Исследование полупроводниковых приборов (стр. 5 из 13)

Работа №3

Исследование однополупериодного выпрямителя

и параметрического стабилизатора постоянного напряжения

Цель работы

Изучить работу однополупериодного выпрямителя однофазного тока и принцип стабилизации постоянного напряжения при помощи одноанодного стабилитрона.

Теоретическая часть

Схема однополупериодного выпрямителя однофазного тока приведена на рис.1. Выпрямитель питается от фазного напряжения U₁ с действующим значением 220 В. Трансформатор Тр преобразует величину напряжения, создавая на вторичной обмотки W₂ напряжение U₂, действующее значение которого зависит от коэффициента трансформации К_тр= W₁/W₂ = U₁/U₂ . Кроме этого трансформатор разделяет потенциально цепи первичной и вторичной обмоток. Диод V включен последовательно с нагрузкой в цепь вторичной обмотки трансформатора.

Рис.1. Схема однополупериодного выпрямителя однофазного тока

Пусть в некоторый момент времени напряжение u_ab > 0, тогда к диоду прикладывается прямое напряжение и он проводит ток i_а. На нагрузке появляется напряжение u_н = i_а*R_н. При изменении полярности напряжения u_аb диод закрыт, ток в контуре не протекает и напряжение на нагрузке равно 0. Итак, за период переменного напряжения во вторичной обмотке трансформатора получается один импульс тока, поэтому схема называется однополупериодной.

Рассмотрим работу схемы в двух режимах:

1) U_2m@U_пор; 2) U_2m >> U_пор, где U_пор – пороговое напряжение вольтамперной характеристики диода.

Пусть работа диода происходит в первом режиме, тогда при построении нагрузочной диаграммы необходимо учитывать нелинейность вольтамперной характеристики. Нагрузочная диаграмма изображена на рис.2.

Анодный ток в интервалах времени t₁–t₂ и t₈–t₉ не протекает, а в интервалах времени t₂–t₄ и t₆–t₈ имеет нелинейные искажения. Когда изменения напряжения U₂ приходятся на линейный участок вольтамперной характеристики между точками 3 и 4, тогда нелинейные искажения тока отсутствуют.

Временные диаграммы работы выпрямителя с учетом нелинейности приведены на рис.3.

Рис.3. Временные диаграммы работы выпрямителя

Экспериментальная часть

1. Исследование выпрямителя на пониженном напряжении

Рис.4. Схема однополупериодного выпрямителя однофазного тока

Установить на входе выпрямителя напряжение с амплитудой 3 В. Измере-ние напряжения производить при помощи осциллографа. Зарисовать осциллог-раммы входного напряжения u_вх, напряжения на нагрузке u_н,напряжения на ди-оде u_а,анодного тока i_а. Убедиться в появлении нелинейных искажений тока и напряжения нагрузки.

2. Исследование выпрямителя при входном напряжении 12 В.

Установить на входе выпрямителя напряжение с максимальной амплитудой. Зарисовать осциллограммы u_вх, u_н, u_а, i_а.

Снять зависимость среднего значения напряжения и тока нагрузки от амплитуды входного напряжения: U_н = F(U_вхm), I_a= F(U_вхm). Сравнить зависимости U_н = F(U_вхm), I_a= F(U_вхm) с расчетными.

Среднее значение напряжения на нагрузке

;

где

– среднее значение выпрямленного напряжения на холостом ходе выпрямителя;

u_а –падение напряжения на диоде, которое берется из вольтамперной характеристики диода.

Среднее значение анодного тока

, где R_н = 120 Ом.

Построить зависимость U_н = F(U_вхm) и I_н = F(U_вхm).

3. Снятие вольтамперной характеристики одноанодного стабилитрона

Собрать схему, приведенную на рис.5.

Рис.5. Схема для снятия вольтамперной характеристики стабилитрона:

Х – горизонтальный вход осциллографа, Y – вертикальный вход

Зарисовать вольтамперную характеристику стабилитрона и определить по ней параметры: дифференциальные сопротивления в прямом и обратном направлениях, напряжение стабилизации, прямое падение напряжения.

Определение параметров показано на рис.6.

Рис.6. Определение параметров по вольтамперной характеристике стабилитрона

4. Исследование параметрического стабилизатора постоянного напряжения.

Собрать схему, приведенную на рис.7.

Рис.7. Схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения: V₁, V₂ – вольтметры.

Снять зависимость выходного напряжения стабилизатора от входного напряжения: U_вых = F(U_вх). Построить зависимость. Измерить изменение тока DI. Определить коэффициент стабилизации по напряжению:

;

где значение U_вх в точке покоя принять 11 В, U_вых взять из вольтамперной характеристики стабилитрона –U_вых =U_сm.

5. Оформление отчета.

При оформлении отчета представить таблицы измерений и обработанные осциллограммы. Сделать выводы по каждому пункту

Внимание! Тумблер «Усилитель Y» держать в положении «x10».

Контрольные вопросы

1. Какая схема выпрямления называется однополупериодной?

2. Как работает схема выпрямления однофазного тока?

3. В каком случае необходимо учитывать нелинейность вольтамперной характеристики диода?

4. Как построить кривую анодного тока при малом значении питающего напряжения, когда U_2m

U_пор.

5. Можно ли считать выпрямительный диод идеальным вентилем?

6. Как снимается вольтамперная характеристика стабилитрона?

7. Какой вид пробоя используется в одноанодных стабилитронах? Охарактеризовать каждый вид пробоя.

8. Как строится схема параметрического стабилизатора напряжения? Раскрыть назначение элементов.

Таблица вариантов

№ вар.	U2m, B	Rн, Ом	№ вар.	U2m, B	Rн, Ом
1	0,9	10	13	0,9	12
2	1,0	12	14	1,0	14
3	1,1	13	15	1,1	13
4	1,2	14	16	1,2	15
5	1,3	15	17	1,3	12
6	1,4	16	18	1,4	15
7	0,9	15	19	1,9	12
8	1,0	14	20	1,0	13
9	1,1	13	21	1,1	14
10	1,2	12	22	1,2	15
11	1,3	16	23	1,3	18
12	1,4	17	24	1,4	20