LABORATORIUM Z ELEKTRONIKI

Transkrypt

1 LABORAORIM Z ELEKRONIKI PROSOWNIKI Józef Boksa WA 01

2 1. PROSOWANIKI CEL ĆWICZENIA WPROWADZENIE Prosowanie PROSOWNIKI NAPIĘCIA SCHEMAY BLOKOWE KŁADÓW POMIAROWYCH SCHEMAY IDEOWE BADANYCH KŁADÓW OPIS ECHNICZNY POMIARÓW Zakres i meodyka pomiarów Badania prosowników OPRACOWANIE ORZYMANYCH WYNIKÓW Dla prosownika ZAGADNIENIA KONROLNE LIERARA...7

3 1. PROSOWNIKI 1.1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jes zapoznanie się z własnościami i paramerami prosowników przebiegów elekrycznych. 1.. WPROWADZENIE Prosownik prosuje przebieg zmienny po o, aby energię prądu zmiennego (np. dosępną w sieci energeycznej 30V 50Hz) przekszałcić na energię prądu sałego np. niezbędną do zasilania większości urządzeń elekronicznych, Ideę najprosszego prosowania zw. jednopołówkowego przedsawiony na rys 1.1 Rys prosownik jednopołówkowy Prosowanie jednopołówkowe Warość ednia za okres przebiegu wejściowego prosownika (zawarość składowej sałej) jes zerowa. Przebieg wyjściowy ma niezerową warość ednią ale ogólnie jes przemienny i można przyjąć, że sanowi sumę pewnej składowej sałej i pewnej składowej zmiennej zwanej ęnieniami. Aby można porównywać możliwości energeyczne akiego prądu z prądem sałym sosuje się pojęcie warości skuecznej prądu przemiennego (zmiennego) jako ekwiwalen prądu sałego, kóry spowoduje en sam efek cieplny co dany prąd przemienny (zmienny). Podsawowymi paramerami prosownika są: a) warość ednia przebiegu wyprosowanego, b) warość skueczna przebiegu wyprosowanego sk, c) współczynnik ęnień, d) sprawność η PROSOWNIKI NAPIĘCIA Najprosszym prosownikiem napięcia zmiennego jes prosownik jednopołówkowy przedsawiony na rys D R 0 0 Rys. 1.. Prosownik jednopołówkowy W czasie rwania dodaniej połówki zmiennego napięcia 1 dioda D przewodzi i przez obciążenie płynie prąd o polaryzacji dodaniej. W czasie rwania ujemnej połówki napięcia 1 dioda D nie przewodzi i przez obciążenie prąd nie płynie. Na rysunku 1. przedsawiono poglądowy przebieg napięcia wyjściowego 0 przy założeniu, że na diodzie przewodzącej nie odkłada się żadne napięcie. W rzeczywisości na diodzie przewodzącej odkłada się napięcie wynikające z rezysancji jaką przedsawia dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia. aki odkszałcony przebieg charakeryzuje się niezerową warością ednią (zawiera składową sałą) 1 0 u( ) d (1.1) 3

4 Warość skueczna przebiegu zmiennego sk 1 0 u ( ) d (1.) Składowa zmienna napięcie wyjściowego jes nazywana ęnieniem o warości skuecznej, a sosunek warości skuecznej ęnień do warości składowej sałej nazywamy współczynnikiem ęnień (1.3) gdzie po odjęciu od mocy przebiegu przemiennego mocy składowej sałej [] m π (1.4) a ampliuda napięcia wejściowego prosownika. Sprawność prosowania jes o sosunek mocy prądu sałego wydzielonej w obciążeniu (moc przebiegu wyprosowanego) do całkowiej mocy doprowadzonej do prosownika. Zależności na poszczególne paramery prosownika umieszczono zbiorczo w abeli abela 1 prosownik warość ednia warość skueczna ęnienia sprawność jednopołówkowy 0,318 0,5 0,386 η 0, 406 dwupołówkowy sk 0,637 sk 0,707 0,308 ampliuda napięcia 1 (wejściowego prosownika). η 0, 81 Aby ograniczyć poziom ęnień prosowników konieczne jes zasosowanie filru dolnoprzepusowego o srukurze od najprosszego RC jak na rys.1.3.a przez ypu L rys.1.3.b. do ypu π - rys.1.3.c. p p a) b) L c) L C R 0 C R 0 C 1 C Rys Filry prosowników Działanie prosownika z filrem RC zobrazowano na rys. 1.4.a. Podczas dodaniej połówki napięcia kondensaor ładuje się do poziomu a. Po osiągnięciu ego poziomu napięcie maleje i kondensaor rozładowuje się przez obciążenia R 0. Za czas rwania nasępnej połówki dodaniej syuacja się powarza, ak że przebieg napięcia na obciążeniu jes jak na rys. 1.4.b. a) b) a ) Rys Przebieg napięcia wyjściowego prosownika z filrem RC Jeśli pojemność kondensaora będzie duża o zmagazynuje się w niej duży ładunek i na dłużej sarczy do zasilania obciążenia za czas przerwy w ładowaniu. Jeśli pojemność kondensaora będzie zby mała o ładunku może nie sarczyć do czasu nasępnego eapu ładowania i wysąpi chwilowa przerwa w dosawie energii do obciążenia. Dla filru ypu L (rys. 1.3.b) szeregowa indukcyjność L przedsawia dużą impedancję dla składowej zmiennej, z kolei kondensaor małą dla składowej zmiennej worząc dla niej drogę omijającą obciążenie. Osre wymagania na dużą warość indukcyjności i wynikające z ego gabaryy nie zachęcają jednak do ich sosowania. 4

5 Mała sprawność i duże ęnienia o główne wady prosownika jednopołówkowego. O wiele lepszym jakościowo jes prosownik dwupołówkowy w układzie moskowym (zw. prosownik z moskiem Graeza) kórego schema przedsawiono na rys A D 1 D 1 D 4 B D 3 R0 0 Rys Prosownik Graeza Jeśli przy pewnej polaryzacji napięcia prosowanego poencjał węzła A (rys. 1.6.a) jes wyższy niż w węźle B o przewodzą diody D i D4. Przy zmianie polaryzacji przewodzi druga para diod rys. 1.6.b. Prąd przez obciążenie płynie w sposób ciągły w ym samym kierunku. a) A b) A + D D 1 - D 4 - B R B D 3 R0 0 Rys Obwody prądu w prosowniku z moskiem Graeza Zależności na poszczególne paramery ego prosownika umieszczono w abeli SCHEMA BLOKOWY KŁAD POMIAROWEGO Schema blokowy układu pomiarowego do badania prosownika / deekora przedsawiono na rys Generaor We 1 We We 3 We e4 Prosowniki Wy 1 Wy Wy 3 Wy 4 Wolomierz Oscyloskop rig Rys Schema blokowy układu pomiarowego do badania prosownika Źródło napięcia do prosowania podłącza się do jednego z wejść. Wolomierz umożliwia pomiar odpowiedniego parameru przebiegu wyjściowego (warość ednia, skueczna i ęnienia) a oscyloskop obserwację jego kszału SCHEMAY IDEOWE BADANYCH KŁADÓW Schema ideowy prosownika / deekora AM przedsawiono na rys

6 We4 D1a 1N4148 Wy5 D1 1N4001 Wy1 We1 D D3 P1a C1 0n R1 51 R 5k1 P We D5 4 1N4001 D4 P1b C 0n R3 51 R4 5k1 P3 Wy3 Wy4 We3 R5 51 D6 OA65 C3 1n5 R5 7k5 C4 300p R6 75k P4 Wy Rys Schema ideowy prosownika / deekora AM Do budowy modelu prosownika jednopołówkowego wykorzysano dwie różne diody: D1 i D1a. Dioda ypu D1 jes powszechnie sosowana w prosownikach napięcia o częsoliwości sieci energeycznej 50Hz. Nie jes jednak zalecana do sosowania w prosownikach napięcia o częsoliwości choćby rzędu khz. Przyczyną jes sosunkowo duża pojemność ej diody.aby zaobserwować wpływ pojemności diody na własności prosownika zasosowano do prosowania diodę D1a o mniejszej pojemności. Rezysor R1 sanowi zabezpieczenie przed przypadkowym zwarciem prosownika i w normalnych warunkach nie jes sosowany. Obciążenie rezysancyjne prosownika realizuje prakycznie rezysor R, kóry po podłączeniu przełącznikiem P1a kondensaora C1 worzy filr dolnoprzepusowy redukujący ęnienia. Wyjście Wy1 lub Wy5 umożliwia obserwację przebiegu prosowanego a wyjścia Wy3 i Wy4 obserwację i pomiary przebiegu wyprosowanego (wciśnięy P) i ewenualnie odfilrowanego (dodakowo wciśnięy P1). `Prosownik dwupołówkowy modelu jes zbudowany na diodach D do D5 sanowiących zw. prosownik Graeza. Dla poprawnego zamknięcia obwodów prosownika wymagane jes galwaniczne rozdzielenie wejścia od wyjścia prosownika aby poencjał odniesienia wejścia prosownika (masa źródła przebiegu prosowanego) nie był połączony z masą wyjścia gdyż zosanie zwara jedna z diod.. Z ego powodu prosownik jes serowany ze źródła symerycznego. Brak jes akże możliwości jednoczesnej obserwacji oscyloskopem przebiegu prosowanego i wyprosowanego jak w przypadku jednopołówkowego. Przeznaczenie pozosałych elemenów ego prosownika jes analogiczne jak jednopołówkowego. Elemeny dolnego układu modelu laboraoryjnego z rys. 1.8 sanowią deekor AM kóry w ym ćwiczeniu nie będzie wykorzysywany OPIS ECHNICZNY POMIARÓW W ćwiczeniu badane będą prosowniki: jednopołówkowy i dwupołówkowy. Badania obejmują obserwację przebiegów napięć i pomiary paramerów energeycznych przebiegu wyjściowego prosownika: warość ednia, skueczna i ęnienia; bez filru i z filrem RC: OPRACOWANIE ORZYMANYCH WYNIKÓW Dla obu prosowników należy obliczyć wielkości określone w abeli S.1 sprawozdania posługując się wzorami z abeli

7 Prosowniki bez filrów abela S.1 sk [mv] [mv] [mv] sprawność[%] ęnienia[%] prosownik eoria pomiary eoria pomiary eoria pomiary eoria pomiary eoria pomiary jednopołówkowy na D1 dwupołówk owy Do oceny sprawozdania jego części składowe należy ułożyć w kolejności: 1. srona yułowa sprawozdania,. sosowne obliczenia, 3. wykresy 4. wnioski 5. prookół pomiarowy ZAGADNIENIA KONROLNE 1. Charakerysyka prądowo napięciowa diody prosowniczej. Paramery prosownika napięcia zmiennego 3. Zasada działania prosownika jednopołówkowego i jego właściwości. 4. Narysować przebiegi napięcia na wyjściu prosownika jednopołówkowego bez kondensaora 5. Obwody ładowania i rozładowania kondensaora na wyjściu prosownika jednopołówkowego 6. Narysować przebiegi napięcia na wyjściu prosownika jednopołówkowego z kondensaorem 7. Narysować przebiegi napięcia na wyjściu prosownika jednopołówkowego z kondensaorem o różnej pojemności 8. Zasada działania prosownika dwupołówkowego i jego właściwości. 9. Narysować przebiegi napięcia na wyjściu prosownika dwupołówkowego bez kondensaora 10. Obwody ładowania i rozładowania kondensaora na wyjściu prosownika dwupołówkowego 11. Zasady doboru filru prosowników napięcia 1.9. LIERARA [1]. J. Boksa Analogowe układy elekroniczne, BC 007 [] G. N. Lurch Podsawy echniki elekronicznej PWN Warszawa