Teilnehmer: 1: 2: 3: Funktionsweise von GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN

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1 BHT Berlin Fachbereich VII Labor für Elektronik und Hochfrequenztechnik Bachelor-Studiengang: Mechatronik ELL3B- Laborübung 3 Seite 1 von 5 Teilnehmer: 1: : 3: Funktionsweise von GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN Lernziele: Literatur: Funktion und Wirkungsweise der Gleichrichterschaltung verstehen Zusammenhang von Scheitelwert, Mittelwert und Effektivwert bei nicht sinusförmigen Strömen und Spannungen verstehen und die Messwerte mit den errechneten Werten vergleichen Zusammenhänge zwischen den Zeitverläufen verschiedener Ströme und Spannungen beobachten [1] Goßner, St.: Grundlagen der Elektronik, Shaker-Verlag [] Böhmer, E.: Elemente der angewandten Elektronik, Vieweg-Verlag [3] Kupferschmidt, K.H.: Neue Gesichtspunkte für die Dimensionierung von Netzgleichrichtern, Internat. Elektronische Rundschau 1965, Heft, S und S V... : vor der Laborübung vorzubereiten. D... : während der Laborübung zu bearbeiten Indizes: l: Leerlauf (z.b. U l : Leerlaufspannung von U ) M: Maximalwert (z.b. I M : Maximalwert des Stromes I ) AV: arithmetischer Mittelwert ( Average Value ) (z.b. U 0AV: arith. Mittelwert der Spannung U 0) RMS: Effektivwert ( Root Mean Square ) (z.b. I 0RMS: Effektivwert des Stromes I 0) 1 Der Netztransformator Sie dürfen die sekundärseitigen Klemmen des Kleintransformators 5V/3A (s. Bauteileliste auf S. 3)vereinfacht als Wechselspannungsquelle mit reellem (ohmschem) Innenwiderstand betrachten. Bestimmen Sie den sekundärseitigen Innenwiderstand des Kleintransformators durch Strom-/ Spannungsmessung. V1 Bestimmung des Transformator-Innenwiderstandes R it Entwerfen Sie eine Schaltung mit den verfügbaren Bauteilen (s. Bauteileliste S.3), einschließlich der Messmittel, mit deren Hilfe Sie den Innenwiderstand des Transformators sekundärseitig bestimmen können. Bereiten Sie eine Tabelle für die Messwerte vor. Wie ist das Strommessgerät anzuschließen? Müssen Sie Effektivwerte oder Mittelwerte messen? D1 Bauen Sie die Schaltung auf und kontrollieren Sie diese durch eine. Person. Führen Sie die notwendigen Messungen durch und tragen die Ergebnisse in die Tabelle ein. Sicherheitshinweise: Die Sekundärseite des Netztransformators nicht kurzschließen (Überlastung des Transformators) Berücksichtigen Sie die Belastbarkeit der Bauelemente

2 ELL3B-Laborübung 3 Seite von 5 Die Gleichrichterdioden V Bestimmung der Durchlassspannung der Diode MR504 bei A Entwerfen Sie eine Schaltung mit den verfügbaren Bauteilen (s. Bauteileliste S.3), einschließlich der Messmittel, mit deren Hilfe Sie die Durchlassspannung der Diode MR504 bei A einfach messen können D Bauen Sie die Schaltung auf und kontrollieren Sie diese durch eine. Person. Führen Sie die notwendigen Messungen durch und notieren Sie den Wert. 3 Untersuchungen an einer Einphasen-Brückengleichrichterschaltung V3.1 Brückengleichrichterschaltung ohne Ladekondensator C L Entwerfen Sie eine Schaltung mit den verfügbaren Bauteilen (s. Bauteileliste S. 3). Verwenden Sie den vorhandenen Kleintransformator 5V/3A, die Gleichrichterdioden MR 504 und den Lastwiderstand 33Ω mit Kühlkörper Sehen Sie Widerstände für die oszilloskopische Messung eines Diodenstromes vor. Was müssen Sie beim Anschluss der Oszilloskop-Masse beachten, wenn Sie beide Kanäle nutzen wollen? D3.1 Bauen Sie die Schaltung auf und messen Sie mit dem Oszilloskop die Augenblickswerte von Strom und Spannung an einer Diode. In x-y-darstellung erhalten Sie die Kennlinie der Diode. Sicherheitshinweis: Kurzschluss am Ausgang der Brücke kann die Dioden zerstören V3. Brückengleichrichterschaltung mit Ladekondensator C L Legen Sie eine Brückengleichrichterschaltung mit Glättungskondensator mit Hilfe der Auslegungshinweise auf Seite 4 wie folgt aus: U AUS = 30V, U AUS = 10%, I AUS = 1,75A Entwerfen Sie eine Schaltung mit Messwiderständen für die oszilloskopische Messung des Durchlassstromes einer Diode und des Kondensatorstromes. Benötigen Sie für die oszilloskopische Messung von I AUS einen zusätzlichen Messwiderstand? Wie misst man den Mittelwert der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes? Wie misst man den Stromflusswinkel? Wie misst man die Welligkeit (Spitze Spitze) der Ausgangsspannung? Warum ist die Ausgangsspannung nicht gleich dem Mittelwert der gleichgerichteten Eingangsspannung? Wann fließt Strom durch die Dioden, den Kondensator und die Last? D3. Überprüfen Sie durch Messungen, ob die Schaltung Ihre vorgegebenen Werte erfüllt. Sehen Sie sich Kondensator- und Last-Strom gleichzeitíg an. Stellen Sie Betriebswerte der Schaltung und Grenzwerte der Diode gegenüber. Sicherheitshinweis: Richtige Polarität des Kondensators beachten Explosionsgefahr

3 ELL3B-Laborübung 3 Seite 3 von 5 V3.3 Ermittlung des Einflusses von C L und R L auf, U AUS,AV, U AUS und t F Variieren Sie sowohl die Werte der Lastwiderstände als auch die der Glättungskondensatoren. Finden Sie einen rechnerischen Zusammenhang zwischen Welligkeit und Zeitkonstante. Fertigen Sie vor dem Versuch eine Tabelle an, in die Sie die Messwerte eintragen können. Überlegen Sie sich eine Strategie, welche Kombinationen Sie ausprobieren wollen. D3.3 Messen Sie die Welligkeit U AUS. Man kann während des Versuchs Kondensatoren oder Widerstände aus dem Steckbrett herausziehen und die Änderung am Oszilloskop direkt beobachten. Bauteileliste Widerstände: Schreibweise auf den Widerständen: 4,7kΩ 4k7 0,1Ω 0R1 Anzahl R/Ω P/W Anzahl R/Ω P/W Anzahl R/Ω P/W 0, ,k 0,5 10k 0, ,5 1 1,5k 0,5 1 k 0, ,8k 0,5 1 33k 0, ,7k 0,5 1 39k 0, k 0,5 1 47k 0, ,3k 0, k 0, ,9k 0,5 1 10k 0, ,7k 0, k 0, ,6k 0, k 0, ,5 1 6,8k 0,5 1 1M 0,5 1k 0,5 1 8,k 0,5 1 1,M 0,5 Widerstände auf Kühlkörper: Anzahl R/Ω P/W Anzahl R/Ω P/W Potentiometer kΩ Kondensatoren: Elektrolytkondensatoren: Polung beachten Anzahl Anzahl Anzahl Anzahl 100pF 100nF 1µF 100µF 330pF 470nF 1,µF 1 0µF 1nF 1µF 1 4,7µF 1 470µF 10nF 10µF µF 47nF 47µF 1 00µF Dioden: Gleichrichterdioden: 4x MR 504 Kennwerte: U F = 1V (10A) Grenzwerte: U RRM = 400V (periodische Spitzensperrspannung) I FAV = 3A (arith.mittelwert des Durchlassstromes) I FSM = 100A (Stoßdurchlaßstrom, nicht periodisch) I FRM = 1A (periodischer Spitzendurchlassstrom) Kleintransformator: prim.: 30V/50Hz, sek.: 5V/3A, (Kern M85a)

4 ELL3B-Laborübung 3 Seite 4 von 5 Auslegung einer Einphasen-Brückengleichrichterschaltung Gegeben: Erfahrungswert für den Stromflusswinkel: Θ = 0,6 (Bogenmaß) U AUS,AV, und Welligkeit ŵˆ = U AUS /U AUS I AUS plus I RMS = 4 π πθ U AUS,AV + U F U l = cos ( Θ) D1 D3 6,ms C L = U AUS U AUS,AV U (t) U AUS,AV R Last U AUS (t) U AUS U AUS D D4 i (t) Θ ωt minus Auslegung der Dioden: Betriebsgrößen der Schaltung Scheitelwert der Sperrspannung R M Arithmetischer Mittelwert des Diodenstromes Scheitelwert des Durchlassstromes Maximal möglicher Einschaltstrom U, = Ul, RMS I F,AV = I F,M = π I AUS, AV 4θ Ul, M U F Ieinschalt = RiTrafo Grenzwerte der Diode Periodische Spitzensperrspannung Arithmetischer Mittelwert des Durchlassstromes periodischer Spitzenwert des Durchlassstromes Stoßdurchlassstrom U RRM I FAV I FRM I FSM reverse repititive forward average forward repititive forward single Vorbereitung und Protokoll: 1. Aufgabenstellung. Vorhandenes Vorwissen 3. Schaltplan zur Versuchsdurchführung, Einzeichnen der Messgeräte. 4. Mögliche Gefahren und Fehler bei der Bauteileauswahl und der Versuchsdurchführung 5. Messwerte aufzeichnen: z. B. Tabelle anlegen 6. Auswertung: z. B. Vergleich von Messwerten und erwarteten Werten 7. Ergebnis: z. B. Theorie stimmt, es gibt Abweichungen von der Theorie Bis zum Anlegen einer Tabelle (Punkt 5) ausarbeiten und zum Versuch mitbringen

5 ELL3B-Laborübung 3 Seite 5 von 5 Anlage: Diagrammblatt zur Einphasen-Brückengleichrichterschaltung Brückenschaltung ohne Ladekondensator C L Brückenschaltung mit Ladekondensator C L E ) ) ) 7 5 ) 8 K ) ) ) 7 5 ) 8, 7 ) 7 5