Цель работы
Экспериментальное определение параметров однополупериодного выпрямителя с фильтром.
Домашнее задание
Вычислить величину индуктивности дросселя индуктивно-емкостного фильтра рис. 2. (Индуктивность, используемая в качестве фильтра, называют дросселем). Резонансная частота параллельного контура LC-фильтра должна быть в десять раз больше частоты питающей сети.
L = 10/(2·π·ƒ)2·С [Гн],
С = 50,0 мкФ (емкости С1 и С2 включены последовательно по отношению к индуктивности), ƒ - частота питающей сети Гц. Частоту сети взять из таблицы вариантов.
Основные параметры выпрямителя с фильтром
- Выпрямленное напряжение – напряжение на нагрузке U Н.
- Коэффициент пульсаций – q = U П/ U Н, где U П – переменная составляющая первой основной гармоники выпрямленного напряжения,
- Выходное сопротивление выпрямителя – R ВЫХ = ∆ U Н/∆ I Н,
здесь ∆ U Н – изменение напряжения на нагрузке при изменении тока нагрузки на величину ∆ I Н.
- Мощность в нагрузке – Р Н = U H I H.
- Коэффициент сглаживания фильтра – SСГ = qвх/qн, где qвх – амплитуда пульсаций на входе фильтра, qн - амплитуда пульсаций на выходе фильтра.
Подготовка к работе
Схема выпрямителя с фильтром
Соберите схему однополупериодного выпрямителя без фильтра в соответствии с рисунком 6 (емкость С1 пока не подключать!).
Установите в схему диод, заданный согласно варианту.
Входное напряжения источника Е~ и его частота указаны в варианте. В качестве трансформатора использовать модель трансформатора со средней точкой, имеющийся в наборе элементов.
На схеме амперметр IН (V4) предназначен для измерения постоянной составляющей тока нагрузки. Вольтметры UН (V3) и UП (V2) – для измерения постоянной и переменной (напряжение пульсаций) составляющих напряжения нагрузки, вольтметр U~ (V1) - для измерения входного переменного напряжения U2.
Входы осциллографа желательно выделить цветом.
Вольтметры V1 и V2 включить в режим АС – измерения переменного напряжения.
Сопротивление нагрузки RН состоит из резисторов RН, R1 и сопротивления величиной 1Ом. Последнее предназначено для измерения амплитуды тока через диод. Сопротивление R1 = U2/(2IДОП), RН= U2/Imin, где IДОП – допустимый ток через диод, для приведенных в таблице вариантов диодов принять
IДОП = 500мА, Imin=2 ÷ 3мА.
Порядок выполнения работы
4.2.1 Включите режим моделирования выпрямителя.
Изменяя величину сопротивления R Н снимите зависимости напряжения на нагрузке U Н и напряжения пульсаций U П от тока нагрузки I Н.
Максимальное значение тока нагрузки должно быть близко к допустимому току диода I ДОП, но не превышать его. Результаты измерений занесите в таблицу 4.
4.2.2 Установите ток нагрузки равный примерно I ДОП/2.
Дважды щелкнуть по изображению осциллографа, нажать кнопку Expand. Осциллограф прейдет в режим большого экрана. В окне
Time base треугольником установить скорость развертки 5,0 ms/div.
В окнах Canal A и В установить шкалу 20 v/div. Нажать клавишу Pause. Нижним «бегунком» переместить изображение в центр экрана. Захватить курсором красную риску, расположенную слева экрана и перетащить ее на максимальное значение синусоиды. В окне слева появится значение напряжений первого и второго каналов.
Срисуйте осциллограммы входного напряжения и напряжения на нагрузке.
По осциллограмме определите амплитудное значение обратного напряжения на диоде.
Закрыть осциллограф, нажав клавишу Reduce.
|
Раскройте осциллограф кнопка Expand. Включить моделирование, через
3 – 5 секунд нажать кнопку Pause.
Снимите осциллограмму тока через диод, увеличив чувствительность второго канала.
По осциллограмме определите максимальную амплитуду тока через диод.
(I Д = U 1/ R = U 1/1, здесь U 1 – напряжение на резисторе 1Ом).
Осциллограф оставьте подключенным к точке А и закройте его.
Табл. 4. Влияние изменения тока нагрузки на выходное напряжение.
| IН, мА | IДОП/2 | IДОП | ||||||||||
| Пункт 4.2.1 | UН, В | |||||||||||
| UП, В | ||||||||||||
| Пункт 4.2.6 | UН, В | |||||||||||
| UП, В | ||||||||||||
| Пункт 4.2.7 | UН, В | |||||||||||
| UП, В | ||||||||||||
4.2.3 В выпрямителе без фильтра установить ток нагрузки равный примерно I ДОП /2.
Соберите схему выпрямителя с емкостным фильтром (C-фильтр), для чего подключите емкость С 1 к точке В.
Изменяя значение емкости от 0,5 мкФ до 500 мкФ снимите зависимости напряжений U Н и U П от величины емкости С 1.
Результаты измерений занесите в таблицу 5.
Табл. 5. Влияние емкости С 1.
| С 1, мкФ | 0,5 | |||||||
| U Н, В | ||||||||
| U П, В |
4.2.4 Установите значение емкости С 1 = 200мкФ, I Н= I ДОП/2.
Раскройте осциллограф, измерьте максимальное значение тока через диод. Результат измерения занесите в протокол.
Переключите осциллограф к точке Б. Снимите осциллограмму напряжения на нагрузке U Н. Результаты измерений занесите в протокол.
По осциллограмме измерьте максимальное обратное напряжение на диоде и запишите в протокол.
4.2.5 Отключите нагрузку (режим холостого хода) и измерьте напряжение U Нхх. Оно будет близко к амплитудному напряжению на выходе выпрямителя U m. Проверьте соотношение U m=p· U Н,
где U Н – напряжение на нагрузке выпрямителя без фильтра.
Подключите нагрузку.
4.2.6 При значении емкости С 1 = 200мкФ снимите зависимости U Н = F(I Н) и U П = F(I Н). Результаты измерений занесите в таблицу 4. Ток нагрузки I Н не должен превышать предельно допустимого для установленного в схеме диода.
4.2.7 Включите в схему выпрямителя П‑образный фильтр рисунок 7.
Фильтр включается между точками В и Б выпрямителя. Емкость С 1 уже включена.
Установите С 1 = С 2 = 100мкФ. Величину индуктивности дросселя установить такой величины, что была получена в расчете пункта 2.2.
Снимите зависимости U Н = F(I Н) и U П = F(I Н).
Результаты измерений занесите в таблицу 4.
Установить ток нагрузки
I Н = IДОП/2. Записать напряжение пульсаций вольтметр V2. Переключить этот вольтметр к емкости С 1 и измерить напряжение пульсаций.
4.2.8 Для режима пункта 4.2.7 записать значения напряжения и тока нагрузки и вычислить мощность, выделяющуюся в нагрузке
Р Н = U Н· I Н.
