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