LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKIzimowaszkola.nazwa.pl/ztt/pobierz/instrukcje/peie/Cw-5_Prostowniki.… · Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, dr inż.

ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTUZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE

WYDZIAŁ TRANSPORTUPOLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 5

PROSTOWNIKI

DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO

WARSZAWA 2021

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021. 2

A. Cel ćwiczeniaCelem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi parametrami

prostowników jedno i dwupołówkowych.

B. Program ćwiczenia1. Wyznaczenie charakterystyk obciążenia U0 = f(I0) dla różnych wartości

pojemności filtra prostownika jednopołówkowego.

2. Wyznaczenie charakterystyk obciążenia U0 = f(I0) dla różnych wartościpojemności filtra prostownika dwupołówkowego.

3. Określenie wartości współczynnika tętnień kt w funkcji prądu obciążenia kt = f(I0)dla różnych wartości pojemności filtra prostownika jednopołówkowego.

4. Określenie wartości współczynnika tętnień kt w funkcji prądu obciążenia kt = f(I0)dla różnych wartości pojemności filtra prostownika dwupołówkowego.

5. Obserwacja przebiegów na oscyloskopie.

C. WprowadzenieProstownik jednopołówkowy

D

utr = Umsinωt

230

V AC

R0 u0

i0

Um

utr

t

b)

Um

t

c)

ud

t

d)

U 2Um=

πUm=U0

u0

Rys. 1. Prostownik jednopołówkowy: a) układ prostownika, b) przebieg napięcia wejściowego, c) przebieg napięcia na

obciążeniu, d) przebieg napięcia na diodzie

3

Prąd w obwodzie prostownika płynie tylko dla dodatniej połówki napięcia

sinusoidalnego. Można zatem napisać, że przebieg napięcia na wyjściu (przy

obciążeniu rezystancyjnym) jest dany wzorem:

Wartość średnia tego napięcia wynosi:

Wartość średnia prądu w obciążeniu wynosi odpowiednio:

00

00 R

URUI m

π==

Miarą zbliżenia przebiegu wyjściowego prostownika do wartości stałej jest

współczynnik tętnień kt . Jest on określany jako stosunek:

wartość skuteczna składowej zmiennej przebiegu wyjściowego

wartość składowej stałej, czyli wartość średnia przebiegu wyjściowegokt =

W celu zmniejszenia składowej zmiennej w większości układów rzeczywistych

stosuje się filtrowanie napięcia wyjściowego poprzez dołączenie kondensatora

równolegle do obciążenia (rys. 2).

Kondensator ładuje się przez diody do napięcia równego amplitudzie Um napięcia

przemiennego, po czym rozładowuje się przez obciążenie, aż do chwili, gdy dioda

zacznie znowu przewodzić, tj. gdy napięcie na jej anodzie osiągnie wartość większą niż

na katodzie, czyli także na kondensatorze filtra. Składowa zmienna napięcia

wyjściowego, charakteryzowana międzyszczytowym napięciem tętnień Ut jest tym

mniejsza, im większa jest stała czasowa obwodu τ = R0C. Zwiększenie stałej czasowej

obwodu prowadzi zarazem do wzrostu składowej stałej napięcia wyjściowego. W granicznym przypadku przy τ = R0C → ∞, U0 → Um, Ut → 0.

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, prof. uczelni, dr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel. Wydział Transportu PW. Warszawa 2021.


4

C

D

utr

230

V AC

R0 u0

i0

Um

Ut

u0

tład trozł

utr

utr

id, i0

i0

id

tład

ud

2Um

t

t

t

t

b)

c)

d)

e)

Rys. 2. Prostownik jednopołówkowy z filtrem pojemnościowym: a) układ prostownika, b) napięcie wejściowe, c) napięcie na obciążeniu,

d) prąd diody i prąd obciążenia, e) napięcie na diodzie

D. Część pomiarowa1. Prostownik jednopołówkowy

I0

V2 U0C

D1

16 V

AC

Ut

230

V AC P

A

V1

OscyloskopY

R0

Rys. 3. Schemat układu pomiarowego dla prostownika jednopołówkowego


5

W układzie pomiarowym prostownika jednopołówkowego (rys.3) zmieniać prąd

obciążenia I0 ustawiając potencjometr P na pozycjach od a do g. Na przyrządach pomiarowych odczytywać odpowiednie wartości a wyniki wpisywać w tabeli. Pomiary

wykonać dla wartości kondensatora C = 0; C = 47 µF; C = 100 µF; C = 470 µF; C = 0

Pozycja

potencjometru a b c d e f g

I0 [mA]

U0 [V]

Ut [V]

kt

C = 47 µF Pozycja


I0 [mA]

U0 [V]

Ut [V]

kt

C = 100 µF Pozycja


I0 [mA]

U0 [V]

Ut [V]

kt

C = 470 µF Pozycja


I0 [mA]

U0 [V]

Ut [V]

kt


6

2. Prostownik dwupołówkowy (mostek Graetz’a)

I0

V2 U0C

D1D4

D3D3

16 V

AC

Ut

230

V AC

P

A

V1

OscyloskopY

R0

Rys. 4. Schemat układu pomiarowego dla prostownika dwupołówkowego

W układzie pomiarowym prostownika dwupołówkowego (rys.4) zmieniać prąd

obciążenia I0 ustawiając potencjometr P na pozycjach od a do g. Na przyrządach pomiarowych odczytywać odpowiednie wartości a wyniki wpisywać w tabeli. Pomiary

wykonać dla wartości kondensatora C = 0; C = 47 µF; C = 100 µF; C = 470 µF;

C = 0 Pozycja


I0 [mA]

U0 [V]

Ut [V]

kt

C = 47 µF Pozycja


I0 [mA]

U0 [V]

Ut [V]

kt


7

C = 100 µF Pozycja


I0 [mA]

U0 [V]

Ut [V]

kt

C = 470 µF Pozycja


I0 [mA]

U0 [V]

Ut [V]

kt

Obliczeń kt dokonać wg wzoru

0UU

k tt =

Z otrzymanych wyników wykreślić rodziny charakterystyk U0 = f(I0), kt = f(I0) dla różnych wartości kondensatora C oddzielnie dla prostownika jednopołówkowego i dla prostownika dwupołówkowego.

3. Obserwacja oscyloskopowa

Podczas wszystkich pomiarów obserwować przebiegi oscyloskopowe. Na polecenie

prowadzącego należy przerysować wykresy z oscyloskopu zachowując wszystkie

parametry ustawione na oscyloskopie.


8

E. Symulacyjna komputerowa

a) prostownik jednopołówkowy

Używając programu komputerowego podanego przez prowadzącego należy

wykonać układ przedstawiony na rys. 5. Parametry transformatora TR1 są następujące

N1=N2x14,375. Generator wejściowy ustawić na sygnał sinusoidalny o częstotliwości

50 Hz i amplitudzie UWE = 230 V.

Rys. 5. Układ do badania prostownika jednopołówkowego

Korzystając z wirtualnego oscyloskopu dokonać obserwacji napięć: Uwe, U_tr, Uwy dla

następujących wartości kondensatora: C = 0; C = 47 µF; C = 100 µF; C = 470 µF.

Otrzymane przebiegi zamieścić w sprawozdaniu.

b) prostownik dwupołówkowy (mostek Graetz’a)

Używając programu komputerowego podanego przez prowadzącego należy

wykonać układ przedstawiony na rys. 6. Parametry transformatora TR1 są następujące

N1=N2x14,375. Generator wejściowy ustawić na sygnał sinusoidalny o częstotliwości

50 Hz i amplitudzie UWE = 230 V.


9

Rys. 6. Układ do badania prostownika dwupołówkowego (mostek Graetz’a)

Korzystając z wirtualnego oscyloskopu dokonać obserwacji napięć: Uwe, U_tr, Uwy dla

następujących wartości kondensatora: C = 0; C = 47 µF; C = 100 µF; C = 470 µF.

Otrzymane przebiegi zamieścić w sprawozdaniu.

F. Zagadnienia do opracowaniaa. Definicje wartości chwilowej, skutecznej i średniej przebiegu elektrycznego.

b. Współczynnik tętnień – definicja, typowe wartości dla różnych rodzajów

prostowników.

c. Prostownik jednopołówkowy: budowa, sposób działania, przebiegi elektryczne

charakteryzujące pracę.

d. Prostownik dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem transformatora: budowa,

sposób działania, przebiegi elektryczne charakteryzujące pracę.

e. Prostownik dwupołówkowy mostkowy: budowa, sposób działania, przebiegi

elektryczne charakteryzujące pracę.

f. Porównanie właściwości prostowników: jednopołówkowego, dwupołówkowego z

dzielonym uzwojeniem transformatora i dwupołówkowego mostkowego.

g. Działanie filtru pojemnościowego w prostownikach jedno i dwupołówkowych.

h. Wpływ zmian rezystancji obciążenia na przebiegi napięć na wyjściu prostownika.

i. Wpływ zmian pojemności filtru na przebiegi napięć na wyjściu prostownika.


10

G.Literatura

1. Dobrowolski A., Jachna Z., Majda E., Wierzbowski M.: „Elektronika - ależ to bardzo proste!”. Wydawnictwo BTC, 2013.

2. Horowitz P., Hill W.: „Sztuka elektroniki. Tom I i II”. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2013.

3. Kaźmierkowski M., Matysik J.: „Wprowadzenie do elektroniki i energoelektroniki”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.

4. Rosiński A., Dudek E., Krzykowska K., Kasprzyk Z., Stawowy M., Szmigiel A.: Podstawy elektroniki. Laboratorium, 2019, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, ISBN 978-83-7814-991-0, 155 s.

5. Rosiński A., Dudek E., Krzykowska K., Kasprzyk Z., Stawowy M., Szmigiel A.: Elektronika. Laboratorium, 2019, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, ISBN 978-83-7814-992-7, 181 s.

6. Tietze U., Schenk C: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydawnictwa Naukowo Techniczne, 2009.

7. Wawrzyński W.: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2003.

C = 0C = 47 (FC = 100 (FC = 470 (FC = 0C = 47 (FC = 100 (FC = 470 (F

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKIzimowaszkola.nazwa.pl/ztt/pobierz/instrukcje/peie/Cw-5_Prostowniki.… · Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, dr inż.

Documents