Zespół Szkół nr 9 im. Romualda Traugutta
w Koszalinie

Temat: Badanie stabilizatorów o działaniu ciągłym

Koszalin rok szk.2002/2003

Wiadomości ogólne

Napięcie stałe na wyjściu prostownika, choć jest wygładzone, to jednak silnie zależy od wahań napięcia sieci, zmian obciążenia i temperatury. Dla zasilania wielu układów elektronicznych stabilność tego napięcia jest nie wystarczająca. Zmiany napięcia wyjściowego mogą być znacznie zredukowane przez zastosowanie dodatkowego układu zwanego stabilizatorem. Podstawowym zadaniem stabilizatora jest, więc dostarczenie napięcia stałego o wartości bardzo mało zależnej od zmian napięcia wejściowego, obciążenia, czasu i temperatury otoczenia.

1. Podział stabilizatorów napięcia

Stabilizatory napięcia można podzielić:

1. ze względu na zasadę działania:

• stabilizatory parametryczne - są to takie stabilizatory, w których wartość stabilizowanego napięcia wyjściowego jest zależna od parametru elementu stabilizującego (napięcie Zennera diody stabilizacyjnej)

• stabilizatory kompensacyjne - są to stabilizatory, w których zmiany napięcia wyjściowego są kompensowane przez element regulacyjny (najczęściej tranzystor)

2. ze względu na sposób włączenia elementu regulacyjnego:

• stabilizatory szeregowe - są to stabilizatory, w których element regulacyjny jest włączony szeregowo z obciążeniem

• stabilizatory równoległe - są to stabilizatory, w których element regulacyjny jest włączony równolegle z obciążeniem

3. ze względu na sposób stabilizacji:

• stabilizatory o działaniu ciągłym - są to stabilizatory, w których element regulacyjny pracuje w zakresie liniowym swojej charakterystyki

• stabilizatory impulsowe - są to stabilizatory, w których element stabilizacyjny pracuje jaki klucz tzn. ma dwa stany pracy: stan zatkania i stan nasycenia

2. Parametry stabilizatorów

Do ważniejszych parametrów stabilizatorów napięcia należą:

• zakres pięcia wejściowego i wyjściowego

• maksymalny prąd wyjściowy

• współczynnik temperaturowy napięcia wyrażony stosunkiem zmian napięcia wyjściowego do zmian temperatury

γ =

• sprawność - jest to stosunek mocy wydzielonej na obciążeniu do mocy dostarczonej do stabilizatora z zasilacza

η =
100%

• współczynnik stabilizacji napięcia - jest to iloraz względnej zmiany napięcia wyjściowego do zmiany napięcia wejściowego, wyrażony zwykle w procentach

S_U =
100%

• współczynnik stabilizacji obciążeniowej - jest to względna zmiana napięcia wyjściowego, przy zmianie prądu obciążenia od wartości minimalnej do maksymalnej

S_o =
100%

• współczynnik tłumienia tętnień - jest to iloraz międzyszczytowych wartości napięcia tętnień na wyjściu i wejściu stabilizatora

K_tu =
K_tu = 20log
[dB]

3. Stabilizator parametryczny z diodą Zennera.

Rys. 1. Stabilizator z diodą Zennera a) układ b) charakterystyka prądowo-napięciowa

W diodzie Zennera spolaryzowanej w kierunku zaporowym, po przekroczeniu pewnej wartości napięcia, następuje przebicie złącza p-n i gwałtowny wzrost prądu (efekt Zennera). W tym zakresie pracy rezystancja dynamiczna złącza jest bardzo mała, ponieważ duże zmiany prądu występują przy małych zmianach napięcia.

R_{d =}

Rys. 2. Charakterystyka diody Zennera

Rezystor R₁ służy do ograniczenia prądu diody i odkłada się na nim napięcie, U­_R, które jest różnicą napięcia wejściowego U­₁ i napięcia diody U_D. Po dołączeniu obciążenia, zwiększa się prąd płynący przez rezystor (jest on sumą prądu diody i obciążenia), jednocześnie zwiększa się spadek napięcia na nim. Prąd obciążenia nie może przekroczyć takiej wartości, przy której spadek napięcia na R₁ nie spowoduje zmniejszenia napięcia na diodzie poniżej wartości napięcia Zennera.

4. Stabilizator kompensacyjny tranzystorowy.

Znacznie lepsze parametry można osiągnąć stosując stabilizatory kompensacyjne, w których odpowiednio skonstruowane; obwód zasilający i pętla sprzężenia zwrotnego zapewniają kompensację wszelkich zmian napięcia, obciążenia czy warunków zewnętrznych.

Rys. 3. Schemat ideowy tranzystorowego stabilizatora kompensacyjnego.

Rys. 4. przedstawia schemat ideowy szeregowego stabilizatora napięcia stałego, zbudowanego z elementów dyskretnych, z możliwością ustawiania żądanego napięcia wyjściowego. Elementem regulacyjnym jest tranzystor T₁, włączony szeregowo z obciążeniem R₀ i sterowany przez tranzystor T₂, będący wzmacniaczem błędu. W układzie zbudowanym przy użyciu tranzystora T₂, następuje porównanie napięcia odniesienia z diody Zennera z  częścią napięcia wyjściowego ustaloną potencjometrem P_1. Tranzystor T₃ stanowi źródło prądowe obciążające tranzystor T₂, dzięki któremu otrzymujemy duże wzmocnienie wzmacniacza błędu (T₂).

Działanie tego układu można wyjaśnić następująco. Przypuśćmy, że wskutek nagłego zwiększenia wartości rezystora R₀, nastąpił chwilowy wzrost napięcia wyjściowego. Zwiększy się wówczas pięcie na bazie tranzystora T₂, powodując wzrost prądu płynącego przez ten tranzystor oraz zmniejszenie napięcia na kolektorze tego tranzystora. W konsekwencji spowoduje to zmniejszenie napięcia na bazie tranzystora T₁ i szeregowo z nim połączonego R₀. W rezultacie zmniejszenia prądu obciążenia, wartość napięcia wyjściowego, mimo zwiększenia rezystancji obciążenia R₀, pozostaje nie zmieniona. Podobną reakcję układu stabilizatora wywołuje zmiana napięcia wejściowego.

5. Scalone stabilizatory o działaniu ciągłym.

Obecnie szeroko rozpowszechnione są scalone stabilizatory napięcia. Można je ogólnie podzielić na dwie grupy:

• stabilizatory nienastawne - do tej grupy stabilizatorów zaliczamy jedne z najbardziej rozpowszechnionych układów scalonych serii 78xx. Dwie ostatnie cyfry oznaczają wartość napięcia stabilizowanego np. 7812 oznacza scalony stabilizator, którego napięcie stabilizowane ma wartość 12V.

• stabilizatory nastawne - są to stabilizatory o regulowanym napięciu wyjściowym. Popularnym przedstawicielem tej grupy układów jest stabilizator LM 317.

2

Badanie stabilizatorów napięcia.

5

Teoria.

6

Badanie stabilizatorów napięcia.

---