Электроника 1.1 / ЛБ2

Министерство науки и высшего образования Российской федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Отделение Электроэнергетики

Отчет по лабораторной работе

«Применение полупроводниковых диодов в источниках питания»

Вариант 20

Выполнил:

Студент группы 5А8Б ____________Овчинникова Д.А.

(дата, подпись)

Проверил преподаватель: ____________ Тимошкин В.В.

(дата, подпись)

Томск – 2020

Цель работы: исследование характеристик и параметров выпрямительных схем, сглаживающих фильтров и стабилизаторов напряжения, определение параметров различных выпрямителей и сравнение их между собой.

Исходные данные:

Таблица – 1

Вариант	20
Диод и./в.	1N4151
Входное напряжение	15

Опыт №1. Регистрация характеристик и осциллограмм однофазного однополупериодного выпрямителя

Рис.1. Имитационная модель однополупериодного выпрямителя

При С = 0 мкФ:

Рис.2. Осциллограмма выходного напряжения при С = 0 мкФ

Отношение действующего значения выходного (выпрямленного) напряжения к действующему значению синусоидального входного напряжения:

Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения:

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

Число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания:

Вносим найденные данные в таблицу 2.

Таблица – 2

C, мкФ	0	1	10	100
, В	15	15,021	15,027	15,017
, В	6,448	11,817	19,249	20,271
, В	21,202	20,527		20,537
, В	0,955	5,862	17,603	20,133
m	1	1	1	1
	0,43	0,787	1,28	1,35
, В		7,355	1,488	0,202
	1,57	0,62	0,077	0,01

Рис.3. Имитационная модель однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром

При С = 1 мкФ:

Рис. 4. Осциллограмма выходного напряжения при С = 1 мкФ

Отношение действующего значения выходного (выпрямленного) напряжения к действующему значению синусоидального входного напряжения:

Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения:

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

Число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания:

Вносим найденные данные в таблицу 2.

При С = 10 мкФ:

Рис.5. Осциллограмма выходного напряжения при С = 10мкФ

Отношение действующего значения выходного (выпрямленного) напряжения к действующему значению синусоидального входного напряжения:

Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения:

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

Число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания:

Вносим найденные данные в таблицу 2.

При С = 100 мкФ:

Рис.6. Осциллограмма выходного напряжения при С = 100мкФ

Отношение действующего значения выходного (выпрямленного) напряжения к действующему значению синусоидального входного напряжения:

Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения:

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

Вносим найденные данные в таблицу 2.

Опыт №2. Регистрация характеристик и осциллограмм однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Рис. 7. Монтажная схема для исследования однофазного двухполупериодного выпрямителя

Таблица – 3

C, мкФ	0	1	10	100
, В	15	15,073	15,035	15,023
, В	12,308	15,758	19,41	19,656
, В	19,879	19,923		19,656
, В	0,955	11,233	18,583	19,515
m	2	2	2	2
	0,82	1,05	1,29	1,308
, В		4,345	0,69	0,0705
	0,77	0,28	0,036	0,0036

При С = 0 мкФ:

Рис.8. Осциллограмма выходного напряжения при С = 0 мкФ

Отношение действующего значения выходного (выпрямленного) напряжения к действующему значению синусоидального входного напряжения:

Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения:

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

Число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания:

Вносим найденные данные в таблицу 3.

Рис.9. Имитационная модель двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром

При С = 1 мкФ:

Рис.10. Осциллограмма выходного напряжения при С = 1 мкФ

Отношение действующего значения выходного (выпрямленного) напряжения к действующему значению синусоидального входного напряжения:

Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения:

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

Вносим найденные данные в таблицу 3.

При С = 10 мкФ:

Рис.11. Осциллограмма выходного напряжения при С = 10 мкФ

Отношение действующего значения выходного (выпрямленного) напряжения к действующему значению синусоидального входного напряжения:

Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения:

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

Вносим найденные данные в таблицу 3.

При С = 100 мкФ:

Рис.12. Осциллограмма выходного напряжения при С = 100 мкФ

Отношение действующего значения выходного (выпрямленного) напряжения к действующему значению синусоидального входного напряжения:

Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения:

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

Вносим найденные данные в таблицу 3.

Вывод: В ходе лабораторной работы исследовались характеристики и параметры выпрямительных систем, сглаживающих фильтров и стабилизаторов напряжения, определили параметры различных выпрямителей. Выявлено, что с увеличением емкости конденсатора уменьшается коэффициент пульсации, у двухполупериодного выпрямителя он меньше, чем у однополупериодного выпрямителя при одинаковых емкостях, так же у двухполупериодного выпрямителя пульсации на выходе имеют в 2 раза большую частоту, поэтому он более эффективен.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Из каких основных элементов состоит вторичный источник питания?

Рис.13. Структурная схема вторичного источника электропитания

Силовой трансформатор Тр, выпрямитель В, сглаживающий фильтр Ф и стабилизатор напряжения Ст.

2. Какое напряжение по форме и по роду тока получается на выходе выпрямителя?

Выпрямитель преобразует напряжение переменного тока в пульсирующее напряжение постоянного тока.

3. Чем отличаются параметры выходного напряжения различных однофазных выпрямителей?

По сравнению с однополупериодным выпрямителем в двухполупериодном в два раза увеличивается постоянная составляющая выпрямленного напряжения и в два раза увеличивается частота пульсации

4. Сравните между собой схемы однофазных двухполупериодных выпрямителей (с выводом средней точки и мостовой) и выделите их достоинства и недостатки?

Двухфазная двухполупериодная схема с выводом средней (нулевой) точки трансформатора имеет два диода, данная схема по сравнению с мостовой однофазной схемой выпрямления обладает большими значениями обратного напряжения на диоде и вдвое большим числом витков вторичной обмотки трансформатора; кроме того, конструкция трансформатора усложнена выводом от середины этой обмотки. Несмотря на указанные недостатки, двухполупериодная схема широко применяется в маломощных выпрямителях.

Однофазная мостовая схема выпрямления имеет ряд преимуществ: обратного напряжения на диоде и напряжения вторичной обмотки; однако необходимость использования четырех диодов является ее недостатком. На практике, правда, может оказаться, что и в двухполупериодной схеме со средней точкой трансформатора необходимо применить тоже четыре диода (для уменьшения обратного напряжения на них), таким образом, указанный недостаток мостовой схемы является не столь ощутимым. Однофазная мостовая и двухполупериодная с выводом нулевой точки схемы выпрямления применяются в маломощных ИВЭП при сравнительно невысоких выходных напряжениях (до 600 В).

5. Как подключается емкостной фильтр в схему источника питания и почему?

Емкостной сглаживающий фильтр состоит из конденсатора Сф, подключённого параллельно сопротивлению нагрузки Rн. С целью устранения или, во всяком случае, минимизации пульсаций напряжения на нагрузке. Принцип действия заключается в накоплении электрической энергии конденсатором фильтра и последующей отдачи этой энергии в нагрузку. Заряд и разряд конденсатора фильтра происходит с частотой пульсаций fп выпрямленного напряжения.

6. В чём заключается принцип действия индуктивного фильтра?

Сглаживающее действие такого фильтра основано на возникновении в дросселе ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению выпрямленного тока. Дроссель выбирается так, чтобы индуктивное сопротивление его обмотки было много больше сопротивления нагрузки. При выполнении этого условия большая часть переменной составляющей падает на обмотке дросселя. На сопротивлении нагрузки выделяется в основном постоянная составляющая выпрямленного напряжения и переменная составляющая, величина которой много меньше переменной составляющей напряжения, падающего на обмотке дросселя.

7. Как изменяется коэффициент сглаживания при увеличении числа звеньев фильтра?

Общий коэффициент сглаживания такого фильтра определяется как произведение коэффициентов сглаживания отдельных фильтров.