Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЧАСОВИХ ДІАГРАМ ВИПРЯМЛЯЮЧИХ СХЕМ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Факультет:
Інформаційна безпека
Кафедра:
Кафедра захисту інформації
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Методи та засоби технічного захисту інформаціЇ
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЧАСОВИХ ДІАГРАМ ВИПРЯМЛЯЮЧИХ СХЕМ
Інструкція до лабораторної роботи № 6
з навчальної дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка”
для студентів базового напряму 6.0914
«Інформаційна безпека», «Безпека інформаційних і комунікаційних систем», «Системи технічного захисту інформації», «Управління інформаційною безпекою»
Затверджено
на засіданні кафедри
Захист інформації
Протокол № від 2008 р.
Львів – 2008
Моделювання та дослідження часових діаграм випрямляючих схем: Інструкція до лабораторної роботи №6 з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка” / Укл.: Кеньо Г.В., Собчук І.С. , Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2008. с.
Укладач Кеньо Г.В., к. т. н., доц., Собчук І.С., к.ф.-м.н., доц.
Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д.т. н., проф.
Рецензенти:
МЕТА РОБОТИ
Ознайомитися з основними параметрами і характеристиками випрямляючих схем, що працює на активне навантаження і практично перевірити їх властивості.
Отримати часові діаграми випрямляючих схем.
ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП
Електрична енергія централізовано, в основному, виробляється на змінному струмі.
В той же час споживання електричної енергії, за винятком теплових та освітлювальних установок, двигунів змінного струму та деяких інших застосувань, як правило, відбувається на постійному струмі: електричні двигуни постійного струму, технологічні процеси (наприклад, електроліз, зварювання), живлення електронних пристроїв (наприклад, вимірювальних, підсилюючих, обчислювальних, керуючих і т.п.).
Виходячи з цього, одним з основних видів перетворення електричної енергії є випрямлення.
Випрямлячем називають електротехнічний пристрій, призначений для перетворення енергії джерела напруги змінного струму в енергію напруги постійного струму.
Випрямляч зазвичай містить трансформатор, вентильну схему, згладжуючий фільтр, регулятор (стабілізатор). Навантаження також відносять до складу випрямляча, оскільки воно суттєво впливає на його роботу.
Трансформатор здійснює перетворення напруги мережі до необхідного для роботи випрямляча значення і забезпечує електричне (гальванічне) розділення первинного і вторинного кіл. Останнє забезпечує умови електричної безпеки за живлення.
Вентильна схема перетворює змінну напругу на випрямлену – в однополярну пульсуючу.
Згладжуючий фільтр виділяє з однополярної пульсуючої напруги постійну складову, чим забезпечує отримання власне напруги постійного струму.
Регулятор (стабілізатор) призначений для завдання на навантаженні необхідного значення напруги або його зміни за необхідним законом (наприклад, підтримки напруги на навантаженні на незмінному рівні) при змінах напруги мережі або змінах опору навантаження у заданих межах.
Однофазні схеми випрямлення
При потужності споживачів до декількох сотень ват випрямлення здійснюють за допомогою однофазних схем: однопівперіодної і двопівперіодних – з нульовим виводом і мостової.
EMBED Word.Picture.6
Рис. 1 – Однофазний однопівперіодний випрямляч (а) і часові діаграми його роботи (б).
Однопівперіодна схема і часові діаграми, що ілюструють її роботу, наведені на рис. 1.
Часові діаграми тут і надалі, як правило показують залежність відповідної величини від EMBED Equation.3 , де EMBED Equation.3 – кругова частота, EMBED Equation.3 – частота мережі живлення, а t – час.
Струм у схемі протікає тільки при полярності напруги U2, зазначеної без дужок, коли діод VD відкритий. При протилежній полярності діод закритий, і вся напруга прикладається до нього.
Двопівперіодна схема випрямляча з нульовим виводом та часові діаграми його роботи наведені на рис. 2.
EMBED Word.Picture.6
Рис. 2 – Однофазний випрямляч з нульовим виводом (а)
і часові діаграми його роботи (б).
Дана схема фактично являє собою об’єднання двох однопівперіодних схем випрямлення, одна з яких пропускає струм у навантаження при позитивній півхвилі напруги U21, а інша – при негативній півхвилі напруги U22. оскільки число витків півобмоток однакове, то U21 = U22. При цьому напрямок струму в навантаженні у обох випадках однаковий, а отже полярність пульсуючої напруги також однакова.
Максимальна зворотна напруга на закритому діоді дорівнює сумі амплітуд напруг U21 і U22, тобто подвійній амплітуді напруги півобмотки трансформатора, оскільки коли один діод відкритий, а інший закритий, то останній виявляється підімкненим до двох півобмоток трансформатора.
EMBED Word.Picture.6
Рис. 3 – Однофазний мостовий випрямляч (а) і часові діаграми його роботи (б).
Двопівперіодна мостова схема і часові діаграми, що пояснюють її роботу, наведені на рис. 3
У цій схемі до однієї діагоналі утвореного діодами моста – діагоналі змінного струму – підімкнено вторинну обмотку трансформатора, а до іншої – діагоналі постійного струму – навантаження. Діоди VD1 і VD3 складають катодну групу, a VD2 і VD4 – анодну (за ознакою з’єднання разом однакових електродів).
За позитивної півхвилі напруги U2 (полярність зазначена без дужок) струм протікає через діоди VD1 і VD4. До діодів VD2 і VD3 у цей час прикладена зворотна напруга, амплітудне значення якої дорівнює U2m, тому що закритий діод (наприклад, VD2) через діод, що проводить струм (VD4), підмикається паралельно до вторинної обмотки трансформатора. За негативної півхвилі (полярність зазначена у дужках) струм проводять діоди VD2 і VD3, тобто у провідному стані в мостовому випрямлячі завжди знаходяться два діоди – один катодної групи і один анодної.
Основні показники однофазних схем випрямлення наведені в табл. 1.
Таблиця 1 – Основні показники однофазних схем випрямлення
Порівняльний аналіз однофазних схем випрямлення показує:
1) однопівперіодна схема, у зв’язку з підвищеною габаритною потужністю трансформатора (бо його осердя підмагнічується через протікання струму у вторинній обмотці в одному напрямку протягом періоду) і значним коефіцієнтом пульсацій, застосовується тільки для живлення навантажень малої потужності – десятки міліват;
2) схема з нульовим виводом має кращі параметри вихідної напруги і два діоди, але трансформатор повинен мати вторинну обмотку, що складається з двох однакових півобмоток, і на закритий діод діє подвійна зворотна напруга;
3) мостова схема, що має чотири діоди і трансформатор з однією вторинною обмоткою, забезпечує ті ж параметри вихідної напруги, що й схема з нульовим виводом (оскільки габарити і вартість діодів невеликі, їхня подвоєна кількість не є істотним недоліком, окрім випадків випрямлення малих значень напруг – одиниці вольт, – коли істотно проявляється дія прямого падіння напруги на діодах).
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Синтезувати випрямляючі схеми рис.4, за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8).
Провести аналіз перехідних процесів: отримати часові характеристики вхідної напруги V(1), вихідної напруги V(2), модуля струму на R1 - ABS(I(R1)), середнього значення вихідної напруги V(2) – AVG(V(2)) та середнього значення модуля струму на R1 – AVG(ABS(I(R1))) для схеми 4а. Зробити висновок про форму та фазу отриманих сигналів.
Провести аналіз перехідних процесів: отримати часові характеристики вхідної напруги V(1), модуля напруги на R1 - ABS(V(R1)), модуля струму на R1 - ABS(I(R1)), середнього значення модуля напруги на R1 – ABS(AVG(V(R1))) та середнього значення модуля струму на R1 – AVG(ABS(I(R1))) для схеми 4б. Зробити висновок про форму та фазу отриманих сигналів.
Провести аналіз перехідних процесів: отримати часові характеристики вхідної напруги V(1), модуля напруги на R1 - ABS(V(R1)), модуля струму на R1 - ABS(I(R1)), середнього значення модуля напруги на R1 – ABS(AVG(V(R1))) та середнього значення модуля струму на R1 – AVG(ABS(I(R1))) для схеми 4в. Зробити висновок про форму та фазу отриманих сигналів.
Провести аналіз перехідних процесів: отримати часові характеристики вхідної напруги V(1), струм на діоді VD1 – I(VD1), струм на діоді VD2 – I(VD2), модуля струму на R1 - ABS(I(R1) для схеми 4г. Зробити висновок про форму та фазу отриманих сигналів.
Провести аналіз перехідних процесів: отримати часові характеристики вхідної напруги V(1) та струму на резисторі R1 – I(R1). Дослідити вплив ємності конденсатора струм на резисторі R1 для схеми 4д. Зробити висновок про форму та фазу отриманих сигналів.
а)
б)
в)
г)
д)
Рис.4. Випрямляючі схеми: а) одноперіодний безтрансформаторний випрямляч, б) . одноперіодний випрямляч, в) двоперіодний випрямляч з середньою точкою, г) мостовий випрямляч, д) мостовий випрямляч з простим фільтром.
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
В схемах рис.4 використані трансформатори з такими параметрами індуктивність первинної обмотки – 0.01, індуктивність вторинної обмотки – 0.0001 і коефіцієнт трансформації – 1. Вибір трансформаторів проводимо відриваючи вікно Компоненты. За допомогою інструментів Компоненты можна вибрати світові аналоги у розділі Passive Components(рис.5).
В схемах випрямлячів використані діоди – 1N4009. Джерела сигналу вибриємо в розділі Компоненты див.рис.6. Для схем: 4 а) рекомендовані такі параметри джерела сигналу – див.рис.7, 4 б), 4 в) рекомендовані такі параметри джерела сигналу – див.рис.8 з частотою -50 Гц, 4 г), 4 д) рекомендовані такі параметри джерела сигналу – див.рис.9 з частотою -60 Гц.
Рис.5. Вікно вибору пасивних елементів.
Рис.6. Вікно вибору типу джерела сигналу.
Рис.7. Вибір параметрів джерела сигналу у схемі 4 а).
Рис.8. Вибір параметрів джерела сигналу у схемі 4 б), 4 в).
Проведемо аналіз часових залежностей вхідних та вихідних та інших характеристик, для цього виберемо з меню команд Анализ/Переходные процессы. Задамо параметри аналізу , де діапазон часу – 0.1м(мс), по осі Х(XExpression) задаємо час Т, по осі Y(YExpression) задаємо номери вузлів у яких ми хочемо отримати значення величини сигналу (наприклад v(2) – вихідна напруга або v(1) – вхідна напруга див.рис.10, вузли вказані для схеми 4а.). Мінімальні та максимальні значення величин по осях X таY(XRange та YRange) при першому запуску рекомендується встановити Auto, оскільки нам невідомо верхня межа значень у заданих вузлах.
Рис.9. Вибір параметрів джерела сигналу у схемі 4 г), 4 д).
Рис.10. Вікно аналізу перехідних процесів.
Після натискання кнопки Запуск ми отримаємо на екрані віртуальні залежності напруги від часу в заданих вузлах схеми.
ЗМІСТ ЗВІТУ
Звіт про пророблену роботу повинен містити:
Точну назву і мету роботи.
Схеми випрямлячів з короткою характеристикою елементів, які входять в них.
Графіки часових залежностей для кожної схеми.
Короткі висновки: про форму та фазу вихідних сигналів .
Контрольні запитання та завдання
Назвіть схеми випрямлення, що досліджуються у даній роботі, і поясніть принцип дії кожної з них.
Проведіть порівняльний аналіз однофазних схем випрямлення.
Які переваги має мостова схема напівпровідникового випрямляча порівняно із випрямлячем, складеними за двопівперіодною схемою із середньою точкою?
Накресліть мостову схему напівпровідникового випрямляча та поясніть призначення її елементів.
Як підбирають тип напівпровідникових вентилів для роботи в мостовій схемі випрямляча?
Розкажіть про призначення силового трансформатора в схемі випрямляча. Як підбирають осердя для силового трансформатора?
Від чого залежить діаметр провідників обмоток силового трансформатора?
З якою частотою пульсує напруга на навантаженні в мостовій схемі випрямлення?
Вкажіть вади мостової схеми випрямлення.
Поясніть, що показує зовнішня характеристика випрямляча і як впливає на її вид склад випрямляча?
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
Разевиг В.Г. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6.- М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с., ил.
Кардашов Г.А. Виртуальная електроника. Компьютерное моделирование аналогових устройств.- М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 260 с., ил.
Бойко В.И. и др.. Схемотехника электронных систем. Аналоговые ы импульсные устройства.- СПб.: БХВ-Петербург, 2004.-496 с., ил.
Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Електроніка і мікросхемотехніка: Підручник / За ред. А.Г. Соскова - К.: Каравела, 2006. - 384 с.
Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. посіб. / За ред. А.Г. Соскова. 2-е вид. - К.: Каравела, 2004. - 432 с.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора