Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Лабораторные стабилизаторы напряжения постоянного тока

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Стабилизаторы напряжения на транзисторах

Современная электронная аппаратура предъявляет жесткие требования не только пульсациям выходного напряжения источника питания, но и к неизменности (стабильности) его постоянного напряжения. В процессе работы ВИП напряжения на выходе сглаживающего фильтра может изменяться (имеются в виду медленные изменения, а не пульсации) в основном по двум причинам: изменение напряжения питающих цепей и сопротивление нагрузки. Если эти изменения недопустимо велики, то в схему ВИП вводится стабилизатор напряжения. Стабилизатором напряжения называется радиоэлектронное устройство автоматически поддерживающее с заданной точностью требуемую величину постоянного напряжения на нагрузке при изменении напряжения питания или тока нагрузки. Различают параметрические и компенсационные стабилизаторы, разделяющиеся, в свою очередь, на стабилизаторы непрерывного и импульсивного действия (ключевые стабилизаторы).

Основными параметрами стабилизаторов постоянного напряжения являются: коэффициент стабилизации напряжения, показывающее во сколько раз относительное приращение выходного напряжения меньше вызвавшего его относительного приращения входного напряжения

Кст = (∆Uвх/ Uвх)/(∆Uвых/Uвых);

Выходное сопротивление, характеризующего изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки:

Коэффициент полезного действия

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия относятся к устройствам автоматического регулирования с отрицательной обратной связью. Различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типа. Стабилизаторы последовательного типа наиболее широко используются в ВИПах. На рис. 4.10. показан простейший компенсационный стабилизатор на дискретных транзисторах.

Рис. 4.10. Стабилизатор напряжения на транзисторах.

В схеме стабилизатора транзистора Т1 является регулирующим (силовым) элементом, управление которым осуществляет усилитель на транзисторе Т2. Стабилитрон Д и резистор R2 составляют параметрический стабилизатор, создающий опорное (эталонное) напряжение Uоп. Резисторы R3 и R4 – элементы цепи отрицательной обратной связи, напряжение на выходе которой пропорционально напряжению на нагрузке Uoc=UHR4/(R3+R4). В данном стабилизаторе выходное напряжение всегда равно разности между входным напряжением и падением напряжения на регулирующем транзисторе Т1, т.е. UH=Uвх-Uк. Схема работает следующим образом. Допустим, что из-за увеличения входного напряжения выходное напряжение стало выше нормального. Это вызовет увеличение напряжения обратной связи Uос на резисторе R4 выходного делителя и сигнала рассогласования Uос-Uоп, который усиливается транзистором Т2 и поступает на базу регулирующего транзистора Т1 такой полярности (плюсом), что транзистор призакроется. Это вызовет увеличение падения напряжения на регулирующем транзисторе и уменьшения напряжения на нагрузке до номинального значения. Таким образом, при отрицательном сигнале рассогласовании транзистор Т2 приоткрывается, его коллекторный ток растет и из-за увеличения падения напряжения на резисторе R1 потенциал коллектора и соединенного с ним базы транзистора Т1 по абсолютной величине уменьшается. В результате чего транзистор Т1 подзапирается. Если напряжение рассогласования становится положительным (а это случается при уменьшении входного напряжения), то Т2 призакрывается (из-за роста потенциала базы по абсолютной величине), и на нем меньше падает напряжение. В результате на выходе напряжение поднимается до исходного значения.

Итак, регулирующий транзистор меняет свое сопротивление в зависимости от изменения напряжения на входе, и поэтому падение напряжения на нем либо уменьшается, либо возрастает, компенсируя уменьшение или увеличение входного напряжения. Выходное напряжение при этом остается практически неизменным.

Стабилизатор с операционным усилителем приведен на рисунке 4.11. Поскольку потенциалы на обоих входах ОУ должны быть близки друг другу, то потенциал в точке а равен опорному напряжению: Ua=Uоп. Отсюда, выражая Ua через выходное напряжение в виде Ua=β U2, получаем:

Читайте так же:
Стабилизатор тока 220 вольт схема

где β – коэффициент обратной отрицательной связи, определяющийся делителем напряжения на потенциометре с сопротивлением в 22к. Меняя этот коэффициент можно регулировать выходное напряжение стабилизатора.

Использование ОУ позволяет решить одну из главных проблем – резко уменьшить выходное сопротивление стабилизатора. Действительно, зададим на выходе приращение ∆Uo. Усиленное приращение Ко∆Uo, поступая на базу транзистора, вызовет приращение эмиттерного тока ∆Iо≈ Ко∆Uo/rэ. Отсюда Rвых= ∆Uo/∆Iо≈r/Ko. Поскольку Ко очень большое число, то выходное сопротивление может составить тысячные доли Ома и менее.

Рис. 4.11. Стабилизатор напряжения с использованием ОУ.

4.2.1 Описание лабораторного макета.

Выпрямитель построен по мостовой схеме, питается от сети через понижающий трансформатор. В диагональ моста последовательно с нагрузкой поставлено небольшое токовое сопротивление RТ, падение напряжения на котором пропорционально току, проходящему через диоды. Благодаря этому сопротивление можно с помощью осциллографа пронаблюдать форму тока и измерить угол отсечки. Измеряя расстояние l1 между импульсами тока на экране l2, можно определить угол отсечки q .

Рис. 4.12. Принципиальная схема исследуемого стабилизированного выпрямителя.

Рис. 4.13. К определению угла отсечки.

Далее после выпрямительного моста стоит П – образный LC- фильтр с выводами в точках 2 и 3, соответствующими С –фильтру и LC- фильтру. Эти выводы выполнены для измерения коэффициента сглаживания фильтра и коэффициента пульсаций. Переключатель П имеет две позиции «4» и «5». В позиции «4» исследуется только выпрямитель с фильтром. В позиции «5» к выпрямителю подключается стабилизатор и исследуется стабилизированный выпрямитель.

4.3. Рабочее задание.

4.3.1. Собрать схему (рис. 4.14). Исследовать нагрузочную характеристику Uвых = f (Iн) выпрямителя с фильтром. Построить ее.

Рис. 4.14. Электрическая схема исследования выпрямителя с фильтром.

Определить выходное сопротивление выпрямителя с фильтром.

4.3.2. Подключить осциллограф к токовому сопротивлению выпрямителя (точка «I»). Изменяя Iн в тех же пределах, снять зависимость угла отсечки от тока нагрузки (рис. 4.12). Построить график полученной зависимости.

4.3.3. С помощью осциллографа и вольтметра постоянного напряжения определить величину пульсации в точках «2» и «3» при номинальном значении тока.

4.3.4. Определить коэффициент сглаживания пульсации П – образного фильтра.

4.3.5. Переключателем П подключить выход выпрямителя ко входу стабилизатора, а миллиамперметр, нагрузку и вольтметр подключить к точке «Выход 11» таким же образом, что и на рис. 4.13. Снять нагрузочную характеристику стабилизированного выпрямителя. Определить диапазон стабилизации. Оценить по графику максимальное значение Rвых стабилизатора и сравнить с расчетным.

4.3.6. Установить минимальное значение тока нагрузки (в середине области стабилизации). Соединить точки «2» и «3», подавая тем самым большие пульсации на вход стабилизатора. Измерять на входе и выходе стабилизатора амплитудные значения пульсации с помощью осциллографа. Измерить на входе и выходе стабилизатора значения постоянного напряжения с помощью вольтметра. Определить коэффициент стабилизации стабилизатора. Сравнить с расчетным.

Измерить входные и выходные напряжения выпрямителя без фильтра и электронного стабилизатора (рис. 4.14). Для этого соберите схему на стенде ЛКЭЛ (модуль ПЭ). Подайте входное синусоидальное напряжение UВх= 5…7 В частотой 5 кГц. Измерьте переменное напряжение между точками 1-2, 3-4 и 5-6 вольтметром В7-58. измерьте постоянное напряжение между точками 7-8 мультиметром М830.

Читайте так же:
Схема тиристорного стабилизатора постоянного тока

Вариант 1 (обмотки 1, 2, 3, 4, 9, 10):

U1-2 = ______B; U3-4 = _____B; U5-6 = _____B; U7-8 = ____ B;

Вариант 2 (обмотки 5, 6, 7, 8, 11, 12):

U1-2 = ______B; U3-4 = _____B; U5-6 = _____B; U7-8 = ____ B;

Рис. 4.15. Трансформатор и выпрямитель (без фильтра)

В отчете о проделанной работе должны быть краткий конспект теории выпрямителя и стабилизаторов, схема лабораторного макета, рабочее задание, расчет предварительного задания, все таблицы и графики.

4.5.1 Нарисуйте функциональную схему ВИП и объясните назначение всех её узлов.

4.5.2 Объясните принцип действия одно и двухполупериодного выпрямителя, нарисуйте кривые выпрямленных напряжений.

4.5.3 Чему равно среднее значение выпрямленного напряжения и коэффициенты пульсаций при одно и двухполупериодном выпрямлении.

4.5.4 В чем преимущество мостиковой схемы перед двухполупериодным выпрямителем с нулевым выводом. Представьте их схемы.

4.5.5 Объясните принцип сглаживания пульсаций напряжения на примере емкостного фильтра.

4.5.6 Объясните принцип работы П-образного LC фильтра.

4.5.7 Объясните принцип работы электронного стабилизатора.

4.5.8 Объясните зависимость угла отсечки от тока нагрузки.

Основы радиоэлектроники по редакцией Г.Д.Петрухина, МАИ, М.: 1993, 416с.

В.И.Нефедов Основы радиоэлектроники, Высшая школа, М.: 2000, 399с.

В.Н.Ушаков , О.В. Долженко. Электроника: от элементов до устройств, Радио и связь, М.: 1993, 352с.

Ф.Г.Китунович. Электротехника. Высшая школа, Минск, 1999, 399с.

Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. –М.: Энергия, 1977, с.621-649.

Исследование стабилизаторов напряжения постоянного тока

Страницы работы

Содержание работы

Лабораторная работа 5(8). ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛШАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изучение принципа действия стабилизаторов напряжения (параметрического и компенсационного), а также измерение их ос­новных параметров.

Краткие теоретические сведения

Напряжение источников питания электронной аппаратуры может изменяться при колебаниях напряжения сети переменного тока, а также при изменении силы тока, потребляемого аппаратурой. Для нормальной работы электронной аппаратуры в ряде случаев треЗуются напряжения питания более стабильные, чем могут обее-

меч.пъ обычные источники напряжения постоянного тока. Повыше­ние устойчивости питающего напряжения достигается применением стабилизаторов напряжения.

По роду стабилизируемой величины различают стабилизато­ры тока и напряжения. Наибольшее распространение получили ста­билизаторы напряжения, которые по способу стабилизации делят на параметрические и компенсационные.

Основным параметром, характеризующим качество работы стабилизатора напряжения, является коэффициент стабилизации

где А6’вх, Д£/ВЬ1Х — приращения входного и выходного напряжений; £ДЧ, t/вых — номинальные значения входного и выходного напряже­ний.

Наиболее простым стабилизатором напряжения является па­раметрический, однако он обеспечивает значительно меньший ко­эффициент стабилизации, чем компенсационный.

Параметрический стабилизатор напряжения

Схема стабилизатора (рис.5.1,а) содержит стабилитрон, включенный в обратном направлении, балластное сопротивление /?„ и сопротивление нагрузки У. На рис.5. б показана вольт-амперная характеристика стабилитрона, включенного в обратном направле­нии. Пои малых входных напряжениях (L/BXj, напряжение на стаби­литроне (Ц.т) будет также малым и ток стабилитрона (/сг) будет ни­чтожно мал, так что л.эжно счтгать его как бы отключенным от схе­мы. При этом /ву = /„ и напряжения на резисторах Л5 и RH будут рас­пределяться пропорционально их сопротивлениям, а зависимость Ц>ь.к -./(£ЛХ) будет приблизительно прямо пропорциональной. Когда входное напряжение возрастет настолько, что напряжение на стаби­литроне достигнет величины пробоя, ток через стабилитрон резко возрастет. Это приведет к большому падению напряжения на балла­стном сопротивлении RU, a выхсдное напряжение (7ВЬ1Х = (/„, при из­менении входного напряжения в определенных пределах, будет ос-

Читайте так же:
Стабилизатор тока для солнечной батареи

Обозначения соответствующих ве­личин приведены на рис.5.1.

Для получения большего значения коэффициента стабилизации целесообразно

выбрать значение Лб ближе к Дотах- При

‘ D «CvrtnuMn Рис.5.2.3авнс11М1>с1ь выход-

выборе сопротивления Лб необходимо, „ого 11апряжС1ШЯ от ,1Хол(Ю.

чтобы оно удовлетворяло требованию рас-

го для Нчрамсфичсекого ст абчлн i;t i op;.- напряжения

где гд = г„ = А(/Ст / А /ст — динамическое сопротивление (сопротивле­ние переменному току) стабилитрона, приводимое в справочниках по полупроводниковым приборам.

Компенсационный стабилизатор напряжения

Компенсационные стабилизаторы являются системами авто­матического регулирования, в которых за счет отрицательной об­ратной связи обеспечивается неизменность напряжения на нагрузке с большой степенью точности. Компенсационные стабилизаторы выполняются на полупроводниковых дискретный элементах и в ин­тегральном исполнении. В данной лабораторной работе исследуется компенсационный стабилизатор напряжения, построенный на опе­рационном усилителе.

Рис.5.3. Схема компенсационного стабилизатора напряжения на операционном

Лабораторная работа №6. Исследование параметрического стабилизатора напряжения

Изучить схемы и принцип работы параметрического стабилизатора постоянного напряжения.

Исследовать основные характеристики стабилизатора.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Стабилизатор является составной частью выпрямительного устройства и служит для поддержания неизменным (в определённом допуске) напряжения на нагрузке, которое может меняться под действием различных дестабилизирующих факторов. Такими факторами могут быть, например, колебания напряжения сети, изменения сопротивления нагрузки.

Качество работы стабилизатора характеризуется следующими числовыми параметрами:

1) коэффициент стабилизации по напряжению

где UВХ, UВЫХ — абсолютные приращения входного и выходного напряжения стабилизатора соответственно;

2) выходное сопротивление

где IН – абсолютное приращение тока нагрузки.

По способу стабилизации стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные. На рис.1 представлена схема параметрического стабилизатора напряжения.

Основным элементом стабилизатора является полупроводниковый стабилитрон VD. Обратная ветвь вольтамперной характеристики (ВАХ) стабилитрона имеет участок стабилизации, на котором напряжение стабилитрона зависит от тока очень незначительно (рис.2). Учитывая, что стабилитрон имеет нелинейную ВАХ, для описания работы параметрического стабилизатора напряжения можно использовать графические методы анализа нелинейных электрических цепей.

Рассмотрим работу стабилизатора на холостом ходу, т.е. при RH =  (IH = 0). В этом случае балластный резистор RБ и стабилитрон VD будут соединены последовательно, и данную цепь можно анализировать методом опрокинутой характеристики. На рис.2 представлены ВАХ стабилитрона (кривая 1) и опрокинутая ВАХ резистора RБ (прямая 2).

Точка их пересечения определяет значения напряжения на стабилитроне, равное UВЫХ и точка I = IСТ.

Если, например, входное напряжение UВХ изменится на некоторую величину UВХ, то прямая 2 сместится параллельно самой себе и займёт положение, показанное на рис. 2 пунктиром, и выходное напряжение на нагрузке изменится при этом весьма незначительно, т.е. UВЫХ UВХmin, изменение входного напряжения UВХ приведёт к весьма незначительному изменению выходного напряжения UВЫХ. Наклон данной характеристики на рабочем участке определяется величиной коэффициента стабилизации КСТ.

Внешняя характеристика стабилизатора UВЫХ = f (IH) при UВХ = const (рис.5) показывает, что при увеличении тока нагрузки IH происходит некоторое снижение напряжения UВЫХ. Это обусловлено отличием от нуля выходного сопротивления стабилизатора.

Чем больше выходное сопротивление стабилизатора RВЫХ, тем более крутым будет наклон внешней характеристики.

Читайте так же:
Что такое понижающий стабилизатор напряжения тока

Снижение напряжения на выходе при росте тока нагрузки IH в компенсационных стабилизаторах значительно менее выражено, чем в параметрических, что достигается наличием отрицательной обратной связи.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования являются параметрический и компенсационный стабилизаторы напряжения, собранные на плате №3. Параметрический стабилизатор включает в себя стабилитрон VD6 и балластный резистор R1. Компенсационный стабилизатор содержит в качестве регулирующего элемента транзистор VT1, усилитель VA1, делитель напряжения R2-R3. Нагрузкой служит переменный резистор RH.

Для измерения тока и напряжений используются многопредельный стрелочный амперметр и электронный вольтметр.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследовать зависимость выходного напряжения и тока стабилитрона от входного напряжения в цепи параметрического стабилизатора напряжения.

Соберите цепь согласно схеме (рис. 6).

Устанавливая последовательно величины входного напряжения постоянного тока по табл. 1, измерьте соответствующие выходные напряжения и токи стабилитрона посредством мультиметров. Результаты занесите в таблицу.

Лабораторная работа № 7 Исследование компенсационного стабилизатора напряжения

  • ID работы: 10573
  • Учебное заведение: СибГУТИ
  • Добавлена: 2016
  • Посл. изменения: 16-09-2020
  • Тип: Лабораторные.
  • Предмет: Электропитание устройств и систем телекоммуникаций
  • Описание
  • Детали

Другие лабораторные по этому курсу Вы можете найти по ссылке >>>>>

Изучение процессов в схеме компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока в статическом режиме и оценка влияния параметров цепи обратной связи на характеристики стабилизатора в целом.

1 Иванов–Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС:

Учебник для вузов по специальности “Радиотехника”. – М.: Высш. шк.,

  1. – 272 с., илл., ISBN.5–06–001896–2.

2 Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/ А.А. Бокуняев, Б.М. Бушуев, А.С. Жерненко и др. Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – 328 с., ил.

  • Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. – 4–е изд. – СПб.: КОРОНА принт, 2004. – 416 с., ил.

7.2 Пояснения к работе

Высокие коэффициент стабилизации и качество выходного напряжения можно получить только с помощью стабилизатора компенсационного типа, который выполняется по одной из структурных схем, показанных на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Структурные схемы стабилизаторов компенсационного типа с последовательно (а) и параллельно (б) включенным регулирующим элементом.

Выходное напряжение подается на схему сравнения (СС), в которой оно сравнивается с заданным значением UВЫХ. При отклонении выходного напря-жения UВЫХ от заданного значения на выходе схемы сравнения (СС) появляется сигнал рассогласования или управления UУ , который подается на вход усилителя. С выхода усилителя сигнал, имеющий значение UУС , подается на регулирующий элемент (РЭ), причем это воздействие приводит к изменению внутреннего сопротивления РЭ, а значит и падения напряжения на нем. При

правильно подобранных параметрах схемы, указанное изменение напряжения на регулирующем элементе должно скомпенсировать отклонение выходного напряжения UВЫХ от заданного значения.

Таким образом , UВЫХ =UВХ – U РЭ = const, т.е. будет стабилизировано. Сравнивая компенсационный метод стабилизации с параметрическим, можно заметить, что при компенсационном методе стабилизации регулирование выходного напряжения связано с воздействием по цепи отрицательной обратной связи на регулирующий элемент. Для оценки замкнутой системы с обратной связью используют коэффициент усиления по замкнутому контуру (петлевое усиление) на постоянном токе: KПЕТЛ = KД × KУ × KР ,

где KД – коэффициент передачи делителя напряжения;

Читайте так же:
Мощные полевые транзисторы в стабилизаторах тока

KУ – коэффициент передачи усилителя;

KР – коэффициент передачи регулирующего элемента.

Рассмотрим принцип действия компенсационного стабилизатора с последовательным включением регулирующего элемента. Принципиальная схема стабилизатора (рисунок 7.2) состоит из следующих функциональных узлов: VT1 – регулирующий транзистор, VT2 – усилительный транзистор и схема сравнения: делитель напряжения R3, R4 (следящий делитель) и источник опорного напряжения, который состоит из стабилитрона VD и резистора R2 . Напряжение на базе усилительного транзистора VT2 представляет собой разность между напряжением на нижней части делителя UR4 и опорным напряжением UVD .

Рисунок 7.2 – Принципиальная схема полупроводникового стабилизатора

Допустим, что вследствие изменения нагрузки или напряжения на входе схемы выходное напряжение UН увеличилось. При этом увеличится положительный потенциал на базе VT2 , что приведет к увеличению тока коллектора IК2 транзистора VT2. Возросший тока IК2 создает на резисторе R1 соответственно увеличенное падение напряжения, в результате чего понизится положительный потенциал базы транзистора VT1 и уменьшится ток его базы IБ1, а вместе с ним и ток коллектора IК1 . Уменьшенный ток коллектора IК1 позволит восстановить напряжение UВЫХ практически до прежнего значения.

7.4 Описание модели компенсационного стабилизатора

Модель компенсационного стабилизатора приведена на рисунке 7.3. Она позволяет исследовать процессы в компенсационном стабилизаторе напряжения (КСН) в статическом режиме.

Рисунок 7.3 – Модель компенсационного стабилизатора с последовательным

регулирующим элементом (Файл SKSN)

КСН содержит регулирующий элемент -VT1 (транзистор ZTX 869 из библиотеки zetex), источник эталонного напряжения — R3, VD1(стабилитрон 1N4733A из библиотеки motor 1n), следящий делитель R4,R5, усилитель цепи обратной связи DA1 (УПТ — микросхема 741 из библиотеки default) с нагрузкой R2.

Входное постоянное напряжение стабилизатору обеспечивает регулируемый источник ЭДС (EDS), который управляется напряжением с потенциометра R1 (клавиша 1) в диапазоне от 0 до 24 вольт с крутизной 2В/В. Это напряжение контролируется вольтметром U01. Генератор U1 создаёт пульсации на входе стабилизатора.

Величина нагрузки регулируется с помощью реостата RH путем нажатия клавиши R (на 5 % при каждом нажатии; для движения в другую сторону используют комбинацию Shift + R).

Вольтметр U02 измеряет постоянную составляющую выходного напряжения, вольтметр Um2 измеряет действующее значение напряжения пульсаций на выходе. Поэтому, при расчете коэффициента пульсаций необходимо учесть множитель . Переменную составляющую (амплитуду) можно измерять и посредством осциллографа (рисунок 7.4).

Рисунок 7.4 – Измерение уровней пульсации напряжения

Для этого установите удобную развертку: 0,5 mS/div; Y/T; Auto; 1 V/div (в канале А); 50…500 mV/div (в канале B); начальное смещение уровня сигнала Yposition равное 0,00.

Входы осциллографа должны быть закрыты (опция AC). Амплитудное значение входного напряжения Um1 соответствует 1 – ой визирной линии (показания в левом окне VA1) или ., амплитудное значение напряжения на выходе – Um2 измеряется второй визирной линией (VB2).

Величина нагрузки регулируется с помощью реостата RH путем нажатия клавиши R (на 5 % при каждом нажатии; для движения в другую сторону используют комбинацию Shift + R).

7.5 Порядок выполнения работы

1 В соответствии со своим вариантом (номером бригады) выпишите исходные данные из таблицы 7.1.

Таблица 7.1 – Исходные данные для компенсационного стабилизатора

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию