Laboratorium elektroniczne Temat : Stabilizatory napięcia stałego
Data: 13.05.99	Ocena:	Podpis:
Skład grupy : Mariusz Sapieżko Sebastian Siedlecki Piotr Winiewski

1. Badanie stabilizatorów na elementach dyskretnych.

Jako zakres napięć wejściowych wybrałem: 9-10V.

A.

Rezystor R1 został dobrany tak, że w stanie jałowym dla danych napięć wejściowych, prąd diody znajduje się w zakresie 30-40mA, a przy maksymalnym obciążeniu 25mA przez diodę płynie prąd 5-15mA. W wyniku takiego uwarunkowania dioda Zenera pozostaje w całym zakresie pracy stabilizatora we właściwym dla stabilizacji punkcie pracy, więc układ stabilizuje napięcie.

Uwe	Iwy	Uwy	rd	k
V	mA	V	mΩ
9	0	6,056
	1	6,049	-7,5	-806,533
	1,4	6,046
	2,2	6,041
	3	6,034
	4,4	6,024
	6,3	6,007
	8,6	5,976
	10,4	5,966	-14,1935	-40,4165
	13,5	5,922
	16,2	5,88
	17,4	5,85
	22,2	5,694
	25,9	5,494	-67,5	-3,14257
	26,7	5,44
10	0	6,103
	0,8	6,103
	1	6,102	-5	-1220,4
	1,2	6,101
	1,5	6,101
	2,2	6,099
	4	6,088
	5,4	6,08
	7	6,069
	7,8	6,063
	10	6,046	-7,57576	-79,8072
	13,3	6,021
	15,4	6,001
	25	5,866	-18,3333	-12,7985
	26,2	5,844
	27,7	5,805

r_d - rezystancja dynamiczna w danym punkcie pracy,

k - współczynnik stabilizacji napięciowej

Uwe=9V

Uwe=10V

B.

Jeśli pominąć prąd bazy tranzystora to widać, że dobrany rezystor R2 zapewnia polaryzację diody w wybranym zakresie napięć wejściowych 9-10V prądem 8-11 mA. Jeśli stabilizator obciążyć maksymalnym prądem 25 mA to przez bazę popłynie (β+1) razy mniejszy prąd równy 0,25 mA. R2 polaryzuje diodę w kierunku zaporowym wystarczająco głęboko tak, że prąd bazy (nawet przy maksymalnym obciążeniu) w minimalnym stopniu wpływa na pracę diody. Potwierdza to prawidłowość dobrania wartości rezystancji rezystora R2.

Uwe	Iwy	Uwy	rd	k
V	mA	V	mΩ
9	0	5,643
	0,8	5,633
	1,1	5,631	-7,5	-682,545
	1,5	5,628
	2,6	5,621
	4,8	5,61
	6,7	5,604
	9,5	5,598	-1,81818	-324,095
	11,7	5,594
	13,1	5,593
	14	5,594
	17,6	5,59
	20	5,589
	24,9	5,585	-0,33333	-672,892
	27,9	5,584
10	0	5,683
	0,3	5,678
	0,8	5,671
	1,1	5,666	-6	-858,485
	1,6	5,663
	2,4	5,658
	3,2	5,652
	5,2	5,643
	6,6	5,64
	8,8	5,634
	13	5,626	-1	-432,769
	14	5,625
	18,9	5,624
	22	5,624
	25,5	5,623	-0,13333	-1653,82
	33	5,622

Uwe=9V

Uwe=10V

C.

Zadaniem rezystora R3 jest polaryzowanie bazy tranzystora T3. Rezystor R3 powinien mieć taką wartość by w przypadku zatkania T4 przez T3 mógł popłynąć przez obciążenie prąd nie mniejszy niż maksymalny prąd wyjściowy stabilizatora. Rezystor R3 o dobranej wartości umożliwia otwarcie tranzystora T3 wystarczająco mocno by przy maksymalnym prądzie obciążenia na impedancji obciążenia wydzieliło się napięcie o wartości nie mniejszej niż napięcie stabilizowane. Właściwej regulacji napięcia wyjściowego dokonuje tranzystor T4.

Uwe	Iwy	Uwy	rd	k
V	mA	V	mΩ
9	0	5,684
	0,2	5,676
	0,4	5,671
	0,9	5,664
	1,3	5,659	-10	-435,308
	2	5,652
	3,2	5,643
	4,5	5,636
	5,6	5,631
	7,7	5,624
	8,7	5,621
	11,7	5,614	-1,11111	-431,846
	13,5	5,612
	16,1	5,609
	19,6	5,607
	21,5	5,606
	26	5,603	-0,50847	-423,817
	31,9	5,6
10	0	5,693
	0,2	5,689
	0,6	5,682
	1,1	5,676	-12,5	-412,8
	1,5	5,671
	2,1	5,666
	3,3	5,658
	4,7	5,652
	5,9	5,647
	7,4	5,642
	9,8	5,637
	11,8	5,634	-0,66667	-716,186
	13,3	5,633
	18,4	5,628
	21,5	5,629
	27,3	5,627	-0,23256	-886,304
	31,6	5,626

Uwe=9V

Uwe=10V

2. Stabilizator napięcia z układem scalonym MAA 723.

Projektowanie stabilizatora w ćwiczeniu polegało na doborze rezystorów R2-5 tak, by układ stabilizował określoną wartość napięcia wyjściowego. Zaprojektowałem układ na stabilizowanie napięcia ok. 7,2 V. Rezystory dobrałem tak by potencjały na wejściach różnicowego wzmacniacza błędu IN+ oraz IN- dla napięcia wyjściowego równego 7,2 V były równe. Dzielnik R4, R5 ustawia na wejściu IN+ potencjał 3,6 V, a ze schematu widać, że potencjał na IN- z dzielnika R2, R3 będzie równy poprzedniemu tylko jeśli na wyjściu stabilizatora pojawi się napięcie 7,2 V - jest to wartość stabilizowanego napięcia.

Po sprawdzeniu jak układ pracuje w wybranym zakresie napięć wejściowych 9,5-11 V okazało się, że pracuje prawidłowo: dla Uwe=9,5, V Uwy=7,13 V, oraz Uwe=11,5 V, Uwy=7,203V. Zauważone minimalne wahania napięcia wyjściowego w większości zastosowań stabilizatora nie ma wpływu na pracę zasilanych urządzeń.

Uwe	Iwy	Uwy	rd	k
V	mA	V	mΩ
10,5	0	7,152	-5
	0,2	7,151	5	7151
	0,4	7,152	2,5	7152
	0,8	7,153	-10	-894,125
	1,1	7,15	40	162,5
	2,3	7,198	1,666667	1877,739
	2,9	7,199	2,857143	868,8448
	3,6	7,201	1,818182	1100,153
	4,7	7,203	1	1532,553
	5,7	7,204	1,666667	758,3158
	6,9	7,206	1,666667	626,6087
	8,7	7,209	1,428571	580,0345
	11,5	7,213	1,923077	326,153
	14,1	7,218	3	170,6383
	17,1	7,227	0,454545	929,7895
	19,3	7,228
	20,1	7,228
	23,4	7,21
	24,6	7,17
	25,5	3,683
średnio:			3,332101	1595,872

Uwe=10,5V

3. Wnioski:

Stabilizator A.

Już z charakterystyk wyjściowych widać, że jest to stabilizator niedoskonały. Istnieje stosunkowo silna zależność napięcia wyjściowego od obciążenia. Widać również, że stabilizator ten lepiej stabilizuje napięcie przy małym prądzie obciążenia niż przy dużym. Jeśli chodzi natomiast o napięcie zasilania całego stabilizatora to widać, że zasilanie wyższym napięciem wejściowym przynosi lepsze rezultaty niż niższym, ponieważ wtedy różnica napięcia wyjściowego w stanie jałowym i przy maksymalnym obciążeniu jest mniejsza. Wysokie napięcie zasilania stabilizatora powoduje głęboką polaryzację diody, punkt pracy przesuwa się w stronę bardziej stromej części charakterystyki prądowo-napięciowej diody. Wniosek stąd, że im większy prąd spoczynkowy diody tym lepiej; z drugiej jednak strony marnotrawienie energii na polaryzację diody powoduje małą sprawność stabilizatora oraz pojawia się ograniczenie wynikające z wytrzymałości prądowej diody. Nieliniowość charakterystyki wynika z nieliniowości diody.

Obliczone dla małych, średnich oraz dużych prądów obciążenia współczynnik stabilizacji oraz wyjściowa rezystancja dynamiczna stabilizatora potwierdzają wnioski powstałe na podstawie obserwacji wykresów:

• Przy niskim napięciu zasilania współczynnik stabilizacji jest mniejszy (rezystancja dynamiczna większa) niż przy wysokim.

• Ze wzrostem obciążenia współczynnik stabilizacji maleje (rezystancja dynamiczna rośnie).

Stabilizator B

Inaczej niż w przypadku poprzednim, ten stabilizator wykazuje lepsze właściwości przy obciążeniu dużym prądem niż przy małym - przy małych prądach charakterystyki stromo opadają, rezystancja dynamiczna jest rzędu ohm'ów; przy dużych prądach charakterystyki układają się niemalże poziomo, a rezystancja dynamiczna jest rzędu części ohm'a. Współczynnik stabilizacji w tym przypadku okazał się parametrem trudnym w interpretacji. Ponieważ był wyznaczony z ilorazu dwu małych liczb (źle uwarunkowany numerycznie), jest obarczony dużym błędem, co objawia się dużymi rozbieżnościami jego wartości w zbliżonych punktach pracy. Stabilizator gorzej pracuje przy słabym obciążeniu ponieważ tranzystory bipolarne, a taki zastosowany był w układzie, wykazują mniejsze wzmocnienie prądowe przy małym prądzie kolektora niż przy większym. Z tego powodu stosuje się wstępne obciążenie stabilizatora w postaci rezystancji podłączonej równolegle do wyjścia. Trudno mówić na podstawie wykresu o tym czy lepszą stabilizację uzyskuje się zasilając wysokim napięciem wyjściowym, czy niskim. Jeśli chodzi o wnioski na podstawie rezystancji dynamicznej, to lepiej zasilać stabilizator wyższym napięciem ponieważ wtedy wyjściowa rezystancja dynamiczna jest mniejsza.

Stabilizator C

Ten stabilizator charakteryzuje się podobnymi właściwościami jak poprzedni. Na podstawie wykresów można wyciągnąć o nim identyczne wnioski jak o stabilizatorze B. Z obliczeń jednak widać, że jeśli chodzi o rezystancję dynamiczną i współczynnik stabilizacji to w tym przypadku jest gorzej: rezystancja większa, a współczynnik mniejszy. Omawiany stabilizator układowo jest bardziej rozbudowany (niż stabilizator B) co ma na celu zapewnienie lepszej stabilizacji. Sądzę więc, że jego gorsze właściwości niż poprzedniego wynikają z nieoptymalnego jego zaprojektowania.

Stabilizator scalony MAA723

Ten stabilizator w porównaniu z pozostałymi jest niemalże idealny. W dużym zakresie prądu wyjściowego napięcie utrzymuje się na stałym poziomie. Napięcie wyjściowe utrzymuje się na stałym poziomie niezależnie od napięcia wejściowego. Załamanie charakterystyki przy prądzie ok. 24 mA nie wynika bynajmniej z niedoskonałości układu - włączyło się ograniczenie prądowe, które zabezpiecza stabilizator przed przepaleniem w razie zbyt dużego obciążenia. O pewnej niedoskonałości układu może świadczyć niewielki wzrost napięcia tuż przed załączeniem ograniczenia prądowego. Nie jest to skok duży więc nie jest groźny dla odbiornika. Jako cenną zaletę tego stabilizatora wymieniłbym łatwość regulacji napięcia wyjściowego - zmiana jednej rezystancji. Regulacja prądu ograniczenia jest również stosunkowo łatwa, lecz trzeba wymieniać rezystor o małej rezystancji i dużej mocy. Z praktyki wiem, że układ MAA723 jest łatwy w zastosowaniu, można przy jego użyciu budować wysokoprądowe zasilacze o szerokim zakresie napięć wyjściowych, a przy tym o niezłych parametrach.

---