Sprawozdanie z laboratorium z elektroniki

Stabilizatory napięcia

1. Wstęp.

Podczas ćwiczenia badamy dwa stabilizatory napięcia stałego: parametryczny i kompensacyjny. Celem ćwiczenia jest obserwacja zakresu i dokładności stabilizacji wymienionych układów.

2. Podział stabilizatorów.

Stabilizatory parametryczne

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

Najczęściej wykorzystywanym elementem stabilizującym w stabilizatorze parametrycznym jest dioda Zenera.

Rys. Stabilizator napięcia stałego z diodą Zenera: a) schemat elektryczny, b) charakterystyka napięciowo-prądowa diody 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.

Rys. Schemat 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.

3. Pomiary i obliczenia

1) Stabilizator Parametryczny:

a) zależność Uwy =f(Uwe)

Uwe	Uwy
14.00	6.50
11.99	6.37
10.00	6.25
8.19	6.20
8.01	6.21
7.50	6.10
6.20	5.98
6.04	5.95
5.50	5.60
5.02	5.15
4.07	4.17

Współczynnik stabilizacji:

b) Uwe=const=12,16V, zależność Uwy jako funkcja Jo (Ro)

Uwe = 12.16 V
I [A]	U [V]
0.0285	6.19
0.033	6.20
0.042	6.20
0.063	6.20
0.078	6.20
0.1	6.17
0.15	6.15
0.2	6.13
0.25	6.10
0.375	6.06
0.42	6.00

2) Stabilizator Kompensacyjny:

a) zależność Uwy jako funkcja Uwe

Uwe	Uwy
14.02	5.48
12.06	5.46
10.00	5.43
8.01	5.40
6.04	5.15
5.78	5.03
5.48	4.86

Współczynnik stabilizacji:

b) zależność Uwy przy Uwe=const jako funkcja obciążenia

Uwe=const=12,04V

Uwe = 12.04 V
I [A]	U [V]
0.024	5.47
0.030	5.46
0.045	5.45
0.060	5.44
0.075	5.44
0.1	5.43
0.13	5.42
0.18	5.41
0.20	5.40
0.3	5.39

4. Wnioski

Z powyższych pomiarów wynika, że stabilizatorem o lepszych parametrach stabilizowanego napięcia jest stabilizator kompensacyjny. W stabilizatorze parametrycznym, już po niewielkim zwiększeniu Uwe, obserwujemy dość szybki spadek Uwy, natomiast w stabilizatorze kompensacyjnym napięcie wyjściowe Uwy utrzymuje się na stałym poziomie. Stabilizatory kompensacyjne są znacznie wydajniejsze od stabilizatorów parametrycznych.

Wady stabilizatorów parametrycznych: układy tego typu stosuje się przy małych mocach zasilania, brak stabilizującego sprzężenia zwrotnego. Stabilizatory kompensacyjne budowane są przy użyciu tranzystorów, co pozwala zmniejszyć koszta oraz osiągnąć lepsze parametry stabilizacji.

2

---