Однофазные выпрямители

ВНИМАНИЕ: Во время этого эксперимента не прикасайтесь ни к одной части цепи, находясь под напряжением. Источник переменного тока заземлен, как показано на рисунках 1 и 2, заземлен только в том случае, если источником является генератор функций. НЕ заземляйте VARIAC.

1. Настройка источника переменного тока

Для этого эксперимента используются два источника переменного тока; переменный трансформатор (VARIAC) на низкой частоте 60 Гц и функциональный генератор с пиковым синусоидальным выходом 10 В и частотой 1 кГц.

1. Перед началом подключите дифференциальный пробник к одному каналу осциллографа, а обычный пробник — к другому каналу.
2. Отрегулируйте кнопки на щупах следующим образом: дифференциальный пробник на 20X (или 1/20) и обычный щуп на 10X. Не забудьте включить дифференциальный щуп.
3. В меню каждого канала на осциллографе установите щуп в положение 10X. Для дифференциального пробника вручную умножьте все измерения или результаты на два, чтобы достичь желаемого 20-кратного значения.
4. Чтобы настроить генератор функций, убедитесь, что выход 50 Ω подключен к кабелю BNC-to-alligator.
   1. Подсоедините зажимы типа «крокодил» к обычному щупу прицела, чтобы наблюдать за выходом генератора функций.
   2. Установите синусоиду на синусоиде при пиковом напряжении 10 В и частоте 1 кГц с нулевым смещением постоянного тока.
   3. Наблюдайте за выходом генератора функций и отрегулируйте его настройки для достижения желаемой формы выходного сигнала.
   4. После установки сигнала отсоедините разъем BNC, но оставьте функциональный генератор включенным, чтобы сохранить его настройки. Отсоедините щуп зонда от выхода генератора.
5. Чтобы настроить VARIAC, убедитесь, что выход VARIAC (выглядит как обычная розетка) не подключен к кабелю.
   1. Не выключайте VARIAC и убедитесь, что его ручка установлена на ноль.
   2. Медленно отрегулируйте ручку VARIAC на 5% мощности. Это должно дать около 10 В пикового напряжения.

Полуволновой выпрямитель

2. Резистивная нагрузка с высокочастотным входом

1. Используйте генератор функций в качестве источника переменного тока, но пока не отключайте его от цепи.
2. На протоплате постройте схему, показанную на рис.1. Диод (D) имеет номинальное напряжение 2A01G-T 50 В и 2 А, а нагрузочный резистор (R) имеет напряжение 51 Ω.
   1. Убедитесь, что полярность диода правильная. Приборная панель на диоде находится на катоде.
3. Перед подключением дифференциального пробника к цепи свяжите клеммы пробника вместе и отрегулируйте его измеренную форму сигнала на экране, чтобы показать нулевое напряжение смещения.
   1. Подключите дифференциальный щуп напряжения к нагрузочному резистору, чтобы наблюдать за выходным напряжением V_out.
   2. Подключите обычный щуп со стороны переменного тока, чтобы наблюдать за входным напряжением V_in.
   3. Подключите генератор функций к цепи.
4. Настройте временную базу на области видимости, чтобы отображать V_in и V_out для четырех основных циклов V_in. Сделайте копию осциллограмм.
   1. Увеличьте масштаб в области выключения диода и сделайте копию осциллограмм.
5. Отсоедините генератор функций и снимите дифференциальный щуп для изменения нагрузки. Оставшуюся часть цепи и соединений оставьте как есть.

Рисунок 1: Полуволновой выпрямитель с резистивной нагрузкой

3. Резистивно-индуктивная нагрузка с высокочастотным входом

1. Используя ту же схему, что и на рисунке 1, подключите катушку индуктивности 4,7 мГн (L) в серии } с резистивной нагрузкой, как показано на рисунке 2.
2. Подключите дифференциальный щуп напряжения к нагрузочному резистору, чтобы наблюдать за напряжением резистора V_out , которое имеет ту же форму сигнала, что и ток нагрузки R-L I_out.
3. Включите выход генератора функций.
4. Настройте временную базу на области видимости, чтобы отображались V_in и V_out для четырех основных циклов V_in. Сделайте копию осциллограмм.
   1. Увеличьте масштаб в области выключения диода и обратите внимание на задержку во времени выключения. Сделайте копию осциллограмм.
   2. Выключите выход генератора функций и отключите его от цепи.
   3. Снимите катушку индуктивности L и оставьте остальную часть цепи как есть.

Рисунок 2: Полупериодный выпрямитель с нагрузкой R-L

4. Резистивная нагрузка с низкочастотным входом

1. Убедитесь, что выходной сигнал VARIAC находится на уровне 5% и отключен от цепи. Подключите дифференциальный пробник к VARIAC, включите VARIAC ON и слегка отрегулируйте его выходной сигнал для достижения пикового напряжения 10 В.
   1. Захватите осциллограмму на осциллографе для использования в качестве эталонного входного напряжения.
   2. Выключите VARIAC, но не изменяйте настройку напряжения.
2. Используя ту же схему, что и на рисунке 1, т.е. с отключенным индуктором и единственной нагрузкой является резистор, подключите выход VARIAC с помощью кабеля «штекер-банан».
3. Подключите дифференциальный щуп напряжения к нагрузочному резистору, чтобы наблюдать за выходным напряжением, V_out.
4. Включите выход VARIAC. Держитесь подальше от цепи и наблюдайте за осциллографами на осциллографе. Если вам нужно отладить цепь, сначала выключите VARIAC OFF.
5. Настройте временную базу на области видимости, чтобы отображать V_out для четырех фундаментальных циклов. Сделайте копию формы волны.
   1. Увеличьте масштаб в области выключения диода и сделайте копию осциллограмм.
6. Выключите VARIAC и разберите цепь. НЕ изменяйте настройку напряжения VARIAC.

Полноволновой выпрямитель

5. Резистивная нагрузка

1. На протоплате постройте схему, показанную на рисунке 3.
   1. Убедитесь, что полярность диода правильная. Приборная панель на диоде находится на катоде.
2. Когда цепь будет готова, подключите выход VARIAC в качестве источника переменного тока.
3. Подключите дифференциальный пробник напряжения к нагрузочному резистору, чтобы наблюдать за выходным напряжением V_out.
4. Включите выход VARIAC. Держитесь подальше от цепи и наблюдайте за осциллографами на осциллографе. Если вам нужно отладить цепь, сначала выключите VARIAC OFF.
5. Настройте временную базу на области видимости, чтобы отображать V_out для четырех основных циклов V_in. Сделайте копию осциллограмм.
   1. С помощью курсоров измерьте значение V_out.
6. Оставьте соединения щупов как есть, выключите VARIAC и разберите цепь.
   1. НЕ изменяйте настройку напряжения VARIAC.

Рисунок 3. Полноволновой выпрямитель с резистивной нагрузкой.

6. Резистивная нагрузка с фильтрующим конденсатором

1. Используя ту же схему, что и на рисунке 3, подключите электролитический конденсатор (C) параллельно резистивной нагрузке, как показано на рисунке 4.
   1. Убедитесь, что полярность конденсатора правильная, а клемма ( - ) подключена к отрицательной стороне нагрузки.
2. Включите выход VARIAC. Держитесь подальше от цепи и наблюдайте за осциллографами на осциллографе. Перед отладкой схемы выключите VARIAC.
3. Настройте временную базу на области видимости, чтобы отображать V_out для четырех фундаментальных циклов VIN. Сделайте копию осциллограмм.
   1. Измерьте размах между пиками V_out, используя курсоры и опцию связи по переменному току для этого канала (связь по переменному току устраняет смещение сигнала по постоянному току).
4. Вернитесь к муфте постоянного тока после выполнения измерения.
5. Выключите ВАРИАК.
6. Разберите схему и очистите стенд.

Рисунок 4. Полноволновой выпрямитель с резистивной нагрузкой и емкостной фильтрацией