UKŁADY PROSTOWNICZE. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i właściwościami podstawowych układów prostowniczych: prostownika jednopołówkowego, dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem transformatora oraz dwupołówkowego z mostkiem Graetza.. Budowa układu. Schemat prostowników przedstawiono na Rys.. Każdy z typów prostownika (jednopołówkowy, dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem, mostkowy) może być złożony na płytce przedstawionej na Rys.. Na wejście prostownika podłączyć należy transformator zgodnie z Rys., a na wyjście obciążenie w postaci opornika dużej mocy. TR A B J D Uwyj D C WEJŚCIE 3 C C J R0 TRANSFORMATOR R WYJŚCIE 0.47 / 5W TR A B D C TRANSFORMATOR J 3 WEJŚCIE D D R C Uwyj C J WYJŚCIE R0 0.47 / 5W TR A B D J 3 WEJŚCIE D4 D3 D D C Uwyj Uwyj C J R0 C TRANSFORMATOR R 0.47 / 5W WYJŚCIE Rys.. Schemat prostownika: (a) jednopołówkowego, (b) dwupołówkowego z dzielonym uzwojeniem, (c) - mostkowego.
Rys.. Widok płytki drukowanej prostownika (od strony elementów). Na płytce złożyć można dowolny układ z prostowników z Rys.. Bezpiecznik Bezpiecznik ~30V.. A C B Uzwojenie wtórne D Uzwojenie wtórne Rys.3. Widok transformatora sieciowego.
3. Przygotowanie do zajęć. UWAGA: Czas przygotowania do zajęć szacuje się na 3 do 6 godzin. 3.. Materiały źródłowe [] Materiały Laboratorium i Wykładów Zespołu Układów Elektronicznych. [] U. Tietze, Ch. Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa, 996, s. 560-568. [3] P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki, WKiŁ, Warszawa, 003, s. 55-6. [4] J. J. Car, Zasilanie urządzeń elektronicznych, BTC, Warszawa, 004, s. 07-53. [5] R. Kisiel, Podstawy technologii dla elektroników, Warszawa, 005, s.40-4. 3.. Pytania kontrolne. Co to jest prąd i napięcie skuteczne?. Co to jest prąd i napięcie średnie? 3. Co to jest moc czynna? 4. Co to jest współczynnik mocy prostownika? 5. Naszkicować schematy i wyjaśnić zasadę działania prostowników: jednopołówkowego, dwupołówkowego, mostkowego. 6. Naszkicować przebiegi napięć i prądów prostownikach z obciążeniem rezystancyjnym i rezystancyjno-pojemnościowym. 7. Jak zależy napięcie tętnień od pojemności filtra i obciążenia? 3.3 Zadanie projektowe Dla danego typu prostownika (jednopołówkowy D, dwupołówkowy D, dwupołówkowy - mostkowy 4D) należy obliczyć wszystkie parametry prostownika metodą analityczną. Wyniki nanieść do odpowiednich Tabel. Parametry jakie należy obliczyć to: - napięcia średnie biegu jałowego (prostownika bez obciążenia), - średnie napięcie wyjściowe przy obciążeniu R O, - minimalną wartość napięcia wyjściowego, - maksymalną wartość napięcia wyjściowego, - międzyszczytową wartość napięcia tętnień, - średni prąd obciążenia, - średni prąd diody prostowniczej, - - powtarzalną wartość szczytowa prądu diod, - (ang. inrush current or input surge current) maksymalny prąd diody przy załączaniu. Obliczenia należy wykonać dla: - prostownika bez pojemności filtrujących i dla obu rezystancji obciążenia R O = R O i R O = R O, oraz czterech kombinacji pojemności filtrujących oraz rezystancji obciążenia: 3
- pojemność filtrująca C = C (wybrać pojemność mniejszą) i rezystancja obciążenia R O = R O, - pojemność filtrująca C = C, rezystancja obciążenia R O = R O, - pojemność filtrująca C = C + C, rezystancja obciążenia R O = R O, - pojemność filtrująca C = C + C, rezystancja obciążenia R O = R O. Należy przyjąć następujące parametry transformatora sieciowego (dostępnego na stanowisku laboratoryjnym): - napięciu skuteczne biegu jałowego U rms =.5V, - przekładnia n = 8.4, - rezystancji uzwojenia pierwotnego r = 300 Ω - rezystancji uzwojenia wtórnego r = 3,8 Ω. Uwaga: w obliczeniach, do wyznaczonej na podstawie podanych powyżej parametrów wartości rezystancji wewnętrznej transformatora R S, należy dodać wartość rezystora monitorującego prąd (na schemacie R = 0.47 Ω R' S =R S + 0,47 Ω. 4. Przebieg ćwiczenia. Wyznaczanie rezystancji wewnętrznej uzwojenia wtórnego transformatora (R S ) Transformator z punktu widzenia zacisków wyjściowych jest dwójnikiem, który (z twierdzenia Thevenina) można przedstawić jako źródło napięciowe z rezystancja wewnętrzną (Rys.4 ). 0 E-U n: I L ~30V E R S U =E E R S U R L Rys. 4. Transformator sieciowy i równoważny mu schemat zastępczy uzwojenia wtórnego Pomiar rezystancji R S polega na pomiarze siły elektromotorycznej E za pomocą woltomierza o bardzo dużej rezystancji wewnętrznej (uniwersalny miernik cyfrowy ma rezystancje rzędu 0MΩ). Na zaciskach transformatora nieobciążonego otrzymujemy wynik U =E (końcówki transformatora A i B lub para C i D Rys.3 ). Po obciążeniu transformatora znaną rezystancją R L, o wartości rzędu 50 do 00Ω, mierzymy napięcie U. W tym pomiarze otrzymamy wynik mniejszy o spadek napięcia na rezystorze R S. Spadek ten wynosi skąd: E U" = R S I L R S E U" U ' U " U ' U " = = = = R I I U" L L R L L U ' U " U" Dokładną wartość rezystancji obciążenia R L należy zmierzyć miernikiem uniwersalnym. 4
Wyniki pomiarów należy zebrać w Tabeli. Uwaga: rzeczywista wartość rezystancji szeregowej prostownika musi być powiększoną o rezystancję R=0,47Ω wlutowaną na płytce prostownika, przeznaczoną do pomiaru prądu diod. Wówczas: R' S =R S + 0.47 Ω. Tabela. Pomiar rezystancji wewnętrznej transformatora. U = E U E U R L [Ω] I L R S [Ω] R S [Ω] obliczone Montowanie układu i pomiary. Zmontować układ prostownika bez pojemności filtrujących.. Na wejście podłączyć transformator, a na wyjście obciążenie R O i włączyć zasilanie. 3. Za pomocą oscyloskopu zaobserwować napięcie wejściowe i wyjściowe prostownika oraz prąd obciążenia. 4. Korzystając z oscyloskopu i funkcji pomiary zmierzyć parametry prostownika i nanieść wyniki do odpowiedniej Tabeli -x. 5. Pomiar prądu może zostać wykonany z zastosowaniem funkcji pojedynczego wyzwalania oscyloskopu i włączania układu (transformatora); należy wydrukować jeden z zaobserwowanych przebiegów. 6. Czas diody można zmierzyć za pomocą funkcji kursory oscyloskopu. 7. Powtórzyć pomiary do 5 dla obciążenia R O. 8. Wlutować pojemność C (mniejszą) i zaobserwować napięcie wyjściowe oraz prąd ładowania kondensatora (pomiar spadku napięcia na rezystorze R =0,47 Ω). 9. Używając funkcji pomiary oscyloskopu uzupełnić dane w odpowiedniej Tabeli -x dla C - R O, C -R O, 0. Wlutować kondensator C i wykonać pomiary dla (C +C )-R O, (C +C )-R O,. Wypełnić Tabele x. Wnioski. Dla układu z filtrem pojemnościowym należy: a. Wymienić parametry, które zmieniają się zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi, przy wzroście pojemności filtrującej oraz przy wzroście obciążenia (zmniejszeniu rezystancji obciążającej). b. Wymienić parametry, które zmieniły się lub nie zmieniły się i było to niezgodnie z przewidywaniami teoretycznymi.. Porównać parametry układu bez filtra pojemnościowego z parametrami układu z filtrem. 5
Tabela -A. Wyniki obliczeń i pomiarów parametrów prostownika jednopołówkowego D. Układ bez pojemności filtrujących. R O = R O =...[Ω] R O = R O =...[Ω]
Tabela -B. Wyniki obliczeń i pomiarów parametrów prostownika jednopołówkowego D. Układ z filtrem pojemnościowym C = C =... µf. R O = R O =...[Ω] R O = R O =...[Ω] 7
Tabela -C. Wyniki obliczeń i pomiarów parametrów prostownika jednopołówkowego D. Układ z filtrem pojemnościowym C = C + C =... µf. R O = R O =...[Ω] R O = R O =...[Ω] 8
Tabela -A. Wyniki obliczeń i pomiarów parametrów prostownika dwupołówkowego...d. Układ bez pojemności filtrujących. R O = R O =...[Ω] R O = R O =...[Ω] 9
Tabela -B. Wyniki obliczeń i pomiarów parametrów prostownika dwupołówkowego...d. Układ z filtrem pojemnościowym C = C =... µf. R O = R O =...[Ω] R O = R O =...[Ω] 0
Tabela -C. Wyniki obliczeń i pomiarów parametrów prostownika dwupołówkowego...d. Układ z filtrem pojemnościowym C = C + C =... µf. R O = R O =...[Ω] R O = R O =...[Ω]