Лабораторные работы Электроника (1076461), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Зарисовать получившееся изображение для нескольких (не менее 3) разных соотношений частот. Объяснить результаты.2. На генераторе цифровых последовательностей по указаниюпреподавателя установить последовательность импульсов. Выходнойсигнал генератора через RC-цепочку (по указанию преподавателя)подать на вход осциллографа. Установить режимы работы осцилло7графа (развертку и синхронизацию) так, чтобы на экране наблюдаласьнеизменяющееся изображение.3. Пользуясь маркерными измерениями, составить таблицу координат основных точек изображения.4. С помощью полученной таблицы построить график исследуемого сигнала.5.

Переключить усилитель осциллографа в режим «~» (вычитание постоянной составляющей из входного сигнала). Измерить изменение уровня исследуемого сигнала. Объяснить полученный результат.Содержание отчетаОтчет должен содержать:1. Срисованные с экрана осциллографа (не менее 3) фигурыЛиссажу с параметрами входных сигналов осциллографа (частота иамплитуда входных сигналов).2. Заданные преподавателем цифровую последовательность иRC-цепочку.3. Режимы работы осциллографа (развертка, синхронизация,усиление), при которых наблюдается устойчивое изображение.4. Таблицу координат основных точек изображения.5. График исследуемого сигнала.6. Нарисованный на том же графике исследуемый сигнал сустраненной постоянной составляющей.8ТЕМА 2.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД.ВЫПРЯМИТЕЛИвыпрямительполупроводниковый диоданод, катодпрямое включение, обратное включениеоднополупериодный выпрямительдвухполупериодный выпрямительпульсации выпрямленного напряжениякоэффициент пульсацийсглаживающие фильтрыемкостной фильтр, индуктивный фильтрумножители напряженияЦель работы.Изучить конструкцию выпрямителей различных типов на основе полупроводникового диода.Научиться проектировать выпрямители с заданными параметрами и измерять их основные параметры.Большинство радиотехнических устройств получают энергиюдля своей работы от источника постоянного напряжения.

Вместе стем для передачи энергии на расстояние и для удобства преобразования значения амплитуды напряжения используются источники переменного напряжения. Поэтому в каждом электронном устройстве обязательно должен присутствовать блок, преобразующий переменноенапряжение в постоянное. Именно эти устройства носят название выпрямители.Все выпрямители строятся на основе нелинейных двухполюсников с сильно несимметричной вольт-амперной характеристикой. Внастоящее время чаще всего для этого используются полупроводниковые диоды (рис. 13.1).При подключении к диоду положительного напряжения (потенциал анода выше потенциала катода) через диод течет ток, суще9ственно превышающий значение обратного тока I0 (как правило, небольше 1 мкА). В этом случае говорят о включении диода в прямомнаправлении.

При обратном включении диода (потенциал анода ниже потенциала катода) ток через него не может превысить величиныI0. По этой причине схемное обозначение диода можно трактовать какизображение стрелки, направление которой указывает на возможноенаправление протекания тока. Следует обратить внимание, что припрямом включении диода падение напряжения на нем, как это видноиз рис.13.1, составляет приблизительно 0,6 В. Это справедливо дляполупроводниковых диодов, изготовленных на основе кремния (Si).Для германиевых диодов (Ge) падение напряжения на них в прямомнаправлении составляет около 0,3 В.Рис.

13.1. Обозначения полупроводникового диодаи типичный вид его вольт-амперной характеристикиПростейший выпрямитель представляет собой последовательное включение диода и сопротивления нагрузки (рис. 13.2). При положительной разности потенциалов на входе схемы диод оказываетсявключенным в прямом направлении, падение напряжения на нем составляет  0,6 В , и напряжение на нагрузке равно U вых  U вх  0,6 В .При отрицательных значениях входного напряжения ток через диод,включенный в обратном направлении, оказывается практически равным нулю (I0), и поэтому падение напряжения на нагрузке имеет также нулевое значение.

При подаче на вход схемы переменного напряжения выходное напряжение меняется во времени так, как это показано на рис. 13.2.10Как видно из рис. 13.2, на нагрузке падает только одна половина периода входного напряжения. По этой причине рассмотреннуюсхему выпрямителя называют однополупериодной схемой. При использовании однополупериодного выпрямителя без дополнительныхустройств напряжение на нагрузке значительную часть времени оказывается равна нулю.От этого недостатка свободен двухполупериодный выпрямитель, схема которого приведена на рис. 13.3.Рис.

13.2. Однополупериодный выпрямитель и диаграммы его работыРис. 13.3. Двухполупериодный выпрямитель. Показан путь протеканияэлектрического тока при различных полярностях входного напряженияГлавная особенность двухполупериодного выпрямителя (называемого также выпрямительным диодным мостом) состоит в том, чтопри любой полярности входного напряжения ток через нагрузку протекает в одном и том же направлении. В отличие от однополупериодного выпрямителя, напряжение на нагрузке почти всегда (кроме некоторых моментов времени) отлично от нуля, что хорошо демонстрирует рис. 13.4. В этом и состоит главное преимущество двухполупериодной схемы. Следует, однако, отметить и некоторые ее недостатки.Во-первых, нагрузка в ней подключается к входному напряжению11через два последовательно включенных диода, и поэтому отличиепадения напряжения на нагрузке от входного напряжения в два разабольше, чем в однополупериодном выпрямителе ( U вых  U вх  0,6 Вдля одно- и U вых  U вх  1,2 В в двухполупериодном выпрямителе).Во-вторых, в отличие от однополупериодного, в двухполупериодномвыпрямителе вход и выход не имеют общих точек, что приводит кнекоторым трудностям в практической схемотехнике.Выходной сигнал выпрямителей обоих рассмотренных типовназвать постоянным можно только сочень большой натяжкой.

В немприсутствуют пульсации, то есть отклонения от среднего уровня. Коэффициентом пульсаций называютотношение максимальной величиныотличия выходного напряжения отРис. 13.4. Диаграммы работысреднего напряжения и среднегодвухполупериодного выпрямителязначения напряжения:d  max U  U ср  U ср .Для устранения пульсаций (точнее, для уменьшения коэффициента пульсаций) в схемы выпрямителей включают сглаживающиефильтры. Простейшим сглаживающим фильтром является емкостной фильтр, изображенный на рис. 13.5. Суть его работы состоит вследующем.

Когда входное напряжение диодного моста по абсолютной величине больше, чем напряжение на конденсаторе, одна парадиодов оказывается включенной в прямом направлении, и через неепротекает значительный ток, заряжающий конденсатор C. Если жеабсолютная величина входного напряжения меньше напряжения конденсатора, все диоды включены в обратном направлении, и конденсатор разряжается через сопротивление нагрузки Rн: U вых  U 0 e t RнC .Эти процессы приводят к зависимости выходного напряжения отвремени, приведенной на рис.

13.5.Как видно из рис. 13.5, напряжение на нагрузке всегда имеетненулевое значение, причем величина пульсаций выпрямленного12напряжения тем меньше, чем больше постоянная времени RнC. Прибесконечно большой нагрузке (холостой ход) пульсации выпрямленного напряжения отсутствуют. Таким образом, для того чтобы величина пульсаций была малой по сравнению со средним значением выпрямленного напряжения, необходимо выполнение условия RнC >> T,где T — период выпрямленного напряжения, который в случае однополупериодного выпрямителя совпадает с периодом входного переменного напряжения, а в случае двухполупериодного — в два раза меньше.Рис. 13.5. Емкостной сглаживающий фильтр и диаграммы его работы(без учета падения напряжения на диодах)Следует иметь в виду, что при выполнении указанного условия величина выходного напряжения совпадает с амплитудным значениемвходного переменного напряжения (а не с его действующим значением, которым принято характеризовать величину переменного напряжения).Пример 13.1.

Рассчитать емкостной сглаживающий фильтр длядвухполупериодного выпрямителя напряжения бытовой сети для питания нагрузки мощностью 500 Ом (что при напряжении 220 В соответствует 100-ваттной нагрузке). Оценить среднее выпрямленноенапряжение и коэффициент пульсаций.Решение. Напряжение бытовой сети имеет частоту 50 Гц и действующее значение напряжения 220 В. Этому соответствует период20 мс и амплитудное значение 220 В 2  311 В . Значение емкостифильтра следует выбрать из условия C  T Rн  10 мс 500 Ом 13 20 мкФ .

Выберем C  200 мкФ . Время разряда RC-цепочки составляет в этом случае величину RнC  100 мс , поэтому за длительностьпериода выпрямленного напряжения конденсатор успеет разрядитьсядо напряжения 311 В  311 В  10 мс 100 мс  280 В . Следовательно,выходное напряжение колеблется от величины 280 В до величины311 В. Таким образом, среднее значение выпрямленного напряжениясоставляет U ср  280 В  311 В 2  295 В , а коэффициент пульсацийравен d  max U вых  U ср  U ср  16 В 295 В  0,054 .Помимо емкостного сглаживающего фильтра, для уменьшениявеличины пульсаций применяютсятакже индуктивные фильтры (см.рис. 13.6). Индуктивный фильтр внекотором смысле является противоположностью емкостного — пульсации выходного напряжения минимальны при малых значениях сопроРис. 13.6.

Индуктивныйтивления нагрузки. Для минимизасглаживающий фильтрции величины пульсаций при расче-те индуктивного фильтра необходимо соблюдать условие L Rн  T .Емкостные фильтры имеют хорошие показатели при работе навысокоомную нагрузку, индуктивные — на низкоомную. Иногдаприменяются сглаживающие фильтры более сложной структуры,одинаково хорошо проявляющие себя при работе как на высоко-, таки на низкоомную нагрузку. На рис. 13.7 приведен один из вариантовтаких смешанных фильтров.Во всех рассмотренныхсхемах выпрямителей выходное напряжение не превосходитамплитудногозначения входного переменного напряжения.

Наоснове диодов и конденсаРис. 13.7. Индуктивно-емкостнойторов строятся также болееП-образный сглаживающий фильтрсложные схемы, постоян14ное напряжение на выходе которых может составлять удвоенное, утроенное, учетверенное ит.д. амплитудное значение входного напряжения. Такие схемыносят название умножителинапряжения. Простейшей схемой этого вида является схемаРис. 13.8. Удвоитель напряженияЛаггера,котораяслужитЛаггерапримеромудвоителя напряжения.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы