Задача 1. Выпрямитель состоит из трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен диод VD1 и резистор нагрузки R (рис. 1). Параллельно с резистором соединен конденсатор C, сглаживающий пульсации. Методом компьютерного моделирования получим график зависимости тока iD(t) через диод и напряжения UN на нагрузке от времени.

Рис. 1. Выпрямитель с емкостным фильтром. Эта электрическая цепь описывается уравнениями:

Здесь i₁ -- ток в первичной обмотке трансформатора, i_N -- ток через нагрузку, i_C -- ток через конденсатор, e₂ -- ЭДС индукции во вторичной обмотке, R_D -- сопротивление диода. За время Δt конденсатор увеличивает свой заряд на величину Δq=i_CΔt. Потенциал φ_b точки b равен напряжению на резисторе нагрузки u_N. Используется программа ПР-1; результаты моделирования -- на рис. 2.

Программа ПР-1.

Рис. 2. Расчет работы выпрямителя с фильтром на компьютере.

Задача 2. Используя компьютерную модель однополупериодного выпрямителя, изучите зависимость амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения от частоты переменного напряжения, емкости C сглаживающего конденсатора и сопротивления R резистора нагрузки.

Для решения этой задачи используется программа ПР-1. Изменяя частоту f напряжения питания, емкость C конденсатора и сопротивление R нагрузки, можно установить, что при увеличении частоты f, емкости C и сопротивления R амплитуда пульсаций уменьшается.

Задача 3. Создайте компьютерную модель двухполупериодного выпрямителя с индуктивным фильтром, состоящим из катушки индуктивности, соединенной последовательно с нагрузкой.

Рис. 3. Индуктивный фильтр.

Допустим, однополярное пульсирующее напряжение u₂(t) подается на индуктивный фильтр, состоящий из катушки индуктивности L, включенной последовательно с нагрузкой R (рис. 3). От второго закона Кирхгофа перейдем к конечным разностям:

Для компьютерного моделирования работы выпрямителя используется программа ПР-2. Она содержит цикл по времени, в котором вычисляются значения токов i_D, i_C, i_N и напряжений u₂=e₂, u_N в последовательные моменты времени, и строятся соответствующие графики (рис. 4).

Программа ПР-2.

Рис. 4. Сглаживание пульсаций с помощью индуктивного фильтра.

Задача 4. Методом компьютерного моделирования изучите зависимость амплитуды пульсаций от частоты напряжения, индуктивности катушки и сопротивления нагрузки.

Проводя серию вычислительных экспериментов при различных частоте f, индуктивности L, сопротивлении R, можно убедиться в том, что при увеличении ω и L и уменьшении R амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения уменьшается.

Тексты программ находятся в zip-архиве, файл gl2-9.pas.

Майер, Р. В. Задачи, алгоритмы, программы / Р. В. Майер [Электронный ресурс]. - Глазов: ГГПИ, 2012 // Web-site http://maier-rv.glazov.net .