POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej Zakład Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej
Przedmiot: Laboratorium Metrologii Ćwiczenie nr: 2 Temat: Badanie stabilizowanego źródła napięcia.
Rok akademicki: 2012/2013 Kierunek: Elektrotechnika Rok studiów: 2 Semestr: 3 Nr grupy: E7-2-1
Uwagi:

1. Cel ćwiczenia:

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

1. Schemat układu pomiarowego:

1. Przebieg ćwiczenia:

1. Pomiary wykonywane były w celu wyznaczenia charakterystyki:

Wyznaczyliśmy napięcie źródła pomocniczego U_p dla prądu I₀=0 A na woltomierzu V₃

V₃=(5,30±0,04)V

Tab.1

V₁=15V kl.0,5

V₃=7,5 V kl.0,5

mV=150mV kl.0,5

mA=7,5mA kl.0,5

Przykładowe obliczenia dla Tab. 1 dla pomiaru nr 2

δ_Uwe = 0.5· $\frac{15}{11}$ = 0.68%

δ_{ΔUwy =} 0.5 · $\frac{150}{35}$ = 2,14%

S=$\ \frac{(60 - 35) \bullet 10^{- 3}}{12 - 11}$ = 0,025

δ_S = 2,14%+$\ \frac{0.625\% \bullet 12 + 0.68\% \bullet 11}{12 - 11}$ = 17%

Charakterystyki: Zał 1.

Następnie pomiary były wykonywane by wyznaczyć charakterystykę

Wyzerowaliśmy prąd I₀ , ustawiliśmy stałą wartość napięcia wej. U_we=(10,00±0,08)V

V₃=(5,30±0,04)V

L.p	Io	δIo	ΔUwy	δΔUwy	Rw	δRw	Uwagi
-	mA	%	mV	%	-	%	-
1	1	3,750	27,5	2,727	18,000	10,227	Uwe=10V=const.
2	2	1,875	45,5	1,648	19,500	9,148	Up=5,3V
3	3	1,250	65	1,154	25,000	8,654
4	4	0,938	90	0,833	25,000	8,333
5	5	0,750	115	0,652	30,000	8,152
6	6	0,625	145	0,517	35,000	8,017
7	7	0,536	180	0,833	-	-

Wzory wykorzystane do obliczeń:

Przykładowe obliczenia dla Tab.2 dla pomiaru nr 2

δ_Io = 0.5 ∙$\ \frac{7,5}{2}\ $=1,88%

δ_ΔUwy = 0.5 ∙ $\frac{150}{45,5}$ = 1,65%

R_w = $\frac{(65 - 45,5) \bullet 10^{- 3}}{(3 - 2) \bullet 10^{- 3}}$ = 19,5

δ_Rw = 1,65%+$\frac{1,25\% \bullet 3 + 1,88 \bullet 2}{3 - 2}$ = 9,15

Obliczanie błędów bezwzględnych:

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

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

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

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

(Uwy) = $\frac{2,143 \bullet 35}{100}\ $= 0,75

Io= $\frac{1,875 \bullet 2}{100}\ $= 0.0375

1. Wykresy

Zał.1 wykresy ΔU_wy=f(U_we), oraz S=f(Uwe) i Zał2 wykresy ΔU_wy=f(I₀), oraz Rw=f(Io)

1. Wnioski

Poznaliśmy zasadę działania diody Zenera. Wyznaczyliśmy charakterystyki S oraz Rw.

Z pomiarów można zaobserwować paraboliczną zmianę współczynnika stabilizacji S w zależności od napięcia zasilania, który stabilizuje się w okolicach (12[V]), 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.

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.