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 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_HI_H.

- Коэффициент сглаживания фильтра – S_СГ = q_вх/q_н, где q_вх – амплитуда пульсаций на входе фильтра, q_н - 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 I_Н (V4) предназначен для измерения постоянной составляющей тока нагрузки. Вольтметры U_Н (V3) и U_П (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 R_Н состоит из резисторов R_Н, R1 и сопротивления величиной 1Ом. Последнее предназначено для измерения амплитуды тока через диод. Сопротивление R1 = U₂/(2I_ДОП), R_Н= U₂/I_min, где I_ДОП – допустимый ток через диод, для приведенных в таблице вариантов диодов принять
I_ДОП = 500мА, I_min=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.

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.
(I_Д = 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 I_ДОП /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 U_Н и U_П 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, 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 Um. Проверьте соотношение Um=p·U_Н,
где U_Н – напряжение на нагрузке выпрямителя без фильтра.

Подключите нагрузку.

4.2.6 При значении емкости С1 = 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 С1 уже включена.

Установите С1 = С2 = 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 = I_ДОП/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
Р_Н = U_Н·I_Н.