Материал: 4086

Исследование полупроводниковых параметрических и компенсационных стабилизаторов напряжения.

Цель работы: исследовать работу стабилизаторов напряжения. Получить практические навыки определения основных параметров стабилизатора по экспериментальным данным.

Краткие теоретические сведения.

Параметрические стабилизаторы – устройства, использующие постоянство напряжения некоторых видов приборов с нелинейными элементами, параметры которых с изменением напряжения (тока) изменяются таким образом, что напряжение (ток) потребителя остается почти неизменным по величине (рис. 7.1).

Расчет параметрического стабилизатора сводится к выбору типа стабилитрона и обеспечение условий его работы, при которых ток стабилитрона не должен выходить за пределы рабочего участка.

Компенсационные стабилизаторы – устройства с автоматическим регулированием напряжения (тока), подводимого к нагрузке. Принцип работы основан на том, что изменение напряжения на нагрузке передается на регулирующий элемент (транзистор), препятствующий изменению напряжения. Регулирующий элемент может быть включен либо параллельно нагрузке, либо последовательно с ней.

В компенсационном стабилизаторе последовательного типа (рис. 7.2) регулирующим элементом служит транзистор V5, усилителем постоянного тока – транзистор V6. Источник опорного напряжения – стабилитрон V7.

Резистор R1 используется для вывода стабилитрона V7 на рабочий участок характеристики при малом токе транзистора V6. Силовая цепь стабилизатора включает в себя источник питания, транзистор V5, нагрузку R6 и представляет собой усилительный каскад на транзисторе V5 с общим коллектором.

Стабилизирующее действие схемы (рис. 7.2) обусловлено наличием в ней отрицательной обратной связи по приращениям выходного напряжения.

Коэффициент стабилизации – отношение относительного изменения дестабилизирующей величины к вызванному ею относительному изменению стабилизируемой величины.

Коэффициент стабилизации тока нагрузки по входному напряжению

Интегральный коэффициент стабилизации определяет стабилизацию в заданном диапазоне изменения дестабилизирующей величины.

Дифференциальный коэффициент стабилизации определяет стабилизацию в бесконечно малом диапазоне, сводимом к точке.

1. Объект и средства исследования.

Объект исследования – стабилизатор постоянного напряжения с использованием полупроводниковых приборов: стабилитрона, диодов, транзисторов.

При исследованиях используются источники постоянного тока (ГТ), постоянного напряжения (ГН2, ГН3), ампервольтметры АВМ1, АВМ2 и АВ0, расположенные на лабораторном стенде. Сборка исследуемой цепи осуществляется коммутацией гнезд платы из рабочего комплекта и гнезд измерительных приборов и источников при помощи проводников с однополюсными вилками и установкой в гнезда платы рабочего комплекта дискретных элементов.

2. Рабочее задание.

2.1 Получить допуск к выполнению работы.

Часть I. Исследование параметрического стабилизатора.

2.2. Установить на лабораторном стенде плату №10 из рабочего комплекта, произвести сборку электрической схемы (рис.7.1) с помощью соединительных проводов, подключив источник напряжения ГН, и измерительные приборы АВМ1, АВМ2. R1 = 510 Ом.

Рис. 7.1. Схема для снятия характеристик параметрического стабилизатора.

2.3. Определить характер зависимости выходного напряжения стабилизатора от входного при выключенной нагрузке R2. Произвести 5…7 измерений, результаты измерений занести в табл. 7.1. и построить график зависимости Uвых = f ( Uвх ) при Iн = 0.

Табл.7.1

2.4. По построенной зависимости Uвых = f ( Uвх ) определить рабочий диапазон стабилизации, величины ΔUвх, ΔUвых, Uвх.ном, Uвых.ном.

2.5. По экспериментальным данным определить величину коэффициента стабилизации по напряжению:

2.6. Снять внешнюю характеристику стабилизатора Uвых = f ( Iн ) при Uвх = Uвх.ном.

Примечание. Изменение тока нагрузки стабилизатора производить поочередной перестановкой резистора R2: 4200 – 3200 – 2000 – 1600 – 1000 – 510 – 300 – 200 Ом.

Результаты измерений записать в табл. 7.2 и построить график.

Табл. 7.2

2.7. По результатам экспериментальных данных п.7.6. определить величину выходного сопротивления стабилизатора

Часть II. Исследование компенсационного стабилизатора постоянного напряжения последовательного типа.

2.8. Установить на лабораторном стенде плату № 11 из рабочего комплекта, произвести сборку электрической схемы (рис. 7.2), подключив источник напряжения, измерительные приборы АВМ1, АВМ2, МВ, осциллограф С1-73.

2.9. Измерить прибором АВМ1 потенциалы узлов Х3…Х10 и записать результаты измерений. Определить входное и выходное напряжение стабилизатора.

2.10. Определить коэффициент стабилизации по напряжению К_U от Uвх.ном (тумблером 15В), измерив при этом величину изменения выходного напряжения ΔUвых.

R1 = 12 кOм, R2 = 7,5 кOм, R3 = 20 Oм, R4 = 2,2 кOм, R5 = 1 кOм,

R6 = 62 Oм, C1 = 50,0 мкФ, C2 = 20,0 мкФ.

Рис. 7.2. Схема компенсационного стабилизатора

2.11. Снять внешнюю характеристику стабилизатора

Uвых = f ( Iн ) при Uвх. = Uвх.ном.

Примечание. Изменение тока нагрузки стабилизатора производить поочередной перестановкой резистора R2: 6000 –2300 –1800 – 1200 – 620 Ом.

Результаты измерений записать в табл. 7.3 и построить график.

Табл.7.3

2.12. Определить величину выходного сопротивления стабилизатора согласно п. 2.7.

2.13. Определить величину изменения выходного напряжения стабилизатора, при этом прибор АВМ1 подключается к узлам х3, х5 и вращается ручка резистора R4 из одного крайнего положения в другое.

Контрольные вопросы.

1. Как определить максимальное и минимальное значения рабочего тока стабилитрона?

2. Каковы требования, предъявляемые к источникам питания, назначение и область их применения?

3. Охарактеризовать работу параметрического стабилизатора напряжения.

4. Охарактеризовать работу компенсационного стабилизатора напряжения.

5. Какие функции выполняют в схеме компенсационного стабилизатора транзисторы V5, V6, стабилитрон V7?

Список рекомендуемой литературы

1. Электротехника и электроника. Кн. 3. Электрические измерения и основы электроники. / Г.П. Гаев, В.Г, Герасимов, О.М. Князев и др. Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: Энергоатомиздат, 1988, –432 с.

2. Иванов И.И., Соловьев Г.И., Фролов В.Я. Электротехника и основы электроники. – СПб.: Издательство «Лань», 2012, –736 с.

3. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е.. Промышленная электроника. / Под ред. Лабунцова. – М: Энергоатомиздат, 1988, –320 с.

4. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры. Справочник. / А.Б, Гитцевич, А.А. Зайцев, В.В. Мокриков и др. Под ред. А.В. Гомогедова. – М.: Радио и связь, 1988, –528 с.

Оглавление

Общие положения 3

Лабораторная работа 4. Исследование усилителя напряжения. 4

Лабораторная работа 5. Исследование светодиодов. 9

Лабораторная работа 6. Исследование оптической пары. 15

Лабораторная работа 7. Исследование полупроводниковых параметрических и компенсационных стабилизаторов напряжения. 22

Список рекомендованной литературы 26