22.10.1996r.
UKŁADY ELEKTRONICZNE - LABORATORIUM
GRUPA 10 : Adam Sennik , Krzysztof Rymarowicz
ĆWICZENIE 14 : ZASILACZE NIESTABILIZOWANE .
1.WIELKOŚCI MIERZONE W ĆWICZENIU .
Po = Uo*Io = (Uo*Uo) / Ro - moc wyjściowa
Ro - rezystancja wyjściowa
Uo - napięcie średnie na obciążeniu
η` = P1 / P2 sprawność transformatora ( stosunek mocy wejściowej do mocy prądu zmiennego traconej w obciążeniu )
η = Po / P1 - wypadkowa sprawność układu prostowniczego
Ut - napięcie tętnień ( napięcie międzyszczytowe składowej zmiennej zawartej w napięciu wyjściowym prostownika Uo )
Kt [%] = Ut / Uo -współczynnik tętnień napięcia wyjściowego
Id - wartość szczytowa impulsu prądu diody
Rs = Rw + Rd - ekwiwalentna rezystancja obwodu wyjściowego transformatora z uwzględnieniem rezystancji diody
Rw - rezystancja transformatora widziana od strony zacisków wyjściowych
Rd - uśredniona rezystancja elementów prostowniczych
3.1 POMIAR REZYSTANCJI Rw TRANSFORMATORA .
Urw = 11,4 [V] - napięcie na zaciskach transformatora bez obciążenia
Urwo = 9,8 [V] - napięcie na zaciskach transformatora z obciążeniem R=10 [Ω]
Rw = (Urw - Urwo) / I
I = Urwo / R
I = 9,8 [V] / 10 [Ω] = 0,98 [A]
Rw = (11,4 [V] - 9,8 [V] ) / 0,98 [A] = 1,6 [V] / 0,98 [A] = 1,63 [Ω]
3.2 POMIAR PARAMETRÓW PROSTOWNIKA DWUPOŁÓWKOWEGO.
a). Obciążenie Ro = 6,1 [Ω]
|
C = 0 [μF] |
C = 100 [μF]
|
C = 500 [μF]
|
C = 1000 [μF]
|
C = 2200 [μF]
|
C = 4400 [μF]
|
C = 9700 [μF]
|
Uo[V] |
3,7 |
3,7 |
2,7 |
1,7 |
0,7 |
0,38 |
0,18 |
Ut [V] |
12 |
11,2 |
8 |
5 |
2,5 |
1,2 |
0,6 |
Id[A] |
1 |
1 |
3,2 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3,2 |
α [°] |
360 |
325 |
144 |
144 |
144 |
216 |
216 |
Po [W] |
2,24 |
2,24 |
1,19 |
0,47 |
0,08 |
0,02 |
0,005 |
Io [A] |
0,6 |
0,6 |
0,44 |
0,27 |
0,11 |
0,06 |
0,02 |
Kt [%] |
3,24 |
3,02 |
2,96 |
2,94 |
3,57 |
3,15 |
3,33 |
η [%] |
10,7 |
|
|
|
|
|
|
b).Obciążenie Ro = 10 [Ω]
|
C = 0 [μF] |
C = 100 [μF]
|
C = 500 [μF]
|
C = 1000 [μF]
|
C = 2200 [μF]
|
C = 4400 [μF]
|
C = 9700 [μF]
|
Uo[V] |
4,3 |
4 |
2,3 |
1,3 |
0,55 |
0,3 |
0,13 |
Ut [V] |
12 |
11,2 |
8 |
4 |
2 |
0,88 |
0,5 |
Id[A] |
1,2 |
1,6 |
2,8 |
2,8 |
2,8 |
2,8 |
2,8 |
α [°] |
360 |
228 |
216 |
216 |
216 |
216 |
216 |
Po [W] |
1,84 |
1,6 |
0,52 |
0,16 |
0,03 |
0,009 |
0,001 |
Io [A] |
0,43 |
0,4 |
0,23 |
0,13 |
0,05 |
0,03 |
0,01 |
Kt [%] |
2,79 |
2,8 |
3,47 |
3,07 |
3,63 |
2,93 |
3,84 |
η [%] |
11,5 |
|
|
|
|
|
|
c).Średnia wartość współczynnika tętnień Kt = Ut / Uo [%]
Dla Ro = 6,1 [Ω] : Dla Ro = 10[Ω] :
Ktśr = 3,17 [%] Ktśr = 3,21 [%]
3.3 POMIAR PARAMETRÓW PROSTOWNIKA JEDNOPOŁÓWKOWEGO
a).Obciążenie Ro = 6,1 [Ω]
|
C = 0 [μF] |
C = 100 [μF]
|
C = 500 [μF]
|
C = 1000 [μF]
|
C = 2200 [μF]
|
C = 4400 [μF]
|
C = 9700 [μF]
|
Uo[V] |
4,6 |
4,4 |
3,8 |
3 |
1,5 |
0,8 |
0,38 |
Ut [V] |
12 |
12 |
11,2 |
10 |
5,6 |
2,8 |
1,4 |
Id[A] |
2 |
2,1 |
3,2 |
4 |
4,8 |
4,8 |
4,8 |
α [°] |
180 |
170 |
135 |
135 |
135 |
135 |
135 |
Po [W] |
3,46 |
3,17 |
2,36 |
1,47 |
0,36 |
0,1 |
0,02 |
Io [A] |
0,75 |
0,72 |
0,62 |
0,49 |
0,24 |
0,13 |
0,06 |
Kt [%] |
2,60 |
2,72 |
2,94 |
3,33 |
3,73 |
3,50 |
3,68 |
η [%] |
12,7 |
|
|
|
|
|
|
b).Obciążenie Ro = 10 [Ω]
|
C = 0 [μF] |
C = 100 [μF]
|
C = 500 [μF]
|
C = 1000 [μF]
|
C = 2200 [μF]
|
C = 4400 [μF]
|
C = 9700 [μF]
|
Uo[V] |
4,8 |
4,8 |
3,6 |
2,6 |
1,2 |
0,6 |
0,9 |
Ut [V] |
12,8 |
12,8 |
12 |
8,4 |
4 |
2 |
0,96 |
Id[A] |
1,4 |
1,5 |
2,8 |
3,6 |
3,8 |
3,6 |
3,6 |
α [°] |
180 |
135 |
120 |
110 |
110 |
100 |
100 |
Po [W] |
2,3 |
2,3 |
1,29 |
0,67 |
0,14 |
0,03 |
0,081 |
Io [A] |
0,48 |
0,48 |
0,36 |
0,26 |
0,12 |
0,06 |
0,009 |
Kt [%] |
2,66 |
2,66 |
3,33 |
3,23 |
3,33 |
3,33 |
1,06 |
η [%] |
11,1 |
|
|
|
|
|
|
c).Średnia wartość współczynnika tętnień Kt = Ut / Uo [%]
Dla Ro = 6,1 [Ω] : Dla Ro = 10[Ω] :
Ktśr = 3,21 [%] Ktśr = 2,8 [%]
3.4 POMIAR PARAMETRÓW PROSTOWNIKA MOSTKOWEGO
a). Średnie napięcie stałe, Moc wyjściowa, Napięcie tętnień ,Współczynnik tętnień
Uo = 14,74 [V] - napięcie wyjściowe bez obciążenia
Uor = 9,5 [V] - napięcie wyjściowe z obciążeniem R = 10 [Ω]
Uośr = (Uo + Uor ) / 2 = 24,24 [V] / 2 = 12,12 [V]
Po = Uor2 / R = 90,25 [V] / 10 [Ω] = 9 [W]
Ut = 0,88 [V]
Kt = Ut / Uo = 0,88 [V] / 9,5 [V] = 0,09 [%]
η = (Po / P1 )*100 = 9 [W] / 16 [W] *100 = 56,2 [%]
b).Porównanie z prost. dwupołówkowym pracującym z kondensatorem C = 4500 [μF]
|
prostownik mostkowy |
prostownik dwupołówkowy |
Uo [V] |
12,12 |
0,3 |
Ut [V] |
0,88 |
0,88 |
Po[W] |
9 |
0,009 |
Kt[%] |
0,09 |
2,93 |
η [%] |
56,2 |
11,5 |
3.5 WNIOSKI
Układ prostowniczy służy do przekształcania prądu przemiennego w prąd jednokierunkowy.
W ćwiczeniu badaliśmy trzy różne układy prostownicze : jednopołówkowy , dwupołówkowy oraz mostkowy . Z przeprowadzonych pomiarów wynika że najlepszymi parametrami charakteryzuje się prostownik mostkowy . Szczególnie uwidocznione jest to w punkcie 3.4 gdzie zestawione są w tabeli parametry prostownika mostkowego i dwupołówkowego o tych samych warunkach roboczych ( C = 450 μF , R = 10 Ω ) .
Porównanie to zdecydowanie wypadło na korzyść prostownika mostkowego . W przypadku prostownika jednopołówkowego i dwupołówkowego możemy stwierdzić że ich parametry są zbliżone , jednak prostownik dwupołówkowy jest nieznacznie lepszy . Teoretycznie układ dwupołówkowy powinien mieć większą wartość napięcia wyprostowanego i większą sprawność napięciową , a jedynym gorszym parametrem powinna być większa wartość prądu wstecznego diody . Współczynnik tętnień Kt powinien być dwa razy mniejszy dla prostownika dwupołówkowego niż dla jednopołówkowego . Do zmniejszenia współczynnika tętnień służą filtry dolnoprzepustowe złożone na przykład z kondensatora o dużej pojemności . Rzeczywiście możemy zaobserwować tendencję spadku wartości Kt wraz ze wzrostem pojemności . Jednak obecność kondensatora powoduje wzrost prądu wstecznego diody . Nie zaobserwowaliśmy wzrostu wartości średniej napięcia wyjściowego przy zwiększaniu pojemności , a teoretycznie takie zjawisko powinno mieć miejsce . Zmiana rezystancji obciążenia wpływa na napięcie tętnień , im mniejsza jej wartość tym większe Ut , trudno jednak to zauważyć w naszych pomiarach gdyż różnice rezystancji są zbyt małe .
Odnośnie sprawności prostowników zauważamy że sprawności dwóch pierwszych prostowników oscylują wokół wartości 10 [%] , natomiast w prostowniku mostkowym sprawność wynosi 56 [%] . W przypadku prostownika mostkowego możemy dołączyć do przyczyn straty na diodach ( gdy pracują w zakresie zaporowym oraz gdy przewodzą , wówczas odgrywa rolę rezystancja szeregowa diod ) . Straty energii elektrycznej wynikają m.in. bezpośrednio z konstrukcji prostowników , a mianowicie w przypadku jedno - i dwupołówkowego układu mamy do czynienia z małą energią wytwarzaną przez prostowniki .
Należy jeszcze zauważyć że każdy układ prostowniczy traktowany jako czwórnik posiada swoją impedancję która obniża sprawność prostownika .