ΤΟ ΦΙΛΤΡΟ ΕΙΣΟΔΟΥ ΠΥΚΝΩΤΗ ΠΕΙΡΑΜΑ 1

Transcript

1 Συνδέοντας την έξοδο μιας γέφυρας ανόρθωσης σε ένα φίλτρο εισόδου πυκνωτή, μπορεί να παραχθεί μια DC τάση φορτίου, η οποία είναι σχεδόν σταθερή. Ιδανικά, η μετρούμενη ισούται με την τιμή κορυφής της ανορθωμένης τάσης. Προσεγγιστικά, η DC τάση εξόδου είναι ίση με το 90% με 95% της τιμής κορυφής της ανορθωμένης τάσης με μία peak-to-peak κυμάτωση της τάξης του 10%. Σε αυτό το πείραμα, θα συνδέσετε μία γέφυρα ανόρθωσης σε ένα φίλτρο εισόδου πυκνωτή και θα αλλάζετε τις αντιστάσεις φορτίου, καθώς και τις τιμές του φίλτρου του πυκνωτή. Να σημειωθεί ότι ο μετασχηματιστής για το πείραμα αυτό, πρέπει να έχει ασφάλεια και όλες οι κύριες συνδέσεις πρέπει να είναι μονωμένες όταν συνδεθεί ο μετασχηματιστής στη γραμμή τάσης, ώστε να αποφευχθεί ηλεκτροπληξία. ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 1 Μετασχηματιστής: ac center-tapped (Triad F-25X ή ισοδύναμο) με ασφάλεια 4 Δίοδοι πυριτίου: 1Ν4001 (ή ισοδύναμους) 2 1/2 W αντιστάσεις: 1kΩ, 10kΩ 2 Πυκνωτές: 47μF και 470μF 1 Ψηφιακό πολύμετρο 1 Παλμογράφο ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1. Να μετρηθούν οι αντιστάσεις των περιελίξεων του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος του μετασχηματιστή. Να καταγραφούν στον Πίνακα Στο Σχήμα 1-1, υποθέστε ότι η rms τάση του δευτερεύοντος είναι, R L =1kΩ και C=47μF. Να υπολογιστούν και να καταγραφούν όλες οι ποσότητες που παρουσιάζονται στον Πίνακα 1-2. Να χρησιμοποιηθεί η 2 η προσέγγιση για τις διόδους. 3. Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία του Σχήματος 1-1 με R L =1kΩ και C=47μF. 4. Να μετρηθούν και να καταγραφούν όλες οι ποσότητες που παρουσιάζονται στον Πίνακα Να επαναληφθούν τα βήματα 2 έως 4 για R L =1kΩ και C=470μF. Να καταγραφούν τα αποτελέσματα στον Πίνακα 1-3. Να χρησιμοποιηθεί η 2 η προσέγγιση για τις διόδους. 6. Να επαναληφθούν τα βήματα 2 έως 4 για R L =10kΩ και C=470μF. Να καταγραφούν τα αποτελέσματα στον Πίνακα 1-4. Να χρησιμοποιηθεί η 2 η προσέγγιση για τις διόδους. Σχήμα 1-1 Σελίδα 1

2 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 7. Υποθέτοντας ότι στο Σχήμα 1-1 μία από τις διόδους είναι ανοικτή και οι τιμές των στοιχείων είναι R L =1kΩ και C=470μF, να υπολογιστεί η, η συχνότητα της κυμάτωσης και η peak-to-peak κυμάτωση. Να καταγραφούν τα αποτελέσματα στον Πίνακα Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία που αναφέρθηκε παραπάνω με μία από τις διόδους να είναι ανοικτή. Να μετρηθούν και να καταγραφούν όλες οι ποσότητες που παρουσιάζονται στον Πίνακα Υποθέτοντας ότι στο Σχήμα 1-1 ότι το φίλτρο του πυκνωτή είναι ανοικτό και οι τιμές των στοιχείων είναι R L =1kΩ και C=470μF, να υπολογιστούν και να καταγραφούν όλες οι ποσότητες που παρουσιάζονται στον Πίνακα Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία του Σχήματος 1-1 με το φίλτρο του πυκνωτή να είναι ανοικτό. Να μετρηθούν και να καταγραφούν οι υπόλοιπες ποσότητες του Πίνακα 1-5. ΚΡΙΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ 11. Να επιλεχθεί ένα φίλτρο πυκνωτή για το κύκλωμα του Σχήματος 1-1, έτσι ώστε να έχουμε peak-to-peak κυμάτωση της τάξης του 10% της τάσης ενός φορτίου R L =3.9 kω. Να υπολογιστούν και να καταγραφούν οι ποσότητες του Πίνακα Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία του παραπάνω κυκλώματος και να μετρηθούν και να καταγραφούν οι ποσότητες του Πίνακα 1-6. ΕΦΑΡΜΟΓΗ 13. Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία του Σχήματος 1-2, χρησιμοποιώντας έναν μαγνητικό βομβητή ισοδύναμο με το Radio Shack RS , το οποίο έχει τις παρακάτω προδιαγραφές: 6- έως 16-V dc είσοδο και 10 ma ρεύμα φορτίου στα 12 V dc. Ο βομβητής είναι πολωμένος έτσι ώστε να πρέπει να συνδεθεί ο θετικός ακροδέκτης της πηγής στο κόκκινο καλώδιο και ο αρνητικός ακροδέκτης της πηγής στο μαύρο καλώδιο. Μετά τη σύνδεση του βομβητή πρέπει να ακουστεί ένας βόμβος. ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΕΡΓΑΣΙΑ 14. Να συνδεθεί ένας ημιανορθωτής με το φίλτρο εισόδου πυκνωτή με χωρητικότητα 470 μf και αντίσταση φορτίου 1 kω. Να μετρηθεί και να καταγραφεί η τάση φορτίου και η peak-to-peak κυμάτωση. 15. Να επαναληφθεί το βήμα 14 για έναν πλήρη ανορθωτή κεντρικής λήψης (center-tap). 16. Να συγκριθεί η τάση φορτίου και η peak-to-peak κυμάτωση των βημάτων 14 και 15. Τι παρατηρείτε; Σχήμα 1-2 Σελίδα 2

3 Ονοματεπώνυμο: Α.Ε.Μ.: Ημερομηνία: ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ 1 Πίνακας 1-1 Αντιστάσεις Μετασχηματιστή R pri = R sec = Πίνακας 1-2 R L =1kΩ και C=47μF Πίνακας 1-3 R L =1kΩ και C=470μF Πίνακας 1-4 R L =10kΩ και C=470μF Πίνακας 1-5 Αντιμετώπιση προβλημάτων Ανοικτή δίοδος Ανοικτός πυκνωτής V dc f out V rip V dc f out V rip Σελίδα 3

4 Πίνακας 1-6 Κριτική σκέψη ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ 1 1. Σε αυτό το πείραμα η από το φίλτρο εισόδου πυκνωτή ήταν περίπου ίση με: (a) Τάση κορυφής πρωτεύοντος (b) Τάση κορυφής δευτερεύοντος (c) Τάση rms πρωτεύοντος (d) Τάση rms δευτερεύοντος 2. Η peak-to-peak κυμάτωση μειώνεται όταν: (a) Η αντίσταση φορτίου μειώνεται (b) Η χωρητικότητα του πυκνωτή μειώνεται (b) η συχνότητα κυμάτωσης μειώνεται (d) Η χωρητικότητα του πυκνωτή αυξάνεται 3. Όταν η χωρητικότητα του φίλτρου αυξάνεται, η peak-to-peak κυμάτωση: (a) Ισούται με την τάση δευτερεύοντος (b) Παραμένει σταθερή (c) Αυξάνεται (d) Μειώνεται 4. Για κανονική λειτουργία, η συχνότητα κυμάτωσης είναι: (a) 0 (b) 60 Hz (c) 120 Hz (d) 240 Hz 5. Όταν η αντίσταση φορτίου αυξάνεται, η τιμή της peak-to-peak κυμάτωσης: (a) Μειώνεται (b) Μένει η ίδια (c) Αυξάνεται (d) Κανένα από τα προηγούμενα 6. Να εξηγηθεί με συντομία πώς λειτουργεί το φίλτρο πυκνωτή. ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 7. Όταν η δίοδος ανοίγει, το κύκλωμα στο Σχήμα 1-1 γίνεται ένα φίλτρο εισόδου πυκνωτή που οδηγείται από: (a) Έναν ημιανορθωτή (b) Έναν ανορθωτή πλήρους κύματος (c) Μια γέφυρα ανόρθωσης (d) Έναν μονομερή μετατροπέα 8. Να εξηγηθεί με συντομία τι συμβαίνει στο κύκλωμα του Σχήματος 1-1 όταν ανοίγει ο πυκνωτής. ΚΡΙΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ 9. Τι μεγέθους χωρητικότητα χρησιμοποιήσατε στο σχεδιασμό; Για ποιο λόγο; 10. Ο λόγος των περιελίξεων του μετασχηματιστή είναι 9:1. Χρησιμοποιώντας τις αντιστάσεις του μετασχηματιστή του Πίνακα 1-1, να υπολογιστεί η ελάχιστη Thevenin αντίσταση που βλέπει το φίλτρο του πυκνωτή. Να αγνοηθεί η αντίσταση της διόδου και να χρησιμοποιηθούν μόνο οι αντιστάσεις των τυλιγμάτων του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος στους υπολογισμούς σας. Σελίδα 4

5 ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ o o Ιδανικό ημικύμα o Ημικύμα o 2 η προσέγγιση ημικύμα o Πλήρες κύμα ` o o 2 η προσέγγιση γέφυρα o Κυμάτωση p-p Σελίδα 5