Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить принципиальную схему полупроводникового стабилизатора напряжения компенсационного типа.

2. Снять основные характеристики.

3. Определить коэффициент стабилизации и внутреннее сопротивление стабилизатора.

2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Рис. 4.1. Схема стабилизатора

Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой систему автоматического регулирования, в которой производится сравнение фактической величины выходного напряжения с его заданным значением и в зависимости от величины и знака рассогласования автоматически осуществляется корректирующее воздействие.

На схеме стабилизатора рис. 4.1 приняты следующие обозначения:

Т - транзистор. Выполняет роль сравнивающего и регулирующего элемента;

Д - стабилитрон. Опорный элемент, создает опорное (эталонное) напряжение U_ст;

R_б - балластный резистор. Определяет режим работы стабилитрона;

R₁ - переменный резистор. Изменяет величину входного напряжения;

R_н - нагрузочный резистор. Служит эквивалентом нагрузки стабилизатора;

V₁ - вольтметр. Измеряет входное напряжение U_вх;

V₂ - вольтметр. Измеряет выходное напряжение U_вых;

A - амперметр. Измеряет ток нагрузки I.

Выходное напряжение стабилизатора U_вых равно разности между входным напряжением U_вх и падением напряжения U на регулирующем транзисторе T. Обычно U_вых=(0,6 - 0,7) U_вх. Транзистор p-n-p типа включен по схеме эмиттерного повторителя. Режим транзистора выбран так, чтобы он был частично открыт напряжением эмиттер-база U_эб. Выходное напряжение при этом практически равно эталонному напряжению стабилитрона, поскольку напряжение на участке эмиттер-база U_эб=0,1 - 0,3 В. Потенциал базы транзистора фиксирован опорным напряжением стабилитрона U_ст.

Допустим, что при постоянном сопротивлении нагрузки R_н входное напряжение U_вх по каким-либо причинам возрастает. Напряжение на выходе U_вых в первый момент времени тоже возрастает. Следовательно, потенциал эмиттера транзистора Т понизится. Потенциал базы, фиксированный опорным стабилитроном Д, останется прежним. Так как снижение потенциала эмиттера равносильно повышению потенциала базы, коллекторный ток транзистора с p-n-p структурой уменьшится. Падение напряжения на транзисторе возрастет, и выходное напряжение стабилизатора возвратится почти к прежнему значению.

Аналогично протекает процесс стабилизации выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки.

Зависимость выходного напряжения стабилизатора от входного U_вых=f(U_вх) при постоянном сопротивлении нагрузки представлена на рис. 4.2.

3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Ознакомиться с лабораторным стендом и принципом работы стабилизатора. Записать технические характеристики электроизмерительных приборов, используемых в работе в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Наименование и марка прибора	Система измерения	Класс точности прибора	Диапазон измерения прибора

2. Снять и построить зависимость выходного напряжения от входного U_вых=f(U_вх) при R_н=const (значение R_н указывается преподавателем), для этого изменять величину входного напряжения резистором R₁ и следить за изменениями выходного напряжения. Записать 10-12 показаний приборов в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

Uвх, В
Uвых, В

3. Снять и построить внешнюю характеристику стабилизатора U_вых=f(I) (значение U_вх задается преподавателем), для этого изменять ток нагрузочным резистором R_н и записать показания в таблицу 4.3.

Таблица 4.3

I, А
Uвых, В

4. По данным пунктов 2 и 3 вычислить коэффициент стабилизации К_ст и внутреннее динамическое сопротивление стабилизатора R_ст:

(обычно > 20)

(обычно < 1 Ом)

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование и цель работы.

2. Технические данные электроизмерительных приборов.

3. Схема стабилизатора напряжения.

4. Таблицы экспериментальных данных.

5. Графики зависимостей U_вых=f(U_вх) и U_вых=f(I).

6. Расчет К_ст и R_ст.

7. Выводы о рабочих свойствах стабилизатора.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как работает схема стабилизатора?

2. Какие функции выполняет транзистор в схеме стабилизатора?

3. Каково назначение стабилитрона?

4. Какие требования предъявляются к транзистору в схеме стабилизатора?

5. Как изменится напряжение эмиттер-база транзистора при увеличении входного напряжения?

6. Как изменится напряжение эмиттер-база при увеличении сопротивления R_н?

7. Какой вид имеет зависимость U_вых=f(U_вх)?

8. Какой вид имеет внешняя характеристика U_вых=f(I)?

9. Как определяется коэффициент стабилизации?

10. Где применяются стабилизаторы напряжения?

32