ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТИРИСТОРА И УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

20

ное обратное напряжение на диоде. Выводы и результаты запишите в отчет.

4.3.6. Выключите ВП, для чего нажмите на передней панели ВП кнопку «Завершение работы».

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

·Какой электронный прибор называется полупроводниковым диодом?

·Сравните токи через выпрямительный полупроводниковый диод при прямом и обратном смещении по порядку величин. Объясните различие.

·Что такое ток насыщения диода?

·Для каких целей применяются стабилитроны?

·Какая ветвь ВАХ стабилитрона является рабочей?

·Как определить коэффициент стабилизации?

·Можно ли использовать стабилитрон в схемах выпрямителей переменного тока?

·Можно ли включать стабилитроны последовательно? параллельно? Какие дополнительные качества можно при этом получить?

·Какие существуют способы термокомпенсации параметров стабилитрона?

·Чем отличается выходное напряжение в схемах однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей?

·Сравните максимальное обратное напряжение на диодах в однополупериодном и двухполупериодном выпрямителях.

·Одинаковы ли частоты входного и выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя?

·Какая схема выпрямителя характеризуется наименьшей амплитудой пульсаций на выходе?

·Насколько точно определены в работе параметры полупроводниковых приборов? От чего может зависеть в данном случае качество полученных результатов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является:

·исследование вольтамперной характеристики и определение параметров тиристора;

·получение семейства статических характеристик тиристора;

21

·исследование работы регулируемого однополупериодного выпрямителя.

2.СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед началом работы полезно ознакомиться со следующими вопро-

сами:

·устройство, принцип действия и основные характеристики динисто-

ра [1, с. 62-65; 2, с. 63-65.],

·особенности конструкции и ВАХ тиристоров [1, с.65-67; 2, с.65-66.],

·схемы включения динистора и тиристора. [1, с. 64-65.],

·особенности конструкции и ВАХ симистора. [1, с. 67-68.],

·принципы построения схем управляемых выпрямителей на основе тиристора [1, с. 328-331; 2, с. 496-500.]

Тиристором называется полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три (или более) выпрямляющих перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое, и наоборот. Различают диодные (неуправляемые) и триодные (управляемые)

тиристоры. Диодный тиристор называютдинистором.. Для коммутации цепей переменного тока разработаны специальные симметричные тири-

сторы – симисторы.

Динистор – это двухэлектродный прибор диодного типа, имеющий три p-n-перехода. Крайняя область p называется анодом, а другая крайняя область n – катодом. Структура динистора приведена на рис. 2.1 а. Три p- n-перехода динистора обозначены какJ1, J2 и J3. Условное изображение динистора приведено на рис.2.1 б.

Рис.2.1. Структура динистора (а) и его условное графическое изображение (б)

Схему замещения динистора можно представить в виде двух триодных структур, соединенных между собой. Деление динистора на составляющие транзисторы и схема замещения приведены на рис. 2.2. При таком соединении коллекторный ток первого транзистора является током базы

22

второго, а коллекторный ток второго транзистора является током базы первого. Благодаря такому соединению внутри прибора возникает положительная обратная связь.

Рис.2.2. Деление динистора на две структуры (а) и схема замещения (б)

Если на анод подано положительное напряжение по отношению к катоду, то переходы J1, и J3 будут смещены в прямом направлении, а переход J2 – в обратном, поэтому все напряжение источника Е будет приложе-

но к переходу J2. Пусть коэффициенты передачи по току эмиттера транзисторов Т1 и Т2 имеют значения a1 и a2 соответственно.

Согласно схеме замещения(рис.2.2 б) ток через тиристор, равен сумме токов коллекторов обоих транзисторов и тока утечки IК0

I = a1 I Э1 +a2 IЭ 2 + I K 0 .				(2.1)
Ток во внешней цепи равен IЭ1=IЭ2=I, поэтому после подстановки I в
(2.1) можно записать: I (1 -a1 -a2 ) = I K 0 .		Отсюда		получаем, что значение
внешнего тока I равно:	I K 0
I =			.	(2.2)
	1- (a1 +a2 )

Пока выполняется условие(a1+a2)<1 ток в динисторе будет равен IК0. При соотношении (a1+a2)>1 динистор включается и начинает проводить ток. Это и есть условие включения динистора.

Для увеличения коэффициентов передачи тока a1 или a2 в динисторе имеется единственный способ, состоящий в увеличении напряжения на его аноде. С ростом напряжения при U=UВKЛ один из транзисторов перейдет в режим насыщения. Коллекторный ток этого транзистора, протекая в цепи базы второго транзистора, откроет его, а последний, в свою очередь, уве-

23

личит ток базы первого. В результате коллекторные токи транзисторов будут лавинообразно нарастать, пока оба транзистора не перейдут в режим насыщения.

После включения транзисторов динистор открывается и токI будет ограничиваться только сопротивлением внешней цепи. Падение напряжения на открытом приборе меньше 2В, что примерно равно падению напряжения на обычном диоде. Вольтамперная характеристика динистора приведена на рис. 2.3 а, а схема импульсного включения изображена на рис. 2.3 б.

Рис.2.3. Вольтамперная характеристика динистора (а)и схема его включения (б):UВКЛ – напряжение включения динистора, UОСТ – остаточное падение напряженияна открытом динисторе, IН – ток нагрузки, IВЫКЛ – ток выключения динистора, VD1 – полупроводниковый диод, VD2 – динистор, RН – сопротивление нагрузки, R – ограничивающее сопротивление, C

– разделительный конденсатор, UПУСК – управляющий импульс

Выключить динистор можно, понизив ток в нем до значенияIВЫКЛ или поменяв полярность напряжения на аноде. Различные способы выключения динистора приведены на рис. 2.4. В первой схеме прерывается ток в

цепи динистора. Во второй схеме падение напряжения на динисторе уменьшается до нуля. В третьей схеме ток динистора понижается доIВЫКЛ включением добавочного резистора RД. В четвертой схеме при замыкании ключа К на анод динистора подается напряжение противоположной -по лярности при помощи конденсатора С.

Тиристор имеет структуру, аналогичную динистору, при этом одна из базовых областей сделана управляющей. Если в одну из баз подать ток управления, то коэффициент передачи соответствующего транзистора увеличится и произойдет включение тиристора.

В зависимости от расположения управляющего электрода(УЭ) тиристоры делятся на тиристоры с катодным управлением и тиристоры с анодным управлением. Расположение этих управляющих электродов и условные обозначения тиристоров приведены на рис. 2.5.

24

Рис.2.4. Схемы выключения динистора: размыканием цепи (а), шунтированием прибора (б), снижением тока анода (в), подачей обратного напряжения (г): RН – сопротивление нагрузки, RД – добавочное сопротивление, C – разделительный конденсатор, К – ключ

Рис.2.5. Структура и условное графическое обозначение тиристора с катодным (а) и анодным (б) управлением

Существуют также запираемые тиристоры, особенность которых заключается в том, что при подаче сигнала на управляющий электрод тиристор переходит в закрытое состояние. Применение таких тиристоров ограничено из-за того, что ток управляющего электрода в момент выключения приближается по величине к основному коммутируемому току.

Схема включения и вольтамперная характеристика тиристора приведена на рис.2.6. Отличие от динистора состоит в том, что напряжение включения регулируется изменением тока в цепи управляющего электрода. При увеличении тока управления снижается напряжение включения.

Таким образом, тиристор эквивалентен динистору с управляемым напряжением включения.

25

Рис.2.6. Схема включения (а) и вольтамперные Характеристики (б) тиристора

После включения управляющий электрод теряет управляющие свойства и, следовательно, с его помощью выключить тиристор нельзя. Основные схемы выключения тиристора такие же, как и для динистора.

К основным статическим параметрам динисторов и тиристоров отно-

сятся:

·допустимое обратное напряжение UОБР;

·падение напряжения на приборе в открытом состоянии UПР при заданном прямом токе;

·допустимый прямой ток IПР.

Основной областью применения динистров и тиристоров, является использование их в качестве электронных ключей в схемах переключения как постоянных, так и переменных электрических токов.

Рис.2.7. Структура симметричного	Рис.2.8. Вольтамперная характери-
тиристора (а ) и его условное гра-	стика симистора
фическое изображение (б)

26

Симистор – это симметричный тиристор, который предназначен для коммутации в цепях переменного тока. Он может использоваться для создания реверсивных выпрямителей или регуляторов переменного . тока Структура симметричного тиристора приведена на рис. 2.7а, а его условное обозначение на рис. 2.7б. Полупроводниковая структура симистора содержит пять слоев полупроводников с различным типом проводимостей и имеет более сложную конфигурацию по сравнению с тиристором. Вольтамперная характеристика симистора приведена на рис. 2.8.

Симистор – это симметричный тиристор, который предназначен для коммутации в цепях переменного тока. Он может использоваться для создания реверсивных выпрямителей или регуляторов переменного . тока Структура симметричного тиристора приведена на рис. 2.7а, а его условное обозначение на рис. 2.7б. Полупроводниковая структура симистора содержит пять слоев полупроводников с различным типом проводимостей и имеет более сложную конфигурацию по сравнению с тиристором. Вольтамперная характеристика симистора приведена на рис. 2.8.

Как видно из вольтамперной характеристики симистора, прибор включается в любом направлении при подаче на управляющий электрод УЭ положительного импульса управления. Требования к импульсу управления такие же, как и для тиристора. Основные характеристики симистора и система его обозначений такие же, как и для тиристора. Симистор можно

заменить двумя встречно-параллельно включенными тиристорами с — об щим электродом управления.

Регулируемые выпрямители. Благодаря возможности управления моментом включения, тиристоры применяются в схемах управляемых выпрямителей.

Простейшая схема регулируемого выпрямителя на одном тиристоре приведена на рис. 2.9а.

Для включения тиристора необходимо выполнить два условия: напряжение на аноде тиристора должно быть положительным(но не превышающим напряжение UПР.ВКЛ) и к управляющему электроду должно быть приложено положительное напряжение, соответствующее отпирающему току. Первое условие выполняется для положительных полуволн напряжения сетиuВХ (рис.2.9б), а для выполнения второго условия к управляющему электроду тиристора подводится отпирающий импульсuУ (рис.2.9в). После включения тиристора управляющий электрод теряет управляющие свойства, поэтому его выключение произойдет, когда мгновенное напряжение на аноде станет равным нулю.

Форма импульсов напряженияuН на резистивной нагрузкеRH без фильтра приведена на рис.2.9г. Очевидно, что момент включения тиристора можно регулировать в пределах положительной полуволны напряжения сети, т. е. 0<a<p, где a – угол сдвига управляющего импульса относительно момента uВХ=0, называемый углом включения. Таким образом, длительность включенного состояния тиристора определяется выражением:

			27
tи	=	Т		(1 —	a	),	(2.3)
	2				p

где Т – период колебания входного напряжения uВХ.

Рис.2.9. Схема регулируемого выпрямителя (а) и диаграммы напряжений на его входе (б), управляющем электроде тиристора (в) и выходе (г)

Тогда среднее напряжение на нагрузке будет равно:

			1	p	U m
	U Н .СР	=		òuВХ d ( wt ) =		(1+ cosa ).	(2.4)
			2p a		2p

При этом если тиристор включается при a=0, то среднее выпрямленное напряжение на нагрузкеUН.СР будет максимальным, а если a = p, то напряжение UН.СР =0. Такой способ управления тиристором называется фазоимпульсным.

3.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

В состав лабораторного стенда входят:

·базовый лабораторный стенд;

·лабораторный модуль Lab2А для исследования характеристик тиристора КУ112А и управляемого выпрямителя на его основе.

28

4. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

Подготовьте шаблон отчета в редакторе MS Word.

Установите лабораторный модуль Lab2А на макетную плату лабораторной станции NI ELVIS. Внешний вид модуля показан на рис.2.10.

При исследовании характеристик тиристора и управляемого выпрямителя используется схема, изображенная на рис.2.11

Рис. 2.10. Внешний вид модуля	Рис. 2.11. Принципиальная электри-
Lab2А для исследования характери-	ческая схема для исследования ха-
стик тиристора и управляемого	рактеристик тиристора и управ-
выпрямителя	ляемого выпрямителя

Загрузите и запустите программу Lab-2.vi.

После ознакомления с целью работы нажмите кнопку«Начать работу». На экране появится изображение ВП, необходимого для выполнения задания 1 (рис.2.12).

Задание 1. Исследование вольтамперной характеристики тиристора

4.1.1. Установите с помощью ползункового регулятора, находящегося на передней панели ВП, напряжение источника питания в цепи управляющего электрода Еупр примерно равным 0,5 В. Нажмите на панели ВП кнопку «Измерение». На графическом индикаторе ВП появится график зависимости анодного тока Iа тиристора от напряжения на аноде Uа. Линия красного цвета соответствует режиму монотонного увеличении анодного напряжения Uа от 0 В до 10 В, а линия синего цвета – режиму монотонного уменьшения анодного напряжения от 10 В до 0 В при неизменном напряжении управления Еупр. Отрезки пунктирных линий соответствуют не поддающимся измерению с помощью данного ВП разрывам на ВАХ в моменты переключения тиристора.

Исследование управляемого тиристорного выпрямителя

Цель работы – практическое знакомство с двухполупериодным управляемым тиристорным выпрямителем.

1. Подготовка к работе

   1. Какие выпрямители называются управляемыми?

   2. Назовите способы включения тиристора.

2. Оборудование: лабораторный стенд, блок № 9, соединительные провода, токовый шунт.

3. Задание: снять регулировочную характеристику двухполупериодного управляемого тиристорного выпрямителя.

4. Порядок выполнения задания.

   1. Сетевой тумблер – в выключенном положении.

   2. Подать переменное напряжение с выводом нулевой точки с гнезд стенда «20 – 0 – 20»на фазосдвигающую цепочку и с гнезд«24 – 0– 24»на выпрямительную цепь управляемого выпрямителя согласно мнемосхемы.

   3. Подключить измерительные приборы с пределами измерений, указанными на мнемосхеме.

   4. Параллельно нагрузке Р2подключить осциллограф.

   5. Ручку потенциометра Р1повернуть против часовой стрелки до упора, что будет соответствовать углу управления= 0.

   6. Включить стенд, поставив сетевой тумблер в положение ВКЛи нажав кнопкиСЕТЬиОСЦИЛЛОГРАФна блоке питания.

   7. На экране осциллографа с помощью ручек РАЗВЕРТКА,СТАБ,ВОЛЬТ/ДЕЛ,ВРЕМЯ/ДЕЛдобиться устойчивого и удобного для наблюдения изображения синусоидального напряжения на нагрузке.

   8. Прокаллибровать длину полупериода синусоидального напряжения на 6 отрезков, каждый из которых соответствует 30^о.

где L – длина полупериода, мм;

l– длина части полупериода, соответствующая углу30^о,мм.

9. Все последующие измерения для данной схемы произвести при неизменном уровне усилия и длительности сигнала на нагрузке.

10. Потенциометром Р1изменять угол управления в пределах, указанных в таблице 2.1.. Через каждые30^о(К_мм)записывать показания измерительных приборов. Данные занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

, град	0о	30о	60о	90о
Uo, B
Io, мА

где

I_o, мА— постоянная составляющая выпрямленного тока;

U_o, B— постоянная составляющая выпрямленного напряжения;

, град— угол управления тиристорами.

4.11. Зарисовать осциллограммы выходного напряжения при = 0, 30^о, 60^о, 90^о.

4.12.Выключить стенд, нажав кнопки ОСЦИЛЛОГРАФ, СЕТЬи выключить сетевой тумблер.

4.13. По данным таблицы 2.1. построить регулировочную характеристику.

5. Содержание отчета

   1. наименование лабораторной работы.

   2. Цель лабораторной работы.

   3. Перечень приборов и оборудования.

   4. Схема управляемого выпрямителя.

   5. Результаты исследования.

      1. Таблица измерения 2.1.

      2. Осциллограммы выходного напряжения при = 0, 30^о,60^о, 90^о.

      3. Регулировочная характеристика.

   6. Ответы на контрольные вопросы.

6. Контрольные вопросы

   1. Объясните принцип действия тиристора.

   2. Что такое угол управления (отсечки)?

   3. С помощью каких элементов осуществляется управление моментом включения тиристора в схеме выпрямителя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 (БЛОК № 2)

Исследование биполярного и полевого транзистора

Цель работы – практическое ознакомление со схемами включения биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ)и полевого транзистора, включенного по схеме с общим истоком(ОИ).

1. Подготовка к работе.

   1. Почему схемы ОЭиОИнашли наибольшее применение?

   2. Какие характеристики являются входными для схем ОЭиОИ?

   3. Какое соотношение существует между точками в биполярном транзисторе?

   4. Каким образом происходит управление проходящим через полевой транзистор током?

   5. Чем отличаются транзисторы типа р –n– ротn– р –n?

2. Оборудование: лабораторный стенд, блок № 2, соединительные провода, токовый шунт.

3. Задание № 1. Исследование биполярного транзистора.

   1. Снять входную характеристику I_б = f(U_бэ)приU = const.

   2. Снять выходную характеристику I_к = f(U_кэ)приI_к = const.

4. Задание № 2. Исследование полевого транзистора.

   1. Снять переходную характеристику I_c = f(U_зи)приU_си = const = max.

   2. Снять выходные (стоковые) характеристики I_c = f(U_си)при трех значенияхU_зи.

5. Порядок выполнения задания № 1. схема а1.

   1. Снятие выходной характеристики транзистора.

      1. Соединить источник питания V1 = 6 Всо входом транзистора согласно мнемосхемы («-»источника подать на общую точку).

      2. Соединить источник питания V2 = 12 Bс выходными клеммами транзистора согласно мнемосхемы.

      3. Ручку потенциометра R5повернуть против часовой стрелки до упора.

      4. Подключить измерительные приборы с указанными пределами измерения согласно мнемосхемы, соблюдая указанную полярность. Предварительно вставить токовый шунт в мультиметр, работающий в режиме измерения тока, на указанном пределе измерения.

      5. После проверки схемы, поворачивая ручку потенциометра R5по часовой стрелке, изменять напряжение коллектораU_кэв пределах, указанных в таблице 3.1.

      6. Для каждого фиксированного значения U_кэ измерить ток коллектораI_к. Результаты измерений занести в таблицу 3.1.

      7. Аналогичные измерения произвести при подключении входного напряжения +5 Вк клеммамХ2, Х3, Х4. Результаты измерений занести в таблицу 3.1. Ручку потенциометраR5 поворачивать в исходное положение при каждом изменении уровня входного сигнала.

Таблица 3.1.

Uкэ, В	0	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,2	4	6	8
Iк, мА при R1(Iб1)
Iк, мА при R2(Iб2)
Iк, мА при R3(Iб3)
Iк, мА при R4(Iб4)

1. По данным таблицы 3.1. построить выходные характеристики I_к =f(U_кэ)при разных уровнях входного сигналаI_б. На характеристике указать соотношение токов базы.

1. Снятие входной характеристики транзистора.

   1. Для снятия входной характеристики транзистора по схеме с ОЭI_б =f(U_бэ)приЕ_к = const, необходимо иметь два источника напряжения. Регулирование напряжения смещения необходимо осуществлять плавно, для чего предлагается в схемеАиспользовать переменный резисторR8. Для измерения тока базыI_б необходимо включить щитовой микроамперметр с пределом измерения100 мАмежду гнездомХ5на схемеА2и гнездомХ1 на схемеА1. На гнездоХ8схемыА2подать+6 В, а–6 Вподать на гнездоХ9.

   2. Измерение напряжения U_вх осуществлять мультиметром, подключенным к гнездамХ1иХ11 ().Интервалы между замерами U_бэвыбирать таким образом, чтобы точнее снять начальный, нелинейный участок входной характеристики. Необходимо снять две входные характеристикиI_б = f(U_бэ)приЕ_к = 0иЕ_к = 5 В. Результаты измерений занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

Iб, мкА		0	10	20	30	50	100	150	200	250	300
Uкэ = 0 В	Uбэ(В)
Uкэ = 5 В	Uбэ(В)

6. Порядок выполнения задания № 2. Схема А2.

   1. Снятие переходной характеристики полевого транзистора.

      1. Источник питания U2 = 6 Bсоединить с входными клеммами транзистора, аU2 = 12 B– с выходными клеммами согласно мнемосхемы («-»источников подавать на общую точку схемы).

      2. Подключить измерительные приборы с указанными на мнемосхеме пределами измерений и полярностью.

      3. После проверки схемы, поворачивая ручку потенциометра R7против часовой стрелки, установить такое отрицательноеU_зиотносительно истока напряжение, чтобы ток стока был равен0 (I_с = 0)при максимальном напряженииU_си. Для точной установки нулевого значения тока временно установить предел измерения амперметра2мА.

      4. Поворачивая далее ручку потенциометра R7против часовой стрелки, записать показания измерительных приборов в 6 – 5 точках, начиная от точки отсечкиU_зиmaxдоU_зи = 0.

      5. Когда U_зи = 0(крайнее левое положение ручки потенциометраR7), изменить полярность напряжения, подаваемого на клеммуХ1. Одновременно изменить полярность вольтметра.

      6. Поворачивая ручку потенциометра R7по часовой стрелке снять показания измерительных приборов в 4 – 6 точках через каждые0,4 –0,5 В. Результаты измерений занести в таблицу 3.3.

Таблица 3.3.

Uзи, В	-1,5	-1	-0,5	0	+0,5	+1	+1,5	+2
Ic, мА

7. По данным таблицы 3.3. построить переходную характеристику I_c =f(U_зи)приU_си = const = max.

8. По характеристике определить крутизну полевого транзистора S.

Примечание: аналогичным образом можно снять и построить переходные характеристики для других фиксированных значений U_си, каждое из которых устанавливается поворотом ручки потенциометра R8 против часовой стрелки.

6.2.Снятие выходных (стоковых) характеристик полевого транзистора при трех уровнях U_зи.

Подготовительную работу провести согласно п.п. 6.1.1., 6.1.2.

6.2.1. Ручки потенциометров R7иR8повернуть против часовой стрелки до упора.

6.2.2. Подключить измерительные приборы с указанными пределами измерений согласно мнемосхемы, соблюдая указанную полярность. Мультиметр, работающий в режиме вольтметра, подсоединять к необходимым клеммам с помощью двухлучевого провода для возможности измерения U_зииU_си.

6.2.3. После проверки схемы преподавателем убедиться, что U_зи = 0.

6.2.4. Мультиметр, работающий в режиме вольтметра, переключить с входа транзистора на выход, предварительно установив на нем передел измерения 20 В.

6.2.5. Поворачивая ручку потенциометра R8по часовой стрелке, изменять напряжение между стоков и истокомU_сив пределах, указанных в таблице 3.4. Для каждого фиксированного напряженияU_сиизмерить ток стокаI_с. Результаты измерений занести в таблицу 3.4.

6.2.6. Ручку потенциометра R8поставить в исходное положение.

6.2.7. Мультиметр, работающий в режиме вольтметра, подключить на вход транзистора и выставить предел измерения 2 В.

6.2.8. Поворачивая ручку потенциометра R7по часовой стрелке, установить напряжение между затвором и истокомU_зи = 1 В.

6.2.9. Мультиметр, работающий в режиме вольтметра, переключить с входа транзистора на выход, предварительно установив на нем предел измерения 20 В.

6.2.10. Поворачивая ручку потенциометра R8по часовой стрелке, изменять напряжениеU_си в пределах, указанных в таблице 3.4. Для каждого фиксированного значения напряженияU_сиизмерить токI_с. Результаты измерений занести в таблицу 3.4.

6.2.11. Ручку потенциометра R8повернуть в исходное положение, а ручкуR7оставить в прежнем.

6.2.12. Аналогичные измерения (п.п. 6.2.10) произвести при U_зи = -1 В. Для этого поменять полярность напряжения питания, подаваемого на входные клеммы схемы(5 В).Результаты измерений занести в таблицу 3.4. Отключить стенд.

Таблица 3.4.

Uзи = 0	Uси, В	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	2	4	6
	Iс, мА
Uзи = 1 В	Uси, В
	Iс, мА
Uзи = -1 В	Uси, В
	Iс, мА

6.2.13. По данным таблицы 3.4. построить семейство выходных характеристик I_c = f(U_си)приU_зи = 0; 1; -1 В.

6.2.14. По выходным характеристикам определить дифференциальное сопротивление стока для каждого значения U_зи.

7. Содержание отчета.

   1. Наименование лабораторной работы.

   2. Цель работы.

   3. Перечень приборов и оборудования.

   4. Исследуемые схемы (А1, А2).

   5. Результаты исследований.

      1. Характеристика:

• выходные I_к = f(U_кэ)приI_б = constдля биполярного транзистора; входныеI_б = f(U_бэ)приЕ_к= const;

• переходная I_с = f(U_зи)приU_си = constдля полевого транзистора;

• выходная (стоковая) I_c = f(U_си)приU_зи = 0 В; 1 В; -1 В.

1. Расчеты:

• крутизна S=для полевого транзистора;

• дифференциальное сопротивление стока при трех значенияхU_зи для полевого транзистора.

1. Выводы по характеристикам.

2. Ответы на контрольные вопросы.

1. Контрольные вопросы.

   1. Что такое h– параметры транзистора?

   2. Чем определяется ширина канала в полевых транзисторах?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Лабораторная работа № 5 исследование управляемого тиристорного выпрямителя

1.Цель работы

1. Ознакомиться с импульсно-фазовым способом управления тиристором.

2. Изучить принцип действия и устройство однофазного управляемого тиристорного выпрямителя.

3. Снять временные диаграммы и угловую характеристику управляемого выпрямителя при работе на активную нагрузку.

2. Описание лабораторной установки

Исследуемый однофазный управляемый выпрямитель (рис.5.1) содержит:

1. тиристор Т, включенный по однополупериодной схеме выпрямления;

2. фазосмещающее устройство — мостовой фазовращатель МФВ;

3. блок формирования импульсов БФИ;

4. блок питания схемы управления БПУ.

Управляемый выпрямитель позволяет изменять величину выпрямленного напряжения. Регулирование напряжения на выходе выпрямителя сводится к управлению моментом отпирания тиристора Т. Это достигается за счет изменения сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора.

В схеме реализован импульсно-фазовый способ управления по, так называемому, «горизонтальному принципу». На управляющий электрод тиристора подаются импульсы напряжения U_Y (рис.5.2), которые могут сдвигаться во времени по отношению к моменту появления положительной полуволны напряжения на аноде тиристора. В результате меняется момент отпирания тиристора.

Начиная с этого момента и до конца положительной полуволны анодного напряжения, тиристор находится в открытом состоянии.

Фазовый сдвиг , соответствующий моменту отпирания тиристора, называется углом управления.

При работе выпрямителя на активную нагрузку R_H, среднее значение выпрямленного напряжения определяется выражением:

,

(5.1)

где U₀ — среднее значение напряжения неуправляемого выпрямителя.

На рис. 5.2 изображены кривые выпрямленного напряжения для трех значений угла управления:  = 0,  = 90⁰,  = 180⁰.

Рис. 5.1. Схема управляемого выпрямителя

Д ля четкого и надежного отпирания тиристора управляющие импульсы должны иметь крутой фронт и достаточную амплитуду. Формирование управляющих импульсов осуществляется блоком БФИ.

Для изменения времени прихода импульсов на управляющий электрод тиристора необходимо смещать фазу напряжения, поступающего на вход БФИ. Если это напряжение, оставаясь неизменным по амплитуде, перемещается вдоль оси абсцисс, то такой принцип управления называют «горизонтальным».

На схеме рис. 5.1 напряжение в цепь управления тиристора Т подается через блок БФИ от мостового фазовращателя МФВ. Фазовращатель состоит из трансформатора Тр-1 с выводом средней точки вторичной обмотки, конденсатора С₁ и переменного резистора R₁.

Рис. 5.3 Векторная диаграмма мостового

фазовращателя

При изменении R₁ от нуля до максимального значения фаза напряжения на диагонали моста U_cd плавно изменяется от 0⁰ до 180⁰. Для иллюстрации на рис.5.3 приведена векторная диаграмма мостового фазовращателя.

Из диаграммы видно, что при изменении сопротивления резистора в пределах 0  R₁ <  конец вектора U_cd перемещается по дуге окружности от точки а до точки b. При этом вектор U_cd, оставаясь неизменным по величине, поворачивается на 180⁰.

Если напряжения вторичных обмоток трансформатора Тр-1 и Тр-2 совпадают по фазе, то фаза напряжения U_cd практически равна углу управления .

Из векторной диаграммы следует:

.

(5.2)

Управляющее напряжение с диагонали фазовращателя через балластный резистор R₂ поступает на блок формирования импульсов БФИ. Блок выполнен на транзисторе V p-n-p типа, включенном по схеме с общим эмиттером и работающем в ключевом режиме. Нагрузкой транзистора служит резистор R₃.

Амплитуда синусоидального напряжения между базой и эмиттером достаточна для создания насыщенного состояния транзистора. В отрицательный полупериод, когда база транзистора приобретает более низкий потенциал, чем эмиттер, транзистор V открывается и выходит в режим насыщения. В положительный полупериод транзистор закрывается. Вследствие этого выходное напряжение на коллекторе имеет трапецеидальную форму.

После дифференцирования трапецеидального напряжения цепочкой R₄ С₄ формируются пикообразные импульсы с крутым передним фронтом. В момент насыщения транзистора создается импульс положительной полярности. При закрывании — отрицательной.

Для управления тиристором используются импульсы только положительной полярности. Отрицательные импульсы срезаются диодом Д₁, включенным в цепь управляющего электрода тиристора Т. В ту же цепь включен резистор R₅, ограничивающий амплитуду тока управления.

Визуальное наблюдение за формой управляющего импульса производится с помощью осциллографа С1-1,на вход которого подается напряжение с резистора R₅.

Питание коллекторной цепи транзистора V осуществляется от блока БПУ, состоящего из трансформатора Тр-3, мостового выпрямителя на диодах Д₂; Д₃; Д₄; Д₅ и сглаживающего фильтра С₂ R₆ С₃.

Вольтметр V₁ и амперметр А₁ измеряют среднее значение выпрямленного напряжения и среднее значение выпрямленного тока.

Вольтметр V₂ измеряет действующее значение напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора Тр-2.

Резистор R_Н служит нагрузкой управляемого выпрямителя.

Исследование тиристора.

Лабораторная работа № 6

Цель работы:

Исследование принципа работы, вольт – амперной характеристики и параметров тиристора

1. ВВЕДЕНИЕ

При решении многих задач автоматизации и управления технологическимипроцессами, телемеханики и связи возникает необходимость коммутации (отключения, подключения и переключения) электрических цепей. Широко распространенные в недавнем прошлом механические и электромеханические переключатели (реле) не обеспечивают необходимой надежности и быстродействия, поэтому разрабатывались электронные переключатели, к числу которых можно отнести электронные ключи и триггеры, выполненные на транзисторах.

Электронный ключ — это устройство, имеющее два устойчивых состояния: с низкой и высокой проводимостью причем переход из одного состояния в другое может осуществляться с помощью управляющих электрических сигналов. Этим требованиям удовлетворяет полупроводниковый прибор, называемый тиристором. Его основное назначение состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки при воздействии внешнего управляющего сигнала. Как и транзисторный ключ тиристор имеет два статических состояния: закрытое (с низкой проводимостью) и открытое (с высокой проводимостью). В каждом из них тиристор может находиться сколь угодно долго, а переход из одного состояния в другое происходит относительно быстро под воздействием кратковременного управляющего сигнала.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три (и более) p—n переходов, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

1. Диодные тиристоры. Структура и принцип действия.

Диодный тиристор (динистор)– это тиристор, имеющий два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток управления.

В основе структуры динистора лежит четырехслойная p—n—p—n структура, показанная на рис. 1.

Четыре слоя полупроводника образуют три p—nперехода П1, П2, и П3. Кроме них есть еще два омических перехода, один из которых между слоемp₁ иметаллическим электродом, называемыманодом, а второй – между слоемn₂ и металлическим электродом, называемымкатодом.

Рассмотрим процессы в динисторе при подаче на него прямого напряжения, то есть положительный потенциал на аноде, а отрицательный – на катоде (рис.1). В этом случае переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными, а переход П2 смещен в обратном направлении и называется коллекторным. Таким образом, у динистора две эмиттерные области (p₁— и n₂-эмиттеры) и две базовые области (n₁— и p₂-базы). Эмиттеррные области значительно сильнее легированы примесями, чем базовые. Большая часть внешнего напряжения падает на закрытом коллекторном переходе П2.

При малых значениях напряжения на входе через закрытый переход П2 и через динистор может протекать лишь малый обратный ток. При повышении анодного напряжения начинают действовать два взаимно противоположных процесса. С одной стороны, увеличивается обратное напряжение на переходе П2, и за счет этого расширяется область пространственного заряда (ОПЗ), образованная положительными ионами примеси вn₁-базе и отрицательными – вp₂-базе. Электроны вn₁-базе стягиваются к переходу П1, а дырки в p₂-базе – к переходу П3. Это приводит к увеличению поля переходаЕ_пери сопротивления коллекторного перехода П2. С другой стороны, увеличение внешнего напряжения приводит к усилению инжекции дырок изp₁-эмиттера вn₁-базу, где они втягиваются полемЕ_пер в ОПЗ, проходят переход П2 и попадают вp₂-базу, частично рекомбинируя вn₁ — базе (рис.2). В слоеp₂дырки удерживаются полем потенциального барьера, созданного отрицательными ионами ОПЗ и основными носителями этой области – дырками. Поэтому они накапливаются в этой области, создавая избыточную концентрацию основных носителей вp₂-базе. Аналогичный процесс происходит и с электронами, которые инжектируютсяn₂-эмиттером вp₂-базу и затем накапливаются вn₁-базе .

Избыточные заряды в базовых областях частично компенсируют пространственные заряды ионов, ослабляя тем самым поле Е_пер. На рис.2 это отмечено наличием поля избыточных зарядовЕ_изб. За счет этого потенциальный барьер перехода П2 понижается и уменьшается его сопротивление. Кроме того, накопление избыточных зарядов в базовых областях стимулирует усиление инжекции носителей из эмиттеровp₁и n₂. Таким образом, в тиристоре существуетположительная обратная связь(ПОС), благодаря которой усиление тока через переход П1, например, вызывает усиление тока через переход П3, и наоборот.

На вольт – амперной характеристике (ВАХ) динистора этим процессам соответствует участок ОА. Точка А соответствует некоторому напряжению включения U_вкл, при котором два рассмотренных процесса уравновешивают друг

друга, величина потенциального барьера и сопротивление перехода П2 практически становятся равными нулю. Любое, сколь угодно малое увеличение напряжения выше U_вкл приведет к заметному росту тока одного из эмиттерных переходов, за счет ПОС возрастет ток второго перехода. Процесс развивается лавинообразно и динистор практически мгновенно входит в режим насыщения, когда ток через него ограничивается лишь сопротивлением нагрузки.

Сопротивление самого тиристора при этом складывается из сопротивления трех открытых p—n переходов и четырех объемных сопротивлений полупроводника. Каждое из этих сопротивлений мало, поэтому падение напряжения на них не превышает долей вольта, а полное падение напряжения на открытом тиристоре не более нескольких вольт.

Переходу из закрытого в открытое состояние тиристора соответствует участок АВ ВАХ, участок ВС соответствует работе тиристора в открытом состоянии.

На участке ОА преобладает первый из рассмотренных выше процессов, и сопротивление тиристора растет, но рост этот замедляется по мере приближения к точке А. После точки А второй механизм создает поле Е_изб  Е_пер, и переход П2 становится открытым, его сопротивление резко уменьшается.

В открытом состоянии (участок ВС) прямое смещение перехода П2 поддерживается избыточным зарядом в базах за счет проходящего тока. Если ток постепенно уменьшать, то при достижении некоторого значения, меньшего удерживающего тока I_уд, в результате рекомбинации количество избыточных зарядов станет недостаточным для компенсации поля ионов в ОПЗ, коллекторный переход смещается в обратном направлении и ток резко уменьшается до значения, соответствующего точкеD, тиристор перейдет в закрытое состояние. Удерживающий токI_уд– это минимальный ток, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии.

Лабораторная работа № 4 исследование тиристоров и управляемых преобразователей переменного напряжения. Цель работы

Изучение характеристик и параметров тиристоров — обычных (асимметричных), симметричных и запираемых. Ознакомление с применением этих приборов в качестве управляемых выпрямителей и преобразователей переменного напряжения.

1. Описание лабораторной установки

В лабораторной работе используются следующие модули: «Тиристоры», «Миллиамперметры», «Мультиметры». Для проведения лабораторной работы необходим двухканальный осциллограф.

Лицевая панель модуля тиристоров представлена на рис. 1. На ней приведена мнемосхема и установлены коммутирующие и регулирующие элементы. На мнемосхеме изображены: обычный тиристор VS1, симметричный тиристор (симмистор) VS2, запираемый (двух операционный) тиристор VS3, активное и индуктивное сопротивления нагрузки (R_н = 150 Ом и L_н = 70 мГн). Потенциометр RP1 служит для изменения напряжения в цепи управления. Ток управления тиристором ограничен резистором R_огр = 8,2 кОм.

Рис. 1. Модуль тиристоров.

Система управления (СУ) формирует управляющие импульсы, сдвигаемые по фазе при изменении входного управляющего напряжения U_bx = 0…15 В. Шунт

RS1 = 10 Om служит для осциллографирования сигнала, пропорционального току через тиристор, a RS2 = 10 Om для осциллографирования тока управления. Усилитель DA1 позволяет усиливать сигнал тока, снимаемый с шунта RS1.

Также на передней панели размещены гнезда для осуществления внешних соединений XI -Х21, переключатель вида нагрузки SA1 (активной — положение вверх или активно-индуктивной — положение вниз) и переключатель каналов SA для подачи управляющих импульсов на соответствующие тиристоры. Переключатель SA2 подает на схему либо постоянное (+15 В), либо переменное (12 В) напряжение.

Подача питания выполняется при включении сетевого выключателя, установленного на модуле.

2. Предварительное домашнее задание:

а) изучить тему курса «Тиристоры» и содержание данной работы, быть готовым ответить на все контрольные вопросы;

Основные теоретические положения

Тиристоры  это полупроводниковые приборы, с тремя и более взаимодействующими p-n-переходами, обладающие двумя устойчивыми состояниями: открытым и закрытым. В открытом состоянии тиристоры хорошо проводят электрический ток, а в закрытом они представляют собой большое сопротивление, единицы и десятки Мегом. Основное назначение тиристоров  бесконтактная коммутация силовых электрических цепей.

Тиристоры имеют структуру p₁n₁p₂n₂, которая образует три перехода: П₁; П₂; П₃ (рис. 2.). Для включения тиристора в схему от 3-х областей сделаны выводы: анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ).

УЭ подключается к слою p₂ у тиристоров с управлением по катоду или к слою n₁ у тиристоров с управлением по аноду.

Рис.2. Структура тиристоров с управлением по катоду а) и по аноду б).

Принцип работы тиристора удобно рассмотреть в соответствии с его семейством ВАХ (рис. 3.).

Рис.3. Вольт — амперная характеристика тиристора.

При обратном напряжении U_ОБР, когда к аноду подключен «», а к катоду «» (участок 0d), p-n-переходы П₁ и П₃ закрыты, а переход П₂ открыт. При этом тиристор закрыт и через него протекает малый обратный ток I_О, образованный неосновными носителями.

При I_У = 0 и прямом включении U_А  0, когда «» приложен к аноду, а «» к катоду и величина U_А  U_ВКЛ (участок 0a) переходы П₁ и П₃ открыты, а П₂  закрыт. При этом тиристор закрыт и через него протекает малый тепловой ток I_О (ток закрытого перехода П₂).

При I_У = 0 и U_А  U_ВКЛ наступает электрический, лавинный пробой перехода П₂ и тиристор лавинообразно открывается, т. е. переходит на участок высокой проводимости (участок bc). Однако для тиристора такой режим самопроизвольного открывания недопустим. Поэтому у всех тиристоров прямое напряжение ограничивается величиной U_A.MAX.ДОП  U_ВКЛ. В этом случае тиристор может открываться только с помощью тока управления I_У.

При подаче на управляющий электрод тока управления I_У1, I_У2 и т. д., величина U_А, при котором происходит пробой p-n-перехода П₂, уменьшается U_А1  U_А2, т. к. при этом увеличивается ток через переход П₂ за счёт электронов перешедших из области n₂. При определённом токе управления спрямления I_У.СПР тиристор открывается при любом положительном напряжении на аноде U_А, начиная с единиц вольт.

В открытом состоянии тиристор находится на участке bc, и через него протекает ток, который ограничивается сопротивлением нагрузки R:

Ia = Uп / R н

При этом падение напряжения на открытом тиристоре U_ПРне превышает одного вольта. В открытом состоянии тиристор может находиться неограниченно долго (пока существуют условия протекания анодного тока достаточной величины).

Для запирания тиристора необходимо снизить величину анодного тока до величины меньше тока удержания I_А.УД (точка b ВАХ). При этом число носителей, проходящих через переход П₂, снижается до критической величины и процесс ударной ионизации (т. е. режим электрического лавинного пробоя

p-n-перехода) прекращается, переход П₂ закрывается и тиристор переходит в закрытое состояние (участок 0а).

Таким образом, тиристор представляет собой однонаправленный бесконтактный коммутатор тока.

Условие отпирания тиристора: U_А  0 и I_У  I_У.СПР.

Условие запирания: I_A < I_А.УД.

Основные эксплутационные параметры тиристора:

— номинальный ток открытого тиристора I_А.Н  это постоянный ток, который может длительно протекать через открытый тиристор;

— прямое падение напряжения на открытом тиристоре U_ПР при протекании через него номинального тока;

— максимально допустимое напряжение U_A.MAX.ДОП, при котором тиристор остаётся закрытым при I_У = 0;

— анодный ток удержания I_A.УД  это минимальный анодный ток, при котором тиристор ещё удерживается в открытом состоянии;

— максимальный ток управления спрямления I_У.СПР  это такой ток управления, при котором тиристор отпирается при любом U_A  0;

— динамическое сопротивление открытого и закрытого тиристора:

— максимальная рассеиваемая мощность на тиристоре в открытом состоянии P_{А.MAX.ДОП}.

Все эти параметры легко определяются по ВАХ тиристора при выполнении лабораторной работы.

б) начертить принципиальные схемы для выполнения экспериментов в соответствии с заданным вариантом;

г) построить в масштабе временные диаграммы: переменного напряжения

u = ~12В; выпрямленного напряжения (или напряжения на нагрузке) Uн; анодного тока i_a ; и напряжения на вентиле Ua для заданных углов управления . Диаграммы построить для управляемого выпрямителя на обычном и запираемом тиристоре, а также для преобразователя переменного напряжения на симмисторе.

Оглавление

1. Лабораторная работа № 1 «Исследование однофазных

выпрямителей и сглаживающих фильтров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Лабораторная работа № 2 «Исследование управляемого

тиристорного выпрямителя» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3. Лабораторная работа № 3 «Исследование биполярного

и полевого транзистора» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4. Лабораторная работа № 4 «Исследование усилительных

каскадов на биполярных транзисторах» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

5. Лабораторная работа № 5 «Исследование операционного

усилителя» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

6. Лабораторная работа № 6 «Исследование импульсных схем

мультивибраторов, одновибраторов и блокинг-генераторов» . . . . . . . . 20

7. Лабораторная работа № 7 «Исследование логических

интегральных микросхем» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

8. Лабораторная работа № 8 «Исследование усилителей

мощности» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Исследование однофазных выпрямителей и сглаживающих фильтров

Цель работы – практическое ознакомление со схемами выпрямителей и фильтров, сравнительная оценка исследуемых схем.

1. Подготовка к работе

   1. Указать назначение выпрямителей.

   2. Указать назначение сглаживающих фильтров.

   3. Дать определение коэффициентов пульсации и сглаживания.

   4. Как включается емкостной и индуктивный фильтры относительно нагрузки и почему?

2. Оборудование: лабораторный стенд, блок № 8, соединительные провода, токовый шунт.

3. Задание № 1. Исследование схем выпрямителей.

3.1.Снять и построить внешнюю характеристику U_o = f(I_o) однополупериодного выпрямителя; рассчитать коэффициенты пульсаций q при разных значениях нагрузки; зарисовать осциллограммы напряжений на вторичной обмотке трансформатора и на выходе выпрямителя для одного из значений нагрузки; проследить за влиянием величины нагрузки на пульсации выпрямленного напряжения.

3.2. Произвести аналогичные вышеуказанные построения, расчеты, наблюдения, снять осциллограмму выпрямленного напряжения двухполупериодного выпрямителя, собранного по схеме с выводом средней точки.

3.3. Произвести перечисленные в п.п. 3.1. построения, расчеты, наблюдения, снять осциллограмму выпрямленного напряжения двухполупериодного выпрямителя, собранного по мостовой схеме.

4. Задание № 2. Исследование различных схем сглаживающих фильтров на примере одного из выпрямителей (задается преподавателем).

Снять и построить внешние характеристики U_o = f(I_o) собранного по заданной схеме выпрямителя при подключении к его нагрузке всех типов сглаживающих фильтров: L – фильтр, C – фильтр, Г– образный и П — образный LC – фильтры, Г- образный и П – образный RC – фильтры; рассчитать коэффициенты пульсаций q и сглаживания S для всех типов фильтров при различных нагрузках; зарисовать осциллограммы выпрямленных напряжений для одного из значений нагрузки.

5. Порядок выполнения задания № 1.

   1. Исследование однополупериодного выпрямителя.

      1. Собрать схему однополупериодного выпрямителя с нагрузкой R2 (без подсоединения к клеммам вторичной обмотки трансформатора) и измерительными приборами согласно рис. 1.1.

      2. После проверки схемы преподавателем соединить ее с клеммами вторичной обмотки трансформатора, Сетевой тумблер поставить в положение ВКЛ, подав на схему переменное напряжение 24 В. Нажать кнопки СЕТЬ, ОСЦИЛЛОГРАФ.

      3. Измерить постоянную составляющую выпрямленного тока с помощью мультиметра, выставленного на измерение постоянного тока (подключить к нему шунт с пределом измерения тока, указанным на фальшпанели).

      4. Измерить сначала постоянную составляющую выпрямленного напряжения U_o, а затем – действующее значение переменной составляющей с помощью второго мультиметра, выставленного на измерение, соответственно, сначала – постоянного, затем – переменного напряжений и подключенного к клеммам Х21 и Х22.

      5. Аналогичные измерения провести при подсоединении нагрузочных сопротивлений R3 и R4. При этом сначала поставить перемычку для подсоединения последующего сопротивления, а затем убрать перемычку для подсоединения предыдущего сопротивления нагрузки. Результаты измерений занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Rн	Io, мА	Uo, B	U, B	q
R2
R3
R4

6. По результатам измерений построить нагрузочную характеристику

U_o = f(I_o) и рассчитать коэффициент пульсаций q однополупериодного выпрямителя при разных значениях нагрузки. Сделать вывод о влиянии нагрузки на величину пульсаций. Оставить перемычку на нагрузочном сопротивлении R3.

Примечание: нагрузочные характеристики всех схем выпрямителей строить в одних координатах.

7. Подключить осциллограф к выходу выпрямителя: «У» — Х21, « » — Х22.

Кнопку осциллографа «/» не нажимать, оставив ее в положении «» (при нажатии кнопки изображение на экране сместится вверх на величину постоянной составляющей выпрямленного напряжения). Зарисовать осциллограмму выпрямленного напряжения, добившись с помощью ручек РАЗВЕРТКА, СТАБ, ВОЛЬТ/ДЕЛ, ВРЕМЯ/ДЕЛ устойчивого и удобного для наблюдения изображения на экране осциллографа.

8. Подключая нагрузочные сопротивления R2 и R4 способом, указанным в п.п. 5.1.5., наблюдать по осциллографу влияние нагрузки на величину пульсаций. Сделать вывод о соотношении нагрузочных сопротивлений.

9. Подключить осциллограф к клеммам вторичной обмотки трансформатора и зарисовать осциллограмму выпрямленного напряжения при том же уровне усилия осциллографа и при нагрузочном сопротивлении R3.

Примечание: все последующие осциллограммы в работе снимать при неизменном уровне усилия осциллографа.

2. Исследование двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки.

   1. Собрать схему двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки с нагрузкой R2 (без подсоединения к клеммам вторичной обмотки трансформатора) и измерительными приборами согласно рис. 1.2.

   2. После проверки схемы преподавателем соединить ее с клеммами вторичной обмотки трансформатора. Сетевой тумблер поставить в положение ВКЛ, подав на схему переменное напряжение 48 В с выводом средней точки. Нажать кнопки СЕТЬ, ОСЦИЛЛОГРАФ.

   3. Произвести измерения, расчеты, сделать выводы и зарисовать осциллограмму выпрямленного напряжения аналогично п.п. 5.1.3. – 5.1.8.. Результаты измерений занести в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Rн	Io, мА	Uo, B	U, B	q
R2
R3
R4

5.3. Исследование двухполупериодного выпрямителя, собранного по мостовой схеме.

5.3.1. Собрать схему мостового выпрямителя с нагрузкой R2 (без подсоединения к клеммам вторичной обмотки трансформатора) и измерительными приборами согласно рис. 1.3.

5.3.2. После проверки схемы преподавателем соединить ее с клеммами вторичной обмотки трансформатора. Сетевой тумблер поставить в положение ВКЛ, подав на схему переменное напряжение 24 В. Нажать кнопки СЕТЬ и ОСЦИЛЛОГРАФ.

5.3.3. Произвести измерения, расчеты, сделать выводы и зарисовать осциллограмму выпрямленного напряжения аналогично п.п. 5.1.3. – 5.1.8.. Результаты измерений занести в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

Rн	Io, мА	Uo, B	U, B	q
R2
R3
R4

5.3.4. Отключить стенд, нажав кнопки ОСЦИЛЛОГРАФ, СЕТЬ и выключив сетевой тумблер.

6. Порядок выполнения задания № 2.

   1. Исследование различных схем сглаживающих фильтров.

      1. Собрать схему указанного преподавателем выпрямителя (рис. 1.1., 1.2., 1.3.) с нагрузкой R2, дополнительно подсоединив к нагрузке один из возможных типов фильтров, изображенных на рис. 1.4.. 1.9.

      2. После проверки схемы преподавателем соединить ее с клеммами вторичной обмотки трансформатора. Сетевой тумблер поставить в положение ВКЛ, подав на схему переменное питание. Нажать кнопки СЕТЬ и ОСЦИЛЛОГРАФ.

      3. Измерить постоянную составляющую выпрямленного тока с помощью мультиметра, выставленного на измерение постоянного тока (подключить к нему шунт с пределом измерения тока, указанным на фальшпанели).

      4. Измерить сначала постоянную составляющую выпрямленного напряжения U_o, а затем – действующее значение переменной составляющей с помощью второго мультиметра, выставленного на измерение, соответственно, сначала – постоянного, затем – переменного напряжений и подключенного к клеммам Х21 и Х22.

      5. Аналогичные измерения провести при подсоединении фильтра к нагрузочным сопротивлениям R3 и R4. При этом сначала поставить перемычку для подсоединения последующего сопротивления, а затем убрать перемычку для подсоединения предыдущего сопротивления нагрузки. Результаты измерений занести в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Rн	Io, мА	Uo, B	U, B	q
R2
R3
R4

6. По результатам измерений построить нагрузочную характеристику

U_o = f(I_o) и рассчитать коэффициенты пульсаций q и сглаживания S при разных нагрузках. Сделать вывод о влиянии нагрузки на работу фильтра. Оставить перемычку на нагрузочном сопротивлении R3.

Примечание: нагрузочные характеристики выпрямителя со всеми типами фильтров строить в одних координатах.

6.1.7. Вместо мультиметра к выходу выпрямителя подключить осциллограф: «У» — Х21, «» — Х22. Кнопка осциллографа« »— в положении«»(при нажатии кнопки изображение на экране сместится вверх на величину постоянной составляющей выпрямленного напряжения). Зарисовать осциллограмму выпрямленного напряжения, добившись с помощью ручекРАЗВЕРТКА,СТАБ,ВОЛЬТ/ДЕЛустойчивого и удобного для наблюдения изображения на экране осциллографа (можно оставить усилие осциллографа, установленное ранее при исследовании выпрямителей).

6.1.8.Подключая нагрузочные сопротивления R2иR4способом, указанным в п.п. 6.1.5., наблюдать по осциллографу влияние нагрузки на работу фильтра.

6.1.9.Выключить сетевой тумблер.

6.1.10. Произвести измерения, расчеты, сделать выводы и зарисовать осциллограммы выпрямленного напряжения аналогично п.п. 6.1.3. – 6.1.8. при подключении остальных типов фильтров к нагрузке собранного выпрямителя. Результаты измерений для каждого типа фильтра занести, соответственно в таблицы 1.5 – 1.9.

6.1.11. Выключить стенд, нажав кнопки ОСЦИЛЛОГРАФ, СЕТЬи выключив сетевой тумблер.

7. Содержание отчета

   1. Наименование лабораторной работы.

   2. Цель лабораторной работы.

   3. Перечень оборудования.

   4. Схемы исследуемых выпрямителей и фильтров.

   5. Результаты исследований.

      1. Таблицы с результатами измерений 1.1 – 1.9.

      2. Расчеты:

q(q1) = U/U_o;

— коэффициент сглаживания фильтров S = q/q1,гдеq — коэффициент пульсаций на входе фильтра, т.е. того выпрямителя, на основе которого исследуется фильтр;q1 – коэффициент пульсаций фильтра.

1. Нагрузочные характеристики U_o = f(I_o)выпрямителей и фильтров на основе заданного выпрямителя.

2. Осциллограмма напряжения вторичной обмотки трансформатора и осциллограммы выпрямленных напряжений исследуемых выпрямителей без фильтров и с применением заданных типов фильтров.

3. Ответы на контрольные вопросы.

1. Контрольные вопросы.

   1. Объясните вид осциллограммы выпрямленного напряжения однополупериодного выпрямителя.

   2. Проведите сравнительную оценку схем двухполупериодных выпрямителей (с выводом средней точки и мостовой).

   3. Как изменяется коэффициент сглаживания при увеличении числа звеньев фильтра?

   4. Сделать вывод о влиянии нагрузки на величину пульсаций и сглаживающие свойства фильтров.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 (БЛОК № 9)

Исследование трехфазного выпрямителя

В работе используют следующие блоки стенда: ГТН, АВ1, АВ2, а также сменную панель 17Л-03/17 и съемные эле­менты: VI…V6 R_н 200 Ом, 360 Ом, 620 Ом, 750 Ом, I кОм (поочередно).

Для исследования трехфазного мостового выпрямителя со­бирают цепь, схема которой приведена на рис. 2.7. В качестве источника питания используют блок ГТН.

Внешнюю характеристику трехфазного выпрямителя U₀=f(I₀) снимают для 5 значений сопротивления R_н (200 Ом, 400 Ом, 600 Ом, 800 Ом, I кОм). Напряжение U₀ измеряют ампервольтметром АВ2, ток I₀— ампервольтметром AB1.

Таблица 2.4

Внешняя характеристика трехфазного выпрямителя

Rн, Ом	1000	750	620	360	200	100
U0, B
Iо, мА

Программа работы

1. Исследование однофазного выпрямителя.

1.1. Соберите цепь для исследования однофазного выпрями­теля, схема которого приведена на рис. 2.6:

1.1.1. Установите сменную панель 17Л-03/18.

1.1.2. Установите съемные элементы: диоды V1 — V4, R_н =360 Ом;

2. Включите осциллограф и подготовьте его к работе.

3. Включите стенд и используемые блоки АBl, АВ2, ИзмВ.

1.4.Получите осциллограмму выпрямленного напряжения, зарисуйте ее, укажите значения напряжений U_2m, U_Q.

1.5. Измерьте по осциллографу напряжения U_2m и U₀

U_{обр max}.

Результаты измерений занесите в табл. 2.1.

6. Снимите внешнюю характеристику U₀ ⁼f(I₀) поочеред­но устанавливая сопротивления нагрузки R_H = 200, 400, 600, 800, 1000 Ом. Результаты измерений занесите в табл. 2.2. Пост­ройте внешнюю характеристику.

7. Установите емкость, С1ф = 50 мкФ и R_н = 360 Ом, со­блюдая полярность включения конденсатора.

8. Получите осциллограмму напряжения, зарисуйте ее.

9. Снимите внешнюю характеристику U₀ = f(1₀) вып­рямителя с емкостным фильтром, поочередно устанавливая сопротивления нагрузки R_H = 200 Ом, 360 Ом, 620 Ом, 750 Ом, I кОм. Результаты измерений занесите в табл. 2.2. По­стройте внешнюю характеристику выпрямителя с емкостным фильтром.

1.10. Определите коэффициенты пульсации К_пф.

2. Исследование трехфазного выпрямителя.

2.1. Соберите цепь для исследования трехфазного мостового выпрямителя, схема которого приведена на рис. 2.7.

1. Установите сменную панель 17Л-03/17.

2. Установите съемные элементы: V1… V6, Rн=360 Ом.

2. Включите стенд и блоки ABl, АВ2, ГТН.

3. Получите осциллограмму трехфазного напряжения и за­рисуйте ее, обозначьте напряжение U₀. Снимите внешнюю ха­рактеристику U₀ =f(I_Q) поочередно устанавливая R_H = 200 Ом, 400 Ом, 600 Ом, 600 Ом, I кОм. Результаты измерений занесите в табл. 2.4. Постройте характеристику U₀ =f(I₀).

3. Запишите технические данные приборов.

Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Принципиальные схемы.

3. Таблицы результатов измерении.

4. Расчет К_пф.

5. Осциллограммы напряжений.

6. Графики внешних характеристик.

7. Краткие выводы и анализ полученных результатов.

8. Технические данные использованных приборов.

Контрольные вопросы

1. Как изменится форма и величина напряжения на нагру­зочном резисторе выпрямителя, если параллельно R_H подклю­чить конденсатор?

2. Как изменится значение коэффициента пульсации одно­фазного выпрямителя, если увеличить емкость фильтра?

Работа № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Цель работы: Исследование однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя. Приобретение практичес­ких навыков в измерениях и вычислениях основных параметров и характеристик управляемого выпрямителя.

Принципиальная схема, основные параметры и характеристики управляемого выпрямителя

Управляемые выпрямители — это электронные ус­тройства, которые кроме выпрямления переменного напряже­ния (тока) осуществляют управление этим напряжением в оп­ределенных пределах.

В промышленности часто требуется не только преобразовать переменное напряжение в постоянное, но и плавно изменять значение выпрямленного напряжения. Управлять (регулировать) выпрямленным напряжением можно как по цепи переменного напряжения, так и по цепи выпрямленного напряжения, (тока).

Более экономичным и удобным способом управления, ко­торый получил широкое распространение, является управление выпрямленным напряжением (током) в процессе выпрямления.

Управляемые выпрямители выполняются по тем же схемам, что и неуправляемые выпрямители, классифицируются по тем же признакам.

В настоящей работе исследуют однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель, выполненный по мостовой схе­ме (рис. 3.1). Мостовая схема содержит два неуправляемых венти­ля — диоды VЗ, V4 и два тиристора— VS1, VS2. Для управления тиристорами выпрямитель содержит блок управления А. Управле­ние выпрямленным током (напряжением) осуществляют за счет изменения момента времени отпирания (включения) тиристоров.

Для этого на управляющий электрод каждого тиристора подают импульсное напряжение, сдвинутое по фазе относительно начала положительной полуволны анодного напряжения. Такой сдвиг по фазе называют углом управления и обозначают α, а спо­соб управления называют импульсно-фазовым. Для формирова­ния импульсов, которые называют управляющими, и получения регулируемого угла управления в выпрямителях имеется блок уп­равления. Принципиальная схема блока управления, выполнен­ная по «горизонтальному» принципу, приведена на рис. 3.2.

На схеме можно выделить следующие основные узлы и эле­менты: фазовращаюший мост (ФВМ), формирователь отрица­тельных полуволн переменного напряжения (ФОП), усилитель-ограничитель (УО).

Фазовращатель содержит понижающий трансформатор со средней точкой вторичной обмотки (трансформатором служит блок стенда ИсН1 в на схеме показаны только выходные гнезда вторичной обмотки: 15 В и «Общ»), конденсатор CI и перемен­ный резисторR1. Диоды V1 и V2 служат для выделения только отрицательных полуволн переменного напряжения.

Усилитель-ограничитель выполнен на транзисторах VTЗ и VT4. Выходное напряжение усилителя, имеющее трапецеидальную форму, поступает на дифференцирующие цепочки С2, R6 и C3,R7. На управляющие электроды тиристоров необходимо пода­вать импульсы только положительной полярности, поэтому на выходе блока управления имеются диоды V5, V6.

Время поступления импульсов управления или точнее угол управления а изменяют с помощью переменного резистора R1 в пределах от 0 до 160°. Временные диаграммы, иллюстрирую­щие принцип действия мостового однофазного управляемого выпрямителя, приведены на рис. 3.3. В том случае, когда угол управления α = 0, напряжение на нагрузке будет максимальным (рис. 3.3.a). При увеличении угла α напряжение U₀ будет умень­шаться. На рис. 3.3 изображена осциллограмма напряжения при α = 0, α = 60° и α = 90°. При α = 180° напряжение на нагрузке становится равным нулю.

Зависимость напряжения U_0αили выпрямленного тока I_0α от угла управления α называют регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя. Она определяется из выражения для среднего значения напряжения на нагрузке:

где U₀ — среднее значение напряжения на нагрузке при α = 0; U₂ — действующее значение напряжен

ИсН2

Рис. 3.1. Схема для исследования управляемого выпрямителя

ия на диагонали моста. Аналогично:

где I₀ — среднее значение тока нагрузки при α = 0.

На рис. 3.4 приведена регулировочная характеристика уп­равляемого выпрямителя при чисто активной нагрузке.

Рис. 3.4. Регулировочная характеристика