|
Laboratorium Elektroniki
|
|
|
Stabilizatory napicia staego |
|
1.Wstp.
Celem wiczenia jest zilustrowanie zasad dziaania stabilizator�w napicia o pracy cigej oraz sposob�w poprawy ich parametr�w, a take aplikacji specjalizowanych ukad�w scalonych. W kolejnoci badane s stabilizatory:
- z diod Zenera,
- z diod Zenera i wt�rnikiem emiterowym
- ze sprzeniem zwrotnym.
Sekwencja tych ukad�w jest tak dobrana, aby pokaza ukadowe sposoby poprawy ich parametr�w roboczych przez stopniowe rozbudowywanie schematu. Pierwszy stopie poprawy parametr�w polega na rozdzieleniu funkcji r�da napicia odniesienia i elementu regulujcego. Drugi - polega na dodaniu ujemnego sprzenia zwrotnego, kontrolujcego r�nic napi wyjciowego i odniesienia, o wzmocnieniu w ptli znacznie wikszym od 1.
2.Obliczenia projektowe.
Stabilizator z diod Zenera:
Uz=Uwy=5.6V
Uwe=10 �12V
Iz=3mA30mA
Rz=51
Uwe=Rs*I+Uz ! R10=Uwe-Uz/I-Rz
R10=82.3
Stabilizator z diod Zenera i wt�rnikiem emiterowym:
Iz=3 �30mA ; Uwe=10�12V ; =100 ; Imax=22.6mA
Ie=I0max - IR2 =22.6- 0.55=22.05mA
Ie=Ic+Ib=Ib(1+) ! Ib=Ie/(+1)=0.22mA
Ic=22mA
IR1=Iz+Ib=3.22�30.22mA
R20=Uwe-Uz/IR1=1180�192
Przyjmuje R20=700
Stabilizator ze sprzeniem zwrotnym:
Iz=3�30mA ; Uwe=10�12V ; =100 ; I0max=22.6mA
Dla Iz=3mA Ib2=2.97A i Ic2=2.97mA
Ie1=22.6-0.0297=22.57mA
Dla Iz=30mA Ib2=297A i Ic2=29.7mA
Ie1=22.6-0.297=22.3mA
Ie1=Ic1+Ib1
! Ie1=Ib1(1+) ! Ib1=Ie1/(+1)
Ic1=*Ib1
Dla Iz=30mA Ib1=0.223mA i Ic1=22.3mA
Dla Iz=3mA Ib1=0.22mA i Ic1=22mA
IRS=Ib1+Ic2=3.193�29.92 mA
R30=Uwe-Uz-Uce/IRS=184�1096
Przyjmujemy R30=600
Stabilizator z ukadem scalonym:
Wzmacniacz operacyjny przyjmujemy jako idealny (prd wpywajcy jest znikomy, wic go pomijamy)
R2'=510 ; Uref=7.2V
IZmax=Uref/R2'=14mA
Ur2=Ur4=Iz*R2
Przypadek 1
Uwe=10�12V
Uwy=5V
Uref*(R2/R2'+R2 +R4)=Uwy*(R4/R3+R4)=Iz*R2
poniewa R4/R3+R4<=1 moemy przyj R3=0 , R4="
R4/R3+R4=1 i Iz*R2=Uwy
Izmax=14mA , przyjmujemy Iz=1mA
R2=Ur2/Iz=5k
Uref=5k/510+5k+R1=Uwy ! R1=(Uref*5k/Uwy)-5.51k=1.7k
Przypadek 2
Uwe=10�12V ; Uwy=8V ; Izmax=14mA ; R2'=510 ; przyjto Iz=1mA
Uwy=Iz*R4
Uref*(R2/R2'+R2+R1)=Uwy*(R4/R3+R4)=Iz*R2
zakadamy e R2/R2+R1<=1 wtedy R1=0, R2=" dlatego
Uref=Uwy*(R4/R3+R4) a R4=Uwy/Iz=8k
Uwy=(R3+R4/R4)*Uref }/Uref
(Uwy/Uref) -1=R3/R4
R3=[(Uwy/Uref) -1]*R4 " 890
3.Pomiary:
Schematy ideowe prostych stabilizator�w napicia:
STABILIZATOR Z DIOD ZENERA
R10=82,3 dla We�12V dokonano nastpujcych pomiar�w:
U[V] |
I[mA] |
5.964 |
2.74 |
5.805 |
2.03 |
5.177 |
9.95 |
dla Uwe=10V
U[V] |
I[mA] |
6.047 |
0.278 |
5.774 |
3.616 |
3.677 |
4.997 |
dla Uwe=12V
Z oscyloskopu zdjto nastpujce charakterystyki
STABILIZATOR Z WT�RNIKIEM EMITEROWYM
R20=700 dla Uwe=10�12V otrzymano nastpujce pomiary:
U[V] |
I[mA] |
5.796 |
0.263 |
5.654 |
5.202 |
dla Uwe=10V,
U[V] |
I[mA] |
5.796 |
0.26 |
5.717 |
4.61 |
dla Uwe=12V
Z oscyloskopu zdjto nastpujce charakterystyki
STABILIZATOR ZE S[SPRZENIEM ZWROTNYM
R30=600 dla Uwe=10�12V otrzymano nastpujce pomiary:
U[V] |
I[mA] |
5.545 |
0.255 |
5.494 |
5.12 |
dla Uwe=10V
U[V] |
I[mA] |
5.681 |
0.261 |
5.494 |
4.68 |
dla Uwe=12V
Z oscyloskopu zdjto nastpujce charakterystyki
STABILIZATOR Z UKADEM SCALONYM
Dla napicia na wyjciu Uwy=5V dobrano nastpujce rezystory R1=1.7k , R2=5k , R3=890
i przy Uwe=10�12V otrzymano nastpujce pomiary:
Uwe=10V
U[V] |
I[mA] |
5.218 |
0.241 |
5.178 |
2.578 |
0.841 |
2.804 |
Uwe=12V
U[V] |
I[mA] |
5.225 |
0.242 |
5.182 |
2.678 |
0.84 |
2.78 |
Dla napicia na wyjciu Uwy=8V dobrano nastpujce rezystory R1=1.7k , R2=5k ,R4=8k
i przy Uwe=10�12V otrzymano nastpujce pomiary:
Uwe=12V
U[V] |
I[mA] |
7.899 |
3.44 |
7.882 |
2.809 |
6.75 |
2.8 |
Uwe=10V
U[V] |
I[mA] |
7.899 |
3.45 |
7.861 |
2.738 |
2.816 |
0.857 |
4.Wnioski:
Stabilizatorem napicia nazywa si ukad, kt�ry ma za zadanie teoretycznie niezmiennej wartoci napicia na wyjciu w okrelonych granicach zmian napicia zasilajcego, obcienia oraz czynnik�w zewntrznych, np. temperatury, cinienia, wilgotnoci, czasu itd. W poczeniu z prostownikiem i filtrem tworz one zasilacze i kalibratory. Stabilizator napicia powinien by praktyczn realizacj idealnego r�da napiciowego. W przyblieniu mona przyj, e napicie wyjciowe UWY stabilizator�w napicia jest funkcj napicia wejciowego UWE , prdu wyjciowego (obcienia) IWY i temperatury T
UWY = f(UWE , IWY , T)
Bezwzgldna zmienno wejciowa (sieciowa) wyraa bezwzgldn zmian sygnau (napicia) przy zmianach napicia zasilania stabilizatora. wyraa si j zwykle przy zmianach napicia wejciowego o 1V lub o 10% (UWE = 1V, 10%). Wzgldna zmienno wejciowa wyraa si nastpujc zalenoci
przy Uwe=1V, 10%.
Bezwzgldna zmienno wyjciowa (obcieniowa) stanowi bezwzgldna zmian sygnau wyjciowego (napicia) przy zmianach obcienia. Wyznacza si j zwykle przy zmianach obcienia od wartoci minimalnej do wartoci maksymalnej. Wzgldna zmienno wyjciowa jest opisana zalenoci:
Rezystancj i konduktancj wyjciow stabilizator�w okrela si przy napiciu i prdzie staym, natomiast przy sygnaach zmiennych - impedancj i admitancj wyjciow. Opr�cz wymienionych parametr�w, do wanych wielkoci charakteryzujcych jako stabilizatora naley wsp�czynnik ttnie okrelany jako stosunek midzy szczytowej wartoci napicia UWYT ttnie na wyjciu i napicia UWET ttnie na wejciu
Ze wzgldu na zasad dziaania stabilizatory napicia staego mona podzieli na: parametryczne, kompensacyjne o dziaaniu cigym i impulsowym.
W stabilizatorach parametrycznych zmiana okrelonego parametru elementu stabilizujcego dana wielko wyjciow przeciwdziaa czynnikom destabilizacyjnym. Cech charakterystyczn wszystkich ''S''parametrycznych jest brak zewntrznego obwodu sprzenia zwrotnego, kt�ry zapewniaby por�wnywanie wielkoci wyjciowej z jej wartoci przyjt za odniesienie. Nie najlepsza jako stabilizator�w parametrycznych ogranicza ich zastosowanie.
W stabilizatorach kompensacyjnych napicia o dziaaniu cigym, w procesie stabilizacji nastpuje por�wnanie napicia stabilizowanego UWY z wzorcowym napiciem odniesienia EW. Stabilizatory kompensacyjne zawieraj zatem nastpujce czony: r�do napicia odniesienia, ukad por�wnujcy, wzmacniacz bdu i ukad regulujcy. W stabilizatorach wyszej klasy wzmacniacz bdu jest zwykle kilkustopniowym wzmacniaczem r�nicowym o duym wzmocnieniu, duej rezystancji wejciowej, niskim poziomie szum�w i niewielkim dryfcie temperaturowym. r�do napicia odniesienia jest bardziej zoone i budowane najczciej w ukadzie skompensowanym temperaturowo.
Ukady stabilizatorach zastosowanie technologii scalonej dao moliwoci uzyskania znacznie lepszych parametr�w przy maych wymiarach. Ponadto technologia ta umoliwia wykonanie, opr�cz zasadniczego stabilizatora, dodatkowych ukad�w zabezpieczajcych przed przecieniem i zwarciem oraz zabezpieczenie termiczne. Umoliwiaj one stabilizacj napi zar�wno o polaryzacji dodatniej, jak i ujemnej. Typowe wartoci napi wyjciowych wynosz 2.5 � 35V, przy czym mona wyr�ni stabilizatory o napiciu wyjciowym regulowanym zewntrznym elementem regulacyjnym, w postaci np. dzielnika rezystancyjnego, oraz stabilizatory o napiciu wyjciowym ustalonym np. +5V. Obcialno scalonych stabilizator�w napicia nie jest zbyt dua, prd wyjciowy wynosi od kilkunastu do kilkuset mA.
Wyszukiwarka