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对设计实验_测定半波整流电容滤波电路负载电阻上消耗的平均功率_的探讨

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对设计实验_测定半波整流电容滤波电路负载电阻上消耗的平均功率_的探讨 第 22卷 第 1期 邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报 Vol.22 No.1 2005年 2月 Journal of Xingtai Vocational and Technical College Feb. 2005 —————————————— 收稿日期:2004—10—13 作者简介:宋效先(1954-),河北张家口人,河北北方学院医学物理教研室,副教授。 10 对设计实验“测定半波整流...

对设计实验_测定半波整流电容滤波电路负载电阻上消耗的平均功率_的探讨
第 22卷 第 1期 邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报 Vol.22 No.1 2005年 2月 Journal of Xingtai Vocational and Technical College Feb. 2005 —————————————— 收稿日期:2004—10—13 作者简介:宋效先(1954-),河北张家口人,河北北方学院医学物理教研室,副教授。 10 对设计实验“测定半波整流电容滤波电路负载电阻上消耗的 平均功率”的探讨 宋效先,王伟平,王晓燕 (河北北方学院 医学物理教研室, 河北 张家口 075000) 摘 要:在教师指导下,由学生自行设计“测定半波整流电容滤波电路负载电阻上消耗的平均功率”实验。在整 个过程中,学生不断地发现问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 和解决问题,理论和实验紧密结合,实验能力得到了提高。 关键词:半波整流;电容滤波; 峰-峰值电压;平均功率 中图分类号:TM531.5;G423 文献标识码:A 文章编号:1008—6129(2005)01—0010—03 一、引言 过去开设的物理实验,学生基本都是按照实验教材事先给出的步骤按部就班地进行,甚至有些难度较大的实验, 由实验指导教师先演示一遍,再让学生去做。这样做的结果,学生学到了一些实验知识,学会了一些实验方法,教 师也顺利完成了教学任务。 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面看上去两全齐美的事,但回头看却发现,它在一定程度上抑制了学生的主观能动性, 学生发现问题和解决问题的能力并未得到提高。北京大学基础物理实验中心所进行的教学内容和课程体系改革,无 疑给实验教学带来了一缕春风,尤其在物理实验教材中给出的供学生选择的设计性和综合性实验,以充分发挥学生 的积极性、主动性为目的,为学生创造一个独立进行实验全过程的条件。我院有关医学专业新生入学后第一学期就 开设物理课,物理教材中还未涉及整流滤波的内容,在这种情况下,我们选择设计实验“测定半波整流电容滤波电路 负载电阻上消耗的平均功率”[1],在 03级医学信息与管理专业普通物理实验中进行了教学尝试,取得了良好的效果。 为了达到设计实验的目的,把学生分为四个小组进行设计和完成实验。学生可以利用充裕的课余时间查阅资料 和准备器材,发挥其想象力和创造力,选择不同的方式做实验。现 把有关设计实验情况归纳说明如下: 二、实验要求及仪器用具 1. 实验要求:电路如图 1所示,其中信号源为输出频率 f = 200Hz,峰-峰值电压 VU PP 5= 的正弦波,电容 C = 0.2µF。设计 实验方法和步骤,在不改变图示电路的条件下,测量负载电阻 R 及其消耗的平均功率。 2. 仪器用具:示波器、信号源、数字万用表、二极管、电容、 电阻(或滑线变阻器)、坐标纸。 三、电路 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与仪器用具的选取 1. 图 1 电路与工频整流滤波电路没有什么区别,输入交流信 号频率为 200HZ,比工频高,即单位时间内电容充、放电的次数会增大。因为信号频率较高,故可用 0.2µF 的小电 容滤波,但工频整流滤波的分析方法仍可用在该电路中。 2. 在半波整流电容滤波电路中,选择整流二极管 V,必须满足下列两个条件:[2] 最高反向电压应大于 iU22 ; ( 1 ) 最大整流电流(平均值)应大于 R U L 。 (2) 由题意可知 ui的峰-峰值电压 UPP = 5V,则 ui的幅值 Uim = iU2 =2.5V,故最高反向电压应大于 5V,可选整流 参数为 1A/50V,用于频率为 3KHZ以下的整流电路的整流二极管 1N4001,其电压余量较大,但考虑 ui为正半周时 V 导通,将有较大的瞬时冲击电流流过二极管,电流参数也较合适。 半波整流电容滤波电路中,电容量[3]可由下式确定: R TC )53( −≥ (3) C V ui R · · 图 1 半波整流电容滤波电路 + 邢台职业技术学院学报 2005年 第 1期 11 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 中 T 为信号源的输出周期。因为频率和周期互为倒数关系,所以 sfT 31051 −×== 。因为电容 C 取值限 定为 0.2µF,若式(3)中的系数取 3,则 R≥75KΩ。从理论上看,题中电容 C = 0.2µF适用于 R≥75KΩ的情况,此 时滤波效果良好。当 R<75KΩ时,滤波效果会差一些。 因此,电容 C可选择 0. 2µF/10V的漏电流小、工作温度范围大的钽电解电容器。 3. 当满足 C R ω 110> 及 %5≈ R ROD 的条件[4], UO = Ui (4) 其中 ROD包括二极管的正向电阻和变压器次极的直流电阻。 用示波器初步观察 R 取(15KΩ~10MΩ)的纹波,发现纹波的幅度随 着 R 的变化而变化,R 值越小,纹波幅度越大,反之亦然。要求出图 1 负载电阻 R及其消耗的平均功率 P,首先应求出 R取不同值时平均电压 值。图 2 给出了半波整流电容滤波电路输出电压的波形,Ud为输出电压 的平均值。只要求出 R取不同值的 Ud,就可求出平均功率 P。 4. 仪器选择:DC4322B型示波器、EE1641B1函数信号发生器/计数 器、DT9000型数字万用表。 四、设计实验方法和步骤 1.按图 1连接电路,R用滑线变阻器代替。 2.电阻 R依次按照从小到大的取值顺序,同时也按实际电阻的标称 值选择,即从 15KΩ开始至 10MΩ,从示波器上读取平均电压值 Ud的大小。 3.同 2.步骤,从数字万用表上读取平均电压值 Ud的大小。 4. 根据电压和功率的关系式 R UP d 2 = 计算平均功率值。 5.把平均电压 Ud值和平均功率 P值填入表 1中。 6.在坐标纸上画出平均功率和负载电阻的关系曲线(略)。 五、分析实验结果 表 1 1. 当 R取不同阻值时,由图 2波形可以看出,R(C已确定)值越大,放电的速度就越慢,输出电压的纹波就 越小。 2. 从表 1看出,R值增大,Ud增加,当 R 由 15KΩ增加至 10MΩ,平均电压 Ud由 1.62V(1.57V)增至 1.90V (1.97V),反映了 R增大使电容放电速度减缓,纹波减小,最终使 Ud增大。 3. 当 R = 75KΩ,平均电压 Ud = 1.78 V,即 UO = Ui ≈1.77V,满足 C R ω 110> 的条件,也满足式(3)的条件。 平均电压(V) 平均功率(mW) R(KΩ) Ud1(示波器) Ud2(万用表) P1=Ud12/R P2=Ud22/R 15 1.62 1.57 0.175 0.164 20 1.63 1.63 0.133 0.133 30 1.70 1.70 0.096 0.096 47 1.72 1.74 0.063 0.064 75 1.78 1.79 0.042 0.042 100 1.80 1.80 0.032 0.032 200 1.82 1.84 0.017 0.017 300 1.84 1.86 0.011 0.012 510 1.86 1.89 0.007 0.007 10MΩ 1.90 1.97 0.004 0.004 图 2 输出电压平均值 t uo o Ud 邢台职业技术学院学报 2005年 第 1期 12 4. 当 R取值从 15 KΩ至 47 KΩ,即 R<75KΩ,输出平均电压 Ud < Ui 。因为 R较小,放电速度加快,纹波 电压增大,直流电压减小。 5. 电阻 R值增大,平均电压增加的同时,平均功率却减小;R由 15KΩ增加至 10MΩ时,平均功率 P由 0.175 mW 下降至 0.004mW,电压升高而平均功率减小是因为流过电阻 R的放电电流大幅度减小的缘故。 6. 表 1 显示示波器 Ud1测量值与数字万用表 Ud2测量值之间出现的差异,主要是示波器测量值在一定的范围内 是估读出来的。 六、结束语 物理实验是培养学生发现、分析和解决物理问题能力的重要教学手段,采用学生自行设计实验“测定半波整流电 容滤波电路负载电阻上消耗的平均功率”,是我们进行物理实验教学方法改进的一次尝试。虽然与传统实验方法相比 用时较多,但实践证明,设计实验充分发挥了学生的积极性、主动性,给他们搭建了构思实验方法和步骤、独立进 行实验的平台,学生在设计实验的过程中不断加深对理论知识的理解和认识,同时也培养了学生的实验能力和科学 研究能力。 参考文献: [1]吕斯骅,段家.基础物理实验[M].北京:北京大学出版社,2002.323. [2]童诗白. 模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1998.646~648. [3]梁明理,邓仁清. 电子线路[M].北京:高等教育出版社,2001.357. [4]许开君,李忠波. 模拟电子技术[M].北京:机械工业出版社,1994.231. Designing experiment " Measure an Average Power for Half wave Rectifier and Capacitance Filter in Load Consuming Resistance" SONG Xiao-xian, WANG Wei-ping, WANG Xiao-yan (Hebei North University,Heibei,Zhangjiakou 075000,China) Abstract:Under the guidance of the teacher, Students designed the experiment themselves to measure an average power for half wave rectifier and capacitance filter in load consuming resistance. In the whole process, the student discovers constantly problems and solve problems, thus combines theory and practice, and improves their abilities as well. Key words:half wave rectifier;capacitance filter;peak-peak value voltage;average power (责任编辑 刘京中)
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分类:其他高等教育
上传时间:2011-12-03
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