ELEKTRONIKA – LABORATORIUM

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Temat ćwiczenia: Diody półprzewodnikowe i ich zastosowanie - prostowniki (ćw. 1)

Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z zasadą działania prostownika jednopulsowego i dwupulsowego, badanie wpływu filtra i zmiany obciążenia na działanie prostownika.

Mechatronika

Grupa IV zespół 3

Jakub Michałka

Piotr Ostrowski

Damian Szypulski

Michał Tobolewski

Witold Zieliński

1. Przebieg ćwiczenia

Podczas zajęć laboratoryjnych wykonaliśmy badanie układu prostownika jednopulsowego oraz dwupulsowego (mostek Graetz’a), zasilanych napięciem sinusoidalnym z transformatora, przy obciążeniu rezystancyjnym i rezystancyjno-pojemnościowym, dla dwóch różnych wartości pojemności kondensatora, w całym zakresie rezystancji opornika. Dla powyższych przypadków dokonaliśmy pomiaru wartości średniej napięcia 𝑈𝑜𝑠 tętnień napięcia (∆U = 𝑈𝑚𝑎𝑥─𝑈𝑚i𝑛), oraz wartości średniej prądu wyjściowego 𝐼𝑜𝑠 dla kilku różnych rezystancji obciążenia. Obserwowaliśmy również za pomocą oscyloskopu przebiegi napięcia wyjściowego prostownika. Dla maksymalnej rezystancji obciążenia w układzie z dołączonym równolegle kondensatorem, dla której zarejestrowano oscyloskopowy przebieg napięcia wyjściowego, wykonaliśmy pomiar rezystancji przy pomocy omomierza.

1. Schematy obwodów

Rys. 1 – Obwód z prostownikiem jednopołówkowym i obciążeniem rezystancyjnym

Rys. 2 – Obwód z prostownikiem jednopołówkowym i obciążeniem rezystancyjno-pojemnościowym

Rys. 3 – Obwód z prostownikiem dwupołówkowym i obciążeniem rezystancyjnym

Rys. 4 – Obwód z prostownikiem dwupołówkowym i obciążeniem rezystancyjno-pojemnościowym

1. Wyniki pomiarów

1. Układ jednopołówkowy z rezystorem

Iśr[A]	0,104	0,145	0,183	0,223	0,254	0,291	0,329	0,372	0,406	0,444
Uśr[V]	10,81	10,802	10,777	10,726	10,701	10,695	10,692	10,66	10,613	10,593
A[V]	33,75	33,7	33,65	33,59	33,54	33,49	33,43	33,38	33,33	33,75
ΔU/Uśr	3,122	3,120	3,122	3,132	3,134	3,131	3,127	3,132	3,141	3,142

Rys.5 – Przebieg napięcia dla R_min Rys.6– Przebieg napięcia dla R_max

1. Układ jednopołówkowy z rezystorem i kondensatorem 220µF

Iśr[A]	0,249	0,289	0,329	0,374	0,411	0,451	0,489	0,537	0,603	0,666
Uśr[V]	25,663	24,407	23,238	22	21,044	19,874	19,033	18,17	16,806	15,84
A[V]	17,5	19,062	20,937	22,812	24,219	25,781	27,031	28,281	30,156	31,093
ΔU/Uśr	0,68	0,78	0,90	1,04	1,15	1,3	1,42	1,56	1,79	1,96

Rys.7 – Przebieg napięcia dla R_min Rys.8 – Przebieg napięcia dla R_max

1. Układ jednopołówkowy z rezystorem i kondensatorem 4,7mF

Iśr[A]	0,31	0,41	0,483	0,578	0,661	0,762	0,876	0,984	1,091	1,218
Uśr[V]	31,955	31,464	31,197	30,855	30,453	30,261	29,777	29,42	29,156	28,816
A[V]	1,406	1,718	2,031	2,347	2,656	3,125	3,437	3,906	4,219	4,843
ΔU/Uśr	0,04	0,05	0,07	0,08	0,09	0,1	0,12	0,13	0,14	0,17

Rys.9 – Przebieg napięcia dla R_min Rys.10 – Przebieg napięcia dla R_max

1. Układ dwupołówkowy z rezystorem

Iśr[mA]	2,08	2,63	3,34	4,18	4,93	5,73	6,95	7,15	8,88
Uśr[V]	21,046	20,999	20,963	20,897	20,874	20,808	20,74	20,723	20,54
A[V]	33,437	32,5	33,125	32,812	32,125	32,812	32,988	32,5	32,968
ΔU/Uśr	1,59	1,55	1,58	1,57	1,54	1,58	1,59	1,57	1,61

Rys.11 – Przebieg napięcia dla R_min Rys.12 – Przebieg napięcia dla R_max

1. Układ dwupołówkowy z rezystorem i kondensatorem 220µF

Iśr[mA]	2,91	3,15	4	5,1	5,99	7,09	8,08	9,14	10,45
Uśr[V]	29,342	29,139	28,601	27,751	27,098	26,28	25,592	24,92	24,329
A[V]	9,847	10,468	12,343	14,062	15,312	17,187	17,812	18,906	20,156
ΔU/Uśr	0,34	0,36	0,43	0,51	0,57	0,65	0,7	0,76	0,83

Rys.13 – Przebieg napięcia dla R_min Rys.14 – Przebieg napięcia dla R_max

1. Układ dwupołówkowy z rezystorem i kondensatorem 4,7mF

Iśr[mA]	3,16	4,03	5,08	7,57	8,59	9,44	10,76	11,7	12,92
Uśr[V]	31,856	31,808	31,528	30,948	30,835	30,606	30,455	30,22	29,968
A[V]	0,625	0,781	0,937	1,406	1,562	1,718	1,875	2,031	2,187
ΔU/Uśr	0,02	0,02	0,03	0,05	0,05	0,06	0,06	0,07	0,07

Rys.13 – Przebieg napięcia dla R_min Rys.14 – Przebieg napięcia dla R_max

1. Pomiar rezystancji przy pomocy omomierza

Wartość zmierzona: R = 102, 92 Ω

Wartość obliczona: I = 0, 308 A

U = 31, 973 V 

$R = \frac{U}{I} = 103,8\ \Omega\ $

Powyższe obliczenia zostały dokonane dla chwili, w której przez kondensator nie płynie prąd – jest on przerwą w obwodzie, skutkiem czego jest nieuwzględnienie reaktancji kondensatora.

1. Wnioski

Zmiana rezystancji pozwoliła na obserwację przebiegów napięcia na obciążeniu prostownika, przy minimalnej i maksymalnej jej wartości. W układach obciążonych dodatkowo pojemnością, dało się zauważyć, że przy maksymalnej wartości rezystancji czas rozładowywania kondensatora jest dłuższy niż przy rezystancji minimalnej. Obserwacje przebiegów napięć dla prostowników pozwalają zauważyć, że stosowanie obciążenia rezystancyjno-pojemnościowego pozwala wygładzić tętnienia napięcia w dość znaczącym stopniu, a im większa jest ta pojemność tym efekt jest lepszy. Dla prostownika półfalowego tętnienia są dwa razy większe niż dla układu całofalowego, stąd przy doborze kondensatora do prostownika jednopołówkowego musimy zdecydować się na taki posiadający większą pojemność, niż dla dwupołówkowego. Grupa przeprowadziła również pomiar rezystancji opornika w maksymalnym położeniu suwaka, cyfrowym omomierzem. Przeprowadzając następnie analityczne obliczenie tejże wartości, można stwierdzić, iż pomiar został wykonany prawidłowo gdyż otrzymany wynik zgadza się ze zmierzoną rezystancją.