Лабораторная работа №5. Исследование двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и компенсационным стабилизатором. Общие сведения

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Лабораторная работа №5

Исследование двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и компенсационным стабилизатором

Цель:

1. Ознакомление с принципом работы параметрических стабилизаторов напряжения

2. Исследование изменения напряжения стабилитрона в схеме параметрического стабилизатора

3. Построение нагрузочной прямой стабилизатора

Общие сведения

Полупроводниковые стабилизаторы напряжения используются в основном для питания электронной аппаратуры. При их разработке нужно обеспечить две группы показателей:

1) максимальное выходное напряжение, заданный диапазон регулирования выходного напряжения, допустимую относительную нестабильность выходного напряжения;

2) максимальный ток нагрузки, диапазон изменений тока нагрузки.

Для того, чтобы нестабильность выходного напряжения укладывалась в заданные пределы, как при изменениях нагрузочного тока, так и при изменениях питающего напряжения, стабилизатор должен иметь соответствующие значения дифференциальных параметров - выходного сопротивления и коэффициента стабилизации.

Стабилизаторы напряжения характеризуются следующими основными параметрами:

а) Коэффициент стабилизации – есть отношение относительного приращения напряжения на входе к относительному приращению напряжения на выходе при постоянной нагрузке:

(1)

б) Выходное сопротивление характеризует изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки и постоянном входном напряжении:

(2)

в) Коэффициент полезного действия (КПД) стабилизатора – есть отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности:

(3)

Различают три метода стабилизации: параметрический, компенсационный и смешанный.

Параметрический метод основан на изменении параметров стабилизирующего элемента таким образом, чтобы скомпенсировать дестабилизирующие факторы. При этом используются бареттеры, стабилитроны, феррорезонансные цепи и другие нелинейные элементы.

При компенсационном методе стабилизации величина выходного напряжения сравнивается с эталонным напряжением и разностное напряжение так воздействует на исполнительный элемент стабилизатора, что при этом компенсируются изменения выходного напряжения.

В смешанных методах стабилизации одновременно используются параметрический и компенсационный методы.

Компенсационные стабилизаторы напряжения

Компенсационные стабилизаторы имеют высокий коэффициент стабилизации (несколько сотен или тысяч единиц) выходного напряжения. Различают стабилизаторы параллельного и последовательного типов (рисунок 1)

Рисунок 1 – Блок-схема компенсационного стабилизатора

Как наиболее экономичный, чаще применяется компенсационный стабилизатор последовательного типа, который исследуется в данной лабораторной работе.

В компенсационных стабилизаторах напряжения, как отмечалось выше, производится сравнение фактической величины с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака разности между ними автоматически осуществляется соответствующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этой разности. То есть компенсационный стабилизатор напряжения последовательного типа представляет собой систему автоматического регулирования.

Основными элементами таких стабилизаторов является: источник опорного напряжения 3, сравнивающий и усилительный элемент (УПТ) 2 и регулирующий элемент (транзистор или электронная лампа) 1.

С опорным напряжением сравнивается выходное напряжение стабилизатора или часть его. В качестве источника опорного напряжения в большинстве случаев используются параметрические стабилизаторы. Усилитель постоянного тока 2 сравнивает и усиливает разность между опорным и выходным напряжениями до величины, необходимой для управления регулирующим элементом 1 – мощным транзистором.

Регулирующий элемент 1 исполняет роль балластного сопротивления. Схема усилителя постоянного тока 2 строится так, чтобы при возрастании напряжения на выходе стабилизатора (например, за счет увеличения входного напряжения или уменьшения тока нагрузки) выходной сигнал усилителя запирал регулирующий элемент. При этой внутреннее сопротивление регулирующего элемента 1 возрастает, падение напряжения на нем увеличивается, а остается практически неизменным. При уменьшении выходного напряжения реакция стабилизатора будет обратной. В стабилизаторах последовательного типа на регулирующем элементе падает напряжение равное .

Однокаскадный стабилизатор последовательного типа без усилительного элемента.

Стабилизатор последовательного типа, у которого в качестве регулирующего и усилительного элементов используется один транзистор (рисунок 2), по существу представляет собой эмиттерный повторитель.

Рисунок 2 – Принципиальная схема стабилизатора последовательного типа

Потенциал базы эмиттерного повторителя задается параметрическим стабилизатором. Выходное напряжение представляет собой разность между опорным напряжением и напряжением

(4)

Стабилизация напряжения осуществляется следующим образом. При возрастании уменьшается напряжение между эмиттером и базой транзистора при , что вызывает рост сопротивления транзистора и увеличение падения напряжения на нем, а выходное напряжение при этом почти не меняется

Стабилизатор последовательного типа с однокаскадным УПТ.

Принципиальная схема стабилизатора последовательного типа с однокаскадным УПТ приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Принципиальная схема стабилизатора последовательного типа с однокаскадным УПТ

В этой схеме регулирующим элементом является транзистор , а сравнивающим и усилительным – транзистор . Схема работает следующим образом. Напряжение стабилизации подается на одну из диагоналей моста, в одно плечо которого включен стабилитрон , во второе – резистор . Третье и четвертое плечи образованы резистором . Напряжение на стабилитроне стабильно, поэтому при изменении выходного напряжения изменяется напряжение в другой диагонали моста, в которую включен эмиттерный переход . Если по какой-либо причине напряжение увеличивается (при увеличении напряжения на входе или уменьшении тока нагрузки), то потенциал базы становится более отрицательным относительно эмиттера. Транзистор приоткрывается, его коллекторный ток возрастает. Приращение коллекторного тока создает на резисторе падение напряжения, плюсом приложенное к базе регулирующего транзистора . Регулирующий транзистор подзапирается, падение напряжения на нем возрастает, компенсируя увеличение входного напряжения. Выходное напряжение при этом остается практически постоянный.

12 Следующая ⇒