REDRESOARE MONOFAZATE CU FILTRU CAPACITIV I. OBIECTIVE a) Stabilirea dependenţei dintre tipul redresorului (monoalternanţă, bialternanţă) şi forma tensiunii redresate. b) Determinarea efectelor modificării valorilor rezistenţei de sarcină şi condensatorului de filtraj asupra tensiunii redresate. c) Deducerea tensiunii inverse maxime şi a curentului direct maxim prin diodele redresoare. II. COMPONENTE ŞI APARATURĂ Pentru experimentare vom folosi un montaj echipat cu un transformator de reţea, patru diode redresoare, două condensatoare electrolitice, un potenţiometru şi o rezistenţă. Pentru vizualizarea tensiunilor avem nevoie de un osciloscop catodic cu două canale, iar pentru măsurarea valorilor medii ale tensiunii şi curentului de un voltmetru, respectiv un miliampermetru de c.c. III. SUPORT TEORETIC Dascălu, D., Dispozitive şi circuite electronice, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982, pag. 329-339. IV. EXERCIŢII PREGĂTITOARE P1. Redresor monofazat monoalternanţă P1.1. Redresor monofazat monoalternanţă cu sarcină rezistivă Care sunt cronogramele tensiunilor v S şi şi a curentului i O pentru circuitul din Fig. 4.1, dacă raportul de transformare al transformatorului este n=22? Care este valoarea medie (componenta continuă) V O a tensiunii de ieşire? Cum este influenţată această valoare de valoarea rezistenţei de sarcină RRt? Care este valoarea tensiunii inverse maxime pe dioda redresoare D? Pentru ce poziţie a cursorului reostatului R se obţine curent mediu maxim în sarcină? Care este valoarea instantanee maximă a curentului direct prin D, I Fmax? P1.2. Redresorul monofazat monoalternanţă cu filtru capacitiv Ce deosebire există între circuitele din Fig. 4.1 şi Fig. 4.2? Cum se modifică v S (t) şi (t) şi I O (t) prin introducerea condensatorului C? Cum se modifică valoarea componentei continue a tensiunii de ieşire V O pentru circuitul din Fig. 4.2 faţă de circuitul din Fig. 4.1, la aceeaşi valoare medie a curentului de ieşire I O? Care este tensiunea inversă maximă ce poate apare pe D? 1
DE lab3 Nicolae Patache 2006-2007 P2. Redresor monofazat bialternanţă P2.1. Redresor monofazat bialternanţă cu sarcină rezistivă În continuare ne referim la circuitul din Fig. 4.3. Care dintre cele patru diode conduc în alternanţa pozitivă a tensiunii v S? Care sunt cronogramele tensiunilor v S şi? Cum este valoarea medie a tensiunii de ieşire în comparaţie cu valoarea medie a tensiunii de ieşire obţinută la P1.1.? P2.2. Redresor monofazat bialternanţă cu filtru capacitiv Cum arată tensiunea de ieşire pentru circuitul din Fig. 4.4. lucrând în gol? Se modifică forma de variaţie în timp a tensiunii de la întrebarea anterioară dacă curentul de ieşire creşte la 100? Dacă da, cum? Pentru ce valoarea a condensatorului de filtraj (100μF sau 1000μF) valoarea medie a tensiunii de ieşire este mai mare la un curent de ieşire de 100? Dar la curent de ieşire de 0? V. EXPERIMENTARE În experimentele din această lucrare tensiunea sinusoidală ce urmează a fi redresată se obţine din secundarul unui transformator de reţea,, după cum se observă şi din figurile ce descriu montajele experimentale. Aşadar sursa de tensiune de redresat este o sursă flotantă. Deoarece în primarul transformatorului ajunge tensiunea de reţea, aveţi grijă să nu atingeţi această parte a transformatorului când este pus sub tensiune, deoarece există pericol de electrocutare! E1. Redresor monofazat monoalternanţă E1.1. Redresor monofazat monoalternanţă cu sarcină rezistivă Se construieşte circuitul din Fig. 4.1. Cu osciloscopul cu două canale, calibrat, în modul de lucru Y-t, se vizualizează v S şi. Cu miliampermetrul de cc. se măsoară componenta continuă a curentului prin sarcină I O. Cu un voltmetru de cc. se determină componenta continuă V O a tensiunii de ieşire a redresorului. Se vizualizează v o (t) şi se măsoară componenta continuă V O a tensiunii de ieşire pentru următoarele valori ale I O : 0, 25, 50, 75, 100, 125, 150[]. Valoarea curentului I O se reglează din reostatul R. I O =0 se obţine prin întreruperea circuitului din secundarul transformatorului. D ~ v S 1K R Fig. 4.1. Redresor monoalternanţă 2
Cu osciloscopul se vizualizează tensiunea V Rt pe rezistenţa Rt, cu rezistenţa reostatului R=0. E1.2. Redresorul monofazat monoalternanţă cu filtru capacitiv Se construieşte circuitul din Fig. 4.2. D ~ v S C 1K R Fig. 4.2. Redresor monoalternanţă cu filtru capacitiv Experimentul se desfăşoară urmărind aceeaşi paşi ca la E1.1. Experimentul se desfăşoară în mod similar cu cel de la E1.1. E2. Redresor monofazat bialternanţă E2.1. Redresor monofazat bialternanţă cu sarcină rezistivă Se construieşte circuitul din Fig. 4.3. ~ v S D4 D3 D1-1K R D2 Fig. 4.3. Redresor bialternanţă Cu osciloscopul calibrat în modul de lucru Y-t, se vizualizează tensiunea. Componenta continuă V O a tensiunii de ieşire se măsoară cu un voltmetru de cc., iar componenta continuă a curentului prin sarcină I O, se măsoară cu un miliampermetru de cc. Se vizualizează (t) şi se măsoară componenta continuă V O a tensiunii de ieşire pentru următoarele valori ale I O : 25, 50, 75, 100, 125, 150[]. Valoarea curentului I O se reglează din reostatul R. I O =0 se obţine prin întreruperea circuitului din secundarul transformatorului. 3
DE lab3 Nicolae Patache 2006-2007 E2.2. Redresor monofazat bialternanţă cu filtru capacitiv Se construieşte circuitul din Fig. 4.4 ~ v S D4 D3 D1 D2 C 1K R Fig. 4.4. Redresor bialternanţă cu filtru capacitiv Experimentele se desfăşoară în mod similar cu E2.1. Experimentele se desfăşoară în mod similar cu E2.1. VI. REZULTATE R1. Redresor monofazat monoalternanţă R1.1. Redresor monofazat monoalternanţă cu sarcină rezistivă v S (t) şi (t) pentru valorile curentului I O indicate la E1.1. Cum explicaţi forma tensiunii pentru I O =0? Se observă vreo schimbare a acestor tensiuni pe măsură ce I O creşte? Cum explicaţi? Valorile V O se trec în prima linie a tabelului 4.1. Se modifică valoarea tensiunii V O dacă I O se modifică? De ce? Care este tensiunea inversă maximă pe care trebuie să o poată suporta dioda D? Tensiunea pe D este diferenţa tensiunilor v S şi. Cronogramele tensiunii V Rt şi curentului I O pentru R=0 (i O =v Rt / ). Care este valoarea curentului direct maxim prin D, I Fmax? Tabelul 4 1 I O [] 0 25 50 75 100 125 150 C [μf] 0 V O [V] 100 1000 R1.2. Redresorul monofazat monoalternanţă cu filtru capacitiv v S (t) şi (t) pentru valorile curentului I O indicate la E1.1. Cum explicaţi forma tensiunii pentru I O =0? Cum influenţează creşterea I O, forma tensiunii în timp? De ce oare? Valorile V O se trec în linia a doua a tabelului 4.1. Pentru ce valoare a I O apare tensiunea inversă maximă pe D? Care este valoarea acestei tensiuni? (se folosesc cronogramele şi v S ) 4
Ce relaţie există între tensiunea inversă maximă pe D şi amplitudinea tensiunii v S? Cronogramele tensiunii V Rt şi curentului I O pentru R=0 (i O =v Rt / ). Care este valoarea curentului direct maxim prin D, I Fmax? v S (t) şi (t) pentru valorile curentului I O indicate la E1.1. Cum explicaţi forma tensiunii pentru I O =0? Valorile V O se trec în linia a treia a tabelului 4.1. Care este valoarea maximă a tensiunii inverse ce poate apare pe D? Cronogramele tensiunii V Rt şi curentului I O pentru R=0 (i O =v Rt / ). Care este valoarea curentului direct maxim prin D, I Fmax? Pentru care redresor (cu sau fără filtru capacitiv) este mai solicitată dioda redresoare D din punct de vedere al curentului direct maxim? Pentru fiecare valoare a curentului I O din tabelul 4.1 comparaţi între ele formele de variaţie în timp ale tensiunilor obţinute la punctele R1.2.a, respectiv R1.2.b. Cum este influenţată tensiunea de valoarea condensatorului de filtraj? Cum explicaţi diferenţa calitativă mare între formele de variaţie ale (t) obţinute la R1.1 şi cele obţinute la R1.2? Conform datelor din tabelul 4.1. se ridică caracteristicile de ieşire ale redresorului monoalternanţă V O =f(i O ) în următoarele cazuri: -redresor fără filtru; -redresor cu filtru capacitiv: -C=100μF; -C=1000μF. Cele trei caracteristici se trasează pe acelaşi grafic. Comparaţi aceste caracteristici din punct de vedere a valorii curentului prin sarcină şi a valorii condensatorului de filtraj. R2. Redresor monofazat bialternanţă Construiţi tabelul 4.2 (identic cu tabelul 4.1) în care se vor centraliza datele obţinute la redresorul bialternanţă. R2.1. Redresor monofazat bialternanţă cu sarcină rezistivă Cronogramele tensiunii v o pentru valorile curentului I O de la E2.1. Cum explicaţi forma tensiunii (t)? Prin ce diferă de tensiunea (t) obţinută la R1.1? Valorile se trec în prima linie a tabelului 4.2 construit de voi. R2.2. Redresor monofazat bialternanţă cu filtru capacitiv Cronogramele tensiunii v o pentru valorile curentului I O de la E2.1. De ce forma tensiunii de ieşire diferă de cea obţinută la E2.1? Cum influenţează valoarea I O forma? Valorile V O se trec în linia a doua a tabelului 4.2. Cronogramele tensiunii pentru valorile curentului I O de la E2.1. Pentru aceeaşi valoare a I O comparaţi forma tensiunii de ieşire cu cea obţinută la punctul a). 5
DE lab3 Nicolae Patache 2006-2007 Valorile V O se trec în linia a treia a tabelului 4.2. Conform datelor din tabelul 4.2. se ridică caracteristicile de ieşire ale redresorului bialternanţă în cazurile: -redresor fără filtru; -redresor cu filtru capacitiv: - C=100μF; - C=1000μF. Comparaţi aceste caracteristici din punct de vedere a valorii curentului prin sarcină şi a valorii condensatorului de filtraj. Care tip de redresor (monoalternanţă sau bialternanţă) furnizează la ieşire o tensiune continuă mai mare, pentru aceleaşi valori ale tensiunii de intrare (v S ), curentului prin sarcină (I O ), respectiv capacităţii de filtraj (C)? Considerând redresorul ca o sursă de tensiune, care dintre cele 6 variante studiate este cea mai aproape de o sursă de tensiune continuă ideală? Care ar putea fi câteva criterii după care să comparăm redresorul monoalternanţă cu cel bialternanţă? Conform acestor criterii, ce avantaje şi dezavantaje apar de fiecare parte? După ce am redresat tensiunea electrică în fel şi chip, n-ar fi rău să ne redresăm şi noi cu o ceaşcă de cafea! 6