Полупроводниковые выпрямители Исследование полупроводниковых диодов, стабилизатора, биполярных транзисторов, Электронный усилитель на транзисторах Сглаживающие фильтры Исследование стабилитронов, варикапов

Методические указания к выполнению лабораторных работ 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.

Описание лабораторной установки

Исследование метрологических характеристик тензорезисторных преобразователей усилия

Основные характеристики тензорезисторов К основным технико-метрологическим характеристикам тензорезисторов относятся тензочувствительность, ползучесть, механический гистерезис, температурная нестабильность и группа динамических характеристик. Тензочувствительность определяется главным образом тензорезистивными свойствами материала чувствительного элемента, однако в значительной степени зависит от конструкции преобразователя, материала основы, вида и условий полимеризации клея и других факторов. Тензочувствительность тензорезистора, как и самого тензорезистивного материала, определяется коэффициентом относительной тензочувствительности K (15).

Инновационные методы в обучении физики Тестирование-контроль знаний с помощью тестов, которые состоят из условий (вопросов) и вариантов ответов для выбора (используется для входного контроля на практическом занятии № 1 для оценки уровня остаточных знаний студентов пришедших на первый курс).
Исследование полупроводниковых выпрямителей