МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра микро- и наноэлектроники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №7

по дисциплине «Компоненты электронной техники» Тема: “Исследование элементов преобразовательных устройств”

Студент гр. 9205	Музалевский И.
Преподаватель	Пермяков Н.В.

Санкт-Петербург 2021

Стационарная электронная аппаратура питается от стандартной цепи переменного тока (например, от сети 220В 50 Гц). В то же время для функционирования различных активных элементов аппаратуры (транзисторов, интегральных микросхем, визуальных индикаторов и др.) требуются постоянные напряжения различного значения (от единиц вольт до нескольких киловольт). Преобразование переменного напряжения стандартной сети в требуемое постоянное напряжение осуществляется в блоке питания аппаратуры. В общем случае блок питания состоит из силового трансформатора, выпрямителя и фильтра. Трансформатор - это элемент, имеющий две индуктивно связанные обмотки: первичную, включенную в сеть, c числом витков 𝑤₁, и вторичную c числом витков 𝑤₂.Основной характеристикой трансформатора

является коэффициент трансформации n:

𝑛 =

𝑈₂

𝑈₁

𝑤₂

=

𝑤₁

где 𝑈₁ и 𝑈₂ – действующие значения напряжения в первичной и во вторичной обмотках.

Выпрямитель – это устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное. В состав выпрямителя входит один вентиль или несколько вентилей. Вентиль способен пропускать ток только при одной полярности.

Однополупериодный выпрямитель (содержит один вентиль VD). Представление выпрямленного напряжения:

𝑈 ⁽𝑡⁾ = ^𝑈2𝑚 + ^𝑈2𝑚 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 − ^2𝑈2𝑚 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − ^2𝑈2𝑚 𝑐𝑜𝑠4𝜔𝑡-…

𝑅_н

𝜋 2

3𝜋

15𝜋

Первый член этих рядов определяет среднее значение (постоянную составляющую) выпрямленного напряжения и обусловленного им тока:

𝑈 = ^𝑈2𝑚 ; 𝐼

₌ ^𝐼𝑅н 𝑚𝑎𝑥 _;

0 _𝜋 0 _𝜋

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения 𝑘_п равен отношению амплитуды низшей гармоники (в данном случае первой) к значению постоянной составляющей: 𝑘_п = 𝜋/2=1,57.

Протокол наблюдений

Обработка результатов

1. По данным табл. 7.1 рассчитать коэффициент пульсации для каждой из трех исследованных схем выпрямителей.

Тип выпрямителя	Iн, мА	U0, B	U, B	Um, B	kп
Однополупериодный	10	4,3	16,1	6,5	1,56
Двухполупериодный с мостовой схемой	10,1	9,3	14,2	10	1,1
Двухполупериодный на трансформаторе со средней точкой	9,5	9,95	4,08	7	0,7

K_п= U_m/ U₀= 6,5/4,3=1,56

Расчётные значения пульсации хоть и довольно велики, но крайне близки к теоретическим.

Для однополупериодного выпрямителя теоретические значения пульсации 1.57, расчётные 1.56

Для двухполупериодного со средней точкой теоретические значения 0,67, расчётные же 0,7

2. По данным табл. 7.2 определить коэффициент сглаживания k_сгл и коэффициент фильтрации k_ф для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей с емкостным фильтром. Расчет провести для С_ф: 10 мкФ; 50 мкФ и 100 мкФ.

Тип выпрямителя	Сф, мкФ	Iн, мА	U0, B	U0’, B	U1, B	U1’, B	kф	kсгл
Однополупериодный	10	9,9	13,73	13	4,8	0,08	60	56,8
	50	9,9	13,75	13	4,8	0,1	48	45,4
	100	9,9	13,73	13,5	4,8	0,15	32	31,5
Двухполупериодный с мостовой схемой	10	10,2	13,6	13,5	16,8	0,2	75	74,4
	50	10,3	13,52	13	16,8	0,25	67,2	64,6
	100	10,3	13,5	12	16,8	0,3	56	49,7

Примеры расчета:

k_ф= U₁/ U₁’= 4,8/0,08=60

k_сгл= U₀’/ U₀* k_ф= 13/13,73*60=56,8

1. 

   Тип выпрямителя	Iн мкА	U0 В	U ' В 0	U1 В	U ' В 1	kсгл		kф
   Однополупериодный с Г-образным LC- фильтром	8,8	6,06	5,5	0,0001	0,0001	1,1	1,1	1
   Двухполупериодный с Г-образным, LС- фильтром	10,8	32,5	25,5	0,008	0,0027	3,85	1,3	2,96
   Однополупериодный с П-образным LC- фильтром	8,8	6,00	9,5	0,0028	0,0009	1,953	0,63	3,1
   Двухполупериодный с П-образным LC- фильтром	10,5	34,5	20,5	0,0065	0,0038	2,89	1,7	1,7

   Определение типа.

k_сгл для выпрямителей с LС-фильтрами Г- и П-образного

Пример расчёта:

𝜆 =

𝑈₀

𝑈′₀

32,5

=

25,5

= 1,3

𝑈₁

1

𝑘_ф = _𝑈′

0,008

= = 2,96

0,0027

𝑘_сгл = 𝜆 ∗ 𝑘_ф = 3,85

Вывод: в ходе лабораторной работы были рассчитаны следующие значения:

• коэффициенты пульсации для трёх типов выпрямителей: однополупериодного, двухполупериодного с мостовой схемой, двухполупериодного на трансформаторе со средней точкой.

• коэффициенты сглаживания для выпрямителей с ёмкостными фильтрами

• коэффициенты фильтрации для выпрямителей с ёмкостными фильтрами

• коэффициенты сглаживания для выпрямителей с LC-фильтрами Г- и П-образного типа

• коэффициенты фильтрации для выпрямителей с ёмкостными фильтрами с LC- фильтрами Г- и П-образного типа

В заключении данной работы можно сказать, что наиболее эффективным выпрямителем оказался двухполупериодный выпрямитель с Г-образным LC- фильтром.