POLITECHNIKA ÅšWI
TOKRZYSKA
W KIELCACH
WYDZIAA
ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI
KATEDRA ELEKTRONIKI I SYSTEMÓW INTELIGENTNYCH
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA LABORATORYJNA
ĆWICZENIE NR 2:
ZASILACZE NIESTABILIZOWANE NAPI
CIA STAA
EGO
KIELCE 2006
1. Wstęp teoretyczny
Prawie wszystkie układy i urządzenia elektroniczne, w celu zapewnienia prawidłowego działania,
muszą być zasilane napięciem stałym. Ponieważ zasilanie z baterii lub akumulatorów ogranicza się w
zasadzie do urządzeń przenośnych, można stwierdzić, że zagadnienie projektowania zasilaczy napięcia
stałego jest jednym z podstawowych problemów w konstrukcji układów elektronicznych. Zasilacz
napięcia stałego można określić jako urządzenie, przetwarzające energię sieci prądu zmiennego
(przeważnie o wartości skutecznej napięcia 230 V) na napięcie stałe. Jeżeli napięcie to ma służyć
zasilaniu układów tranzystorowych, jego wartość zawiera się przeciętnie w granicach od kilku do
kilkunastu woltów. Zasilacz napięcia stałego składa się z transformatora obniżającego napięcie,
prostownika oraz układu elektronicznego (decydującego o właściwościach danego zasilacza). Schemat
blokowy takiego zasilacza przedstawia rys. 1.
Uwe UKA
AD
PROSTOWNIK Uwy R0
ELEKTRONICZNY
~230V
Rys. 1. Schemat blokowy zasilacza napięcia stałego.
Jeżeli transformator nie posiada odczepu na środku uzwojenia wtórnego, możliwe jest zastosowanie
dwóch rodzajów prostowników:
" jednopołówkowego (jedna dioda prostownicza),
" dwupołówkowego (cztery diody prostownicze w układzie Graetza).
Jeżeli taki odczep transformator posiada, wówczas przeważnie prostownik pracuje jako
dwupołówkowy (tworzą go dwie diody prostownicze).
W zależności od tego, w jaki sposób zbudowany jest układ elektroniczny z rys. 1., zasilacze można
podzielić na następujące grupy:
" niestabilizowane:
o układ elektroniczny z kondensatorem o dużej pojemności (rys. 2)
o układ elektroniczny z filtrem dolnoprzepustowym RC lub LC (rys. 3)
" stabilizowane:
o układ elektroniczny z diodą Zenera
o układ elektroniczny z tranzystorem szeregowym
o układ elektroniczny z tranzystorem równoległym
Poniżej przedstawiono schematy zasilaczy niestabilizowanych napięcia stałego.
Dla ścisłości należy dodać, że przedstawiony podział zasilaczy jest podziałem niepełnym. Pominięto
bowiem układy rzadziej stosowane bądz
takie, które nie mogą być zrealizowane na makiecie
laboratoryjnej: powielacze napięcia, filtry tranzystorowe, zasilacze tyrystorowe, przetwornice napięcia
stałego, zasilacze z regulacyjnymi tranzystorami polowymi i inne.
- 2 -
D
Uwe
C Uwy
~230V
Rys. 2. Zasilacz napięcia stałego niestabilizowany z kondensatorem.
D
L
Uwe
C1 C2 Uwy
~230V
Rys. 3. Zasilacz napięcia stałego niestabilizowany z kondensatorem i filtrem dolnoprzepustowym
LC.
1.1. Zasilacz niestabilizowany z prostownikiem jednopołówkowym
D
Iwy
Uwe
Uwy
C
R0
~230V
Rys. 4. Układ zasilacza napięcia stałego niestabilizowanego z prostownikiem jednopołówkowym.
Przy braku kondensatora C przez obciążenie płynie prąd o kształcie sinusoidalnym przez czas T/2
(T = 1/f jest okresem napięcia zmiennego dołączonego do prostownika), napięcie wyjściowe zasilacza ma
więc taki sam kształt, co przedstawiono na rys. 5a. Dołączenie kondensatora powoduje zmianę napięcia
wyjściowego, a jego przebieg czasowy dla warunków ustalonych przedstawia rys. 5c.
Jeżeli zasilacz jest słabo obciążony (duże R0) napięcie na wyjściu niewiele odbiega od przebiegu
stałego (rys. 8b.). Silne obciążenie zasilacza powoduje wyraz
ny wzrost amplitudy tętnień napięcia
wyjściowego i tym samym obniżenie wartości średniej tego napięcia (rys. 5d.).
- 3 -
a) b)
Uwy Uwy
Uwy max Uwy max
C=0 C=25µF
R0=1k&! R0=560k&!
t t
c) d)
Uwy Uwy
Uwy max Uwy max
C=25µF C=25µF
R0=1k&! R0=100&!
T/2 T/2
t t
Rys. 5. Przebiegi czasowe napięcia na wyjściu zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem
jednopołówkowym.
1.2. Zasilacz niestabilizowany z prostownikiem dwupołówkowym
D1
Iwy
Uwe
C Uwy
R0
~230V
D2
Rys. 6. Układ zasilacza napięcia stałego niestabilizowanego z prostownikiem dwupołówkowym.
Przy braku kondensatora C przez obciążenie płynie prąd o kształcie wyprostowanego przebiegu
sinusoidalnego przez czas T (T = 1/f jest okresem napięcia zmiennego dołączonego do prostownika),
napięcie wyjściowe zasilacza ma więc taki sam kształt, co przedstawiono na rys.7a. Dołączenie
kondensatora powoduje zmianę napięcia wyjściowego, a jego przebieg czasowy dla warunków
ustalonych przedstawia rys. 7c.
Jeżeli zasilacz jest słabo obciążony (duże R0) napięcie na wyjściu niewiele odbiega od przebiegu
stałego rys.7.b. Silne obciążenie zasilacza powoduje wyraz
ny wzrost amplitudy tętnień napięcia
wyjściowego i tym samym obniżenie wartości średniej tego napięcia (rys. 7d.).
- 4 -
a) b)
C=25µF
C=0
Uwy Uwy
R0=560k&!
R0=1k&!
Uwy max Uwy max
t t
c) d)
C=25µF C=25µF
Uwy Uwy
R0=1k&! R0=100&!
Uwy max Uwy max
T/2 T/2
t t
Rys. 7. Przebiegi napięcia na wyjściu zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem
dwupołówkowym.
1.3. Pomiary parametrów zasilaczy
W każdym z opisanych zasilaczy napięcie wyjściowe maleje ze wzrostem prądu, pobieranego przez
obciążenie.
Dokonując stałoprądowego pomiaru Uwy = f(Iwy) otrzymuje się krzywą przedstawianą na rysunku linią
ciągłą (mierniki pokazują bowiem średnią wartość napięcia i prądu). W istocie jednak na wartość średnią
napięcia wyjściowego nakładają się tętnienia, których amplituda wzrasta w miarę zwiększania się prądu
wyjściowego. Obwiednia napięcia tętnień pokazana została na rysunku linią przerywaną. Pełnej
charakterystyki z rys. 8. nie można otrzymać bezpośrednio; na ogół mierzy się ją osobno dla prądu
stałego i osobno dla prądu zmiennego, a póz
niej dodaje oba wykresy.
Uwy
Na podstawie krzywej z rys. 8.
Uwy max
można obliczyć podstawowy
P(Uwy0,Iwy0)
parametr, obrazujący jakość
Uwy1
zasilacza napięcia stałego -
Uwy2
rezystancję wyjściową. Oznaczając
ją przez r, można wprowadzić
definicjÄ™ w punkcie P(Uwy0,Iwy0):
Uwy2 - Uwy1
"Uwy
r = =
Iwy
"Iwy
Iwy2 - Iwy1
Iwy1 Iwy0 Iwy2
Rys. 8. Zależność Uwy = f(Iwy) zasilacza napięcia stałego.
- 5 -
2. Przebieg ćwiczenia
2.1. Pomiar charakterystyki wyjściowej Uwy=f(Iwy) zasilacza niestabilizowanego
Schematy pomiarowe
D
Iwy
mA
Uwe
C Uwy
V
~230V
R0
Rys. 9 Układ do pomiaru charakterystyki wyjściowej zasilacza niestabilizowanego
z prostownikiem jednopołówkowym
D1
Iwy
D2
mA
Uwe
C Uwy
V
D3
~230V
R0
D4
Rys. 10 Układ do pomiaru charakterystyki wyjściowej zasilacza niestabilizowanego
z prostownikiem dwupołówkowym (układ Graetza)
D1
Iwy
mA
Uwe
C Uwy
V
~230V
R0
D2
Rys. 11 Układ do pomiaru charakterystyki wyjściowej zasilacza niestabilizowanego
z prostownikiem dwupołówkowym (2 diody)
Sposób przeprowadzenia pomiarów
" PoÅ‚Ä…czyć ukÅ‚ad pomiarowy przedstawiony na rys. 9. (C=25µF, R0=1k&!)
" Wykonać pomiary charakterystyk wyjściowej zasilacza. Pomiar polega na odczycie na prądu
wyjściowego Iwy (miliamperomierz mA) i napięcia wyjściowego Uwy (woltomierz V) przy
ustawionej rezystancję obciążenia R0. Wyniki należy zanotować w tabeli 1. Rezystancję
obciążenia R0 należy zmieniać w granicach od 560k&! do 100&!.
" Powtórzyć pomiary dla układu zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem dwupołówkowym
(rys. 10.) lub (rys 11.)
- 6 -
Tabela pomiarowa
Tabela 1. Pomiar charakterystyki wyjściowej zasilacza niestabilizowanego Uwy = f (Iwy )
Prostownik dwupołówkowy Prostownik dwupołówkowy (2
Prostownik jednopołówkowy
Lp
(Gretza) diody)
Iwy [mA] Uwy[V] Iwy [mA] Uwy[V] Iwy [mA] Uwy[V]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
2.2. Badanie przebiegów czasowych napięć zasilacza niestabilizowanego
Schematy pomiarowe
D
Uwe
C
R0
~230V
kanał A kanał B
Oscyloskop
Rys. 12. Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem
jednopołówkowym
D1
D2
Uwe
C
R0
D3
~230V
D4
kanał A kanał B
Oscyloskop
Rys. 13. Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem
dwupołówkowym (Graetza)
- 7 -
 D1
Uwe
C
R0
~230V
D2
kanał A kanał B
Oscyloskop
Rys. 14. Układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem
dwupołówkowym (2 diody)
Sposób przeprowadzenia pomiarów
" PoÅ‚Ä…czyć ukÅ‚ad pomiarowy przedstawiony na rys. 12. (C=25µF, R0=1k&!)
" Narysować przebieg wejściowy Uwe(t) (kanał A oscyloskopu) oraz przebiegi wyjściowe Uwy(t)
(kanał B oscyloskopu) dla różnych wartości pojemności C i obciążenia R0 podanych przez
prowadzÄ…cego.
" Połączyć układ do pomiaru przebiegów czasowych zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem
dwupołówkowym (rys. 13. lub rys. 14.) i wykonać podobne pomiary.
3. Opracowanie wyników pomiaru
W sprawozdaniu należy zamieścić:
1. Schematy pomiarowe realizowane na ćwiczeniu.
2. Tabele pomiarowe z wynikami.
3. Charakterystyki wyjściowe Uwy = f(Iwy) dla zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem jedno- i
dwupołówkowym.
4. Wyznaczyć rezystancję wyjściową r dla zasilacza niestabilizowanego z prostownikiem jedno- i
dwupołówkowym..
5. Przebiegi czasowe sygnału wejściowego i wyjściowych dla badanych układów i różnych wartości
pojemności C oraz rezystancji obciążenia R0.
6. Wnioski.
- 8 -