Устройство и принцип действия аппарата для гальванизации

 

Основным узлом аппарата является выпрямитель со сглаживающим фильтром.

Выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводниковых диодов, сглаживающего фильтра (С₁, С₂ и др.) и потенциометра R_н. Переменное напряжение сети преобразуется трансформатором в нужное по величине напряжение, которое снимается с вторичной обмотки и подается на диоды, включенные по мостовой схеме.

 

Рисунок 5. Схема аппарата для гальванизации без сглаживающего фильтра

Рассмотрим процесс выпрямления переменного тока в данной схеме выпрямителя. Предположим, что в какой-то момент времени точка А (по схеме рис.5) имеет положительный потенциал по отношению к точке В. тогда ток протекает через диод Д₁ (пропускное направление), потенциометр R_н и Д₃ .

Во второй полупериод полярность точки А и В меняется на противоположную. Тогда ток потечет через диод Д₂, потенциометр R_н и Д₄.

Таким образом, в оба полупериода через потенциометр R_н течет ток, постоянный по направлению, но переменный по величине пульсирующий ток (рис. 6).

 

 

Рисунок 6. График двухполупериодного выпрямления без сглаживающего фильтра

 

Для сглаживания пульсаций тока используют сглаживающий фильтр, состоящий из двух конденсаторов С₁, и С₂ и дросселя Д_р

(рис. 7).

 

Рисунок 7. График двухполупериодного выпрямления со сглаживающим фильтром

 

При возрастании тока конденсаторы заряжаются. В тот момент, когда ток начинает уменьшаться, конденсаторы, разряжаясь через R_н, поддерживают ток, не давая падать ему до нуля. Это приводит к ослаблению амплитуды пульсаций тока. Одновременно с этими процессами происходит гашение колебаний тока в дросселе, в котором возникает ток самоиндукции противоположного направления, а при уменьшении основного тока, ток самоиндукции меняет свое направление и стремится поддержать его. Таким образом, пульсация основного тока еще больше уменьшается и через R_н течет ток, постоянный уже не только по направлению, но и по величине.

 

Порядок выполнения работы

 

Упражнение 1. Снятие вольтамперной характеристики диода

Измерения проводятся на макете, схема которого представлена на рис.8

 

 

Рисунок 8. Схема для снятия вольтамперной характеристики диода

 

 

1. Начертить в тетради таблицы 1 и 2.

 

Таблица 1

Результаты измерений и вычислений

Uпр, мВ	0	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
Iпр, мА	0

Таблица 2

Результаты измерений и вычислений

Uобр, В	0	20	40	60	80	100	120
Iобр, мкА

 

2. Для измерения прямого тока поставить все тумблеры в левое положение и включить макет в сеть. Устанавливая потенциометром R₁ напряжение U_пр согласно таблице 1, измерить соответствующие значения силы тока I_{п р}.

3. Для измерений обратного тока поставить все тумблеры в правое положение. Устанавливая потенциометром R₂ напряжение U_обр согласно таблице 2, измерить соответствующие значения силы тока I_обр.

4. Выключить макет из сети. По полученным данным построить вольтамперную характеристику диода I=f(U) на одном графике, причем U_пр и I_пр откладывать на положительных полуосях координат, а U_обр и I_обр - на отрицательных (масштабы для I_пр и I_обр, U_пр и U_обр - разные).

5. Оценить по полученной вольтамперной характеристике прямое R_пр и обратное R_обр сопротивления диода.

6. Оценить абсолютные погрешности всех измерительных приборов.

Упражнение 2. Исследование работы выпрямителя со сглаживающим фильтром

1. Перечертите схему изучаемого двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром (рис.9) в свою тетрадь. Аналогичные выпрямители используются в медицине в качестве источника постоянного тока, например, для гальванизации и электрофореза.

Рисунок 9. Схема для получения постоянного тока двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром

 

2. Подключить осциллограф к входным клеммам выпрямителя (точки А и В) и затем включить оба прибора в сеть.

3. Получить на экране осциллографа и зарисовать наблюдаемые осциллограммы, соответствующие:

а) Выпрямляемому переменному току (точки А и В на схеме).

б) Однополупериодному выпрямлению:

1) без сглаживающего фильтра. Для этого подключить осциллограф к выходным клеммам выпрямителя и поставить все тумблеры в нижнее положение.

2) с фильтром из:

а) одного конденсатора С₁. Для этого поставить тумблер К₂ в верхнее положение;

б) двух конденсаторов С₁ и С₂. Для этого поставить тумблер К₃ в верхнее положение;

в) двух конденсаторов С ₁ и С₂ и индуктивности L. Для этого поставить тумблер К₄ в верхнее положение.

Примечание. Все четыре осциллограммы (1; 2а, 2б, 2в) рисуются разными линиями на одном графике в том же временном масштабе, что и в случае А.

в) Двухполупериодному выпрямлению:

1) без сглаживающего фильтра. Для этого все тумблеры, кроме К₁, поставить в нижнее положение.

2) с фильтром... - выполняется аналогично пункту 2) для случая Б.

3) выключить оба прибора из сети.

Задание по УИРС

Оценить по вольтамперной характеристике контактную разность потенциалов р-n- перехода (Dj»Uпр, правее которого характеристика становится практически линейной, т.е. выполняется закон Ома).

 

Контрольные вопросы:

1. Основные положения и понятия зонной теории.

2. Различие между металлами, полупроводниками и диэлектриками согласно зонной теории.

3. Типы полупроводников, образование и свойства p-n перехода.

4. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

5. Схема и принцип работы двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим фильтром.

6. Электропроводность тканей организма, первичное действие на них постоянного тока.

7. Применение постоянного тока в лечебных целях (гальванизация и электрофорез).

 

Лабораторная работа №7