МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ, СТАТИСТИКИ И ИНФОРМАТИКИ

ИНСТИТУТ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра Автоматизированных систем

обработки информации и управления

Дисциплина: «Электротехника и электроника-2»

Лабораторная работа №5

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СХЕМ»

Вариант № 5

Работу выполнил(и) студент(ы) группы	Оценки по БРС

Работу принял: .

_______________

^{роспись}

Москва 2011

1. Цель работы

Ознакомление с принципами построения выпрямительных схем и определение их основных параметров с помощью моделирующей программы.

2. Приборы, макеты, программы:

- Компьютер ACER;

- Программа Multisim 10.

3. Теоретические основы

Выпрямительные схемы предназначены для преобразования переменного двухполярного напряжения в пульсирующее однополярное напряжение. Они являются неотъем­лемой частью источников вторичного электропитания (ИВЭП), которые устанавливаются в радио- и телевизионной аппаратуре, музыкальных центрах, персональных компьютерах и других устройствах бытовой техники. Выпрямительные схемы делятся на одно- и двухполупериодные (приведены на рис.1, a) однополупериодная; б) двухполупериодная ). Наиболее широко распространены двухполупериодные выпрямительные схемы, т.к. они вырабатывают непрерывные сигналы и способст­вуют более эффективной их обработке.

Двухполупериодные выпрямительные схемы имеют несколько разновидностей:

1. со средней точкой вторичной обмотки трансформатора;

2. с мостовой диодной схемой;

3. со схемой удвоения напряжения;4) со схемой умножения напряжения.

Рис.1

Основными параметрами выпрямителей являются:

Таблица 1

Среднее значения напряжения
Среднее значения тока
Мощность
Коэффициент пульсаций
Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения
Амплитуда обратного напряжения на диоде.

На рис. 2.а и б приведены временные диаграммы работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей соответственно. Из рис.2.а видно, что в первый полупериод действия напряжения , т.е. в интервале вре­мени 0- , диод VD открыт и в цепи возникает ток . В интервале времени Т/2-Т, т.е. во

второй полупериод действия напряжения диод VD заперт, т.к. к нему приложено обрат­ное напряжение и ток в нагрузке отсутствует .

В однополупериодном выпрямителе:

Рис.2

(1)

Ток является прямым током диода, поэтому:

. (2)

Коэффициент пульсаций определяется в результате разложения в ряд Фурье напряжения , т.е.

(3) , откуда

. (4)

Достоинством однополупериодного выпрямителя является простота, т.к. используется только один диод. Недостатки - большой коэффициент пульсаций, низкая эффективность работы из-за наличия пропусков сигнала и малого значения а также подмагничивание трансформатора из-за наличия общего пути для переменной и постоянной ( ) со­ставляющих выходного тока.

Двухполупериодные выпрямители лишены этих недостатков.

Выпря­митель со средней точкой вторичной обмотки трансформатора (рис.1,б) можно рассмат­ривать как сочетание 2-х однополупериодных выпрямителей, включенных на одну и ту же нагрузку. В каждый из полупериодов напряжения работает либо верхняя, либо ниж­няя его часть, т.е. в интервале времени 0-Т/2 диод открыт, т.к. потенциал точки "a" выше потенциала средней точки 0, а диод заперт, т.к. потенциал точки "b" ниже по­тенциала средней точки "a". Через нагрузку протекает ток (рис.1.б). В следующий по­лупериод напряжения интервал времени Т/2-Т на рис.1.б) потенциал точки "b" вы­ше, чем потенциал точки 0, а потенциал точки "a" ниже потенциала точки 0. Диод от­крыт, а диод заперт. При этом в нагрузке ток имеет то же направление, что и в предыдущем полупериоде. При одинаковых значениях и эти токи будут равны.

Для этого выпрямителя имеем:

(5)

(6)

Коэффициент пульсации при этом равен: , т.к. выходное напряжение выпрямителя разлагается в ряд Фурье следующим образом:

, и (7).

Преимущества этого выпрямителя: средние значения и в 2 раза больше, а пульсации меньше. Недостатком является удвоенное переменное напряжение во вторич­ной обмотке и большое обратное напряжение на диодах.

Сглаживающие электрические фильтры. Напряжение после выпрямления имеет значительную пульсацию. Для сглаживания пульсации напряжения применяются сглаживающие фильтры. Рассмотрим работу ёмкостного сглаживающего электрического фильтра, схема которого представлена на рис.3.

Рис. 3. Схема ёмкостного сглаживающего электрического фильтра.

Конденсатор заряжается через до амплитудного значения напряжения в те отрезки времени, при которых напряжение во вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на . В том случае когда , закрывается и конденсатор разряжается через и тогда не уменьшается до минимума во вторую половину периода, а увеличивает усреднённое значение выпрямлённого напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем без сглаживающего электрического фильтра.

Самыми перспективными явля­ются выпрямители с мостовой диодной схемой (рис.1.в), у которой в один полупериод открыты диоды а в другой – диоды что дает при равных и с предыдущими выпрямителями снизить до уровня обратное напряжение на каждой паре диодов, что позволяет применять диоды с меньшим значением .

Если заменить в мостовой диодной схеме 2 диода на конденсаторы, то благодаря их способности накапливать заряд получим схему, выходное напряжение которой в режиме холостого хода в 2 раза превышает амплитуду напряжения (рис.1.г). При положи­тельном будет открыт диод и ток будет протекать через конденсатор . При этом конденсатор зарядится до напряжения _, а его полярность отмечена на рис.1.г сим­волами “+” и “-”. В случае, когда , диод запирается, но откроется диод . Ток потечет через него и зарядит конденсатор также до напряжения .

Поскольку напряжения и приложены к нагрузке последовательно, то будет находиться под напряжением, равным их сумме и, следовательно, . В выпрямителе с удвоением напряжений , подмагничивание в трансформаторе также отсутствует, но эта схема пригодна для создания только маломощных источников питания и значительных сопротивлений нагрузки. При малых значениях конденсаторы будут успевать разряжаться и эффекта удвоения не произойдет.

В данной лабораторной работе необходимо исследовать следующие выпрямительные схемы: