Классические источники питания. Однополупериодный и мостовой выпрямители. Емкостной фильтр на выходе выпрямителя

Лабораторная работа 3.  Классические испочники питания

Цели работы

1.  Анализ процессов в схеме выпрямительного диодного моста.

2.  Исследование осциллограмм входного и выходного напряжения для выпрямительного моста.

3.  Сравнение осциллограмм выходного напряжения выпрямительного моста и однополупериодного выпрямителя .

4.  Измерение среднего значения выходного напряжения (постоянная составляющая) в схеме выпрямительного моста.

5.  Сравнение максимального напряжения на диодах в мостовом и однополупериодном выпрямителях.

6.  Сравнение частот выходного напряжения в мостовом и однохполупериодном выпрямителях.

7.  Вычисление максимального обратного напряжения Umax на диоде выпрямительного моста.

8.  Исследование влияния конденсатора на форму выходного напряжения однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей.

9.  Исследование влияния величины емкости конденсатора фильтра на среднее значение выходного напряжения.

10.  Сравнение среднего значения выходного напряжения для однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей с емкостным фильтром.

Виртуальные приборы и элементы:  Мультиметр;     Осциллограф;     Источник переменного напряжения 120 В; Трансформаторы;     Кремниевые диоды 1N4001;       Резисторы  ;  Конденсаторы.

Краткие сведения из теории

3.1.  Однополупериодный и мостовой выпрямители

Коэффициент трансформации определяется отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки трансформатора и  в данной схеме  составляет 20:1.

Среднее значение выходного напряжения U_d (постоянная составляющая) мостового выпрямителя  вычисляется по формуле:

где максимум вторичного напряжения на полной обмотке трансформатора U_2m вычисляется по формуле:

Здесь U_1m ^- максимальное значение напряжения на первичной обмотке трансформатора.

Максимальное обратное напряжение U_max на каждом диоде для схемы с выпрямительным  мостом равно напряжению на вторичной обмотке.

Частота выходного напряжения f для схемы с двухполупериодным мостовым выпрямителем вычисляется по формуле: f=l/T, где Т - период напряжения на выходе выпрямителя.

Рис.3.1.Однофазный мостовой выпрямитель

3.2. Емкостной фильтр на выходе выпрямителя

Если включить на выход любого из выпрямителя, рассмотренного в разделе 3.1 , конденсатор, то переменная составляющая выходного напряжения будет ослаблена. Среднее значение выходного напряжения U_d выпрямителя с емкостным фильтром может быть приближенно оценено из соотношения:                                     |

Рис.3.2. Однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром

Для оценки качества фильтра обычно используют коэффициент пульсаций k_п выходного напряжения, который вычисляется из соотношения:

Коэффициент сглаживания фильтра можно определить как отношение коэффициента пульсаций до подключения фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе после подключения фильтра.

Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Исследование однополупериодного выпрямителя и определение коэффициента пульсаций.

·  Откройте файл с9_051. На вход  А осциллографа подается входное напряжение, а на вход В - выходное.

·  Измерьте максимум выходного напряжения U_2max и разность между максимумом и минимумом выходного напряжения U. Зарисуйте осциллограммы в раздел "Результаты экспериментов".

·  Вычислите среднее значение выходного напряжения  по результатам измерений U_d.

·   Запишите постоянную составляющую выходного напряжения по показаниям мультиметра. Сравните значения, полученные обоими методами,                         

·   Вычислите коэффициент пульсаций выходного сигнала

Эксперимент 2. Определение коэффициента пульсаций однополупериодного выпрямителя  с емкостным фильтром.

• Отключите мультиметр в схеме. Установите емкость конденсатора равной 100 мкФ. Включите схему.
• Измерьте максимум выходного напряжения и разность между максимумом и минимумом напряжений на выходе выпрямителя по показаниям осциллографа. Результат запишите в раздел "Результаты экспериментов".
• Вычислите среднее значение напряжения U_d .
• Вычислите коэффициент пульсаций выходного напряжения.
• Рассчитайте коэффициент сглаживания фильтра по результатам экспериментов и по параметрам фильтра, сравните полученные значения.
• Измените емкость конденсатора в  схеме до 470 мкФ, повторите измерения