Дослідження помножувача напруги

Завдання роботи:

Дослідити роботу та властивості помножувача напруги.

Обладнання:

ПК з програмою Multisim 11.0.

Основні терміни та поняття

Multisim 11.0.2 Electronics Workbench 5.12 ВИПРЯМЛЕННЯ ЗМІННОГО СТРУМУ – ЗМІННИЙ СТРУМ Що таке випрямляч? Помножувач напруги

Теоретична частина

Помножувачем напруги називається пристрій, який перетворює змінний струм на постійний та помножує напругу в декілька разів. На рисунку 1 представлена схема двонапівперіодного подвоювача напруги.

Рис. 1. Схема подвоювача напруги

Коли миттєва полярність відповідає «+» на виводі 1, то конденсатор С1 заряджається через діод VD1 до амплітудного значення вхідної змінної напруги. Коли миттєва полярність змінюється на протилежну, то конденсатор С2 заряджається через діод VD2 також до амплітудного значення вхідної напруги. Напруга на послідовно з’єднаних конденсаторах дорівнює подвоєному амплітудному значенню вхідної напруги та має постійну полярність.

Амплітудне значення змінної напруги визначається за формулою:

(1)

де U_Д – 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 через опір навантаження.

У лабораторній роботі пропонується за допомогою програми Multisim 11.0 змоделювати та дослідити подвоювач напруги, 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 один такий самий діод та поставте його поряд із першим.
6. Оберіть розділ «Basic» та сімейство «Capacitor» (конденсатор).
7. Оберіть конденсатор ємністю 1μ (1 мкФ = 10^-6 Ф) та поставте його поряд з іншими компонентами.
8. Оберіть ще один такий самий конденсатор та поставте його поряд з іншими компонентами.
9. Оберіть розділ «Sources» (джерела).
10. Оберіть сімейство «Power sources» (джерела живлення).
11. Оберіть джерело живлення змінного струму «AC_Power», натисніть «ОК» та встановіть його поряд з іншими компонентами.
12. Оберіть «Ground» (заземлення), натисніть «ОК» та встановіть його поряд з іншими компонентами.
13. Закрийте вікно добору компонентів.
14. 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 із загальним (від’ємним, нульовим) провідником джерела живлення змінного струму.
15. Оберіть у правому вертикальному меню осцилограф та встановіть його з правого боку від схеми (XSC1).
16. З’єднайте канал «А» осцилографа XSC1 з виходом помножувача.
17. Оберіть у правому вертикальному меню ще один осцилограф та встановіть його з лівого боку від схеми (XSC2).
18. З’єднайте канал «А» осцилографа XSC2 з джерелом змінного струму «AC_Power». Приклад побудованої схеми зображено на рисунку 2.

Рис. 2. Приклад побудованої схеми

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

Рис. 3. Приклад записаних осцилограм сигналів вхідної та вихідної напруг з вимірюванням їхніх значень

Аналіз даних

1. За формулою (1) розрахуйте амплітудне значення змінної напруги та запишіть результат до таблиці у колонку U_А (розр.), В.
2. Розрахуйте значення вихідної напруги помножувача за формулою:

.(2)

3. Порівняйте розрахункове амплітудне значення змінної напруги з виміряним під час моделювання.
4. Порівняйте розрахункове значення вихідної постійної напруги помножувача з виміряним під час моделювання.
5. Дійдіть висновків щодо властивостей двонапівперіодного подвоювача напруги.

Таблиця результатів