Лаб.раб.2 Гайдук Самсонов

Министерство науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Применение полупроводниковых диодов в источниках питания

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

по дисциплине:

Электроника 1.1

Выполнил: :
студент гр. 5А03			Самсонов Д.П.		28.10.2022
			Гайдук К.А.
Проверил:
доцент ОЭЭ ИШЭ			Воронина Н.А.

Томск – 2022

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

Перечень оборудования: лабораторный стенд, соединительные провода, вольтметр, выпрямительные диоды КД226, осциллограф, нагрузочный резистор 10 кОм, сглаживающиеся конденсаторы с емкостью 1мкФ, 10мкФ, 100мкФ.

Опыт №1. Регистрация характеристик и осциллограмм однофазного однополупериодного выпрямителя

Рисунок 1 - Принципиальная схема для исследования однофазного однополупериодного выпрямителя

Таблица 1

С, мкФ	0	1	10	100
, В	7,73	7,73	7,77	7,77
, В	3,1	5,77	9,14	9,78
, В	10,2	10,2	10,2	10,2
, В	0,4	2,1	8,2	9,7
m	1	1	1	1
	0,4	0,75	1,18	1,26
, В	5,47	4,05	1	0,25
	1,57	0,7	0,11	0,03

В однополупериодном выпрямителе без фильтра:

В однополупериодном выпрямителе с C=1 мкФ:

В однополупериодном выпрямителе с C=10 мкФ:

В однополупериодном выпрямителе с C=100 мкФ:

Полученные осциллограммы:

Рисунок 2 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя без фильтра

Рисунок 3 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=1 мкФ

Рисунок 4 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=10 мкФ

Рисунок 5 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=100 мкФ

Опыт №2. Регистрация характеристик и осциллограмм однофазного двухполупериодного выпрямителя

Рисунок 6 - Монтажная схема для исследования однофазного двухполупериодного выпрямителя

Таблица 2

С, мкФ	0	1	10	100
, В	7,3	7,3	7,4	7,4
, В	5,65	7,37	8,97	9,43
, В	10	10,2	10,1	10
, В	4	4	8	8,8
m	2	2	2	2
	0,8	1,01	1,21	1,3
, В	5,16	3,1	1,05	0,6
	0,785	0,42	0,12	0,06

В двухполупериодном выпрямителе без фильтра:

В двухполупериодном выпрямителе с C=1 мкФ:

В двухполупериодном выпрямителе с C=10 мкФ:

В двухполупериодном выпрямителе с C=100 мкФ:

Полученные осциллограммы:

Рисунок 7 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя без фильтра

Рисунок 8 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=1 мкФ

Рисунок 9 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=10 мкФ

Рисунок 10 - Осциллограмма однополупериодного выпрямителя с C=100 мкФ

Опыт №3. Регистрация характеристик и определение параметров параметрического стабилизатора

Рисунок 11 - Принципиальная схема параметрического стабилизатора

Таблица 3

Uвх, В	0	2	4	6	8	10	12,42
Uвых, В	0	2	4	5,56	5,75	5,79	5,8

Таблица 4

Rн, Ом	∞	150	100	47+22	47+10	47	33+10	33
Iн, мА	0 (х.х.)	37,9	56,2	70,8	76,4	81,5	83,8	89,8
Uвых, В	5,81	5,74	5,67	5,01	4,47	3,96	3,73	3,10

На рис. 12 изображена зависимость выходного напряжения от входного.

Рисунок 12 - Зависимость выходного напряжения от входного

На рис. 13 изображена зависимость выходного напряжения от тока нагрузки.

Рисунок 13 - Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки

Определим коэффициенты стабилизации по напряжению и по току, приняв U_вх.ном = 8 В и I_н.ном = 80 мА.

Вывод: Исследовал выпрямители и сглаживающие фильтры по осциллограммам. Рассчитал коэффициенты пульсации. При установке сглаживающего фильтра коэффициент пульсации уменьшается. В однофазном однополупериодном выпрямителе коэффициент пульсации больше чем в однофазном двухполупериодном выпрямителе. Через однополупериодную схему ток течет только тогда, когда он положительный (осциллограмма тока больше нуля). А двухполупериодную схему ток протекает при положительном и отрицательном значении (вся осциллограмма), а именно из-за наличия пар диодов которые при смене полярности тока способоны пропускать его по схеме. Сняли и получили осциллограммы данных схем.

Ответы на контрольные вопросы

1. Вторичный источник питания состоит из основных элементов: силовой трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения.

2. Выпрямитель преобразует напряжение переменного тока в пульсирующее напряжение постоянного тока.

3. Если к выходному напряжению предъявляются высокие требования по стабильности при колебаниях напряжения сети и тока нагрузки, то в источник питания вводят стабилизатор напряжения.

4. По сравнению с однополупериодным выпрямителем в двухполупериодном в два раза увеличивается постоянная составляющая выпрямленного напряжения и в два раза увеличивается частота пульсации, что облегчает задачу сглаживания пульсаций фильтрами. Из недостатков: более сложная конструкция трансформатора, нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

5. Конденсатор является аккумулятором энергии, который поддерживает постоянное напряжение на нагрузке, поэтому он подключается параллельно нагрузке.

6. При работе выпрямителя с индуктивным сглаживающим фильтром сглаживание пульсаций происходит потому, что на интервале нарастания тока нагрузки в обмотке дросселя возникает Э.Д.С. самоиндукции, препятствующая росту тока. Индуктивный фильтр включается последовательно с нагрузкой, так как он стабилизирует ток, протекающий через нагрузку. Таким образом, ток нагрузки, а, следовательно, и напряжение нагрузки будут иметь более сглаженную форму.

7. При увеличении числа звеньев фильтра, увеличивается и коэффициент сглаживания, т.е. фильтрующих звеньев становится больше и, значит, пульсация сглаживается.

8. Напряжение на стабилитрон (в отличие от диода) подают в обратной полярности (анод соединяют с минусом, а катод с плюсом источника питания – U_обр). При таком включении через стабилитрон течет обратный ток – I_обр. При увеличении напряжения обратный ток растет очень медленно (на схеме, почти параллельно оси U_обр), но при некотором напряжении U_обр переход стабилитрона пробивается (но разрушение стабилитрона в этот момент не происходит) и через него начинает идти обратный ток значительно большего значения. В этот момент вольтамперная характеристика стабилитрона (ВАХ) резко идет вниз (почти параллельно оси I_обр) – наступает режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации минимальное (U_стmin) и ток стабилизации минимальный (I_стmin). При дальнейшем увеличении U_обр ВАХ стабилитрона опять меняет свое направление – заканчивается режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации максимальное (U_стmax) и ток стабилизации максимальный (I_стmax). С этого момента стабилитрон теряет свои свойства, начинает разогреваться, что может привести к тепловому пробою перехода стабилитрона и соответственно к его выходу из строя.

9. Напряжение на нагрузке остается практически постоянным, так как нагрузку включают параллельно стабилитрону. Чтобы избежать перегрузки, последовательно со стабилитроном включают балластный резистор.