Дослідження випрямляча – МАНЛаб


Дослідження випрямляча

Автор Атамась Артем
Науковий співробітник НЦ "Мала академія наук України", кандидат технічних наук. Сфера наукових інтересів: розвиток технологій наукової освіти.

Завдання роботи:

Дослідити роботу та властивості випрямляча.

Обладнання:

ПК з програмою Multisim 11.0.

Теоретична частина

Випрямлячем називається пристрій, призначений для перетворення змінного струму на постійний. У сучасній електронній техніці зазвичай використовують випрямлячі, побудовані за мостовою схемою з напівпровідникових діодів. В основу роботи випрямляча покладена основна властивість діода, яка полягає в однонаправленій провідності електричного струму.

Схема мостового випрямляча представлена на рисунку 1.

Рис. 1. Схема випрямляча

До виводів 1 та 2 підводиться змінна напруга з певною частотою. Коли миттєва полярність відповідає «+» на виводі 1, то проводять струм діоди VD1 та VD3. Струм при цьому проходить крізь діод VD1, опір навантаження Rн та діод VD3. Коли миттєва полярність змінюється на протилежну, проводять діоди VD2 та VD4. Струм при цьому проходить крізь діод VD2, опір навантаження Rн та діод VD4. Відтак напруга на опорі навантаження має постійну полярність. Конденсатор С згладжує пульсації напруги.

У схемі випрямляча на рис. 1 діоди VD1VD4 з’єднані за мостовою схемою. Ця частина схеми випрямляча називається діодним мостом. Отже, можна сказати, що мостовий випрямляч складається з діодного мосту та згладжувального конденсатору.

Вихідна постійна напруга випрямляча дорівнює амплітудному значенню вхідної змінної напруги.

Амплітудне значення змінної напруги визначається за формулою:

(1)

де UД – діюча змінна напруга.

Поняття «діюче значення струму» та «діюче значення напруги» були введені в електротехніці та електроніці для зручності. В основу цих понять покладено теплову (або механічну) дію електричного струму, що не залежить від його напрямку. Діюче значення змінного струму – це значення постійного струму, при якому за період змінного струму в провіднику виділяється стільки ж теплоти, скільки і при постійному струмі. Діюче значення змінної напруги відповідає діючому значенню змінного струму при його протіканні крізь опір навантаження.

У лабораторній роботі пропонується за допомогою програми Multisim 11.0 змоделювати та дослідити випрямляч, розрахувати теоретичне значення вихідної напруги та порівняти результати розрахунків з результатами вимірювань під час моделювання.

Хід роботи

  1. Запустіть програму Multisim 11.0.
  2. Зайдіть у меню «Вставить» – «Компонент».
  3. У вікні, що з’явилося, оберіть розділ «Diodes» та сімейство «Diode».
  4. Оберіть діод 1N4007 Натисніть «ОК» та поставте його в довільне місце робочого поля програми.
  5. Оберіть ще 3 таких самих діода та поставте їх поряд із першим.
  6. Оберіть розділ «Sources» (джерела).
  7. Оберіть сімейство «Power sources» (джерела живлення).
  8. Оберіть джерело живлення змінного струму «AC_Power», натисніть «ОК» та встановіть його поряд з іншими компонентами.
  9. Оберіть «Ground» (заземлення), натисніть «ОК» та встановіть його поряд з іншими компонентами.
  10. Закрийте вікно добору компонентів.
  11. За допомогою інструментів програми, з якими ви ознайомилися під час виконання попередніх лабораторних робіт, з’єднайте всі компоненти відповідно до схеми на рис. 1. Заземлення має бути з’єднаним з загальним (від’ємним, нульовим) провідником джерела живлення змінного струму.
  12. Оберіть у правому вертикальному меню осцилограф та встановіть його з правого боку від схеми (XSC1).
  13. З’єднайте канал «А» осцилографа XSC1 з виходом випрямляча.
  14. Оберіть у правому вертикальному меню ще один осцилограф та встановіть його з лівого боку від схеми (XSC2).
  15. З’єднайте канал «А» осцилографа XSC2 з джерелом змінного струму «AC_Power». Приклад побудованої схеми зображено на рисунку 2.

Рис. 2. Приклад побудованої схеми

  1. Подвійним клацанням лівою кнопкою миші на джерелі змінного струму «AC_Power» відкрийте вікно його налаштування.
  2. У вікні, що з’явилося, задайте параметри: діюче значення напруги «Напряжение (RMS)» – 12 V; частота F – 50 Hz (Герц). Запишіть діюче значення напруги до таблиці результатів у колонку UД, В.
  3. Закрийте вікно налаштування джерела змінного струму.
  4. Відкрийте вікна обох осцилографів подвійним клацанням лівої кнопки миші та встановіть їх у зручних місцях поля програми.
  5. Натисніть кнопку «Пуск» . Почалося моделювання роботи схеми. На осцилографах мають відтворюватися сигнали вхідної та вихідної напруг.
  6. Через декілька секунд натисніть кнопку «Стоп» поряд з кнопкою «Пуск».
  7. На екранах осцилографів знайдіть ділянки з записаними сигналами.
  8. Встановіть на екранах осцилографів зручні для роботи масштаби часу та рівня сигналу.
  9. За графіками сигналів вхідної та вихідної напруг за допомогою інструментів осцилографів (кнопки T1 та Т2 у нижній лівій частині вікна осцилографа) визначте амплітудні значення вхідної змінної та вихідної пульсуючої напруг (рисунок 3). Результати вимірювань запишіть до таблиці результатів – UA (вим.), В та UAпульс (вим.), В.

З отриманих осцилограм видно, що вихідна напруга діодного мосту пульсуюча, хоч і має постійну полярність. Це неприйнятне для пристроїв, які потребують живлення постійною напругою. Для отримання постійної напруги у схемі випрямляча, окрім діодного мосту, застосовується згладжувальний конденсатор С (рис. 1).

Рис. 3. Приклад записаних осцилограм сигналів вхідної та вихідної напруг з вимірюванням їх амплітудного значення

  1. Оберіть розділ «Basic» та сімейство «Capacitor» (конденсатор).
  2. Оберіть конденсатор ємністю 1μ (1 мкФ = 10-6 Ф) та підключіть його паралельно з виходом діодного мосту.
  3. Видаліть осцилограф XSC2, а канал «В» осцилографа XSC1 з’єднайте з джерелом змінного струму (рис. 4).

Рис. 4. Схема випрямляча зі згладжувальним конденсатором.

  1. Відкрийте вікно осцилографа та встановіть його в зручному місці поля програми.
  2. Натисніть кнопку «Пуск» . Почалося моделювання роботи схеми. На осцилографі мають відтворюватися сигнали вхідної та вихідної напруг.
  3. Через декілька секунд натисніть кнопку «Стоп» поряд з кнопкою «Пуск».
  4. На екрані осцилографу знайдіть ділянку з записаними сигналами.
  5. Встановіть на екрані осцилографу зручні для роботи масштаби часу та рівня сигналу.

Рис. 5. Приклад записаних осцилограм сигналів вхідної та вихідної напруг з використанням згладжувального конденсатора

  1. За графіком сигналу вихідної постійної напруги за допомогою інструментів осцилографу (кнопки T1 та Т2 у нижній лівій частині вікна осцилографа) визначте значення вихідної постійної напруги (рисунок 5). Результат вимірювань занесіть до таблиці результатів у колонку UВих, В.

Аналіз даних

  1. За формулою (1) розрахуйте амплітудне значення змінної напруги та запишіть результат до таблиці у колонку UА (розр.), В.
  2. Порівняйте розрахункове амплітудне значення змінної напруги з виміряним під час моделювання.
  3. Порівняйте вихідну постійну напругу випрямляча з амплітудним значенням змінної напруги, а також з амплітудним значенням пульсуючої напруги.
  4. Дійдіть висновків щодо властивостей діодного мосту та випрямляча загалом.

 

Таблиця результатів

UД, В UА (розр.), В UA (вим.), В UAпульс (вим.), В UВих, В