рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Краткие сведения из теории

Краткие сведения из теории - Методические Указания, раздел Информатика, Метрология и информационно-измерительные технологии Для Преобразования Переменного Напряжения В Постоянное Напряжение Применяют В...

Для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение применяют выпрямительные устройства. В выпрямительное устройство обычно входят трансформатор, один или несколько диодов, сглаживающий фильтр, электронный стабилизатор постоянного напряжения. В зависимости от условий работы отдельные элементы выпрямительного устройства могут отсутствовать.

Выбор той или иной схемы источника напряжения вторичного питания обусловлен параметрами питающей сети, требованиями к выходным электрическим параметрам, конструктивным особенностями устройства, температурным диапазоном работы, сроком службы, гарантированной надежностью и перечнем разрешенных к применению элементов.

В большинстве случаев для питания измерительных приборов используется однофазная сеть, с действующим значением напряжения 220 В, 50 Гц.

Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 6.1.

Рисунок 6.1 ‑ Схема однополупериодного выпрямителя

 

Для упрощения анализа будем считать диод идеальным, т.е. будем полагать, что его сопротивление в прямом направлении равно нулю, а в обратном - бесконечности. Тогда в течение первого полупериода входного напряжения, когда на аноде диода VD будет положительный относительно катода потенциал, диод будет открыт.

Напряжение u2 на вторичной обмотке трансформатора будет непосредственно приложено к нагрузке Rн и в ней возникнет ток iн (рис. 6.2), который будет повторять форму напряжения на вторичной обмотке трансформатора. В течение второго полупериода входного напряжения на аноде диода VD будет отрицательный относительно катода потенциал, диод будет закрыт, а ток в нагрузке окажется равным нулю. Рисунок 6.2 ‑ временные диаграммы однополупериодного выпрямителя.

Постоянная составляющая выходного напряжения однополупериодной схемы выпрямителя

, (6.1)

где u2действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Из переменных составляющих максимальную амплитуду u1m имеет составляющая с частотой ω, которая может быть легко найдена из разложения выходного напряжения в ряд Фурье. В однополупериодной схеме выпрямителя u1m = 1,57 u0, т.е. пульсации выходного напряжения велики, что является ее существенным недостатком.

При проектировании однополупериодных выпрямителей важно правильно выбрать тип диода, который удовлетворительно работал бы в такой схеме. Этот выбор проводят на основе двух соображений. Во-первых, допустимый ток диода должен превышать величину im. Во-вторых, диод должен обладать определенной электрической прочностью. Последняя связана с тем, что в течение тех полупериодов, когда диод закрыт, к нему приложено напряжение, равное напряжению на вторичной обмотке трансформатора, причем это напряжение имеет обратную для диода полярность («минус» на аноде). Максимальная величина этого напряжения, называемая обратным напряжением uобр, в нашем случае равна амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора, т. е. в однополупериодной схеме выпрямителя

uобр = u2m , (6.2)

а допустимое обратное напряжение диода должно быть больше u1m.

Один из вариантов двухполупериодного выпрямителя, собранного по мостовой схеме, приведен на рис. 6.3,а. Здесь переменное напряжение подводится к одной диагонали моста, а выпрямленное напряжение снимается с другой.

Рассмотрим работу схемы. Пусть в некоторый момент времени переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора таково, что потенциал точки а выше потенциала точки в. Тогда от точки а («+» источника напряжения) ток будет проходить через диод VD1 к точке г, далее через нагрузку к точке б и через диод VD3 к точке в («-» источника напряжения). В течение следующего полупериода, когда потенциал точки в выше потенциала точки а, ток от точки в будет проходить через диод VD4 нагрузку и диод VD2 к точке а. Для первого полупериода направление тока показано сплошными стрелками, для второго полупериода - пунктирными стрелками. В любой полупериод ток через нагрузку проходит в одном направлении.

Временные диаграммы напряжений и токов для мостовой схемы выпрямителя приведены на рисунке 6.3,б.

Рисунок 6.3 ‑ Схема (а) и временные диаграммы (б) двухполупериодного выпрямителя

Отношение действующего значения напряжения вторичной обмотки к среднему значению выпрямленного напряжения равно коэффициенту формы синусоидального напряжения, поэтому

. (6.3)

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле равно амплитудному значению приложенного напряжения, так как в один из полупериодов, когда ток проходит через диоды 1 и 3, диоды 2 и 4 оказываются включенными параллельно и к ним приложено напряжение u2, а в другой полупериод напряжение и2 приложено к параллельно включенным диодам 1 и 3. Таким образом,

. (6.4)

Среднее значение тока вентиля

. (6.5)

Емкостной фильтр Сф включают параллельно нагрузочному резистору Rн (рис. 6.3,а). При таком включении конденсатор Сф заряжается через диод до амплитудного значения напряжения u2m в момент времени, когда напряжение u2 на вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение uс на конденсаторе (рис.6.3,б).

Этому режиму соответствует интервал времени tx…t2. В течение интервала времени t2…t3 напряжение uс > u2, диод закрыт, а конденсатор разряжается через нагрузочный резистор Rн с постоянной времени m = Сф·Rн. При этом напряжение uн снижается до некоторого наименьшего значения. Начиная с момента времени t3, напряжение uс на конденсаторе становится меньше напряжения u2. Диод открывается, конденсатор Сф начинает заряжаться, и процессы повторяются. Как показывают временные диаграммы (рис. 6.3,б), при включении емкостного фильтра напряжение ин не уменьшается до нуля, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения.

Временные диаграммы двухполупериодного мостового выпрямителя с емкостным фильтром (рис. 6.3,в) приведены на рис. 6.3,г.

 

Рисунок 6.3 ‑ Схемы емкостных фильтров с однополупериодным (а)

и мостовым (в) выпрямителями; временные диаграммы напряжений и токов

однополупериодного (б) и мостового (г) выпрямителей с емкостным фильтром

 

Емкость конденсатора Сф выбирают такой величины, чтобы для основной гармоники выпрямленного напряжения сопротивление конденсатора было много меньше Rн, т.е.

или . (6.6)

При таком выборе величины емкости конденсатора постоянная времени разряда τраз значительно больше периода изменения выпрямленного напряжения

, (6.7)

и конденсатор Сф разряжается сравнительно медленно, т.е. напряжение на нем уменьшается несущественно. Это приводит к увеличению среднего значения напряжения на нагрузочном резисторе и, по сравнению с величиной uн ср при отсутствии фильтра и уменьшению переменной составляющей, а, следовательно, к снижению коэффициента пульсаций ε.

При использовании емкостных фильтров следует иметь в виду, что импульсы тока при открытом диоде определяются сопротивлениями диода

Такие скачки тока могут привести к выходу диода из строя. Это особенно опасно для полупроводниковых и ионных электровакуумных диодов, так как их сопротивления при прямом включении имеют небольшую величину. Для ограничения величины тока через диод последовательно с ним следует включать добавочный резистор.

Применение емкостного фильтра более эффективно при высокоомном нагрузочном резисторе, так как выпрямленное напряжение и коэффициент сглаживания имеют большие величины, чем при низкоомном нагрузочном резисторе.

Оценка сглаживающего действия фильтра производится по коэффициенту фильтрации р, под которым понимают отношение коэффициента пульсации по основной гармонике на входе фильтра εх к коэффициенту пульсации на его выходе

. (6.8)

Для практических расчетов обычно под коэффициентом пульсации понимают отношение

, (6.9)

где ‑ амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения;

uср ‑ среднее значение выпрямленного напряжения, равное постоянной составляющей ряда Фурье.

Пример определения коэффициента пульсации напряжения на входе выпрямителя с фильтром приведен на рис. 6.4.

При работе выпрямительного устройства часть выпрямленного напряжения падает на активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора и на прямом сопротивлении открытого диода. Следовательно, с ростом величины выпрямленного тока iн ср увеличивается падение напряжения на этих сопротивлениях и напряжение на нагрузочном устройстве uн уменьшается.

Зависимость uн = f(iн) называется внешней характеристикой. Эта характеристика является одной из важнейших характеристик выпрямительного устройства. Сопротивление открытого диода зависит от величины тока, поэтому и зависимость uн = f(iн) нелинейна (рис. 6.5, кривая 1). Если в выпрямительное устройство включен фильтр, то зависимость uн = f(iн) изменится. Емкостному фильтру соответствует кривая 2. Помимо емкостных фильтров, для фильтрации выпрямленного напряжения можно использовать индуктивность (дроссель), включаемую последовательно с сопротивлением нагрузки

Рисунок 6.4 ‑ Определение пульсаций выпрямителя Рисунок 6.5 ‑ Внешние характеристики выпрямителей

 

Эксперимент 1: Исследование однополупериодного выпрямителя

Однополупериодная схема, представленная на рис. 6.6, является простейшей схемой выпрямителя. Она характеризуется низким коэффициентом использования трансформатора и большой амплитудой пульсаций выпрямленного напряжения. Требует использования сглаживающего фильтра.

Рисунок 6.6 Схема к эксперименту 1

 

1. Создайте схему рис. 6.6. Используйте диод 1N4009. Сначала следует исследовать работу выпрямителя без емкостного фильтра, отключив его. На вход А осциллографа подается входной сигнал, а на вход В ‑ выходной. Сохраните осциллограммы.

2. Измерьте максимальные входные и выходные напряжения. Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя (резистор R1), снимите показания вольтметра и амперметра, занеся их в таблицу 6.1.

Снимите характеристику однополупериодного выпрямителя, работающего без емкостного фильтра. Затем подключите емкостный фильтр и снимите и характеристику выпрямителя с фильтром.

Сохраните осциллограммы напряжений при двух различных значениях емкостей фильтрующего конденсатора.

Таблица 3.1 - Внешняя характеристика однополупериодного выпрямителя

 

Параметр Без фильтра С емкостным фильтром
uн                    
iн, мА                    
                       

Вычислите для этих значений емкостей конденсатора фильтра среднее значение напряжения и коэффициент пульсаций.

 

Эксперимент 2: Исследование двухполупериодного выпрямителя

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Метрология и информационно-измерительные технологии

Методические указания к лабораторным работам По курсу для бакалавров направления подготовки 6.051001 «Метрология и информационно-измерительные технологии». Национальный технический университет.. Харьковский политехнический институт.. Методические указания к лабораторным работам По курсу для..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Краткие сведения из теории

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

По курсу
«МИКРО - И НАНОЭЛЕКТРОНИКА» для бакалавров направления подготовки 6.051001 «Метрология и информационно-измерительные технологии» дневного и заочного отде

Основные принципы создания схемы
Работа с электронной системой моделирования EWB включает в себя три основных этапа: создание схемы, выбор и подключение измерительных приборов, и, наконец, активация схемы – расчет процессов, проте

Описание основных элементов библиотеки
В электронной системе Electronic Workbench имеется четырнадцать разделов библиотеки компонентов, которые могут быть использованы при моделировании. Ниже приводится краткая справка по основным компо

Мультиметр (Multimetr)
Мультиметр используется для измерения: напряжения (постоянного и переменного); тока (постоянного и переменного); сопротивления; уровня напряжения в децибелах. Для настро

Функциональный генератор (Function Generator)
Функциональный генератор является идеальным источником напряжения, который вырабатывает сигналы синусоидальной, прямоугольной или треугольной формы. На экран выводится уменьшенное изображение генер

Осциллограф (Oscilloscope)
Виртуальный осциллограф, который имитируется программой Electronіcs Workbench, представляет собой аналог двухлучевого запоминающего осциллографа и имеет две модификации: простую и расширенную. Из-з

Измеритель ачх и фчх (bode plotter)
На схему выводится уменьшенное изображение измерителя АЧХ и ФЧХ(рис. 12). Подключение прибора к исследуемой схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход).

Постоянного напряжения
Собрать схему в соответствии с рис.1.3. Источник питания +12V и заземление (обязательное в большинстве схем) переносится при помощи манипулятора мышь c панели источники (Sourсes

Эксперимент 2. Измерение величины постоянного тока
Собрать схему в соответствии с рис.1.4. Мультиметр должен быть включен в режиме измерения силы тока (А). Получить значение величины постоянного тока I = 12.00 mA. Изме

Эксперимент 3. Измерение сопротивления омметром
Собрать схему в соответствии с рис 1.5. Мультиметр в режиме измерения сопротивлений (Ω). Получить заданное значение сопротивления R =1.0000 кОм Изменить величину

Краткие сведенья из теории
Одним из видов преобразований сигнала является изменение его амплитуды. Обычно – это получение данного напряжения Uвых из большего по величине Uвх. Эта операция выполняется де

Эксперимент 1. Исследование резистивного делителя напряжения
1. Соберите схему делителя напряжения, представленную на рис. 2.1. при R1 = R2 = 10 кОм. Подайте на него напряжение UВХ (варианты напряжений приведены в табл.2.1).

Краткие сведения из теории
1. Комплекс емкостного сопротивления , (3.1) где хС ‑ модуль емкостного сопротивления вычисляется по форм

Эксперимент 1. Резистор на переменном токе
Исходные данные: Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В и величину сопротивления R2, Ом взять из табл.3.1. 1.1. Измерение действующего знач

Эксперимент 2. Конденсатор на переменном токе
Исходные данные:Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В и величину емкости С1, мкФ взять из табл.3.3. 2.1.

Эксперимент 3. Катушка индуктивности на переменном токе
Исходные данные: Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В и величину индуктивности L1, мГн взять из табл.3.5.

Эксперимент 4. RC-цепь на переменном токе
Исходные данные: Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В, величину сопротивления R2, Ом и величину емкости С1, мкФ взять из табл.3.7.

Эксперимент 5. RL-цепь на переменном токе
Исходные данные: Частота f = 50 Гц, R1 = 1 Ом. Действующее значение напряжения Е, В, величину сопротивления R2, Ом и величину индуктивности L1, мГн взять из табл.3.9.

Краткие сведенья из теории
Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на явлениях, происходящих на границе двух полупроводников с различными видами проводимости: p-типа и n-типа. Переход между д

Тока через диод
1. Соберите схему, представленную на рис. 4.6. Включите схему. Мультиметр покажет напряжение на диоде Uпр при прямом смещении. Переверните диод и снова запустите схему. Теперь мультиметр

Эксперимент 4. Снятие вольтамперной характеристики диода
1. Прямая ветвь ВАХ. Соберите схему, представленную на рис. 4.8. Включите схему. Последовательно устанавливая значения ЭДС источника Е, В из табл. 4.2, запишите полученные значения напряже

Краткие сведенья из теории
Стабилитроном называют кремниевый полупроводниковый диод, ВАХ которого имеет участки малой зависимости напряжения от тока (рис. 5.1).

Через стабилитрон
Соберите схему, представленную на рис. 5.3. Тип стабилитрона, для соответствующего варианта представлен в таблице 5.1. Для всех экспериментов использовать выбранный тип диода. Таб

Параметрического стабилизатора
Соберите схему, представленную на рис. 5.3. 1. Подключите резистор RL =75 Ом параллельно стабилитрону. Значение источника ЭДС установите равным 20 В. Включите с

С отводом от средней точки трансформатора
Двухполупериодная схема с выводом от средней точки, изображена на рис. 6.7, обеспечивает больший коэффициент использования трансформатора и меньший, по сравнению с однополупериодным выпрямителем, у

Биполярные транзисторы
Различают кремниевые и германиевые транзисторы. Они бывают p-n-p и n-p-n типа, на рис. 7.1 показаны их обозначения. Биполярный транзистор можно рассматривать как д

Полевые транзисторы
Полевой транзистор управляется электрическим полем, практически без затраты мощности управляющего сигнала. Среди полевых транзисторов различают шесть типов, их условные обозначения в электрических

Эксперимент 5. Определение зависимости выходного напряжения от входного для схемы с общим истоком и истокового повторителя
Схема с общим истоком соответствует схеме с общим эмиттером для биполярного транзистора. Схема с общим истоком (истоковый повторитель) обладает значительно большим сопротивлением, чем схема с общим

Краткие сведения из теории
Интегрирующие и дифференцирующие цепочки широко применяются в импульсной технике для следующих целей: Интегрирующая цепочка: - для получения сигналов, пропорциональных интегралу о

Интегрирующие и дифференцирующие цепи
  Рисунок 8.1 ‑ Дифференцирующая RC-цепь   Напряжение на резисторе R (рис.8.1)

Постоянная времени
Произведение τ = RC называют постоянной времени цепи. Если R измерять в Омах, а С – в Фарадах, то произведение RC будет измеряться в секундах. Для конденсатора емкостью 1 мкФ, подключ

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги