ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU
ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTU
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 5
PROSTOWNIKI
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
WARSZAWA 2011
ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU
ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTU
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 5
PROSTOWNIKI
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
WARSZAWA 2011
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
2
A) Cel
ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi parametrami
prostowników jedno i dwupołówkowych.
B)
Program ćwiczenia
1. Wyznaczenie
charakterystyk obciążenia U
0
= f(I
0
)
dla różnych wartości
pojemności filtra prostownika jednopołówkowego.
2. Wyznaczenie
charakterystyk obciążenia U
0
= f(I
0
)
dla różnych wartości
pojemności filtra prostownika dwupołówkowego.
3.
Określenie wartości współczynnika tętnień k
t
w funkcji prądu obciążenia k
t
= f(I
0
)
dla różnych wartości pojemności filtra prostownika jednopołówkowego.
4.
Określenie wartości współczynnika tętnień k
t
w funkcji prądu obciążenia k
t
= f(I
0
)
dla różnych wartości pojemności filtra prostownika dwupołówkowego.
5. Obserwacja
przebiegów na oscyloskopie.
C) Wprowadzenie
Prostownik jedno
połówkowy
D
230 V
AC
R
0
u
0
u
tr
u
tr
= U
m
sin
w
t
a)
U
m
u
tr
t
b)
U
m
t
c)
u
d
t
d)
U
2
U
m
=
p
U
m
=
U
0
u
0
Rys. 1
. Prostownik jednopołówkowy:
a)
układ prostownika, b) przebieg napięcia wejściowego, c) przebieg napięcia na
obciążeniu, d) przebieg napięcia na diodzie
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
3
Prąd w obwodzie prostownika płynie tylko dla dodatniej połówki napięcia
sinusoidalnego. Można zatem napisać, że przebieg napięcia na wyjściu (przy
obciążeniu rezystancyjnym) jest dany wzorem:
Wartość średnia tego napięcia wynosi:
Wartość średnia prądu w obciążeniu wynosi odpowiednio:
0
0
0
0
R
U
R
U
I
m
p
Miarą zbliżenia przebiegu wyjściowego prostownika do wartości stałej jest
współczynnik tętnień k
t
.
Jest on określany jako stosunek:
wartość skuteczna składowej zmiennej przebiegu wyjściowego
wartość składowej stałej, czyli wartość średnia przebiegu wyjściowego
k
t
=
W celu zmniejszenia składowej zmiennej w większości układów rzeczywistych
stosuje się filtrowanie napięcia wyjściowego poprzez dołączenie kondensatora
równolegle do obciążenia (rys. 2).
Kondensator ładuje się przez diody do napięcia równego amplitudzie U
m
napięcia
przemiennego, po czym rozładowuje się przez obciążenie, aż do chwili, gdy dioda
zacznie znowu przewodzić, tj. gdy napięcie na jej anodzie osiągnie wartość większą niż
na katodzie, czyli także na kondensatorze filtra. Składowa zmienna napięcia
wyjściowego, charakteryzowana międzyszczytowym napięciem tętnień U
t
jest tym
mniejsza, im większa jest stała czasowa obwodu τ = R
0
C.
Zwiększenie stałej czasowej
obwodu prowadzi zarazem do wzrostu składowej stałej napięcia wyjściowego. W
granicznym przypadku przy
τ = R
0
C
→ ∞, U
0
→ U
m
, U
t
→ 0.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
4
D
230 V
AC
R
0
u
0
u
tr
a)
C
U
m
U
t
u
0
t
ład
t
rozł
u
tr
u
tr
i
d
, i
0
i
0
i
d
t
ład
u
d
2U
m
t
t
t
t
b)
c)
d)
e)
Rys. 2
. Prostownik jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym:
a) układ prostownika, b) napięcie wejściowe, c) napięcie na obciążeniu,
d) prąd diody i prąd obciążenia, e) napięcie na diodzie
D)
Część pomiarowa
1. Prostownik je
dnopołówkowy
C
+
U
0
V
1
V
2
A
I
0
U
t
R
0
D
1
230 V
AC
16 V
AC
I
0
I
C
we Y
OSCYLOSKOP
P
Rys. 3
. Schemat układu pomiarowego dla prostownika jednopołówkowego.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
5
W układzie pomiarowym prostownika jednopołówkowego (rys.3) zmieniać prąd
obciążenia I
0
ustawiając potencjometr P na pozycjach od a do g. Na przyrządach
pomiarowych odczytywać odpowiednie wartości a wyniki wpisywać w tabeli. Pomiary
wykonać dla wartości kondensatora C = 0; C = 47
F; C = 100
F; C = 470
F;
C = 0
Pozycja
potencjometru
a
b
c
d
e
f
g
I
0
[mA]
U
0
[V]
U
t
[V]
k
t
C = 47
F
Pozycja
potencjometru
a
b
c
d
e
f
g
I
0
[mA]
U
0
[V]
U
t
[V]
k
t
C = 100
F
Pozycja
potencjometru
a
b
c
d
e
f
g
I
0
[mA]
U
0
[V]
U
t
[V]
k
t
C = 470
F
Pozycja
potencjometru
a
b
c
d
e
f
g
I
0
[mA]
U
0
[V]
U
t
[V]
k
t
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
6
2.
Prostownik dwupołówkowy (mostek Graetz’a)
C
+
U
0
V
1
V
2
A
I
0
U
t
R
0
D
1
D
2
D
3
D
4
230 V
AC
16 V
AC
I
0
I
C
we Y
OSCYLOSKOP
P
Rys. 4
. Schemat układu pomiarowego dla prostownika dwupołówkowego
W układzie pomiarowym prostownika dwupołówkowego (rys.4) zmieniać prąd
obciążenia I
0
ustawiając potencjometr P na pozycjach od a do g. Na przyrządach
pomiarowych odczytywać odpowiednie wartości a wyniki wpisywać w tabeli. Pomiary
wykonać dla wartości kondensatora C = 0; C = 47
F; C = 100
F; C = 470
F;
C = 0
Pozycja
potencjometru
a
b
c
d
e
f
g
I
0
[mA]
U
0
[V]
U
t
[V]
k
t
C = 47
F
Pozycja
potencjometru
a
b
c
d
e
f
g
I
0
[mA]
U
0
[V]
U
t
[V]
k
t
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
7
C = 100
F
Pozycja
potencjometru
a
b
c
d
e
f
g
I
0
[mA]
U
0
[V]
U
t
[V]
k
t
C = 470
F
Pozycja
potencjometru
a
b
c
d
e
f
g
I
0
[mA]
U
0
[V]
U
t
[V]
k
t
Obliczeń k
t
dokonać wg wzoru
0
U
U
k
t
t
Z otrzymanych wynik
ów wykreślić rodziny charakterystyk U
0
= f(I
0
), k
t
= f(I
0
) dla
różnych wartości kondensatora C oddzielnie dla prostownika jednopołówkowego i dla
prostownika dwupołówkowego.
3. Obserwacja oscyloskopowa
Podczas wszystkich pomiarów obserwować przebiegi oscyloskopowe. Na polecenie
prowadzącego należy przerysować wykresy z oscyloskopu zachowując wszystkie
parametry ustawione na oscyloskopie.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
8
E) Zagadnienia do opracowania
1.
Zasada działania prostownika jednopołówkowego.
2.
Zasada działania prostownika dwupołówkowego
3.
Zasada działania kondensatora w filtrze pojemnościowym.
4.
Porównanie własności i parametrów prostownika jedno i dwupołówkowego.
F) Literatura
1.
Basztura Czesław: ,,Elementy elektroniczne”. Stow. Inż. i Techn. Mechaników,
1985
2.
Kończak Sławomir: ,,Fizyczne podstawy elektroniki”. Wydaw. Politechn. Śląskiej,
1994
3.
Kusy Andrzej: ,,Podstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Rzeszowskiej,
1996
4.
Marcyniuk Andrzej: ,,Podstawy miernictwa”. Wydaw. Politechn. Śląskiej, 2002
5.
Nowaczyk Emilia: ,,Podstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn.
Wrocławskiej, 1995
6.
Tietze, Schenk: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydaw. Nauk. –Techn., 1996
7.
Wawrzyński Wojciech: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydaw.
Politechn. Warszawskiej, 2003
8.
Wieland Jerzy: ,,Diody półprzewodnikowe”. Wyższa Szkoła Morska, 1983