2. Экспериментальная установка

Экспериментальной установкой является стенд, на котором смонтированы шесть различных нелинейных элементов. Часть из них установлена на лицевой панели натурально (это лампы), а часть изображена символически (монтаж внутри стенда). Для проведения измерений на рабочем месте имеются вольтметр, амперметр, генератор постоянного напряжения с регулируемым выходом, реостат и магазин сопротивлений. Магазин используется в качестве линейного элемента в стабилизаторе напряжения.

Н а лицевой панели стенда напротив каждого НЭ указаны предельные (максимальные) токи обеих полярностей, превышать которые при снятии ВАХ нельзя. Напротив каждого элемента указана также величина ограничивающего сопротивления R_огр, которое совершенно необходимо вводить последовательно с данным НЭ (рис. 8). В противном случае самая малая добавка напряжения на крутом участке ВАХ (а поведение ВАХ, вообще говоря, неизвестно) приведёт к резкому скачку тока и немедленному перегоранию данного НЭ. Если R_огр невелико, то в качестве его используется реостат, если же сопротивления реостата недостаточно, то – магазин сопротивлений.

3. Программа работы

3.1. Снятие вольт-амперных характеристик

Снимаются вольт-амперные характеристики стабилитрона и ещё двух нелинейных элементов (Х и Y), назначаемых преподавателем.

Внимание. При снятии ВАХ необходимо выполнять следующее:

● включать генератор только после проверки схемы преподавателем;

● начальное выходное напряжение генератора – всегда нулевое;

● увеличивая выходное напряжение генератора, постоянно вести контроль тока через НЭ, не выходя за отмеченные пределы.

______________________

1. Собрать схему согласно рис. 8, включив в качестве НЭ стабилитрон.

2. Снять ВАХ стабилитрона в указанных на стенде токовых пределах. С особой тщательностью вести измерения на растущем участке ВАХ, с тем чтобы в дальнейшем по графику i(u) можно было надёжно определить дифференциальное сопротивление на этом участке. Он должен быть равномерно обозначен, по крайней мере, 6-8 точками.

3. Аналогично снять ВАХ нелинейных элементов Х и Y.

4. Соединить элементы Х и Y последовательно и снять ВАХ такой цепочки. Следить при этом, чтобы ток не превышал наименьшего из двух предельных значений, т.е. если, например, =700 мА, а =400 мА, то при их последовательном соединении 400 мА. Выбор зависит от конкретного вида Х и Y: во многих случаях его можно выбрать наименьшим из и , но иногда и наибольшим. Решение о выборе принимается на основе анализа вольт-амперных характеристик элементов Х и Y и грубой оценки результирующей ВАХ (рис. 3), и оно обязательно сообщается преподавателю перед снятием ВАХ^ХY.

3.2. Расчёт и испытание стабилизатора напряжения

Исходные данные: рабочий ток стабилитрона i_ст=10 мА; входное напряжение стабилизатора и_ст=16±4 В (т.е. Δи_вх=8 В).

1. Построить фрагмент ВАХ стабилитрона на крутом участке с хорошим разрешением по напряжению, т.е. чтобы на графике он выглядел не совсем вертикальным, а со значительным наклоном, хотя бы как на рис. 7.

2. Из построенного фрагмента ВАХ найти рабочее напряжение стабилитрона и_ст по заданному рабочему току i_ст=10 мА. Величину и_ст необходимо определить весьма точно – с тремя значащими цифрами, так как сама нестабильность выходного напряжения может быть лишь в третьей цифре.

3 . По формуле (3) рассчитать балластное сопротивление R.

4. Собрать цепь, показанную на рис. 9. Вольтметр V₁ измеряет напряжение и_вх, а вольтметр V₂ – и_вых (рис. 5). Если генератор  имеет встроенный вольтметр, то он и будет V₁. В качестве балластного резистора R используется магазин сопротивлений. Выставить на нём рассчитанное сопротивление R.

5. Подать на схему напряжение и_вх=16 В. Убедиться, что ток i=i_ст=10 мА, а и_вых=и_ст. Если это не так, то подстроить R и записать его реальное значение, соответствующее току i_ст=10 мА.

6. Выставляя входное напряжение поочерёдно 12 В и 20 В, определить экспериментально , и Δи_вых. Отметить эти точки на построенном фрагменте ВАХ.

7. По формуле (1) вычислить .