Module 2 Diode Toepassing G elijkrichters PDF

Preview

Summary

Download Module 2 Diode Toepassing G elijkrichters PDF

Description

Practicum Elektronica 1

Module 2 Doel:

Diode toepassing: Gelijkrichters

(Individueel)

Het kunnen construeren van enkelzijdige en dubbelzijdige gelijkrichtschakelingen Het verband kunnen leggen tussen de in – en uitgangsspanning. (Rol diode(n) herkennen) Het kunnen bepalen van de rimpelspanning. (Rol condensator)

Introductie. De meeste elektronische apparaten (bv computerschakelingen) mogen uitsluitend met een zuivere gelijkspanning gevoed worden. Het lichtnet levert echter een wisselspanning van 60 Hz. Met behulp van een transformator kan de ze hoge wisselspanning naar wens omgezet worden naar een lagere waarde. De gewenste spanning is echter nog steeds sinusvormig met een frequentie van 60 Hz. Gelukkig zijn er eenvoudige schakelingen die de wisselspanning kan omvormen naar een (zuivere) gelijkspanning. Dergelijke schakelingen worden gelijkrichters genoemd (in het eng. “Rectifiers”)

A

B

+ C

AC DC

- D

Figuur 1. Gelijkrichter Gelijkrichters. Aan de ingang A B wordt een sinusvormige wisselspanning aangelegd, die door de gelijkrichter omgevormd wordt tot een (zuivere) gelijkspanning. In het ideaal geval komt er aan de uitgang C D een constante gelijkspanning. Bij het bestuderen van gelijkrichters is het handig bij een eerste benadering elke geleidende diode te beschouwen als een gesloten schakelaar en elke sperrende diode als een open schakelaar. Breng daarna de spanningsval (en eventueel de sperstroom) van de diode in rekening. Gelijkrichters zorgen er in principe dus voor dat de elektrische stroom maar in één richting vloeit. Zie figuur 2. De diode is voor een halve periode van het aangesloten ingangssignaal V in, in doorlaatzin en voor de andere helft van Vin in sperzin. Er onstaat een pulserende DC, V o, aan de uitgang. Ga zelf na!

Figuur 2. Enkelzijdige gelijkrichter Belangrijke parameters bij het kiezen van dioden voor gelijkrichtschakelingen zijn o.a. de maximale toegestane stroom in doorlaatzin (maximum forward current, IF) en de maximale inverse spanning (PIV of PRV). De PIV is afhankelijk van het type gelijkrichtschakeling. Het boek “Electronic Devices and Circuit Theory’ behandelt drie typen: “Half-wave”, “Center-tapped wave” en “Full wave”. Zie §2.6 en §2.7 Afvlakcondensator. Op de uitgang van de schakeling van figuur 2, plaatsen we een gepolariseerde elektrolytische condensator parallel aan de belasting R. Het uitgangssignaal, Vo, wordt nu verder afgevlakt en heeft wat men noemt een rimpel. Zie figuur 3. Vo afgevlakte spanning met rimpel Vin, wisselspanning aan de ingang Gedurende (een deel van de) positieve alternatie van de diode laadt de condensator zich op. Door de relatieve lage weerstand van de diode in doorlaatzin gebeurt het opladen van de condensator vrij snel en met een vrij grote diodestroom ID. De diodestroom is dus pulserend. Na het bereiken van de maximale spanningswaarde van Vin en ook gedurende de hele negatieve alternatie van de diode (de sperzin) ontlaadt de condensator zich exponentieel over de belasting R. Als deze weerstand niet al te klein is, Figuur 3. Afgevlakte spanning Uo en oplaad diodestroom ID geschiedt het ontladen relatief langzaam. Zoals te zien in figuur3, gaat het ontlaadproces in principe door tot de volgende maximale spanningswaarde van Vin. De Pagina 1 van 3

Practicum Elektronica 1

tijdsconstante van het ontlaadproces kan worden berekend met = R x C. Wij kunnen nu dus stellen dat de (grootte) van de condensator effect heeft op het verloop van de uitgangsspanning Vo en de diodestroom ID. De uitgangsspanning is dus afhankelijk van de aangelegde wisselspanning Vin en de grootte van de condensator C. Dubbelzijdige gelijkrichter. Bij de enkelzijdige gelijkrichter wordt jammer genoeg niet het totaal beschikbaar vermogen benut. Dit wordt wel gedaan bij de dubbelzijdige gelijkrichter. We zullen zien dat het uitgangssignaal voor eenzelfde condensator in vergelijking met Vo bij de enkelzijdige een kleinere rimpel bevat. Of omgekeerd, voor dezelfde rimpel op Vo is bij de dubbelzijdige een kleinere afvlakcondensator nodig. Literatuur: Bestudeer de paragrafen §2.6 en §2.7, pagina 76 t/m 82 van het boek “Electronic Devices and Circuit Theory”. Voorbereiding. Bestudeer de handleiding en aanbevolen literatuur. Beantwoord de volgende vragen van te voren in uw logboek: 1. Wanneer spreekt men van een enkelzijdige gelijkrichter? En wanneer van een dubbelzijdige gelijkrichter? 2. Maak een schets van een enkelzijdig gelijkgerichte spanning en een dubbelzijdig gelijkgerichte spanning. 3. Wat is de functie van een filtercondensator of afvlakcondensator in een gelijkrichter?* 4. Wat wordt verstaan onder rimpelspanning? * 5. De belasting R blijft onveranderd en men wil de rimpelspanning kleiner maken. Hoe kun je dit realiseren? 6. Maak bij elke opdracht een schets van het uitgangssignaal en bereken ook de daarbij horende maximale spanning Vo max. * Doe zelf literatuuronderzoek Uitvoering. De opdrachten worden gesimuleerd mbv het software programma Multisim. We beperken ons verder tot het gelijkrichten van sinusvormige wisselspanningen gegenereerd door een functiegenerator. Verder: Sla per opdracht uw schakeling(en) op (.ms8 file) Maak een word do cument open en doe het volgende per opdracht (op gezette tijden opslaan!) Copieer uw schakeling naar het document, voorzien van figuur nummer en ondertitel Copieer uw gesimuleerde meting (in- en uitgangssigna(a)l(en)) Noteer alle instellingen en waarnemingen 1.

Bouw een enkelzijdige gelijkrichtschakeling volgens figuur 1. Gebruik hiervoor: Een functiegenerator (1kHz, 10Vpp) Si diode 1N4148 Weerstand 2.2 kΩ 2 kanaals Oscilloscoop. Kies DC koppeling.

+ Vin

Vo _

-

2.

De enkelzijdige gelijkrichtschakeling wordt uitgebreid met een condensator C van 1 F, parallel geschakeld aan R. Let op de polariteit van de condensator. (Selecteer een condensator als volgt: “Component browser/Group Basic/Cap_electrolit/ 1 F-POL”) -

3.

Figuur1. Enkelzijdige gelijkrichtschakeling. Vergelijk het in- en uitgangssignaal. Zijn er verschillen (in frequentie, amplitude of anders)? Zo nee, waarom niet. Zo ja, verklaar.

Sla het uitganssignaal op (DC-koppeling). Vergelijk de output met de output Vo van opdracht 1. Verklaar het verschil. M.a.w leg uit waarom de spanning Vo nu een ander verloop heeft. Meet de rimpelspanning, Vr. Kies hiervoor AC-koppeling. (waarom zou je dat doen? Is dit nodig?) Vervang de condensator van 1 F met een condensator van 3.3 F. - Meet de rimpelspanning, Vr. - Vergelijk nu het uitgangssignaal met die van opdracht2 (let op het verloop van de twee spanningen Vo). Wat zijn uw bevindingen? Verklaar/conclusie.

Pagina 2 van 3

Practicum Elektronica 1

Dubbelzijdige gelijkrichtschakeling. 4.

Bouw een dubbelzijdige gelijkrichtschakeling volgens figuur 2.

Gebruik hiervoor: - Een functiegenerator (1kHz, 10Vpp) - 4 (vier) Si diode 1N4148 - Weerstand 2.2 kΩ - 2 kanaals Oscilloscoop. Kies DC koppeling.

Figuur2. Dubbelzijdige gelijkrichtschakeling 5.

6.

Bekijk het uitgangssignaal, VLOAD (Kies hiervoor DC koppeling). Vergelijk deze met het uitgangssignaal van opdracht 1. Verklaar het verschil.

De dubbelzijdige gelijkrichtschakeling wordt uitgebreid met een condensator C van 1 F. C wordt parallel geschakeld aan R. Let op de polariteit van de condensator. - Sla de ouput op (DC-koppeling). Vergelijk de output met de vorige opdracht. - Meet de rimpelspanning, Vr. - Vergelijk de verkregen rimpelspanning met die van opdracht 2 (enkelzijdig gelijkgerichte signaal). Wat valt u op? Conclusie? Zie figuur 2. Bouw de schakeling opnieuw, vervang hierbij de twee onderste dioden met weerstanden van 3.3 kΩ. De nieuwe brugschakeling bevat dus twee Si-dioden en twee weerstanden van 3.3 kΩ i.p.v. vier Sidioden. De belasting R L is 2.2 kΩ. - Hoe zal de output er nu uitzien?? (theoretisch bepaald) Leg uit (met berekeningen). - Neem de nieuwe schakeling (gerealiseerd in MutliSim) ook op in uw meetrapport. - Start de simulatie en vergelijk de verkregen output met uw berekeningen. Komen ze overeen? - Vergelijk de verkregen output met het uitgangssignaal van opdracht 4. In hoeverre zijn de twee weerstanden van invloed geweest??

Uitwerking Maak je meetrapport, na de uitvoering, binnen maximaal 5 werkdagen af. Lever deze in, voorzien van een standaard voorpagina, te vinden op de moodle site.

Pagina 3 van 3...