Физика Электроника

Лабораторные работы по электронике

Лабораторная работа

Полупроводниковые выпрямители

Цель работы

1. Ознакомиться со схемами и принципами действия однофазных однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей.

2. Снять характеристики мостового двухполупериодного выпрямителя без фильтра и с использованием фильтров различного типа.

Общие сведения

Электрическая энергия подается к потребителям в виде трехфазного или однофазного переменного тока. Однако для питания различных электронных приборов, автоматических устройств, а также для электрифицированного транспорта используется постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока. С этой целью чаще всего используются полупроводниковые выпрямители. Выпрямитель - это устройство, которое преобразует переменное напряжение питающей сети в однонаправленное напряжение (одной полярности).

Их основу составляют полупроводниковые диоды (вентили) (обозначение на схемах рис.1а), пропускающие ток только в одном направлении – когда потенциал анода А положительнее потенциала катода К.

 


 а)

 

 б)

Рис.1 Блок-схема и осциллограммы напряжения на входе/выходе отдельных блоков двухполупериодного полупроводникового выпрямителя

3

В состав выпрямителя рис.1б обычно входит трансформатор Тр, обеспечивающий заданную величину напряжения, вентильная группа ВГ, состоящая из одного или нескольких диодов, сглаживающий фильтр СФ и стабилизатор напряжения СН. Выпрямители могут применяться и без фильтра и без стабилизатора напряжения.

Вентильная группа ВГ осуществляет непосредственное выпрямление переменного тока, сглаживающий фильтр СФ уменьшает пульсацию выпрямленного напряжения, а стабилизатор напряжения СН поддерживает величину этого напряжения неизменной, независимо от тока нагрузки.

В простейшем случае вентильная группа состоит из одного диода, при этом достигается однополупериодное выпрямление (см., например, верхняя ветвь выпрямителя на рис.3, осциллограмма – рис.4б). Достоинством этого выпрямителя является его простота (используется один диод), однако существенный недостаток такого выпрямителя ограничивающий его применение – большой коэффициент пульсации р = 1, 57.

Коэффициент пульсации определяется как: ,

где Um – максимальное (амплитудное) значение переменной составляющей выпрямленного напряжения;

UН.СР. - среднее значение выпрямленного напряжения за один период (для однополупериодного выпрямления равно 0,45).

 Большое применение нашли двухполупериодные выпрямители на базе двух схем: мостовой (рис.2) и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис.3).

Рис. 2 Схема мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме, где нагрузка RН включена в диагональ моста. Каждая пара диодов VD1,VD3 и VD2, VD4 работает попеременно в зависимости от знака напряжения на вторичной обмотке U2 в тот или иной полупериод переменного напряжения.

4

Например, при положительном полупериоде сетевого напряжения (на верхнем выводе трансформатора «+») ток проходит по цепи: верхний вывод вторичной обмотки трансформатора а – диод VD1 – нагрузка – диод VD3 – нижний вывод вторичной обмотки b – обмотка (на схеме стрелками указано направление в данный полупериод).

При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения (на нижнем выводе трансформатора «+») ток проходит через нагрузку в том же направлении, но через диоды VD4, VD2.

В выпрямителе со средней точкой (рис.3), в отличие от мостовой схемы, выпрямление в каждый из полупериодов осуществляется одним из диодов – VD1 или VD2. Каждый из диодов работает совместно с частью вторичной обмотки трансформатора (VD1 – c верхней, VD2 – c нижней), например, когда точка а имеет положительный потенциал ток потечет по цепи: точка а – диод VD1 – сопротивление нагрузки RН – средний вывод обмотки – обмотка, когда направление тока изменится – по цепи: точка b – диод VD2 – сопротивление нагрузки RН – средний вывод обмотки – обмотка.

Каждую из ветвей можно рассматривать как однополупериодный выпрямитель.

Напряжение и ток сохраняют свое направление на нагрузке в течение всего периода. Закрашенными стрелками на схеме указано направление тока для положительного полупериода, незакрашенными – для отрицательного.

Осциллограммы в различных точках показаны на рис. 4.

Как видно из диаграмм, в двухполупериодных выпрямителях достигается выпрямление в обе половины периода, тогда как в однополупериодном работа выпрямителя осуществляется только в течение одного полупериода.

Ток первичной обмотки

 

 а)

Коэффициент пульсации у двухполупериодного выпрямителя заметно ниже, чем у однополупериодном (р = 0,67).

 

Стабилитрон


Стабилитроном называется полупроводниковый диод, имеющий на обратной ветви ВАХ участок на котором значительному изменению тока, протекающему через диод, соответствует достаточно малое изменение напряжения на нем (рис. 2.4 а). ВАХ стабилитрона и его условное обозначение на принципиальных схемах показаны на рис. 2.4 а, б. В основе работы стабилитрона лежит явление обратимого электрического пробоя, имеющего место на участке АВ обратной ветви ВАХ. Основными параметрами стабилитрона являются: номинальное значение напряжения стабилизации Ucт ном; номинальный ток стабилизации Icт ном; минимальный Icт мин и максимальный Icт макс токи стабилизации; максимально допустимая рассеиваемая мощность Pмакс.

Тиристор

Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя и более
p-n-переходами, ВАХ которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

При работе в схеме тиристор может находиться в двух состояниях. В закрытом (выключенном) состоянии тиристор имеет высокое сопротивление и пропускает малый ток, а в открытом или включенном – сопротивление тиристора мало, и через него протекает большой ток.

Тиристоры с двумя выводами называют диодными, или динисторами, а с тремя выводами – триодными, или тринисторами.

ВАХ тринистора приведена на рис. 2.5. В зависимости от напряжения на его электродах и тока, протекающего через прибор, можно выделить несколько режимов работы тринистора.

Режим 1 (участок ВАХ 0–1) – напряжение на катоде отрицательно относительно анода, а ток мал. Этот участок соответствует закрытому состоянию.

Режим 2 (участок ВАХ 1–2) характеризуется отрицательным дифференциальным сопротивлением и начинается в точке ВАХ, соответствующей условию  Приложенное к тиристору напряжение в этой точке называется напряжением включения Uвкл, а ток, проходящий через него, током включения Iвкл.


Тайский массаж от проституток с веб- сервиса http://individualkiyaroslavlya.info/archives/services-types/tajskij-massazh расслабит каждую мышцу.
Полупроводниковые выпрямители