Физика Электроника

Лабораторные работы по электронике

Сглаживающие фильтры

Как видно из рассмотренных выше схем выпрямителей, выпрямленное напряжение (рис. 2, 3, 4) является пульсирующим периодическим несинусоидальным напряжением. Оно может характеризоваться коэффициентом пульсаций.

где Uн1m - амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения;

U0 - постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Для однополупериодного выпрямителя Р=1.57, для двухполупериодного мостового - Р=0.67, а для трехфазного мостового - Р=0.06.

Для питания радиоэлектронных схем и микросхем желательно, чтобы коэффициент пульсации постоянного тока был порядка 10-4...10-7. Для достижения этой цели используют сглаживающие фильтры.

В качестве элементов сглаживающих фильтров применяют конденсаторы и индуктивные катушки. У конденсаторов сопротивление постоянному току равно бесконечности, а емкостное сопротивление переменному току уменьшается с ростом частоты. У индуктивных элементов сопротивление постоянному току мало, а индуктивное сопротивление переменному току увеличивается с ростом частоты.

При подключении конденсатора (емкостный фильтр) параллельно нагрузочному устройству сопротивление фильтра для переменной составляющей тока значительно меньше, чем для постоянной составляющей. Поэтому в этом случае пульсации выпрямленного напряжения на нагрузочном устройстве значительно уменьшаются.

При включении индуктивной катушки последовательно с нагрузочным устройством падение напряжения на нагрузке от переменной составляющей тока снизится, то есть пульсации выпрямленного напряжения уменьшаются.

В данной работе исследуются три типа сглаживающих фильтров: емкостный, Г - образный LC-фильтр и П - образный CLC-фильтр (рис. 5), которые подключаются после выпрямителей (рис. 1).

Рис. 5. Схемы емкостного (а), Г - образного (б) и П - образного (в) фильтров

В маломощных выпрямительных устройствах вместо индуктивной катушки обычно включают резистор Rф. В таком фильтре Rф≈Rн

На рисунке 6 приведена схема однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и поясняющие работу фильтра временные диаграммы.

Рис. 6. Схема (а) и временные диаграммы токов и напряжений (б) однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром

В интервале времени t1...t2 конденсатор Сф заряжается до амплитудного

значения напряжения U2m. С момента времени t2 напряжение u2 становится меньше напряжения на конденсаторе uc. При этом диод Д запирается, а конденсатор Сф начинает разряжаться на нагрузочный резистор Rн. Скорость разряда Сф определяется постоянной времени . В момент времени t3 диод открывается и конденсатор начинает заряжаться вновь. Таким образом, в резисторе Rн в отрицательные полупериоды напряжения u2 за счет разряда Сф будет протекать ток iн, который определяется величиной uн (рис. 6б). При выборе емкости Сф необходимо соблюдать условие

где fосн.гарм - частота тока основной гармоники.

Фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания

где Рвх и Рвых - коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра.

Зависимость Uн=f(Iн) называется внешней характеристикой выпрямительного устройства с фильтром или без него. Эти зависимости нелинейны, так как сопротивление открытого диода зависит от величины тока.

При работе выпрямителя без фильтра часть выпрямленного напряжения падает на активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора Rтр и на прямом сопротивлении открытого диода Rпp. Следовательно, с ростом тока нагрузки Iн увеличивается падение напряжения на этих сопротивлениях, а напряжение на нагрузке Uн уменьшается (рис. 7, кривая 1). Если в выпрямительном устройстве имеется фильтр, то зависимость Uн=f(Iн) изменяется. Емкостному фильтру соответствует кривая 2, а Г - образному фильтру - кривая 3, рис. 7.

Рис. 7. Внешняя характеристика выпрямителей

В режиме холостого хода (Iн = 0) при включении фильтра выпрямленное напряжение Uн больше, чем напряжение Uoн в случае, когда фильтры отсутствуют. Наклон внешней характеристики с Г-образным или П - образным фильтром больше за счет увеличения падения напряжения на активном сопротивлении катушки индуктивности.

Лабораторное задание 

и методические указания

Собрать и подготовить схему, представленную на рис. 6.1 для измерения h-параметров транзистора, включенного по схеме с ОЭ. Установить в схеме режим питания по постоянному току, соответствующий расчетному заданию.

Для задания режима работы транзистора по постоянному току установить напряжение Еп1 примерно равным (10¸12) В. Величина постоянного тока коллектора измеряется косвенно по падению напряжения на резисторе R4. Поэтому вначале следует, пользуясь выражением U_=I_R4»IкпR4, рассчитать его величину, а затем, изменяя напряжение источника питания Еп2, установить расчетное значение напряжения U_на резисторе R4.

Измерить постоянное напряжение между точкой С и землей и определить напряжение коллектор – эмиттер UС–U_. При необходимости, изменяя напряжение источника питания Еп1, установить более точно согласно заданного варианта величину напряжения Uкэп. Затем вновь измерить падение напряжения на резисторе R4 и при необходимости скорректировать его величину, изменяя напряжение источника питания Еп2.

Определить y11э-параметр транзистора и установить его зависимость от частоты в диапазоне от 20 Гц до 200 кГц.

На вход схемы подать от ГНЧ сигнал величиной Uc~=20 мВ. Измерить вольтметром напряжение в точках А и В (рис. 6.1). При этом с учетом формулы (6.1) можно записать

 

(6.3)

Построить зависимость входной проводимости y11э транзистора от частоты.

Снять и построить графически зависимость коэффициента усиления тока транзистора от частоты h21э=y(f) в диапазоне частот от
20 Гц до 200 кГц.

Не изменяя режима работы транзистора, измерить напряжение в точках А и С относительно земли. Тогда с учетом формулы (6.2) можно получить

 

(6.4)

Построить зависимость параметра у21э=y(f) от частоты в диапазоне от 20 Гц до 200 кГц.

5. Измерив напряжение в точках С и В относительно земли, выполнить расчет параметра у21э по формуле

 

(6.5)

При построении графиков в п. 4 и 5 использовать логарифмический масштаб по оси частот.

Контрольные вопросы.

Как зависят величины h-параметров от положения рабочей точки?

В каком случае режим работы транзистора называют малосигнальным?

3. Как определяются h-, y- и z-параметры транзистора по его статическим характеристикам?


Шлюшки с портала http://prostitutki-krasnoyarska.xyz/intim-uslugi/massazh-professionalnyj/ сделают чертовски приятный профессиональный массаж.
Полупроводниковые выпрямители