POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej Zakład Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej
Przedmiot: Laboratorium Podstaw Elektrotechniki Ćwiczenie nr: 3 Temat: Badanie układu prostowników i filtrów.
Rok akademicki: 2012/2013 Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn Studia: stacjonarne Rok studiów: II Semestr: 3 Nr grupy: M4	Wykonawcy: Julia GIELNIAK Damian DĄBROWSKI Marcin BALCEREK Jacek JĘDRUSIAK Karol ŻURKOWSKI	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				28.11.2012	12.12.2012
				Ocena:
Uwagi:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania i właściwościami układów prostownikowych i filtrujących.

2. Wiadomości teoretyczne

Dioda prostownicza - dioda przeznaczona głównie do prostowania prądu przemiennego, jej główną cechą jest możliwość przewodzenia prądu o dużym natężeniu.
Głównymi parametrami diod prostowniczych jest maksymalne dopuszczalne napięcie wsteczne (napięcie pomiędzy anodą i katodą w stanie zatkania) i maksymalny prąd przewodzenia, parametry te określają możliwość użycia diody w konkretnym zastosowaniu. Innymi parametrami ważnymi w tego rodzaju zastosowaniach jest maksymalny prąd chwilowy (określający odporność na przeciążenia), maksymalna moc tracona na diodzie, czas odzyskiwania zdolności zaworowej (wyznacza maksymalną częstotliwość prądu prostowanego).

Prostownik ( układ prostowniczy)- Prostownik jest to element lub zestaw elementów elektronicznych służący do zamiany napięcia przemiennego na napięcie jednego znaku, które po dalszym odfiltrowaniu może być zmienione na napięcie stałe.

Jednopołówkowe (półokresowe) Najprostszym prostownikiem jest pojedyncza dioda prostownicza wpięta w układ napięcia przemiennego. Pomimo prostoty takiego układu jest on bardzo rzadko stosowany z uwagi na występowanie dużego tętnienia napięcia wyjściowego. Dodatkowo, energia dostarczana przez źródło wykorzystywana jest tylko przez pół okresu - podczas drugiej połowy okresu napięcie jest po prostu blokowane i prąd w układzie nie płynie. Wprowadza to niesymetrię obciążenia układu prądu przemiennego, co jest niekorzystne dla sieci prądu przemiennego.

Dwupołówkowe (pełnookresowe) Prostowniki dwupołówkowe umożliwiają wykorzystanie mocy źródła napięcia przemiennego przez cały okres. Napięcie wyjściowe takiego prostownika charakteryzuje się mniejszymi tętnieniami niż w przypadku prostowników jednopołówkowych. Jedyną wadą jest to, że układ elektryczny jest nieznacznie bardziej skomplikowany. Układ mostkowy, tzw. mostek Graetza, wykorzystuje cztery diody prostownicze, i pozwala na prostowanie napięcia z dowolnego źródła przemiennego. Istnieje również konstrukcja oparta na dwóch diodach, jednak wymaga ona specjalnego zasilania - uzwojenie wtórne transformatora musi być podzielone na dwie jednakowe części. Obecnie układy takie stosuje się niezwykle rzadko, ponieważ koszt dzielonego uzwojenia jest znacznie większy niż koszt diod użytych w układzie mostkowym.

Filtr jest to fragment obwodu elektrycznego lub obwodu elektronicznego odpowiedzialny za przepuszczanie lub blokowanie sygnałów o określonym zakresie częstotliwości lub zawierającego określone harmoniczne.

Podział filtrów

Ze względu na przeznaczenie filtry można podzielić na cztery podstawowe rodzaje :
dolnoprzepustowe
górnoprzepustowe
środkowoprzepustowe
środkowozaporowe
Ze względu na konstrukcję i rodzaj działania filtry można podzielić na:
pasywne - nie zawierają elementów dostarczających energii do obwodu drgającego, zawierają tylko elementy RLC
jednostopniowe
wielostopniowe
aktywne - zawierają zarówno elementy RLC, jak również i elementy dostarczające energię do filtrowanego układu np. wzmacniacze, układy nieliniowe.
Filtry pasywne są wykonane tylko z pasywnych elementów RLC. Przy odpowiednim połączeniu elementów można uzyskać wszystkie typy filtrów z Rys. 1. Filtry pasywne wykonuje się też jako elementy z materiałów piezoelektrycznych z odpowiednio napylonymi elektrodami.

Filtry aktywne wykorzystują zazwyczaj również własności elementów RLC, ale przy wspomaganiu specjalnymi elementami sterującymi oraz dostarczającymi energię do filtrowanego układu.

3. Przebieg ćwiczenia i obliczenia

1. UKŁAD JEDNOPOŁÓWKOWY

Lp	Co [ µF ]	Io [ A ]	Uo [ V ]	Ut [ V ]
1	0	0,07	6	13
2	100	0,13	11	10
3	220	0,16	13,5	6
4	470	0,18	14,5	5
5	1000	0,195	16	3,5
6	320	0,18	14,5	5,5
7	570	0,185	15	4,5
8	1100	0,195	16	3
9	690	0,19	15,5	3,75
10	1220	0,2	16	3,4
11	1470	0,2	16	2
12	790	0,195	15,8	3,5
13	1690	0,205	16,2	2
14	1320	0,2	16	2,5
15	1570	0,2	16,3	2,5
16	1790	0,2	16,2	2

Wynik badań prostowników przy zmiennym obciążeniu i stałej wartości pojemności filtrującej [C]

Lp	C	Uo	UT
1	100	5,5	13
2	100	5,6	13,5
3	100	5,9	13,6
4	100	6,2	13,75
5	100	7	13,8
6	100	8,5	12,5
7	100	12,9	8

2. UKŁAD DWUPOŁÓWKOWY

Lp	Co [ µF ]	Io [ A ]	Uo [ V ]	Ut [ V ]
1	0	0,14	11,5	14
2	100	0,18	14,5	5,5
3	220	0,195	15,5	3,5
4	320	0,2	16	3
5	470	0,21	16,3	2,5
6	570	0,2	16,5	2,505
7	690	0,205	16,7	2
8	790	0,21	16,7	1,5
9	1000	0,21	16,7	1,5
10	1100	0,21	17	1,5
11	1220	0,21	17	1,5
12	1320	0,21	17	1,1
13	1470	0,21	17	1,1
14	1570	0,215	17	1,1
15	1690	0,215	17	1,1
16	1790	0,215	17	1,1

Wynik badań prostowników przy zmiennym obciążeniu i stałej wartości pojemności filtrującej [C]

Lp	C	Io [ A ]	Uo [ V ]	UT [ V ]
1	1000	0,7	15	3,75
2	1000	0,6	15,5	3
3	1000	0,5	15,6	3
4	1000	0,4	16	2,5
5	1000	0,3	16,4	2
6	1000	0,2	26,9	1,5
7	1000	0,1	17,3	0,5

3. UKŁAD

Lp	Co [ µF ]	Io [ A ]	Uo [ V ]	Ut [ V ]
1	0	0,13	10,8	13
2	100	0,16	14	5,25
3	220	0,19	15	4
4	320	0,19	15,6	3
5	470	0,195	15,7	2,5
6	570	0,195	16	2,5
7	690	0,2	16	2
8	790	0,2	16,1	2
9	1000	0,2	16,2	1,75
10	1100	0,2	16,2	1,75
11	1220	0,2	16,3	1,5
12	1320	0,2	16,3	1,5
13	1470	0,2	16,4	1,5
14	1570	0,2	16,4	1,2
15	1690	0,2	16,4	1,1
16	1790	0,2	16,4	1

Wynik badań prostowników przy zmiennym obciążeniu i stałej wartości pojemności filtrującej [C]

Lp	C	Io [ A ]	Uo [ V ]	UT [ V ]
1	1000	0,7	14,2	4
2	1000	0,6	14,6	3,5
3	1000	0,5	15	3
4	1000	0,4	15,5	2,5
5	1000	0,3	15,9	2
6	1000	0,2	16,2	1,5
7	1000	0,1	16,6	1

4. Uwagi końcowe i wnioski

Zaobserwowano, że im wyższej pojemność posiadał kondensator, tym wzrastało napięcie i natężenie , lecz malało napięcie tętnień. Dzięki temu nastąpiło wygładzenie prądu , które zaobserwowano na oscyloskopie. Prostowniki jednopołówkowe znalazły zastosowanie w impulsowych zasilaczach małej mocy. Prostowniki dwupołówkowe np. Mostek Graetza ma zastosowanie w zasilaczach przetwarzający prąd przemienny na stały. Filtry stosowane są np. w odbiornikach radiowych.

5. Literatura

„Urządzenie Elektryczne i Elektroniczne” W. Opydo, K. Kulesza, G. Twardosz ; Wyd. PP

8/9

---