Laboratorium Elektroniki

Sprawozdanie z ćwiczenia

Temat: Stabilizatory Napięcia

1. Cel Ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych układów stabilizatorów napięcia, jako części układów zasilaczy układów elektronicznych.

1. Wstęp Teoretyczny

Stabilizatory napięcia stałego są to układy elektryczne dostarczające do odbiornika napięcie o stałej wartości niezależnie od zmian w określonych granicach: napięcia wejściowego, prądu obciążenia, temperatury i czasu.

Schemat blokowy układu zasilania odbiornika prądu stałego z sieci energetycznej prądu przemiennego z zastosowaniem stabilizatora napięcia przedstawia rys. 1.

Rys. 1. Schemat blokowy układu zasilania odbiornika prądu stałego z sieci energetycznej z zastosowaniem stabilizatora napięcia

Transformator TR obniża napięcie sieci do wymaganej wartości, prostownik P zamienia napięcie przemienne na jednokierunkowe, filtr pojemnościowy F wygładza napięcie jednokierunkowe.

Podstawowymi parametrami stabilizatorów napięcia stałego są:

- znamionowe napięcie wyjściowe,

- zakres zmian napięcia wejściowego,

- współczynnik stabilizacji,

- rezystancja wyjściowa.

Współczynnik stabilizacji napięcia K_U:

gdzie: ∆U_wy - zmiana napięcia wyjściowego odpowiadająca zmianie napięcia wejściowego ∆U_we

Pod względem zasady działania stabilizatory można podzielić na dwa podstawowe rodzaje:

- stabilizatory parametryczne,

- stabilizatory kompensacyjne.

Stabilizatory parametryczne

Stabilizatory parametryczne wykorzystują nieliniowe charakterystyki napięciowo-prądowe elementów użytych do budowy stabilizatora.

Najczęściej wykorzystywanym elementem stabilizującym w stabilizatorze parametrycznym jest dioda Zenera.

Dioda Zenera jest to dioda krzemowa pracująca przy polaryzacji zaporowej przy napięciu nieznacznie wyższym od napięcia U_z nazywanego napięciem Zenera.

Napięcie na pracującej diodzie, a tym samym na odbiorniku R_o, jest praktycznie stałe w szerokim przedziale zmian prądu I_z przepływającego przez diodę. Przy zmianach napięcia wejściowego U₁, przy R_o=const., ulega zmianie natężenie prądu I₁, ale w zasadzie tylko kosztem zmiany natężenia prądu I_z. W efekcie na rezystorze szeregowym R₁ odkłada się praktycznie całkowity przyrost napięcia wejściowego, a napięcie wyjściowe pozostaje na tym samym poziomie. Jeżeli natomiast wzrośnie R_o przy U₁=const., to zmienia się rozdział prądu I₁ pomiędzy diodę a odbiornik w ten sposób, że prąd diody I_z wzrośnie tak, iż:

W tym przypadku napięcie U₂ na odbiorniku R_o również zostanie praktycznie na poprzednim poziomie.

Stabilizatory kompensacyjne

Stabilizatory kompensacyjne w procesie stabilizacji porównują napięcie stabilizowane z wzorcowym i w przypadku ich różnicy tak działają na element sterujący, że kompensuje on zmiany napięcia wyjściowego.

Na rysunku przedstawiony jest schemat blokowy stabilizatora kompensacyjnego.

Jeżeli wskutek zmiany napięcia U₁ zmieni się napięcie stabilizowane U₂, to wówczas układ porównująco-wzmacniający przekaże różnicę między napięciem odniesienia U_s i napięciem U₂ do sterownika, który powodować będzie kompensację zmiany napięcia U₂.

Obecnie stabilizatory kompensacyjne budowane są jako układy monolityczne, w których skład wchodzi wiele elementów połączonych w oparciu o złożony schemat wewnętrzny.

1. Przebieg Ćwiczenia

W czasie ćwiczenia badaliśmy stabilizator z diodą Zenera spolaryzowaną w kierunku zaporowym , nazywany stabilizatorem parametrycznym, oraz stabilizator kompensacyjny.

Stabilizator przebadaliśmy dla Robc = ∞, i dla obciążenia Robc=const.

Stabilizator Parametryczny

• Bez obciążenia

U wej [V]	U wyj [V]
9,12	6,14
9,9	6,14
11,08	6,15
11,91	6,18
12,38	6,18
12,64	6,18
13,67	6,19
14,41	6,18
14,98	6,19

• z obciążeniem U wej = const = 12, 05 V

I	U wyj
0,01	6,15
0,014	6,25
0,018	6,25
0,022	6,24
0,031	6,24
0,076	6,21

Obliczenia współczynnika stabilizacji i rezystancji wyjściowej dla stabilizatora parametrycznego:

Wzory potrzebne do obliczeń:

S=∆U2/∆U1

Rwy=∆U2/∆/Io=(Rz*R)/(R+Rz)≈Rz

• Obliczenia:

• Uwy=f(Uwe), przy Ro= ∞

S=6,19V/14,98V= 0,413

Rwy=6,21 V/0,076A= 81,7 Ω

Stabilizator Kompensacyjny

• bez obciążenia

U wej	U wyj
5,92	5,24
7,97	5,6
10,03	5,62
12,06	5,63
14,1	5,63

• z obciążeniem

I	U wyj
0,008	6
0,011	6
0,014	6
0,02	6
0,028	6
0,067	6
0,08	5,6

Wzory potrzebne do obliczeń:

S=∆U2/∆U1

Rwy=∆U2/∆/Io=(Rz*R)/(R+Rz)≈Rz

S= 5,63 V/ 14,1V = 0,4

R wy = 6 V/ 0,067 A = 89,6 Ω

1. Wnioski

Z wykresów Uwy = f(I) widać, że znacznie lepszym stabilizatorem jest stabilizator kompensacyjny. Stabilizator parametryczny ,już po niewielkim zwiększeniu Robc , a co za tym idzie zwiększeniu się Iobc, powoduje szybki spadek Uwy. Stabilizator kompensacyjny znacznie dłużej utrzymuje Uwy na stałym poziomie. Stabilizatory parametryczne mają inne wady: układy tego typu stosuje się przy małych mocach zasilania oraz brak w nich stabilizującego sprzężenia zwrotnego. Stabilizatory kompensacyjne budowane są przy użyciu tranzystorów ,co pozwala zmniejszyć koszta oraz osiągnąć lepsze parametry stabilizacji.