Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника и электроника. Электроника на оборудовании Uni-Train. Лабораторный практикум
.pdf
зуется полупроводниковый стабилитрон VD, который включа-
ст н
= +
= +
0
вх 0 6 н
;
.
II I
U IR U
D
=
D
вх вх
ст
нн
/
,
/
U
UU
K
UU
ют параллельно нагрузочному резистору Rн. Для ограничения
тока через стабилитрон включают балластный резистор Rб.
Схема параметрического стабилизатора позволяет
на основе уравнений Кирхгофа получить основные соотношения для сил токов и напряжений:
Принцип действия параметрического стабилизатора постоянного напряжения удобно объяснить с помощью рисунка 2.1, б, на котором изображены ВАХ полупроводникового
стабилитрона и «опрокинутая» ВАХ резистора Rб. Такое построение ВАХ позволяет графически решить уравнение электрического состояния стабилизатора напряжения при Rн = ∞ :
U
вх1
= U
ст1
+ RбI
. При увеличении напряжения Uвх (положе-
ст1
ние 1) на DUвх, например из-за повышения напряжения сети,
ВАХ резистора Rб переместится параллельно самой себе и займет положение 2. На рисунке 2.1, б видно, что напряжение
U
мало отличается от напряжения U
ст2
, т.е. практически
ст1
напряжение на стабилитроне и на нагрузочном резисторе Rн
останется неизменным.
Как видно на рисунке 2.1, б, стабилизатор работает
на линейном участке ВАХ стабилитрона. Поэтому схема замещения, построенная для приращений напряжений и токов, имеет вид, показанный на рисунке 2.1, в. В этой схеме
стабилитрон заменяется постоянным резистивным элементом
R
= DUст/DIст, который является параметром прибора.
диф
Основным параметром, характеризующим качество работы всех стабилизаторов, является коэффициент стабилизации. Для стабилизатора напряжения коэффициент стабилизации по напряжению
где DUвх и DUн – приращения входного и нагрузочного напря-
жений; Uвх и Uн – номинальные значения входного и на-
грузочного напряжений.
31
а
б
32
в
Рисунок 2.1 – Параметрический стабилизатор
напряжения: а – схема; б – схема замещения;
в – пояснение принципа действия
Для схемы, показанной на рисунке 2.1, а, значения на-
= -
U UU
пряжения и токов могут быть рассчитаны следующим образом:
вх ст
R
б
U
R
I
I
I II
б
=
0
R
б
U
ст
=
н
R
н
= -
ст 0 н
;
;
;
.
Если по паспортным данным для стабилитрона указана
максимальная мощность рассеяния P
, то можно определить
рас
максимальный ток нагрузки, при котором возможна стабилизация (в каких пределах можно изменять сопротивление нагрузки при неизменном напряжении питания схемы):
I
н.max
= P
рас
/ Uст.
Таким образом, параметрические стабилизаторы напряжения предназначены для поддержания постоянного напряжения на нагрузке.
Оборудование для проведения работы
и объекты исследования
стве исследуемой платы используется плата SO4203-7С (рисунок 2.2). В качестве программного обеспечения к установке применяется оболочка L@Bsoft, которая позволяет
устанавливать необходимое напряжение, а также использовать виртуальные приборы (амперметры и вольтметры) и осциллограф. В данной работе также используется мультиметр
MetraHit Plus.
Работа проводится на оборудовании UniTrain. В каче-
33
Рисунок 2.2 – Экспериментальная плата SO4203-7С
Порядок выполнения работы
Опыт 1. Работа стабилизатора напряжения
при изменении сопротивления нагрузки
Этот эксперимент демонстрирует эффект стабилизации
напряжения. Сопротивление нагрузки изменяется. При этом
сохраняется устойчивость напряжения на выходе схемы.
На вход схемы (см. рисунок 2.2) от источника постоянного напряжения подается напряжение, равное 10 В. Перемычками В4–В7 изменяем сопротивление нагрузки (см.
таблицу 2.1) и измеряем напряжение на выходе схемы. Эксперимент повторяют сначала без стабилитронов, а затем с каждым стабилитроном D1 и D2 в отдельности.
Запустить в компьютере программу L@Bsoft.
Из меню «Приборы» достать «Источник постоянного
тока» (Приборы ⇒ Источники напряжения ⇒ Источник постоянного тока). Выставить необходимое для опыта напряжение
10 В, нажать кнопку POWER. Из меню «Приборы» достать
34
«Вольтметр А» (Приборы ⇒ Измерительные приборы ⇒ Воль-
тметр А). На вольтметре выставить следующие параметры:
DC, RMS, предел измерения 10 В. Вольтметром А будем изме-
рять напряжение на выходе схемы.
Сборка схемы
1 Аналоговые выходы интерфейсного модуля подсоединяем к входу схемы (клеммы X1 и X2).
2 Аналоговые входы интерфейсного модуля А+ и А–
подсоединяем к клеммам X9 и X2.
Порядок проведения опыта
1 Измерить напряжение в схеме без стабилитронов (удалить перемычки В2 и В3), изменяя нагрузку согласно таблице 2.1.
2 Измерить напряжение в схеме с включенным стабилитроном D1 (вставить перемычки В1 и В2), изменяя нагрузку
согласно таблице 2.1.
3 Измерить напряжение в схеме с включенным стабилитроном D2 (вставить перемычки В1 и В3), изменяя нагрузку
согласно таблице 2.1.
4 Данные занести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
Сопротивле-
ние нагруз-
ки, R, Ом
680 В7
390 В6
220 В5
150 В4
108,3 В4 + В6
89,2 В4 + В5
перемычки
для получе-
ния нужного
сопротивле-
ния нагрузки
Вставить
Показания вольтметра U, В
Опыт
без стабили-
тронов
Опыт
со стабили-
троном D1
Опыт
со стабили-
троном D2
35
Опыт 2. Работа стабилизатора напряжения
при изменении входного напряжения
Этот эксперимент демонстрирует эффект стабилизации
напряжения. Входное напряжение изменяется при неизменном нагрузочном сопротивлении R = 680 Ом. При этом напряжение на выходе схемы остается устойчивым.
Воспользуемся схемой предыдущего опыта (см. рисунок 2.2). На вход схемы от источника постоянного напряжения подается напряжение в диапазоне от 0 до 10 В (см. таблицу 2.2). Поставить перемычку В7, установив тем самым
постоянное нагрузочное сопротивление схемы, равное 680 Ом.
Изменяя входное напряжение, измерить напряжение на выходе схемы. Эксперимент повторяют сначала без стабилитронов,
а затем с каждым стабилитроном D1 и D2 в отдельности.
На экране компьютера оставить те же приборы, что и
в первом опыте. Только теперь каждый раз на экране источника постоянного напряжения будем выставлять напряжение
согласно таблице 2.2.
На вольтметре выставить те же параметры: DC, RMS,
предел измерения 10 В. Вольтметром А будем измерять напряжение на выходе схемы.
Сборка схемы
1 Аналоговые выходы интерфейсного модуля подсоединяем к входу схемы (клеммы X1 и X2).
2 Аналоговые входы интерфейсного модуля А+ и А–
подсоединяем к клеммам X9 и X2.
3 Ставим перемычку В7, подключив тем самым постоянное нагрузочное сопротивление 680 Ом.
Порядок проведения опыта
1 Измерить напряжение в схеме без стабилитронов (удалить перемычки В2 и В3), изменяя входное напряжение согласно таблице 2.2.
2 Измерить напряжение в схеме с включенным стабилитроном D1 (вставить перемычки В1 и В2), изменяя входное напряжение согласно таблице 2.2.
3 Измерить напряжение в схеме с включенным стабилитроном D2 (вставить перемычки В1 и В3), изменяя входное напряжение согласно таблице 2.2.
4 Данные занести в табл. 2.2.
36
Таблица 2.2
= -
11
RD
UUU
=
1
1
1
.
R
R
U
I
R
Значение входного
напряжения, U, В
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Опыт без
стабилитронов
Показания вольтметра U, В
Опыт со стаби-
литроном D1
Опыт со стаби-
литроном D2
Опыт 3. Распределение токов через
стабилитрон и нагрузочное сопротивление
Этот эксперимент исследует глубину эффекта стабилизации схемы. При включении одного из стабилитронов D1 или
D2 схемы (см. рисунок 2.2) параллельно сопротивлению нагрузки и при неизменном входном напряжении напряжение
на сопротивлении R1 = 180 Ом также будет неизменным:
.
вх
Поэтому и ток через это сопротивление останется неизменным:
Следовательно, токи в ветвях со стабилитроном и нагрузочным сопротивлением будут изменяться так, чтобы суммарный ток через сопротивление R1 не изменялся.
Будем изменять нагрузку схемы (таблица 2.3), оставляя
напряжение на входе постоянным, и измерять токи на стабилитроне и на нагрузке. При этом, как и в предыдущих опытах,
будем проводить опыты без стабилитронов, со стабилитроном
D1, со стабилитроном D2.
37
На экране компьютера оставить источник постоянного напряжения с выставленным на нем напряжением 10 В.
Закрыть виртуальный вольтметр. Открыть виртуальный амперметр А (Приборы ⇒ Измерительные приборы ⇒ Ампер-
метр А). На амперметре выставить: DC, RMS, шунт 10 Ом,
предел измерения 50 мА. Амперметром А будем измерять ток
на стабилитроне. Открыть виртуальный амперметр В (Прибо-
ры ⇒ Измерительные приборы ⇒ Амперметр В). На амперметре выставить: DC, RMS, шунт 10 Ом, предел измерения
50 мА. Амперметром В измеряется сила тока через нагрузочное сопротивление. При этом используется дополнительная
плата с шунтами (см. описание виртуальных приборов в разделе «Лабораторное оборудование»).
Сборка схемы
1 Аналоговые выходы интерфейсного модуля подсоединяем к входу схемы (клеммы X1 и X2).
2 Аналоговые входы интерфейсного модуля А+ и А–
подсоединяем к клеммам X8 и X5 на дополнительной плате
с шунтами.
3 Сам этот шунт с его клеммами Х6 и Х7 подсоединяем
в схему рисунка 2.2 к клеммам Х3 и Х4 (таким образом амперметр А будет измерять ток IA через D1 или D2).
4 Аналоговые входы интерфейсного модуля В+ и В–
подсоединяем к клеммам X17 и X20 на дополнительной плате
с шунтами.
5 Сам этот шунт с его клеммами Х18 и Х19 подсоединяем в схему рисунка 2.2 к клеммам Х15 и Х16, Х14, Х12, Х10
(в зависимости от величины сопротивления нагрузки), таким
образом амперметр В будет измерять силу тока IB через сопротивление нагрузки.
Порядок проведения опыта
1 Измерить токи в схеме без стабилитронов (удалить перемычки В2 и В3), изменяя выходное сопротивление согласно
таблице 2.3.
2 Измерить токи в схеме с включенным стабилитроном
D1 (вставить перемычку В2), изменяя выходное сопротивление согласно таблице 2.3.
38
3 Измерить токи в схеме с включенным стабилитроном
D2 (вставить перемычку В3), изменяя выходное сопротивление согласно таблице 2.3.
4 Данные занести в таблицу 2.3.
Таблица 2.3
Сопротивле-
ние нагруз-
ки
R, Ом
680
390
220
150
108,3
89,2
Соединить
проводами
для получения нужно-
го сопротивления
нагрузки
клеммы
Х18⇒Х15
Х19⇒Х16
Х18⇒Х15
Х19⇒Х14
Х18⇒Х15
Х19⇒Х12
Х18⇒Х15
Х19⇒Х10
Х18⇒Х15
Х19⇒Х14
Х10⇒Х14
Х18⇒Х15
Х19⇒Х12
Х10⇒Х12
Опыт без ста-
билитронов
IA,мAIB,мAI, мAIA,мAIB,мAI, мAIA,мAIB,мAI,
Опыт со стабилитроном
D1
Опыт со стабилитроном
D2
мA
В таблице 2.3 ток через стабилитрон обозначен через IA,
а ток через нагрузку - через IB.
Сила тока I через сопротивление R1 = 180 Ом в таблице
2.3 рассчитывается сложением показаний амперметров А и
В схемы.
Обработка результатов
1 Построить на одном графике в масштабе зависимости
U = f(R) для трех разных случаев: без стабилитрона, со стабилитроном D1, со стабилитроном D2, используя данные таблицы 2.1.
2 Построить на одном графике в масштабе зависимости U
= f(Uвх) для трех разных случаев: без стабилитрона,
вых
39
со стабилитроном D1, со стабилитроном D2, используя данные
таблицы 2.2.
3 Построить на одном графике в масштабе зависимости
IA = f(R) и IВ = f(R) для опыта со стабилитроном D1, используя
данные таблицы 2.3.
4 Построить на одном графике в масштабе зависимости
IA = f(R) и IВ = f(R) для опыта со стабилитроном D2, используя
данные таблицы 2.3.
Контрольные вопросы
1 Как выглядит ВАХ стабилитрона?
2 Для чего служат стабилизаторы напряжения?
3 Начертите схему простейшего параметрического стабилизатора напряжения и объясните назначение элементов схемы.
4 Как влияет изменение нагрузочного сопротивле ния
на стабилизацию выходного напряжения?
5 Как влияет изменение входного напряжения
схемы на стабилизацию выходного напряжения?
6 Как распределяются токи в нагрузке и на стабилитроне при изменении сопротивления нагрузки?
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]