Меню

Полупроводниковые стабилизаторы лабораторная работа



Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения

Цель работы:

Ознакомление с принципом работы параметрических стабилизаторов напряжения;

Изучение принципа действия и исследование характеристик компенсационного стабилизатора постоянного напряжения.

1 Краткие теоретические сведения.

Полупроводниковые стабилизаторы напряжения используются в основном для питания электронной аппаратуры. При их разработке нужно обеспечить две группы показателей:

1) максимальное выходное напряжение, заданный диапазон регулирования выходного напряжения, допустимую относительную нестабильность выходного напряжения;

2) максимальный ток нагрузки, диапазон изменений тока нагрузки.

Для того, чтобы нестабильность выходного напряжения укладывалась в заданные пределы, как при изменениях нагрузочного тока, так и при изменениях питающего напряжения, стабилизатор должен иметь соответствующие значения дифференциальных параметров — выходного сопротивления и коэффициента стабилизации.

Стабилизаторы напряжения характеризуются следующими основными параметрами:

а) Коэффициент стабилизации – есть отношение относительного приращения напряжения на входе к относительному приращению напряжения на выходе при постоянной нагрузке:

(1)

б) Выходное сопротивление характеризует изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки и постоянном входном напряжении:

(2)

в) Коэффициент полезного действия (КПД) стабилизатора – есть отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности:

(3)

Различают три метода стабилизации: параметрический, компенсационный и смешанный.

Параметрический метод основан на изменении параметров стабилизирующего элемента таким образом, чтобы скомпенсировать дестабилизирующие факторы. При этом используются бареттеры, стабилитроны, феррорезонансные цепи и другие нелинейные элементы.

При компенсационном методе стабилизации величина выходного напряжения сравнивается с эталонным напряжением и разностное напряжение так воздействует на исполнительный элемент стабилизатора, что при этом компенсируются изменения выходного напряжения.

В смешанных методах стабилизации одновременно используются параметрический и компенсационный методы.

1.1 Параметрический стабилизатор напряжения.

В параметрических стабилизаторах напряжения используется прибор с резко нелинейной зависимостью тока от напряжения – стабилитрон. Схема включения стабилитрона выбирается так, чтобы при колебаниях входного напряжения выходное напряжение практически не менялось. Схема параметрического стабилизатора напряжения на газоразрядном стабилитроне приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема параметрического стабилизатора напряжения на газоразрядном стабилитроне

Вольтамперная характеристика газоразрядного стабилитрона (рисунок 2) имеет участок АВ, на котором напряжение остаётся неизменным при изменении тока. Напряжение в пределах, соответствующих рабочему участку АВ характеристики, называется напряжением стабилизации.

Рисунок 2 – Вольтамперная характеристика газоразрядного стабилитрона

Последовательно с параллельно включенным стабилитроном и резистором нагрузки (рисунок 1) включается балластный резистор , по которому протекает ток. Входное напряжение, где.

Схема работает следующим образом. Пусть, например, изменяется входное напряжение . Если входное напряжение увеличивается, то должно увеличиться и напряжение на нагрузочном резисторе . Но стабилитрон работает в таком режиме, что незначительное повышение напряжения на нем вызывает резкое возрастание тока стабилитрона (рисунок 2). При этом увеличивается ток и падение напряжения на балластном резисторе. В результате падение напряжения на нагрузке остается практически неизменным.

Читайте также:  После замены стоек стабилизатора надо делать сход развал

Рассмотрим другой возможный случай – изменение тока нагрузки. Увеличение тока должно вызывать уменьшение напряжения на нагрузке из-за дополнительного падения напряжения на балластном сопротивлении . Но незначительное уменьшение напряжения на стабилитроне вызывает резкое уменьшение тока в нем. В результате уменьшаются ток в балластном сопротивлении и падение напряжения на этом сопротивлении, а следовательно напряжение на нагрузке останется практически без изменения.

Газоразрядные стабилитроны широко применяются в аппаратуре на электронных лампах. Однако они не могут быть изготовлены на напряжение ниже 75 в, неработоспособны при токах нагрузки более 50 мА, – имеют относительно низкий коэффициент стабилизации (8 ÷ 20) и недостаточную стабильность во времени. Поэтому помимо стабилизаторов с газоразрядными стабилитронами применяются полупроводниковые стабилизаторы, в которых для стабилизации напряжения используются кремниевые стабилитроны.

В кремниевых стабилитронах рабочий участком вольтамперной характеристики является та часть ее, которая соответствует обратному току – обратному напряжению и расположена примерно параллельно оси тока (рисунок 3).

Рисунок 3 – Вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона

Схема стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном, аналогичная схеме с газоразрядным стабилитроном, приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема параметрического стабилизатора напряжения на кремниевом стабилитроне

Кремниевые стабилитроны выпускаются для значительно более широких интервалов рабочих напряжения (0,7 ÷ 300 В) и токов (единицы миллиампер – 2 А), имеют высокую стабильность во времени и малые габариты, т.е. особенно удобны для стабилизации напряжения питания транзисторных схем. Коэффициент стабилизации стабилизатора с кремниевым стабилитроном может достигать 100. Единственным недостатком некоторых типов стабилитронов является заметная температурная зависимость напряжения стабилизации, достигающая 0,1% на 1°С.

Источник

Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения, его предназначение. Экспериментальное определение характеристик полупроводниковых параметрического и компенсационного интегрального стабилизатора напряжения постоянного тока. Определение мощности, рассеиваемой на стабилизаторе.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид лабораторная работа
Язык русский
Дата добавления 18.06.2015
Размер файла 115,4 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения.

Цель работы: экспериментальное определение характеристик полупроводниковых параметрического и компенсационного интегрального стабилизатора напряжения постоянного тока.

Читайте также:  Стабилизатор задней балки саманд

Используемое оборудование и аппаратура: источник постоянного напряжения величиной 10 В, исследуемый параметрический и компенсационный стабилизатор, 3 мультиметра в качестве вольтметров постоянного напряжения, миллиамперметра постоянного тока, монтажные провода.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Подключим параметрический стабилизатор к источнику постоянного напряжения, предварительно настроив его на 10 В.

Подключаем мультиметры к стабилизатору и выставляем их на нужные величины.

Проведем опыт с параметрическим стабилизатором, в котором будем менять сопротивление резистора. Данные запишем в таблицу.

Источник

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;

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, R 1=2 кОм, R 2=30 кОм, R 3=10 кОм, R 4=620 Ом, R 5=3 кОм, R 6=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 х 1). 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 х 3, х 4 соответственно. Напряжение Uн измеряется в точке х 4.

Читайте также:  Подушки стабилизатора москвич 2141

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 x 1). 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 x 5). На сравни­вающее устройство СУ подается напряжение Uн и компенсирую­щее напряжение E 1. Вращая ручку «E 1«, 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.

Источник

Adblock
detector