ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ФИЛЬТРОМ

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 UН.

- Коэффициент пульсаций – q = UП/UН, где UП – переменная составляющая первой основной гармоники выпрямленного напряжения,

- Выходное сопротивление выпрямителя – RВЫХ = ∆UН/∆IН,
здесь ∆UН – изменение напряжения на нагрузке при изменении тока нагрузки на величину ∆IН.

- Мощность в нагрузке – РН = UHIH.

- 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 RН снимите зависимости напряжения на нагрузке UН и напряжения пульсаций UП от тока нагрузки IН.

Максимальное значение тока нагрузки должно быть близко к допустимому току диода IДОП, но не превышать его. Результаты измерений занесите в таблицу 4.

4.2.2 Установите ток нагрузки равный примерно IДОП/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.

С1
Переключите второй вход осциллографа от точки Б к резистору 1Ом (точка А).

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.
(IД = U1/R = U1/1, здесь U1 – 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 IДОП /2.
Соберите схему выпрямителя с емкостным фильтром (C-фильтр), для чего подключите емкость С1 к точке В.

Изменяя значение емкости от 0,5 мкФ до 500 мкФ снимите зависимости напряжений UН и UП от величины емкости С1.

Результаты измерений занесите в таблицу 5.

Табл. 5. Влияние емкости С1.

С1, мкФ 0,5
UН, В                
UП, В                

 

4.2.4 Установите значение емкости С1 = 200мкФ, IН=IДОП/2.

Раскройте осциллограф, измерьте максимальное значение тока через диод. Результат измерения занесите в протокол.

 

Переключите осциллограф к точке Б. Снимите осциллограмму напряжения на нагрузке UН. 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 UНхх. Оно будет близко к амплитудному напряжению на выходе выпрямителя Um. Проверьте соотношение Um=p·UН,
где UН – напряжение на нагрузке выпрямителя без фильтра.

Подключите нагрузку.

4.2.6 При значении емкости С1 = 200мкФ снимите зависимости UН = F(IН) и UП = F(IН). Результаты измерений занесите в таблицу 4. Ток нагрузки IН 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 С1 уже включена.

Установите С1 = С2 = 100мкФ. Величину индуктивности дросселя установить такой величины, что была получена в расчете пункта 2.2.
Снимите зависимости UН = F(IН) и UП = F(IН).

Результаты измерений занесите в таблицу 4.

Установить ток нагрузки
IН = IДОП/2. Записать напряжение пульсаций вольтметр V2. Переключить этот вольтметр к емкости С1 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
РН = UН·IН.


php"; ?>