Дослідження роботи мостового випрямляча

Завдання роботи:

дослідити роботу мостового випрямляча та параметри вхідного і вихідного сигналів.

Обладнання:

Робоча станція NI ELVIS II, блок живлення станції; USB-кабель, ПК, плата «Аналогові елементи інформаційно-вимірювальної техніки».

Основні терміни та поняття

ВИПРЯМЛЕННЯ ЗМІННОГО СТРУМУ – ЗМІННИЙ СТРУМ Що таке випрямляч? Однофазний мостовий випрямляч

Теоретична частина

Рис. 1. Загальний вигляд обладнання

Випрямлячем називається пристрій, призначений для перетворення змінного струму на постійний. В основу роботи випрямляча покладена основна властивість діода, яка полягає в однонаправленій провідності електричного струму. Випрямлячі можуть бути однопівперіодними та двопівперіодними. Однопівперіодний випрямляч містить лише один напівпровідниковий діод. Двопівперіодні випрямлячі містять щонайменше два діода. У сучасній електронній техніці зазвичай використовуються двопівперіодні випрямлячі, побудовані за мостовою схемою з напівпровідникових діодів.

У цый лабораторній роботі буде досліджуватися саме мостовий випрямляч.

Схема мостового випрямляча та діаграми вхідного і вихідного сигналів представлені на рис. 2.

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

Рис. 2. Схема та діаграми вхідного і вихідного сигналів мостового випрямляча

Амплітудне значення вихідної напруги менше за амплітудне значення вхідної напруги на величину прямого падіння напруги діода Uпр:

(1)

Як видно з діаграм на рис. 2, форма вихідної напруги однопівперіодного випрямляча є пульсуючою. При цьому частота пульсацій є вдвічі більшою за частоту змінної вхідної напруги. Якщо для живлення пристрою необхідна постійна напруга з меншою амплітудою пульсацій, то на вихід випрямляча паралельно до навантаження ставлять згладжувальний конденсатор.

Важливим показником роботи будь-якого випрямляча є коефіцієнт пульсацій. Абсолютний коефіцієнт пульсацій визначається як відношення значення повного розмаху коливань вихідної напруги до середнього значення постійної складової вихідної напруги:

(2)

Значення повного розмаху коливань вихідної напруги визначається як різниця між максимальним і мінімальним її значенням:

(3)

Чим менше значення коефіцієнту пульсацій, тим кращою є якість роботи випрямляча.

У лабораторній роботі пропонується дослідити роботу мостового випрямляча зі згладжувальним конденсатором певної ємності при роботі на певний опір навантаження за  допомогою навчальної лабораторії NI ELVIS II.

У роботі використовується плата «Аналогові елементи інформаційно-вимірювальної техніки», яка містить модуль для дослідження мостового випрямляча (рис. 3).

Лабораторна робота може бути виконана дистанційно. Робоча станція стаціонарно підключена до ПК в лабораторії «МАНЛаб». На сайті міститься календар лабораторних робіт з використанням NI ELVIS II. Віддалений доступ до ПК, до якого підключена станція, здійснюється за допомогою програми «TeamViewer». Для отримання віддаленого доступу для виконання лабораторних робіт необхідно оформити заявку та отримати ключ доступу до ПК.

Рис. 3. Модуль для дослідження мостового випрямляча

Хід роботи

1. Відкрийте файл Lab3(M2) (рис. 4).
2. У відкритому вікні вище від вимірювальної схеми виставте частоту вхідного сигналу 100 Гц та амплітудне значення вхідної напруги 3 В. На графіку з правого боку вікна мають з’явитися діаграми вхідного та вихідного сигналів (рис. 5). Діаграма вихідного сигналу не відповідає тій, що наведена на рис. 2, та має значно меншу амплітуду і більшу постійну складову вихідної напруги. Це відбувається за рахунок того, що паралельно до мостового випрямляча включено згладжувальний конденсатор ємністю 4,7 мкФ.

Рис. 4. Вікно лабораторної роботи

Рис. 5. Діаграми вхідного і вихідного сигналів

3. Запишіть до звіту значення середньої вихідної напруги Uвых.ср, що дорівнює U₀.
4. За допомогою прокрутки біля графіку вхідного і вихідного сигналів визначте мінімальне значення вихідної напруги Umin (рис. 6) та запишіть його до звіту.

Рис. 6

5. За допомогою прокрутки біля графіка вхідного і вихідного сигналів визначте максимальне значення вихідної напруги Umax (рис. 7) та запишіть його до звіту.

Рис. 7

6. Проведіть аналогічні вимірювання для амплітудного значення вхідної напруги 4 В за тієї самої частоти та для амплітудних значень вхідної напруги 3 та 4 В за частоти 200 Гц.
7. Натисніть «Завершение работы».

Аналіз даних

1. Використовуючи отримані дані, визначте значення повного розмаху коливань вихідної напруги за формулою (3).
2. Визначте коефіцієнт пульсацій випрямляча за формулою (2).
3. Дійдіть висновків щодо того, як впливає зміна амплітудного значення вхідної напруги та частоти на коефіцієнт пульсацій.
4. Дійдіть висновків щодо того, як вплине зміна ємності та опору навантаження на коефіцієнт пульсацій.