POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI I AKUSTYKI	Sprawozdanie z ćwiczenia Nr . 14
LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH	Zasilacze stabilizowane.
		Ocena:

Wstęp.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z działaniem i parametrami prostownika dwupołówkowego, jednopołówkowego i mostkowego oraz porównanie ich pracy.

Użyte urządzenia:

- oscyloskop dwukanałowy,

- układ prostowników,

- woltomierz,

I. Pomiar Rezystancji R_w Transformatora.

Rezystancję R_W obwodu wyjściowego transformatora widzianą od strony zacisków połowy uzwojenia wtórnego obliczono na podstawie pomiaru napięcia na tych zaciskach w stanie nieobciążonym ( U₁ ) i z obciążeniem R₀ = 10 Ω ( U₂ ).

Z pomiarów otrzymano następujące wyniki: U₁ = 10.4 V

U₂ = 9.1 V

Rezystancja R_W wyraża się wzorem:

Stąd ekwiwalentna rezystancja obwodu wyjściowego transformatora z uwzględnieniem rezystancji diody wynosi R_S = R_W + R_d = 1.4 + 0.7 = 2.1 Ω.

II. Pomiar parametrów Prostownika Dwupołówkowego.

W tabelach przedstawionych na stronie następnej, oprócz wyników pomiaru (średnie napięcie na obciążeniu U₀, napięcie tętnień U_t, prąd płynący przez diody I_d , kąt płynięcia prądu diod prostowniczych θ ), zawarte są obliczone na ich podstawie następujące parametry : moc wyjściowa P₀, prąd wyjściowy I₀, współczynnik tętnień napięcia wyjściowego K_t , parametr U₀ / U_2m, gdzie U_2m jest amplitudą napięcia na zaciskach wyjściowych połowy uzwojenia wtórnego transformatora bez obciążenia.

Pomiary przeprowadzono dla dwóch wartości rezystorów obciążających, tj. 6.1 Ω i 10 Ω oraz różnych wartości kondensatorów zbiorczych ( patrz kolumna pierwsza w tabelach ).

obciążenie R₀ = 6.1 Ω

C0	U0	Ut	Id	θ	P0	I0	Kt	U0 / U2m
[μF]	[V]	[V]	[A]	[° ]	[VA]	[A]	[%]	[%]
0	6.7	3.89	0.95	180.0	7.36	1.098	58.1	64.42
100	6.8	3.36	0.90	165.5	7.58	1.115	49.4	65.38
500	7.4	2.47	1.30	122.4	8.98	1.213	33.4	71.15
1000	7.8	1.70	1.50	111.6	9.97	1.279	21.8	75.00
1500	8.1	1.20	1.35	108.0	10.76	1.329	14.8	77.88
2200	8.1	0.78	1.40	104.4	10.76	1.329	9.6	77.88
4500	8.1	0.42	1.35	104.4	10.76	1.329	5.2	77.88
9700	8.1	0.21	1.30	104.4	10.76	1.329	2.6	77.88

przykładowe obliczenia (dla C₀ = 100μF):

odciążenie R₀ = 10 Ω

C0	U0	Ut	Id	θ	P0	I0	Kt	U0 / U2m
[μF]	[V]	[V]	[A]	[° ]	[VA]	[A]	[%]	[%]
0	7.3	4.07	0.34	180.0	5.33	0.73	55.8	70.19
100	7.5	3.54	0.40	157.5	5.63	0.75	47.2	72.12
500	8.7	2.19	0.68	112.5	7.57	0.87	25.2	83.65
1000	9.2	1.41	0.76	105.0	8.46	0.92	15.3	88.46
1500	9.3	0.95	0.76	101.3	8.65	0.93	10.2	89.42
2200	9.4	0.60	0.74	97.5	8.84	0.94	6.4	90.38
4500	9.4	0.28	0.74	97.5	8.84	0.94	3.0	90.38
9700	9.4	0.14	0.74	97.5	8.84	0.94	1.5	90.38

przykładowe obliczenia (dla C₀ = 100μF):

wykres zależności współczynnika tętnień K_t w funkcji iloczynu ωC₀R₀ dla R₀ = 6.1 Ω

wykres zależności współczynnika tętnień K_t w funkcji iloczynu ωC₀R₀ dla R₀ = 10 Ω

wykres zależności U₀ / U_2m w funkcji iloczynu ωC₀R₀ dla R₀ = 6.1 Ω

wykres zależności U₀ / U_2m w funkcji iloczynu ωC₀R₀ dla R₀ = 10 Ω

określenie wypadkowej sprawności prostownika:

III. Pomiar parametrów Prostownika Jednopołówkowego.

Przy pomiarach parametrów prostownika jednopołówkowego przyjęto takie same oznaczenia, jak dla dwupołówkowego.

obciążenie R₀ = 6.1 Ω

C0	U0	Ut	Id	θ	P0	I0	Kt	U0 / U2m
[μF]	[V]	[V]	[A]	[° ]	[VA]	[A]	[%]	[%]
0	3.4	3.71	0.36	180.0	1.90	0.557	109.1	32.69
100	3.47	3.71	0.39	169.2	1.97	0.569	106.9	33.37
500	4.33	3.54	0.58	144.0	3.07	0.710	81.8	41.63
1000	5.2	2.97	0.72	136.8	4.43	0.852	57.1	50.00
1500	5.6	2.33	0.76	133.2	5.14	0.918	41.6	53.85
2200	5.9	1.59	0.78	133.2	5.71	0.967	26.9	56.73
4500	6	0.85	0.76	129.6	5.90	0.984	14.2	57.69
9700	6.1	0.42	0.76	129.6	6.10	1.000	6.9	58.65

przykładowe obliczenia (dla C₀ = 100μF):

obciążenie R₀ = 10 Ω

C0	U0	Ut	Id	θ	P0	I0	Kt	U0 / U2m
[μF]	[V]	[V]	[mV]	[° ]	[VA]	[A]	[%]	[%]
0	3.65	3.89	0.20	180.0	1.33	0.37	106.6	35.10
100	3.87	3.89	0.26	158.4	1.50	0.39	100.5	37.21
500	5.5	3.54	0.46	129.6	3.03	0.55	64.4	52.88
1000	6.6	2.62	0.56	122.4	4.36	0.66	39.7	63.46
1500	7.1	1.91	0.60	118.8	5.04	0.71	26.9	68.27
2200	7.3	1.27	0.58	115.2	5.33	0.73	17.4	70.19
4500	7.4	0.67	0.58	115.2	5.48	0.74	9.1	71.15
9700	7.5	0.32	0.58	115.2	5.63	0.75	4.3	72.12

przykładowe obliczenia (dla C₀ = 100μF) przedstawiono na następnej stronie

wykres zależności współczynnika tętnień K_t w funkcji iloczynu ωC₀R₀ dla R₀ = 6.1 Ω

wykres zależności współczynnika tętnień K_t w funkcji iloczynu ωC₀R₀ dla R₀ = 10 Ω

wykres zależności U₀ / U_2m w funkcji iloczynu ωC₀R₀ dla R₀ = 6.1 Ω

wykres zależności U₀ / U_2m w funkcji iloczynu ωC₀R₀ dla R₀ = 10 Ω

określenie wypadkowej sprawności prostownika:

IV. Pomiar parametrów Prostownika Mostkowego.

W pomiarach otrzymano następujące wyniki:

napięcie wyjściowe bez obciążenia U₀₀ = 13.4 V

napięcie wyjściowe na obciążeniu 10Ω U₀ = 8.7 V

napięcie tętnień U_t = 0.35 V

Stąd:

V. Stabilizator 6V.

Pomiar ten ma na celu zbadanie współpracy prostownika ze stabilizatorem napięcia i ocenę skuteczności tłumienia tętnień pochodzących od niedoskonałej filtracji w układzie prostownika.

W tabeli poniżej zamieszczono wyniki pomiarów: wartości napięć i tętnień na wejściu i wyjściu stabilizatora oraz obliczone współczynniki tętnień.

C0	U0 we	Ut we	Kt we	U0 wy	Ut wy	Kt wy
[μF]	[V]	[V]	[%]	[V]	[V]	[%]
1600	9	0.99	11	5.7	0.95	16.7
3800	9.1	0.39	4.3	5.7	0.39	6.8
4400	9.1	0.32	3.5	5.7	0.34	6.0
6000	9.1	0.25	2.7	5.7	0.28	4.9
9700	9.1	0.18	2.0	5.7	0.18	3.2

VI. Wnioski.

1. Na podstawie wyników pomiarów zamieszczonych w tabelach oraz obserwacji oscyloskopowych zauważono, że zmniejszenie tętnień można uzyskać poprzez zwiększenie pojemności zbiorczej. Również pozytywny efekt ma zwiększanie rezystancji obciążającej, która zwiększała bezpośrednio wartość napięcia U₀, od którego odwrotnie proporcjonalnie zależy współczynnik tętnień K_t . Jednak wpływ R₀ na K_t nie jest tak silny jak wpływ C₀.

2. Niestety program wykorzystywany do sporządzenia wykresów nie umożliwiał wykreślenia dwóch zależności w jednym układzie, ze względu na różnicę argumentów. Wykresy te sporządzono osobno i przedstawiono jeden pod drugim. Wykresy zależności K_t = f ( ωR₀C₀ ) są praktycznie takie same (parametr R_s / R₀ zmienia się w niewielkim przedziale).

3. Z porównania wykresów przedstawiających zależność U₀ / U_2m = f (ωR₀C₀) dla różnych wartości parametru R_s / R₀ wynika, że dla większych obciążeń wartości współczynnika U₀ / U_2m są większe. Oznacza to, że większe obciążenie zapewnia lepsze wykorzystanie napięcia.

4. Zależności omówione w pkt.: 1, 2, 3 wystąpiły również w przypadku prostownika jednopołówkowego.

5. Porównując parametry prostowników jedno- i dwupołówkowego zauważono, że:

- sprawność prostownika dwupołówkowego jest prawie dwukrotnie większa niż w prostowniku jednopołówkowym,

- wykorzystanie napięcia jest od 1.5 do 2 razy większe dla prostownika dwupołówkowego,

- współczynnik tętnień K_t jest blisko dwukrotnie mniejszy dla prostownika dwupołówkowego,

- moc wyjściowa jest ok. cztery razy większa dla prostownika dwupołówkowego,

- prąd I_d jest ok. dwukrotnie większy dla prostownika dwupołówkowego.

6. Dla obu prostowników można wskazać pewną wartość pojemności zbiorczej, powyżej której zwiększanie pojemności nie powoduje już zwiększania się prądu płynącego w obciążeniu i zmniejszania kąta płynięcia prądu diod.

7. Na następnej stronie zamieszczono oscylogramy przedstawiające przebiegi czasowe napięcia tętnień i impulsów diod prostowniczych dla maksymalnej wartości pojemności zbiorczej w poszczególnych pomiarach.

8. Porównując parametry prostownika mostkowego i dwupołówkowego (C₀ = 4500 μF) zauważono, że wbrew oczekiwaniom prostownik ma nieco większy współczynnik tętnień. Fakt, iż prostownik mostkowy zawiera dwukrotnie większą liczbę diod sugeruje, że tętnienia na jego wyjściu powinny być lepiej wytłumione niż w prostowniku dwupołówkowym.

9. Wyniki pomiarów stabilizatora 6 V również nie potwierdziły oczekiwań, ponieważ współczynnik tętnień na wyjściu był gorszy niż na wejściu. Dodatkowo na nieprawidłową pracę stabilizatora wskazuje fakt, iż niemożliwe było uzyskanie napięcia nominalnego stabilizacji 6 V, mimo dołączenia maksymalnej pojemności zbiorczej (według instrukcji do ćwiczenia). Tym samym wyniki pomiarów uważamy za nienadające się do interpretacji.

9

---