕМ ЗАСОБАМИ МОДЕЛЮЮЧОГО СЕРЕДОВИЩА Electronic Work Bench 2. Проведення експериментальних досліджень 2.1. Підготувати до роботи ПК, провести реєстрацію в системі, забезпечити роботу з програмою Electronics Work Bench. 2.2. Забазпечити комутацію на набірному полі досліджувальної схеми – двопівперіодної схеми з середньою точкою на вторинній обмотці трансформатора ( варіант №1+10) 4+10=14 2.3. Схема дослідження наведена на рис.1.
Рис. 1. 2.4. Результати досліджень наведені на осцилограмі - рис.1, де a) амплітудне значення напруги U2m = 2.0 верт.кл. х 2 В/верт.кл. = 4.0 В; діюче значення напруги U2 = U2m / 1.41 = 4.0 / 1.41 = 2.84В; період сигналу Т = 4 гор.кл. х 5 мС/гор.кл. = 20 мС = 0.020 С; і відповідно частота сигналу fм = 1 / T = 1 / 0.020 = 50 Гц; (амплітудні значення напруг на обох вторинних обмотках – однакові, а самі напруги зміщені за фазою на 180°); б) амплітудне значення напруги URm = 1.8 верт.кл. х 2 В/верт.кл. = 3.6 В, ( URm =U2m - UVDпр m , UVDпр m = 0.4 В ) ; оскільки наявні дві пульсації випрямленої напруги за період, то відповідно частота пульсацій рівна подвоєній частоті сигналу fп = 2* fм = 100 Гц; в) середнє значення за період випрямленої напруги U0 = 4.6223 В-за мультиметром г) коефіцієнт пульсацій на навантаженні: КП = U~ / U0 = U(1)m / U0 = 0.67 Висновок. При однаковій вихідній напрузі на вторинній обмотці трансформатора і однаковому навантаженні двопівперіодні схеми випрямлення забезпечують більш ніж у двічі кращий коефіцієнт пульсацій на навантаженні (КП = 0.67) у порівнянні з однопівперіодною схемою (КП = 1.5). Серед двопівперіодних схем: важлива перевага мостової двопівперіодної схеми у порівнянні з двопівперіодною схемою з середньою точкою на вторинній обмотці трансформатора – це спрощення вторинної обмотки: одна обмотка, яка працює по струму кожний півперіод. Схема ж з середньою точкою на вторинній обмотці трансформатора вимагає дві аналогічні обмотки, які працюють по струму кожна у свій півперіод. Враховуючи на незначну вартість діодів, мостова схема має їх на два більше – не незначний недолік. Додаток 1. Осцилограф
Осцилограф, імітується програмою Workbench. Розширена модифікація по своїх можливостях наближає до кращих цифрових осцилограм. Полегшити аналіз осцилограм може включення режиму Pause after each screen (Пауза після кожного екрана). У цьому режимі розрахунок схеми зупиняється після того, як промінь осцилографа проходить весь екран. На цьому зображенні маємо чотири вхідних затискача: Верхній правий затискач – загальний; Нижній правий - вхід синхронізації; Лівий і правий нижні затискачі - це відповідно вхід каналу А (channel А) і вхід каналу В (channel В). Подвійним натисненням миші по зменшеному зображенню відкривається зображення передньої панелі простої моделі осцилографа з кнопками керування, інформаційними полями й екраном. Нижче приведено відповідний малюнок.
Для точніших розрахунків можна натиснути кнопку "Expand" і відкриється більше вікно. Повернення в попередній стан - натиснути кнопку "Reduce"