Teoretický základ

Usměrňovač je polovodičový měnič, převádějící energii střída­vého proudu na energii proudu stejnosměrného.

Ze všech měničů pracujících se síťovou komutací jsou usměrňovače nejrozšířenější.

Dělíme je do dvou skupin:

• neřízené usměrňovače (jejich výkonový obvod je osazen diodami)
• řízené usměrňovače (výkonový obvod obsahuje tyristory, někdy tyristory a diody).

V obou případech mohou pracovat usměrňovače jako jednofázové nebo několikafázové, nejčastěji trojfázové.

Základním představitelem neřízených usměrňovačů je jedno­fázový můstkový usměrňovač. Usměrňovač tvoří čtyři diody spojené do můstku, do jehož jedné diagonály přivádíme střídavé napětí, z druhé odebíráme napětí usměrňovače.

Schéma můstkového usměrňovače:

Obr. 1: Schéma můstkového usměrňovače

 

Praktická část

Zatížený usměrňovač  komplexním prvkem

Vyzkoušíte si změřit zatížený usměrňovač komplexním prvkem. Komplexním prvkem rozumíme prvek, který se vyznačuje impedancí (kapacitance, induktance).

Měření budeme provádět pomocí generátoru a osciloskopu. Vstup osciloskopu zvolíme „Analog Input“ (analogový vstup), tudíž nebudeme využívat BNC konektory.

Nejdříve si nastavíte nižší frekvenci na generátoru (50Hz, amplituda 5V), abyste viděli nezkreslený signál na výstupu usměrňovače. První měření proveďte bez zatížení, abyste si připomněli, jak vypadá usměrněný nezkreslený signál. První zatížení realizujte pomocí rezistoru (100Ω). Pomocí osciloskopu se podívejte na výstupní signál, jak se změnil.

Další měření bude probíhat stejně. Pouze budete měnit zátěž. Změříte usměrňovač s induktivní zátěží, pak s kapacitní zátěží, a nakonec s kapacitní zátěží společně s rezistorem.

Na následujících grafech uvažujte modrou křivku jako vstupní signál a zelenou křivku jako signál výstupní.

Zapojte dle následujícího obrázku:

Obr. 2: Zapojení

Ke všem grafům dopište, nebo sdělte vyučujícímu, o jaké zatížení se jedná, z vlastního pozorování a proč se usměrňovač takto chová:

Obr. 3: Usměrňovač

 

Obr. 4: Usměrňovač zatížený

Obr. 5: Usměrňovač zatížený rezistorem

Obr. 6: Usměrňovač s kondenzátorem

Obr. 7: Usměrňovač s kondenzátorem 2 uF

Obr. 8: Usměrňovač s kondenzátorem a odporovou zátěží

Obr. 9: Usměrňovač s cívkou

Obr. 10: Usměrňovač s cívkou, zákmity

 

Usměrňovač  při vyšších frekvencích (to znamená ve spínaných zdrojích):

 

Při vyšších frekvencích se usměrňovač chová trochu jinak. Z teorie znáte, že diodě chvíli trvá, než dojde ke komutaci napětí. Jednoduše řečeno komutací napětí se myslí přechod diody ze stavu vodivého do stavu nevodivého a naopak. 

Na generátoru ponechte nastavení z předešlé úlohy, jen zvyšte frekvenci (asi na 10KHz). Podívejte se na osciloskop, jak se projevuje teoretický jev v praxi.

Nezatížený usměrňovač. Pro lepší pochopení tohoto jevu si nastudujte komutaci napětí a komutační úbytek na diodách.

Zkuste tento obvod zatížit komplexní zátěží a pozorujte, jak se bude usměrňovač chovat.

Obr. 11: Usměrňovač na vyšší frekvenci

Obr. 12: Usměrňovač na vyšší frekvenci zatížený R

Obr. 13: Usměrňovač na vyšší frekvenci zatížený cívkou

 

Rozšiřující úloha

V Multisimu si zapojte podle tohoto obrázku jednoduchý spínaný zroj:

Obr. 14: Simulace spínaného zdroje

 

Modře jsou vykresleny řídící pulzy do spínacího tranzistoru, červeně  je výstupní průběh.

Obr. 15:Naměřené průběhy. 

Úkol:

Vyzkoušejte změnit frekvenci řídících pulzů. Co se stane s výstupním napětím? Poté zkuste změnit střídu a sledujte, jaký vliv to bude mít na výstupní napětí.

 

Zdroje

• Archiv autora.