1.    Wprowadzenie

Prąd w sieci jest prądem sinusoidalnie zmiennym. Cechuje go zmienność natężenia I i napięci U zarówno pod względem wartości, jak też kierunku.

I = I0sin (wt +j)

U = U0sin (wt )

gdzie:

I0 – maksymalna szczytowa wartość natężenia

U0 – maksymalna wartość napięcia

j - przesunięcie fazowe

w = 2pf – pulsacja prądu

              Dioda półprzewodnikowa – przyrząd, w którym wykorzystuje się właściwości elektryczne złącza p-n. Złącze p-n to wewnętrzna granica rozdzielająca w jednym monokrysztale obszary o różnym typie przewodnictwa ( typ p – przewodnictwo dziurowe i typ n – przewodnictwo elektronowe ). Złącza p-n otrzymuje się przez odpowiednie domieszkowanie kryształu półprzewodnika ( domieszki donorowe – typ n, domieszki akceptorowe – typ p ).

                                                                                                                 Złącze

                                                                                                                         Schemat graficzny prostownika

Utworzenie złącza p-n prowadzi do powstawania w jego obszarze bariery potencjału. Mechanizm jej powtarzania jest następujący: koncentracja elektronów w obszarze n jest znacznie większa niż w obszarze p, koncentracja dziur jest w obszarze p znacznie większa niż w obszarze n. Zatem w złączu następuje dyfuzja elektronów z obszaru n do p i dziur z obszaru p do n. w obszarze przyłączonym powstaje kontaktowe pole elektryczne skierowane tak, że powstrzymuje ono dyfuzję. Na złączu ustala się kontaktowa różnica potencjałów.

Kryształ zawierający złącze p-n ma zdolność przewodzenia prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku – stanowi to podstawę działania diód półprzewodnikowych.

Jeżeli napięcie zewnętrzne przyłożone do złącza jest zgodne z kierunkiem kontaktowego pola elektrycznego, bariera potencjału powiększa się i złącze nie przewodzi prądu - kierunek zaporowy.

-                                                                                                                                                                                                                        +

Jeżeli kierunek zewnętrznego pola elektrycznego jest przeciwny to wysokość bariery maleje i złącze przewodzi prąd – kierunek przewodzenia.

                       +                                                                                                        -

2.    Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

o       Badanie prądów zmiennych

o       Badanie prostownika jedno- i dwupołówkowego

o       Badanie roli filtru RC w układzie prostowniczym

3.    Metodyka badań

Badania prowadzone są przy pomocy oscyloskopu. Badane napięcia podłączamy do płytek odchylenia pionowego oscyloskopu. Przy włączonej podstawie czasu na ekranie widoczne będą przebiegi badanych napięć.

Prostowniki dają na wyjściu napięcie jednokierunkowe, ale pulsujące. W praktyce często potrzebne jest zasilanie napięciem niezmiennym w czasie. W tym celu na wyjściu prostownika włącza się filtr wygładzający napięcie. W przypadku małych obciążeń najczęściej stosowane są filtry pojemnościowe.

Działanie filtru polega na tym, że gdy wartość napięcia maleje to odbiornik jest zasilany energią zgromadzoną w naładowanym kondensatorze.

4.    Przebieg eksperymentu

Przebieg eksperymentu

Narysować przebiegi napięć uwidocznione na ekranie oscyloskopu:

o       napięcia z wtórnego uzwojenia transformatora

o       napięcia po wyprostowaniu jednopołówkowym ( przez diodę D1 )

o       napięcia po wyprostowaniu dwupołówkowym ( połączyć łącznikiem diody D1 i D2 )

Badanie roli filtru

o       dla całej wartości rezystancji obciążającej układ R1 zmieniamy wartość pojemności w filtrze ( C1, C2, C3 )

o       dla stałej wartości pojemności C1 zmieniamy wartość rezystancji obciążającej układ ( R1, R2, R3 )

5.    Wnioski

W układzie prostowniczym półfazowym w ustalonym czasie kondensator C doładowuje się. Gdy wartość napięcia zasilającego UR równa się napięciu UC na kondensatorze, ładowanie ustaje. Kiedy napięcie UC zmaleje, dioda przestaje przewodzić i następuje rozładowanie kondensatora przez rezystancję obciążenia. Proces ten trwa dopóki w następnym cyklu napięcie UR znowu zrówna się z napięciem UC, wtedy nastąpi ponowne doładowanie kondensatora.

Parametry układu zależą od stałych czasowych: ładowania i rozładowania. Jeżeli stała ładowania maleje to ładowanie kondensatora odbywa się szybciej i tętnienia maleją. Napięcie na kondensatorze dąży do wartości szczytowej. Dużą stałą czasową rozładowania uzyskuje się przy dużych rezystancjach obciążenia, czyli przy małych wartościach napięcia I.

W układzie dwupołówkowym proces ładowania i rozładowania odbywa się dwukrotnie częściej. Występują tu mniejsze tętnienia, a w prostownikach rezystancyjno-pojemnościowym w chwili włączenia ( kondensator nie jest naładowany) płynie duży prąd ładowania o szczytowej wartości.

Jak widać na wykresach kondensator ma wpływ na wartość napięcia. Im większy kondensator, tym mniejszy spadek napięcia.

2