Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Методические указания к лабораторной работе по курсам

«Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных средств», «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций» для студентов всех форм обучения направления 210300 – Радиотехника; направления 210300 – Радиотехника по специальности 210302 – Радиотехника; направления 210400 – Телекоммуникации по специальностям 210406 – Сети связи и системы коммутации, 210402 – Средства связи с подвижными объектами

Екатеринбург

2006

УДК 621.381

Составители: Н.С.Устыленко, В.И.Елфимов, А.А.Дурнаков

Научный редактор – проф., канд. тех. наук А.А.Калмыков

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ: методические указания к выполнению лабораторной работы / Н.С.Устыленко, В.И.Елфимов, А.А.Дурнаков. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2006. 35с.

Методические указания содержат структурные схемы, описания устройства и принципа действия компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения непрерывного действия. Рассматривается реализация стабилизаторов, как на дискретных элементах, так и в интегральном исполнении. Приводятся расчетные соотношения для основных параметров компенсационных стабилизаторов, технические характеристики интегральных микросхем. Представляются лабораторное задание с указанием порядка выполнения экспериментальной части; требования к оформлению отчета по лабораторной работе; вопросы для самопроверки; образец оформления титульного листа отчета по лабораторной работе.

Библиогр.: 7 назв. Табл.2. Рис.12. Прил.6.

Подготовлено кафедрой «Радиоэлектроника информационных систем».

© ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ», 2006

1. Цель работы

Ознакомиться с принципами построения и свойствами компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения. Изучить устройство и работу компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения непрерывного действия с последовательным и параллельным включением регулирующего элемента. Получить навыки проектирования и расчета параметров стабилизаторов напряжения. Экспериментально исследовать характеристики и параметры компенсационного стабилизатора постоянного напряжения непрерывного действия с последовательным включением регулирующего элемента на примере стабилизатора, выполненного на интегральной микросхеме.

2. Устройство и принцип действия компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения

2.1. Основные параметры стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения ставится на выходе вторичного источника питания и служит для уменьшения колебаний выходного напряжения, вызванного изменением тока нагрузки, напряжения первичной сети, температуры окружающей среды и т.д. К общим параметрам стабилизатора, как и систем электрического питания, относятся габаритные размеры, масса, себестоимость, надежность и ряд других данных. Работу стабилизатора напряжения характеризуют следующие основные показатели [1 – 7]:

а) коэффициент стабилизации К_СТ по входному напряжению, который равен отношению относительных приращений напряжений на входе и выходе стабилизатора:

, (1)

где U_ВХ, U_ВЫХ - приращения входного и выходного напряжений при постоянном токе нагрузки; U_ВХ, U_ВЫХ – номинальные значения входного и выходного значений стабилизатора. Кроме коэффициента стабилизации применяется показатель, называемый статической ошибкой стабилизации, который определяется отношением приращения выходного напряжения к его номинальному значению.

. (2)

Коэффициент стабилизации оценивается экспериментально из зависимости выходного напряжения от величины входного напряжения: U_ВЫХ = f(U_ВХ), которая имеет вид, представленный на рис.1. На рис.1 обозначено: U_{ВХ Н} – номинальное значение входного напряжения; U_{ВЫХ Н} – номинальное значение выходного напряжения; U_ВХ – приращение входного напряжения; U_ВЫХ – изменение выходного напряжения на рабочем участке зависимости U_ВЫХ = f (U_ВХ). Под рабочим участком данной зависимости понимается такой участок, на котором изменение входного напряжения приводит к малым приращениям выходного напряжения, т.е. на этом участке имеет место режим стабилизации для рассматриваемого устройства;

Рис.1. Зависимость выходного напряжения компенсационного стабилизатора от входного напряжения

б) внутреннее сопротивление R_i стабилизатора, которое определяется из отношения приращения выходного напряжения к приращению тока нагрузки при постоянном напряжении на входе стабилизатора:

. (3)

Вместо внутреннего сопротивления может быть задана статическая ошибка по нагрузке при U_ВХ =const и изменяющемся токе нагрузки:

. (4)

Внутреннее сопротивление R_i стабилизатора определяется из его внешней характеристики. Под внешней характеристикой компенсационного стабилизатора понимается зависимость выходного напряжения от значения тока потребителя (тока нагрузки) (U_ВЫХ = f (I_Н) | _{Uвх = const}) при постоянном значении входного напряжения стабилизатора. Данная зависимость представлена на рис.2. На рис.2 обозначено: U_{ВЫХ ХХ} – выходное напряжение стабилизатора холостого хода (I_Н = 0); U_{ВЫХ Н} – номинальное значение выходного напряжения стабилизатора; I_{Н НОМ} – номинальное значение тока потребителя (тока нагрузки); U_ВЫХ – приращение выходного напряжения стабилизатора; I_Н – приращение тока нагрузки. Из рис.2 внутренне сопротивление определяется на основании соотношения:

; (5)

в) коэффициент сглаживания пульсации К_СГЛ:

, (6)

где , - амплитуды пульсаций напряжений на входе и выходе стабилизатора. Иногда вместо К_СГЛ задается относительное значение допустимой амплитуды пульсации выходного напряжения.

. (7)

г) температурный коэффициент напряжения стабилизатора _U, который определяется отношением приращения выходного напряжения к приращению температуры окружающей среды при постоянных значениях напряжения на входе и тока нагрузки:

; (8)

Рис.2. Внешняя характеристика компенсационного стабилизатора напряжения

д) коэффициент полезного действия η_U компенсационного стабилизатора напряжения, который определяется из отношения значения выходной мощности Р_ВЫХ к величине входной мощности, отбираемой от источника вторичного электропитания:

. (9)