PEiE Sprawozdanie 4 (Diodowe układy prostownicze) PDF

Preview

Summary

Sprawozdanie 2 (Diodowe układy prostownicze) z przedmiotu Podstawy elektrotechniki i elektroniki....

Description

Wydział Informatyki Katedra Mediów Cyfrowych i Grafiki Komputerowej Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki Ćwiczenie nr: 4 Temat: Diodowe układy prostownicze Grupa nr: Zespół:

Data realizacji: 17.04.2019 Prowadzący: Ocena:

1. Cel ćwiczenia Zbadanie obwodów prostownika jednopołówkowego, dwupołówkowego z odczepem środkowym oraz dwupołówkowego mostkowego w praktyce, na podstawie AB09 – analogowego, gotowego do użycia modułu laboratoryjnego.

2. Teoria dotycząca zagadnień rozpatrywanych w trakcie ćwiczenia

Prostownik Prostownik – jest to ‘’element lub zestaw elementów służący do zamiany napięcia przemiennego na napięcie jednego znaku, które po dalszym odfiltrowaniu może być zmienione na napięcie stałe’’. [1]

Prostownik jednopołówkowy Prostownik jednopołówkowy – polega on na tym, że ‘’podczas dodatniego półokresu napięcia wejściowego dioda przewodzi, co w przypadku idealnej diody półprzewodnikowej odpowiada zwarciu, tj. sygnał wyjściowy jest kopią dodatniego półokresu sygnału wejściowego. Podczas ujemnego półokresu sygnału wejściowego dioda półprzewodnikowa jest w stanie rozwarcia, tj. dioda półprzewodnikowa pracuje w stanie zaporowym. Podczas trwania ujemnego półokresu napięcia zasilającego napięcie na wyjściu prostownika jednopołówkowego równe jest zero. Ograniczenia prostownika jednopołówkowego: moc prądu przemiennego dostarczana jest w trakcie połowy okresu sygnału wejściowego, a zatem moc sygnału wejściowego jest mała.’’ [2]

Rysunek 1. Wykres przedstawiający działanie prostownika jednopołówkowego

Rysunek 2. Prostownik jednopołówkowy

Prostownik dwupołówkowy w odczepem środkowym ‘’Prostownik dwupołówkowy z odczepem środkowym wymaga zastosowania dwóch diod oraz transformatora z odczepem środkowym. Podczas dodatniej części sygnału wejściowego dioda D1 jest w stanie przewodzenia, co jest równoważne zwarciu na diodzie D 1 i rozwarciu gałęzi z diodą D2, wówczas układ zachowuje się jak prostownik jednopołówkowy. Podczas ujemnej części napięcia wejściowego diody zamieniają się rolami, ale polaryzacja napięcia na rezystorze obciążenia RL pozostaje taka sama. Bez względu na to, która dioda przewodzi, przez rezystor obciążenia płynie jednokierunkowy prąd wywołujący napięcie wyprostowane dwupołówkowo. Ograniczenia prostownika dwupołówkowego z odczepem środkowym: 1. Trudność umieszczenia odczepu środkowego na wtórnym uzwojeniu transformatora

2. Energia sygnału wyjściowego jest mała, ponieważ każda z diod wykorzystuje tylko jedną część wtórnego uzwojenia transformatora. 3. Stosowane diody powinny mieć wysoką wartość szczytową napięcia wstecznego.’’ [2]

Rysunek 3. Wykres przedstawiający działanie prostownika dwupołówkowego D1

RL D2

Rysunek 4. Prostownik dwupołówkowy z odczepem środkowym

Prostownik dwupołówkowy mostkowy ‘’Układ prostownika mostkowego wymaga zastosowania czterech diod. W czasie od 0 do 2𝑇 diody D1 i D3 przewodzą, natomiast diody D2 i D4 są wyłączone tak, że dla diod idealnych napięcie na obciążeniu Vo = Vi. Dla ujemnej części napięcia wejściowego przewodzą diody D 2 i D4, dając dodatni impuls na rezystorze obciążenia RL. Zalety prostownika mostkowego: 1. Nie ma potrzeby stosowania transformatora z odczepem środkowym. 2. Napięcie wyjściowe jest dwa razy wyższe niż w przypadku transformatora z odczepem środkowym.

3. Szczytowe napięcie wsteczne na diodzie stanowi połowę tego w układzie z odczepem środkowym. Wady prostownika mostkowego: 1. Wymaga czterech diod. 2. Podczas każdego półokresu sygnału wejściowego, diody przewodzące są połączone szeregowo, dlatego spadek napięcia na wewnętrznej rezystancji prostownika jest dwa razy większy niż w układzie z odczepem środkowym. Jest to zjawisko niepożądane, gdy napięcie wtórne transformatora jest niskie.’’ [2]

Rysunek 5. Wykres przedstawiający działanie prostownika dwupołówkowego

RL

Rysunek 6. Prostownik dwupołówkowy mostkowy

3. Przebieg ćwiczenia Do wykonania ćwiczenia wykorzystano moduł analogowy AB09. Podłączono ze sobą kolejne punkty pomiarowe przewodami połączeniowymi o przekroju 2. Do obwodu zostało podłączone przemienne napięcie o wartości 0[V] – 10[V]. Następnie wykonano pomiary rzeczywistych wartości napięcia wyjściowego za pomocą multimetra cyfrowego oraz oscyloskopu.

Rysunek 7. Schemat modułu AB09

Zadanie 1 1.1 Podano zasilanie napięciem przemiennym o wartości 0[V] – 10[V] do zacisków 1 oraz 2 transformatora. Następnie połączono zaciski wyjściowe transformatora 3 i 4 z zaciskami wejściowymi prostownika c oraz m wykorzystując moduł laboratoryjny AB09. 1.2 Połączono zaciski e oraz j podłączając w ten sposób rezystancję obciążenia RL na wyjściu prostownika jednopołówkowego. 1.3 Zmierzono wartość napięcia stałego na rezystancji obciążenia podłączając multimetr cyfrowy do gniazd j oraz n modułu laboratoryjnego. Vo = 0.80 [V] RF = 25 [] – rezystancja diody odczytana z dokumentacji diody RL = 100 [k]

𝑟𝐹 ) prostownika jednopołówkowego 1.4 Stosując wzór na sprawność η = 0.406  (1 + 𝑅𝐿 otrzymano: 25 𝑟𝐹 ) = 0.406  (1 + 100000 ) = 0.406  (1 + 0.00025) = 0.406  1.00025  0.4061 η = 0.406  (1 + 𝑅𝐿

0.4061  100% = 40.61% Sprawność układu prostowniczego wynosi  40.61% 1.5 Włączono kondensator do obwodu filtra na wyjściu prostownika jednopołówkowego łącząc zaciski i oraz l. Następnie korzystając z oscyloskopu zaobserwowano napięcie wyjściowe. Vo = 2.50[V]

Zadanie 2 2.1 Podano zasilanie napięciem przemiennym o wartości 0[V] – 10[V] do zacisków 1 oraz 2 transformatora. Następnie połączono zaciski wyjściowe transformatora z odczepem środkowym 5 i 7 z zaciskami wejściowymi prostownika c i g oraz odczep środkowy 6 z uziemieniem m wykorzystując moduł laboratoryjny AB09. 2.2 Podłączono rezystancję RL na wyjściu prostownika łącząc zaciski e oraz j. 2.3 Zmierzono wartość napięcia stałego na rezystancji obciążenia podłączając multimetr cyfrowy do gniazd j oraz n modułu laboratoryjnego. Vo = 1.50[V] RF = 25 [] - rezystancja diody odczytana z dokumentacji diody RL = 100 [k] ) prostownika dwupołówkowego 2.4 Stosując wzór na sprawność η = 0.812  (1 + 𝑟𝐹 𝑅𝐿 otrzymano: 𝑟𝐹 25 ) = 0.812  (1 + 0.00025) = 0.812  1.00025  0.8122% η = 0.812  (1 + 𝑅𝐿 ) = 0.812  (1 + 100000

0.8122  100% = 81.22% Sprawność układu prostowniczego wynosi  81.22% 2.5 Włączono kondensator do obwodu filtra na wyjściu prostownika jednopołówkowego łącząc zaciski i oraz l. Następnie korzystając z oscyloskopu zaobserwowano napięcie wyjściowe. Vo = 2.50[V]

Zadanie 3 3.1 Podano zasilanie napięciem przemiennym o wartości 0[V] – 10[V] do zacisków 1 oraz 2 transformatora. Następnie połączono zaciski wyjściowe transformatora 3 i 4 z zaciskami wejściowymi prostownika dwupołówkowego c oraz g wykorzystując moduł laboratoryjny AB09. 3.2 Połączono zaciski b i d oraz h i f w celu utworzenia obwodu prostownika mostkowego. 3.3 Połączono przewodem zaciski a oraz m. 3.4 Podłączono rezystancję obciążenia RL na wyjściu prostownika dwupołówkowego łącząc zaciski e oraz j. 3.5 Zmierzono wartość napięcia stałego na rezystancji obciążenia podpinając multimetr cyfrowy do zacisków j oraz n modułu laboratoryjnego. Vo = 1.22[V] RF = 25 [] - rezystancja diody odczytana z dokumentacji diody RL = 100 [k] ) prostownika dwupołówkowego 3.6 Stosując wzór na sprawność η = 0.812  (1 + 𝑟𝐹 𝑅𝐿 otrzymano: 𝑟𝐹 25 ) = 0.812  (1 + 0.00025) = 0.812  1.00025  0.8122% η = 0.812  (1 + 𝑅𝐿 ) = 0.812  (1 + 100000

0.8122  100% = 81.22% Sprawność układu prostowniczego wynosi  81.22% 3.7 Włączono kondensator do obwodu filtra na wyjściu prostownika jednopołówkowego łącząc zaciski i oraz l. Następnie korzystając z oscyloskopu zaobserwowano napięcie wyjściowe. Vo = 2.08[V]

4. Wnioski Wykonane zadania ukazują, że przy wykorzystaniu układów prostowniczych mamy możliwość zamiany napięcia przemiennego w jednokierunkowy poprzez eliminację ujemnych półokresów, zapewniając jednakowy przepływ prądu. Na podstawie wykonanych obliczeń można zauważyć, że prostowniki dwupołówkowe mają 2 razy większą sprawność niż jednopołówkowe. Nigdy nie będą to jednak wartości równe 100%.

5. Bibliografia [1] - https://pl.wikipedia.org/wiki/Prostownik,

24.04.2019r.

[2] - http://lit.wi.pb.edu.pl/pomoce/PEiE_lab/cwiczenie_4.pdf,

24.04.2019r....