Лабораторная работа "Сборка и изучение работы выпрямителя"
Теоретический материал. Кроме первичных источников электропитания (гальванические элементы, генераторы, солнечные батареи и т. д.), в электрорадиотехнике широко распространены источники вторичного электропитания — выпрямители. Остановимся на изучении работы выпрямителей, собранных по одно- и двухполупериодным схемам со средней точкой и по мостовой схеме. Однополупериодный выпрямитель (рис. 96), как правило, состоит из понижающего трансформатора, во вторичную цепь которого включены полупроводниковый диод и нагрузка (резистор). Под действием внешнего переменного напряжения запирающий слой полупроводникового диода «пульсирует», т. е. меняется его толщина и сопротивление (рис. 97, а). Это создает благоприятные условия для прохождения электрического тока от дырочного полупроводника к электронному (пропускное направление) и неблагоприятные условия для прохождения тока в обратном направлении. Иначе говоря, в течение второго полупериода ток становится настолько слабым, что практически его можно не принимать во внимание (рис. 97, б).
Рис. 96
Рис. 97
Однополупериодный выпрямитель работает через такт, использует энергию только одного полупериода переменного напряжения. При этом частота импульсов (см. рис. 97, б) такая же, как и частота сетевого напряжения (50 Гц), а постоянная составляющая тока на нагрузке примерно равна 32% от амплитудного импульса. Двухполупериодный выпрямитель (рис. 98) выпрямляет оба полупериода переменного напряжения. На нагрузке Rн (рис. 99, а) ток протекает без пауз, частота пульсации равна 100 Гц, а постоянная составляющая тока на нагрузке достигает 64% от амплитудного. Когда на конце одной обмотки (точнее, одной секции) «плюс» относительно средней точки вторичной обмотки трансформатора, а на конце другой «минус» — один диод открыт, а другой — закрыт. Когда во время следующего полупериода напряжения полярность во вторичной обмотке меняется, то первый диод закрывается, а второй — открывается (рис. 99, б).
Рис. 98
Рис. 99
Двухполупериодное выпрямление получают и с помощью мостовой схемы (рис. 100). В ней в каждый полупериод ток проходит через два последовательно включенных диода. Полученное на выходе выпрямителя пульсирующее постоянное напряжение (рис. 101) в большинстве случаев отрицательно сказывается на нормальной работе электронных схем. Так, для питания входных каскадов радиоприемной аппаратуры пульсации напряжения источника питания не должны превышать 0,1% амплитудного значения постоянного напряжения, для выходных каскадов — 1%, для приборов автоматики и телемеханики — 2%.
Рис. 100 Рис. 101
Для снижения пульсации выходного напряжения на выходе выпрямителя устанавливают сглаживающие фильтры различных конструкций. Наиболее простым и распространенным фильтром является емкость конденсатора, включаемая параллельно нагрузке выпрямителя (рис. 102). Сглаживающее действие конденсатора состоит в следующем. Конденсатор заряжается все время, пока напряжение на выходе выпрямителя больше напряжения на нагрузке (рис. 102). Когда напряжение на выходе выпрямителя начинает уменьшаться, конденсатор разряжается, отдавая накопленную энергию в нагрузку. Если емкость конденсатора выбрана достаточно большой, то за время уменьшения напряжения на выходе выпрямителя он не успевает достаточно глубоко разрядиться и колебания напряжения на нагрузке (пульсация напряжения) будут относительно небольшими (рис. 103).
Рис. 102
Рис. 103
Подобного рода фильтр установлен в адаптере. Недостатком этого фильтра является значительная зависимость амплитуды пульсации напряжения от силы тока нагрузки. Например, если сила тока в нагрузке возрастает, то ее сопротивление уменьшается. Следовательно, до того момента, пока напряжение на выходе выпрямителя начнет возрастать, конденсатор отдаст в нагрузку больше запасенной энергии, т. е. разрядится до более низкого напряжения. Амплитуда пульсации на нагрузке возрастает. Вот почему емкость конденсатора фильтра выбирают исходя из максимальной силы тока нагрузки. Цель работы: сконструировать одно- и двухполупериодный выпрямитель, измерить основные выходные параметры. Приборы и материалы: адаптер с выводами для переменного тока, мультиметр M890G, резистор-потенциометр, конденсатор электролитический, плоскостной диод на колодке, мостиковый выпрямитель в сборке, провода соединительные. Указания к работе: 1. Соберите однополупериодный выпрямитель по схеме на рисунке 96. 2. Переключателем функции переведите мультиметр в режим частотомера и измерьте на нагрузке выпрямителя частоту тока. 3. Соберите двухполупериодный выпрямитель по схеме на рисунке 100. 4. Частотомером мультиметра измерьте на нагрузке выпрямителя частоту тока. 5. Переведите мультиметр в режим работы вольтметра постоянного тока. Измерьте напряжение на нагрузке выпрямителя: однополупериодного и двухполупериодного. 6. К нагрузке подключите конденсатор электролитический (см. рис. 102) и снова измерьте напряжение на выходе выпрямителя. 7. Результаты измерений, наблюдений и размышлений запишите в таблицу 39.
