4 курс (заочка) / Учебные материалы / ЭУиСТ практикум Шакиров Яблочников

Увеличение напряжения коллектор-эмиттер транзистора VT4 приводит к уменьшению выходного напряжения до первоначального значения с определённой степенью точности.

Регулировка выходного напряжения осуществляется с помощью вращения ротора переменного резистора R8.

При изменении тока нагрузки н (например, уменьшении), в первый момент времени уменьшается падение напряжения на переходе коллектор–эмиттер регулирующего транзистора VT4, снижается падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника, питающего ИС, и всё это ведён к увеличению выходного напряжения вых стабилизатора.

Увеличение выходного напряжения вых приводит к повышению напряжения9 на нижнем плече резистивного делителя (резисторе R9), и в дальнейшем схема ИС отрабатывает данное возмущающее воздействие так, как было показано выше.

Защита стабилизатора от короткого замыкания перегрузок по току

основана на «запирании» составного регулирующего транзистора VT3, VT4. В нормальном режиме и при небольших перегрузках по току, когда напряжение7 на резисторе R7 (так называемом датчике тока) меньше напряжения 5 на резисторе R5, база транзистора VT9 имеет отрицательный потенциал по отношению к его эмиттеру, и транзистор VT9 закрыт. При этом выполняется

условие: 5 = 7 + бэ9.

При значительных перегрузках по току и при возникновении короткого замыкания несколько возрастает напряжение на резисторе R7. Как только напряжение на резисторе R7 превысит уровень напряжения на резисторе R5 и

VT9 станет положительным по отношению к его эмиттеру, транзистор VT9 откроется, а, соответственно, его базовый и коллекторный токи увеличатся. Увеличение коллекторного тока транзистора VT9, в свою очередь, приводит к уменьшению токов базы транзисторов VT3, VT4, они запираются, что вызывает ограничение тока в цепи нагрузки. При устранении перегрузки по току схема возвращается в исходное состояние.

Как видно из принципа действия схемы защиты, ток нагрузки, при котором происходит срабатывание защиты, зависит от сопротивления резистора R7. Чем меньше сопротивление резистора R7, тем при больших токах нагрузки срабатывает схема защиты.

Для дистанционного выключения стабилизатора на базу транзистора VT8

(клемма 9) подается внешний положительный сигнал. Транзистор VT8 открывается, что ведет к увеличению его базового и коллекторного токов, а это, в свою очередь, ведет к уменьшению токов базы транзисторов VT3, VT4, и

11

данные транзисторы запираются, а напряжение на выходе стабилизатора уменьшается до нуля.

Врассмотренной схеме ИС (рис.2) для питания интегрального

стабилизатора использовался один источник с напряжением вх. От этого источника питаются как силовая часть ИС (цепь составного регулирующего транзистора VT3, VT4), так и схема управления (источник опорного напряжения и усилитель постоянного тока). При таком питании минимальное напряжение на регулирующем транзисторе VT3, VT4, согласно паспортным данным микросхемы K142EH1,2 (А, Б), должно быть не менее 4В. Из этого

следует, что минимальное напряжение выходного источника питания вх. должно быть на 4В больше максимального значения выходного напряжения интегральной схемы. При «раздельном» питании цепи регулирующего транзистора VT3, VT4 и схемы управления ИС минимальное напряжение на регулирующем транзисторе составляет порядка 2,5 В.

Вслучае если интегральная микросхема не может обеспечить необходимую величину тока нагрузки, допускается подключение внешнего регулирующего транзистора. Примером использования внешнего регулирующего транзистора может служить схема параллельного стабилизатора напряжения (приведена на рис. 3.), в котором интегральный стабилизатор типа 142ЕН1 (или 142ЕН2) применяется как устройство сравнения с опорным напряжением и усиления сигнала. Регулирующий элемент в данном случае содержит дополнительный внешний транзистор VT1, резисторы R1, R2 и стабилитрон VD1, что позволяет обеспечить фазовый сдвиг сигнала рассогласования, необходимый для получения отрицательной обратной связи в параллельном стабилизаторе.

При изменении тока на выходе интегральной микросхемы (клемма 13), под действием сигнала обратной связи происходит изменение тока, протекающего через стабилитрон VD1 с обратным знаком. Поэтому, соответствующие изменения силы тока нагрузки и коллектора транзистора VT1 имеют разные знаки.

Разность напряжений между вх и вых выделяется на гасящем резисторе R3, через который проходит суммарный ток

3: 3 = кэ1 + пот + дел + н,

где кэ1 – ток коллектора транзистора VT1; пот – ток, потребляемый интегральным стабилизатором; дел – ток делителя выходного напряжения; н

– ток нагрузки.

12

Рис. 3. Схема параллельного стабилизатора напряжения, реализованная на базе интегральной микросхемы

серии 142ЕН1.

Рис. 4. Компенсационный стабилизатор последовательного типа с улучшенными энергетическими и

качественными характеристиками, реализованными на основе интегральной микросхемы 142ЕН2.

13

При этом среднее значение напряжения на выходе стабилизатора остается постоянным. Данное его постоянство обеспечивается с определенной степенью точности.

На основе интегральных стабилизаторов также можно практически реализовать так называемые компенсационные стабилизаторы непрерывного действия, в которых падение напряжения на регулирующем элементе достигает минимально возможного значения и, соответственно, обеспечиваются минимальные потери мощности. Принципиальная электрическая схема такого стабилизатора последовательного типа, позволяющая получить минимально допустимое напряжение на регулирующем элементе (около 1,0 В), приведена на рис. 4.

В данном стабилизаторе регулирующим элементом является внешний транзистор VT1, базовый ток которого задается интегральной микросхемой. При этом напряжение на регулирующем транзисторе микросхемы равно или превышает минимально допустимое значение. Рассматриваемая схема представляет собой сочетание стабилизаторов с раздельным питанием от дополнительного источника напряжения доп интегральной микросхемы и с повышенным выходным током. Следовательно, кроме улучшения энергетических характеристик можно ожидать и повышения качественных показателей устройства.

4.3. Параметры интегральных стабилизаторов.

Качество работы интегральных стабилизаторов оценивается следующими параметрами:

1. Нестабильность выходного напряжения в процентах при заданном

Коэффициент стабилизации и нестабильность выходного напряжения при заданном изменении входного напряжения определяются при постоянном значении тока нагрузки.

14

3. Нестабильность по току в процентах при заданном сбросе тока нагрузки определяется по формуле:

= ∆ вых ∙ 100%,

вых

или внутреннее сопротивление ИС

= ∆ вых⁄∆ н = вых⁄∆ н100.

Уровень нестабильности по току и внутреннее сопротивление ИС определяются при заданном сбросе тока нагрузки и номинальном значении входного напряжения.

4. Коэффициент сглаживания пульсаций, который представляет собой отношение коэффициентов пульсаций на входе и выходе интегрального стабилизатора, определяется по формуле:

q = вх~⁄ вых~.

вх вых

Указанный выше коэффициент сглаживания интегрального стабилизатора определяется при номинальном значении входного напряжения и максимальном токе нагрузки.

5. Нестабильность выходного напряжения по температуре :

= ∆ вых ∙ 100%.вых ∙ ∆

6.Долговременная нестабильность выходного напряжения вых., мКВ/1000 часов. Этот параметр имеет важное значение в измерительных устройствах, устройствах постоянного тока и других.

7.Предельное входное напряжение постоянного и импульсного характера

вх..

В качестве примера, основные параметры ИС типа К142ЕН 1,2 (А, Б) приведены в табл. 1.

Таблица 1. Параметры интегральных стабилизаторов

15

*Значение параметра при раздельном питании регулирующего элемента и схемы управления (источника опорного напряжения и усилителя постоянного тока).

Максимальные значения тока нагрузки и рабочих напряжений обусловлены, в основном, таким показателем, как предельная рассеиваемая мощность ИС.

Информация приведенная в таблице 1, позволяет сделать вывод, что предельно допустимая мощность, рассеиваемая на ИС, составляет 0,8 Вт при температуре окружающей среды от +20 до +60°С.

Мощность, рассеиваемая на ИС, равна:

ис = (вх − вых) н.

Если принять ис = ис. = 0,8 Вт, то при максимальном токе нагрузки н = 0,15А, разность

вх − вых = 5,3 В.

Если разность напряжений вх − вых > 5,3 В, то необходимо уменьшать максимальный ток нагрузки.

Коэффициент полезного действия ИС определяется по следующей формуле:

= вых⁄вх = вых н⁄вых вх

Поскольку вх ≈ н, то = вых⁄вх.

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

5.1. Описание лабораторного стенда для проведения испытаний.

16

На рис.5 приведена схема стенда, на котором проводятся испытания интегрального стабилизатора серии К142ЕН1А.

Рис. 5. Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда

где B2 – переключатель режимов работы микросхемы; V2 и A2 – соответственно, вольтметр и миллиамперметр постоянного тока для определения выходного напряжения и тока нагрузки; н – нагрузка стабилизатора; гнезда Г1 – Г4 служат для подключения цифрового вольтметра; В3 – выключатель питания интегральной микросхемы.

5.2. Определение параметров ИС при изменяющемся входном напряжении и постоянном токе нагрузки.

С помощью лабораторного стенда рис.4 необходимо снять характеристики стабилизатора вых = (вх) при н = .

Характеристики снимаются в двух режимах:

а) при питании цепей регулирующего транзистора, источника опорного напряжения и усилителя от одного источника (переключатель В2 находится в положении “1”);

б) при раздельном питании, что соответствует положению переключателя В2 в режиме “2”.

Опыт проводится в следующей последовательности:

1. Рукоятку автотрансформатора ЛАТР переводят в положение “Меньше”, что соответствует минимальному напряжению на входе стабилизатора.

17

По данным эксперимента и расчета построить для двух режимов

зависимости ′вых = ( вх) и вых = ( вх) на одном графике и зависимости

ис = ( вх), вх = ( вх), вых = ( вх) на другом.

По зависимости ′вых = ( вх) определить минимальное значение входного напряжения стабилизатора вх. (напряжение, при котором начинается режим стабилизации).

По зависимости ′вых = ( вх) определить нестабильность выходного напряжения

= ∆ вых ∙ 100%,

вых

Для этого, задавшись приращением ∆вх = 1В (в зоне стабилизации напряжения), определить величину ∆вых.

При определении в формулу подставляют значение вых, равное номинальному значению выходного напряжения.

Коэффициент стабилизации по напряжению рассчитывается по формуле:

Полученное значение сравнивается с паспортными данными, приведенными в табл.1.

По результатам расчёта и эксперимента определить относительную нестабильность выходного напряжения по температуре. Для этого с помощью кривой ис = ( вх) определить приращение ∆ ис при изменении вх от 16 до

18 В.

Находят приращение ∆ температуры − перехода:

∆ = ∆ ис ∙ тп.ср, причем тп.ср = 110 ° /Вт

С помощью кривых ′вых = ( вх) и вых = ( вх) находят разность

( вых − ′вых) при вх = 18В.

Далее можно рассчитать

= ( вых − ′вых) ∙ 100%. ∆ вых

– определяется для одного режима (переключатель В2 в положении “1”). Полученное значение сравнить с паспортными данными табл.1.

19

5.3. Определение параметров ИС при постоянном входном напряжении и изменяющемся токе нагрузки.

При постоянном входном напряжении и изменяющемся токе нагрузки снимается внешняя характеристика ИС:

вых = ( н)

Характеристика снимается при питании ИС от двух источников (переключатель B2 находится в положении “2”).

Опыт проводится в следующем порядке:

1.На входе стабилизатора устанавливают напряжение, равное номинальному вх.ном = 16В (переключатель В3 находится в положении “Выкл.”). Рукоятку “Рег. Iн” устанавливают в положение равном минимальному току нагрузки.

2.Переключатель В3 переводят в положение “Вкл.” И записывают в табл.3 показания приборов сразу после включения B3, а затем повторяют запись через 1 мин.

3.Ток нагрузки увеличивают до значения н = 20мА. Переключатель B3 переводят в положение “Выкл.” и дают выдержку 2-3 мин. Вновь переводят переключатель B3 в положение “Вкл.” и записывают в табл.3 показания приборов сразу после включения B3 и через 1 мин.

4.Устанавливают ток нагрузки н = 40мА и переводят переключатель B3 в положение “Выкл.”. Делается выдержка 2-3 мин., а затем переключатель B3 переводится в положение “Вкл.” и записываются в табл.3 показания приборов сразу после включения B3 и через 1 мин.

В указанной выше последовательности снимают показания приборов при изменении тока нагрузки в пределах от 0 до 100 мА, а затем информацию о результатах реализованных испытаний, вносят в табл.3.

20