![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
Лабораторна робота №12 Дослідження компенсаційних стабілізаторів напруги
Мета роботи: вивчення принципу дії послідовних неперервних компенсаційних стабілізаторів напруги; придбання навичок дослідження параметрів стабілізаторів напруги.
1. Стислі теоретичні відомості
Джерела вторинного електроживлення радіоелектронної апаратури у своєму складі містять різні стабілізатори напруги чи струму. До стабілізаторів напруги (струму) відносяться пристрої, що підтримують автоматично і з необхідною точністю напругу (струм) на навантаженні при зміні дестабілізуючих факторів в обумовлених межах. Основними параметрами, що характеризують стабілізатор, є: коефіцієнт стабілізації по напрузі чи струму, вихідний опір і коефіцієнт корисної дії. Можуть також використовуватися і допоміжні, такі як масогабаритні, вартісні й інші показники. Існує два принципово різних методи стабілізації: параметричний і компенсаційний.
Параметричним називають стабілізатори з нелінійними елементами (стабілітрони, дроселі і т.д.), у яких відсутнє коло зворотного зв'язку. Принцип дії їх заснований на зміні опору (чи інших параметрів) нелінійного елемента при зміні прикладеної до нього напруги.
Компенсаційними називають стабілізатори, у яких стабілізація здійснюється за рахунок впливу зміни вихідної величини на регулюючий пристрій через коло зворотного зв'язку. Компенсаційні стабілізатори поділяються на неперервні й імпульсні. У свою чергу неперервні стабілізатори можуть бути послідовного чи паралельного типу по способу включення регулюючого елемента стосовно навантаження.
У
даній роботі досліджуються неперервні
послідовні стабілізатори напруги.
Значення вихідної напруги стабілізатора
залежить як від величини вхідної напруги
,
так і від струму навантаження
,
де
.
Тому прийнято оцінювати якість
стабілізації напруги за коефіцієнтом
нестабільності
,
рівному відношенню відносної зміни
вихідної напруги
до його відносної зміни, що викликала,
вхідну
напругу і вихідний струм І вх.
,
де
,
при
який уявляє собой інтегральний (усереднений) коефіцієнт стабілізації напруги по вхідній напрузі:
при
де
-
внутрішній (вихідний) опір стабілізатора;
Rн
- номінальне значення опору навантаження.
При цьому сумарна нестабільність вихідної напруги стабілізатора визначається також часовим дрейфом і температурною нестабільністю, викликаної зміною температури навколишнього середовища. Під дрейфом вихідної напруги розуміють найбільшу зміну напруги стабілізатора в плині заданого часу, що випливає за його розігрівом і при незмінних дестабілізуючих факторах.
Коефіцієнт корисної дії стабілізатора визначається відношенням потужності, що виділяється в навантаженні, до номінального значення вхідної потужності:
Н
айпростіша
схема стабілізатора послідовного типу
без підсилювального елемента представлена
на рис. 8.1,а. Вихідна напруга даного
стабілізатора являє собою різницю між
опорним
і напругою
транзистора:
Режим роботи транзистора вибирають таким, щоб при відсутності дестабілізуючих факторів він був би не цілком відкритий напругою зміщення база-емітер, що звичайно складає 0.1...0.3 В.
Якщо
якимсь образом зменшилося, то з огляду
на те, що Uст=const
і транзистор включений як емітерний
повторювач, то зменшення напруги на
опорі навантаження рівносильне збільшенню
напруги база-емітер, що призводить до
зменшення опору і спадання напруги на
транзисторі в ре-зультаті чого величина
вихідної напруги відновлюється.
Аналогічно працює схема і при підвищенні
вихідної напруги. Величина максимального
струму
навантаження
стабілізатора залежить від коефіцієнта
підсилення транзистора
і максимально припустимої зміни робочого
струму стабілітрона
:
Тому для збільшення припустимого струму навантаження варто використовувати схеми зі складеними транзисторами. При цьому розрахункова величина:
а коефіцієнт передачі струму:
Вихідний опір даного стабілізатора визначається вираженням:
де
-
опір емітера транзистора;
-
диференціальний опір стабілітрона;
- опір,
включений між колектором і базою
допоміжного транзистора;
Опір знаходять по формулі:
де Iст ,Iб – відповідно значення струму стабілітрона і струму бази. Коефіцієнт корисної дії стабілізатора:
Коефіцієнт стабілізації по напрузі:
;
де
-
опір колектора і бази регулюючого
транзистора.
Аналіз показує, що коефіцієнт стабілізації найпростішого транзисторного стабілізатора має величину такого ж порядку, що і параметричний стабілізатор із кремнієвим стабілітроном.
Для збільшення коефіцієнта стабілізації використовуються більш складні схеми з посиленням у колі зворотного зв'язку. У схемі, представленої на рис. 8.1,б, транзистор VТ3 є одночасно порівнювальним і підсилювальним елементом, а VТ1, VТ2 - складений регулюючий транзистор. Напруга між емітером і базою VТЗ дорівнює:
.
Коефіцієнт стабілізації при цьому:
Вихідний опір стабілізатора:
де
,
де
Кд-
коефіцієнт розподілу сигналу зворотного
зв'язку;
-
коефіцієнт підсилення по напрузі
транзистора VТЗ. Величина
приблизно визначається виразом:
де
- коефіцієнт підсилення по струму
транзистора VТЗ;
-
вхідний опір транзистора VТЗ.
Таким
чином, величина коефіцієнта підсилення
транзистора VТЗ, включеного в коло
зворотного зв'язку, визначає
і
стабілізатора. Тому для збільшення
і зменшення
стабілізатора використовують схеми, у
яких як підсилювачі зворотного зв'язку
використовуються операційні підсилювачі.
Схема такого стабілізатора представлена
на рис. 8.1, в. У даній схемі опорна напруга
формується на стабілітроні VD1 за рахунок
чого підвищується якість стабілізації.
Останнім часом велике поширення одержали стабілізатори напруги в інтегральному виконанні. При цьому для збільшення навантажувальної здатності часто малопотужні інтегральні стабілізатори використовують для керування потужним регулюючім елементом. Приклад такої схеми стабілізатора представлений на рис. 8.1,г.