4.8.2. Исследование базовой схемы компенсационного стабилизатора

Цель.

1. Исследование базовой модели трехполюсного стабилизатора на интегральной микросхеме: определение коэффициента стабилизации, выходного сопротивления, рассеиваемой мощности корпусом стабилизатора.

Приборы и элементы.

панель элементов

Источник постоянной ЭДС (DC)

Источник переменной ЭДС (AC)

Линейный стабилизатор LM7805CT

Амперметр

Вольтметры

Резистор R₁=5 Ом

Потенциометр R₂=20 Ом

Ваттметр (панель )

Осциллограф (панель )

Схема исследуемой базовой модели стабилизатора приведена на Рисунке 3.8.

Схема базовой модели трехполюсного стабилизатора

Рисунок3.8.

Рассчитайте минимальное, номинальное, максимальное значения напряжения источника постоянной ЭДС V1, используя выражения приведенные в разделе 3.4, для LM7805CT с параметрами , , . Изменения напряжения источника постоянной ЭДС

Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Определение коэффициента стабилизации.

а) Откройте файл «Базовая модель стабилизатора» (или соберите схему рисунок 3.8). Установите минимальное значение напряжения источника постоянной ЭДС V1. Установите значение переменной ЭДС в нулевое значение(0Vrms), частоту – 100 Гц, а фазовый сдвиг 0^о. Изменяя значение источника постоянной ЭДС V1от до ( с шагом занесите в таблицу 3.3 показания амперметра V2 (I_н), вольтметраV3(U_н), ваттметра XWM1. (Сопротивление R₂ установить 0%).

б) По данным таблицы постройте зависимости , и По зависимости определите коэффициент стабилизации:

в) Сделайте выводы об изменениях тока нагрузки I_н и рассеиваемой корпусом микросхемы LM7805CT мощности P_d.

Эксперимент 2. Определение выходного сопротивления

а) Откройте этот же файл (рисунок 3.8). установите номинальное значение источника постоянной ЭДС U1 U1_ном=9.4В. изменяя значение потенциометром R2 от 100% до 0% с шагом 25%, занесите в таблицу 3.4 показания амперметра U2, вольтметра U3 и ваттметра XWM1.

б) По данным таблицы 3.4 постройте зависимости U_н=f(I_н), Pd=f(I_н). Используя зависимость U_н=f(I_н), рассчитайте выходное сопротивление стабилизатора:

в) Сделайте выводы о выходном сопротивлении и изменении мощности, рассеиваемой корпусом микросхемы.

Эксперимент 3. определение коэффициента фильтрации стабилизатора

а) Откройте этот же файл (рисунок 3.8). Установите значение напряжения источника переменной ЭДС U_rms=1В (1 Vrms,100 Hz, 00). Активируйте осциллограф. Канал А установите в режим измерения переменного тока (кнопка AC), цену деления (scale) 5V/div. Канал B (кнопка AC) – цена деления (scale) 200 мкВ. С помощью визиров 1, 2 измерьте амплитудные значения напряжений пульсаций на входе (U_{п вх}) и выходе (U_{п вых}) стабилизатора. По этим значениям рассчитайте коэффициент фильтрации. Сделайте вывод.

4.8.3. Исследование стабилизатора напряжения с повышенным током нагрузки

Цель: исследование стабилизатора с повышенным током нагрузки. Определение коэффициента стабилизации, выходного сопротивления, мощности, рассеиваемой транзистором стабилизатора

Исследуемая схема приведена на рисунке 3.9.

Трехполюсный стабилизатор с повышенным током нагрузки

Рисунок 3.9

Параметр резистора:

Минимальное, номинальное, максимальное значения напряжений источника постоянной ЭДС U1:

Где U_бэ=0.6 В – минимальное напряжение база-эмиттер транзистора

Q1.

Где δU_c=±20% относительное отклонение напряжения питающей сети.

Приборы и элементы

Амперметры

Вольтметры

Резисторы R1=62Ω, R3=1.5Ω

Потенциометр R2=10Ω

Ваттметр (панель инструментов)

Транзистор Q1 2N64291

Линейный стабилизатор LM7815KC

Параметры транзистора 2N6491:

U_ce=80 V – максимальное напряжение коллектор-эмиттер;

I_c=15 A – максимальное значение тока коллектора;

h_FE(min)=5 – минимальное значение коэффициента передачи тока базы;

h_FE(max)=150 – максимальное значение коэффициента передачи тока базы4;

F_t=5Мгц – предельная частота усиления;

P_d=75 Вт – мощность, рассеиваемая коллектором.

Параметры стабилизатора LM7815KC

I_out = 1.5 A – ток нагрузки стабилизатора;

U_out = 15 В – напряжение нагрузки стабилизатора;

P_d = 2.8 Вт – рассеиваемая корпусом мощность.

Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Определение коэффициента стабилизации

а) Откройте файл «стабилизатор с повышенным током нагрузки» или соберите схему, показанную на рисунок 3.9. изменяя значение напряжения источника постоянной ЭДС U1 от U1_min=19 В до U1_max=28.5 В с шагом ΔU1=1 В и занесите в таблицу показания амперметров U3, U4, U5 и вольтметра U2 и ваттметра XWM1 (сопротивление R2 установить 0%).

б) По данным таблицы постройте зависимости U_н=f(U1) и P_d=f(U1) (P_d – показания ваттметра). По зависимости U_н=f(U1) определить коэффициент стабилизации:

в) Сделайте выводы об изменениях тока нагрузки, тока коллектора, выходного тока микросхемы LM7815KC и правильности выбора транзистора Q1.

Эксперимент 2. Определение выходного сопротивления стабилизированного источника.

а) Откройте этот же файл (рисунок 3.9). установите номинальное значение напряжения источника постоянной ЭДС U1 U1_ном=23.75 В. изменяя значение потенциометром R2 от 100% до 0% с шагом 25%, занесите в таблицу 3.4 показания амперметра U5 (I_н), вольтметра U2 (U_н) и ваттметра XWM1 (P_d).

б) По данным таблицы постройте зависимость U_н=f(I_н) и Pd=f(I_н). Используя зависимость U_н=f(I_н), рассчитайте выходное сопротивление:

в) Сделайте выводы об изменениях мощности, рассеиваемой коллектором Q1 при изменении R_н. Рассчитайте значение R_н, при котором мощность, рассеиваемая транзистором Q1, равна P_d=75 Вт. Установите это значение, смоделируйте ситуацию и проверьте результаты вашего расчета.

г) Сравните результаты экспериментов, полученные в разделе 3.7.2 с результатами, полученными в разделе 3.7.3, и сделайте выводы.

4.8.4 Исследование стабилизатора с вольтодобавкой

Цель: Оценить влияние добавочного источника на коэффициент стабилизации и выходное сопротивление стабилизатора

Приборы и элементы

Амперметры

Вольтметры

Источник постоянной ЭДС V1

Резисторы R₁, R₂, R₃

Потенциометр R₄

Cтабилизатор LM7815KC

Стабилитрон

Данные для источника постоянной ЭДС V1, значения резисторов R₁, R₂, R₃ и R₄ взять из расчетов, приведенных в разделе 3.7.

Стабилизатор с вольтодобавкой

Рисунок 3.9

Порядок проведение экспериментов

Эксперимент 1.Определение коэффициента стабилизации.

а) Откройте файл «Стабилизатор с вольтодобавкой» или соберите схему рисунка 3.9 изменяя значение постоянной ЭДС V1 V1_min=29,5В до V1_max=36В с шагом 1В занесите показания вольтметра V2 в таблицу (значения резисторов R₁, R₃ установите 0%)

б) По данным таблицы постройте зависимость и рассчитайте значение коэффициента стабилизации

.

Эксперемент2. Определение выходного сопротивления

в) Установите значение напряжения источника постоянной ЭДС V1 равным V1 _ном=32,7В. Изменяя значение потенциометра R₃ от 100% до 0% занесите показания амперметра V₃ (ток I_н)

г) Постройте зависимость и рассчитайте выходное сопротивление стабилизатора

д) Установите значение сопротивления R₁ в 100% проделайте пункты а), б), в), г) и сравните данные с данными полученными ранее. Сделайте выводы.