Методические указания. Метод указания по лабораторным работам (1). Лабораторная работа 1 исследование диодов и стабилитронов
 Скачать 1.29 Mb.
|
|
Порядок выполнения работы 1. Исследование характеристик RC-фильтра нижних частот. Соберите схему рис.3. К входу схемы подключите генератор низкочастотных гармонических колебаний, а к выходу - осциллограф. Используя выражение (4), определите граничную частоту фильтра fгр. Установите частоту входного сигнала, равную 0,25 fгр, амплитуду 5 – –10 В и измерьте амплитуду сигнала на выходе фильтра. Результат измерения запишите в таблицу 1. Таблица 1
Изменяйте частоту входного сигнала с дискретностью 0,25 fгр, заполните 1 и 2 строки таблицы 1. Рассчитайте по формулам, приведенным в таблице 1, частотные зависимости K(f),  , (f)э и запишите расчетные значения в соответствующие строки таблицы.Используя выражение (2), рассчитайте (f)р по формуле, приведенной в последней строке таблицы 1, и заполните эту строку. По данным таблицы 1 постройте расчетные и экспериментальные графики частотной зависимости коэффициента затухания фильтра (f). На уровне 3 дБ определите граничную частоту fгр и сравните ее с расчетной частотой, полученной ранее. 2. Исследование характеристик активного RC-фильтра нижних частот первого порядка. Соберите схему рис.6а. К входу схемы подключите генератор низкочастотных гармонических колебаний (функциональный генератор), а к выходу осциллограф. Используя обозначения, приведенные на схеме рис.6а, определите граничную частоту фильтра fгр = 1/2RC и коэффициент усиления  Установите частоту сигнала, выдаваемого генератором, равную 0,25fгp и определите коэффициент усиления K1(э) = Uвых/ Uвх. Сравните расчетный коэффициент усиления K1(р)с экспериментально полученным значением K1(э). Установите амплитуду входного сигнала uвх = uвых/K1 такой вели чины, чтобы максимальное значение uеыхв полосе пропускания фильтра было равно 1В. Далее руководствуйтесь методикой, изложенной в пункте 1. 3. Исследование характеристик активного RC-фильтра нижних частот второго порядка. Соберите схему рис.6б и руководствуйтесь методикой, изложенной в пункте 2 с учетом обозначений приведенных на схеме рис.6б. 4. Исследование характеристик RC-фильтра верхних частот. Соберите схему рис.4. К входу схемы подключите генератор низкочастотных гармонических колебаний, а к выходу - осциллограф. Используя выражение (4), определите граничную частоту фильтра fгp. Установите частоту входного сигнала, равную 0,25 fгp, амплитуду 5-10 В и измерьте амплитуду сигнала на выходе фильтра. Результат измерения запишите в таблицу 2. Таблица 2
Изменяйте частоту входного сигнала с дискретностью 0,25 fгp, заполните 1 и 2 строки таблицы 2. Используя выражения, приведенные в таблице 2, рассчитайте частотные зависимости K(f), , (f)p и запишите полученные результаты в соответствующие строки таблицы. Используя выражение (6), рассчитайте по формуле, приведенной в последней строке таблицы 2, частотную зависимость (f)p и результаты запишите в таблицу. По данным таблицы 2 постройте расчетные и экспериментальные графики частотной зависимости коэффициента затухания фильтра (f). На уровне 3 дБ определите граничную частоту fгp и сравните ее с частотой, рассчитанной ранее. 5. Исследование характеристик активного RC—фильтра верхних частот первого порядка. Соберите схему рис.6а, в которой элементы R и С поменяйте местами и руководствуйтесь методикой, изложенной в пункте 4. 6. Исследование характеристик активного RC-фильтра верхних частот второго порядка. Соберите схему рис.6б, в которой элементы R и С поменяйте местами и руководствуйтесь методикой, изложенной в пункте 4. Содержание отчета 1. Наименование и цель лабораторной работы. 2. Наименование каждого пункта работы, схемы, результаты расчетов и измерений. 3. Выводы по результатам исследований. Лабораторная работа № 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ Цель работы: закрепить теоретические знания о вторичных источниках питания; изучить схемы и принципы работы основных функциональных узлов вторичных источников питания, провести экспериментальные исследования их характеристик. Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench. Методические указания: работа выполняется студентами за два часа аудиторных занятий Краткие теоретические сведения Вторичные источники питания предназначены для преобразования переменного напряжения сети (220 В, 50 Гц) в постоянное. Типовая блок-схема вторичного источника питания содержит следующие функциональные узлы (рис.1): 1 - преобразователь уровней напряжения и тока; 2 - выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный или пульсирующий ток одного направления; 3 - сглаживающий фильтр, уменьшающий пульсации выпрямленного напряжения; 4 - стабилизатор, компенсирующий колебания выходного напряжения питания при изменении тока нагрузки или входного напряжения.  Рис.6.1 Блок-схема вторичного источника питания Функцию преобразования уровней напряжения и тока выполняют силовые трансформаторы. Напряжения на обмотках трансформатора принято давать в эффективных (действующих) значениях. Для выпрямления переменного тока используются полупроводниковые диоды. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы на его входе и выходе представлены на рис. 2. Выпрямленное напряжение  содержит постоянную составляющую ( ), первую (  ) и высшие гармоники. Известно, что среднее значение первой гармоники за полупериод равно (1) Рис.6.2 Однополупериодный выпрямитель Коэффициент пульсации, представляющий собой отношение амплитуды первой, гармоники к постоянной составляющей. Для рассматриваемого выпрямителя с учетом (1) он равен  (2)Для уменьшения коэффициента пульсаций параллельно с нагрузкой в цепь выпрямителя включается конденсатор. Форма напряжения на нагрузке с параллельно подключенным конденсатором показана пунктиром. Для улучшения параметров выпрямителя применяется мостовая схема выпрямления (рис.3), которая обеспечивает протекание тока через нагрузку  во время положительной и отрицательной полуволн. Максимальная величина обратного напряжения на диодах равна выходному напряжению схемы в режиме холостого хода (т.е. при  ): (3)Так как ток в нагрузке для мостовой схемы протекает в течение обоих полупериодов, то постоянная составляющая выпрямленного напряжения будет в два раза больше, чем для однополупериодного выпрямителя; т. е.  , тогда (4) Рис.6.3 Схема мостового выпрямителя Из выражений (2) и (4) и временных диаграмм (рис. 2 и 3) видно, что коэффициент пульсации в схеме двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем в схеме однополунериодного выпрямителя. Так как трансформатор является габаритным и дорогим элементом, то в ряде случаев, когда потребляемая от выпрямителя мощность небольшая, применяют схемы умножения напряжения. Одна из схем удвоения напряжения приведена на рис 4. При положительных полуволнах ток  заряжает конденсатор С1- через диод VD1, а при отрицательных - ток  заряжает конденсатор С2 через диод VD2.Общее напряжение на конденсаторах C1- и С2, включенных последовательно, обеспечивает протекание тока через нагрузку .У нестабилизированных источников питания при увеличении тока нагрузки постоянная составляющая напряжения на выходе источника падает, а напряжение пульсации растет.  Рис.6.4 Схема удвоения напряжения Для устранения этого недостатка служат стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают постоянство выходного напряжения при изменении нагрузки или входного напряжения в ограниченных пределах. Электронные стабилизаторы постоянного напряжения подразделяются на параметрические, компенсационные и комбинированные. Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения (рис. 5) заключается в поддержании постоянного напряжения на сопротивлении нагрузки ( ). При изменении входного напряжения  , за счёт перераспределения токов, протекающих через линейный ( ) и нелинейный (стабилитрон) элементы. Рис.6.5 Схема параметрического стабилизатора напряжения Основным параметром стабилизаторов напряжения является коэффициент стабилизации:  (5)где  - относительные изменения входного и выходного напряжений. |
K(f)/Kmax