Теоретические основы

Лабораторная работа

«Умножители напряжения на диодах».

Цель работы:

Изучение работы симметричного и несимметричного удвоителей напряжения.

Теоретические основы.

Умножители напряжения — это специальные схемы преобразующие в сторону увеличения уровень напряжения. Такие схемы обычно совмещают в себе две функции: выпрямление и умножение напряжения. Применение умножителей наиболее оправдано в случаях, когда наличие дополнительного повышающего трансформатора нежелательно (повышающий трансформатор — элемент достаточно сложный, особенно при высокой частоте напряжения, и габаритный) или не может обеспечить требуемый уровень напряжения (при высоких напряжениях высока вероятность пробоя между витками вторичной обмотки трансформатора).

Схемы умножителей, как правило, строятся с использованием свойств однофазного однополупериодного выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку

Рассмотрим принцип работы симметричного удвоителя напряжения, схема которого изображена ниже (схема Латура).

Пусть в первый полупериод на верхней клемме источника переменного напряжения “ + ”,

на нижней “-“, в этот полупериод заряжается конденсатор С1 через диод VD1, причем он заряжается до уровня напряжения, равного входному. Конденсатор С2 в этот полупериод не заряжается. В следующий полупериод знаки на входных клеммах поменяются и до входного напряжения зарядится конденсатор С2 через диод VD2. Конденсатор С1 при этом не заряжается.

В результате мы имеем на выходе два последовательно соединенных конденсатора, напряжение на каждом из которых равно входному, т.е. выходное напряжение в два раза больше входного.

Теперь рассмотрим принцип работы несимметричного удвоителя напряжения, схема которого изображена на рисунке.

Пусть в первый полупериод на нижней клемме вторичной обмотки “ + “, на верхней - “-”.

В этот полупериод через диод D1 заряжается конденсатор С1, причем он заряжается до уровня напряжения, равного напряжению вторичной обмотки. Конденсатор С2 в этот полупериод не заряжается. В следующий полупериод конденсатор С1 оказывается последовательно соединенным со вторичной обмоткой и в результате на конденсатор С2 подается суммарное напряжение вторичной обмотки и конденсатора С1. Вследствие этого конденсатор С2 заряжается до напряжения, равного удвоенному значению напряжения на вторичной обмотке.

Таким образом на выходе мы получили удвоенное напряжение.

Если собрать каскад из нескольких таких удвоителей, то мы получим умножитель напряжения.

Когда отсутствует нагрузка, то на выходе такого умножителя генерируется выходное напряжение = 2n , где n – число удвоителей в каскаде. При подключении нагрузки конденсаторы будут периодически заряжаться и разряжаться, и в этом случае выходное напряжение будет несколько меньше и рассчитывается по более сложной формуле.

Оборудование:

- источник переменного тока G

- металлический лист для крепления элементов электрической цепи с помощью магнитных

держателей

- 2 диода

- резистор сопротивлением 20 кОм

- конденсатор емкостью 4700 мкФ

- конденсатор емкостью 2200 мкФ

- ключ электрический

- осциллографический датчик напряжения

Порядок выполнения работы:

1.Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.1.Ключ оставьте в разомкнутом состоянии. Обратите внимание,что электролитические конденсаторы имеют полярное включение, поэтому при сборке цепи соблюдайте полярность, указанную на схеме.

Рис.1

2. Подключите щупы канала№1(красный) осциллографического датчика к точкам подключения нагрузки(+ и -), щупы канала №2(синий) к клеммам источника переменного тока.; соедините датчик с компьютером с помощью USB-кабеля.

Запустите программу «Цифровая лаборатория» и после загрузки программы и опознавания датчика выберите в списке работ сценарий 3.5. «Изучение свойств полупроводникового диода».

В данной работе в качестве источника переменного тока используется звуковая

карта компьютера, в которой под управлением программы «Генератор» происходит создание сигналов определенной формы.

При этом при сборке электрической цепи (п.1.) в качестве источника тока берется плата, имеющая возможность подключения к аудио выходу компьютера, куда традиционно подключаются наушники. Клемма «+» на плате соответствует «земле» звуковой карты.

После включения сценария 3.5.запустите программу «Генератор», нажав кнопку

верхнего меню. В настройках обоих каналов генерации установите форму сигнала «синус»

с частотой 1000 Гц, амплитуду 100% (см. рисунок) и запустите генерацию, нажав кнопку «Проиграть».

ВНИМАНИЕ! При завершении работы не забудьте перед отсоединением кабеля

источника тока от аудио выхода открыть окно «Генератора» и выключить подачу сигнала на аудио выход. В противном случае придется вам и вашим соседям в течение некоторого времени слушать неприятный звук, льющийся с встроенных динамиков компьютера!

3.Замкните ключ, запустите измерения и сравните напряжения на источнике тока(синий график)и на нагрузке(красный график).В случае получения нечитаемой осциллограммы измените настройки датчика. Остановив измерения перенесите полученные осциллограммы в отчет.

4.Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.2.Ключ оставьте в разомкнутом состоянии. Обратите внимание,что электролитические конденсаторы имеют полярное включение, поэтому при сборке цепи соблюдайте полярность, указанную на схеме.

Рис.2.

5. Подключите щупы канала№1(красный) осциллографического датчика к точкам подключения нагрузки(+ и -), щупы канала №2(синий) к клеммам источника переменного тока

6.Замкните ключ, запустите измерения и сравните напряжения на источнике тока(синий график)и на нагрузке(красный график).В случае получения нечитаемой осциллограммы измените настройки датчика. Остановив измерения перенесите полученные осциллограммы в отчет.