LABORATORIUM ELEKTRONIKI
	AGH	Wydział: Elektrotechniki Automatyki Informatyki i Elektroniki.	Rok: II 2006/07	Grupa: 3
Tytuł ćwiczenia: STABILIZATORY NAPIĘCIA SPRAWOZDANIE			Zespół I: Hałat Zbigniew Klimasz Cezary

SPIS TREŚCI

1. Cel ćwiczenia	str. 2
2. Opracowanie wyników.	str. 2
PODSTAWOWY UKŁAD Z DIODĄ ZENERA
Charakterystyka prądowo-napięciowa I=f(U) diody Zenera
- symulacja (dioda 1N5231)	str. 2
- pomiary (dioda 1N5341)	str. 3, 4
- wnioski	str. 5
Charakterystyka wyjściowa Uwy=f(Iwy)
- symulacja	str. 5
- wnioski	str. 6
Charakterystyka przejściowa Uwy=f(Uwe)
- symulacja	str. 6, 7
- pomiary	str. 8, 9
- wnioski	str. 10
Skokowa zmiana napięcia obciążenia
- symulacja	str. 10
- wnioski	str. 11
Skokowa zmiana napięcia wejściowego
- symulacja	str. 11
- wnioski	str. 12
STABILIZATOR LDO
Charakterystyka wyjściowa Uwy=f(Iwy)
- symulacja	str. 13
- wnioski	str. 14
Charakterystyka przejściowa Uwy=f(Uwe)
- symulacja	str. 14, 15
- pomiary	str. 15, 16
- wnioski	str. 16
Skokowa zmiana obciążenia
- symulacja	str. 16, 17
- wnioski	str. 17
Charakterystyka obciążeniowa
- pomiary	str. 17, 18
- wnioski	str. 18
Skokowa zmiana napięcia wejściowego
- symulacja	str. 18, 19
- wnioski	str. 19
Regulacja napięcia wyjściowego	str. 20
PODSUMOWANIE PRZEPROWADZONEGO ĆWICZENIA	str. 20

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi układami stabilizującymi napięcie, takimi jak. dioda Zenera jako stabilizator, stabilizator LDO. W ćwiczeniu zwrócono uwagę na parametry katalogowe stabilizatorów. Przeprowadzono badania charakterystyk wyjściowych, przejściowych badanych stabilizatorów. Określono ich współczynniki stabilizacji. Podsumowując we wnioskach określono przydatność badanych stabilizatorów.

2. Opracowanie ćwiczenia

CHARAKTERYSTYKA PRĄDOWO-NAPIĘCIOWA DIODY ZENERA

SYMULACJA (charakterystyka prądowo-napięciowa diody zenera)

Badaniom poddano poniższy układ celem wyznaczenia charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera 1N5231B (5,1V).

układ symulacyjny

Wynikiem symulacji była charakterystyka prądowo-napięciowa. Na wykresie zaznaczono zakres pracy diody Zenera (praca w kierunku zaporowym) oraz napięcie przebicia lawinowego- wykorzystywane do stabilizacji napięcia w najprostszych stabilizatorach.

Określona rezystancja dynamiczna diody wynosi
.

POMIARY (charakterystyka prądowo-napięciowa diody Zenera)

W konfrontacji do symulacji przeprowadzono pomiary charakterystyk diody Zenera typu: 1N5341 (6,2V).

Założenia pomiarowe stanowiły iż na diodzie nie może wydzielić się moc większa niż 1W - P_max<1W.

Poniżej znajdują się przeprowadzone obliczenia:

Określono zatem maksymalne napięcie zasilania U_Zmax=22V. Podczas prowadzenia pomiarów zwrócono uwagę, aby nie przekroczyć tego napięcia.

Pomiar przeprowadzono bez obciążenia według schematu poniżej. Wartościami poddanymi pomiarom były: napięcie zasilania U_Z- tak zwiększane aby wychwycić najważniejsze pkt. charakterystyki diody oraz napięcie wyjściowe - na diodzie U_D.

układ pomiarowy - charakterystyka diody Zenera

Multimetr 1 i Multimetr 2 to mierniki Metex NDNM3270D. U_Z reprezentowane było przez zasilacz prądu stałego, z ogranicznikiem prądowym ustawionym na zakres 150mA.

Pomiary przeprowadzono zarówno dla kierunku zaporowego jak i w konfiguracji, w której dioda spolaryzowana jest w kierunku przewodzenia.

tabela pomiarowa nr 1

UZ	UD	Uwagi	UZ	UD	Uwagi
1	1	kierunek zaporowy	0,496	0,493	kierunek przewodzenia
2	2			0,6		0,58
3	2,98			0,655		0,6
4	4			0,7		0,61
5	5			0,76		0,63
5,5	5,56			0,8		0,639
5,8	5,8			1		0,658
6	6			1,5		0,68
6,1	6,1			2		0,69
6,2	6,14			3		0,7
6,3	6,14			3,56		0,71
6,5	6,15			4		0,72
7	6,15			4,6		0,72
8	6,16			5		0,72
10	6,18			5,5		0,73
12	6,2			6		0,73
15	6,22
18	6,24
20	6,26

Wyniki uzyskane w wyniku pomiarów pozwoliły na wykreślenie charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera. Poniżej znajduje się uzyskana charakterystyka.

Na charakterystyce pkt. pomiarowe zaznaczone są kwadratami. Charakterystykę aproksymowano odpowiednią krzywą.

Widać, że przy napięciu -6,2V polaryzującym diodę w kierunku zaporowym zachodzi przebicie Zenera. Dla napięcia +0,7V polaryzującego diodę w kierunku przewodzenia widać nagły wzrost prądu - 0,7V napięcie progowe diody krzemowej.

WNIOSKI (symulacja charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera)

Normalnym stanem pracy diody Zenera jest praca w kierunku zaporowym. Wykorzystuje się tutaj właściwość półprzewodnikową - zjawisko lawinowe. Nagłe narastanie prądu spowodowane jest przebiciem Zenera złącza p-n. Tą właściwość powszechnie wykorzystuje się w prostych stabilizatorach. Na charakterystykach prądowo-napięciowych widać napięcie Zenera, mianowicie -5,1V (symulacja), 6,2V (pomiar). Każda dioda Zenera na etapie wytwarzania ma określone napięcie przy którym będzie pracowała. W stronę przewodzenia widać na charakterystyce punkt 0,7V dla obu badanych diodach. Jest to wartość odpowiadająca napięciu progowemu diody krzemowej.

Im mniejsza rezystancja dynamiczna diody pracującej w układzie stabilizatora tym lepsze parametry tego stabilizatora.

CHARAKTERYSTYKA WYJŚCIOWA U_WY=f(I_WY)

SYMULACJA (charakterystyka wyjściowa stabilizatora z diodą Zenera)

Symulację przeprowadzono w układzie, który przedstawiono poniżej. Prąd obciążenia zmieniał się od 0mA do 41mA.

układ symulacyjny

W wyniku przeprowadzonej symulacji, na ekranie oscyloskopu uzyskano charakterystykę wyjściową stabilizatora z diodą Zenera.

Widoczny na wykresie jest zakres stabilizacji dla pewnych wartości I_wy. Powyżej I_wy=20mA napięcie wyjściowe U_wy zaczyna maleć liniowo - stabilizator znajduje się w zakresie niestabilizacji. Spowodowane jest to znacznym wzrostem rezystancji co przedstawiają poniższe obliczenia:

Widać, że przy wyższym prądzie rezystancja wyjściowa diody wzrasta i dioda przestaje działać jako źródło odniesienia napięcia.

WNIOSKI (charakterystyka wyjściowa stabilizatora z diodą Zenera)

Widoczne są dwa zakresy na charakterystyce wyjściowej stabilizatora z diodą Zenera. Mianowicie zakres stabilizacji i niestabilizowania. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że im większy prąd diody tym bardziej wzrasta rezystancja wyjściowa, co nie jest pożądanym skutkiem gdyż pogarsza to stabilizację.

CHARAKTERYSTYKA PRZEJŚCIOWA U_wy=f(U_we)

SYMULACJA (charakterystyka przejściowa stabilizatora z diodą Zenera)

Badanie charakterystyki przejściowej przeprowadzono w dwóch układach: bez obciążenia i z obciążeniem. Schemat symulacyjny układu znajduje się poniżej. Zadaniem symulacji było również wyznaczenie współczynnika stabilizacji. Diodą stabilizacyjną była dioda o napięciu Zenera równym 5,1V.

układ pomiarowy

Napięcie wejściowe U_we zmieniało się od 0 do 10V. Przełączanie obciążenia odbywało się za pomocą klucza J1. Poniżej przedstawiono i opisano otrzymane charakterystyki.

Układ bez obciążenia (charakterystyka przejściowa stabilizatora z diodą Zenera - symulacja)

Widoczne na charakterystyki są dwa zakresy - stabilizacji i przedziału w którym napięcie wejściowe nie jest stabilizowane. Graniczną wartością pomiędzy tymi dwoma zakresami jest wartość 5,1V, odpowiadająca napięciu przebicia U_Z symulowanej diody Zenera.

Z charakterystyki odczytujemy następujące wiadomości:

U_wymax=5,09V

U_wymin=5V

U_wemin=5,1V

U_wemax=10V.

Na podstawie znajomości tych wartości wyznacza się współczynnik stabilizacji, mianowicie,

.

Układ z obciążeniem (charakterystyka przejściowa stabilizatora z diodą Zenera - symulacja)
Widoczne są zakresy, w których napięcie jest stabilizowane i niestabilizowane. Odczytane z charakterystyki wartości to:

U_wymax=5,09V

U_wymin=5V

U_wemin=6,35V

U_wemax=10V.

POMIARY (charakterystyka przejściowa stabilizatora z diodą Zenera)

Pomiary przeprowadzono zgodnie ze schematem poniżej. Dioda Zenera 1N5341 (6,2V), zaś obciążenie stanowił rezystor R_o=220Ω.

schemat układu pomiarowego

Wartościami mierzonymi była zależność napięcia wejściowego od napięcia wyjściowego. Poniżej przedstawiono tabelę, w której zebrano wyniki pomiarów dla układu stabilizatora: bez obciążenia oraz z obciążeniem.

tabela pomiarowa nr 2

Układ bez obciążenia		Układ z obciążeniem
UZ [V]	UD [V]	UZ [V]	UD [V]
1	1	1	0,7
2	2	2	1,37
3	2,98	3,1	2,17
4	4	5,2	2,75
5	5	6,04	3,6
5,5	5,56	7,24	4,1
5,8	5,8	8,11	5
6	6	8,7	5,5
6,1	6,1	8,85	6
6,2	6,14	9	6
6,3	6,14	9,3	6,13
6,5	6,15	9,5	6,15
7	6,15	9,8	6,15
8	6,16	10	6,16
10	6,18	11	6,16
12	6,2	14	6,19
15	6,22	16,5	6,21
18	6,24
20	6,26

U_Z - napięcie zasilania (napięcie wejściowe), U_D - napięcie na diodzie (napięcie wyjściowe)

W wyniku pomiarów wykreślono charakterystyki stabilizatora z diodą Zenera. Poniżej są one zaprezentowane.

Układ bez obciążenia (charakterystyka przejściowa stabilizatora z diodą Zenera -pomiary)

Stabilizacja rozpoczyna się w momencie osiągnięcia przez napięcie wejściowe U_we wartości 6,05V.

Wyznaczono współczynnik stabilizacji wynosi:

.

Układ z obciążeniem (charakterystyka przejściowa stabilizatora z diodą Zenera - symulacja)

Widać, że zakres stabilizacji rozpoczyna się od U_we=8,85V. Współczynnik stabilizacji układu wynosi:

.

WNIOSKI (charakterystyka przejściowa stabilizatora z diodą Zenera)

Głównym spostrzeżeniem przy analizie charakterystyki przejściowej stabilizatora z diodą Zenera jest to iż stabilizator w układzie pracy bez obciążenia ma większy zakres stabilizacji. Przykładowo dla założeń przeprowadzonych pomiarów, ukł. bez obciążenia - stabilizacja rozpoczyna się od 6,05V napięcia wejściowego, zaś w ukł. z obciążeniem odpowiednio jest to wartość 8,85V U_we.

SKOKOWA ZMIANA OBCIĄŻENIA (stabilizator z diodą Zenera)

SYMULACJA

Stabilizator z diodą Zenera zbadano symulacyjnie ze skokowymi zmianami obciążenia. Schemat symulacyjny znajduje się poniżej. Rezystancję o wartości R₃=1kΩ kluczowano z częstotliwością 100Hz. Przebieg napięcia na generatorze oraz na diodzie obserwowano na oscyloskopie.

układ pomiarowy

W wyniku symulacji zarejestrowano poniższy przebieg.

Na zarejestrowanym przebiegu widać, że gdy obciążenie jest maksymalne - napięcie wyjściowe stabilizatora spada do zera. Z kolei, gdy obciążenie jest zerowe, wtedy napięcie wyjściowe jest maksymalne.

WNIOSKI (skokowa zmiana obciążenia w stabilizatorze z diodą Zenera)

Skokowa zmiana obciążenia jest bardzo słabo stabilizowana. Układ z dużym obciążeniem ma niskie napięcie na wyjściu - nie jest zachowany podstawowy warunek stabilizacji - stałe napięcie wyjściowe.

SKOKOWA ZMIANA NAPIĘCIA WEJŚCIOWEGO (stabilizator z diodą Zenera)

SYMULACJA

Badaniu poddano stabilizator z diodą Zenera (5,1V) przy zmieniającym się napięciu wejściowym. Napięcie to zmieniało się z częstotliwością 100Hz. Symulacje przeprowadzono dla układu z obciążeniem oraz bez niego. Obciążeniem był rezystor R₃=1kΩ. Przebieg napięcia na wejściu oraz na wyjściu obserwowano za pomocą oscyloskopu. Poniżej znajduje się układ symulacyjny.

układ symulacyjny

Klucz J1 załączał obciążenie. Poniżej znajdują się przebiegi: bez i z obciążeniem na wyjściu stabilizatora.

Układ bez obciążeniem (stabilizator z diodą Zenera)

Układ z obciążeniem (stabilizator z diodą Zenera)

WNIOSKI (skokowa zmiana napięcia wejściowego - układ stabilizatora z diodą Zenera)

Na obu przebiegach przy skokowej zmianie napięcia wejściowego widać, że przy maksymalnej wartości napięcia wejściowego na wyjściu również pojawia się napięcie maksymalne.

Widoczne są wahania napięcia wyjściowego.

STABLIZATOR LDO

W ćwiczeniu zarówno symulacyjnym jak i pomiarowym zbadano charakterystyki stabilizatora LDO (low drop-out). Badanym układem był stabilizator TLC2201 (symulacja) i TLC271 (pomiary). Poniżej przedstawione są podstawowe charakterystyki stabilizatora LDO.

CHARAKTERYSTYKA WYJŚCIOWA U_wy=f(I_wy) (stabilizator LDO)

SYMULACJA

Poniżej przedstawiono schemat symulacyjny do zbadania charakterystyki wyjściowej stabilizatora LDO.

stabilizator LDO (układ symulacyjny)

Na oscyloskopie obserwowano przebieg charakterystyki wyjściowej.

Układ symulowano w dwóch konfiguracjach - z kondensatorami załączanymi kluczami (K1, K2) - C₁ i C₅ oraz bez tych kondensatorów. Poniżej prezentowane są otrzymane charakterystyki.

Układ z kondensatorami C₁, C₅ (stabilizator LDO - symulacja)

Napięcie wyjściowe wynosi 10,2V. Prąd wyjściowy I_wy zmienia się w zakresie 0mA do 820mA.

Układ bez kondensatorów C₁, C₅ (stabilizator LDO - symulacja)

Napięcie oscyluje na poziomie 10,2V, zaś prąd zmienia się w zakresie 0mA - 800mA.

WNIOSKI (charakterystyka wyjściowa stabilizatora LDO)

Widać, że dzielnik napięcia odpowiedzialny za napięcie wyjściowy został tak dobrany aby napięcie wyjściowe wynosiło ok. 10V. Symulacja pozwoliła określić to napięcie jako 10,2V. Widać, że stabilizacja przebiega dla prądów mniejszych niż 480mA. Powyżej tej wartości napięcie przestaje być stabilizowane na jednym poziomie. Widoczny jest wpływ kondensatorów C₁ i C₅ na działanie układu. Układ z załączonymi kondensatorami zachowuje się lepiej - nie ma fluktuacji jak w wypadku układu bez omawianych kondensatorów.

CHARAKTERYSTYKA PRZEJŚCIOWA U_wy=f(U_we) (stabilizator LDO)

SYMULACJA

Przeprowadzono symulacje charakterystyki przejściowej stabilizatora LDO. Schemat symulacyjny opierał się o ten sam układ stabilizatora LDO, który został zaprezentowany wcześniej. Przeprowadzono standardową symulację układu: bez i z obciążeniem na wyjściu. Poniżej znajdują się zarejestrowane przebiegi.

Układ bez obciążenia

Układ z obciążeniem

Widoczna jest pkt. w którym załącza się działanie stabilizatora. W symulacji pkt. ten wynosi U_we=0,5V dla stabilizatora z obciążeniem. Zakres stabilizacji zaczyna się w pkt. U_we=10,2V i napięcie stabilizowane jest na poziomie 10V. Należy zaznaczyć, że napięcie przy którym załącza się stabilizacja jest dla układu z i bez obciążenia takie samo.

POMIARY (charakterystyka przejściowa stabilizatora LDO)

Pomiary przeprowadzono w układzie pomiarowym zawartym poniżej. Wartości rezystorów R₄ i R₅ zostały dobrane, tak aby napięcie na wyjściu wynosiło 5V. R₄=10kΩ, R₅=10kΩ.

schemat pomiarowy

Pomiary przeprowadzono z załączonymi wszystkim kondensatorami w obwodzie.

tabela pomiarowa nr 3(charakterystyka przejściowa stabilizatora LDO)

Uwe [V]	Uwy [V]
0	0
1,9	0
2	0,01
2,1	0,058
2,2	0,42
2,3	2,1
2,4	2,3
3	2,98
3,5	3,4
4	3,9
4,5	4,5
4,9	4,9
5	4,91
5,2	4,92
5,5	4,92
7	4,92
8	4,92

Z otrzymanych wyników pomiarów wykreślono charakterystykę przejściową stabilizatora LDO.

Widać, że układ załącza się przy napięciu ok. 2,3V na wejściu. Stabilizacja rozpoczyna się w punkcie U_we=4,92V.

WNIOSKI (charakterystyka przejściowa stabilizatora LDO)

Stabilizator LDO w odróżnieniu od stabilizatora z diodą Zenera odznacza się dużą stałością pkt. progowego, przejścia z zakresu niestabilizowanego do zakresu stabilizacji. Zarówno dla układu z obciążeniem, jak i bez niego, napięcie to było takie same. Na charakterystykach widoczny jest również pkt. przy którym załącza się układ - pomiary wykazały się jest to 2,3V. Napięcie wyjściowe może być poddawane regulacji poprzez zmianę rezystorów w dzielniku napięcia. Jest to bardzo duży plus tego typu układów.

SKOKOWA ZMIANA OBCIĄŻENIA (stabilizator LDO)

SYMULACJA

W ćwiczeniu przeprowadzono symulację układu stabilizatora LDO przy zmiennym obciążeniu. Kluczowane było 100Ω z częstotliwością 100Hz. Poniżej przedstawiono zarejestrowany przebieg napięć na generatorze (100Hz, 5V) oraz na wyjściu układu.

Widoczne są drgania układu. Napięcie wyjściowe nie jest dobrze stabilizowane. W momencie osiągnięcia minimalnego obciążenia na wyjściu następuje wyraźny skok napięcia wyjściowego, które maleje do zera. Jeśli pojawia się maksymalne obciążenie na wyjściu to dzieje się podobnie. Pojawia się pik napięcia wyjściowego, który jest prekursorem zaniku napięcia wyjściowego.

WNIOSKI (skokowa zmiana obciążenia - stabilizator LDO)

Układ stabilizatora LDO nie sprawdza się jeśli chodzi o skokowe zmiany obciążenia. Napięcie wyjściowe nie jest stabilizowane.

CHARAKTERYSTYKA OBCIĄŻENIOWA U_wy=f(I_obc) (stabilizator LDO)

POMIAR

Przeprowadzono pomiar charakterystyki obciążeniowej stabilizatora. Obciążenie zwiększano za pomocą rezystora dekadowego. Schemat pomiarowy układu znajduje się poniżej.

W wyniku pomiarów otrzymano następujące wyniki:

tabela pomiarowa nr 4

Uwy [V]	R0 [Ω]	Iwy [mA]
4,91	1000	4,91
4,9	500	9,8
4,9	400	12,25
4,9	300	16,33
4,9	100	49,0
4,9	90	54,4

Nie ustawiano niższych wartości obciążenia niż R₀=90Ω bo wiązałoby się to z dużym wzrostem prądu i możliwością uszkodzenia układu stabilizatora. Poniżej znajduje się wykreślona charakterystyka U_wy=f(I_wy).

Widać, że dla każdej wartości obciążenia użytej w pomiarach uzyskano stałość napięcia.

WNIOSKI (charakterystyka obciążeniowa - stabilizator LDO)

Jeśli chodzi o charakterystykę obciążeniową stabilizatora LDO widać bardzo dobre wyniki. Dla wartości od 1kΩ do 90Ω napięcie to jest stabilizowane bez zmian. Świadczy to o bardzo dobrych parametrach stabilizatora LDO. Nie sprawdzano w pomiarach niższych wartości obciążenia niż podane 90Ω z obawy o zniszczenie stabilizatora.

SKOKOWA ZMIANA NAPIĘCIA WEJŚCIOWEGO (stabilizator LDO)

SYMULACJA

Kolejnym badaniem symulacyjnym, który poddano układ stabilizatora LDO był układ w którym napięcie wejściowe zmieniało się skokowo. Poniżej przedstawiono charakterystyki układ bez i z obciążeniem.

Układ bez obciążenia

W układzie bez obciążenia widoczne są skoki napięcia wyjściowego w momencie pojawienia się wysokiego napięcia na wejściu. Następnie napięcie wyjściowe spada, bez względu na wartość napięcia wejściowego.

Układ z obciążeniem

W układzie z obciążeniem widoczne są fluktuacje napięcia wyjściowego. W momencie pojawienia się maksymalnego napięcia na wejściu pojawia się wysoki pik napięcia na wyjściu, który oscylując zanika prawie do zera. Pojawienie się niskiego napięcia również powoduje skok napięcia U_wy, ale nie aż tak wysoko jak w wypadku wysokiego U_we.

WNIOSKI (skokowa zmiana napięcia wejściowego - stabilizator LDO)

Widać, że stabilizator LDO nie radzi sobie ze skokowymi zmianami napięcia wejściowego. Czas reakcji na zmiany napięcie wejściowego nie jest nieskończenie niski. Układ nie daje sobie rady z tak szybkimi zmianami, przez co napięcie wyjściowe nie jest stabilizowane.

REGULACJA NAPIĘCIA WYJŚCIOWEGO (stabilizator LDO)

Do obserwacji sposobu regulacji napięcia wyjściowego użyto schemat symulacyjny zamieszczony na str. 13. Zaobserwowano i zanalizowano sposób regulacji, został on przedstawiony poniżej na uproszczonym schemacie stabilizatora.

Opis działania układu:

2V to nasycenia tranzystora sterującego.

Widać, że rezystory R₁ i R₂ tworzą dzielnik napięcia i odpowiednio je dobierając można regulować stabilizowane napięcie wyjściowe. Jest to duża zaleta tego typu stabilizatorów.

WNIOSKI PODSUMUWUJĄCE PRZEPROWADZONE ĆWICZENIE

Stabilizator z diodą Zenera

Badano układ parametrycznego stabilizatora z diodą Zenera. Dioda ta pracuje w zakresie rewersyjnym charakterystyki prądowo-napięciowej w warunkach odwracalnego przebicia elektrycznego złącza p-n. Trzeba dodać, że mieliśmy do czynienia z diodami krzemowymi w ćwiczeniu, gdyż są one bardziej stabilne i odporne na przebicie cieplne niż diody germanowe.

W wyniku przeprowadzonych symulacji i pomiarów zarejestrowano charakterystykę prądowo-napięciową diody Zenera. Wyróżniono napięcie przebicia - określone produkcyjnie dla każdej diody. Wyliczono wartość rezystancji dynamicznej - im mniejsza rezystancja tym lepsza stabilizacja napięcia.

Przeprowadzając analizę charakterystyki wyjściowej zaobserwowano, że napięcie jest stabilizowane tylko do pewnej wartości. Spowodowane jest to nagłym wzrostem rezystancji wyjściowej diody.

Analizując charakterystykę przejściową stabilizatora z diodą Zenera zwrócono uwagę na pomiary z obciążeniem i bez niego. Okazało się, że obszar stabilizacji dla układu z obciążeniem zaczynał się od wyższych napięć wejściowych niż dla układu bez obciążenia.

Przeprowadzono analizę układu również pod względem zmieniającego się obciążenia i zmieniających się napięć wejściowych. Zrealizowano to za pomocą skokowych zmian rezystancji na wyjściu lub napięcia na wejściu.

Widać było wyraźnie, że stabilizator ma problemy ze stabilizowaniem napięcia wyjściowego przy tak szybkich zmianach czy to obciążenia, czy rezystancji wyjściowej.

Taki typ stabilizatora jest powszechnie wykorzystywany, jeżeli nie zależy nam zbytnio na parametrach stabilizacji. Przemawia za nim przede wszystkim prostota i przez to niska cena wykonania.

Stabilizator LDO

W ćwiczeniu badano rozwiązanie z kompensacyjną stabilizacją napięcia w oparciu o układ LDO.

Jak się przekonano taki scalony układ ma bardzo dobre właściwości. Bez względu na wartość obciążenia w warunkach normalnych (tzn. niekluczowane obciążenia) wartość napięcia wyjściowego jest stała. Na charakterystykach przejściowych zaobserwowano poziom pewnego napięcia przy której układ zaczynał w ogóle działać. Dla badanego układu TLC271, było to ok. 2,3V.

W wypadku kluczowania obciążenia wyjściowego można było zauważyć, że stabilizator LDO nie jest idealny. Czasy potrzebne na ustabilizowanie się napięcia na wyjściu są skończone i można to było zaobserwować na oscyloskopie.

Dużą zaletą stabilizatora LDO jest jego niski koszt wykonania. Stawia to ten typ stabilizatora przed innymi scalonymi stabilizatorami.

PODSUMOWANIE

Podsumowując można spróbować zestawić ze sobą oba typy stabilizatorów - parametryczny z diodą Zenera i kompensacyjny oparty o układ LDO.

Znacznie lepsze parametry ma stabilizator LDO. Obciążenie praktycznie nie ma wpływu od zakresu stabilizacji (widoczne na charakterystykach przejściowych). Możliwa jest również regulacja napięcia wyjściowego. W stabilizatorze z diodą Zenera, typ diody i jej napięcie przebicia odpowiada wartości stabilizowanego napięcia. Nie ma tutaj możliwości regulacji. Widoczny jest też wpływ obciążenia na jakość stabilizacji, co jest praktycznie niezauważalne w stabilizatorze LDO.

Trzeba nadmienić, że badane układy były układami stabilizatorów o pracy ciągłej. Wiąże się to z niewielką sprawnością (od 25 -60%). Daje to w porównaniu do stabilizatorów impulsowych mały współczynnik stosunku masy do mocy. Zaletami za to są małe szumy, szybka reakcja na odpowiedzi impulsowe (5-50μs), dobre tłumienie zakłóceń radioelektrycznych. Bolączką układów pracy stabilizacji ciągłej jest również słaba zdolność do utrzymywania napięcia przy krótkotrwałym zaniku napięcia wejściowego - mała wartość czasu podtrzymania. Trzeba też zwracać uwagę na wielkość zastosowania radiatorów (zasilacze impulsowe - 10, 20% wielkości radiatorów stabilizatorów liniowych).

Stabilizatory napięcia- sprawozdanie 2

2

Uzas

Uo

Ub

R3

Uz

Ro

R2

R1

WB

---