Теоретические сведения

Изучить принцип работы и порядок расчета стабилизатора напряжения компенсационного типа.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБАЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Перед началом выполнения лабораторных работ студенты обязаны изучить инструкцию по технике безопасности и противопожарным мерам для работающих в лаборатории, ознакомиться с расположением силового оборудования и низковольтного оборудования стендов.

Во избежание несчастных случаев при работе в лаборатории необходимо строгое выполнение следующих основных правил техники безопасности:

· До начала проведения лабораторной работы ознакомиться со схемой стенда на месте.

· Сборка схем должна производиться при отключенной питающей сети.

· Нельзя прикасаться руками к неизолированным проводам, соединительным клеммам и другим частям схемы, находящимся под напряжением.

· При работе с цепями переменного тока, содержащими последовательно соединенные индуктивности и емкости, следует помнить, что напряжение на индуктивности и емкости в некоторых случаях может быть много выше напряжения источника питания.

· Изменения следует производить исправными приборами с хорошо изолированными проводами.

· Смена предохранителей производится преподавателем или лаборантом при выключенном электропитании.

· В случае неисправности стенда или прибора их необходимо отключить и сообщить об этом преподавателю.

· Если произошел несчастный случай, то лабораторную установку следует отключить, а пострадавшему оказать первую помощь.

Высокое качество стабилизации напряжения можно получить при использовании компенсационных стабилизаторов, представляющих собой автоматические регуляторы, в которых фактическое выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) напряжением. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось достичь эталонного уровня. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки.

а б

Рис.1. Структурная (а) и электрическая (б) схемы КСН последовательного типа

При положительном сигнале рассогласования (U _н– U _оп >0) внутреннее сопротивление РЭ возрастает и падение напряжения U _рэ на нем увеличивается. Поскольку РЭ и нагрузка включены последовательно, при увеличении U _рэ выходное напряжение уменьшается, стремясь к значению U _оп.

При отрицательном сигнале рассогласования (U _н– U _оп<0), наоборот, внутреннее сопротивление РЭ и падение напряжения на нем уменьшаются, что приводит к возрастанию выходного напряжения U _н.

Структурная принципиальная схема транзисторного компенсационного стабилизатора напряжения (КСН) последовательного типа приведена на рис.1, а. Роль РЭ в этой схеме играет транзистор VТ1. С ростом величины | U _вх| выходное напряжение возрастает по абсолютному значению, создавая сигнал рассогласования U _бэ на входе усилителя постоянного тока (УПТ), выполненного на транзисторе VТ2. Ток коллектора транзистора VТ2 возрастает, а потенциал его коллектора становится более положительным относительно «земли». Напряжение «база-эмиттер» транзистора VТ1 уменьшается, что приводит к возрастанию внутреннего сопротивления этого транзистора и падению напряжения на нем. Выходное напряжение при этом уменьшается, стремясь к прежнему значению.

Плавная регулировка достигается с помощью делителя напряжения R ₁, R ₂, R ₃, включенного в выходную цепь (рис. 1, б).

Для повышения коэффициента стабилизации КСН необходимо увеличить коэффициент усиления УПТ. С этой целью можно применять двухкаскадные УПТ на транзисторах или с использованием операционного усилителя (ОУ). Схема КСН с ОУ приведена на рис.2.

Рис.2. Схема простого КСН на ОУ

Выходное напряжение зависит от стабильности источника опорного напряжения U _оп и не может быть стабильнее последнего. Следовательно, если обеспечить постоянство тока через стабилитрон, то нестабильность параметрического стабилизатора будет такой же, как и компенсационного.

Кроме опорного напряжения на нестабильность на нестабильность выходного напряжения влияют параметры резисторов делителя напряжения. В связи с этим делитель напряжения должен выполняться на резисторах с одинаковым температурным коэффициентом сопротивления.

Влияние изменения коэффициента усиления ОУ можно практически исключить, если сделать его достаточно большим (больше 1000).

К достоинствам компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения относятся: высокий коэффициент стабилизации (K>1000); низкое внутреннее сопротивление ( Ом); практическая безынерционность; отсутствие собственных помех.

Недостатками являются: невысокие значения КПД (не более 0,5 0,6); в этих стабилизаторах мощность, потребляемая от источника, больше мощности, отдаваемой в нагрузку. Наибольший расход мощности имеет место в регулировочном элементе, так как напряжение на нем равно разности (U_вх–U_вых) и через него проходит весь ток нагрузки. В связи с этим для отвода тепла от РЭ его устанавливают на теплоотвод.

Дата добавления: 2015-06-04