Стабилизатор напряжения.

Напряжение на выходе блока питания может изменяться при изменении напряжения в электросети и при изменении величины потребляемого тока. Для уменьшения этих изменений применяют стабилизаторы напряжения. Стабилизаторы напряжения бывают двух видов: параметрические (их также называют линейными) и импульсные.

Параметрические стабилизаторы проще по своему устройству, но имеют низкий коэффициент полезного действия (КПД). Они работают по принципу уменьшения величины напряжения на выходе фильтра, которое делают заведомо большей величины, до требуемой величины. При этом излишняя величина напряжения теряется бесполезно, нагревая балластный резистор или транзистор. Такой принцип стабилизации напряжения можно сравнить с поддержанием постоянного уровня воды в бочке, если на нужной высоте сделать дренажное отверстие. Тогда излишняя вода будет бесполезно выливаться наружу, а ее уровень будет постоянным при различном оттоке из сливного отверстия.

Импульсные стабилизаторы напряжения работают по принципу импульсной подачи напряжения на конденсатор, выполняющий роль сглаживающего фильтра, импульсами различной длительности. Чем больше величина потребляемого тока, тем больше длительность импульсов. Длительность импульсов также увеличивается при уменьшении величины напряжения в электросети. В этом случае бесполезные потери энергии сведены к минимуму, и такие стабилизаторы имеют высокий КПД. В импульсных стабилизаторах напряжения сглаживающий фильтр устанавливают после стабилизатора.

В данной работе исследуется простейший параметрический стабилизатор напряжения, выполненный на стабилитроне VD6 и резисторе R2 . Качество стабилизатора может быть оценено коэффициентом стабилизации К_ст=(U _вх /(U_{вх ном}) / (U _вых /U_{вых ном}) , где U _вх – изменение входного напряжения, U_{вх ном} - номинальная величина напряжения во вторичной обмотке трансформатора (максимальная величина напряжения в данной работе), U _вых – изменение выходного напряжения после стабилизатора, U_{вых ном} - номинальная величина напряжения после стабилизатора, соответствующая максимальной величине напряжения во вторичной обмотке трансформатора. Оценка коэффициента стабилизации должна проводиться при максимальном токе нагрузки.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Опыт 1. Измерить напряжения вторичной обмотки трансформатора с помощью осциллографа.

Активизировать контрольную точку КТ1 первой клавишей коммутатора.

Переключатель SA1 поставить в положение 13,9

Переключатели SA2 – SA6 поставить в следующие положения:

1, 5, 7,17, 22.

Н астроить осциллограф, включив открытый вход. На осциллографе С1-72 нажать кнопку с обозначением:

Н а осциллографе С1 –68 поставить тумблер в положение « ».

Подключить измерительный кабель осциллографа к стенду, соединив штекер «земля» с любым заземленным гнездом стенда. Временно установить сигнальный штекер осциллографа в соседнее заземленное гнездо стенда и в этом положении установить нулевую линию на верхней границе экрана, а затем установить сигнальный штекер осциллографа на место, подключив к верхнему гнезду «КТ». Переключатель «Усилитель Y» поставить в такое положение, чтобы полезный сигнал занимал максимальную площадь экрана.

Ручками «стабильность» и «уровень» добиться неподвижной картинки. Ручкой «время / деление» выделить на экране 2 – 4 полуволны.

Измерение амплитуды сигнала в этом случае производится путем отсчета делений на экране от его верхней границы. (Делить на 2 в этом случае не надо!)

Категорически запрещается подсоединять заземленный штекер осциллографа к незаземленным точкам схемы.

Изменяя положения переключателя SA1 от 7,6 до 13,9, измерить амплитудные значения напряжения и рассчитать их среднеквадратичные величины. Заполнить таблицу 1, используя формулу:

U_скв = 0,707 U_а

Отметить насколько измеренные значения среднеквадратичных величин отличаются от указанных на переключателе. Объяснить, с чем связаны эти отклонения.

Таблица 1.

Номинальное напряжение, указанное на переключателе	7.6	8.9	10	11,3	12,6	13,9
Амплитудное значение напряжения Ua
Среднеквадратичное значение напряжения Uскв
Отклонение измеренных величин напряжения от номинальных

Опыт 2. Измерить пиковые значения напряжения после выпрямителя с помощью осциллографа для однополупериодного выпрямителя для чего поставить переключатель SA2 в положение - 5 и для двухполупериодного выпрямителя, поставив переключатель в положение – 6).

Активизировать контрольную точку КТ2 второй клавишей коммутатора.

Переключатели SA3 – SA6 поставить в следующие положения:

1, 7,17, 22.

Изменяя положения переключателя SA1 от 7,6 до 13,9 и не изменяя настройки осциллографа измерить пиковые значения напряжения выпрямителя U_{max 1} и U_{max 2}. Рассчитать падение напряжения на диодах, сравнивая полученные пиковые напряжения с амплитудными Ua из таблицы 1.

Заполнить таблицу 2, используя формулы:

U_диода = U_а- U_{max 1}

U_моста = U_а- U_{max 2} , где U_а - амплитудное напряжение вторичной обмотки трансформатора, U_{max 1} - пиковое значение после однополупериодного выпрямителя, U_{max 2} - пиковое значение после двухполупериодного выпрямителя

Примечание: Измерения производить по той же методике, что и в первом опыте, не изменяя настройки осциллографа.

Таблица 2.

Номинальное напряжение, указанное на переключателе	7.6	8.9	10	11,3	12,6	13,9
Однополупериодный выпрямитель, пиковое напряжение Umax1
Падение напряжение на диоде Uдиода
Двухполупериодный выпрямитель, пиковое напряжение Umax 2
Падение напряжение на диодах выпрямительного моста Uмоста

Опыт 3. Определить коэффициент пульсации напряжения после фильтра, для чего активизировать контрольную точку КТ4 четвертой клавишей коммутатора.

Переключатель SA1 поставьте положение 13,9

Переключатели SA2 – SA6 поставить в следующие положения:

2, 5 или 6, 7,17, 21 или 22.

Для того, чтобы определить пиковые значения напряжения после фильтра и однополупериодного выпрямителя - U_max5 поставьте переключатель SA2 в положение – 5, а после фильтра и двухполупериодного выпрямителя - U_max6 – поставьте переключатель SA2 в положение – 6. Если переключатель SA3 поставить в положение 22, то включен простейший фильтр, а в положении 21 – П-образный.

Настройку осциллографа оставьте из предыдущего опыта.

Результаты занесите в таблицу 3.

Д ля того, чтобы измерить величину пульсаций U и рассчитать коэффициент пульсаций на выходе простейшего и П-образного фильтров необходимо включить в осциллографе закрытый вход.

На осциллографе С1-72 отжать кнопку с обозначением: