Обробка результатів досліду

1. За даними п.п.2 та 3 накреслити в одній системі координат залежності U_вих = f(U_ж).

2. Для кожної з викреслених кривих розрахувати коефіцієнт стабілізації, взявши U_ж.ном.=20 В та U_ст.ном.=9, 12 та 15 В.

3. За даними п.2 вик1реслити залежність К_стаб=f(U_ст.ном./ U_ж.ном.).

4. За даними п.4 та п.5 побудувати в одній системі координат навантажувальні характеристики стабілізатора.

5. Зробити висновки за результатами виконаної роботи.

Зміст звіту

1. Відповіді на питання домашнього завдання.

2. Завдання лабораторної роботи.

3. Електрична схема вимірювань.

4. Результати вимірів.

5. Графічні залежності отримані за результатами дослідів

6. Висновки за результатами виконаної роботи.

7. Список використаної літератури.

Контрольні запитання

1. Призначення та області використання стабілізаторів.

2. Перелічити існуючі типи стабілізаторів.

3. Як визначається коефіцієнт стабілізації?

4. Навести схеми та пояснити роботу найпростіших параметричних та компенсаційних стабілізаторів.

Короткі теоретичні відомості

Стабілізатором називається пристрій, призначений для утримання в заданих межах коливання напруги живлення, струму або напруги на опорі навантаження на певному фіксованому рівні.

В разі стабілізації напруги певні обмеження накладаються на коливання струму навантаження. Це ж стосується напруги, якщо стабілізації підлягає струм.

Розрізняють два типи стабілізаторів — параметричні та компенсаційні. Робота параметричного стабілізатора будується на властивостях ВАХ деяких нелінійних елементів. Наприклад, для стабілізації напруги використовується напівпровідниковий діод — стабілітрон, на зворотній гілці ВАХ якого є ділянка стабілізації напруги. (див. рис. 2а). Якщо ввімкнути його в зворотному напрямі та встановити струм І_СТ, що відповідає вказаній ділянці, то в певних межах коливання напруги живлення падіння напруги на самому стабілітроні змінюватись майже не буде. Звідси витікає схема найпростішого параметричного стабілізатора, котра зображена на рис.2б.

Рисунок 2.

Резистор R_Б використовується для обмеження струму І_СТ, тобто, з його допомогою встановлюється потрібний режим роботи стабілітрона. Опір R_Б розраховується з виразу:

Для вибраного типу стабілітрона U_СТАБ та І_{СТАБ.НОМ} вказується у довіднику.

На відміну від параметричного, в компенсаційному стабілізаторі використовується активний елемент — транзистор, котрий вмикається послідовно з навантаженням. Принцип дії стабілізатора базується на принципі розподілу напруги живлення між опорами транзистора та навантаження таким чином, щоб рівень напруги на останньому залишався незмінним.

Найпростіша схема компенсаційного стабілізатора зображена на рис.3.

Рисунок 3.

Потенціал бази транзистора VT фіксований відносно його колектора і дорівнює напрузі стабілізації U₀ стабілітрона YS Тому стан транзистора VT, або його опір, залежатиме тільки від рівня напруги ,U_БК яка одночасно є спадом напруги на резисторі R_Б. Оскільки U₀ залишається незмінним, то U_БК змінюється пропорційно напрузі живлення U_Ж. Відповідно, змінюється і опір транзистора VT, тобто спад напруги між його емітером і колектором U_EK. Між вхідною та вихідною напругами стабілізатора існує зв’язок:

U_Ж=U_EK+U_СТАБ

Звідси:

U_СТАБ=U_Ж-U_EK

Пропорційна зміна U_EK, відносно U_Ж не змінює різниці між ними й вихідна напруга U_СТАБ залишається стабілізованою.

З іншого боку U_СТАБ≈U_ОП, оскільки через відкритий емітер — базовий перехід стабілітрон вмикається паралельно опору навантаження.

Розглянута схема стабілізатора має невисокий коефіцієнт стабілізації, який залежить від температури. Вона використовується для живлення невідповідальних споживачів.

Рис. 4. Принципова схема компенсаційного стабілізатора з регульованим рівнем стабілізованої напруги

На рис. 4 наведена принципова схема досліджуваного стабілізатора. Вона працює за тим же принципом, що й попередня, але має ряд відмінностей. Головною є регулювання рівня стабілізованої напруги. Досягається це введенням в схему додаткового транзистора VT2. Потенціал його емітера відносно бази фіксований і дорівнює U_0П. Тому стан транзистора (його опір), залежить тільки від падіння напруги на резисторі R_Р, що визначає потенціал його бази. Змінюючи опір R_Р, регулюють напругу U_ЕБ транзистора VT2, що призводить до зміни його колекторного струму І_К2. Цей стум створює падіння напруги на резисторі R_Б, яка рівна напрузі U_БК транзистора VT1, і є регулюючою для останнього.

Якщо з деякої причини напруга живлення зросте, то миттєво зросте і напруга на розподілювачі R_Д-R_Р. Внаслідок цього потенціал бази транзистора VT2 зменшиться і напруга U_ЕБ зросте. Струм колектора також зросте, що призведе до зростання напруги U_ЕБ транзистора VT1, внаслідок чого його опір збільшиться. Підвищення опору означає зростання напруги U_ЕК, тобто, компенсуватиметься приріст напруги на навантаженні за рахунок значного швидкого зростання напруги U_ЕК транзистора VT1. Цей процес відбувається практично миттєво і триває до тих пір, доки потенціал бази транзистора VT2 не впаде до попереднього рівня.

Те ж саме буде відбувається і в разі зниження напруги U_Ж, з тією різницею, що вхідна напруга U_ЕБ транзистора VT2 зменшиться, а його опір зросте. Як наслідок, напруга U_БК транзистора VT1 також зменшується і його опір пропорційно знижується, що призводить до компенсації спаду напруги на навантаженні.

Якість роботи стабілізатора оцінюється його коефіцієнтом стабілізації К_СТ. Він визначається через відносні прирости вхідної та вихідної напруги на перехідній характеристиці стабілізатора:

₍₄₎

Для його розрахунку потрібно побудувати перехідну характеристику U_СТ=f(U_Ж), типовий вигляд котрої зображено на рис. 4. На цьому ж рисунку зображена методика визначення К_СТ у відповідності з виразом (4).

Рис. 5. Типова перехідна характеристика компенсаційного стабілізатора напруги

Коефіцієнт стабілізації повинен бути значно більшим одиниці. Для якісних стабілізаторів, що працюють на відповідальних споживачів, значення К_СТ може досягати 10⁵.