Лабораторна робота №3 Тема: Фільтри

Ціль роботи: дослідження роботи RC і LC фільтрів: випрямні схеми, фільтри ВЧ, НЧ, смугові і режекторные.

Теоретичні зведення

Фільтром, що згладжує, називають пристрій, призначений для зменшення пульсації напруги. Фільтри, що згладжують, включають між випрямлячами і навантаженням для зменшення пульсацій (перемінної складової). Якість фільтра оцінюється коефіцієнтом згладжування:

q=K_{п0 \}К_п1

де K_{п0 і} K_п1 – коефіцієнти згладжування на вході і виході фільтра відповідно. Припустиме значення коефіцієнта пульсації на виході фільтра Кн._доп залежить від виду навантаження. У випадку живлення перших каскадів УЗЧ із високою чутливістю Кн._доп =0.00001 ... 0.00002, для електронних стабілізаторів напруги – Кн._доп = 0.005...0.03 найбільше часто при малих струмах навантаження (менш 10...15 m) і невеликих заданих коефіцієнтах згладжування. Достоїнства фільтрів – малі габаритні розміри, маса, низька вартість, недолік – порівняно велике спадання напруги на фільтрі і втрати енергії. Коефіцієнт згладжування RC – фільтра при частоті живильної мережі 50 Гц.

q=10^-3πmR_нRC/(R+R_н)

де m – число фаз випрямляча; R – опір фільтра, Ом; З – ємність фільтра, мкф; R_н =U_н/I_н – опір навантаження, ОМ.

Опір фільтра вибирають з умови припустимого спадання напруги постійного струму на фільтрі або виходячи з заданого КПД η по формулі R=R_н(1-η)/η, а ємність конденсатора – по формулі:

C=3200q (R+ R_н)/ mRR_н

де З – ємність, мкф; R і R_н – опору, Ом.

Якщо прийняти η=0.8, а ємність конденсатора (у мікрофарадах):

С=16000 q/mR_н

Хід роботи

1. За допомогою Electronics Workbench зібрати приведені схеми фільтрів.

2. Досліджувати роботу даних схем і вимірити коефіцієнти пульсації у випрямних схемах.

3. Змінюючи частоту джерела напруги переглянути роботу фільтрів ВЧ, НЧ, смугового і режекторного.

4. Домогтися наступних показників:

• для фільтра ВЧ, НЧ і режекторного гранична частота пропущення (запирання) рівна номерові варіанта помноженого на 10000 Гц.

• для смугового фільтра смуга пропущення рівна номерові варіанта помноженого на 1000, починаючи з граничної смуги попередніх фільтрів.

Контрольні питання

1. Поясните принцип роботи різних схем фільтрів.

2. Як здійснюється вибір конденсатора в ємнісному фільтрі? Коли застосовується ємнісної фільтр?

3. Назвіть основні параметри фільтрів.

4. Загальні зведення про порядок включення елементів у RC –фільтрах

5. Розрахунок RC- фільтра.

6. Загальні зведення про порядок включення елементів у LC -фільтрах.

7. Розрахунок LC -фільтра.Пояснити роботу LC і RC – фільтра.

Лабораторна робота №4

Тема: стабілізатори напруги.

Ціль: вивчити і досліджувати стабілізатори напруги.

Теоретичні зведення.

Стабілізатором напруги називають пристрій, що автоматично забезпечує підтримування напруги навантажувального пристрою з заданим ступенем точності.

Напруга навантажувального пристрою може сильно змінюватися не тільки при змінах навантажувального струму Ii, але і за рахунок впливу ряду дестабілізуючих факторів. Одним з них є зміна напруги промислових мереж перемінного струму. Відповідно до Гост 5237-69 цю напругу може відрізнятися від номіналу не більш ніж +5%-15%. Іншими дестабілізуючими факторами є зміна температури навколишнього середовища, коливання частоти струму і т.д. Застосування стабілізаторів диктується тим, що сучасна електронна апаратура може нормально функціонувати при нестабільності живильної напруги 0.1-0.3%, а для окремих функціональних вузлів електронних пристроїв нестабільність повинна бути ще менше. Так, для УПТ і деяких вимірювальних електронних приладів нестабільність живильної напруги не повинна перевищувати 10⁴⁰.

Стабілізатори класифікують по ряду ознак;

• по роду стабілізуемой величини - стабілізатори струму і напруги.

• по способі стабілізації - параметричні і компенсаційні стабілізатори

В даний час широке поширення одержали компенсаційні стабілізатори, що підрозділяють на стабілізатори безперервного й імпульсного регулювання.

Основним параметром, що характеризує якість роботи всіх стабілізаторів, є коефіцієнт стабілізації.

Крім коефіцієнта стабілізації стабілізатори характеризуються такими параметрами, як внутрішньо опір Rвн і коефіцієнт корисної дії КПД. Значення внутрішнього опору стабілізатора дозволяє визначити спадання напруги на стабілізаторі, а отже і напруга і на навантажувальному пристрої U при змінах навантажувального струму.

Коефіцієнт корисної дії стабілізатора характеризує потужність втрат у ньому і є основним енергетичним показником стабілізатора:

Кег=Рн/(Рн+Рн)

де Рн - корисна потужність у навантажувальному пристрої; Рп - потужність утрат.

Параметричні стабілізатори напруги і струму. Схема такого стабілізатора приведена на рис 1.

Рис1.

За допомогою такого стабілізатора, у якому застосовується напівпровідниковий стабілітрон Д можна одержувати стабілізовану напругу від декількох вольтів до декількох сотень вольтів при струмах від одиниць міліамперів до одиниць амперів. Якщо необхідно стабілізувати напруги менш 3В, то замість стабілітронів застосовують стабісторы. Стабілітрон у параметричним стабілізаторі включають паралельно навантажувальному резисторові Rn. Послідовно зі стабілітроном для створення необхідного режиму роботи включають баластовий резистор Rб. Коефіцієнт стабілізації параметричного стабілізатора напруги на напівпровідниковому стабілітроні може досягати 30-50. Основними достоїнствами параметричних стабілізаторів напруги є простота конструкції і надійність роботи. До недоліків варто віднести невеликий КПД, що не перевищує 0.3, велике внутрішньо опір стабілізатора (5-20 Ом), а також вузький, нерегульований діапазон стабілізуемого напруги.

У параметричних стабілізаторах струму нелінійний елемент включають послідовно з навантажувальним пристроєм рис2. У параметричних стабілізаторах струму як нелінійний елемент використовують біполярні і польові транзистори. Значення стабілізуемого струму визначається резистором ro. Коефіцієнт стабілізації струму в такому випадку складає кілька десятків.

Рис.2

Компенсаційні стабілізатори постійні напруги і токи

Ці стабілізатори є системами автоматичного регулювання, у яких завдяки наявності негативного зворотного зв'язку забезпечується сталість напруги і струму на навантажувальному резисторі з високим ступенем точності рисЗ. До достоїнств компенсаційних стабілізаторів постійної напруги і токи відносяться: високий коефіцієнт стабілізації (ДО>1000), низький внутрішній опір (10³... 10 ⁵Ом); практична безінерційність, відсутність власних перешкод.

Недоліки - невисокий КПД не перевищуючий 0.5...…06; велика складність, а отже, менша надійність, значна маса, габарити і вартість.

Хід роботи

1.Вивчити структурні схеми параметричних і компенсаційних стабілізаторів.

2. Розглянути принципи постійного стабілізатора послідовної напруги, технічні параметри роботи стабілізаторів.

3. Вивчити принцип роботи стабілітрона.

4. Зібрати схему однокаскадного стабілізатора послідовного типу без підсилювального елемента.

5. Досліджувати схему стабілізатора. Обчислити коефіцієнт стабілізації схеми.

6. Зібрати схему на рис 6. Змінюючи R1 і R3 переконатися малою залежністю коефіцієнта стабілізації від прикладеної напруги і навантаження.

Рис. 3. Параметричний стабілізатор напруги.

Рис.3. Параметричний стабілізатор струму.

Рис 5. Компенсаційний стабілізатор.

Рис. 6. Стабілізатор на ИС.

Контрольні питання:

1. Поясните принцип роботи компенсаційного стабілізатора напруги, призначення і взаємодія його основних вузлів.

2. Що таке коефіцієнт стабілізації і як його визначити теоретично і практично?

3. Перелічите можливі способи збільшення коефіцієнта стабілізації.

4. У чому перевага стабілізаторів напруги в мікросхемному виконанні в порівнянні зі стабілізаторами на дискретних елементах.

5. Для чого в стабілізаторах використовуються складені транзистори?

6. Перелічите основні типи інтегральних стабілізаторів напруги, поясните їхні відмінності і функціональні можливості.