Электронная техника. Многоканальные телекоммуникационные системы. Практикум для СПО

На рис. 5.4, а представлена схема компенсационного транзисторного стабилизатора напряжения с усилителем в цепи обратной связи, отличающегося более высоким коэффициентом стабилизации.

В этом стабилизаторе напряжение на резисторе R2 делителя напряжения R1R2 сравнивается с опорным (эталонным) напряжением стабилитрона Uоп. Сигнал рассогласования усиливается усилителем на транзисторе T2 и поступает на базу регулирующего транзистора T1, изменяя его сопротивление.

Рис. 5.4. Схемы компенсационных стабилизаторов напряжения:

а— с усилителем в цепи обратной связи;

б— с дополнительным источником питания усилительного каскада

Основные параметры стабилизатора (Ки, Ric) тем лучше, чем больше коэффициент усиления усилителя, который определяют приближенно как β2 = Rн / Rвых2, где β2 — коэффициент усиления транзистора T2, а Rвх2 — его входное сопротивление, определяемое выражением:

Rвх2 = rэ2 + rб2(1 – α2).

Таким образом, для увеличения коэффициента стабилизации стабилизатора необходимо выбирать транзисторы усилительного каскада с высоким коэффициентом β и относительно большими сопротивлениями нагрузки Rк.

Стабилизаторы тока аналогичны рассмотренным стабилизаторам напряжения, разница заключается лишь в том, что вместо резистора R1 (рис. 5.4) включается нагрузка rн. В этом случае напряжение на резисторе R2 пропорционально току нагрузки, поэтому в стабилизаторе будет осуществляться стабилизация тока.

Для повышения коэффициента стабилизации, а также уменьшения массы и габаритов современные стабилизаторы напряжения и тока выполняют на дифференциальных и операционных усилителях в монолитном исполнении.

31

При работе регулирующего транзистора компенсационного стабилизатора в непрерывном режиме на нем выделяется значительная мощность, что требует установки громоздких радиаторов. КПД таких стабилизаторов получается низким.

Мощность, выделяющаяся на регулирующем транзисторе, уменьшается, если он работает в ключевом (импульсном) режиме. Стабилизаторы такого типа называются импульсными. Регулирующий элемент в импульсных стабилизаторах работает как переключающий.

Из-за резких отсечек тока при коммутации регулирующего элемента и возможных переходных процессов импульсный стабилизатор может являться источником высокочастотных помех. Эту особенность следует учитывать при конструировании импульсных стабилизаторов, особенно сильноточных.

Свойственные импульсному режиму особенности делают стабилизаторы с таким режимом работы наиболее перспективными в случаях, когда на первое место выступают требования высокой экономичности и надежности, малых габаритов и слабой чувствительности к колебаниям температуры. В первую очередь это относится к разнообразным портативным и переносным конструкциям, предназначенным для работы в сложных климатических условиях. Кроме того, эти стабилизаторы можно с успехом применять для питания нагрузок типа нитей накала электронных ламп, где требования к пульсациям и выходному сопротивлению имеют второстепенное значение.

Если же требуются высокая точность стабилизации и быстродействие, а КПД и габариты не играют решающей роли, то предпочтительнее использовать непрерывный режим работы стабилизатора.

4. Порядок проведения исследований.

4.1. Исследование параметров параметрического стабилизатора напряжения:

1)в папке «Л.р. № 12. Стабилизаторы» открыть файл «Параметрический стаб. U»;

2)на экране монитора появится схема (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Схема исследования параметров параметрического стабилизатора напряжения

32

Режим демонстрации сигнала на входе стабилизатора обеспечивается ключом 1 (клавиша 1).

В ходе измерений учесть, что осциллограф позволяет определить амплитудное значение сигнала, вольтметр, амперметр — действующее значение. Амперметры и вольтметры переводятся в режим измерения постоянной составляющей опцией «mode DC», переменной составляющей — «mode AC»;

3)активизировать осциллограф (двойное нажатие мышки на осциллографе);

4)активизировать схему (клавиша в верхней части экрана);

5)снять показания измерительных приборов (амперметров, вольтметров), занести их и значение Rн в табл. 5.1;

Таблица 5.1

Показания измерительных приборов

6)зарисовать временные диаграммы входного и выходного напряжений. На диаграммах показать Uвх, Uвых, ∆Uвх, ∆Uвых;

7)рассчитать ∆Uвх, ∆Uвых, ∆Iвых, λном, Ku, Ki в соответствии с выражениями (5.1), (5.2), значения занести в табл. 5.1;

8)изменить величину Rн произвольно, в пределах ±10 %. Режим стабилизации контролировать по наличию тока в цепи стабилитрона (не менее 5 мА);

9)рассчитать ∆Uвх, ∆Uвых, λном, Ku, Ki в соответствии с выражениями (5.1), (5.2), значения занести в табл. 5.1;

10)рассчитать ∆Uвых.п (абсолютное значение изменения величины постоянной составляющей выходного напряжения), ∆Iвых.п (абсолютное значение изменения величины постоянной составляющей выходного тока), значения занести в табл. 5.1. По полученным значениям ∆Uвых.п, ∆Iвых.п, руководствуясь (5.3), рассчитать выходное сопротивление стабилизатора Ri.c, полученное значение занести в табл. 5.1.

4.2. Исследование параметров компенсационного стабилизатора напряжения. 4.2.1. Исследование параметров компенсационного транзисторного ста-

билизатора напряжения без усилительного элемента:

1) в папке «Л.р. № 12. Стабилизаторы» открыть файл «Компенсационный стаб. U»;

33

2) на экране монитора появится схема (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Схема исследования параметров компенсационного транзисторного стабилизатора напряжения без усилительного элемента

Режим демонстрации сигнала на входе и выходе стабилизатора обеспечивается ключом 1 (клавиша 1), верхнее положение — на входе, нижнее — на выходе.

В ходе измерений учесть, что осциллограф позволяет определить амплитудное значение сигнала, вольтметр, амперметр — действующее значение. Амперметры и вольтметры переводятся в режим измерения постоянной составляющей опцией «mode DC», переменной составляющей — «mode AC»;

3)изменить величину Rн произвольно, в пределах ±10 % (установить величину Rн равной Rн второй половины пункта 4.1.). Режим стабилизации контролировать по наличию тока в цепи стабилитрона (не менее 5 мА);

4)активизировать осциллограф (двойное нажатие мышки на осциллографе);

5)активизировать схему (клавиша в верхней части экрана);

6)снять показания измерительных приборов (амперметров, вольтметров), занести их, а также значение Rн и коэффициента передачи тока транзистора β (определяется параметрами схемы) в первую строку табл. 5.2;

Таблица 5.2

Показания измерительных приборов

7)зарисовать временные диаграммы входного и выходного напряжений. На диаграммах показать Uвх, Uвых, ∆Uвх, ∆Uвых;

8)рассчитать ∆Uвх, ∆Uвых, ∆Iвых, λном, Ku в соответствии с выражениями (5.1), (5.2), значения занести в первую строку табл. 5.2.

4.2.2 Исследование параметров компенсационного транзисторного стабилизатора напряжения с усилительным элементом на базе ОУ:

1)в папке «Л.р. № 12. Стабилизаторы» открыть файл «Компенсационный стаб. U с УС ОС»;

2)на экране монитора появится схема (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Схема исследования параметров компенсационного транзисторного стабилизатора напряжения с усилительным элементом на базе ОУ

Режим демонстрации сигнала на входе и выходе стабилизатора обеспечивается ключом 1 (клавиша 1), верхнее положение — на входе, нижнее — на выходе.

В ходе измерений учесть, что осциллограф позволяет определить амплитудное значение сигнала, вольтметр, амперметр — действующее значение. Амперметры и вольтметры переводятся в режим измерения постоянной составляющей опцией «mode DC», переменной составляющей — «mode AC».

3)установить величину Rн равной Rн пункта 4.2.1. Режим стабилизации контролировать по наличию тока в цепи стабилитрона (не менее 5 мА);

4)активизировать осциллограф (двойное нажатие мышки на осциллографе);

5)активизировать схему (клавиша в верхней части экрана);

6)снять показания измерительных приборов (амперметров, вольтметров), занести их, а также значение коэффициента передачи тока операционного усилителя β (определяется параметрами схемы) во вторую строку табл. 5.2;

35

7)зарисовать временные диаграммы входного и выходного напряжений. На диаграммах показать Uвх, Uвых, ∆Uвх, ∆Uвых;

8)рассчитать ∆Uвх, ∆Uвых, ∆Iвых, λном, Ku в соответствии с выражениями (5.1), (5.2), значения занести во вторую строку табл. 5.2;

9)по результатам исследований пунктов 4.2.1. и 4.2.2. сделать выводы

овлиянии β на Ku.

4.3. Исследование параметров управляемого регулятора напряжения:

1) собрать схему в соответствии с рис. 5.8. Режим демонстрации сигнала на входе регулятора обеспечивается ключом 1 (клавиша 1);

Рис. 5.8. Схема исследования параметров управляемого регулятора напряжения

2)занести в табл. 5.3 значения элементов времязадающей цепочки R1, R2, C (элементы в цепи неуправляемого симистора);

3)активизировать осциллограф (двойное нажатие мышки на осциллографе);

4)активизировать схему (клавиша в верхней части экрана);

5)зарисовать временные диаграммы входного и выходного напряжений. На диаграммах показать угол отпирания управляемого симистора. В ходе изображения учесть, что луч красного цвета осциллографа демонстрирует напряжение падения на симисторе. Выходной сигнал есть разность входного напряжения и напряжения падения на управляемом симисторе;

6) рассчитать постоянную времени времязадающей цепи и мощность

внагрузке с использованием формул:

= (R1 + R2 ) C ;

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ

ВУСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

1.Цель работы — экспериментальное исследование влияния обратных связей на работу усилителя напряжения низкой частоты.

2.Задание на исследование:

1)исследовать влияние отрицательной обратной связи на параметры усилительного устройства;

2)исследовать влияние положительной обратной связи на параметры усилительного устройства.

3. Краткие сведения из теории.

Обратной связью называют такую связь между цепями усилителя, посредством которой энергия передается из последующих цепей или каскадов в предыдущие, т.е. в направлении, обратном тому, которое имеет место при процессе усиления сигналов (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Структурная схема устройства с обратной связью:

К — коэффициент усиления усилителя; — коэффициент передачи напряжения цепи ОС

Обратная связь может очень сильно влиять на свойства и характеристики усилителя, а поэтому ее часто намеренно вводят для изменения свойств последнего.

Цепь обратной связи может быть подключена ко входу и выходу усилителя различными способами, рис. 6.2, 6.3.

Рис. 6.2. Способы снятия обратной связи (по выходу):

а — по напряжению; б — по току; в — комбинированная (смешанная)

38