|
Laboratorium Elektroniki
|
|
|
Stabilizatory napicia staego |
|
1.Wstp.
Celem wiczenia jest zilustrowanie zasad dziaania stabilizatorów napicia o pracy cigej oraz sposobów poprawy ich parametrów, a take aplikacji specjalizowanych ukadów scalonych. W kolejnoci badane s stabilizatory:
- z diod Zenera,
- z diod Zenera i wtórnikiem emiterowym
- ze sprzeniem zwrotnym.
Sekwencja tych ukadów jest tak dobrana, aby pokaza ukadowe sposoby poprawy ich parametrów roboczych przez stopniowe rozbudowywanie schematu. Pierwszy stopie poprawy parametrów polega na rozdzieleniu funkcji róda napicia odniesienia i elementu regulujcego. Drugi - polega na dodaniu ujemnego sprzenia zwrotnego, kontrolujcego rónic 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 wtórnikiem 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 stabilizatorów napicia:
STABILIZATOR Z DIOD ZENERA
R10=82,3 dla We÷12V dokonano nastpujcych pomiarów:
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 WTÓRNIKIEM 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, który ma za zadanie teoretycznie niezmiennej wartoci napicia na wyjciu w okrelonych granicach zmian napicia zasilajcego, obcienia oraz czynników 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 róda napiciowego. W przyblieniu mona przyj, e napicie wyjciowe UWY stabilizatorów 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 stabilizatorów okrela si przy napiciu i prdzie staym, natomiast przy sygnaach zmiennych - impedancj i admitancj wyjciow. Oprócz wymienionych parametrów, do wanych wielkoci charakteryzujcych jako stabilizatora naley wspóczynnik 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, który zapewniaby porównywanie wielkoci wyjciowej z jej wartoci przyjt za odniesienie. Nie najlepsza jako stabilizatorów parametrycznych ogranicza ich zastosowanie.
W stabilizatorach kompensacyjnych napicia o dziaaniu cigym, w procesie stabilizacji nastpuje porównanie napicia stabilizowanego UWY z wzorcowym napiciem odniesienia EW. Stabilizatory kompensacyjne zawieraj zatem nastpujce czony: ródo napicia odniesienia, ukad porównujcy, wzmacniacz bdu i ukad regulujcy. W stabilizatorach wyszej klasy wzmacniacz bdu jest zwykle kilkustopniowym wzmacniaczem rónicowym o duym wzmocnieniu, duej rezystancji wejciowej, niskim poziomie szumów i niewielkim dryfcie temperaturowym. ródo napicia odniesienia jest bardziej zoone i budowane najczciej w ukadzie skompensowanym temperaturowo.
Ukady stabilizatorach zastosowanie technologii scalonej dao moliwoci uzyskania znacznie lepszych parametrów przy maych wymiarach. Ponadto technologia ta umoliwia wykonanie, oprócz zasadniczego stabilizatora, dodatkowych ukadów zabezpieczajcych przed przecieniem i zwarciem oraz zabezpieczenie termiczne. Umoliwiaj one stabilizacj napi zarówno o polaryzacji dodatniej, jak i ujemnej. Typowe wartoci napi wyjciowych wynosz 2.5 ÷ 35V, przy czym mona wyróni stabilizatory o napiciu wyjciowym regulowanym zewntrznym elementem regulacyjnym, w postaci np. dzielnika rezystancyjnego, oraz stabilizatory o napiciu wyjciowym ustalonym np. +5V. Obcialno scalonych stabilizatorów napicia nie jest zbyt dua, prd wyjciowy wynosi od kilkunastu do kilkuset mA.
Wyszukiwarka