Теоретическая часть. Тема: Исследование полупроводниковых стабилизаторов на­пряжения

Лабораторная работа №4.

Тема: Исследование полупроводниковых стабилизаторов на­пряжения.

Цель: изучить и исследовать параметрический и компенса­ционный стабилизаторы напряжений, определить их основные характеристики и параметры.

Стабилизаторами напряжения называются устройства, ав­томатически поддерживающие напряжение на нагрузке с задан­ной степенью точности. Стабилизаторы подразделяются на пара­метрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах для стабилизации на­пряжения на нагрузки используются стабилитроны (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Параметрический однокаскадный стабилизатор. Основные параметры стабилизатора:

- номинальное значение напряжения стабилизации Uвых;

- максимальный Iн.мах и минимальный Iн.мin токи нагрузки;

-коэффициент стабилизации ,

где r_ст - дифференциальное сопротивление стабилитрона.

- выходное (внутреннее) сопротивление стабилитрона .

В компенсационных стабилитронах стабилизация напря­жения осуществляется изменением параметров регулирующего элемента при воздействии на него сигнала обратной связи.

Структурная схема компенсационного стабилитрона с по­следовательным включением регулирующего элемента (РЭ) дана на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Структурная схема компенсационного стабили­трона с последовательным включением (РЭ), где Н - нагрузка;ИЭ- измерительный элемент; У - усилитель.

На рис. 3.3 представлена схема транзисторного стабилиза­тора напряжения с последовательным включением РЭ.

Рис. 3.3 Схема стабилизатора напряжения с последователь­ным включением РЭ со стабилизацией тока (СТ) на транзисторе VT1.

2. Методические указания к выполнению работы

1. Данные параметрического стабилизатора: VD2 - КС156А, R_б=330 Ом, r_ш = 1Ом.

Данные компенсационного стабилизатора:

VT1 - КТ361Г, VD1 - КС 133А, VT2 - КТ315Г, VT3 -КТ815А, VT4 - КТ315Г, VD2 - КС 133А, R₁=2 кОм, R₂=30 кОм, R₃=10 кОм, R₄=620 Ом, R₅=3 кОм, R₆=6,2 кОм, r_ш = 1 Ом.

2. Снять внешнюю характеристику Uн=f(Iн) параметрическо­го стабилизатора при постоянном входном напряжении Uвх=14 В (контрольная точка х₁). Ток нагрузки изменяется ручкой "Rн", a входное напряжение - ручкой "Uвх". Одновременно с исследова­нием внешней характеристики, снимать значения тока стабилизатора Iст. Токи Iст и Iн определяются путем измерения падения напряжения на шунтах r_ш=1 Ом в контрольных точках х₃, х₄ соответственно. Напряжение Uн измеряется в точке х₄.

Примечание: изменяя ток нагрузки, следует поддерживать постоянным входное напряжение с помощью ручки “Uвх”.

3. Снять и построить зависимость Uн=f(Uвx) параметриче­ского стабилизатора при токе нагрузки Iн=7 мА. Входное напря­жение изменять в пределах от 12В до 16В ручкой " Uвх".

4. По характеристикам, полученным в п. 2,3, определить внутреннее сопротивление r_i и коэффициент стабилизации к_ст ста­билизатора.

5. Используя данные параметрического стабилизатора, рас­считать теоретические значения его параметров и характеристик. Сравнить их с экспериментальными, объяснить расхождения.

Макет лабораторной работы (№3)

Рис.3.4 Макет лабораторной работы №3.

6. Снять внешнюю характеристику Uн=f(Iн) при постоянном входном напряжении Uвx =14B (контрольная точка x₁). Ток на­грузки Iн изменять от максимального до минимального с помо­щью ручки "Rн" и определять путем измерения падения напряже­ния на шунте r_ш = 1 Ом (контрольная точка х_б). В процессе изме­рения тока нагрузки следует поддерживать постоянным входное напряжение с помощью ручки "Uвх". Измерение малых прираще­ний напряжения на нагрузке DUн производятся в следующем по­рядке. Установить и измерить минимальный ток I_н0. Затем изме­рить и записать значение напряжения U_н0 (в точке x₅). На сравни­вающее устройство СУ подается напряжение Uн и компенсирую­щее напряжение E₁. Вращая ручку "E₁", добиться на выходе СУ напряжения DU_н0 не более ±(40-50)мВ и записать его. Изменяя ток нагрузки, определить приращение DU_н = DU_{н.измеренное}+DU_н0 (с учетом знака приращения DU_н0). Напряжение на нагрузке получа­ем как сумму U_н=U_н0+DU_н.

По снятой и построенной внешней характеристике опреде­лить выходное сопротивление стабилизатора r_i=DU_н /DI_н.

7. Снять и построить зависимость Uн =f(Uвх) при токе на­грузке Iн=50мА, изменяя входное напряжение от 12В до 16В руч­кой "uвх". При изменении приращения напряжения на нагрузке DU_н использовать компенсационный метод (п. 6).

По результатам исследований определить коэффициент ста­билизации к_ст=(DU_вх/U_вх.ном)(U_н.ном /DU_н), где U_вх.ном =14В, U_н.ном = U_н0.

8. Используя данные комплексного стабилизатора, рассчи­тать теоретические значения его параметров и характеристик. Сравнить их с экспериментальными, объяснить расхождения.

3. Содержание отчета

1. Схемы экспериментальных исследований.

2. Таблицы экспериментальных и теоретических значений стабилизаторов.

3. Внешние экспериментальные и теоретические характери­стики, выполненные в одной системе координат.

4. Кривые Uн=f(Uвх) стабилизаторов.

4. Контрольные вопросы

1. Назовите функции стабилизатора в системе электропита­ния.

2. Перечислите основные параметры и характеристики ста­билизатора.

3. Определите функциональное назначение элементов в схеме параметрического стабилизатора.

4. С какой целью в схему компенсационного стабилизатора (рис.3.3) введен стабилизатор тока (СТ)?

5. Проведите сравнительный анализ основных параметров (r_i, k_п, внешняя характеристика) параметрического и компенсаци­онного стабилизатора.

Дата добавления: 2015-06-04