ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики» Кафедра экологии, безопасности жизнедеятельности и электропитания.

Лабораторная работа №18

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Москва 2017

План УМД 2017/2018 уч. г.

Лабораторная работа №18

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПОСТОЯННОГО 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

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципа действия параметрических и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения и определение их основных параметров.

2. ПЛАН РАБОТЫ.

   1. Произвести исследование параметрического стабилизатора.

   2. Произвести исследование параметрического стабилизатора с последовательно включенным транзистором.

   3. Произвести исследование параметрического стабилизатора с параллельно включенным транзистором.

   4. Произвести исследование компенсационного стабилизатора на дискретных элементах.

   5. Произвести исследование интегрального стабилизатора напряжения КР142ЕН8Б.

   6. Произвести соотетствующие расчеты и на основании снятых данных построить внешнюю U_н=f(I_н) и нагрузочную U_н=f(U₀) характеристики стабилизатора.

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1. Виды стабилизаторов.

Стабилизатором напряжения (тока) называется устройство, автоматически поддерживающее напряжение (ток) на стороне потребителя с достаточной степенью точности.

Стабилизаторы разделяются в зависимости от рода напряжения (тока) на стабилизаторы переменного напряжения (тока) и постоянного напряжения (тока). В свою очередь они делятся на параметрические и компенсационные стабилизаторы. В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы и стабилизация напряжения (тока) осуществляется за счет нелинейности их вольтамперных характеристик (ВАХ).

Компенсационные стабилизаторы представляют собой систему автоматического регулирования (САР), содержащую цепь отрицательной обратной связи. Стабилизация достигается за счет изменения параметров управляемого прибора, называемого регулирующим элементом (РЭ), при воздействии на него сигнала обратной связи.

2. Основные параметры стабилизаторов.

Параметры стабилизаторов можно разделить на качественные, энергетические и массогабаритные, характеризующие их удельный объем и массу.

1. Качественные параметры параметрических и компенсационных стабилизаторов

постоянного напряжения.

1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению – отношение относительных приращений напряжения на входе и выходе стабилизатора при постоянном токе нагрузки.

где , - номинальные значения входного и выходного напряжений стабилизатора; , - приращения входного и выходного напряжений стабилизатора при неизменном значении тока нагрузки соответственно.

2. Внутреннее сопротивление стабилизатора r_i равно отношению приращения выходного напряжения к приращению тока нагрузки при неизменном напряжении :

3. Статическая ошибка стабилизатора по нагрузке при и изменяющимся токе нагрузки, может быть использована вместо r_i:

4. В некоторых случаях качество стабилизации оценивается процентным измерением выходного напряжения от всех дестабилизирующих факторов:

5. Коэффициент сглаживания пульсаций

где , - амплитуды пульсаций входного и выходного напряжений стабилизатора соотвественно.

1.4. Температурный коэффициент напряжения (ТКН) равен отношению приращения выходного напряжения к приращению температуры окружающей среды при неизменном входном напряжении и токе нагрузки ( , =const):

2. Качественные параметры параметрических и компенсационных стабилизаторов

постоянного тока.

1. Коэффициент стабилизации стабилизатора тока по входному напряжению:

где , - ток и его приращение в нагрузке соответственно. определяется при постоянном сопротивлении нагрузки ( =const).

2. Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки

где , - сопротивление нагрузки и его приращение соответственно; - внутреннее сопротивление стабилизатора. Коэффициент - определяется при постоянном входном напряжении ( =const)

2.2. Температурный коэффициент стабилизатора

3. Энергетические параметры стабилизаторов постоянного напряжения и тока.

3.1 Коэффициент полезного действия равен отношению активной мощности, отдаваемой стабилизатором в нагрузку, к активной мощности, потребляемой от сети:

3.2. Мощность рассеиваемая на регулирующем элементе .

4. Массогабаритные параметры стабилизаторов:

   1. Удельный объем Вт/ дм³, где - объем стабилизатора

   2. Удельная масса Вт/ кг где - масса стабилизатора.

3. Параметрические стабилизаторы.

Параметрические стабилизаторы напряжения применяются при малых выходных токах, изменяющихся в незначительных пределах. Для построения параметрических стабилизаторов постоянного напряжения используют нелинейные элементы, напряжение которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких элементов чаще всего применяют стабилитроны и стабисторы, вольт – амперные характеристики (ВАХ).

На рис. 1. представлена схема однокаскадного параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне, где гасящий резистор R_г , включен последовательно с

нагрузкой, а стабилитрон VD1 – параллельно ей.

2 Uвых min Uвых max 3 1 max Uвх u вх min 2 4 Uвх

^Rг ^{Iвх I}н

^Uвх

_ 

^Uвх

VD1

VD2

^Iст

^Uвых R_н

 U_ст

I

Рис. 1. Схема однокаскад- Рис. 2. Характеристики, ного параметрического поясняющие принцип

стабилизатора действия параметрического стабилизатора напряжения

На рис. 2. изображены вольт – амперные характеристики стабилитрона 1 и нагрузки 2. Так как сопротивление нагрузки и стабилитрон включены параллельно (см. рис.5.3.), то для построения суммарной характеристики необходимо осуществить

сложение по оси токов характеристик сопротивления R_н (2) и стабилитрона VD1 (1).

Полученная суммарная кривая (3) представляет собой зависимость ^U_вых ^{ f  (I}_н ^{ I}_ст ⁾ .

Рабочий участок этой кривой получается, как видно из построения, смещением вниз точек

характеристики стабилитрона на величину тока нагрузки I_н . Отложив на оси ординат

входное напряжение U_вх , строим из этой точки характеристику резистора R_г (прямая

4). Точка пересечения характеристик (4) и (3) определяет установившийся режим для данного входного напряжения. При изменении входного напряжения характеристика

сопротивления R_г (4) перемещается и, соответственно, сдвигает рабочую точку на

суммарной характеристике ^U_вых ^{ f (I}_н ^{ I}_ст ⁾ .

Как видно из графиков, представленных на рис. 5.3., при изменении входного

^{напряжения от} U_{вх min} ^до U_{вых max} ^{напряжение на нагрузке изменяется от} U_{вых min}

^до U_{вых max} ^{, причем изменение выходного напряжения значительно меньше изменения}

напряжения на входе.

Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению выходного напряжения стабилизатора, что характеризуется его ТКН ( γ ). В свою очередь γ зависит

от температурного коэффициента напряжения стабилизации стабилитрона применяемого в схеме.

^αст ^,

Для уменьшения γ в некоторых случаях применяют температурную компенсацию,

включая последовательно со стабилитроном термозависимые элементы или диоды. ТКН этих элементов должен иметь знак, противоположный знаку ТКН стабилизации стабилитрона.

На схеме рис. 1. в качестве компенсирующего элемента используется обычный

диод VD2 или стабилитрон, включенный в прямом направлении. Такая температурная

компенсация применяется для стабилитронов, имеющих положительный температурный коэффициент. ТКН диода или стабилитрона, включенного в прямом направлении, отрицательный. При изменении окружающей температуры (например, увеличении) напряжение на стабилитроне возрастает, а на диоде падает, в результате суммарное напряжение изменяется незначительно.

4. Компенсационные стабилизаторы.