Дослідження найпростішого випрямляча за допомогою осцилографа

Під час виконання досліду ми складаємо простий випрямляч струму з одним діодом та конденсатором, а також досліджуємо його роботу за допомогою осцилографа.

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії:

Power supply unit

джерело струму

Diode

випрямний напівпровідниковий діод

Fixed-value resistor

резистор(на 50 Ом)

Electrolytic capacitor

конденсатор(на 10 мкФ)

wires

з’єднувальні провідники

Додаткове обладнання:

осцилограф

Переконуємося, що:

 змінний струм — електричний струм, сила та напрямок якого періодично змінюються з часом, на відміну від постійного струму, який не змінює напрямку та сили. Електромережі, у тому числі побутові, передають змінний струм. Однак, багатьом електричним та електронним приладам для роботи потрібен постійний струм; випрямлення — перетворення змінного струму у постійний. Випрямлення здійснюють прилади, які називаються випрямлячі, вони є важливими компонентами більшості блоків живлення. Для випрямлення використовуються пристрої, які пропускають струм тільки в одному напрямку — діоди. Зараз це майже завжди — напівпровідникові діоди; простий випрямляч струму складається з діода та конденсатора.

Хід досліду:

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.2. Складаємо коло за схемою:

circuit

Резистор у цьому колі служить навантаженням для випрямляча.3. Вмикаємо блок живлення та переводимо його у режим змінного струму, встановлюємо на ньому вихідну напругу 2 В з частотою 1000 Гц. Тепер до контактів блока живлення приєднуємо додаткові провідники, які дозволять нам вивести вихідні значення напруги на перший канал осцилографа. До контактів резистора також приєднаємо додаткові провідники — від другого каналу осцилографа.4. Вмикаємо та налаштовуємо осцилограф.5. Розглянемо покази осцилографа:

graph

Звертаємо увагу, що сигнал з першого каналу, що візуалізує струм, який видає блок живлення, має яскраво виражену синусоїдну форму, типову для змінного струму. Сила та напрям такого струму змінюється з частотою 1000 Гц (999,8 Гц), а напруга змінюється у межах від -2,9 до +2,9 В. У той час, як крива з другого каналу, що візуалізує струм, який проходить через напівпровідниковий діод та конденсатор, має зубчасту форму. Якщо порівняти цю криву з отриманою у досліді "Дослідження кола з одним діодом за допомогою осцилографа" ми побачимо подібні та відмінні риси. Роль діода в формуванні цієї кривої полягає у тому, що він пропускає лише прямий струм та не пропускає зворотний струм, при цьому частота струму не змінюється. Конденсатор згладжує зміну напруги після діода: стримує її ріст, оскільки заряджається, поки прикладена до нього напруга є вищою за його внутрішню, та сповільнює падіння напруги у колі, бо розряджається при меншій напрузі за внутрішню. Завдяки цьому амплітуда пульсацій напруги менша за амплітуду у схемі без конденсатора — напруга змінюється від 0,4 до 2,0 В (замість від 0,0 до 2,0 В), на рисунку вище рівень 0 В у схемі показано пунктирною лінією. Форма зубців тепер складніша, через те, що і заряд конденсатора і напруга, прикладена до нього, постійно змінюються.Отриманий струм все ще є пульсуючим, але, разом з тим, він вже є ближчим до постійного, ніж пульсуючий струм у колі лише з одним діодом (дослід "Дослідження кола з одним діодом за допомогою осцилографа"), оскільки напруга у колі не падає до 0 В.Такий найпростіший випрямляч називають однопівперіодичним через наявність лише одного діода, а також через те, що у ньому працює лише кожен другий півперіод вхідного струму. Такі випрямлячі мало придатні для випрямлення струму із мережі, з частотою 50 Гц, але популярні для випрямлення струму високих частот.Цей випрямляч будемо покращувати в наступних дослідах.

Висновок:

Під час виконання досліду ми склали простий випрямляч струму з одним діодом та конденсатором, а також дослідили його роботу за допомогою осцилографа. Ми переконалися, що блок живлення видає змінний струм, сила та напрямок якого змінюється із заданою частотою, діод пропускає лише прямий струм, а конденсатор зменшує коливання напруги у колі, у результаті у колі існує пульсуючий струм із тією самою частотою, що й у вхідного, але напруга якого змінюється у межах від 0,4 до 2 В.