Wydział Budowy Maszyn

Studia dzienne inżynierskie

Semestr IV Rok II

Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z elektrotechniki.

Temat: Badanie elektronicznych stabilizatorów napięcia.

I. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem i budową elektronicznych stabilizatorów napięcia jak również przeprowadzenie ich badań.

II. Wstęp teoretyczny.

Do zasilania układów elektronicznych potrzebne jest zwykle napięcie stałe o określonej wartości, utrzymywanej z dokładnością 5...10%. Tolerancja ta powinna być zachowana w całym zakresie zmian napięcia sieci, prądu obciążenia i temperatury. Nakładające się na wartość stałą napięcie tętnień nie powinno przekraczać kilku miliwoltów. Dlatego też napięcie pochodzące z układów prostowniczych nie nadaje się bezpośrednio do zasilania układów elektronicznych, lecz musi być poddane stabilizacji i filtracji w stabilizatorze napięcia. Najważniejszymi parametrami stabilizatorów są:

- napięcie wyjściowe i jego tolerancja,

- maksymalny prąd wyjściowy i prąd zwarcia,

- minimalny spadek napięcia, który jest niezbędny do stabilizacji napięcia wyjściowego tzw. DV (napięcie różnicowe we-wy),

- współczynnik stabilizacji napięciowej,

- współczynnik stabilizacji obciążeniowej.

W praktyce stosuje się stabilizatory scalone np. serii 78xx przy czym xx określa wyjściowe stabilizowane napięcie.

III. Metodyka.

1. Stabilizator z DZ

Do pomiarów wykorzystano stabilizator najprostszej konstrukcji (rys. 1) zbudowany na bazie diody Zenera BZPC 7V5, gdzie B - krzem; Z - stabilizator (dioda Zenera); P - zastosowania powszechnego użytku; C - tolerancja napięcia stabilizacji 5%; 7V5 - 7,5 Volta napięcie stabilizowane.

a) Wykres 1. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f(U_we)| I_wy = const.

Prąd obciążenia Iwy 1 [mA]
Uwe [V]	2	4	6	8	10	12	13	14	16	18-30
Uwy [V]	0,7	2,1	3,5	4,9	6,2	7,2	7,2	7,2	7,2	7,2

Prąd obciążenia Iwy 5 [mA]
Uwe [V]	6	8	10	12	13	14	16	18-30
Uwy [V]	0,3	1,7	3,1	4,5	5,8	7,1	7,2	7,2

Prąd obciążenia Iwy 10 [mA]
Uwe [V]	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24-30
Uwy [V]	0,5	1,2	2	2,7	3,3	4,0	4,7	5,4	5,9	6,6	7,1	7,2	7,2

Z powyższych wyników pomiarów wynika, że dla obciążenia 1mA prawidłowy zakres napięć wejściowych układu rozpoczyna się od poziomu 12 V. Dla obciążenia 5mA poziom ten wynosi powyżej 14V,dla obciążenia 10mA napięcie wejściowe powinno być wyższe od 23V.

Korzystając z charakterystyki U_wy = f(U_we)| I_wy = const. (wykres 1.) poniżej wyznaczono średni współczynnik stabilizacji.

b)Wykres 2. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f(I_wy)| U_we = const.

Napięcie wejściowe Uwe = 5V
Iwy [mA]	4,5	4,0	3,5	3,0	2,5	2,0	1,5	1,0	0,5
Uwy [V]	0,1	0,5	0,8	1,2	1,6	2,0	2,4	2,7	3,2

Napięcie wejściowe Uwe = 10V
Iwy [mA]	7,5	7,0	6,5	6,0	5,5	5,0	4,5	4,0	3,5	3,0	2,5	2,0	1,5	1,0	0,5	0
Uwy [V]	0,8	1,5	1,9	2,2	2,6	3,1	3,4	3,8	4,2	4,6	5,0	5,4	5,8	6,2	6,6	7,2

Powyższe wyniki wykazały że napięcie wyjściowe jest w znacznym stopniu zależne od prądu obciążenia szczególnie przy nieodpowiednim napięciu zasilania U_we.

2. Stabilizator z regulatorem szeregowym.

Znacznie lepsze parametry stabilizatora uzyskuje się stosując układ z ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Mierzono stabilizator zbudowany z tranzystora bipolarnego średniej mocy, połączonego szeregowo z obciążeniem oraz DZ wytwarzającej napięcie doniesienia włączonej w obwód bazy tranzystora (rys. 2).

a) Wykres 3. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f(U_we)| I_wy = const.

Prąd obciążenia Iwy 0 [mA]
Uwe [V]	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Uwy [V]	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

Prąd obciążenia Iwy 20 [mA]
Uwe [V]	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Uwy [V]	1,9	2,9	3,9	4,9	5,9	6,8	7,0	7,0	7,1	7,1	7,1

Prąd obciążenia Iwy 50 [mA]
Uwe [V]	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Uwy [V]	1,9	2,9	3,9	4,9	5,9	6,8	7,0	7,0	7,1	7,1	7,1

Prąd obciążenia Iwy 80 [mA]
Uwe [V]	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Uwy [V]	1,6	2,7	3,7	4,6	5,6	6,6	6,9	6,9	7,0	7,0	7,0

b) Wykres 4. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f(I_wy)| U_we = const.

Napięcie wejściowe Uwe = 12V
Iwy [mA]	100	90	80	70	60	50	40	30	20	10	0
Uwy [V]	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0	7,0	7,2

Z powyższych wyników można wnioskować, że stabilizatory szeregowe z wykorzystaniem tranzystora jako elementu sterującego są o wiele dokładniejsze w szerokim zakresie prądu obciążenia. Jedynym warunkiem ich poprawnego działania jest zapewnienie zasilania o odpowiednich parametrach. Badany stabilizator działał poprawnie w zakresie napięć powyżej 9V. Poniżej wyznaczono średni współczynnik stabilizacji S dla w.w stabilizatora:

IV. Schematy

Rysunek 1. Schemat stabilizatora szeregowego.

Rysunek 2. Schemat stabilizatora z diodą Zenera.

V. Wykresy.

---