EUiST_lab_10_2017g_Issledovanie_integralno_stabilizatora_napryazhenia

План УМД 2017/2018 уч. г.

Лабораторная работа №10

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Составители С.Л. Яблочников, профессор К.Ф. Шакиров, ассистент

Издание утверждено на заседании кафедры протокол № 4 от 12.10 .2017 г.

Рецензент: Е.В. Костюк, доцент

2

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Практическое ознакомление со схемами включения интегральных стабилизаторов напряжения (ИС) серии К142ЕН

1,2 (А, Б), характеристиками и методами испытаний данных стабилизаторов.

ЗАДАНИЕ

Провести экспериментальные испытания интегрального стабилизатора К142ЕН1А, определить его основные параметры и выявить достоинства и недостатки основных схем включения.

ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ.

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

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

3.Определение коэффициента сглаживания ИС.

4.Определение величины тока нагрузки, при котором срабатывает схема защиты.

3

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ С НЕПРЕРЫВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

1. Общие сведения

Uрэ

+ РЭ +

Рис. 1 Структурная схема компенсационного стабилизатора с непрерывным регулированием последовательного типа.

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения представляют собой систему автоматического регулирования, которая обеспечивает постоянство выходного напряжения с высокой степенью точности при изменениях напряжения сети, тока нагрузки, а также при иных внешних возмущениях (частота тока питающей сети, характер нагрузки, температура окружающей среды, влажности и т.д.)

На рис. 1 изображена структурная схема стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа. Стабилизатор состоит из регулирующего элемента РЭ, включенного последовательно с нагрузкой, усилителя постоянного тока УПТ и схемы сравнения СС, включающей в себя источник опорного напряжения и сравнивающий делитель.

4

По типу включения РЭ относительно нагрузки стабилизаторы различаются на последовательный и параллельный типы. Представленная на рис.1 структурная схема компенсационного устройства относится к первому типу.

Принцип работы стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа с последовательным включением РЭ заключается в следующем. В схеме сравнения СС сравниваются выходное и опорное напряжения, затем сигнал разности этих двух напряжений подается на вход УПТ. При изменении выходного напряжения на выходе СС появляется сигнал разности, который усиливается УПТ и поступает на вход РЭ. Изменение сигнала на входе РЭ приводит к изменению на нем падения напряжения, в результате чего напряжение возвращается к своему первоначальному значению с определенной степенью точности.

2.Интегральные стабилизаторы

Внастоящее время серийно выпускаемые промышленностью интегральные стабилизаторы с непрерывным регулированием серии К142ЕН можно условно разделить на четыре группы: стабилизаторы с регулируемым выходным напряжением от 3 до 30 В типов К142ЕН 1; 2 и К142ЕН 3, 4; стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением 5, 6,

9, 12, 15, 20, 24, 27 В типов К142ЕН 5; и К142ЕН 8; 9;

стабилизаторы с двухпольным регулируемым выходным напряжением от 5 до 15 В серии К142ЕН 6 и стабилизаторы отрицательной полярности типа К142ЕН 10. Из перечисленных типов интегральных стабилизаторов наибольшее распространение, в силу своей универсальности, получили стабилизаторы серии К142ЕН 1,2 (А, Б).

5

Кроме своего основного назначения, они используются в качестве активных сглаживающих фильтров, стабилизаторов тока, пороговых устройств, устройств защиты и т.п.

Интегральные стабилизаторы серии К142ЕН 1, 2 (А, Б) выполняются на основе полупроводниковой планарной технологии в объёме кристалла кремния размером 1,7 х 1,7 мм.

На рис. 2 изображена схема интегрального стабилизатора и один из способов её включения.

В качестве регулирующего элемента в интегральном стабилизаторе используют составной транзистор VT4, VT3, который выполняет роль активного сопротивления. Составной регулирующий транзистор, выполненный по схеме Дарлингтона применяется для согласование мощного транзистора VT4 с маломощным транзистором усилителя постоянного тока VT7. Применения составного транзистора VT4, VT3 позволяет существенно увеличить коэффициент передачи тока базы и уменьшить влияние неуправляемого коллекторного тока.

Источником опорного напряжения является параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD1 и полевом транзисторе VT1. В качестве стабилитрона VD1 используется эмиттер-базовый переход n–p–n транзистора, смещённый в обратном направлении и имеющий характеристику лавинного пробоя. Для улучшения качества (стабильности) эталонного напряжения полевой транзистор VT1 у которого закорочены выводы истока и затвора, в схеме используется как параметрический стабилизатор тока стабилитрона VD1.

6

Для уменьшения выходного сопротивления параметрического стабилизатора на его выход включен эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT5, резисторах R1, R2 и диоде VD2.

Основным фактором, влияющим на качество опорного напряжения, является нестабильность, вызванная изменением температурных условий ИС. Для температурной компенсации опорного напряжения в схему параметрического стабилизатора введён диод VD2. Делитель напряжения, выполненный на резисторах R1, R2, позволяет получать опорное напряжения меньшее, чем напряжение на стабилитроне VD1. При этом на вход транзистора VT6 подаётся постоянного стабилизированное напряжение с резистора R2. Транзистор VT6 включен по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого является резистор R3. Напряжение на резисторе R3 постоянно и равно напряжению на резисторе R2.

Усилитель постоянного тока выполнен по дифференциальной схеме и состоит из транзисторов VT6, VT7 и VT2. Полевой транзистор VT2, включенный как стабилизатор тока, является коллекторной нагрузкой транзистора VT7 и имеет большое дифференциальное сопротивление, за счёт чего повышается коэффициент усиления усилителя постоянного тока.

По сравнению с простейшим однокаскадным усилителем дифференциальный усилитель обладает следующими преимуществами:

при интегральном исполнении достигается практически полная компенсация температурного дрейфа напряжения базаэмиттерных переходов транзисторов VT6, VT7 что позволяет снизить требования к нестабильности по температуре источника опорного напряжения;

в отличие от простейших схем источник опорного напряжения включен в базовую цепь усилителя постоянного тока. Такое включение уменьшает нестабильность за счёт

7

8

Рис. 2. Схема последовательного стабилизатора напряжения в интегральном исполнении.

снижения влияния дифференциального сопротивления источника опорного напряжения.

Для защиты стабилизатора от короткого замыкания и перегрузок по току в схему ИС введен транзистор VT9.

Возможность выключения стабилизатора внешним сигналом обеспечивается транзистором VT8, резистором R4 и диодом VD3.

3. Схема включения и принцип действия интегрального стабилизатора напряжения

Для нормальной работы интегрального стабилизатора, а также для получения заданного значения выходного напряжения необходимо подключить к микросхеме дополнительные дискретные элементы: делитель напряжения обратной связи R8, R9, выходную ёмкость и резисторы схемы защиты R5...R7.

С помощью переменного резистора R8 можно установить необходимую величину выходного напряжения ИС.

При помощи резисторов R5…R7 обеспечивается работа схемы защиты от перегрузок по току.

Конденсатор обеспечивает устойчивую работу ИС. Также для повышения устойчивой работы микросхемы вводят конденсатор C1 (рис.3 – рис.5).

Принцип действия ИС (см. рис.2) заключается в следующем. При изменении входного напряжения, например увеличении, в первый момент возрастает выходное напряжение и напряжение на резистивном делителе R8, R9. Напряжение

на нижнем плече делителя (резисторе R9) сравнивается с напряжением на резисторе R3, которое равно опорному напряжению . Увеличение напряжения приводит к

увеличению положительного потенциала на базе транзистора VT7, а также к увеличению его базового и коллекторного токов. При увеличении коллекторного тока транзистора VT7 ток базы

9

транзистора VT3 уменьшается, поскольку ток стока транзистора VT2 – величина постоянная и равна сумме токов:

Уменьшение тока базы транзистора VT3 приводит к

уменьшению тока базы транзистора VT4 и к увеличению падения напряжения на переходе коллектор–эмиттер этого транзистора.

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

Регулировка выходного напряжения осуществляется переменным резистором R8.

При изменении тока нагрузки (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 стабилизатора.

Увеличение выходного напряжения приводит к повышению напряжения 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 напряжение на

резисторе R5, база транзистора VT9 имеет отрицательный потенциал по отношению к его эмиттеру, и транзистор VT9 закрыт. При этом выполняется условие: .

10