Краткие теоретические сведения

Напряжения

Исследование компенсационного стабилизатора

Лабораторная работа №17

Контрольные вопросы

4.1 Почему пульсации напряжения на стабилитроне невелики?

4.2 Почему короткое замыкание на выходе не выводит параметрический стабилизатор из строя?

4.3 Когда применяют параметрические стабилизаторы?

. Сделать краткие выводы по работе

Цель работы: изучение принципа действия компенсационного стабилизатора напряжения, его исследование при изменении входного напряжения и нагрузки, расчет коэффициента стабилизации и выходного сопротивления.

Значительно лучшими параметрами обладает компенсационный стабилизатор напряжения: его коэффициент стабилизации может достигать сотен и даже тысяч единиц. Наиболее распространен компенсационный стабилизатор напряжения, регулирующий элемент которого включен последовательно нагрузке (рисунок 1). На вход схемы подается отфильтрованное нестабилизированное напряжение U_ВХ (его предельные отклонения от среднего значения ±∆U), которое распределяется между регулирующим транзистором VТ1 и сопротивлением нагрузки R₄, т.е:

(1)

Принцип действия стабилизатора состоит в следующем. Если увеличить U_ВХ, то автоматически почти на столько же увеличится , а U_ВЫХ – незначительно. При уменьшении U_ВХ уменьшается , а U_ВЫХ – незначительно.

Усилитель сигнала рассогласования выполнен на транзисторе VT2, на эмиттерный переход которого поступает два напряжения: опорное U_ОП, вырабатываемое параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD, и напряжение αU_ВЫХ, пропорциональное выходному напряжению (α - коэффициент деления делителя, выполненного на потенциометре R₃).

Рисунок 1

Сигнал рассогласования складывается из этих двух напряжений:

(2)

Усиливается и поступает на базу регулирующего транзистора VТ1, потенциал эмиттера которого равен выходному напряжениюU_ВЫХ стабилизатора. Напряжение в эмиттерной цепи транзистора складывается из двух напряжений:

(3)

Увеличение входного напряжения сопровождается увеличением выходного, а, следовательно, напряжения αU_ВЫХ. При этом напряжение U_БЭVT2 и ток коллектора транзистора VТ2 увеличиваются, а напряжение U_КVT2 и U_БЭVT1 в соответствии с формулой (3) уменьшаются. Одновременно уменьшается коллекторный ток транзистора VТ1, что равноценно увеличению сопротивления его промежутка коллектор-эмиттер и, следовательно, напряжения U_кэVT1.

Таким образом, почти все приращение напряжения U_ВХ приходится на регулирующий транзистор VТ1, а напряжение U_ВЫХ в соответствии с формулой (1) остается неизменным. Выходное напряжение стабилизатора все же изменяется, так как для поддержания нового электрического состояния транзистора VТ1 необходим некоторый сигнал рассогласования, тем меньший, чем выше коэффициент усиления усилителя сигнала рассогласования.

Уменьшение входного напряжения схема компенсирует уменьшением сопротивления промежутка коллектор-эмиттер транзистора VТ1, напряжение на котором уменьшается, а выходное напряжение стабилизатора изменяется незначительно. Аналогично стабилизатор реагирует на пульсации входного напряжения, значительно ослабляя их на выходе.

При изменении положения движка потенциометра R_З изменяется выходное напряжение U_ВЫХ стабилизатора. Это происходит потому, что в схеме автоматически поддерживается соотношение между напряжениями в эмиттерной цепи транзистора VТ2 в соответствии с формулой (2).

Из этой формулы следует, что .

Если движок потенциометра R₃ сместить к верхнему по схеме выводу (α = 1), то выходное напряжение стабилизатора приблизится к опорному.

При уменьшении а (смещение движка потенциометра R₃ к нижнему выводу) выходное напряжение увеличивается и соответственно уменьшается напряжение U_КЭVT1 пока транзистор VТ1 не перейдет в насыщение. Тогда

В этом режиме транзистор VТ1 перестает управляться, а стабилизатор - стабилизировать напряжение. Обычно напряжение на промежутке коллектор-эмиттер транзистора VТ1 составляет не менее (3-5) В при максимальном на­пряжении на выводе схемы. Такое же минимальное напряжение U_КЭVT1 необходимо для сглаживания пульсаций.

Дата добавления: 2017-02-01