Laboratorium z elektroniki.

Ćwiczenie nr 26

Temat: Prostowniki i stabilizatory napięcia.

Paweł Wyszyński

Tomasz Zajkowski

Arkadiusz Żanowski

Prawie wszystkie układy elektroniczne, począwszy od prostych układów z tranzystorami i wzmacniaczami operacyjnymi, aż do skomplikowanych systemów cyfrowych i mikroprocesorowych, wymagają jednego lub wielu źródeł napięcia stałego o nie zmieniającej się wartości. Proste zasilacze o niestabilizowanych napięciach wyjściowych, składające się z transformatora, mostka prostowniczego, i kondensatora zwykle nie nadają się do tego celu, gdyż składowe stałe ich napięć wyjściowych zmieniają się wraz ze zmianą parametrów obciążenia i napięcia sieciowego a ich napięcia wyjściowe zawierają zbyt dużo tętnień. Wad tych pozbawione są zasilacze o stabilizowanym napięciu wyjściowym. Zasilacze ze stabilizacją napięcia wyjściowego są powszechnie stosowanymi podzespołami elektronicznymi. Ich konstrukcja jest bardzo prosta ponieważ można je złożyć zs scalonego układu stabilizatora napięcia, źródła napięcia wejściowego, oraz kilku innych elementów.

1. Badanie parametrów układu prostowniczego:

Schemat układu:

Układ powyższy zbudowany jest z transformatora sieciowego o napięciu 25V, mostka prostowniczego, kondensatora filtrującego i rezystancji obciążenia. Na wejściu układu mostka występuje napięcie sinusoidalne, w wyniku prostowania mostkiem otrzymujemy przebieg wyprostowany całofalowo, który następnie jest filtrowany za pomocą kondensatora.

Dla pojemności filtrującej
Dla pojemności filtrującej

Napięcie tętnień dla prostownika dwópołówkowego:

Dla pojemności filtrującej

W toku przeprowadzonego ćwiczenia stwierdzamy, że wraz ze zwiększaniem pojemności filtrującej lub wartości obciążenia i maleją tętnienia występujące w układzie i odwrotnie, wraz ze zmniejszaniem pojemności filtrującej lub wartości obciążenia tętnienia stają się coraz większe. Projektując układ stabilizatora trzeba zwrócić uwagę na fakt wystąpienia dużego skoku prądu płynącego przez diody prostownika w czasie pierwszego półokresu w zależności od zastosowanej pojemności kondensatora filtrującego (im większa wartość kondensatora tym większy skok prądu)

2. Badanie stabilizatora parametrycznego:

Schemat układu:

Układ powyższy zbudowany jest z transformatora sieciowego o napięciu 25V, mostka prostowniczego, kondensatora filtrującego, stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera i rezystancji obciążenia.

W toku przeprowadzonego ćwiczenia przebadaliśmy dwa układy stabilizatorów parametrycznych. Różniły się one wartością rezystora R1.

Wartość R1	Wartość R0	Uwy
270	470	15,8
270	220	14,7
680	470	12,7
680	220	11,3

Układ ten cechuje się mniejszymi tętnieniami lecz jest bardziej wrażliwy na zmiany parametrów obciążenia.

3. Badanie stabilizatora trójkońcówkowego

Schemat układu:

Układ powyższy zbudowany jest z transformatora sieciowego o napięciu 25V, mostka prostowniczego, kondensatora filtrującego, stabilizatora scalonego 7805 i rezystancji obciążenia. Kondensator C2 zapewnia poprawną pracę układu.

Układy stabilizatorów trójkońcówkowych ze względu na swą prostotę, są obecnie stosowane powszechnie w układach zasilających. Zawierają one często w swojej budowie wewnętrznej układy stabilizacji temperaturowej, zabezpieczenia antyzwarciowe oraz dokładna źródła napięcia. Badany układ stabilizatora stabilizował napięcie o wartości 5V. Cechował się największą odpornością na zmiany parametrów kondensatora filtrującego i wartości obciążenia, co dowodzi słuszności stosowania tego typu układów.

4. Stabilizator napięcia typu
   

Na rysunku pokazano w jaki sposób, używając układu
można wykonać stabilizator napięcia dodatniego. Wszystkie podzespoły stabilizatora, z wyjątkiem czterech rezystorów i dwóch kondensatorów, zawarte są w układzie
. Część napięcia wyjściowego, uzyskiwana z dzielnika R1,R2, porównywana jest na wejściu wzmacniacza błędu z napięciem odniesienia. Resztę robią inne podukłady układu
. Układ stabilizatora jest identyczny z układem wzmacniacza nieodwracającego (wykonanym z użyciem wzmacniacza operacyjnego i wtórnika emiterowego), którego sygnałem wejściowym jest napięcie wzorcowe Ur. Wartość rezystancji rezystora R4 wybiera się tak, aby wartość spadku napięcia na nim, wywołanego przepływem prądu wyjściowego stabilizatora o maksymalnej dopuszczalnej wartości, była równa mniej więcej 0,5 V. Napięcie to, dołączone do wyprowadzeń CP i OP stabilizatora, czyli między bazę i emiter tranzystora ograniczającego prąd uaktywni ten tranzystor, powodując przejście przez niego części prądu wpływającego do bazy tranzystora szeregowego. Kondensator o pojemności 100pF zapewnia stabilność całego układu. Wartość rezystancji rezystora R3 wybiera się zgodnie z zasadą jednakowych wartości rezystancji widzianych z obu wejść wzmacniacza różnicowego (czasami zamiast R3 stosuje się zworę). Zapewnia to niezależność napięcia wyjściowego od zmian (np.: temperaturowych) prądów wejściowych wzmacniacza. Stosując przedstawiony układ możemy otrzymać napięcia stabilizowane o wartości od Ur do maksymalnej wartości napięcia wyjściowego elementu
(ok. 37V). Oczywiście wartość napięcia wejściowego musi być zawsze o kilka woltów większa od wartości napięcia wyjściowego, uwzględniając w tym również efekt związany z występowaniem składowej tętnień w niestabilizowanym napięciu wejściowym. Dla stabilizatora z układem
minimalna dopuszczalna wartość różnicy napięcia wejściowego i wyjściowego wynosi 3V. Wartość ta jest typowa dla większości stabilizatorów napięcia stałego. Zamiast rezystorów R1,R2 używane są zwykle potencjometry lub zestawy rezystorów stałych i nastawnych, co daje możliwość precyzyjnego ustawienia wartości napięcia wyjściowego stabilizatora. Zalecane jest dołączanie do wyjścia stabilizatora kondensatora o pojemności kilku
. Zapewnia to utrzymanie niewielkiej wartości impedancji wyjściowej stabilizatora dla dużych częstotliwości, dla których sprzężenie zwrotne staje się mniej efektywne. Przy doborze pojemności tego kondensatora kierujemy się wskazówkami zawartymi w danych katalogowych stabilizatora. Kondensator o niewłaściwej pojemności może spowodować powstanie oscylacji (niestabilność układu).

Aby otrzymać napięcia mniejsze niż Ur należy dzielnik napięcia dołączyć do wyjścia napięcia odniesienia. W tym przypadku następuje porównanie całego napięcia wyjściowego stabilizatora z częścią napięcia odniesienia. Dla rezystorów takich jak na rysunku poniżej napięcie wyjściowe wynosi +5V, maksymalna wartość prądu 50mA. Proponowany układ może pracować poprawnie dla napięć od +2V do Ur. Napięć stabilizowanych o mniejszych wartościach nie można uzyskać gdyż minimalna wartość napięcia wejścia wzmacniacza różnicowego wynosi +2V. Wartość niestabilizowanego napięcia wejściowego układu nie może być mniejsza niż 9,5V - minimalna wartość zapewniająca poprawną pracę źródła napięcia odniesienia.

Jeśli zachodzi konieczność regulowania w sposób ciągły napięcia stabilizowanego o wartościach z otoczenia Ur, należy dzielniki napięcia dołączyć zarówno do wyjścia stabilizatora jak i do wyjścia napięcia odniesienia przy czym wartość podzielonego napięcia odniesienia powinna być mniejsza od minimalnej wartości pożądanego napięcia wyjściowego.

---