plik


ÿþ22 WICZENIE 3 STABILIZATORY NAPICIA STAAEGO 1. Wiadomo[ci wstpne Stabilizatory napicia staBego s to ukBady elektryczne dostarczajce do odbiornika napicie o staBej warto[ci niezale|nie od zmian w okre[lonych granicach: napicia wej[ciowego, prdu obci|enia, temperatury i czasu. Schemat blokowy ukBadu zasilania odbiornika prdu staBego z sieci energetycznej prdu przemiennego z zastosowaniem stabilizatora napicia przedstawia rys. 1. Iwe Iwy TR P F U <" Stabilizator Odbiornik (transformator) (prostownik) (filtr) Uwe Uwy Rys. 1. Schemat blokowy ukBadu zasilania odbiornika prdu staBego z sieci energetycznej z zastosowaniem stabilizatora napicia Transformator TR obni|a napicie sieci do wymaganej warto[ci, prostownik P zamienia napicie przemienne na jednokierunkowe, filtr pojemno[ciowy F wygBadza napicie jednokierunkowe. 1.1. Podstawowe parametry stabilizatorów napicia Podstawowymi parametrami stabilizatorów napicia staBego s: - znamionowe napicie wyj[ciowe, - zakres zmian napicia wej[ciowego, - wspóBczynnik stabilizacji, - rezystancja wyj[ciowa. Znamionowe napicie wyj[ciowe to napicie, na które stabilizator zostaB zaprojektowany i wykonany. Zakres zmian napicia wej[ciowego okre[la minimaln Uwe min i maksymaln warto[ Uwe max napicia wej[ciowego, przy której stabilizator poprawnie pracuje (rys. 2a). WspóBczynnik stabilizacji napicia KU: "U wy KU = , (1) "U we gdzie: "Uwy - zmiana napicia wyj[ciowego odpowiadajca zmianie napicia wej[ciowego "Uwe (rys. 2a). WspóBczynnik ten wskazuje, ile razy wahania napicia wyj[ciowego (napicia na urzdzeniu zasilanym) s mniejsze od wahaD napicia zasilania. Rezystancja wyj[ciowa stabilizatora: "U wy Rwy = przy Uwe=const, (2) "Iwy gdzie: "Uwy - zmiana napicia wyj[ciowego odpowiadajca zmianie prdu obci|enia "Iwy (rys. 2b). Rezystancja ta decyduje o przebiegu charakterystyki zewntrznej Uwy=f(Iwy) stabilizatora. 23 1.2. Podstawowe charakterystyki stabilizatorów napicia Podstawowymi charakterystykami stabilizatorów napicia staBego s: - charakterystyka napiciowa Uwy=f(Uwe) przy Iwy=const., - charakterystyka zewntrzna Uwy=f(Iwy) przy Uwe=const. a) b) Uwy Uwy "Uwy "Uwy "Uwe "Iwy Uwe min Uwe max Uwe Iwy max Iwy Rys. 2. Podstawowe charakterystyki stabilizatorów napicia staBego: a) charakterystyka napiciowa Uwy=f(Uwe) przy Iwy=const., b) charakterystyka zewntrzna Uwy=f(Iwy) przy Uwe=const. 1.3. Klasyfikacja stabilizatorów Pod wzgldem zasady dziaBania stabilizatory mo|na podzieli na dwa podstawowe rodzaje: - stabilizatory parametryczne, - stabilizatory kompensacyjne. Stabilizatory parametryczne Stabilizatory parametryczne wykorzystuj nieliniowe charakterystyki napiciowo-prdowe elementów u|ytych do budowy stabilizatora. Najcz[ciej wykorzystywanym elementem stabilizujcym w stabilizatorze parametrycznym jest dioda Zenera. U polaryzacja polaryzacja a) b) w kierunku w kierunku zaporowym przewodzenia R1 I1 I2 Uz I + Iz Izmin U1 U2 Ro DZ - Obszar pracy Izmax Rys. 3. Stabilizator napicia staBego z diod Zenera: a) schemat elektryczny, b) charakterystyka napiciowo-prdowa diody 24 Dioda Zenera jest to specjalna dioda krzemowa pracujca przy polaryzacji zaporowej przy napiciu nieznacznie wy|szym od napicia przebicia Uz (rys. 3b) nazywanego napiciem Zenera. Napicie na pracujcej diodzie, a tym samym na odbiorniku Ro, jest praktycznie staBe w szerokim przedziale zmian prdu Iz przepBywajcego przez diod (rys. 3b - obszar pracy diody). Przy zmianach napicia wej[ciowego U1, przy Ro=const., ulega zmianie nat|enie prdu I1, ale w zasadzie tylko kosztem zmiany nat|enia prdu Iz. W efekcie na rezystorze szeregowym R1 odkBada si praktycznie caBkowity przyrost napicia wej[ciowego, a napicie wyj[ciowe pozostaje na tym samym poziomie. Je|eli natomiast wzro[nie Ro przy U1=const., to zmienia si rozdziaB prdu I1 pomidzy diod a odbiornik w ten sposób, |e prd diody Iz wzro[nie tak, i|: I1 = I + I2 = const. (3) z W tym przypadku napicie U2 na odbiorniku Ro równie| zostanie praktycznie na poprzednim poziomie. Jak wynika z charakterystyki napiciowo-prdowej diody (rys. 3b), stabilizator bdzie poprawnie pracowa, je|eli bd speBnione nastpujce kryteria: - wynikajce z zasilania: Uz > Uo , (4) - wynikajce z obci|enia: U z Ro e" Ro min = , (5) I - I z z min gdzie: Ux - napicie znamionowe diody, Iz - prd znamionowy diody, Iz min - minimalna warto[ prdu diody w czasie pracy stabilizatora (Iz min = 0,1 Iz). Nale|y zauwa|y, |e w ukBadzie jak na rys. 3a, dioda jest najbardziej obci|ona w stanie jaBowym stabilizatora tj. kiedy odbiornik Ro jest odBczony. Z powy|szego uwarunkowania wynika dobór odbiornika R1: - warto[ rezystancji R1: U1max - U z R1 = , (6) I z - moc rezystora R1: 2 PR = Iz Å" R , (7) gdzie: U1 max - najwiksza warto[ napicia wej[ciowego, jakie mo|e wystpi w czasie pracy stabilizatora. Przebieg charakterystyk zewntrznych takiego stabilizatora jest zale|ny od poBo|enia punktu pracy na charakterystyce napiciowo-prdowej w stanie jaBowym, uzale|nionym od warto[ci napicia wej[ciowego U1: Uz < U1 < U1 max. (8) Diody Zenera s wykonywane dla zakresu stabilizacji 2÷200 V przy prdach od kilkunastu do kilkuset miliamperów. Stabilizatory kompensacyjne Stabilizatory kompensacyjne w procesie stabilizacji porównuj napicie stabilizowane z wzorcowym i w przypadku ich ró|nicy tak dziaBaj na element sterujcy, |e kompensuje on zmiany napicia wyj[ciowego. Na rys. 4 przedstawiony jest schemat blokowy stabilizatora kompensacyjnego. 25 U1 U2 Sterownik Odbiornik "U=Us-U2 UkBad Us porównujco -wzmacniajcy Rys. 4. Schemat blokowy stabilizatora kompensacyjnego Je|eli wskutek zmiany np. napicia U1 zmieni si napicie stabilizowane U2, to wówczas ukBad porównujco-wzmacniajcy przeka|e ró|nic midzy napiciem odniesienia Us i napiciem U2 do sterownika, który powodowa bdzie kompensacj zmiany napicia U2. Obecnie stabilizatory kompensacyjne budowane s jako ukBady monolityczne, w których skBad wchodzi wiele elementów poBczonych w oparciu o zBo|ony schemat wewntrzny. Podstawowymi parametrami takich stabilizatorów s: - Uwe max - najwiksza warto[ napicia wej[ciowego, - Uwy - znamionowe napicie wyj[ciowe, - Iwy max - najwikszy prd obci|enia stabilizatora. Cech szczególnie odró|niajc stabilizator kompensacyjny od stabilizatora parametrycznego (np. z diod Zenera - rys. 3) jest bardzo maBy prd wej[ciowy I10 w stanie jaBowym, praktycznie staBy w przedziale zmian napicia wej[ciowego U1. I10 H" (3÷5 %) Iwy max. (9) 1.4. Sprawno[ stabilizatorów napicia Sprawno[ stabilizatorów napicia okre[lana jest zale|no[ci: U I2 2 · = Å"100% , (10) U1I1 jest stosunkowo niska i nie przekracza 50 %. Znaczne straty mocy wynikajce z niskiej sprawno[ci "P = (U1 - U )I1 (11) 2 s tracone w stabilizatorze. Straty te s podstawowym problemem miniaturyzacji stabilizatorów monolitycznych. 2. Wykonanie wiczenia Cz[ praktyczna wiczenia obejmuje: - badanie stabilizatora parametrycznego z diod Zenera, - badanie stabilizatora monolitycznego. 2.1. Badanie stabilizatora parametrycznego napicia staBego z diod Zenera Dane diody Zenera zastosowanej w stabilizatorze umie[ci w sprawozdaniu. Zestawi ukBad pomiarowy przedstawiony na rys. 5. 26 Stabilizator R1 A1 A2 Regulowany Q1 zasilacz 220 <" DZ napicia V1 V2 staBego Ro A3 Rys. 5. UkBad do badania stabilizatorów napicia staBego Pomiary charakterystyk napiciowych U2=f(U1) Przed wBczeniem zasilacza, regulator napicia ustawi w pozycji minimum. Wyznaczy charakterystyki napiciowe U2=f(U1) stabilizatora dla dwóch warto[ci prdu wyj[cio- wego I2: I2=0 (stan jaBowy) oraz dla I2=(0,2÷0,5) Iz (Iz - prd diody Zenera). StaB warto[ prdu I2 otrzymywa zmieniajc rezystancj Ro (stan jaBowy - wyBcznik Q0 otwarty). Po wBczeniu zasilacza, wykona 2÷3 punkty pomiarowe przy zwikszaniu napicia U1 do warto[ci U1d"Uz (Uz - napicie diody Zenera) oraz kolejne punkty pomiarowe przy dalszym podwy|szaniu napicia U1 do warto[ci, przy której I1d"Iz. Wyniki pomiarów dla obu warto[ci prdu I2 zestawi w tabeli 1. Tabl. 1. U1 I1 I3 U2 I2 Lp. V mA mA V A 1. ... 8. 1. ... 8. Na jednym rysunku dla obu prdów I2 wykre[li charakterystyki U2=f(U1) oraz I1=f(U1). Z przebiegu charakterystyk U2=f(U1) okre[li przedziaBy zmian napicia U1 (U1min÷ U1max), w których wystpuje  dobra stabilizacja przyjmujc: U1min dla U2 H" 0,95 Uz , U1max dla I1 = Iz . Pomiary charakterystyk obci|enia U2=f(I2) Dla dwóch warto[ci napi wej[ciowych U1 > Uz (warto[ci napi U1 ustali z prowadzcym zajcia) wykona po okoBo 8 punktów pomiarowych zmieniajc rezystorem Ro prd I2 od warto[ci I2=0 do I2H"1,2 Iz. Wyniki pomiarów i obliczeD zestawi w tabeli 2. 27 Tabl. 2. U1 I1 I3 U2 I2 · Lp. V mA mA V A % 1. ... 8. 1. ... 8. U I2 2 · = Å"100% ; gdzie · to sprawno[ stabilizatora U1I1 Na jednym rysunku dla obu warto[ci napicia U1 wykre[li charakterystyki U2=f(I2). Na podstawie przebiegu charakterystyk U2=f(I2) dla napicia U2=0,95 Uz odczyta warto[ci nat|enia prdu I2 i obliczy minimalne warto[ci rezystancji Ro z zale|no[ci: U 2 Ro min = . I 2 Omówi wpByw warto[ci napicia U1 na przebieg charakterystyk obci|enia U2=f(I2) stabilizatora. 2.2. Badanie stabilizatora monolitycznego Oznaczenia oraz dane stabilizatora (Uwe max, Uwy, Iwy max) zamie[ci w sprawozdaniu. UkBad pomiarowy jak w punkcie 2.1 lecz bez miliamperomierza A3. Pomiary charakterystyk napiciowych U2=f(U1) Pomiary wykona dla dwóch warto[ci prdu I2: I2=0 oraz I2H"(0,2÷0,4) Iwy max. Przed wBa[ciwymi pomiarami ustali wstpnie warto[ci napicia U1 min, przy których stabilizator zaczyna poprawnie pracowa. Wykona po 2÷3 punkty pomiarowe przy podwy|szaniu napicia wej[ciowego do warto[ci wstpnie ustalonych oraz 4÷5 punktów pomiarowych przy dalszym podnoszeniu napicia U1 do warto[ci U1d"Uwe max. Wyniki pomiarów dla obu prdów I2 zestawi w tabeli 3. Tabl. 3. U1 I1 U2 I2 Lp. V mA V A 1. ... 8. 1. ... 8. Na jednym rysunku dla obu prdów I2 wykre[li charakterystyki U2=f(U1) oraz I1=f(U1). Na charakterystykach zaznaczy i opisa punkty okre[lajce pocztki stabilizacji. Pomiary charakterystyk obci|enia U2=f(I2) 28 Dla dwóch warto[ci napi wej[ciowych (U1 d" Uwe max, warto[ci napi U1 ustali z prowadzcym zajcia) wykona po okoBo 8 punktów pomiarowych zmieniajc rezystorem Ro prd I2 od warto[ci I2=0 do I2d"Iwy max. Wyniki pomiarów i obliczeD zestawi w tabeli 4. Tabl. 4. U1 I1 U2 I2 · Lp. V mA V A % 1. ... 8. 1. ... 8. Sprawno[ · oblicza analogicznie jak w punkcie 2.1. Na jednym rysunku dla obu warto[ci napicia U1 wykre[li charakterystyki U2=f(I2). Na podstawie przebiegu charakterystyk napiciowych U2=f(U1) i charakterystyk obci|enia U2=f(I2) oceni jako[ stabilizacji obu badanych stabilizatorów. 3. Zagadnienia do samodzielnego opracowania 1. Podstawowe parametry i charakterystyki stabilizatorów napicia. 2. Charakterystyka napiciowo-prdowa diody Zenera. 3. Schemat elektryczny oraz zasada dziaBania stabilizatora parametrycznego z diod Zenera. 4. Kryteria poprawnej pracy stabilizatorów napicia z diod Zenera. 5. Dobór rezystora R1 w stabilizatorze parametrycznym. 6. Zasada pracy stabilizatorów kompensacyjnych. 7. PrzykBady stosowania stabilizatorów napicia staBego w technice.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Cw 6 Parametryczny stabilizator napiecia
ELS 4 Stabilizatory napiecia 15
Elementy układów zasilania II generator, przetwornica impulsowa, szeregowy stabilizator napiecia
liniowe stabilizatory napiecia (2)
Cw 1 Pomiary napiec stalych
Dodatnie stabilizatory napięcia
Impulsowy stabilizator napięcia
liniowe stabilizatory napiecia i pradu
Stabilizator Napięcia LM3xx
MCP1700 stabilizatory napiecia
liniowe stabilizatory napiecia i pradu

więcej podobnych podstron