Исследование однофазных выпрямителей

Общие сведения

В цепи с полупроводниковым диодом (рис. 15.1) установившийся ток может протекать только при определенной полярности приложенного к диоду напряжения. При изменении полярности напряжения диод запирается и ток прекращается. В результате при синусоидальном приложенном напряжении uвх в нагрузке протекает пульсирующий ток одного направления. Такую же форму имеет и выпрямленное напряжение на нагрузке ud. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры. Простейшим фильтром является конденсатор, подключенный параллельно нагрузке. Тогда при открытом состоянии диода конденсатор заряжается, а при закрытом – разряжается на нагрузку. Ток и напряжение на нагрузке становятся непрерывными, пульсации уменьшаются, и увеличивается среднее значение напряжения на нагрузке. Кривая ud(t) для этого случая показана на рис.15.1 пунктиром.

Рис.15.1

При исследовании выпрямителей применяются следующие обозначения:

uвх, Uвх Uвхmax— мгновенное, действующее и амплитудное значения синусоидального входного напряжения;

ud, Ud, Udmax, Udmin — мгновенное, среднее, максимальное, минимальное значения выходного (выпрямленного) напряжения;

Umax~ - амплитуда переменной составляющая выпрямленного напряжения, которая в первом приближении может быть определена их графика (рис.15.1):

;

fп — частота пульсаций выходного напряжения;

m = fпульс / fвх — число пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питания;

— коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

В однополупериодном выпрямителе без фильтра:

Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из четырёх диодов,(рис. 15.2). При положительном полупериоде входного напряжения диоды Д2 и Д4 открыты и через них течёт ток в нагрузку. Диоды Д1 и Д3 в этот момент закрыты.При отрицательном полупериоде диоды Д2 и Д4 закрываются, но открываются диоды Д1 и Д3 пропуская ток в нагрузку в том же направлении. По сравнению с однополупериодным выпрямителем в двухполупериодном в два раза увеличивается постоянная составляющая выпрямленного напряжения и в два раза увеличиваетя частота пульсации, что облегчает задачу сглаживания пульсаций фильтрами.

Рис.15.2

В двухполупериодном выпрямителе без фильтра:

Экспериментальная часть

Задание

Исследовать экспериментально основные параметры однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно принципиальной схеме (рис. 15.3) и монтажной (рис. 15.4) сначала без сглаживающего фильтра (С=0). Включите мультиметры: V1 – для измерения действующего значения синусоидального напряжения, V2 – для измерения постоянного напряжения.

Включите и настройте осциллограф. Установите развертку 5 мс/дел.

Сделайте измерения и запишите в табл. 15.1. значения: UВХ - по мультиметру V1, Ud - по мультиметру V2 , Udмах и Udmin - по осциллографу, m = fпульс / fвх.

Рассчитайте и запишите в табл. 15.1 коэффициенты Ud / UВХ, Umax~ и kпульс.

Рис.15.3

Рис. 15.4

Параллельно нагрузочному резистору RН подключите сглаживающие конденсаторы C c емкостями, указанными в табл. 15.1 (не ошибитесь с полярностью при подключении электролитических конденсаторов!), повторите измерения и вычисления.

Таблица 15.1

Соберите цепь двухполупериодного мостового выпрямителя согласно монтажной схеме рис. 15.5, повторите все измерения и вычисления. Результаты сведите в табл.15.2.

Рис.15.5

Таблица 15.2