Принципы радиоизмерений Исследование стабилизированного выпрямителя Исследование усилительных каскадов Расчет трехфазной цепи Исследование нелинейных цепей постоянного тока Исследование электрических фильтров

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Лабораторная работа №4

Исследование стабилизированного выпрямителя

Цель работы

Изучение основных параметров и характеристик выпрямителя с фильтром и стабилизатора напряжения.

Теоретические сведения

Источники питания радиоэлектронной аппаратуры.

Питание радиоэлектронной аппаратуры осуществляется в основном от источников постоянного тока, которые подключены к электрическим сетям переменного тока. Источником питания называется устройство, обеспечивающее необходимое напряжение и ток при заданной нагрузке.


Источники питания (ИП) делятся на два класса: первичные и вторичные. Первичным считается ИП, в котором электрическая энергия получается в результате химической реакции (например, гальванические батареи), поглощения световой (солнечные батареи) или тепловой (термоэлементы) энергии и т.д. если же в источнике электрический ток одного рода преобразуется в электрический ток другого рода, то такой ИП называется вторичным. Чаще всего во вторичных ИП (ВИП) происходит преобразование переменного тока в постоянный, а точнее в пульсирующий. В подавляющем большинстве случаев для ВИП источником энергии служит сеть переменного тока с частотой 50 Гц.

 а) б) в)

 

 Рис. 4.1. а) – изменение тока по гармоническому закону,

б) – постоянный ток, в) – пульсирующий ток.

По определению переменным называется ток, изменяющийся во времени, по величине и знаку. Ток, изменяющийся по чисто гармоническому закону (рис. 4.1а) характеризуется амплитудой Im, частотой w, средним Iср и действующим I значениями тока.

Средним значением силы переменного тока называется среднее значение из всех мгновенных значений тока за положительный полупериод (поскольку среднее значение за период равно нулю).

Действующим значением силы переменного тока называется такое значение силы постоянного тока, который за время одного периода выделяет на данном резисторе то же количество теплоты, что и переменный ток: ; ;

приравняв эти значения для постоянного и переменного тока получим:

,

т.е. действующее значение переменного тока является средним квадратичным значением переменного тока за период Т.

Постоянный ток – это ток, не изменяющийся во времени (рис.4.1,б).

Пульсирующий ток изменяет свою величину (рис.4.1,в), но не меняет направления. Он оценивается средним значением, которое называется постоянной составляющей выпрямленного тока I0, коэффициентом пульсаций КП и частотой пульсаций. Коэффициентом пульсаций называется отношение пикового значения переменной составляющей пульсирующего тока к постоянной составляющей:

Так как пульсации в реальных ВИП носят негармонический характер, то в их спектре можно выделить первую, вторую и т.д. гармоники. Поскольку амплитуда первой гармоники максимальна, наибольший интерес представляет коэффициент пульсаций по первой гармонике:

 

Независимо от функции, конкретного назначения и требований почти все ВИП строятся по функциональной схеме, показанной на рис.4.2.


Рис. 4.2.

Трансформатор необходим для получения на его вторичной обмотке нужного напряжения. Одновременно с этим он обеспечивает гальваническую развязку питающей сети и выходной цепи ВИП. Выпрямитель-устройство, в котором переменный ток преобразуется в пульсирующий с помощью эмиттерного перехода (диода) с явно выраженной нелинейностью ВАХ. Так как коэффициент пульсации непосредственно на выходе выпрямителя велик, то после выпрямителя ставится фильтр, на выходе которого коэффициент пульсации много меньше, чем на выходе. Для обеспечения постоянства напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей цепи используется стабилизатор  напряжения или тока.

К основным электрическим показателям характеризующим ВИП как единое целое относятся

Сглаживающие фильтры Наличие переменной (пульсирующей) составляющей в кривой выпрямленного  напряжения всегда нежелательно для нормальной работы электронных устройств. Для уменьшения коэффициента пульсаций применяют сглаживающие фильтры, которые включаются между выпрямителем и активной нагрузкой.

Стабилизаторы напряжения на транзисторах Современная электронная аппаратура предъявляет жесткие требования не только пульсациям выходного напряжения источника питания, но и к неизменности (стабильности) его постоянного напряжения. В процессе работы ВИП напряжения на выходе сглаживающего фильтра может изменяться (имеются в виду медленные изменения, а не пульсации) в основном по двум причинам: изменение напряжения питающих цепей и сопротивление нагрузки


Исследование выпрямителя однофазного и трехфазного токов