Cel ćwiczenia

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem stabilizatora napięcia i zrozumienie zasady jego działania, a także zrozumienie sposobu, w jaki działają obwody prądu stałego i jakie mogą być ich zastosowania.

Przebieg ćwiczenia

Podczas ćwiczenia badaliśmy podstawowy układ stabilizatora napięcia, dokonując pomiaru napięcia wyjściowego, dla trzech wartości prądu. Wyniki pomiarów przedstawione są w tabelach.

Tabela 1	Io=1[mA]
Uwe[V]	2,8	3	4	5	6	7	8	9	10	12	14	16	18
Uo[V]	2,35	2,548	3,545	4,57	5,54	6,12	6,2	6,22	6,25	6,29	6,33	6,37	6,41
Tabela 2	Io=1,5[mA]
Uwe[V]	2,8	3	4	5	6	7	8	9	10	12	14	16	18
Uo[V]	2,073	2,313	3,323	4,29	5,28	6,07	6,19	6,21	6,24	6,29	6,33	6,37	6,4
Tabela 3	Io=2[mA]
Uwe[V]	2,8	3	4	5	6	7	8	9	10	12	14	16	18
Uo[V]	1,87	2,115	3,061	4,1	5,06	5,97	6,18	6,21	6,24	6,28	6,32	6,36	6,4

Przy badanych prądach, aby otrzymać wartość U_o=6,2 [V], należy podać następujące wartości napięcia:

Lp.	Uo=6,2 [V]	Uwemin
1	6,2	8	Io=1[mA]
2	6,2	8,2	Io=1,5[mA]
3	6,2	8,5	Io=2[mA]

Następnie badaliśmy zależności dla stałych wartości napięcia, mierząc wartości U_o, I_z oraz prąd wejścia I_we. Dane dla kolejnych wartości napięcia są przedstawione w tabelach:

Tabela 4	Uwe=7 [V]
Io [mA]	0,75	1	2	4	6	8	10	14,53
Uo [V]	6,14	6,12	5,96	5,1	4,2	3,224	2,32	0,229
Iwe [mA]	1,82	1,84	2,21	4,01	6	8	10	14,53
Iz [mA]	1,07	0,84	0,21	0,01	0	0	0	0

Tabela 5	Uwe=9 [V]
Io [mA]	0,75	1	2	4	6	8	10	15
Uo [V]	6,23	6,22	6,21	6,18	5,97	5,22	4,26	1,98
Iwe [mA]	5,91	5,9	5,94	6	6,38	8,01	10	15
Iz [mA]	5,16	4,9	3,94	2	0,38	0,01	0	0

Tabela 6	Uwe=12 [V]
Io [mA]	0,75	1	2	4	6	8	10	15
Uo [V]	6,29	6,3	6,29	6,27	6,25	6,22	6,2	5,09
Iwe [mA]	12,33	12,33	12,33	12,38	12,42	12,51	12,55	15,01
Iz [mA]	11,58	11,33	10,33	8,38	6,42	4,51	2,55	0,01

Tabela 7	Uwe=14 [V]
Io [mA]	0,75	1	2	4	6	8	10	15
Uo [V]	6,34	6,34	6,33	6,31	6,3	6,27	6,25	6,19
Iwe [mA]	16,56	16,57	16,61	16,62	16,68	16,73	16,41	16,97
Iz [mA]	15,81	15,57	14,61	12,62	10,68	8,73	6,41	1,97

Tabela 8	Uwe=18 [V]
Io [mA]	0,75	1	2	4	6	8	10	15
Uo [V]	6,42	6,43	6,42	6,41	6,39	6,37	6,35	6,3
Iwe [mA]	25,12	25,07	25,11	25,43	25,62	25,2	24,71	25,55
Iz [mA]	24,37	24,07	23,11	21,43	19,62	17,2	14,71	10,55

Wspólny wykres charakterystyk U_O = f(I_O) przy U_we= const.

Wspólne wykresy charakterystyk dla U_we = 12V, 14V, 18V

a) I_we = f(U_O)

b) I_O = f(U_O)

c) I_Z = f(U_O)

Podsumowanie i wnioski

Wyznaczenie współczynnika stabilizacji ze wzoru:

K	dla Io=1 [mA]		∆Io=0
∆ Uwe [V]	0,2	1	1		1	1	1	1	1	2	2	2	2
∆ Uo [V]	0,198	0,997	1,025		0,97	0,58	0,08	0,02	0,03	0,04	0,04	0,04	0,04
K	0,99	0,997	1,025		0,97	0,58	0,08	0,02	0,03	0,02	0,02	0,02	0,02
K	dla Io=1,5 [mA]			∆Io=0
∆ Uwe [V]	0,2	1	1		1	1	1	1	1	2	2	2	2
∆ Uo [V]	0,24	1,01	0,967		0,99	0,79	0,12	0,02	0,03	0,05	0,04	0,04	0,03
K	1,2	1,01	0,967		0,99	0,79	0,12	0,02	0,03	0,025	0,02	0,02	0,015
K	dla Io=2 [mA]		∆Io=0
∆ Uwe [V]	0,2	1	1		1	1	1	1	1	2	2	2	2
∆ Uo [V]	0,245	0,946	1,039		0,96	0,91	0,21	0,03	0,03	0,04	0,04	0,04	0,04
K	1,225	0,946	1,039		0,96	0,91	0,21	0,03	0,03	0,02	0,02	0,02	0,02

Wyznaczenie rezystancji dynamicznej ze wzoru:

R	dla Uwe=7 [V]			Uwe=0
∆ Io [mA]	0,25	1	2	2	2	2	4,53
∆ Uo [V]	0,02	0,16	0,86	0,9	0,976	0,904	2,091
R	0,08	0,16	0,43	0,45	0,488	0,452	0,462
R	dla Uwe=9 [V]			Uwe=0
∆ Io [mA]	0,25	1	2	2	2	2	5
∆ Uo [V]	0,01	0,01	0,03	0,21	0,75	0,96	2,28
R	0,04	0,01	0,015	0,105	0,375	0,48	0,456
R	dla Uwe=12 [V]			Uwe=0
∆ Io [mA]	0,25	1	2	2	2	2	5
∆ Uo [V]	0,01	0,01	0,02	0,02	0,03	0,02	1,11
R	0,04	0,01	0,01	0,01	0,015	0,01	0,222
R	dla Uwe=14 [V]			Uwe=0
∆ Io [mA]	0,25	1	2	2	2	2	5
∆ Uo [V]	0	0,01	0,02	0,01	0,03	0,02	0,06
R	0	0,01	0,01	0,005	0,015	0,01	0,012
R	dla Uwe=18 [V]			Uwe=0
∆ Io [mA]	0,25	1	2	2	2	2	5
∆ Uo [V]	0,01	0,01	0,01	0,02	0,02	0,02	0,05
R	0,04	0,01	0,005	0,01	0,01	0,01	0,01

Wnioski

Na wykresie zależności U_o=f(U_we) przy stałych I₀ widzimy, że napięcie wyjściowe najpierw stale liniowo rośnie, zaś przy wartościach U_we wynoszących około 7 do 8 V napięcie to się stabilizuje, co świadczy o fakcie, że stabilizator zaczyna działać, ustalając napięcie wyjściowe we wszystkich trzech przypadkach na nieco powyżej 6 V. Dalej przebieg charakterystyki utrzymuje się na niemalże stałym poziomie.

Na wykresie U₀=f(I_o) dla stałych U_we widać, że przy wzroście I₀ spada wartość U_o dla mniejszych wartości U_we, zaś dla większych wartości U_we jest ona stała. Pozwala nam to sugerować, że dla wyższych wartości U_we charakterystyki te także będą opadały, lecz przy odpowiednio większym prądzie I₀.

Na podstawie charakterystyk dla prądów wejściowych U_we=12, 14 i 18 V można zaobserwować kilka zależności. Widać, ze dla stałych napięć wejściowych U_we natężenia wejściowe I_we również są stałe przy rosnących napięciach wyjściowych U₀, zaś natężenia wyjściowe I₀ są niemalże liniowo malejące. Na wykresie zależności I_z=f(U₀) widać, że dla rosnących U₀ wartość I_z także rośnie, lecz w pewnym momencie wartości I_z zaczynają dużo bardziej gwałtownie rosnąć. Co więcej, skok ten ma miejsce najpierw przy mniejszych wartościach U_we, zaś dla większych wartości U_we charakterystyka załamuje się dalej (przy większych prądach U₀).

Na wykresie zależności współczynnika stabilizacji napięcia K od napięcia U_we widać, iż dla wszystkich wartości I₀ wartość współczynnika zaczyna gwałtownie maleć w podobnym momencie, by przy U_we=8 V ustabilizować się na wartości nieco większej od zera (średnio ok. 0,02-0,03 - dane z tabel).

Na wykresie zależności wyjściowej rezystancji dynamicznej R od prądu I₀ widać, że dla każdej wartości U_we rezystancja R ma najpierw wartość bliską zera, zaś potem zwiększa się, by ustabilizować się na wartości około 0,45. Nie widać tej zależności na wszystkich przebiegach, ze względu na zbyt mały zakres badanych prądów I₀.

---