1.Wstęp.

Celem ćwiczenia jest zilustrowanie zasad działania stabilizatorów napięcia o pracy ciągłej oraz sposobów poprawy ich parametrów, a także aplikacji specjalizowanych układów scalonych. W kolejności badane są stabilizatory:

- z diodą Zenera,

- z diodą Zenera i wtórnikiem emiterowym

- ze sprzężeniem zwrotnym.

- z układem scalonym MAA 723

Sekwencja tych układów jest tak dobrana, aby pokazać układowe sposoby poprawy ich parametrów roboczych przez stopniowe rozbudowywanie schematu. Pierwszy stopień poprawy parametrów polega na rozdzieleniu funkcji źródła napięcia odniesienia i elementu regulującego. Drugi - polega na dodaniu ujemnego sprzężenia zwrotnego, kontrolującego różnicę napięć wyjściowego i odniesienia, o wzmocnieniu w pętli znacznie większym od 1.

2.Obliczenia projektowe.

3.Pomiary:

Schematy ideowe prostych stabilizatorów napięcia:

STABILIZATOR Z DIODĄ ZENERA

R₁₀=95Ω dla We8 ÷ 10V dokonano następujących pomiarów:

Uwe = 8 V		Uwe = 10 V
I [mA]	U [V]	I [mA]	U [V]
2,5	5,87	2,6	5,98
4	5,87	7,4	5,95
5,87	5,8	12	5,9
7,6	5,8	15	5,8
9,4	5,8	23	5,8
11	5,8	26	5,78
15	5,7	30	5,5
16	5,6	32	5
20	4,9	37	4,37
25	4,2	41	3,6
30	3,3	57	1

IR- współczynnik stabilizacji od zmian napięcia

Z oscyloskopu zdjęto następujące charakterystyki

STABILIZATOR Z WTÓRNIKIEM EMITEROWYM

R₂₀=680[Ω] dla Uwe=8 ÷10[V] otrzymano następujące pomiary:

Uwe = 8 V		Uwe = 10 V
I [mA]	U [V]	I [mA]	U [V]
2,4	5,6	2,5	5,7
11	5,6	12	5,7
22	5,5	25	5,78
47	5,5	57	5,5
58	5,3	58	4,5
59	4,5	59	1
59,5	1

Z oscyloskopu zdjęto następujące charakterystyki

STABILIZATOR ZE SPRZĘŻENIEM ZWROTNYM

R₃₀=720[Ω] dla Uwe=8÷10[V] otrzymano następujące pomiary:

Uwe = 8 V		Uwe = 10 V
I [mA]	U [V]	I [mA]	U [V]
2	5,5	2	5,7
8,5	5,5	9,5	5,7
18	5,4	16	5,7
24	5,4	26	5,7
39	5,4	37	5,7
44	5,4	51	5,7
52	5,4	53	5,4
58	5,1	59	1
60	1

Z oscyloskopu zdjęto następujące charakterystyki

STABILIZATOR Z UKŁADEM SCALONYM MAA 725

R₃=5,6[kΩ], R₄=14,4[kΩ] dla Uwe=8÷10[V] otrzymano następujące pomiary:

Uwe = 11 V		Uwe = 12 V
I [mA]	U [V]	I [mA]	U [V]
4	9,2	4,5	10,5
8	9	11	10,3
14	8,8	18	10
20	8,7	25	9,7
26	8,4	27	7,6
28	7	28	1,5
29	1,5

Z oscyloskopu zdjęto następujące charakterystyki

4.Wnioski:

Stabilizatorem napięcia nazywa się układ, który ma za zadanie teoretycznie niezmiennej war­tości napięcia na wyjściu w określonych granicach zmian napięcia zasilającego, obciążenia oraz czynników zewnętrznych, np. temperatury, ciśnienia, wilgotności, czasu itd. W połączeniu z prostownikiem i filtrem tworzą one zasilacze i kalibratory. Stabilizator napięcia powinien być praktyczną realizacją idealnego źródła napięciowego. W przybliżeniu można przyjąć, że napię­cie wyjściowe U_WY stabilizatorów napięcia jest funkcją napięcia wejściowego U_WE , prądu wyj­ściowego (obciążenia) I_WY i temperatury T

U_WY = f(U_WE , I_WY , T)

Bezwzględna zmienność wejściowa (sieciowa) wyraża bezwzględną zmianę sygnału (napięcia) przy zmianach napięcia zasilania stabilizatora. wyraża się ją zwykle przy zmianach napięcia wej­ściowego o 1V lub o 10% (ΔU_WE = 1V, 10%).

Bezwzględna zmienność wyjściowa (obciążeniowa) stanowi bezwzględna zmianę sygnału wyj­ściowego (napięcia) przy zmianach obciążenia. Wyznacza się ją zwykle przy zmianach obcią­żenia od wartości minimalnej do wartości maksymalnej.

Rezystancję i konduktancję wyjściową stabilizatorów określa się przy napięciu i prądzie stałym, natomiast przy sygnałach zmiennych - impedancję i admitancję wyjściową. Oprócz wymienio­nych parametrów, do ważnych wielkości charakteryzujących jakość stabilizatora należy współ­czynnik tętnień określany jako stosunek między szczytowej wartości napięcia U_WYT tętnień na wyjściu i napięcia U_WET tętnień na wejściu

Ze względu na zasadę działania stabilizatory napięcia stałego można podzielić na: parametryczne, kompensacyjne o działaniu ciągłym i impulsowym.

W stabilizatorach parametrycznych zmiana określonego parametru elementu stabilizującego dana wielkość wyjściową przeciwdziała czynnikom destabilizacyjnym. Cechą charakterystyczną wszystkich stabilizatorów parametrycznych jest brak zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego, który zapewniałby porównywanie wielkości wyjściowej z jej wartością przyjętą za odniesienie. Nie najlepsza jakość stabilizatorów parametrycznych ogranicza ich zastosowanie.

W stabilizatorach kompensacyjnych napięcia o działaniu ciągłym, w procesie stabilizacji nastę­puje porównanie napięcia stabilizowanego U_WY z wzorcowym napięciem odniesienia E_W. Stabi­lizatory kompensacyjne zawierają zatem następujące człony: źródło napięcia odniesienia, układ porównujący, wzmacniacz błędu i układ regulujący. W stabilizatorach wyższej klasy wzmac­niacz błędu jest zwykle kilkustopniowym wzmacniaczem różnicowym o dużym wzmocnieniu, dużej rezystancji wejściowej, niskim poziomie szumów i niewielkim dryfcie temperaturowym. Źródło napięcia odniesienia jest bardziej złożone i budowane najczęściej w układzie skompen­sowanym temperaturowo.

Układy stabilizatorach zastosowanie technologii scalonej dało możliwości uzyskania znacznie lepszych parametrów przy małych wymiarach. Ponadto technologia ta umożliwiła wykonanie, oprócz zasadniczego stabilizatora, dodatkowych układów zabezpieczających przed przeciąże­niem i zwarciem oraz zabezpieczenie termiczne. Umożliwiają one stabilizację napięć zarówno o polaryzacji dodatniej, jak i ujemnej. Obciążalność scalonych stabilizatorów napięcia nie jest zbyt duża, prąd wyjściowy wynosi od kilkunastu do kilkuset mA.

Powyższe obserwacje były dokonywane dla napięć obciążających 8V i 10V.

Z otrzymanych na oscyloskopie charakterystyk możemy stwierdzić, że układ stabilizatora oparty tylko na diodzie Zenera jest bardzo czuły na różnice wielkości oporu jakim go obciążamy. Wraz ze wzrostem tego oporu znacząco maleje zakres w którym stabilizator ten utrzymuje stałe napięcie niezależnie od wzrostu natężenia prądu.

Charakterystyki drugiego badanego stabilizatora wskazują na to, że stabilizator oparty na diodzie Zenera i wykorzystujący tranzystor bipolarny typu n - p - n , jest lepszy ze względu na dłuższy zakres w którym nie następuje spadek napięcie spowodowany wzrostem natężenia prądu. Zaobserwowaliśmy, że układ pracuje stabilnie od końcowego punktu czyli do miejsca dla którego zwiększenie prądu powodowało drastyczny spadek napięcia, czyli zakończenie pracy stabilizatora.

Układ stabilizatora ze sprzężeniem zwrotnym pozwala utrzymać stałe napięcie dla dużych wartości obciążenia, na co nie pozwalały poprzednie stabilizatory. Wprowadzenie do układu drugiego tranzystora znacznie polepszyło zakres stabilizacji, a tym samym jego funkcjonalność. Stablilizator pracuje stablilnie przez cały swój zakres, czyli przyrost prądu nie spowodował znacznych zmian napięcia.

Spadek spowodowany ograniczeniem wewnętrznym źródła zasilania

Spadek spowodowany ograniczeniem wewnętrznym źródła zasilania

Spadek spowodowany ograniczeniem wewnętrznym źródła zasilania

---