Презентація посібника для вчителів "Саморобні прилади з фізики" VII частина

Про матеріал
Презентація посібника для вчителів фізики: «Саморобні прилади з фізики» VII частина Перелік статей • Вступ; • Правила безпеки при роботах з електросхемами; • Лабораторна робота з фізики в для учнів 11 класу «Дослідження кола з напівпровідниковим діодом»; • Типи випрямлячів змінного струму.
Перегляд файлу

     Презентація  посібника для вчителів фізики: 

«Саморобні прилади з фізики» 

 

VII частина 

Перелік статей

      Вступ;

      Правила безпеки при роботах з електросхемами;                                              

      Лабораторна робота з фізики в для учнів 11 класу «Дослідження кола з         напівпровідниковим діодом»;

      Типи випрямлячів змінного струму.

 

                                                  Вступ 

 

   Для успішного викладання фізики в школі необхідно добре обладнаний кабінет. На жаль, далеко у всіх школах є повний комплект необхідного обладнання. Деякі прилади  можливо замінити саморобними, зробленими з підручних матеріалів на уроках праці, або в гуртку юних електротехніків, радіоконструкторів. Автор пропонує 2 прилади, які можуть бути корисними при проведенні дослідів з фізики. 

Для  безпеки учнів при виконанні робіт в гуртках і проведенні лабораторних робіт в школі їм необхідно вивчити «Правила безпеки при роботах з електросхемами», що також приведено і в цій частині посібника для вчителів фізики.

 

 

              Правила безпеки при роботах з електросхемами

 

  Виготовляючи, налагоджуючи і експлуатуючи електронні саморобки, вам постійно доводиться мати справу з електричним струмом. Не думайте, що це завжди безпечно – щонайменше недотримання запобіжних заходів може призвести до неприємних і навіть трагічних наслідків. Ось чому важливо знати про дії струму на організм людини і робити все можливе, щоб уникнути ураження струмом.

   Встановлено, що струм близько 0,01 А вже викликає роздратування нервової системи і навіть судоми. Якщо ж через тіло людини протікає струм 0,03 А,  м'язи можуть втратити здатність скорочуватися, а при струмі 0,06 А настає параліч дихальних органів. Смертельним вважається струм близько 0,1 А. Розрахунковий опір людини 1 кОм, тобто вже при напрузі 100 В через людину буде протікати струм, згідно закону Ома: 100 В : 1000 Ом = 0,1 А; це вже смертельно небезпечний  струм. Електромережа не признає неуважного відношення до себе. Пол в кімнаті, не повинен бути сирим, чи вологим.    Відомо, що при однаковій напрузі через провідник з меншим опором потече більший струм, і навпаки. Так і з людиною. У одного електричний опір тіла великий і його може тільки злегка «вдарити» при торканні проводу, що перебуває під напругою. А іншого, в цьому випадку паралізує.

   Опір тіла людини залежить від вологості його шкіри в даний момент, стану нервової системи, втоми і може змінюватися в сотні разів, коливаючись від одиниць до сотень кілоом. Варто людині з мінімальним опором потрапити під напругу електромережі 220 В, підведену до розеток, – і через його тіло потече струм, який виявиться смертельним. Безпечним для людини в звичайних кімнатних умовах буде будь-яке джерело напругою до 42 В.

   Має значення і шлях струму. Найбільш небезпечний – від руки до руки, оскільки він пролягає через область серця. Менш небезпечний шлях права рука – ліва нога, а потім права рука – права нога. Недарма досвідчені інженери, перевіряючи установки з небезпечним для життя напругою, намагаються тримати ліву руку вільної або зовсім прибирати її в кишеню, працюючи в напруженій ситуації тільки правою рукою.

   Хоча на зміну ламповим конструкцій з високовольтною анодною напругою давно прийшла транзисторна електроніка з низьковольтним живленням, небезпека ураження електричним струмом залишилася. Ви піддаєтеся їй, включаючи паяльник, випрямляч, потужний підсилювач, або іншу подібну конструкцію. Уже тут потрібно пам'ятати про запобіжні заходи та тримати вилку так, щоб пальці не торкалися її металевих штирів. А якщо мережевий шнур в якомусь місці перетерся і проглядає мідна жила, терміново оберніть це місце ізоляційною стрічкою або замініть шнур.

    У конструкціях, що живляться від мережі через роздільний понижувальний трансформатор, небезпечна напруга буде на виводах вимикача і утримувача запобіжника, а також виводах первинної обмотки трансформатора. Ці виводи після підпайки провідників захистіть відрізками полівінілхлоридної трубки або ізоляційною стрічки. Вимикач живлення в цьому випадку повинен бути розрахований на мережеву напругу і споживаний конструкцією струм і мати хорошу ізоляцію між виводами і ручкою (у більшості вимикачів-перемикачів вона металева). Природно, що жоден з мережевих дротів не повинен з'єднуватися із загальним проводом конструкції.

    Особливу небезпеку становлять конструкції з безтрансформаторним живленням, або конструкції, в яких за умовами роботи загальний провід гальванічно з'єднаний з мережею (наприклад, в деяких пристроях на мікросхемах, що містять цифрові газорозрядні індикатори). У цьому випадку корпус конструкції бажано виготовити з ізоляційного матеріалу, а якщо це неможливо, ретельно ізолювати від металевого корпусу змінні резистори, перемикачі та інші органи управління (їх можна встановлювати на монтажній платі всередині корпусу, а до осі прикріплювати подовжувальну втулку з ізоляційного матеріалі). На них треба надіти ручки з хорошого ізоляційного матеріалу. Гвинти кріплення ручок не повинні виступати назовні. Металевий корпус ні в якому разі не можна поєднувати з загальним проводом конструкції. Монтаж всередині подібного корпусу повинен бути виконаний так, щоб ні один із виводів деталей або кінців з'єднувальних провідників не міг торкнутися корпусу.

   Перевіряючи в мережних конструкціях режим роботи деталей, підключайте один з щупів вимірювального приладу до загального проводу заздалегідь, до включення конструкції в мережу (особливо це відноситься до пристроїв з безтрансформаторним живленням). При необхідності замінити деталь, або перепаяти провідники знеструмленої конструкції- виймайте вилку з розетки, а також розряджайте конденсатори великої ємності в ланцюгах живлення і конденсатори, що виконують роль гасячих резисторів в безтрансформаторному випрямлячі, через резистор опором 5 ... 10 кОм.

   Перед початком включення саморобки в електромережу перевірте омметром якість ізоляції між штирями мережевої вилки і корпусом конструкції. Якщо воно менше 10 МОм при якій-небудь (перевірте обидві!) полярності підключення щупів омметра, відшукайте несправність і усуньте її. Таку перевірку робіть періодично.

   Під час роботи конструкції не торкайтеся руками до виводів її деталей, а якщо потрібно підібрати режим, наприклад, підстроювальним резистором, користуйтеся викруткою з хорошою ізоляційної ручкою. В жодному разі не втомленим – електричний опір такого організму знижений, увага ослаблена, реакція уповільнена. Конструкцію, яку необхідно вмикати в електромережу; вирпрямлячі, понижувальні трансформатори та інше, необхідно використовувати в закритому вигляді. Радіоаматорам- початківцям бажано робити конструкції з живленням від низької напруги 1,5….24 В і живити їх від батарей, або випрямлячів. Обережно треба поводитись з трансформаторами: вони можуть підключатись до низької напруги, а на вторинних обмотках може наводитись висока напруга- сотні і тисячі вольт. Бережно потрібно поводитись з акумуляторами і не допускати короткого замикання його вихідних клем- при цьому може виникнути великий струм і провідник може вмить розплавитись і перегоріти.

         При роботі з електропаяльником необхідно бути обережним і уникати доторкання до стержня електропаяльника, температура якого може досягати 280…300  градусів. Корпус електропаяльника також має високу температуру. Електропаяльник необхідно ставити на підставку з негорючого матеріала. Слід уникати доторкання до розплавленного припоя, чи каніфолі. Якщо при необачному користуванні трапився опік, то уражену ділянку необхідно змастити мазью- бальзамом «Рятівник». При розпаюванні плат від різної радіоапаратури припой з жала паяльника слід струшувати обережно, щоб не розбризгувався і не попав на руку.  Електропаяльники в робочому стані необхідно тримати в зоні впливу витяжної вентиляції. Необхідно користуватись електропаяльниками на 36 В, або 42 В.  Саморобні конструкції необхідно підключати до джерел живлення через запобіжники. Перед подачею напруги на зібрану схему слід ще раз перевірити првильність з’єднань, перевірити правильність підключення полярності оксидних конденсаторів. В разі неправильного підключення оксидних конденсаторів- вони можуть «взірватись»; при подачі живлення на схему.    

   Дотримання Правил безпечної роботи, є обов'язковим для кожного радіоаматора, учня. Увага- залог успіху.

 

 Література:

1.   Правила безпеки експлуатації електроустановок споживачів.

http//do.sc.ukrteltcom.net/LearningSpace5/Courses/Oxorona/selfaccess/pbee. 

2.   Правила технічної експлуатації споживачів електроустановок.

Затверджено: Наказ Міністерства палива та енергетики України 25.07.2006 № 258.

3.   Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів  Затверджено: Наказ Держнаглядохоронпраці від 09.01.98 № 4

4.   Співавтори: Бабин Дмитро Святославович, вчитель фізики;  Бабин   

        Святослав  Філатович, керівник гуртка«Радіоконструкторів»; смт 

        Кельмеці, Чернівецької обл., Україна;

        Інтернет  «Правила безпеки при роботах з електросхемами»

            Співавтори: Бабин Дмитро Святославович, Бабин Святослав Філатович             https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/ Автор: Бабин Дмитро

Святославович Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» доповнення  https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/  

 

 

   Лабораторна робота з фізики в для учнів 11 класу «Дослідження кола з напівпровідниковим діодом»

 

 

Досліди з фізики допоможуть ввійти до чудесного світу знань. Для учнів 11 класу вони будуть нескладними. Зрозумівши основні фізичні принципи і закони, учні відчувають себе більш впевнено. 

   Необхідно дотримуватися запобіжних заходів:

 

1.         Виготовлення блока живлення і його випробовування необхідно проводити на гуртку      «Радіоконструкторів» разом з керівником гуртка і під його наглядом.   

2.         Необхідно бути особливо уважними, якщо використовуються гострі, колючо-ріжучі      предмети, виконувати правила безпеки при роботах з електросхемами. 3. Ознайомитись з правилами техніки безпеки при роботах з електросхемами (1).

    

     Напівпровідниковий діод  — електронний прилад з двома електродами, що пропускає електричний струм лише в одному напрямі. Широко застосовується у радіотехніці, електроніці, енергетиці та в інших галузях, для випрямляння змінного електричного струму,  перетворення та помноження частоти, для переключення електричних кіл, а також для детектування.

    Для лабораторної роботи знадобляться:

              напівпровідниковий діод типу Д226Б, 1 шт.;

              чотири провідника ізольованих довжиною по 10…15 см;

              батареї типу АА (по 1,5 В), 4 шт.; 

              відсік для батареї типу АА на 4 шт..; 

              блок живлення – змінна напруга 6 В, або 12 В; 

              електровилка 1 шт;

              електролампа розжарення 6,3 В х 0,28 А, 2 шт. 

              патрони для електролампи розжарення на 6,3 В х 0,28 А, 2 шт.

              кусачки

     За допомогою кусачків знімаємо ізоляцію з обох кінців провідників по 20 мм. і під’єднуємо до діода, патрона. Батареї вставляємо в відсік і маємо батарею на 

6 В. Збираємо схему, приведену на рис. 1, в якій батарея, напівпровідниковий діод (VD1) і електролампа розжарення (EL1) ввімкнені послідовно, причому напівпровідниковий діод підключений анодом до «+» джерела живлення. Результат такий, що електролампа світить яскраво, тобто діод при такому ввімкненні пропускає постійний струм. Слід зауважити, що без діода електролампа буде світити ще більш яскраво – це пояснюється тим, що напівпровідниковий діод має певний динамічний опір і на ньому буде падіння напруги 1,5 В, тобто до електролампи буде прикладена напруга на 1,5 В менша.

    Збираємо схему, приведену на рис. 2, в якій батарея, напівпровідниковий діод (VD1) і електролампа розжарення (EL1) ввімкнені послідовно, причому напівпровідниковий діод підключений катодом до «+» джерела живлення. Результат такий, що електролампа не світить взагалі, тобто діод при такому ввімкненні не пропускає постійний струм. 

   На практиці іноді виникає потреба зменшити напругу на декілька вольт, так для зменшення напруги на навантаженні на 3 В необхідно в ланку ввімкнути послідовно два напівпровідникові діоди.

 

image 

     Цікаво також, як веде «себе» напівпровідниковий діод в ланці змінного струму. Для цього досліду слід використати блок живлення на 6, або 12 В. Збираємо схему, приведену на рис. 3 і підключаємо до джерела живлення з вихідною напругою 6 В. Електролампа EL2 буде світити яскраво. Ввімкнем в коло напівпровідниковий діод, як це показано на рис. 4 і будемо спостерігати, що яскравість електролампи EL2 зменшиться вдвічі – пояснюється це тим, що напівпровідниковий діод «відрізає» одну напівхвилю синусоїдального струму. В даному випадку напівпровідниковий діод пропускає позитивну напівхвилю і задержує негативну напівхвилю. Такий же результат, тобто електролампа EL2 буде світити менш яскраво,  отримаємо; якщо поміняти полярність напівпровідникового діода, як це показано на рис. 5. В даному випадку напівпровідниковий діод пропускає негативну напівхвилю і задержує позитивну напівхвилю. 

   На практиці це також можливо використати для зменшення нагріву електроплиток, електрокамінів, і інших нагрівальних приладів, використавши для цього потужний силовий діод типу Д247. При такому включенні нагрівальні прилади будуть більш тривалий час працювати.

 

image 

 

     Якщо блок живлення має вихідну напругу 12 В, то збираємо схему, приведену на

 рис. 6 і підключаємо до джерела живлення з вихідною напругою 12 В. Електролампа EL2, EL3 будуть світити яскраво. Ввімкнем в коло напівпровідниковий діод, як це показано на рис. 7 і будемо спостерігати, що яскравість світіння електроламп EL2, EL3 зменшиться вдвічі – пояснюється це тим, що напівпровідниковий діод «відрізає» одну напівхвилю синусоїдального струму. В даному випадку напівпровідниковий діод пропускає позитивну напівхвилю і задержує негативну напівхвилю. Такий же результат, тобто електролампи EL2 і EL3 будуть світити менш яскраво,  отримаємо; якщо поміняти полярність напівпровідникового діода, як це показано на рис. 8. В даному випадку напівпровідниковий діод пропускає негативну напівхвилю і задержує позитивну напівхвилю. 

   На практиці це також можливо використати для зменшення нагріву електроплиток, електрокамінів, і інших нагрівальних приладів, використавши для цього потужний силовий діод типу Д247. При такому включенні нагрівальні прилади будуть більш тривалий час працювати.

     При використанні блока живлення на 12 В необхідно дві електролампи розжарення на 6,3 В × 0,28 А і ввімкнути їх послідовно, як це показано на рис. 6, рис. 7 і на рис. 8.

 

 

 

 

image 

 

    Для виготовлення  блока живлення необхідно:

 

                трансформатор силовий понижувальний 220/6, або 220/12 – 1 шт;

                електровилка - 1 шт;

                провід двохжильний 2 × 1,5 мм 2 – 3 м.;

                електролампа розжарення 12 В х 40 Вт - 1 шт (автомобільна); •           патрон для електролампи розжарення на 12 В х 40 Вт - 1 шт.

                тримач запобіжника на 0,5 А – 1 шт;

                запобіжник на 0,5 А – 1 шт;

                пластмасовий корпус;

 

 

. Трансформатор можливо взяти від фільмоскопа, який має на виході напругу 6 В  (живиться електролампа на 6 В, 10 Вт). Можливо також використати силовий трансформатор від лампового радіоприймача, який має вихідну напругу 6,3 В для розжарення радіоламп, або уніфіковані трансформатори типу ТН2, ТН4, ТН7, ТН36; використавши одну з обмоток на 6,3 В. Для безпечного користування понижувальним трансформатором його необхідно помістити в пластмасовий корпус і послідовно з вторинної обмоткою ввімкнути баластну електролампу розжарення на 12 В, 40 Вт, як це показано на рис. 9. Така конструкція фактично має захист від короткого замикання – при якому навантаження на «себе» візьме баластна електролампа. Якщо блок живлення буде на 12 В, то необхідно використовувати понижувальний трансформатор на 12 В. Як понижувальний трансформатор на 12 В можна використати трансформатор типу  

ОСД 01, У4, 2; або уніфіковані трансформатори типу ТН4, ТН7, ТН36, ТН46. Якщо навіть станеться коротке замикання на виході блока живлення, то при цьому засвітиться електролампа EL1 і великого струму в вторинній ланці не буде.  

image 

Література:

1. Правила техніки безпеки при роботі з електросхемами – така стаття є на цьому сайті.

Автор: Бабин Дмитро Святославович Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» доповнення https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/  

 

 

                                      Типи випрямлячів змінного струму

 

       Випрямлення  — перетворення змінного струму у постійний. Для випрямлення використовуються електричні пристрої, які пропускають струм тільки в одному напрямку — діоди. 

Типи випрямлячів:

              однопівперіодні — пропускають в навантаження тільки одну півхвилю;

              двопівперіодні    (випрямляч          з        нульовим    виводом         трансформатора) —    пропускають    

              в навантаження обидві півхвилі;

              двопівперіодні ( мостова схема) —    пропускають в навантаження обидві півхвилі;

              схема подвоєння напруги- два однопівперіодні випрямлячі ввімкнені послідовно-   пропускають в навантаження обидві півхвилі;

              схема помноження напруги

   

Однопівперіодний випрямляч

На Рис. 1 показана схема й принцип дії однопівперіодного випрямляча. Використовуючи односторонню провідність напівпровідникового діода, струм у зворотному напрямку відтинається.

 

image 

    При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" діод VD1 відкривається і струм протікає від вторинної обмотки трансформатора через навантаження Rн. При зміні полярності напруги на первинній обмотці трансформатора — діод VD1 закритий і струм через навантаження не протікає. Перевагою однонапівперіодної схеми є те, що використовується лише один діод. Недоліками даної схеми є малий ККД і велика пульсація напруги на Rн. В практиці схема використовується для живлення пристроїв автоматики і телемеханіки а також широко використовується в імпульсних випрямлячах на високих частотах.   

 Якість вихідної енергії

  частота пульсацій: fвипр. = fмережі = 50 Гц

  пульсність: m = fвипр./ f мережі = 1

  середнє значення випрямленої напруги: Ud= Um/= 0.318 • Um

  коефіцієнт пульсації вихідної напруги: 2 = 1,57   

 

Двопівперіодний випрямляч з нульовим виводом трансформатора (схема Гретца)

image 

  На відміну від однофазного однопівперіодного випрямляча в однофазному випрямлячі з нульовим виводом струм у навантаженні протікає двічі за період у тому ж самому напрямку. При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" вікривається діод VD1 (VD2 закритий) і струм протікає від вторинної обмотки через навантаження Rн. При зміні полярності на виводах вторинної обмотки трансформатора — діод VD2 відкритий (VD1 закритий), струм проходить через навантаження Rн. При цьому зворотня напруга на діодах буде вдвічі більшою, ніж на навантаженні Rн. Магніторушійні сили, що зумовлені постійними складовими струмів вторинних обмоток направлені зустрічно. Тому перевагою схеми є відсутність вимушеного підмагнічування осердя трансформатора. Недоліком цієї схеми є неповне використання трансформатора — в кожен момент часу працює лише одна половина вторинної обмотки. Схема використовується досить часто, при невеликих потужностях для живлення різних радіоелектронних пристроїв. Якість вихідної енергії

  частота пульсацій: fвипр. = 2 • fмережі = 100 Гц

  пульсність: m = fвипр./ f мережі = 2

  середнє значення випрямленої напруги: Ud= Um2/

  коефіцієнт пульсації вихідної напруги: Кп = Um/Ud = 0.67

 

Двопівперіодний випрямляч- мостова схема

image 

   Для збільшення потужності випрямленого струму використовується мостова схема. Чотири діоди під'єднані таким чином, що під час половини періоду працюють лише два з них, а під час наступної половини — два інші, даючи корисний струм в тому ж напрямку. При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" струм від вторинної обмотки протікає по колу VD1, Rн, VD4. При зміні полярності на виводах вторинної обмотки трансформатора — по колу VD3, Rн, VD2. Перевагою мостового однофазного мостового випрямляча є те, що у цієї схеми вдвічі менша зворотня напруга на вентилі, порівняно зі схемою з нульовим виводом та високий коефіцієнт використання потужності трансформатора.

Недоліком схеми є необхідність застосування чотирьох діодів, що призводить до підвищених втрат в них і більшому падінню напруги в випрямлячі. Використовується в практиці найчастіше для живлення різних радіоелектронних пристроїв. У разі використання мостової схеми напруга на навантаженні пульсуюча, подібна за формою до випрямленої напруги на навантаженні в схемі з виводом середньої точки вторинної обмотки трансформатора, але вдвічі більша за значенням за умови однакових напруг 2u (t) на вторинній обмотці трансформатора. Якщо порівняти мостову схему й схему з виводом середньої точки вторинної обмотки трансформатора, які забезпечують однакові параметри випрямленої напруги, то можна виділити такі переваги мостової схеми:

? значення зворотної напруги на закритих діодах і діюче значення напруги на вторинній обмотці трансформатора вдвічі менші у мостовій схемі; не має потреби у виводі середньої точки трансформатора; вдвічі менша кількість витків вторинної обмотки трансформатора, менша розрахункова потужність трансформатора, отже, трансформатор легший і дешевший. 

Недоліком мостової схеми вважається наявність чотирьох діодів. Однофазні мостові схеми випрямлення широко застосовують у електропристроях малої потужності. 

Якість вихідної енергії

  частота пульсацій: fвипр. = 2 • fмережі = 100 Гц

  пульсність: m = fвипр./ f мережі = 2

  середнє значення випрямленої напруги: Ud= Um2/

  коефіцієнт пульсації вихідної напруги: Кп = Um/Ud = 0.67

 

 

 Однофазний двотактний випрямляч із подвоєнням напруги (випрямляч за схемою Латура-Делона-Гренашера)

 

   Модифікація випрямляча виконаного за схемою Гретца дозволяє отримати подвоєну вихідну напругу за однаковим значенням вхідної напруги із заміною двох діодів двома конденсаторами. Такий випрямляч має назву - випрямляч за схемою Латура- Делона- Гренашера. У випрямляч за цією схемою входять два діода  та два конденсатори, які утворюють з однією і тією ж обмоткою трансформатора два однотактні випрямлячі Кожен з випрямлячів працює на «свій» конденсатор та, й створює на них випрямлену напругу відповідно. Напруга на виході випрямляча дорівнює сумі цих двох напруг. Проаналізуємо режим холостого ходу, тобто Rн відсутній. Тоді кожен з конденсаторів  заряджений до максимальної напруги , й вони не розряджаються. Якщо до випрямляча підключити  навантажувальне коло Rн - конденсатори дещо розряджаються і напруга знизиться. Таким чином, за схемою Латура можна отримати на виході помножену майже у 2 рази випрямлену напругу. Зарядні струми конденсаторів і дорівнюють один одному і протікають через вторинну обмотку в протилежних напрямах, тому в трансформаторі немає вимушеного підмагнічування магнітопроводу. Схема випрямляча з подвоєнням напруги приведена на рис. 4

image

 Якість вихідної енергії

  частота пульсацій: fвипр. = 2 • fмережі = 100 Гц

  пульсність: m = fвипр./ f мережі = 2

  середнє значення випрямленої напруги: Ud= 2 • Ud

  коефіцієнт пульсації вихідної напруги: Кп = Um/Ud = 0.67

 

         Помножувач напруги (схема Кокрофта-Уолтона)

image

   Помножувач напруги (або каскадний генератор) — пристрій, що перетворює низьку змінну (пульсуючу) напругу у високу постійну. У кожному окремому каскаді змінна напруга випрямляється, а випрямлені напруги включаються послідовно і таким чином сумуються. Зв'язок каскадів з джерелом живлення здійснюється через ємності або за допомогою взаємної індукції. Живлення каскадів може бути як послідовним, так і паралельним. Амплітуда напруги на виході помножувача напруги теоретично в ціле число разів вище, ніж на вході. У реальних схемах будь-яке навантаження буде зменшувати отриману напругу. Навантажувальна здатність помножувача пропорційна частоті, величині ємностей конденсаторів, що входять до його складу і обернено пропорційна числу ланок. Серед ємнісних каскадних генераторів з послідовним живленням найбільш поширені несиметричний генератор Кокрофта-Уолтона (вперше побудований в 1932 році англійськими вченими Дж. Кокрофт і Е. Уолтон. Традиційна область застосування електрофізичних апаратура, і в першу чергу високовольтні прискорювачі великої потужності. Кожен діод і конденсатор утворюють «ланку» і ці ланки можна з'єднувати послідовно до отримання напруги в кілька десятків кіловольт. Звичайно, для цього вхідна напруга теж має бути досить великою. На рис. 5 зображений чотирьохланковий помножувач напруги і на виході ми отримуємо напругу, яка в чотири рази перевищує вхідну (Uвх). Ці випрямлячі набули великого поширення там, де потрібно отримати високу напругу при досить малому струмі. Наприклад, за такою схемою були виконані джерела високої напруги в старих телевізорах і осцилографах для живлення анода електронно-променевої трубки. Зараз такі джерела живлення використовуються в наукових лабораторіях, в детекторах елементарних частинок, в медичній апаратурі (люстра Чижевського) і в зброї самооборони (електрошокер). При повторенні подібних конструкцій і підборі деталей, слід враховувати робоча напруга, як діодів, так і конденсаторів виходячи з напруги, яке ви хочете отримати. Весь помножувач напруги, як правило, заливається спеціальним компаундом або епоксидною смолою, щоб уникнути високовольтних пробоїв між елементами схеми.                                   

                      Стенд- п’ять типів випрямлячів змінного струму

    Схеми описаних вище випрямлячів з конденсаторами для фільтрації випрямленої напруги доцільно змонтувати в одному корпусі і отримаємо стенд для демонстрації різних схем випрямлячів. Стенд можливо використовувати і для лабораторної роботи по визначенню коефіцієнта пульсацій на виході випрямляча. Про роботу кожного з випрямлячів було описано вище. Однопівперіодний випрямляч немає вихідних гнізд, а використовується лише для живлення індикаторного світлодіода HL1. Чотири випрямляча мають вихідні гнізда і напругу 32 В, 16 В можливо використовувати для живлення різних радіоелектронних пристроїв з навантаженням до 300 мА. Для безпечного користування стендом в вихідний ланцюг випрямляча на 240 В встановлено резистор на 47 кОм, таким чином обмежено вихідний струм до 5 мА, що безпечно для людини. Якщо проводити вимірювання вихідної напруги 240 В, то необхідно врахувати внутрішній опір (47 кОм) випрямляча. До випрямляча на 240 В можливо підключати  індикатори тліючого розряду і спостерігати їх роботу. Так для підключення індикатора ИН-4 необхідно «+» 240 В подати на 1-й анод- 13-а «ніжка» і на 2-й анод- 10 «ніжка», а «-» на інші «ніжки» індикатора (виводи електродів: при виконанні з двома анодами: 1 - цифра 4; 2 - цифра 6; 3 - цифра 8; 4 - екран; 5 - цифра 9; 6 - цифра 7, 7 - не підключений; 8 - цифра 0; 9 - цифра 2; 10 - анод другий; 11 - цифра 3; 12 - цифра 5; 13 - анод перший;

14 - цифра 1; при виконанні з одним анодом: «+» подати тільки на 13 «ніжку»).

   Для стенда, схема якого приведена на Рис. 6 можливо використати любий понижувальний трансформатор з п’ятьма  вторинними обмотками, Потужність трансформатора 20…30 Вт. Можливо, щоб обмотки мали різні вихідні напруги- це не має особливого значення. Якщо використати трансформатор з такими вихідними напругами, як на приведеній схемі, то ці випрямлячі можливо використати в практиці для живлення радіоапаратури, пристроїв автоматики. Для живлення радіоприймачів на 9 В необхідно виготовити стабілізатор напруги (СН) і з ±16 В отримати стабілізовані ± 9 В. Схема СН приведена на Рис. 7. Для захисту схеми при неправильному підключенні (по полярності) в схему введено діод VD1. На транзисторі VT1 (на радіаторі з S= 25 см2) зібрано емітерний повторювач, тобто на його виході буде напруга на 1 В менша, ніж на стабілітроні VD2, тому стабілітрон використано на 10 В. Світлодіод HL1- індикатор наявності напруги на виході

СН.                                     

image 

 

  Габаритні розміри корпусу:  220 х 80 х 50 мм. Корпус пластмасовий, верхня і бокові стінки прозорі, з органічного скла. Зовнішній вигляд стенду і стабілізатора напруги на 9 В показано на фото 1. Якщо необхідно отримати стабілізовану напругу ±12 В, то замість стабілітрона КС510А необхідно застосувати стабілітрон типу Д814Д.   Аналогічну схему стабілізатора, при необхідності, можливо зробити і на 24 В і з 32 В отримати стабільну напругу ±24 В. Для цього необхідно конденсатори С1 взяти на робочу напругу 35, або 40 В, а замість стабілітрона VD2 встановити два стабілітрона: Д814Д і Д814Г включених послідовно. Таким чином крім демонстрації  різних типів випрямлячів пристрій можливо використовувати для живлення різної радіоелектронної апаратури: радіоприймачі, підсилювачі, прилади автоматики і телемеханіки. 

 

image 

 Фото 1. Стенд- п’ять типів випрямлячів змінного струму, стабілізатор напруги на                 ±9 В, індикатор ИН- 4

Автор: Бабин Дмитро Святославович Джерело: Інтернет «Саморобні прилади з фізики» доповнення  https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/  

 

pdf
Додано
8 грудня 2020
Переглядів
847
Оцінка розробки
Відгуки відсутні
Безкоштовний сертифікат
про публікацію авторської розробки
Щоб отримати, додайте розробку

Додати розробку