KOLEGIUM KARKONOSKIE

w Jeleniej Górze

Laboratorium elementów i układów elektronicznych

Ć

wiczenie nr 10

Stabilizatory napięć i prądów stałych

Opracował dr inż. Józef Stanclik

Jelenia Góra, 2007

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych

2

Stabilizatory napięć i prądów stałych

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się ze schematami, zasadami działania,

właściwościami, a także sposobami pomiaru parametrów i charakterystyk stabilizatorów

napięcia i prądu stałego, o pracy ciągłej i impulsowych, zbudowanych z elementów

dyskretnych i scalonych. Szczególną uwagę poświęcono uwzględnieniu warunków

współpracy stabilizatora z niestabilizowanym zasilaczem sieciowym, oraz obliczeniom

projektowym i pomiarom właściwości energetycznych stabilizatorów (moc strat

w regulatorze lub w stabilizatorze scalonym, warunki chłodzenia - radiator, itp.).

1. Wstęp

Do ćwiczenia obowiązuje przygotowanie teoretyczne w zakresie stabilizatorów

o pracy ciągłej na podstawie rozdz. "Stabilizatory o pracy ciągłej" (str. 423-448

podręcznika [2]) oraz w zakresie stabilizatorów o działaniu impulsowym na podstawie

rozdz. "Stabilizowane zasilacze impulsowe" (str. 375-415 podręcznika [3]). Pomocne

może być również zapoznanie się z rozdz. "Stabilizatory napięcia i prądu" (str. 81-101

i 106-109 w skrypcie [4]) oraz z rozdz. "Zasilacze stabilizowane impulsowe" (str. 173-

181 i 193-200 w skrypcie [5]).

2. Realizacja badanego układu wzmacniacza

2.1. Projekt układu

Na tydzień przed terminem wykonania ćwiczenia student otrzymuje od

prowadzącego ćwiczenia laboratoryjne temat zadania projektowego, w którym jest

określona struktura badanego układu stabilizatora i jego parametry (np. napięcie

wyjściowe, maksymalny prąd wyjściowy, współczynnik stabilizacji, itp.). Na tej

podstawie student wyznacza wartości elementów układu, warunki zasilania stabilizatora,

parametry i zakres zmienności napięć i prądów podczas pomiarów, itp.. W razie

trudności student korzysta z konsultacji. Projektowany układ może być realizowany

jedynie z elementów dostępnych w ćwiczeniu (wymienionych w p. 2.2). Częścią projektu

jest rysunek rozmieszczenia i połączeń elementów badanego układu na makiecie

laboratoryjnej.

2.2. Opis makiety laboratoryjnej

Układy badane w ćwiczeniu są realizowane na uniwersalnej makiecie

laboratoryjnej, pokazanej na rys. D.1. Dostępne układy scalone, tranzystory i elementy

bierne, oraz transformatory sieciowe i kondensatory filtru tętnień są podane na rysunku

makiety. Gniazda umożliwiają odpowiednie połączenie elementów i budowę układu

stabilizatora.

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych

3

3. Pomiary stabilizatora

Układ stabilizatora zgodny z opracowanym projektem zmontować na makiecie

laboratoryjnej. Zestawić układ pomiarowy pokazany na rys. 3.1.

3.1. Pomiary napięć i prądów w warunkach nominalnych

Po włączeniu zasilania ustawić wartości nominalne napięcia wejściowego i prądu

(napięcia) wyjściowego. Zmierzyć napięcie stałe U

we

i amplitudę napięcia tętnień na

wejściu stabilizatora U

twe

oraz napięcie stałe U

wy

, prąd stały I

wy

i amplitudę napięcia

tętnień na jego wyjściu U

twy

. Zmierzyć również inne napięcia i prądy stałe, które są

niezbędne do wyznaczenia punktów pracy elementów półprzewodnikowych i ich mocy

strat.

3.2. Pomiary charakterystyki obciążeniowej

W układzie pomiarowym, pokazanym na rys. 3.1, zmierzyć charakterystyki:

a)

( )

U

f I

wy

wy

=

,

b)

(

)

U

f I

twy

wy

=

,

gdzie I

wy

- prąd stały w obciążeniu,

U

wy

- napięcie stałe na wyjściu stabilizatora,

U

twy

- amplituda napięcia tętnień na wyjściu stabilizatora.

Pomiary wykonać dla trzech wartości napięcia zmiennego (U

sieci

- rys. 3.1):

- nominalnej U

sieci

= 230 V,

- minimalnej U

sieci min

= U

sieci

−

10 % U

sieci

= 207 V,

- maksymalnej U

sieci max

= U

sieci

+ 5 % U

sieci

= 241,5 V.

Prąd wyjściowy I

wy

regulować za pomocą opornic suwakowych 20

Ω

, 200

Ω

i 2800

Ω

, połączonych szeregowo, w granicach od maksymalnego, zadanego w temacie

zadania projektowego, do minimalnego, możliwego do uzyskania. Napięcie U

wy

i prąd

I

wy

mierzyć za pomocą woltomierza i amperomierza prądu stałego (DC), napięcie U

twy

-

za pomocą oscyloskopu (wejście zmiennoprądowe AC).

Na podstawie wyników pomiarów wyznaczyć charakterystyki:

c)

( )

r

dU

dI

U

I

f I

wy

wy

wy

wy

wy

U

const

wy

sieci

= −

≈ −

=

=

∆

∆

,

d)

( )

k

U

U

f I

t

twy

wy

wy

'

=

=

.

Wykreślić charakterystyki a) do d) grupując krzywe odnoszące się do różnych wartości

parametru (napięcia U

sieci

). Wyznaczyć zakres zmian prądu wyjściowego, w którym

stabilizator spełnia wymagania zadania projektowego.

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych

4

stabiliz.

napi

ę

cia

V

DC

A

DC

zasilacz

sieciowy

V

DC

auto-

mator

V

transfor-

mator

ochronny

230V

50Hz

U

AC

U

U

we

twe

U

U

wy

twy

I

wy

sieci

transfor-

badany

Rys. 3.1. Schemat układu pomiarowego stabilizatora napięcia

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych

5

3.3. Pomiary charakterystyki przejściowej

W układzie pomiarowym, pokazanym na rys. 3.1, zmierzyć charakterystyki:

a) U

wy

= f(U

sieci

),

b) U

twy

= f(U

sieci

),

gdzie napięcie zmienne U

sieci

regulować za pomocą autotransformatora od 0 do

U

sieci

max

= 241,5 V (pozostałe oznaczenia jak w p. 3.2).

Pomiary wykonać dla trzech wartości prądu wyjściowego: maksymalnej, zadanej

w temacie zadania projektowego, minimalnej, możliwej do uzyskania za pomocą opornic

suwakowych i wartości bliskiej średniej geometrycznej tych wartości. Podczas pomiarów

prąd wyjściowy stabilizatora musi być stały; niezbędne korekty uzyskuje się przez

zmiany rezystancji obciążenia stabilizatora .

Na podstawie wyników pomiarów wyznaczyć charakterystyki:

c)

(

)

G

dU

dU

U

U

f U

u

wy

sieci

wy

sieci I

const

sieci

wy

= −

≈ −

=

=

∆

∆

,

d)

(

)

k

U

U

f U

t

twy

wy

sieci

'

=

=

.

Wykreślić charakterystyki a) do d) grupując krzywe odnoszące się do różnych

wartości parametru (prądu wyjściowego). Wyznaczyć zakres zmian napięcia

U

sieci

,

w którym stabilizator spełnia wymagania zadania projektowego.

3.4. Spis przyrządów

- miliwoltomierz napięć stałych i zmiennych - 3 szt.,

- amperomierz prądów stałych,

- oscyloskop dwukanałowy,

- autotransformator sieciowy,

- transformator ochronny.

4. Zagadnienia

1. Podstawowe parametry i charakterystyki stabilizatorów napięcia i prądu stałego,

definicje tych parametrów, typowe przebiegi charakterystyk.

2. Klasyfikacja stabilizatorów napięcia i prądu stałego, porównanie właściwości

stabilizatorów parametrycznych i kompensacyjnych, szeregowych i równoległych,

o pracy ciągłej i impulsowych.

3. Przykładowe schematy ideowe, zasady działania poszczególnych rozwiązań

układowych stabilizatorów: przy zmianach napięcia wejściowego, prądu

wyjściowego, temperatury.

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych

6

4. Właściwości energetyczne stabilizatorów kompensacyjnych (regulator w stabilizatorze

zbudowanym z elementów dyskretnych, stabilizator scalony), wyznaczanie

maksymalnych wartości prądu, spadku napięcia oraz mocy strat przy współpracy

stabilizatora z zasilaczem sieciowym.

5. Odprowadzanie ciepła od elementów aktywnych stabilizatorów napięcia lub prądu

stałego, analogi elektrotermiczne, cieplny schemat zastępczy, wyznaczanie rezystancji

termicznej radiatora.

6. Układy pomiarowe, sposoby pomiaru, przewidywane przebiegi podstawowych

charakterystyk stabilizatorów napięcia (prądu) stałego, sposoby wyznaczania na ich

podstawie parametrów stabilizatorów, spodziewane wartości liczbowe parametrów.

Literatura

1. Borkowski A.: Zasilanie urządzeń elektronicznych. WKŁ, Warszawa, 1990

2. Kuta S. (red.): Elementy i układy elektroniczne, cz. I, Wyd. AGH, Kraków, 2000

3. Kuta S. (red.): Elementy i układy elektroniczne, cz. II, Wyd. AGH, Kraków, 2000

4. Prałat A.(red.): Laboratorium układów elektronicznych, cz. I. Ofic. Wyd. PWr,

Wrocław, 1998

5. Prałat A.(red.): Laboratorium układów elektronicznych, cz. II. Ofic. Wyd. PWr,

Wrocław, 2001

6. Nosal Z., Baranowski J.: Układy elektroniczne, cz. I, Układy analogowe liniowe.

WNT, Warszawa, 1998

KOLEGIUM KARKONOSKIE w Jeleniej Górze, Laboratorium Układów Elektronicznych

7

Rys. D1. Widok płyty czołowej makiety laboratoryjnej stabilizatora napięcia