ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра информационной безопасности
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
по дисциплине «Схемотехника устройств ТЗИ»
Исследование линейных стабилизаторов напряжения
Курс 3
Семестр 6
Уч. год 2012/2013
Разработал студент гр. PБ-101
_______________ Иванов И.И.
“___” ____________ 2013 г.
Проверил ст. преподаватель
_____________Барабанов Н.А.
“___” ____________ 2013 г.
Одесса 2013
1 Цель работы
Приобретение навыков моделирования работы ЛСН с помощью MC9 (анализа основных параметров и характеристик).
Закрепление знаний по схемотехнике ЛСН.
2 Задание
1) Схема исследуемого ЛСН приведена на рис.1
Рисунок 1 – Схема ЛСН
2) Исходные данные для расчета элементов схемы ЛСН:
Номинальная мощность P0 и напряжение U0 нагрузки в зависимости от варианта (номера студента в журнале группы) приведены в табл.1.
Нагрузка – резистивно-емкостная (Rн = R0 … ∞ , Сн ≈ 1000мкф / U0),
RC [Ом]= 10 /С[мкФ]).
Отклонение входного напряжения от номинального значения – δ1 = 30%.
Отклонение напряжения на выходе стабилизатора от номинального значения (включая пульсации и дестабилизирующие факторы) –
δ2 <= 5%.
Температурные условия: Т=25 ºС±25 ºС.
Таблица 1 – Номинальная мощность
и выходное напряжение ЛСН
N |
P0, Вт |
U0, В |
1 |
6 |
9 |
2 |
21 |
4 |
3 |
11 |
2,5 |
4 |
19 |
8 |
5 |
7 |
18 |
6 |
10 |
6 |
7 |
13 |
14 |
8 |
8 |
5 |
9 |
20 |
16 |
10 |
22 |
3 |
11 |
12 |
11 |
12 |
17 |
20 |
13 |
18 |
21 |
14 |
26 |
17 |
15 |
15 |
15 |
16 |
23 |
13 |
17 |
9 |
19 |
18 |
24 |
12 |
19 |
25 |
7 |
20 |
16 |
10 |
Пример исходных данных для расчета и моделирования работы стабилизатора приведен в табл.2.
Таблица 2 – Исходные данные для расчетов и моделирования
№ |
Параметр |
Обоз. |
Источник |
Величина |
Ед. измер. |
1 |
Номинальное выходное напряжение |
U0 |
Задано |
5.0 |
В |
2 |
Номинальная выходная мощность |
P0 |
Задано |
5 |
Вт |
3 |
Номинальный ток нагрузки |
I0 |
P0 / U0 |
1.0 |
А |
4 |
Номинальное сопротивление нагрузки |
R0 |
U0 / I0 |
5 |
Ом |
5 |
Емкость нагрузки |
Сн |
1000мкФ / U0 |
200 |
мкФ |
6 |
Последовательное сопротивление емкости нагрузки |
RC |
10 / Сн [мкФ] |
0.05 |
Ом |
7 |
Минимальное входное напряжение |
Uвх.мин |
U0 +2 В |
7 |
В |
8 |
Возможное отклонение входного напряжения от номинала |
δ1 |
Задано |
30 (0.3) |
% (раз) |
9 |
Номинальное входное напряжение |
Uвх.0 |
Uвх.мин / (1 - δ1) |
10 |
В |
10 |
Максимальное входное напряжение |
Uвх.макс |
Uвх.0(1 + δ1) |
13 |
В |
11 |
Амплитуда гармонического напряжения пульсаций на входе |
Um.вх |
Uвх.0 δ1 |
3 |
В |
12 |
Частота напряжения пульсаций на входе |
fпульс |
Задано |
100 |
Гц |
13 |
Максимально допустимое отклонение выходного напряжения от номинала |
δ2 |
Задано |
5 (0.05) |
% (раз) |
14 |
Номинальная рабочая температура |
Т0 |
Задано |
25 |
ºС |
15 |
Абсолютное отклонение температуры от номинала |
ΔТ0 |
Задано |
25 |
ºС |
16 |
Максимальная рабочая температура |
Тмакс |
Т0 + ΔТ0 |
50 |
ºС |
17 |
Минимальная рабочая температура |
Тмин |
Т0 - ΔТ0 |
0 |
ºС |
Исследуемые параметры приведены в табл.3. Колонка величины параметра заполняется по результатам моделирования.
Таблица 3 – Параметры ЛСН
№ |
Параметр |
Обоз. |
Формула |
Условия измерения |
Вел. |
Ед. изм. |
||
Uвх. |
Rн |
Т |
||||||
1 |
Выходное напряжение при номинальных условиях |
Uвых.0 |
Uвых |
Uвх.0 |
R0 |
Т0 |
4.999 |
В |
2 |
Относительное отклонение выходного напряжения от номинала |
δ0 |
(Uвых.0 - U0) / U0 |
Uвх.0 |
R0 |
Т0 |
0.02 |
% |
3 |
Выходной ток при номинальных условиях |
Iвых.0 |
Iвых |
Uвх.0 |
R0 |
Т0 |
1.0 |
А |
4 |
Входной ток при номинальных условиях |
Iвх.0 |
Iвх |
Uвх.0 |
R0 |
Т0 |
1.005 |
А |
5 |
Коэффициент полезного действия (к.п.д.) |
η |
|
Uвх.0 |
R0 |
Т0 |
49.8 |
% |
6 |
Входной ток холостого хода |
Iвх.х.х |
Iвх |
Uвх.0 |
∞ |
Т0 |
5.6 |
мА |
7 |
Выходное напряжение холостого хода |
Uвых.∞ |
Uвых |
Uвх.0 |
∞ |
Т0 |
5.0 |
В |
8 |
Выходное сопротивление |
|
|
Uвх.0 |
R0; ∞ |
Т0 |
1.0 |
мОм |
9 |
Фактическое минимальное входное напряжение |
Uвх.мин.ф |
Uвх |
Подбирается Uвых = U0 ×(1- δ2/2) |
R0 |
Т0 |
6.4 |
В |
10 |
Выходное напряжение при минимальном входном |
Uвых.мин |
Uвых |
Uвх.мин |
R0 |
Т0 |
4.999 |
В |
11 |
Выходное напряжение при максимальном входном |
Uвых.макс |
Uвых |
Uвх.макс |
R0 |
Т0 |
4.999 |
В |
12 |
Коэффициент стабилизации напряжения |
|
|
Uвх.макс, Uвх.мин |
R0 |
Т0 |
∞ |
раз |
13 |
Выходное напряжение при минимальной температуре |
Uвых.Тмин |
Uвых |
Uвх.0 |
R0 |
Тмин |
4.993 |
В |
14 |
Выходное напряжение при максимальной температуре |
Uвых.Тмакс |
Uвых |
Uвх.0 |
R0 |
Тмакс |
4.998 |
В |
15 |
Температурный коэффициент выходного напряжения |
|
|
Uвх.0 |
R0 |
Тмин, Тмакс |
0.002 |
% / ºС |
16 |
Ток к.з. при номинальной температуре |
Iк.з.Т0 |
. Iн (≈1.2 I0) |
Uвх.0 |
0 |
Т0 |
1.273 |
А |
17 |
Ток к.з. при минимальной температуре |
Iк.з.Тмин |
Iвых |
Uвх.0 |
0 |
Тмин |
1.351 |
А |
18 |
Ток к.з. при максимальной температуре |
Iк.з.Тмакс |
Iвых |
Uвх.0 |
0 |
Тмакс |
1.194 |
А |
19 |
Максимальная рассеиваемая мощность при к.з. |
Pрас.макс |
Uвх.макс Iвх.мак |
Uвх.макс |
0 |
Тмин |
17.58 |
Вт |
20 |
Амплитуда напряжения пульсаций на выходе |
Um.вых |
0.5 [max(Uвых) – min(Uвых)] |
Uвх.0 + + Umвх. × sin(2π fпульс t) |
R0 |
Т0 |
0 |
мкВ |
21 |
Коэффициент подавления пульсаций в разах |
|
|
Uвх.0 + + Umвх. × sin(2π fпульс t) |
R0 |
Т0 |
0 |
раз |
22 |
Коэффициент подавления пульсаций в дБ |
дБ |
20 lg |
Uвх.0 + + Umвх. × sin(2π fпульс t) |
R0 |
Т0 |
-∞ |
дБ |
.
Примечания:
1. Параметры п.п. 1-19 получаются из данных динамического анализа схемы на постоянном токе при различных Uвх., Rн и Т.
2. Параметр п. 20 получается по данных анализа переходных процессов схемы Uвых(t) в установившемся режиме, при подключении последовательно с источником Uвх = Uвх.0 источника синусоидального сигнала с амплитудой Umвх и частотой fпульс.
3. Параметры п.п. 2, 5, 8, 12, 15, 19, 21, 22 получаются путем вычислений, остальные – по данным моделирования.
Исследуемые характеристики ЛСН приведены в табл.4.
Таблица 4 – Характеристики ЛСН
№ |
Характерстика |
Обозн. |
Условия измерения |
Вид анализа |
||
Uвх. |
Rн |
Т |
||||
1 |
Зависимость коэффициента подавления пульсаций от частоты (ЛАЧХ) |
|
Uвх.0 + Umвх.× sin(2π f t) |
R0 |
Т0 |
Частотный |
2 |
Пусковая характеристика |
Uвых (t); Iвх(t) |
Uвх.0 |
R0 |
Т0 |
Переходных процессов |
3 |
Зависимость выходного напряжения от входного |
Uвых(Uвх) |
0… Uвх.макс |
R0 |
Т0 |
Постоянного тока |
4 |
Зависимость выходного сопротивления от частоты |
|
Uвх.0 |
I0 + +Imн.× ×sin(2π f t) |
Т0 |
Частотный |
Примечания:
1. Для снятия характеристики по п.1 необходимо последовательно с источником Uвх = Uвх.0 подключить источник синусоидального сигнала с амплитудой Umвх и частотой fпульс.
2. Для снятия характеристики по п.4 необходимо вместо Rн подключить источник синусоидального тока со смещением I0, амплитудой Imн = 0,1I0 и частотой f=1кГц.