1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi parametrami prostowników jedno i dwupołówkowych.

2. Program ćwiczenia

1. Wyznaczenie charakterystyk obciążenia U₀ = f(I₀) dla różnych wartości pojemności filtra prostownika jednopołówkowego.

2. Wyznaczenie charakterystyk obciążenia U₀ = f(I₀) dla różnych wartości pojemności filtra prostownika dwupołówkowego.

3. Określenie wartości współczynnika tętnień k_t w funkcji prądu obciążenia k_t = f(I₀) dla różnych wartości pojemności filtra prostownika jednopołówkowego.

4. Określenie wartości współczynnika tętnień k_t w funkcji prądu obciążenia k_t = f(I₀) dla różnych wartości pojemności filtra prostownika dwupołówkowego.

5. Obserwacja przebiegów na oscyloskopie.

3. Wprowadzenie

Prostownik jednopołówkowy

Rys. 1. Prostownik jednopołówkowy:

1. układ prostownika, b) przebieg napięcia wejściowego, c) przebieg napięcia na obciążeniu, d) przebieg napięcia na diodzie

Prąd w obwodzie prostownika płynie tylko dla dodatniej połówki napięcia sinusoidalnego. Można zatem napisać, że przebieg napięcia na wyjściu (przy obciążeniu rezystancyjnym) jest dany wzorem:

Wartość średnia tego napięcia wynosi:

Wartość średnia prądu w obciążeniu wynosi odpowiednio:

Miarą zbliżenia przebiegu wyjściowego prostownika do wartości stałej jest współczynnik tętnień k_t . Jest on określany jako stosunek:

W celu zmniejszenia składowej zmiennej w większości układów rzeczywistych stosuje się filtrowanie napięcia wyjściowego poprzez dołączenie kondensatora równolegle do obciążenia (rys. 2).

Kondensator ładuje się przez diody do napięcia równego amplitudzie U_m napięcia przemiennego, po czym rozładowuje się przez obciążenie, aż do chwili, gdy dioda zacznie znowu przewodzić, tj. gdy napięcie na jej anodzie osiągnie wartość większą niż na katodzie, czyli także na kondensatorze filtra. Składowa zmienna napięcia wyjściowego, charakteryzowana międzyszczytowym napięciem tętnień U_t jest tym mniejsza, im większa jest stała czasowa obwodu τ = R₀C. Zwiększenie stałej czasowej obwodu prowadzi zarazem do wzrostu składowej stałej napięcia wyjściowego. W granicznym przypadku przy τ = R₀C → ∞, U₀ → U_m, U_t → 0.

Rys. 2. Prostownik jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym:

a) układ prostownika, b) napięcie wejściowe, c) napięcie na obciążeniu,
d) prąd diody i prąd obciążenia, e) napięcie na diodzie

4. Część pomiarowa

1. Prostownik jednopołówkowy

Rys. 3. Schemat układu pomiarowego dla prostownika jednopołówkowego.

W układzie pomiarowym prostownika jednopołówkowego (rys.3) zmieniać prąd obciążenia I₀ ustawiając potencjometr P na pozycjach od a do g. Na przyrządach pomiarowych odczytywać odpowiednie wartości a wyniki wpisywać w tabeli. Pomiary wykonać dla wartości kondensatora C = 0; C = 47 μF; C = 100 μF; C = 470 μF;

C = 0

Pozycja potencjometru		a	b	c	d	e	f	g
I0	[mA]
U0	[V]
Ut	[V]
kt

C = 47 μF

Pozycja potencjometru		a	b	c	d	e	f	g
I0	[mA]
U0	[V]
Ut	[V]
kt

C = 100 μF

Pozycja potencjometru		a	b	c	d	e	f	g
I0	[mA]
U0	[V]
Ut	[V]
kt

C = 470 μF

Pozycja potencjometru		a	b	c	d	e	f	g
I0	[mA]
U0	[V]
Ut	[V]
kt

2. Prostownik dwupołówkowy (mostek Graetz'a)

Rys. 4. Schemat układu pomiarowego dla prostownika dwupołówkowego

W układzie pomiarowym prostownika dwupołówkowego (rys.4) zmieniać prąd obciążenia I₀ ustawiając potencjometr P na pozycjach od a do g. Na przyrządach pomiarowych odczytywać odpowiednie wartości a wyniki wpisywać w tabeli. Pomiary wykonać dla wartości kondensatora C = 0; C = 47 μF; C = 100 μF; C = 470 μF;

C = 0

Pozycja potencjometru		a	b	c	d	e	f	g
I0	[mA]
U0	[V]
Ut	[V]
kt

C = 47 μF

Pozycja potencjometru		a	b	c	d	e	f	g
I0	[mA]
U0	[V]
Ut	[V]
kt

C = 100 μF

Pozycja potencjometru		a	b	c	d	e	f	g
I0	[mA]
U0	[V]
Ut	[V]
kt

C = 470 μF

Pozycja potencjometru		a	b	c	d	e	f	g
I0	[mA]
U0	[V]
Ut	[V]
kt

Obliczeń k_t dokonać wg wzoru

Z otrzymanych wyników wykreślić rodziny charakterystyk U₀ = f(I₀), k_t = f(I₀) dla różnych wartości kondensatora C oddzielnie dla prostownika jednopołówkowego i dla prostownika dwupołówkowego.

3. Obserwacja oscyloskopowa

Podczas wszystkich pomiarów obserwować przebiegi oscyloskopowe. Na polecenie prowadzącego należy przerysować wykresy z oscyloskopu zachowując wszystkie parametry ustawione na oscyloskopie.

5. Zagadnienia do opracowania

1. Zasada działania prostownika jednopołówkowego.

2. Zasada działania prostownika dwupołówkowego

3. Zasada działania kondensatora w filtrze pojemnościowym.

4. Porównanie własności i parametrów prostownika jedno i dwupołówkowego.

6. Literatura

1. Basztura Czesław: ,,Elementy elektroniczne”. Stow. Inż. i Techn. Mechaników, 1985

2. Kończak Sławomir: ,,Fizyczne podstawy elektroniki”. Wydaw. Politechn. Śląskiej, 1994

3. Kusy Andrzej: ,,Podstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Rzeszowskiej, 1996

4. Marcyniuk Andrzej: ,,Podstawy miernictwa”. Wydaw. Politechn. Śląskiej, 2002

5. Nowaczyk Emilia: ,,Podstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Wrocławskiej, 1995

6. Tietze, Schenk: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydaw. Nauk. -Techn., 1996

7. Wawrzyński Wojciech: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Warszawskiej, 2003

8. Wieland Jerzy: ,,Diody półprzewodnikowe”. Wyższa Szkoła Morska, 1983

8

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, mgr inż. Adam Rosiński, techn. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW. Warszawa 2005

---