Исследование двухполупериодного полупроводникового выпрямителя

Особенностью LC-фильтров являются небольшие потери, позволяющие применять их в установках с относительно большим током нагрузки. В маломощных выпрямителях (ток до 10-15 мА) можно применять RC-фильтры. Их недостатком является низкий кпд. Обычно на резисторе теряется до 10% выпрямленного напряжения, что допустимо только в маломощных источниках питания. В зависимости от способа соединения входящих в фильтр элементов фильтры подразделяются на Г-образные: одно — и двухзвенные, П-образные и Т-образные (рис.1.4).

Важной характеристикой фильтров является коэффициент сглаживания q = Кп1/Кп2, где: Кп1 – коэффициент пульсаций на входе фильтра, Кп2 – коэффициент пульсаций на выходе фильтра.

Ход работы

Упражнение 1. Исследование однополупериодного полупроводникового выпрямителя.

·  Включите лабораторный щит в сеть.

·  Подключите осциллограф к гнездам Г1 и Г2.

·  Переведите тумблеры в положение: В1 – «Двухполупериодный»;

В10 – «Выкл»; В7 – «Вкл».

·  Отключите элементы фильтров (В5, В6 – «Выкл»; В3, В4 – «Вкл»).

·  Начертите в отчете оси координат и зарисуйте осциллограмму напряжения на нагрузке однополупериодного выпрямителя. Имейте при этом в виду, что приведенные на экране осциллографа деления условны и к осям координат не имеют никакого отношения, поскольку изображение на экране осциллографа можно перемещать по вертикали и горизонтали ручками, обозначенными символами «↕», «↔», соответственно.

Упражнение 2. Исследование двухполупериодного полупроводникового выпрямителя.

·  Переведите тумблер В10 в положение «Вкл».

·  Подключите осциллограф к гнездам Г3 и Г6.

·  Подготовьте оси координат и зарисуйте осциллограммы напряжений в следующих случаях:

– при отключенных элементах фильтра (Размер изображения по вертикали выведите на весь экран осциллографа и при следующих измерениях в этом упражнении его не изменяйте).

– при подключении к выпрямителю одного конденсатора (тумблером В5).

– при подключении одного дросселя.

– при подключении Г-образного RC-фильтра.

– при подключении Г-образного LC-фильтра.

– при подключении П-образного RC-фильтра.

– при подключении П-образного LC-фильтра.

·  Сопоставьте полученные осциллограммы между собой. Сделайте выводы.

Упражнение 3. Исследование мостовой схемы выпрямителя.

·  Переведите тумблер В1 в положение «Мостовой».

·  Повторите задания Упражнения 2.

Упражнение 4. Исследование качества сглаживания пульсаций простейшими фильтрами.

·  Подключите осциллограф к гнездам Г3 и Г6.

·  Подключите к мостовому выпрямителю нагрузку тумблером В7.

·  Подключите к выпрямителю в качестве сглаживающего фильтра один конденсатор тумблером В5.

·  Зарисуйте осциллограммы напряжений на выходе фильтра при минимальном и максимально возможном токе нагрузки.

·  Сделайте вывод о влиянии тока нагрузки на качество сглаживания пульсаций конденсатором.

·  Подключите параллельно первому конденсатору второй тумблером В6, увеличив тем самым емкость конденсатора фильтра.

·  Сделайте вывод о влиянии емкости конденсатора фильтра на качество сглаживания пульсаций.

·  Подключите к выпрямителю в качестве сглаживающего фильтра только дроссель тумблером В3.

·  Зарисуйте осциллограммы напряжений на выходе фильтра при минимальном и максимально возможном токе нагрузки.

·  Сделайте вывод о влиянии тока нагрузки на качество сглаживания пульсаций дросселем.

Упражнение 5. Исследование нагрузочных характеристик выпрямителя.

·  Подключите к мостовому выпрямителю нагрузку тумблером В7.

·  Исследуйте зависимость U0=f(I0), изменяя с помощью реостата величину выпрямленного тока.

·  Полученные данные занесите в таблицу и в одних осях координат постройте графики для:

– Г-образного RC-фильтра.

– Г-образного LC-фильтра.

– П-образного RC-фильтра.

– П-образного LC-фильтра.

·  Сопоставьте результаты между собой. Сделайте выводы.

Упражнение 6. Измерение коэффициента сглаживания фильтра.

·  Подключите к гнездам Г3 и Г6 цифровой вольтметр В7-16А.

·  Измерьте действующие значения переменной составляющей напряжения на выходах фильтров Uд при нескольких одинаковых для всех фильтров значений тока нагрузки I0 для:

– Г-образного RC-фильтра.

– Г-образного LC-фильтра.

– П-образного RC-фильтра.

– П-образного LC-фильтра.

·  Вычислите коэффициенты пульсаций на выходе фильтров.

·  Вычислите коэффициенты сглаживания фильтров, приняв Кп1=0,67.

·  Занесите результаты вычислений в таблицу:

·  Сопоставьте результаты между собой и сделайте выводы о качестве фильтров.

Контрольные вопросы

1.  Какие преимущества имеет схема двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однополупериодной?

2.  В чем преимущество мостовой схемы выпрямления по сравнению со схемой двухполупериодного выпрямления?

3.  Начертите схему мостового выпрямителя со сглаживающим фильтром и покажите пути протекания тока.

4.  Сравните свойства сглаживающих LC— и RC-фильтров.

5.  Для чего диоды в выпрямителях могут соединяться последовательно?

6.  Почему при последовательном соединении полупроводниковых диодов в выпрямителе их шунтируют резисторами?

7.  Что такое коэффициент сглаживания фильтра и как зависит его величина от емкости конденсаторов фильтра и тока нагрузки?

8.  С какой частотой пульсирует напряжение на нагрузке в случае однополупериодного выпрямителя, двухполупериодного?

9.  Какую функцию выполняют конденсаторы С1, С2 и дроссель в сглаживающем фильтре?

10. Приведите пример схемы умножения напряжения.

11. Как влияет емкость конденсаторов фильтра и сопротивление нагрузки на амплитуду пульсаций?

12. Почему при малом токе нагрузки дроссель плохо сглаживает пульсации на выходе выпрямителя?

Содержание отчета

1.  Наименование и цель работы.

2.  Схемы выпрямителей с краткой характеристикой их элементов.

3.  Таблицы наблюдений и расчеты, графики характеристик.

4.  Краткие ответы на контрольные вопросы.

5.  Выводы.

Лабораторная работа 2
Исследование электронных ламп

Цель работы: Исследование статических и динамических характеристик электронных ламп и определение их статических параметров.

Оборудование: Лабораторный макет.

Рекомендательный библиографический список: [4], Гл.4: §§ 4.1– 4.6; [3], Гл.11: §§ 11.1, 11.2.

Как уже упоминалось в предисловии, электронные лампы в настоящее время в основном используются в высококачественных усилителях звуковой частоты, поскольку в ламповых усилителях удается получить более мягкое и естественное звучание, в них отсутствует один из недостатков транзисторных усилителей, так называемое «металлическое» звучание. Вместе с тем, принцип действия электронных ламп основан на таких физических процессах, как явление термоэлектронной эмиссии и протекание тока в вакууме.

В соответствии с ГОСТ электровакуумным прибором называют прибор, в котором рабочее пространство, изолированное газонепроницаемой оболочкой, имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной средой (парами, газами) и действие которого основано на использовании электрических явлений в вакууме или газе.

В данной работе рассматриваются только электровакуумные приборы, действие которых основано на использовании электрических явлений в вакууме. Непременным элементом каждого электровакуумного прибора является баллон, внутри которого создан вакуум.

Простейшей электронной лампой является диод, состоящий из двух электродов: анода и катода. В его работе используется поток свободных электронов, испускаемых разогретым металлическим электродом – катодом. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией. Величину анодного тока в диоде можно изменять с помощью напряжения на аноде.

Усиливать электрический сигнал диод не может.

Для управления относительно большим анодным током электронных ламп без затраты заметной мощности и получения усилительного эффекта в электронные приборы вводят дополнительные электроды – сетки, расположенные между катодом и анодом.

Трехэлектродная лампа, содержащая катод, анод и одну сетку (управляющую), называется триодом.

Величина анодного тока трехэлектродной лампы зависит от анодного Ua и сеточного Uс напряжений: Ia = f (Ua и Uс). Эта зависимость изображается в виде достаточно сложной поверхности. Поэтому для анализа работы триода исследуются два семейства плоских характеристик: