Направление подготовки (специальность) 09. 03. 03 Прикладная информатика Профиль Основы цифровой электроники

• Название: Направление подготовки (специальность) 09. 03. 03 Прикладная информатика Профиль Основы цифровой электроники
• Дата: 27.05.2022
• Размер: 1.71 Mb.
• Имя файла: Laboratornaya_rabota.docx
• Тип: Лабораторная работа; #552098
• страница: 5 из 5

Порядок выполнения работы

1) Собрать схему для исследования счетчика, представленную на рис. 19.

2) Включить тумблер SA18 «Вкл. измерителя скорости» и установить тумблер SA21 в нижнее положение.

3) Подавая с помощью кнопки SB5 последовательности импульсов 1, 2, 3, и т.д. на вход счетчика составить таблицу состояний кода на выходах 1, 2, 4, 8 от количества поданных импульсов. Выходной код фиксируется по индикаторам. Импульсы подавать за время до 1 с



Лабораторная работа №12

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ НЕУПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

Цель работы: изучить принцип действия и основные характеристики неуправляемых однофазных выпрямителей, ознакомиться с принципом действия сглаживающих фильтров.

Основные теоретические сведения

Выпрямители.

Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное.Основными компонентами выпрямителей служат вентили – элементы с явно выраженной нелинейной вольтамперной характеристикой. В качестве таких элементов используют кремниевые диоды.

Однополупериодный выпрямитель.

Простейшим является однополупериодный выпрямитель (рис. 12.1). Напряжение и ток нагрузки имеют форму, показанную на рис. 1.1.3. Выходное напряжение меньше входного на величину падения напряжения на открытом диоде.



Среднее значение выпрямленного напряжения:





Рис. 12.2 – Графики входного и выходного напряжений однополупериодного выпрямителя

Важным параметром выпрямителя является коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, равный отношению максимального и среднего напряжений. Для однополупериодного выпрямителя коэффициент пульсаций

Выпрямленные напряжение и ток в схеме на рис. 12.2 имеют большой уровень пульсаций. Поэтому на практике такую схему применяют в маломощных устройствах в тех случаях, когда не требуется высокая степень сглаживания выпрямленного напряжения.

Двухполупериодные выпрямители.

Меньший уровень пульсаций выпрямленного напряжения можно получить в двухполупериодных выпрямителях. На рис. 12.3 показана схема выпрямителя с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора

.

Во вторичной обмотке трансформатора индуцируются напряжения и , имеющие противоположную полярность. Диоды проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода. В положительный полупериод открыт диод VD1, а в отрицательный – диод VD2. Ток в нагрузке имеет одинаковое направление в оба полупериода, поэтому напряжение на нагрузке имеет форму, показанную на рис. 1.1.5. Выходное напряжение меньше входного на величину падения напряжения на диоде.



В двухполупериодном выпрямителе постоянная составляющая тока и напряжения увеличивается вдвое по сравнению с однополупериодной схемой:



Из последней формулы определим действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора:



Коэффициент пульсаций в данном случае значительно меньше, чем у однополупериодного выпрямителя:



Так как ток во вторичной обмотке трансформатора двухполупериодного выпрямителя синусоидальный, а не пульсирующий, он не содержит постоянной составляющей. Тепловые потери при этом уменьшаются, что позволяет уменьшить габариты трансформатора.

Существенным недостатком схемы на рис. 1.1.4 является то, что к запертому диоду приложено обратное напряжение, равное удвоенной амплитуде напряжения одного плеча вторичной обмотки трансформатора:



Поэтому необходимо выбирать диоды с большим обратным напряжением. Более рационально используются диоды в мостовом выпрямителе (рис. 12.5).



Эта схема имеет такие же значения среднего напряжения и коэффициента пульсаций, что и схема выпрямителя с выводом от средней точки трансформатора. Ее преимущество в том, что обратное напряжения на диодах в два раза меньше. Кроме того, вторичная 71 обмотка трансформатора содержит вдвое меньше витков, чем вторичная обмотка в схеме на рис. 12.3.

Сглаживающие фильтры

Рассмотренные схемы выпрямителей имеют относительно большие значения коэффициента пульсаций. Между тем для питания электронной аппаратуры часто требуется выпрямленное напряжение с коэффициентом пульсаций, не превышающим нескольких процентов. Для уменьшения пульсаций используют специальные устройства – сглаживающие фильтры.

Простейшим является емкостный фильтр (С-фильтр). Рассмотрим его работу на примере однополупериодного выпрямителя (рис. 12.6).



Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения и тока происходит за счет периодической зарядки конденсатора С (когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение на нагрузке) и последующей его разрядки на сопротивление нагрузки.

Временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя показаны на рис. 12.7. На интервале времени t1 – t2 диод открыт и конденсатор заряжается. На интервале t2 – t3 диод закрыт и конденсатор разряжается через сопротивление Rн. Для уменьшения пульсаций емкость конденсатора должна быть большой, чтобы постоянная времени разряда RнC была намного больше периода выпрямленного напряжения.

Как следует из рис. 12.7, диод открыт только на интервале t1 – t2. Чем короче этот интервал, тем больше амплитуда тока через диод. Режим работы диода в схеме выпрямителя с фильтром оказывается достаточно тяжелым.



На практике используют и более сложные схемы сглаживающих фильтров, содержащих конденсаторы и индуктивные катушки. Они обеспечивают лучшее сглаживание. Основной недостаток таких фильтров – большие габариты и вес.

Порядок выполнения работы

Задание 1:

Исследование однополупериодного неуправляемого выпрямителя.

Сначала следует исследовать работу выпрямителя без емкостного фильтра, отключив его. На вход А осциллографа подается выходной сигнал, а на вход В - входной.

Зарисовать полученные осциллограммы.

Измерить максимальные входные и выходные напряжения. Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя (резистор R1), определить показания вольтметра и амперметра, занеся их в таблицу 12.1.

Построить внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя, работающего без емкостного фильтра.

Затем подключить емкостный фильтр, снять и построить внешнюю характеристику выпрямителя аналогично ранее описанному



Рис. 12.8 – Схема для исследования однополупериодного выпрямителя

Зарисовать осциллограммы напряжений при двух различных значениях емкостей фильтрующего конденсатора.

Таблица 12.1 – Внешняя характеристика однополупериодного выпрямителя



Вычислить среднее значение входного напряжения для схемы без фильтра и с подключенным фильтром. 74

Задание 2:

Исследование двухполупериодного неуправляемого выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора.



Рис. 12.9 – Схема для исследования двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора

Сначала следует исследовать работу выпрямителя без индуктивного фильтра, отключив его с помощью выключателя. На вход А осциллографа подается выходной сигнал, а на вход В - входной.

Зарисуйте полученные осциллограммы.

Измерить максимальные входные и выходные напряжения. Устанавливая различные значения сопротивления нагрузки выпрямителя (резистор R1), определить показания мультиметра, работающего в режиме вольтметра, и амперметров, занеся их в таблицу 12.2. Амперметры А1 и А3 измеряют постоянную составляющую, а амперметр А2 – переменную. Сравнить их показания.

Построить внешнюю характеристику двухполупериодного выпрямителя, работающего без индуктивного фильтра.

Подключить индуктивный фильтр и снимите и построить внешнюю характеристику выпрямителя аналогично ранее описанному. 75

Зарисовать осциллограммы напряжений при двух различных значениях фильтрующих индуктивностей.

Таблица 12.2 – Внешняя характеристика двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки трансформатора



Вычислить среднее значение входного напряжения для схемы без фильтра и с подключенным фильтром.

Заключение В настоящее время электроника развивается очень стремительно, т.к. она определяет прогресс во многих отраслях науки и техники. Особая роль отводится интегральной электронике. Каждый год разрабатываются все новые и новые микросхемы, улучшаются их характеристики и параметры. Уже созданы большие интегральные схемы с количеством полупроводниковых элементов более 4 миллионов на одном кристалле. Существуют АЦП с разрядностью 24. Разработаны сигнальные микропроцессоры и интегральные схемы, в которых объединены первичные преобразователи информации со схемами электронного обрамления. Однако развитие интегральной электроники сталкивается с рядом принципиальных проблем, обусловленных предельными возможностями интегральной электроники - ее быстродействия. Важнейшей проблемой является проблема межсоединений элементов в интегральных схемах, ограничивающих их быстродействие за счет паразитных параметров. Одним из возможных путей дальнейшего развития электроники может являться использование динамических неоднородностей в качестве носителя информации при обработке больших массивов. В устройствах функциональной электроники массив информационных сигналов может быть обработан целиком, а не в виде отдельных бит информации, как в схемотехнической электронике. При этом возможна обработка информации в аналоговом и цифровом виде одновременно. Это позволяет достигнуть производительности более 1015 оп/с. Важным свойством функциональной электроники является использование в процессах обработки информации элементарных функций высшего порядка, например, Фурье-преобразование, операции свертки, корреляции и автокорреляции и т.д. Таким образом, можно предполагать, что дальнейшее развитие электроники пойдет не только по пути микроминиатюризации классической схемотехнической электроники, но и по пути развития функциональной электроники, способной решить сложные вопросы обработки больших массивов информации в реальном масштабе времени.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Основы импульсной и цифровой техники, Коломейцева М.Б., Беседин В.М., Ягодкина Т.В., 2021
   
2. 
   Основы технологий создания радиоэлектронных систем, Учебно-методическое пособие для практических и курсовых работ, Фомин Д.В., 2021
   
3. 
   Электрические и электронные аппараты, Проектирование, Сипайлова Н.Ю., 2021
   
4. 
   Электроника и микроэлектроника, Импульсная и цифровая электроника, Берикашвили В.Ш., 2021
   
5. 
   Электротехнология, Учебное пособие, Куликова Л.В., Багаев А.А., 2021
   
6. 
   . Иньков, Ю.М. Электротехника и электроника / Ю.М. Иньков. - М.: Academia, 2019. - 126 c.
   
7. 
    Жаворонков, М.А. Электротехника и электроника: Учебное пособие / М.А. Жаворонков. - М.: Academia, 2017. - 398 c.
   
8. 
   Электроника для начинающих: от А до Я / А.П. Кашкаров. - Рн/Д: Феникс, 2016. - 174 c.
   
9. 
   Цифроваяэлектроника для начинающих / П.Г. Кириченко. - СПб.: BHV, 2019. - 176 c.
   
10. 
    Электротехника,электроника и схемотехника: Учебник и практикум для академического бакалавриата / С.А. Миленина, Н.К. Миленин. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 399 c.
    
11. 
    . Электротехника и электроника. Учебник. / Н.Ю. Морозова. - М.: Academia, 2017. - 200 c... Морозова. - М.: Академия, 2018. - 320 c.. Немцов, М.В
    
12. 
    . Электротехника и электроника / М.В. Немцов. - М.: Academia, 2015. - 15 c.. Немцов, М.В.
    
13. 
    Электроника. Твой первый квадрокоптер: теория и практика. / В.С. Яценков. - СПб.: BHV, 2016. - 256 c.
    
14. 
    Микросхемотехника и наноэлектроника: Учебное пособие / Ю.Н. Новиков. - СПб.: Лань П, 2016. - 528 c.
    
15. 
    Электроника: Учебное пособие / Н.П. Ямпурин. - М.: Академия, 2019. - 320 c. Цифровые устройства и микропроцессоры, Сажнев А.М., 2021