2. Контрольні питання

• Накресліть електричну принципову схему однополуперіодного випрямляча.

• Чому рівна максимальна зворотна напруга на діоді в однополуперіодному випрямлячі?

• Чи однакові частоти вхідної й вихідної напруги однополуперіодного випрямляча?

• Чому рівний коефіцієнт пульсацій однополуперіодного випрямляча?

Лабораторна робота № 3 дослідження роботи мостового випрямляча

1. Мета роботи

Метою роботи є дослідження роботи мостового випрямляча.

2. Відомості, необхідні для виконання роботи

Аналізуючи роботу однофазного однополуперіодного випрямляча, можна зробити висновок, що для поліпшення характеристик випрямляча потрібно забезпечити протікання струму в навантажувальному резисторі протягом обох півперіодів вхідної напруги. Схема такого випрямляча наведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема двофазного двухполуперіодного випрямляча

Вона являє собою два паралельно з'єднані однофазні однополуперіодних випрямляча, які живляться від двох джерел первинної напруги і , що мають протилежні фази. Така схема випрямляча називається двофазна двухполуперіодная. Часові діаграми, що пояснюють роботу цього випрямляча наведені на рис. 3.2.

На інтервалі під дією напруги діод VD1 зміщений у прямому напрямку й тому струм навантаження визначається напругою . На цьому ж інтервалі діод VD2 зміщений у зворотному напрямку й до нього прикладається сума напруг . У результаті цього максимальна зворотна напруга закритого діода рівна:

153Equation Section (Next)16316\* MERGEFORMAT (.)

На інтервалі діод VD1 зміщений у зворотному напрямку, а струм навантаження під дією напруги протікає через діод VD2, зміщений у прямому напрямку.

Середнє значення напруги на виході випрямляча обчислюється за формулою:

17317\* MERGEFORMAT (.)

Рис.3.2. Часові діаграми напруг на вході (а, б) і виході (в) двофазного двухполуперіодного випрямляча

Період сигналу на виході двухполуперіодного випрямляча у два рази менше ніж на його вході, тобто перша гармоніка в спектрі вихідного сигналу відсутня. Амплітуда другої гармоніки становить:

18318\* MERGEFORMAT (.)

Використовуючи вирази (3.2) і (3.3), можна визначити коефіцієнт пульсацій двухполуперіодного випрямляча:

19319\* MERGEFORMAT (.)

Таким чином, ефективність двухполуперіодного випрямляча більш ніж у два рази вище, ніж в однополуперіодного.

До основних недоліків розглянутої схеми слід віднести:

• необхідність двох джерел вхідної напруги;

• високе значення зворотної напруги, що прикладається до діодів при їхньому зворотному зсуві

Найбільш широке практичне поширення одержав однофазний мостовий випрямляч, схема якого наведена на рис. 3.3. На відміну від попередньої схеми для роботи мостового випрямляча потрібно тільки одне джерело вхідної напруги. Часові діаграми, що пояснюють роботу однофазного мостового випрямляча, показані на рис. 3.4.

Рис. 3.3. Схема однофазного мостового випрямляча

Рис. 3.4. Часові діаграми напруг на вході (а) і виході (б) однофазного мостового випрямляча

На інтервалі вхідна напруга зміщує в прямому напрямку включені послідовно з навантаженням діоди VD2 і VD3. При цьому діоди VD1 і VD4 зміщені у зворотному напрямку напругою, прикладеною до навантаження . На інтервалі вхідна напруга зміщає діоди VD1 і VD4 у прямому, а діоди VD2 і VD3 у зворотному напрямку. Зі сказаного випливає, що, як і у двофазній двухполуперіодній схемі, напруга прикладається до навантаження протягом усього періоду зміни вхідної напруги .

Основні параметри мостового випрямляча, як і для двофазної двухполуперіодної схеми (за умови ), визначаються виразами (3.2), (3.3) і (3.4).

Ємнісний згладжуючий фільтр

Згладжуючий фільтр призначений для зменшення пульсацій випрямленої напруги на навантаженні. Він повинен пропускати постійну складову випрямленої напруги й послабляти її гармонійні складові.

Ємнісної згладжуючий фільтр є найбільш простим і складається з конденсатора , включеного паралельно опору навантаження (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Схема однофазного мостового випрямляча з ємнісним фільтром

На рис. 3.6 наведені часові діаграми, що пояснюють роботу ємнісного фільтра.

Будемо вважати, що в схемі випрямляча використовуються ідеальні діоди, у яких при зсуві в прямому напрямку опір і падіння напруги дорівнюють нулю. Починаючи з моменту часу t = 0 миттєве значення вхідної напруги більше нуля, що приводить до відкриття діодів VD2 і VD3. Через ці діоди протікає струм, рівний сумі струму навантаження й струму заряду конденсатора:

20320\* MERGEFORMAT (.)

де – амплітудне значення вхідної напруги;

– кругова частота вхідної напруги.

Рис.3.6. Часові діаграми напруг на вході (а), виході (б) однофазного мостового випрямляча з ємнісним фільтром

До моменту часу миттєві значення напруг і будуть рівні. Після моменту напруга стає менше . Це викличе закриття раніше відкритих діодів VD2 і VD3 і відключення навантаження від вхідної напруги. Далі до моменту напруга на навантаженні буде підтримуватися винятково за рахунок заряду, накопиченого в конденсаторі С_Ф до моменту . Розряд конденсатора відбувається до моменту часу за експонентним законом:

21321\* MERGEFORMAT (.)

У момент часу вхідна напруга стає рівною напрузі на конденсаторі й діоди VD1 й VD4 відкриваються. Починаючи з моменту і до моменту , конденсатор заряджається від джерела вхідної напруги. Далі описані вище процеси заряду й розряду конденсатора періодично повторюються.

На рис. 3.6 видно, що включення конденсатора С_Ф паралельно опору навантаження приводить до зниження пульсацій вихідної напруги випрямляча. Величину ємності конденсатора С_Ф на практиці вибирають так, щоб при заданому опорі навантаження виконувалося співвідношення , тоді напруга на конденсаторі у фазі розряду спадає відносно повільно.

У режимі, що встановився, ступінь пульсації напруги на виході випрямляча можна оцінити коефіцієнтом пульсації:

22322\* MERGEFORMAT (.)

де – максимальна напруга на виході;

– мінімальна напруга на виході;

– середня величина вихідної напруги.

Середня величина вихідної напруги може бути визначена за формулою:

23323\* MERGEFORMAT (.)