ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU

ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE

WYDZIAŁ TRANSPORTU

POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 10

UKŁAD REGULACYJNY

STABILIZATORA

DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO

WARSZAWA 2011

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

2

A)

Cel ćwiczenia.

- Zrozumienie zasady działania stabilizatora napięcia z układem regulacyjnym


1

. Układ stabilizatora napięcia o podwyższonej wartości prądu wyjściowego

I

R

I

Z

I

0

R

0

I

C

I

B

U

BE

U

0

+U

CC

R

U

Z

Rys. 1. U

kład stabilizatora napięcia o podwyższonej wartości prądu wyjściowego

(U

CC

powinno być wyższe o 2 [V] od U

Z

)

J

eżeli wartość rezystancji R

O

jest mniejsza, I

Z

będzie mniejsze niż I

Zmin

,co w efekcie

spowoduje wadliwe dz

iałanie stabilizatora napięcia. Układ przedstawiony na rysunku 2

może zlikwidować tę wadę.

Ponieważ U

O

= U

Z

– U

BE

, to I

O



I

C

nie będzie dzielone na I

R

i I

O

Również,

ponieważ I

R

= I

B

+ I

Z

, to bardz

o mała wartość I

B

będzie bardzo nieznacznie wpływać na I

Z

Jeżeli wymagane byłoby uzyskanie jeszcze większej wartości prądu, to można to

uzyskać poprzez zastąpienie zwykłego tranzystora przez układ wtórnika emiterowego
(układ Darlingtona).

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

3

2

. Zasilacz o regulowanej wartości napięcia stabilizowanego

R

0

R

4

R

5

R

6

R

3

R

2

R

1

C

1

DZ

T

3

T

2

T

1

I

C3

I

E3

I

0

I

B3

I

B2

I

C1

I

U

Z

U

0

U

we

Rys. 2. Zasilacz

o regulowanej wartości napięcia stabilizowanego

Zasada dz

iałania:



Jeżeli U

we

wzrasta to U

O



, U

B1



, I

B1



, I

C1



, I

B2



(I-I

C1

), I

E2



(I

B3

), I

E3



, I

1



, U

O



-

zatem funkcja stabilizacji napięcia jest spełniona



Jeżeli R

O

maleje to U

O



, U

B1



, I

B1



, I

C1



, I

B2



, I

E2



, I

E3



, I

1



, U

O



- zatem funkcja

stabilizacji napięcia jest spełniona



Jeżeli potencjometr R

5

jest ustawiony na większą wartość rezystancji, to U

O

zmaleje. Jeżeli U

R5

jest dostosowana do większych wartości rezystancji to U

B1



,

I

B1



, I

C1



, I

B2



, I

E2



, I

B3



, I

E3



, I

1



i U

O



.

Dla odmiany, jeżeli potencjometr R

5

jest

ustawiony na mniejszą wartość rezystancji, to U

O



.

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

4

3

. Uproszczony układ dla prądu stałego

I

0

R

0

U

BE

U

0

+U

CC

U

Z

R

E

I

E

U

E

R

D

Z

Rys. 3

. Uproszczony układ dla prądu stałego

BE

Z

E

U

U

U





U

BE

jest stałe (0,6 [V])

U

E

będzie stałe, zatem

E

E

E

R

U

I



bęie stałe

I

O



I

E

4

. Wymagania stawiane stabilizatorom napięcia

W tabeli A

zestawiono wymagania stawiane stabilizatorom napięcia.

Tabela A

Wymaganie

1.

Wahania napięcia zasilania (zmiana napięcia
na

obciążeniu U

O

)

odpowiadająca zmianom

napięcia na wejściu (U

we

)



U

O

= f(U

we

)

możliwe
najmniejsze

2.

Wahania obciążenia (zmiana napięcia na
obciążeniu U

O

) odpowiadająca zmianom prądu

na obciążeniu (I

O

)



U

O

= f(I

O

)

możliwe
najmniejsze

3.

Tętnienia

możliwe
najmniejsze

4.

Zabezpieczenie przed przekroczeniem wartości
prądu (I

O

)

5.

Dopuszczalny zakres napięcia wyjściowego
(U

O

)

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

5

5

. Krótkie przedstawienie typowych scalonych stabilizatorów napięcia

W tabeli B przedstawiono typowe

scalone stabilizatory napięcia.

Tabela B

78XX

1

2

3

W

E

M

A

S

A

W

Y

Typ

U

o

Typ

U

o

79XX

1

2

3

W

E

M

A

S

A

W

Y

7805

+ 5 V

7905

- 5 V

7808

+ 8 V

7908

- 8 V

7812

+ 12 V

7912

- 12 V

7815

+ 15 V

7915

- 15 V

7824

+ 24 V

7924

- 24 V

78XX

(IN)

(OUT)

WY

WE

(GND)

MASA

1

3

2

78XX

(IN)

(OUT)

WY

WE

(GND)

MASA

2

3

1

(+)

(-)

Rys.4. Typowe scalone

stabilizatory napięcia

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

6

B)

Część eksperymentalna

Przebieg ćwiczenia

Badanie układu regulacyjnego stabilizatora

1.

Zestawić układ pomiarowy na module laboratoryjnym zgodnie z rysunkiem 5a i 5a1

a)

b)

a1)

b1)

Rys. 5.

Schematy pomiarowe układu regulacyjnego stabilizatora

2.

Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U

o

= f(R) przy U

we

= const.

Wykonać pomiary według tabel 1



3.

Tabela 1

R [k



]

0,1

1

10

U

o

[V]

dla U

we

= 14 [V]

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

7

Tabela 2

R [k



]

0,1

1

10

U

o

[V]

dla U

we

= 16 [V]

Tabela 3

R [k



]

0,1

1

10

U

o

[V]

dla U

we

= 18 [V]

3. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U

0

= f(R) przy U

we

= const.

(wg tabel 1



3).

4.

Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U

o

= f(I

O

) przy R = const.

Wykonać pomiary według tabel 4



6.

Tabela 4

I

O

[mA]

20

30

40

50

60

70

80

90

U

o

[V]

dla R = 0,1 [k



]

Tabela 5

I

O

[mA]

2,5

3,5

4,5

5,5

6,5

7,5

8,5

9,5

U

o

[V]

dla R = 1 [k



]

Tabela 6

I

O

[mA]

0,25

0,35

0,45

0,55

0,65

0,75

0,85

0,95

U

o

[V]

dla R = 10 [k



]

5. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U

o

= f(I

O

) przy R = const.

(wg tabel 4



6).

6.

Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U

o

= f(U

we

) przy R = const.

Wykonać pomiary według tabel 7



9.

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

8

Tabela 7

U

we

[V]

3

5

6

7

8

9

10

11

U

o

[V]

12

14

16

18

dla R = 0,1 [k



]

Tabela 8

U

we

[V]

3

5

6

7

8

9

10

11

U

o

[V]

12

14

16

18

dla R = 1 [k



]

Tabela 9

U

we

[V]

3

5

6

7

8

9

10

11

U

o

[V]

12

14

16

18

dla R = 10 [k



]

7. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U

o

= f(U

we

) przy R = const.

(wg tabel 7



9).

8. W spraw

ozdaniu określić minimalne wartości U

we,

przy których napięcie U

O

będzie

stabilizowane, dla różnych wartości rezystancji R.

Lp.

U

ostab

U

wemin

1

R = 0,1 [k



]

2

R = 1 [k



]

3

R = 10 [k



]

9.

Zestawić układ pomiarowy na module laboratoryjnym zgodnie z rysunkiem 5b i 5b1

10.

Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U

o

= f(R) przy U

we

= const.

Wykonać pomiary według tabel 10



12.

Tabela 10

R [k



]

0,1

1

10

U

o

[V]

dla U

we

= 14 [V]

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

9

Tabela 11

R [k



]

0,1

1

10

U

o

[V]

dla U

we

= 16 [V]

Tabela 12

R [k



]

0,1

1

10

U

o

[V]

dla U

we

= 18 [V]

11. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U

0

= f(R) przy U

we

= const.

(wg tabel 10



12).

12.

Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U

o

= f(I

O

) przy R = const.

Wykonać pomiary według tabel 13



15.

Tabela 13

I

O

[mA]

20

30

40

50

60

70

80

U

o

[V]

dla R = 0,1 [k



]

Tabela 14

I

O

[mA]

2

3

4

5

6

7

8

U

o

[V]

dla R = 1 [k



]

Tabela 15

I

O

[mA]

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,85

U

o

[V]

dla R = 10 [k



]

13. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U

o

= f(I

O

) przy R = const.

(wg tabel 13



15)

14.

Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U

o

= f(U

we

) przy R = const.

Wykonać pomiary według tabel 16



18.

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

10

Tabela 16

U

we

[V]

3

5

6

7

8

9

10

11

U

o

[V]

12

14

16

18

dla R = 0,1 [k



]

Tabela 17

U

we

[V]

3

5

6

7

8

9

10

11

U

o

[V]

12

14

16

18

dla R = 1 [k



]

Tabela 18

U

we

[V]

3

5

6

7

8

9

10

11

U

o

[V]

12

14

16

18

dla R = 10 [k



]

15. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U

o

= f(U

we

) przy R = const.

(wg tabel 16



18)

16.

W sprawozdaniu określić minimalne wartości U

we,

przy których napięcie U

O

będzie

stabilizowane, dla różnych wartości rezystancji R.

Lp.

U

o stab

U

we min

1

R = 0,1 [k



]

2

R = 1 [k



]

3

R = 10 [k



]

C) Podsumowanie i wnioski.

1. Na podstawie wykonanych pomiarów

0

)

(







R

wej

O

U

f

U

(p. 6 i 14

) wyznaczyć

współczynnik stabilizacji napięcia

0











R

wej

O

U

U

K

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

11

dla różnych wartości R.

2.

Na wspólnych wykresach narysować rodziny charakterystyk dla zależności:



U

O

= f(R) przy U

we

= const. (p. 2 i 3 oraz p. 10 i 11),



U

O

= f(I

O

) przy R = const. (p. 4 i 5 oraz p. 12 i 13),



U

O

= f(U

we

) przy R = const. (p. 6 i 7 oraz p. 14 i 15)

dla badanych układów stabilizatorów.

W sprawozda

niu należy także przedstawić obserwacje wynikające z realizacji punktów

8 i

16 oraz wnioski z wykreślonych rodzin charakterystyk (p. C 2).

D

. Wyposażenie.

Elementy układu:
Stanowisko laboratoryjne KL-21001 .................................................................... szt. 1
Moduł laboratoryjny KL-23010 ............................................................................. szt. 1

Sprzęt pomiarowy:
Cyfrowy miernik uniwersalny ................................................................................ szt. 4

E. Literatura.

1.

Basztura Czesław: ,,Elementy elektroniczne”. Stow. Inż. i Techn. Mechaników,

1985

2.

Kończak Sławomir: ,,Fizyczne podstawy elektroniki”. Wydaw. Politechn. Śląskiej,

1994

3. Kusy Andrzej: ,,Po

dstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Rzeszowskiej,

1996

4.

Marcyniuk Andrzej: ,,Podstawy miernictwa”. Wydaw. Politechn. Śląskiej, 2002

5.

Nowaczyk Emilia: ,,Podstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Wrocławskiej,

1995

6.

Tietze, Schenk: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydaw. Nauk. –Techn., 1996

7.

Wawrzyński Wojciech: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydaw.

Politechn. Warszawskiej, 2003

8.

Wieland Jerzy: ,,Diody półprzewodnikowe”. Wyższa Szkoła Morska, 1983

F. Zagadnienia do przygotowania.

1. Sc

hematy pomiarowe układu regulacyjnego stabilizatora.

2

. Parametry stabilizatorów.