К озловский / Kozlovsky / I / 5

Цель работы

Изучение области применения стрелочных и цифровых вольтметров. Убедиться в том, что некоторые измерения можно выполнить только цифровым вольтметром

1 Таблица применяемых приборов

Таблица 1 – Применяемые приборы

№ п/п	1	2	3	4
Назначение приборов	Вольтметр постоянного напряжения, стрелочный	Вольтметр постоянного напряжения, цифровой	Источник питания	Изучаемый параметрический стабилизатор напряжения
Обозначение на схеме	РV1	РV2	G1	G2
Тип прибора	ВУ-15	В7-34А	БП-3	Д814Б

2 Теоретическая часть

2.1 Вольтметры с цифровым отсчетом позволяют измерять малые напряжения, особенно при большом количестве разрядов на индикаторе. В этих условиях вольтметры стрелочной индикации дают большую погрешность, так как точность отсчета при измерении малых напряжений, отклонение стрелки для аналоговых вольтметров, очень мало. Приборы с аналоговым отсчетом, стрелочные имеют преимущества наглядности изменения состояния измеряемой величины. В данной работе измеряется коэффициент стабилизации К_ст постоянного напряжения.

Для измерения коэффициент стабилизации К_ст увеличивают напряжение на входе параметрического стабилизатора. Выходное напряжение при этом будет увеличиваться, но гораздо меньше, чем входное.

3 Структурная схема соединения приборов

+

G1 G2

+ +

U_вх U_вых

№ 3 +

- PV1

№ 3 +

PV2

-

Рисунок 1 – Схема последовательности соединений приборов для измерения коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора постоянного напряжения

Примечание – Выходное напряжение блока питания БП-3 является входным напряжением для стабилизатора постоянного напряжения G2

4 Электрическая схема стабилизатора напряжения

+ R1 +

VD1 R2

U_вх U_вых

- -

Рисунок 2 – Параметрический стабилизатор постоянного напряжения

Таблица № 2 – Данные стабилизатора

Тип стабилитрона	Uст, В	Iст.max, mA	Iст.min,mA	RД, Ом
Д814Б	8…9,5	36	3	4,2

5 Электрическая принципиальная схема соединения приборов для измерения коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора постоянного напряжения

R1

PV1

VD1 R2

G1

U_вх U_вых

PV2

Рисунок 3 – Схема параметрического стабилизатора и схема соединения приборов для его исследования

5.1 Собрать электрическую схему для измерения коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора

5.2 Подготовить приборы к работе и включить их

5.3 Произвести измерение входного и выходного напряжение параметрического стабилизатора тока постоянного напряжения стрелочным и цифровым вольтметром.

• Диапазон входных напряжений от U_min =10В до U_max=20В;

• Сопротивление нагрузочного резистора R2=910 Ом;

• Сопротивление балластного резистора R1=470 Ом.

5.4 Данные замеров и расчетов занести в таблицу № 3, расчеты произвести под таблицей.

6 Таблица замеров и расчетов

Таблица 3 – Замеры и расчеты

Величина	Замеры					Тип вольтметра
	1	2	3	4	5
U'вх, В	10	12,9	14,7	16,7	19,7	СВ
Uвх, В	10,05	13,007	14,89	16,89	19,87	ЦВ
U'вых, В	6,6	8,4	9,1	9,15	9,2	СВ
Uвых, В	6,53	8,47	9,2	9,23	9,26	ЦВ
U'вх, В	-	2,9	1,8	2	3	СВ
Uвх, В	-	2,957	1,885	2	2,98	ЦВ
U'вых, В	-	1,8	0,7	0,05	0,05	СВ
Uвых, В	-	1,94	0,73	0,03	0,03	ЦВ
K'ст	-	1,015	1,63	26,45	30,24	СВ
Kст	-	1	1,634	38,66	48,88	ЦВ
(K'ст)%	-	1,5	0,245	31,6	39,4

7 Расчетные формулы

7.1 Проверить номинальное значение балластного резистора R1 расчетным путем.

, (1)

где

, (2)

(3)

7.2 Ток нагрузки

(4)

7.3 Средний ток балластного (гасящего) резистора R1

(5)

7.4 Среднее напряжение на входе G2

U_вх.ср=I_{R1 ср.}R1+U_ст. (6)

7.5 Максимальное и минимальное напряжение на входе G2, т.е. стабилизация будет обеспечена при изменении входного напряжения

от

U_min=U_cm+(I_cm.min+I_R2)R1, (7)

U_max=U_cm+(I_cm.max+I_R2)R1, (8)

до

, (9)

, (10)

где

U_вх=U_вх.max-U_вх.min; (11)

U_вых=U_вых.max-U_вых.min; (12)

. (13)

ΔU’_ВХ=ΔU’_ВХ.МАХ-ΔU’_ВХМIН

ΔU’_ВХ(2)=12,09-10=2,9 В ΔU’_ВХ(3)=14,7-12,9=1,8 В

ΔU’_ВХ(4)=16,7-14,7=2 В ΔU’_ВХ(5)=19,7-16,7=3 В

ΔU_ВХ=ΔU_ВХ.МАХ-ΔU_ВХ.МIН

ΔU_ВХ(2)=13,007-10,05=2,957 В ΔU_ВХ(3)=14,89-13,07=1,883 В

ΔU_ВХ(4)=16,89-14,89=2 В ΔU_ВХ(5)=19,87-16,89=2,9 В

ΔU’_ВЫХ=ΔU’_{ВЫХ.МАХ}-ΔU’_ВЫХМIН

ΔU’_ВЫХ(2) =8,4-6,6=1,8 В ΔU’_ВЫХ(3)=9,1-8,4=0,7 В

ΔU’_ВЫХ(4)=9,15-9,1=0,05 В ΔU’_ВЫХ(5)=9,2-9,15=0,05 В

ΔU_ВЫХ=ΔU_{ВЫХ.МАХ}-ΔU_ВЫХМIН

ΔU_ВЫХ(2) =8,47-6,53=1,94 В ΔU_ВЫХ(3)=9,2-8,47=0,73 В

ΔU_ВЫХ(4)=9,23-9,2=0,03 В ΔU_ВЫХ(5)=9,26-9,23=0,03 В

U_вх.=I_R1ср.R1+U_ст.;

Вывод

Измерение коэффициента стабилизации постоянного напряжения следует выполнять преимущественно цифровыми вольтметрами. Это обуславливается их высокой чувствительностью к малому изменению

измеряемого напряжения. Так как вольтамперная характеристика стабилитрона нелинейна на начальном участке: то увеличение напряжения на входе стабилизатора на этом участке вызывает значительное увеличение выходного напряжения фиксируемое стрелочным прибором, поэтому коэффициент стабилизации измеряемый им К^/ст(2)=1,015 (при измерении цифровым вольтметром Кст(2)=1)а погрешность иземрения 1,5%; а значительное увеличение входного напряжения на линейном участке вызывает незначительное изменение напряжения не фиксируемое стрелочным прибором, коэффициент стабилизации К^/ст(5)=30,24 (при измерении Кст цифровым прибором Кст(5)=49,88) погрешность же измерения 39,4%.

Несоответствие действительного(470 Ом) и рассчитанного сопротивлений( Ом) являются причиной погрешности измерительного прибора, округлением значения при расчетах, отклонение сопротивления резистора от указанного в пределах допуска.