Содержание отчета
Схемы фильтров.
Таблицы с результатами измерений
Зависимости коэффициента сглаживания от тока нагрузки по результатам измерения переменных напряжений и по данным расчетов через параметры L,C,RHдля всех исследованных фильтров.
Осциллограммы токов и напряжений для всех исследованных фильтров.
Выводы по результатам исследований, содержащие сравнение исследованных схем фильтров и сопоставление эксперимента и расчета.
Лабораторная работа № 7. Исследование схем выпрямителей с умножением напряжения Цель работы
Ознакомление с принципом действия и характеристиками однофазных схем выпрямления с умножением напряжения, в частности, со схемами удвоения и умножения напряжения на четыре.
7.1. Основные сведения о схемах умножения
В схемах умножения напряжения используется свойство однофазной однополупериодной схемы выпрямления, работающей на емкостную нагрузку, создавать между отдельными ее точками разность потенциалов, превышающую амплитуду напряжения вторичной обмотки питающего трансформатора. Сначала рассмотрим принцип работы схемы удвоения напряжения, рис. 7.1.
Рис. 7.1. Однофазная схема удвоения напряжения
Часть схемы, состоящая из вторичной обмотки трансформатора, вентиля VD1 и конденсатораС1, представляет собой однополупериодный выпрямитель с емкостной нагрузкой. Конденсатор в такой схеме заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмоткиU2m(полярность напряжения указана около конденсатора). Тогда разность потенциалов между точкамиa иbбудет изменяться следующим образом:
Uab=U2m(1 +sinωt)
В определенные моменты времени, когда sinωt= 1 (знаки полуволн для этой фазы вторичного напряжения указаны на рисунке без скобок), разность потенциаловUabстановится равной 2U2m. Если к точкамa иbподключить участок схемы, изображенный пунктирными линиями, состоящий из вентиляVD2 и конденсатораС2, то конденсаторС2 через вентильVD2 может зарядиться до максимального напряжения 2∙U2m. Таким образом, между точкамиa ис возможно достижение постоянного напряжения, равного удвоенной амплитуде вторичного напряжения трансформатора.
В те моменты времени, когда sinωt= –1 (знаки полуволн для этой фазы вторичного напряжения указаны на рисунке в скобках), вновь происходит зарядка конденсатораС1 доU2mи далее процесс возобновляется.
Если параллельно конденсатору С2 подключить нагрузку – резисторRн, то напряжение на конденсаторе станет пульсирующим, поскольку будет происходить чередование процессов его зарядки и разрядки, рис. 7.2.
Рис. 7.2. Временная диаграмма токов и напряжений в схеме удвоения
В
интервале времени t1…t4конденсаторС2 разряжается по
экспоненциальному закону:
.
Чем больше произведениеRнС2по сравнению с длительностью периодаТпитающего напряжения (Т= 1 /f), тем медленнее
происходит разрядка конденсатораС2
и, значит, выше стабильность напряжения
наRн. При
соблюдении этого условия зависимость
напряженияUC2от времени в интервалеt1…t4соответствует начальному участку
экспоненты и близка к линейной, а ток
разрядки конденсатораС2 близок к
постоянному значению:iC2=iRн
≈const=I0(рис. 7.2). Зарядка конденсатораС2 происходит в интервале времени
отt4 доt1.
В этом интервале времени через конденсаторС1 протекает ток разрядки и напряжение
на нем уменьшается.
Таким образом, напряжение на выходе схемы (Uac) изменяется по сложному закону отUmaxдоUmin. Размах изменения напряжения характеризуется пульсацией:
(7.1)
и внутренним падением напряжения:
(7.2)
Оба выражения вытекают из закона сохранения заряда
∆Q=C∆U=I0t =I0 /f
при условии постоянного тока разрядки конденсатора.
Как следует из рис. 7.2, среднее значение выпрямленного напряжения приблизительно равно:
(7.3)
При С1=С2=Сокончательно получим:
(7.4)
Схема умножения напряженияполучается добавлением к схеме удвоенияnдополнительных секций, содержащих два конденсатора и два диода (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Схема умножения напряжения
При отсутствии сопротивления нагрузки Rн(режим холостого хода) выходное напряжение, снимаемое с последовательно включенных конденсаторовС1…Сn, равно
Umax = 2n∙U2m (7.5)
При подключении нагрузки Rнвозникают пульсации напряжения. По сравнению с пульсациями δUна выходе схемы удвоения, рассчитываемыми по формуле (7.1), пульсации напряжения наRнв схеме умножения существенно выше т. к. все конденсаторы в группахС1…Сn иС1' …Сn' включены последовательно:
(7.6)
Внутреннее падение напряжения также увеличивается:
(7.7)
Среднее значение выпрямленного напряжения на выходе схемы умножения равно
(7.8)
При выводе формул (7.6) – (7.8) предполагалось, что емкости всех конденсаторов схемы умножения равны: С1…Сn =С1' …Сn' =С.