Podstawy automatyki i robotyki

Ćwiczenie 2: Układy automatycznej regulacji

Data wykonania ćwiczenia: 11.12.2009r

Data oddania sprawozdania: 18.12.2009r

Wykonujący ćwiczenie:

Gorczewska Agnieszka

Jesionek Katarzyna

Biczkowski Karol

Wstęp teoretyczny:

Stabilizator jest to układ elektroniczny, którego zadaniem jest utrzymywanie na wyjściu stałego napięcia (stabilizator napięcia) lub prądu (stabilizator prądu) niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. Wyróżnia się dwa rodzaje stabilizatorów: liniowe i impulsowe.

Stabilizatory liniowe - stabilizator o regulacji ciągłej.

Stabilizatory liniowe można podzielić na cztery grupy^]:

• stabilizatory napięć dodatnich o ustalonym napięciu

• stabilizatory napięć ujemnych o ustalonym napięciu

• stabilizatory napięć dodatnich o napięciu ustalanym przez użytkownika

• stabilizatory napięć ujemnych o napięciu ustalanym przez użytkownika

Najprostszym stabilizatorem napięcia jest układ z wykorzystaniem diody Zenera.

Elementem stabilizującym jest dioda Zenera. Jednak w wypadku dużych zmian prądu wyjściowego uzyskuje się niewielką stabilność napięcia.

Stabilizatory impulsowe.

Stabilizatory impulsowe utrzymują na wyjściu średnią wartość napięcia na zadanym poziomie poprzez okresowe włączanie i wyłączanie elementu regulacyjnego. Napięcie z elementu kluczującego jest filtrowane, w wyniku czego uzyskuje się napięcie o wymaganych parametrach. Stabilizatory tego typu charakteryzują się dużą sprawnością energetyczną (70-90%), niemal niezależną od różnicy napięcia wejściowego i wyjściowego

W odróżnieniu od stabilizatorów liniowych w stabilizatorach impulsowych tranzystor pracuje jako klucz (załącz/wyłącz), dzięki czemu znacznie ograniczone zostały.

Porównanie stabilizatora liniowego z impulsowym

Opracowanie wyników pomiaru:

Zad. 1 Wykres zależności E₀=f(E₁). Wyznaczyć minimalną wartość różnicy tych napięć, która zapewnia poprawną pracę.

Minimalna różnica napięć wejściowego i wyjściowego zapewniająca prawidłową prace stabilizatora to IR=2,49[V].

Zad. 2 Wyznaczyć wartość R₀, IR (na podstawie pomiarów wykonanych w pkt.2). Wyznaczone wartości przedstawić na wykresach IR=f(R­_L) oraz R₀=f(R_L). Czy wartości R­₀, IR zależą od rezystancji obciążenia R_L?

Rezystancja obciążenia nie wpływa na spadek napięcia IR na stabilizatorze. Stabilizator ma na celu utrzymanie napięcia na stałym stabilnym poziomie. Napięcie wejściowe jest na stałym poziomie, wyjściowe podczas podłączania obciążeń, utrzymuje stabilną wartość napięcia. Różnica napięć wejściowych do wyjściowych jest stała. Pierwszy pomiar należy traktować jako błąd pomiarowy.

Napięcie na wyjściu stabilizatora jest stałe, w związku z tym w skutek zmian rezystancji obciążenia wyjścia, prąd zgodnie z prawem Ohma I=U/R, przy U=const. zmienia się liniowo - w badanym przypadku zależność R₀ od R_L.

Zad. 3 Wyznaczyć charakterystyki I_q=f(E₁) , I_q=f(E₀) (na podstawie pomiarów wykonanych w pkt.3)

Na wykresie przedstawiona jest zależność między wejściem stabilizatora, a prądem spoczynkowym. W zakresie napięć poniżej wartości stabilizowanych wartość prądu spoczynkowego jest niewielka, po przekroczeniu wartości stabilizacji napięcia, owy prąd rośnie znacząco. Durzy wzrost prądu spowodowany jest przekroczeniem napięcia stabilizacji - na wyjściu napięcie jest stałe, po mimo zwiększania napięcia na wejściu - „nadwyżka napięcia” musi zostać odprowadzona.

Zad. 4 Jak zależą parametry odpowiedzi badanego stabilizatora na skokową zmianę rezystancji obciążenia R_L, od wartości tej zmiany? (wartość zarejestrowana w pkt.4)

Na skutek zmiany skokowej rezystancji powstaje impuls o wartości 40mV. Tak krótki impuls nie ma wpływu na parametry wyjściowe stabilizatora. Badany układ jest odporny na impulsy tego rodzaju.

Zad. 5 Przedstawić wykres zależności I'₀=f(R_L) oraz E_L=f(R_L). ( na podstawie wyników pomiaru wykonanego w pkt.5- tabela 5)

Z wykresu można odczytać, że układ stabilizował prąd wyjściowy i rezystancja obciążenia nie ma wpływu na utrzymanie prądu na zadanym poziomie. Wnioski te są zgodne z teoretycznymi założeniami do ćwiczenia.

Zgodnie z prawem Ohma I=U/R, przy I=const. napięcie wyjściowe jest liniowo zależne do wartości rezystancji obciążenia układu.

Zad.6 Przedstawić wykres zależności E₀=f(R_L­) (tabela 6 i 7)

Wiedząc, że R₁=237Ω określ wartość napięcia stabilizowanego. Porównać z wartościami otrzymanymi w ćwiczeniu.

Z wykresu można odczytać, że napięcie wyjściowe jest stałe na stabilizatorze, nie zależy od rezystancji obciążenia, zależne jest od rezystancji R₂. „Schodkowe” przejście charakterystyki związane jest z zmianą zakresu na amperomierzu, a co za tym idzie podłączenie innej rezystancji wewnętrznej urządzenia co miało wpływ na wyniki pomiaru.

Na charakterystyce dla R2=1k Ohm zauważyć można opad napięcia po przekroczeniu rezystancji 349 Ohm, związane jest to z zwiększeniem obciążenia stabilizatora.

Napięcie stabilizacji badanego stabilizatora można obliczyć (na podst. Danych katalogowych) ze wzoru:

V₀ = 1,25(1+ R₂/R₁) + I_adj­R₂

Gdzie :

I_adj­ przyjmuje typową wartość 46[µA]

Obliczenia:

Napięcia dla R₂=220[Ω]

Obliczone - E₀= 2,42[V]

Wyznaczone - E₀= 2,48[V]

Napięcia dla R₂=1[kΩ]= 1000[Ω]

Obliczone - E₀= 6,56975[V] ~ 6,57[V]

Wyznaczone - E₀= 6,57[V]

Wartości napięcia obliczonego jak i wartości napięcia wyznaczonego (zmierzonego) są porównywalne.

Zad.7 Wnioski

Układ stabilizacji napięcia/prądu, zgodnie z przewidywaniami utrzymuje napięcie/prąd na ustalonym poziomie z pewnym dozwolonym uchybem , zależnym od obciążenia układu. Zależność stabilizowanego napięcia/prądu jest zgodna z prawem Ohma(I=U/R) - jest liniowa. Badane układy można użyć do budowy stabilizowanych zasilaczy.

Grupa dziekańska 1 Gdańsk, 11.12.2009r

Inżynieria Biomedyczna

2

---