Politechnika Poznańska Wydział Elektryczny	Laboratorium Metrologii Elektrycznej i Elektronicznej	Rok akademicki 2011/2012
Kierunek: Elektrotechnika Rok studiów: II Semestr: III Grupa E-7	Temat: Badanie stabilizowanego źródła napięcia.
Wykonujący ćwiczenie: 1. Łukasz Iwicki 2. Kamil Pałucki 3. Krystian Weinstock 4.Piotr Witt	Data wykonania ćwiczenia: 24.11.2012 Data oddania sprawozdania: 31.11.2012	Ocena:

1. Wstęp

W ćwiczeniu obiekt badań stanowi układ stabilizowanego źródła napięcia. Zbudowany on jest z diody Zenera i szeregowego opornika.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika stabilizacji i rezystancji wewnętrznej badanego źródła na podstawie charakterystyk ΔU_wy=f(U_we), ΔU_wy=f(I₀).

Podczas ćwiczenia korzystaliśmy z poniższego układu:

1. Zakresy i klasy dokładności przyrządów używanych podczas ćwiczenia:

V₁=(15)[V] kl. 0,5

mV=(150)[mV] kl.0,5

mA=(3; 7.5)[mA] kl.0,5

1. Tabela pomiarów :

Lp.	Uwe	δUwe	ΔUwy	δΔUwy	S	δS	Uwagi
	[V]	[%]	[mV]	[%]	[-]	[%]	Io=0A Up=4.96V
1	10	0.75	5	15	0.005	29.98
2	11	0.68	30	2.5	0.0300	17.54
3	12	0.63	57,5	1.3	0.0575	16.40
4	13	0.58	80	0.94	0.0800	16.04
5	14	0.54	97,5	0.77	0.0975	15.83
6	15	0.50	115	0.65	-	-

Wzory wykorzystane do obliczeń:

Przykładowe obliczenia dla 1)

δ_Uwe = 0.5· $\frac{15}{10}$ = 0.75

δ_{ΔUwy =} 0.5 · $\frac{150}{5}$ = 15

S=$\ \frac{5 \bullet 10^{- 3}}{11 - 10}$ = 0.005

δ_S = 15+$\ \frac{0.68 \bullet 11 + 0.75 \bullet 10}{11 - 10}$ = 29.98

1. Wyznaczanie charakterystyki ΔU_wy=f(U_we), przy I₀=const oraz wyznaczenie współczynnika stabilizacji S.

1. Tabela wyników:

Lp.	I0	δIo	ΔUwy	δΔUwy	Rw	δRw	Uwagi
	[mA]	[%]	[mV]	[%]	[Ω]	[%]	Io=0,Uwe=10,Up=4.96 Zakres mA=(3)
1	0	0	10.0	7.50	1.00	22.50
2	0.1	15	10.0	7.50	11.1	10.83	Io=5mA Uwe=10 V Up=4.96V
3	1	1.5	20.0	3.75	20.0	6.750
4	2	0.75	37.5	2.00	37.5	7.250
5	3	1.25	45.0	1.67	45.0	9.180
6	4	0.94	57.5	1.30	57.5	8.810
7	5	0.75	70.0	1.07	70.0	8.570
8	6	0.625	85.0	0.88	85.0	8.380
9	7	0.536	102.5	0.73	-	-

Wzory wykorzystane do obliczeń:

Przykładowe obliczenia dla 2)

δ_Io = 0.5 ∙$\ \frac{3}{0.1}\ $=15

δ_ΔUwy = 0.5 ∙ $\frac{150}{10}$ = 7.5

R_w = $\frac{10 \bullet 10^{- 3}}{(1 - 0.1) \bullet 10^{- 3}}$ = 11.1

δ_Rw = 7.5+$\frac{1.5 \bullet 1 + 15 \bullet 0.1}{1 - 0.1}$ = 10.83

Obliczanie błędów bezwzględnych:

$$Uwe = \frac{\delta_{\text{Uwe}}\ \bullet Uwe}{100}$$

$$\left( Uwy \right) = \frac{\delta_{Uwe\ \ } \bullet Uwe}{100}$$

$$Io = \frac{\delta_{\text{Io}} \bullet Io}{100}$$

Przykładowe obliczenia:

Uwe = $\frac{0.75\ \bullet 10}{100}$ =0.075

(Uwy) = $\frac{15 \bullet 10}{100}\ $=1.5

Io= $\frac{15 \bullet 0.1}{100}\ $= 0.015

Lp	ΔI0	Δ(ΔUwy)	Uwagi
	[mA]	[mV]
1	-	-	Zakres mA=(3)
2	0,015	1,5
3	0,015	1,5
4	0,015	1,5
5	0,0375	1,5	Zakres mA=(7.5)
6	0,0376	1,5
7	0,0375	1,5
8	0,0375	1,5
9	0,0375	1,5

Lp.	ΔUwe	Δ(ΔUwy)	Uwagi
	[V]	[mV]
1	0,0750	1,5
2	0,0748	1,5
3	0,0756 0,0754	1,5
4		1,5
5	0,0756	1,5
6	0,0750	1,5

Urządzenia i mierniki zastosowane podczas ćwiczenia:

- źródło napięcia

- 5 mierników uniwersalnych (3 woltomierze, miliwoltomierz, miliamperomierz)

- pomocnicze źródło napięcia

- rezystor dekadowy

- płytka + przewody

Wyznaczanie charakterystyki ΔU_wy=f(I₀), dla U_we=const oraz wyznaczenie rezystancji wewnętrznej źródła R_w.

Wykresy zostały dodane do sprawozdani na papierze milimetrowym

Wnioski:

Z pomiarów można zaobserwować paraboliczną zmianę współczynnika stabilizacji S (w zależności od napięcia zasilania i prądu obciążenia), który ma minimum w okolicach (9-10[V]), a tym samym dioda ma wtedy najlepsze właściwości stabilizacyjne. Można to wytłumaczyć tym, że im wyższe napięcie zasilania od napięcia Zenera (ale tylko o kilka woltów) ustala punkt pracy naszej diody w bardziej korzystnym miejscu, tzn. tam gdzie charakterystyka jest bardziej stroma. Im niższe napięcie tym punkt pracy diody znajduje się bliżej zagięcia charakterystyki, w którym dioda traci właściwości stabilizacyjne a współczynnik stabilizacji osiąga największą wartość.

Gdy zasilacz obciążyliśmy prądem I₀=5 [mA], wtedy współczynnik stabilizacji, choć podobnie jak poprzednio malał wraz ze wzrostem napięcia zasilającego (ale tylko do napięcia 9,5 [V]), to ogólnie był on znacznie większy, tzn. gorszy od diody nieobciążonej, a po przekroczeni 10[V] współczynnik stabilizacji znowu zaczął rosnąć choć tym razem, gdy dioda była obciążona to był on minimalnie niższy od diody nieobciążonej. Dzieje się tak dlatego, poniważ dioda chcąc utrzymać stałe napięcie przy zwiększonym prądzie obciążeniu musi zmniejszyć przepływający przez siebie prąd. Punkt pracy przesuwa się teraz do góry, tam gdzie dioda ma gorsze właściwości stabilizacyjne.

Z dalszych pomiarów wynika, że rezystancja wewnętrzna zasilacza wzrasta wraz ze wzrostem obciążenia. Ma to ścisły związek z tym co napisałem wyżej, że dioda chcąc utrzymać stałe napięcie na odbiorniku musi zmniejszyć przepływający przez nią prąd. Od strony zacisków zasilacza widziane jest to jako zwiększenie jej rezystancji.

$$Uwe\frac{\delta_{\text{Uwe}}\ \bullet Uwe}{100}$$

$$\left( Uwy \right) = \frac{\delta_{Uwe\ \ } \bullet Uwe}{100}$$

$$Io = \frac{\delta_{\text{Io}} \bullet Io}{100}$$