Лабораторная работа №5. Изучение принципов работы стабилизатора напряжения

Изучение принципов работы стабилизатора напряжения.

Вывод

По полученным значений видно, что экспериментальные и теоретические значения примерно совпадают. Теоретические получились больше экспериментальных т.к. коэффициент был взят как среднее значение между максимально и минимально допустимым, а также из-за того, что вместо реальной БТ была использована малосигнальная физическая модель.

Руководитель: Бонч-Бруевич А.М.

Выполнили: Свешников К.А.

Гуменный К.А.

Москва 2012.

Исследование возможных схем последовательного стабилизатора напряжения средствами Multisim 10.

Цель работы:

Провести моделирование и анализ работы схем транзисторного стабилизатора напряжения помощью программы Multisim 10. Определить показатели качества стабилизатора напряжения.

Задание на лабораторную работу:

1- Собрать схему стабилизатора напряжения.

№ варианта	Тип схемы	Напряжение стабилизации
		15В

2- Изменить параметры схемы (тип стабилитрона и параметры делителя напряжения) так, чтобы напряжение стабилизации соответствовало варианту задания.

3- Определить функциональные назначения элементов схемы (регулирующий элемент, задающий элемент, обратные связи).

4- Построить ВАХ стабилитрона или диода, при наличии их в схеме.

5- Определить параметры транзистора.

6- Построить зависимость коэффициента стабилизации от входного напряжения при сопротивлении нагрузки 1 к Ом.

7- Построить зависимость коэффициента стабилизации напряжения от сопротивления нагрузки при максимально допустимых значениях входного напряжения.

8- Построить зависимость КПД стабилизатора от входного напряжения при сопротивлении нагрузки 1 к Ом.

9- Построить зависимость КПД стабилизатора от сопротивления нагрузки при максимально допустимых значениях входного напряжения.

10- Объяснить полученные результаты.

11- Сделать выводы, ответить на контрольные вопросы, оформить отчет.

Выполнение работы:

1) Соберем схему стабилизатора напряжения.

Рис.1. Схема стабилизатора напряжения

2) Изменить параметры схемы (тип стабилитрона и параметры делителя напряжения) так, чтобы напряжение стабилизации соответствовало варианту задания

Рис.2. Схема с другой моделью стабилитрона

Мы заменили стабилитрон другой моделью. И тем самым, пришли к заданному по условию задачи напряжению стабилизации 5 V.

3) Определить функциональные назначения элементов схемы (регулирующий элемент, задающий элемент, обратные связи).

· Задающий элемент – источник питания V1

· Регулирующие элементы – биполярные транзисторы Q1,Q2

· Обратные связи – R4 и стабилитрон D1

4) Построить ВАХ стабилитрона или диода, при наличии их в схеме

Рис.3. Схема со стабилитроном ВАХ стабилитрона

5) Определить параметры транзистора.

· Материал p-n-перехода: Si

· Структура транзистора: npn

· Предельная постоянная рассеиваемая мощность коллектора (Pc) транзистора: 200mW

· Предельное постоянное напряжение коллектор-база (Ucb): 18V

· Предельное постоянное напряжение коллектор-эмиттер (Uce) транзистора: 18V

· Предельное постоянное напряжение эмиттер-база (Ueb): 5V

· Предельный постоянный ток коллектора транзистора (Ic max): 100mA

· Предельная температура p-n перехода (Tj): 125 С

6) Построить зависимость коэффициента стабилизации от входного напряжения при сопротивлении нагрузки 1 кОм.

- коэффициент стабилизации

U_вх =13, 14,15,16,17,18,19,20 V;

U вх (B)
U ст (B)	10,1	10,146	10,184	10,219	10,252	10,282	10,311	10,34
I ст (mA)	10,1	10,146	10,184	10,219	10,252	10,282	10,311	10,34

Рис.4. Зависимость коэффициента стабилизации от входного напряжения при сопротивлении нагрузки 1 кОм.

K_s = 1000; K_s – не изменяется от варьирования U_вх.

7) Построить зависимость коэффициента стабилизации напряжения от сопротивления нагрузки при максимально допустимых значениях входного напряжения.

U_вх = 15 V; Варьируем теперь Rн = 0.7; 0.8; 0.9; 1; 1.1; 1.2, кОм

R н (Ом)	0,7	0,8	0,9		1,1	1,2
U ст (B)	10,182	10,182	10,183	10,184	10,185	10,186
I ст (mA)	14,55	12,73	11,31	10,18	9,26	8,49

Рис.5. зависимость коэффициента стабилизации напряжения от сопротивления нагрузки при максимально допустимых значениях входного напряжения.

8) Построить зависимость КПД стабилизатора от входного напряжения при сопротивлении нагрузки 1 кОм.

КПД = P_{(полезная)} / P_{(затраченная)} * 100%

Варьируем U_вх = 13,14,15,16,V;

U вх (B)
I вх (mA)	13,353	14,38	15,406	16,433
U ст (B)	10,1	10,146	10,184	10,219
I ст (mA)	10,1	10,146	10,184	10,219

Рис.6.Построить зависимость КПД стабилизатора от входного напряжения при сопротивлении нагрузки 1 кОм

9) Построить зависимость КПД стабилизатора от сопротивления нагрузки при максимально допустимых значениях входного напряжения.

U_вх = 15 V; Варьируем теперь Rн = 0.9; 1; 1.1, кОм.

R н (Ом)	0,9		1,1
U вх (B)	15,00	15,00	15,00
I вх (mA)	16,53	15,41	14,49
U ст (B)	10,18	10,18	10,19
I ст (mA)	11,32	10,18	9,26

Рис.7.Построить зависимость КПД стабилизатора от сопротивления нагрузки при максимально допустимых значениях входного напряжения.

Контрольные вопросы

1. Сформулировать основные различия между стабилизаторами напряжения последовательного и параллельного типов.

КСН бывают последовательного и параллельного типа. Для рывка рассмотрим структурную схему типичного КСН последовательного типа.

Рис. 3 - КСН последовательного типа

РЭ - это регулирующий элемент, в качестве которого чаще всего используется транзистор (биполярный или полевой), СУ - схема управления - собственно управляет работой РЭ. Иногда вместо СУ изображают усилитель постоянного тока (УПТ). Его задача - усилить сигнал рассогласования и подать его на РЭ. Д - делитель напряжения, ИОН - источник опорного напряжения. В качестве ИОН применяют схему параметрического стабилизатора. Источник опорного напряжения и делитель объединяют в так называемый измерительный элемент (ИЭ). Из-за включения РЭ последовательно с нагрузкой схема так и называется - последовательная.Итак, источник опорного напряжения (ИОН) задает опорное напряжение, поступающее на вход СУ. С делителя часть выходного напряжения (соизмеримого с напряжением ИОН) также подается на вход схемы управления (СУ). В результате сравнения выходного напряжения (или его части) с опорным СУ управляет РЭ, сопротивление которого меняется в ту или иную сторону. Короче, если, к примеру, напряжение на входе скакнуло, эта фигня, естественно, передается на выход. Сигнал с делителя напряжения подается на схему управления и та, в свою очередь, сравнивая напряжение с ИОН, дает команду РЭ увеличить (уменьшить) сопротивление. В результате на нагрузке напряжение остается постоянным. Кроме того, измерительный элемент выделяет пульсации выпрямленного напряжения, поступающие на РЭ, который достаточно хорошо сглаживает их. Принцип действия такого стабилизатора основан на изменении проводимости РЭ (опять же, в соответствии с управляющим сигналом), вызывающее изменение падения напряжения на балластом резике. Эта схема хорошо работает при небольшом импульсном изменении тока нагрузки. Её основное достоинство - при импульсном изменении тока нагрузки не происходит изменения тока, потребляемого от сети.

КСН параллельного типа

2. Стабилизаторы напряжения параметрического и компенсационного типов.

Параметрический стабилизатор напряжения, можно использовать для питания многих простейших радиотехнических устройств и их узлов, при этом потребляемый ими ток не должен превышать максимальный ток через используемый стабилитрон.

Компенсационный стабилизатор- напряжение на выходе такого стабилизатора, а значит, и на его нагрузке R_n равно разности напряжений стабилизации стабилитрона D4 и на эмиттером р-п переходе транзистора V2. А так как напряжение на базе транзистора относительно эмиттера (напряжение смещения) составляет доли вольта, то можно считать, что выходное напряжение Uвых равно напряжению Uст используемого стабилитрона.

3. Что такое коэффициент стабилизации напряжения?

Эффективность работы стабилизатора оценивают коэффициентом стабилизации напряжения Кст — числом, показывающим, во сколько раз уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения на выходе устройства по сравнению с такими же характеристиками входного напряжения.

Определить коэффициент стабилизации напряжения простейшего параметрического стабилизатора можно по упрощенной формуле

4. Как измениться работа схемы при использовании транзисторов с более высоким коэффициентом напряжения?

5. Как пересчитать параметры схемы под другое напряжения стабилизации?

Меняем стабилитрон и и заново измеряем все значение, можно ещё оценить графически.

6. Как оценить КПД стабилизатора?

КПД=P/(P+Pп)

7. Какие функции выполняют элементы в схеме (показать на примере)

R4-нагрузка, стабилитрон отсекает лишнее напряжение, транзистор усиливает ток.

Дата добавления: 2015-05-06