ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОМОЩЬЮ

МОСТОВОЙ СХЕМЫ

Цель работы: изучение выпрямляющих свойств полупроводниковых диодов.

Приборы и принадлежности: осциллограф, трансформатор, сопротивление, конденсатор, дроссель, полупроводниковый диод.

Методика эксперимента

Как известно, выпрямление переменного тока может быть достигнуто с помощью полупроводниковых диодов. Рассмотрим схему, состоящую из источника переменного напряжения и последовательно включенных диода и сопротивления (рис. 6.5).

Полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью.

В течение одного полупериода переменного напряжения диод пропускает большой ток, а в течение второго полупериода – крайне незначительный (рис. 6.6). Таким образом, диод пропускает ток практически в одном направлении, то есть является выпрямителем.

Такое выпрямление называется однополупериодным, а получаемый при этом ток – пульсирующим.

Для получения двухполупериодного выпрямления переменного тока применяются две схемы: с выводом нулевой точки у трансформатора (рис. 6.6) и мостовая схема (рис. 6.7).

Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух секций (см. рис. 6.6). Точка 0 является средней (нулевой). В один из полупериодов выпрямление происходит одним диодом (см. рис. 6.6), в другой период – вторым диодом.

Таким образом, через сопротивление в оба полупериода, ток течет в одном и том же направлении.

Мостовая схема выпрямления переменного тока представляет собой мост постоянного тока, в котором сопротивления заменены диодами.

В одну из диагоналей моста через трансформатор (или непосредственно) включается источник переменного тока, в другую – нагрузочное сопротивление. Легко показать, что через нагрузочное сопротивление идет выпрямленный пульсирующий ток (см. рис. 6.7)

Пульсации выпрямленного напряжения могут быть значительно уменьшены введением реактивных сопротивлений (емкость C, индуктивность L). Это достигает за счет обратимых изменений энергии, накапливаемой в реактивных сопротивлениях.

При включении параллельно нагрузочному сопротивлению R конденсатора C он заряжается. Когда питающее напряжение проходит через максимум, напряжение на конденсаторе не отличается от него, то есть U_с = U_max. Затем питающее напряжение начинает падать, конденсатор разряжается через нагрузку R. Зависимость U = f(t) для этого случая изображена на рис. 6.8.

Если индуктивность соединена последовательно с сопротивлением нагрузки (дроссельная катушка) (рис. 6.8), то за счет индуктивного сопротивления катушки будут ослабляться вспомогательные колебания тока в цепи. Пульсации будут сглаживаться тем заметнее, чем выше их частота. Для более совершенного сглаживания применяются фильтры низкой частоты, представляющие собой комбинацию емкости C, включенной параллельно нагрузке R, и индуктивности L, соединенных между собой последовательно. С помощью такого фильтра можно получить практически постоянный ток.

Порядок выполнения работы

1. В качестве регистрирующего устройства в каждой схеме используется осциллограф. Переключение входа осциллографа с одной рабочей схемы на другую осуществляется одновременно с включением этой схемы переключателем. Осциллограф предназначен для визуального изучения графиков сетевого и выпрямленных напряжений. Настройка осциллографа осуществляется согласно отдельной инструкции.

2. Однополупериодное выпрямление. Включить установку в сеть, переключением П1 включить в схему. Включить осциллограф. Вращая ручки осциллографа «УСИЛЕНИЕ», «ЧАСТОТА», «СИНХРОНИЗАЦИЯ» добиться, чтобы на экране получилось устойчивое изображение 2-3 полупериодов синусоиды с амплитудой 15-20 мм. Соблюдая масштаб миллиметровой сетки осциллографа, зарисовать синусоиду. Включить переключателем схему 2 (П2). Получить кривую однополупериодного выпрямления. Зарисовать ее.

3. Двухполупериодное выпрямление. Включить переключателем П3 схему 3. Получить кривую двухполупериодного выпрямления. Зарисовать ее. Включить переключателем П4 схему 4. Получить кривую двухполупериодного выпрямления по схеме 4 (мостовая схема). Зарисовать ее.

4. Сглаживание пульсаций тока. Переключателем П5 включить схему 5. получить кривую выпрямленного тока, сглаженного конденсатором. Зарисовать ее. Включить переключателем П6 схему 6. Получить кривую выпрямленного тока, сглаженного при помощи дросселя. Зарисовать ее. Переключателем П7 включить схему 7. Получить кривую выпрямленного тока, сглаженного фильтром. Зарисовать ее.

5. Проанализировать и объяснить все полученные зависимости.

Контрольные вопросы

1. Нарисовать схемы однополупериодного выпрямления, двухполупериодного выпрямления. Объяснить их работу.

2. Нарисовать схемы включения сглаживающих реактивных сопротивлений и фильтров. Объяснить их работу.

Библиографический список

Воронов, В.К. Курс лекций по физике / В.К. Воронов. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1991. 203 с.

Грибов, Л.П. Основы физики / Л.П. Грибов, Н.И. Прокофьев. – М.: Гардарика, 1998. – 560 с.

Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – М.: Высшая школа, 202. – 718 с.

Зисман, Г.А. Курс общей физики. В 3 т. / Г.А. Зисман, М.Х. Тодес. – М.: Высшая школа, 1988.

Калашников, С.Г. Электричество: учеб. пособие для физ. специальностей вузов / С.Г. Калашников. – Изд. 6-е, стереотип. – М.: Физматлит, 2008. – 624 с.

Савельев, И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. – М.: Наука, 1988.

Сивухин, Д.В. Общий курс физики. В 5 т. / Д.В. Сивухин. – М.: ФИЗМАТЛИ/МФТИ, 2005. – Т.3. – 654 с.

Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для инженерно-техн. специальностей вузов. Изд. 17-е, стереотип. – М.: Академия, 2008. – 557 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ