Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Лабораторні роботи КЕ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
ІКТА
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
ЕОМ
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Збірник лабораторних робіт
Предмет:
Комп’ютерна електроніка
Група:
КІ
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
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 №2 Дослідження схем випрямлення змінного струму
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 випрямленням, а процес зменшення пульсацій називається згладжуванням. Відповідний пристрій називається випрямлячем, до складу якого входять власне випрямляч та згладжуючий фільтр. Основним елементом випрямлячів 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 характеристики германієвого (1) та кремнієвого (2) діодів.
Однопівперіодний діодний випрямляч
Найпростіший випрямляч 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 випрямлення.
Рис. 2. Однопівперіодний діодний випрямляч.
На рис. 3 на виході однопівперіодного випрямляча 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 випрямляч 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 випрямляючий діод. Його опір невисокий і приблизно становить 20 ... 100 Ом. В багатьох випадках випрямлячі напруги змінного струму використовуються сумісно з понижуючими силовими трансформаторами. При цьому, струм заряда фільтруючого конденсатора обмежується індуктивним опором вторинної обмотки трансформатора і використання додаткового резистора у фільтрі непотрібне.
При використанні однопівперіодного випрямляча від джерела живлення струм споживається тільки півперіода коливань вхідної напруги. Інші півперіода діод знаходиться під зворотньою напругою і струм через нього практично не протікає. При використанні фільтруючих конденсаторів та значному струмі споживання, максимальне значення зворотньої напруги може сягати величини подвійної амплітуди вхідної напруги. Випрямлячі без згладжуючого конденсатора використовуються досить рідко, у випадку, якщо величина пульсацій напруги не має істотного значення, наприклад, для живлення електромагнітних реле.
Однопівперіодну схему випрямлення використовують при потужностях в навантаженні до 10 Вт. Її переваги — мінімальна кількість елементів, низька собівартість, можливість використання без трансформатора. Недоліки однопівперіодного випрямляча — низька частота пульсацій (рівна частоті вхідної напруги), малий час заряда фільтруючого конденсатора (рівний інтервалу, коли вхідна напруга перевищує напругу на конденсаторі), підвищена зворотня напруга, при використанні трансформатора — підмагнічування його магнітопровода постійним струмом.
Двопівперіодні діодні випрямлячі
Для забезпечення постійного споживання струму від джерела живлення використовують двопівперіодні схеми випрямлення. Нижче приведений двопівперіодний випрямляч змінного струму без фільтра (рис. 4) та із згладжуючим фільтром (рис. 5), який потребує використання спеціального трансформатора із середньою точкою, та часові діаграми його функціонування. На схемі вторинні обмотки трансформатора замінені еквівалентними джерелами напруги UВХ1 та UВХ2 .
Рис. 4. Двопівперіодний діодний випрямляч.
Рис. 5. Двопівперіодний діодний випрямляч із згладжуючим фільтром.
Двохпівперіодну схему випрямлення з середньою точкою найчастіше використовують при потужностях до 100 Вт та випрямленої напруги до 400 ... 500 В. Випрямлячі, що виконані по даній схемі, характеризуються підвищеною частотою пульсацій (рівна подвійній частоті вхідної напруги), можливістю використання випрямних діодів із спільними катодами (анодами), що спрощує їх встановлення на одному радіаторі. Недоліками випрямлячів із середньою точкою є підвищена зворотня напруга на діодах (рівна напрузі, що падає на навантаженні) та ускладнена конструкція трансформатора, використання якого обов’язкове.
На наступних рис. 6 та рис. 7 зображений однофазний двопівперіодний мостовий випрямляч змінного струму без та з фільтром низьких частот, відповідно, і часові діаграми його функціонування.
Рис. 6. Двопівперіодний мостовий випрямляч.
Рис. 7. Двопівперіодний мостовий випрямляч із згладжуючим фільтром.
Однофазна мостова схема випрямлення характеризується добрим використання потужності трансформатора і може застосовуватись при потужності в навантаженні до 1000 Вт та більше. Переваги мостових випрямлячів — підвищена частота пульсацій, низька зворотня напруга на діодах, можливість роботи без силового трансформатора. Недоліки — підвищене падіння напруги на двох послідовно включених діодах, необхідність використання ізоляційних прокладок при встановленні діодів на одному радіаторі.
Порядок виконання роботи № 2
Згідно рис. 2 та 3 реалізувати і дослідити в симуляторі Multisim 10.0 однопівперіодну діодну схему випрямлення без фільтра та з фільтром.
За допомогою віртуальних мультиметра та осцилоскопа визначити величини постіної і змінної складової вихідної напруги, а також перемалювати часову діаграму вхідної та вихідної напруги. Для схеми з фільтром обчислити коефіцієнт фільтрації КФ і коефіцієнт згладжування пульсацій КЗП .
Згідно рис. 4 та 5 реалізувати і дослідити в симуляторі Multisim 10.0 двопівперіодну діодну схему випрямляння із середньою точкою без фільтра та з фільтром.
За допомогою віртуальних мультиметра та осцилографа визначити величини постіної і змінної складової вихідної напруги, а також перемалювати часові діаграми вхідних та вихідних напруг. Для схеми з фільтром обчислити значення коефіцієнта фільтрації КФ та коефіцієнта згладжування пульсацій КЗП .
Згідно рис. 6 та 7 реалізувати і дослідити в симуляторі Multisim 10.0 однофазний мостовий діодний випрямляч без фільтра та з фільтром.
Визначити величини постіної і змінної складової вихідної напруги, а також перемалювати часову діаграму вхідної та вихідної напруги. Для схеми з фільтром обчислити значення коефіцієнта фільтрації КФ та коефіцієнта згладжування пульсацій КЗП .
Порівняти отримані дані з аналогічними результатами всіх 6-ти експериментів.
Оформити та захистити звіт з лабораторниї роботи № 2.
Параметри компонентів вибрати з табл. 1 згідно варіанта. Варіант — номер прізвища у списку підгрупи у керівника лабораторних занять. Опір резистора фільтра RФ вибрати рівним 51 Ом. Величину ємності конденсатора фільтра СФ підібрати такою, щоб у вихідній напрузі постійна складова була б в 10 разів більна, ніж змінна складова напруги.
Таблиця 1
Варіант
Амплітуда вхідної напруги, В
Опір резистора навантаження, кОм
1
10
1
2
10
2
3
10
3
4
10
4
5
20
5
6
20
6
7
20
7
8
20
8
9
30
9
10
30
10
11
30
11
12
30
12
13
40
13
14
40
14
15
40
15
16
40
16
15.05.2013 14:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора