LABORATORIUM UKŁADÓw elektronicznych	Dzień tygodnia: Poniedziałek Godz. 17:05
Nr grupy: 7 Imię i nazwisko : Mariusz Brotoń Marek Hajduk	Nr ćwiczenia : 14 Temat : Zasilacze niestabilizowane
Data wykonania : 12-01-1998	Ocena :

Pomiar rezystancji wewnętrznej Rw transformatora.

U_2m = 10,3 [V] - napięcie na zaciskach transformatora bez obciążenia

U_2m10 = 9,6 [V] - napięcie na zaciskach transformatora z obciążeniem Ro=10 [Ω]

Rw = (U_2m - U_2m10) / I

I = U_2m10 / R

I = 9,6 [V] / 10 [Ω] = 0,96 [A]

Rw = (10,3 [V] - 9,6 [V] ) / 0,96 [A] = 0,7 [V] / 0,96 [A] = 0,73 [Ω]

Pomiar parametrów prostownika dwupołówkowego.

przy obciążeniu Ro=6.1[Ω].

Wielkości mierzone w ćwiczeniu :

Po = Uo²/Ro - moc wyjściowa;

Io = Uo/Ro - prąd obciążenia;

Kt = (Ut/Uo)*100% - współczynnik tętnień;

ηU = (Uo/U2m)*100% - współczynnik wykorzystania napięcia;

η = (Po/P1)*100% - sprawność prostownika;

gdzie : Uo - napięcie wyjściowe układu;

Ro - rezystancja obciążenia, równa 6.1[Ω];

P1 - moc doprowadzona do uzwojenia pierwotnego P1=20,9 [VA] dla Ro=6,1Ω;

U2m - maksymalne napięcie na zaciskach wyjściowych połowy uzwojenia wtórnego

bez obciążenia;

U2m=10,3 [V]

Co [μF]	Po [W]	Io [A]	Kt [%]	ηU[%]	η [%]	Ut [V]	Uo [V]
-	5,5	0,95	172	56,4	26,5	10	5,81
100	5,6	0,96	154	56,8	26,8	9	5,85
500	5,7	0,97	108	57,5	27,5	6,4	5,92
1000	7,7	1,12	67	66,5	36,8	4,6	6,85
2200	9,2	1,23	27	72,6	43,9	2	7,48
4500	9,7	1,26	14	74,9	46,6	1,1	7,71
9700	9,9	1,28	8	75,6	47,6	0,6	7,79

b) przy obciążeniu Ro=10[Ω], (analogicznie jak poprzednio). P1=16 [VA]

Co [μF]	Po [W]	Io [A]	Kt [%]	ηU[%]	η [%]	Ut [V]	Uo [V]
-	4,0	0,64	162	61,7	25,2	10,3	6,35
100	4,2	0,65	142	62,7	26,1	9,2	6,46
500	5,4	0,73	82	71,2	33,6	6	7,33
1000	6,5	0,81	45	78,3	40,6	3,6	8,06
2200	7,5	0,87	18	84,0	46,8	1,6	8,65
4500	7,8	0,88	10	85,7	48,7	0,9	8,83
9700	7,9	0,89	5	86,1	49,2	0,4	8,87

c) wykresy zależności współczynnika tętnień Kt oraz współczynnika wykorzystania napięcia ηU = Uo/U2m w funkcji iloczynu ω*Ro*Co ;

gdzie : ω - pulsacja (314.15 [1/s]);

Ro - rezystancja obciążenia;

Co - pojemność filtru.

rys.1

Wartość współczynnika Kt w funkcji iloczynu ωRoCo, dla dwóch wartość obciążenia,

dla prostownika dwupołówkowego.

Parametrem jest tu stosunek Ro/Rs.

Ro/Rs = 4,27 przy obciążeniu równym 6.1 Ω,

Ro/Rs = 7 przy obciążeniu równym 10Ω,

gdzie Rs jest ekwiwalentną rezystancją obwodu wyjściowego transformatora z uwzględnieniem rezystancji diody, Rs = Rd + Rw.

rys.2

Wykres współczynnika wykorzystania napięcia ηU = Uo/U2m w funkcji iloczynu ωRoCo, dla dwóch wartość obciążenia, dla prostownika dwupołówkowego

dla Ro/Rs = 4,27 przy obciążeniu równym 6.1 Ω,

Ro/Rs = 7 przy obciążeniu równym 10Ω.

d) wypadkowa sprawność prostownika dla maksymalnej mocy na obciążeniu

- obciążenie R0=6.1

P0max=9,9VA

P1max=20,9VA

Sprawność:

- obciążenie R0=10

P0max=7,9 VA

P1max=16VA

Sprawność:

e) określenie źródła strat energii elektrycznej

Wiadomo, że sprawność samego transformatora wynosi około 75%. W pomiarach uzyskaliśmy sprawność całego zasilacza rzędu 50%. Dodatkowe straty energii elektrycznej wprowadza prawdopodobnie układ prostownika oraz kondensator filtru.

f) porównanie parametrów prostownika dwupołówkowego pracującego z kondensatorem C=4500F dla obciążenia R0=6.1 [] i R0=10 []

Parametr	R0=6.1 []	R0=10 []
U0	7,7 [V]	8,8 [V]
Ut	1,1 [V]	0,9 [V]
P0	9,7 [VA]	7,8 [VA]
Kt	14 [%]	10 [%]

Pomiar parametrów prostownika jednopołówkowego.

a) przy obciążeniu Ro=6.1Ω, wszystkie oznaczenia analogicznie jak poprzednio.

P1=27 [VA]

Co [μF]	Po [W]	Io [A]	Kt [%]	ηU[%]	η [%]	Ut [V]	Uo [V]
-	1,5	0,50	328	29,6	5,6	10	3,1
100	1,6	0,50	325	29,9	5,8	10	3,1
500	2,2	0,61	243	35,9	8,3	9	3,7
1000	3,5	0,75	174	44,7	12,8	8	4,6
2200	5,9	0,98	73	58,3	21,9	4,4	6,0
4500	7,4	1,10	36	65,0	27,3	2,4	6,7
9700	8,0	1,15	16	68,0	29,8	1,1	7,0

b) przy obciążeniu Ro=10Ω, (analogicznie jak poprzednio).

P1=20,7 [VA]

Co [μF]	Po [W]	Io [A]	Kt [%]	ηU[%]	η [%]	Ut [V]	Uo [V]
-	1,0	0,32	325	31,1	4,9	10,4	3,2
100	1,1	0,33	315	32,0	5,3	10,4	3,3
500	2,0	0,45	211	43,7	9,8	9,5	4,5
1000	3,4	0,58	124	56,3	16,3	7,2	5,8
2200	5,2	0,72	47	69,9	25,0	3,4	7,2
4500	5,9	0,77	23	74,8	28,6	1,8	7,7
9700	6,2	0,79	11	76,7	30,1	0,9	7,9

c) wykresy zależności współczynnika tętnień Kt oraz współczynnika wykorzystania napięcia ηU = Uo/U2m w funkcji iloczynu ω*Ro*Co ;

rys.3.

Wartość współczynnika Kt w funkcji iloczynu ωRoCo, dla dwóch wartość obciążenia,

dla prostownika jednopołówkowego.

Ro/Rs = 4,27 przy obciążeniu równym 6,1 [Ω],

Ro/Rs = 7 przy obciążeniu równym 10[Ω],

gdzie Rs jest ekwiwalentną rezystancją obwodu wyjściowego transformatora z uwzględnieniem rezystancji diody, Rs = Rd + Rw.

rys.4

Wykres współczynnika wykorzystania napięcia ηU = Uo/U2m w funkcji iloczynu ωRoCo, dla dwóch wartość obciążenia, dla prostownika jednopołówkowego

gdzie parametrem jest tu stosunek Ro/Rs.

Ro/Rs = 4,27 przy obciążeniu równym 6.1 Ω,

Ro/Rs = 7 przy obciążeniu równym 10Ω.

d) wypadkowa sprawność prostownika jednopołówkowego dla maksymalnej mocy na obciążeniu

- obciążenie R0=6.1[]

P0max=8 [VA]

P1max=27 [VA]

sprawność :

- obciążenie R0=10 []

P0max=6,2 [VA]

P1max=20,7 [VA]

sprawność :

4. Pomiar parametrów prostownika mostkowego.

Dokonaliśmy pomiarów napięcia wyjściowego Uo oraz napięcia tętnień w dwóch warunkach pracy, bez obciążenia oraz z obciążeniem 10 Ω i pojemnością Co równą 4500 μF.

Wyznaczyliśmy następujące wartości parametrów :

- prostownik bez obciążenia

• średnie napięcie wyjściowe

U0=15.8V

- prostownik z obciążeniem R0=10[]

• średnie napięcie wyjściowe

U0=9 [V]

• napięcie tętnień

Ut=1 [V]

• moc wyjściowa

P0=U02/R=8,1[VA]

• współczynnik tętnień

Kt=Ut/U0=11 [%]

5. Porównanie parametrów układu mostkowego i dwupołówkowego pracujących z kondensatorem C=4500F , Ro=10Ω

Parametr	Układ mostkowy	Układ dwupołówkowy
U0	9 [V]	8,8 [V]
Ut	1 [V]	0,9 [V]
P0	8,1[VA]	7,8 [VA]
Kt	11 [%]	10 [%]

6. Porównanie parametrów układu jednopołówkowego i dwupołówkowego pracujących z kondensatorem C=4500F , Ro=10Ω

Parametr	Układ jednopołówkowy	Układ dwupołówkowy
U0	7,7 [V]	8,8 [V]
Ut	1,8 [V]	0,9 [V]
P0	5,9[VA]	7,8 [VA]
Kt	23 [%]	10 [%]

Pomiary współpracy prostownika ze stabilizatorem napięcia.

Do zacisków wyjściowych prostownika podłączamy scalony stabilizator napięcia obciążonym rezystancją Ro=6,1[Ω]. Zwiększamy wartość pojemności kondensatora zbiorczego tak aby uzyskać na wyjściu stabilizatora ok. 6 [V]. Uzyskaliśmy to przy pojemności C=600 [F] dla której napięcie tętnień na wejściu stabilizatora Utwe=5,6 [V] i napięcie tętnień na wyjściu stabilizatora Utwy=6 [mV]. Natomiast przy C=3800 [F] : Utwe=5,6 [V], Utwy=6 [mV].

Wnioski

W ćwiczeniu badaliśmy zasilacze niestabilizowane z prostownikami: dwupołówkwym, jednopołowkowym i mostkowym. Prostownik dwupołówkwy badaliśmy przy dwóch wartościach rezystancji obciążenia: Ro = 6.1 [Ω] i Ro = 10 [Ω]. Porównując otrzymane wyniki stwierdzamy, że prostownik przy większej wartości obciążenia charakteryzuje się lepszymi, badanymi przez nas parametrami, Kt i ηU. Zauważmy, że przebiegi charakterystyk przedstawiających zależność współczynnika tętnień Kt od iloczynu ω*Ro*Co niewiele się nie różnią. Większe różnice w przebiegu tych charakterystyk moglibyśmy zaobserwować przy znacznej różnicy parametru Ro/Rs. W naszym przypadku, jak u nas w ćwiczeniu, gdy ta różnica jest równa ok. 1.6 przebieg charakterystyk jest zbliżony do siebie. Natomiast w przypadku drugiego badanego przez nas parametru ηU - współczynnika wykorzystania napięcia wejściowego na wykresach widać większą różnicę. Prostownik przy mniejszym obciążeniu ( mniejszej wartości parametru Ro/Rs ) ma gorsze właściwości badanego współczynnika. Porównanie prostownika przy obu obciążeniach zamieściliśmy w tabeli (punkt 2f). Na podstawie wykonanych pomiarów wyznaczyliśmy również wypadkową sprawność prostownika przy maksymalnej mocy na obciążeniu. Dla obciążenia Ro=6.1Ω wynosi η=47%, a dla Ro=10Ω wynosi η=49%. Widzimy, że również prostownik z większą wartością obciążenia jest lepszy.

Jeżeli założymy, że sprawność samego transformatora jest rzędu 75% ( gdy obciążenie podłączamy bezpośrednio do zacisków wyjściowych), to widać że układ prostownika obniża tą sprawność do poziomu 47÷49%. Główną tego przyczyną jest stosunkowa duża wartość rezystancji elementu prostowniczego ( Rd=0.7Ω ), w porównaniu do Ro (mała wartość Ro/Rs). Dlatego prądy płynące w obwodzie wyjściowym powodują wydzielanie się dużych mocy na diodach prostowniczym.

W punkcie 3 ćwiczenia badliśmy właściwości prostownika jednopołówkowego. Prostownik jednopołówkowy wykazywał zdecydowanie gorsze właściwości w stosunku do prostownika dwupołówkowego. Porównanie obu tych prostowników zamieściliśmy w punkcie 6. Zależności parametrów od obciążenia przebiegają podobne jak dla prostownika dwupołówkowego.

Badając układ prostownika mostkowego uzyskaliśmy wyniki przedstawione w punkcie 4. W układzie tym, w porównaniu do prostownika dwupołówkowego z pojemnością Co=4500μF otrzymaliśmy zbliżone ich parametry. Porównanie obu tych prostowników zamieściliśmy w punkcie 5 sprawozdania.

Dokonaliśmy również pomiarów parametrów przy zastosowaniu dodatkowego stabilizatora napięcia. Zauważyliśmy, że wartość napięcia tętnień ogromnie spada i przy pojemności C=600 [F] gdy napięcie tętnień na wejściu stabilizatora wynosi Utwe=5,6 [V] napięcie tętnień na wyjściu stabilizatora jest równe Utwy=6 [mV].

Badany w powyższym ćwiczeniu typ zasilaczy należy do najczęściej używanych w prostych układach elektronicznych . Niestety prostota konstrukcji pociąga za sobą słabe parametry użytkowe, to jest duży współczynnik tętnień i dość małą sprawność. Należy więc dokonać wyboru pomiędzy dużą mocą wydzielaną na obciążeniu a jakością parametrów zasilacza.

Do sprawozdania dołączyliśmy oscylogramy przebiegów napięcia tętnień Ut i prądu diody Id dla prostownika dwupołówkowego przy Co=9700 [μF] .

2

---