16

Лабораторная работа № 3

Исследование стабилизаторов постоянного напряжения с непрерывным регулированием

Цель работы

1. Изучить принцип работы параметрических и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения с непрерывным регулированием (СПННР).

2. Экспериментально определить основные параметры СПННР.

Основные вопросы курса, изучаемые перед выполнением работы

1. Классификация СПННР и их основные параметры.

2. Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения: используемые нелинейные элементы и их параметры; принцип действия параметрических стабилизаторов.

3. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения: виды компенсационных стабилизаторов; принцип работы компенсационных стабилизаторов.

Содержание работы

1. Изучение принципа работы и определение параметров параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне.

2. Изучение принципа работы и определение параметров пассивного компенсационного стабилизатора с последовательным регулирующим транзистором.

3. Изучение принципа работы и определение параметров компенсационного стабилизатора с последовательным регулирующим транзистором и усилителем в цепи обратной связи.

4. Определение параметров интегрального стабилизатора напряжения КР142ЕН8Б.

Описание лабораторного макета

Сменный блок «Исследование схем стабилизаторов постоянного напряжения» включает четыре схемы СПННР.

Для проведения исследований на вход изучаемой схемы стабилизатора подается напряжение от встроенного в блок источника постоянного напряжения. Выходное напряжение источника не стабилизировано и регулируется в пределах от 5 вольт до 20 вольт. Источник защищен от кратковременной перегрузки. При перегрузке источника мигает светодиод «Перегрузка».

Входное напряжение и входной ток изучаемой схемы стабилизатора контролируются с помощью вольтметра PV1 и миллиамперметра РА1 лабораторной установки.

В качестве нагрузки стабилизатора используется переменный резистор блока нагрузок (правая панель лабораторной установки). Регулирование тока, протекающего через нагрузку, производится ручками «R_Н грубо» и «R_Н точно». Примерные пределы изменения R_Н : от 1300 Ом в положении 1 переключателя «R_Н грубо» до 17 Ом в положении 11. В положении «Х.Х.» R_Н =  .

Напряжение на резисторе нагрузки и ток, протекающий через резистор, контролируются вольтметром PV2 и миллиамперметром РА2.

Часть 1. Изучение принципа работы параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Принцип работы стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне заключается в том, что при изменении тока, протекающего через стабилитрон, падение напряжения на стабилитроне на некотором участке его вольтамперной характеристики остается почти неизменным. Изменение тока через стабилитрон происходит путем включения последовательно стабилитрону ограничительного резистора и подачи к образованной последовательной цепи изменяющегося напряжения. Неизменное или стабильное напряжение, снимаемое со стабилитрона, используется для нагрузки.

1.1. Подготовить установку к работе.

Собрать схему, приведенную на рис. 1.

Рис. 1. Соединение элементов установки для исследования стабилизатора на стабилитроне

Переключатель «R_Н грубо» установить в положение «Х.Х.», что соответствует R_Н =  .

Вольтметры PV1 и PV2 установить в режим измерения постоянного напряжения. Миллиамперметр РА1 установить в режим измерения постоянного тока.

1.2. Снять вольтамперную характеристику стабилитрона.

Включить питание установки. Включить источник постоянного напряжения. Увеличивать напряжение на выходе источника постоянного напряжения от минимального до максимального.

Фиксировать величины U_ВХ, I_СТ, U_СТ по показаниям измерительных приборов PV1, PA1, PV2 соответственно.

Результаты измерений занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Измерительный прибор	Измеряемая величина	Результаты измерения
PV1	UВХ, В
PA1	IСТ, мА
PV2	UСТ, В

Построить вольтамперную характеристику стабилитрона I_СТ =f (U_СТ). Отметить на графике диапазон напряжений стабилизации.

1.3. Получить характеристики и определить параметры параметрического стабилизатора напряжения

1.3.1. Подключить параллельно стабилитрону нагрузку (резистор). Для этого установить переключатель «R_Н грубо» в положение 2, а переменный резистор «R_Н точно» - в среднее положение.

Снять зависимость выходного напряжения стабилизатора (напряжения на нагрузке) от напряжения на его входе U_Н = f(U_ВХ).

Для этого увеличивать напряжение на выходе источника постоянного напряжения от минимального до максимального. Фиксировать величины входного тока I_ВХ и тока I_Н, протекающего через резистор нагрузки.

Результаты измерений занести в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Измерительный прибор	Измеряемая величина	Результаты измерения
PV1	UВХ, В
PA1	IВХ, мА
PV2	UН, В
PA2	IН, мА

Построить зависимость напряжения на нагрузке от напряжения на входе стабилизатора U_Н=f(U_ВХ) при неизменном сопротивлении нагрузки. Определить диапазон входных напряжений, при которых схема выполняет функции стабилизатора напряжения.

1.3.2. Снять зависимость напряжения на нагрузке U_Н от тока нагрузки I_Н при неизменном входном напряжении U_ВХ = 15 В.

Для этого увеличивать ток через сопротивление нагрузки переключателем «R_Н грубо». Фиксировать величины напряжения на нагрузке U_Н и тока нагрузки I_Н. При этом напряжение на входе стабилизатора поддерживать неизменным.

Результаты измерений занести в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

Измерительный прибор	Измеряемая величина	Результаты измерения
PV1	UВХ, В	15 В
PA1	IВХ, мА
PV2	UН, В
PA2	IН, мА

Построить зависимость U_Н = f(I_Н) при неизменном входном напряжении U_ВХ = 15 В.

1.3.3. Определить коэффициент стабилизации по входному напряжению

при I_Н = const ,

где ∆U_ВХ , ∆U_ВЫХ - соответственно приращения входного и выходного напряжений стабилизатора при неизменном токе нагрузки; U_ВХ и U_ВЫХ - номинальные значения входного и выходного напряжений стабилизатора.

Установить переключатель «R_Н грубо» в положение 2, а переменный резистор «R_Н точно» - в среднее положение.

Установить значения входного напряжения согласно таблице 1.4. В процессе измерений переменным резистором «R_Н точно» поддерживать неизменной величину тока нагрузки I_Н .

Таблица 1.4

Измерительный прибор	Измеряемая величина	Результаты измерения
PV1	UВХ, В	15,0	16,0	17,0
PV2	UН, В
PA2	IН, мА

В качестве U_ВХ и U_ВЫХ взять средние значения величин из таблицы 1.4..

1.3.4. Определить выходное сопротивление стабилизатора

R_i =| ∆U_Н / ∆I_Н | при U_ВХ = const ,

где ∆U_Н - приращение выходного напряжения стабилизатора,

∆I_Н - приращение тока нагрузки .

Установить U_ВХ = 16,0 В .

Произвести измерения U_Н и I_Н при различных значениях сопротивления нагрузки (например, в крайних положениях переменного резистора «R_Н точно»). При этом поддерживать U_ВХ = const = 16,0 В. Результаты измерений занести в таблицу 1.5.

Таблица 1.5

UН1 =	IН1 =
UН2 =	IН2 =
∆UН =	∆IН
Ri =

5. Определить коэффициент полезного действия стабилизатора

.

Вычисления произвести для U_ВХ = 16,0 В .

1.3.6. Определить параметры стабилизатора аналогично п.п. 1.3.3. – 1.3.5. при U_ВХ = 17,0 В . Сравнить полученные величины с ранее вычисленными параметрами. Сделать необходимые выводы.

1.3.7. Уменьшить величину сопротивления нагрузки. Для этого установить переключатель «R_Н грубо» в положение 3, а переменный резистор «R_Н точно» - в среднее положение.

Определить параметры стабилизатора аналогично п.п. 1.3.3. – 1.3.5. при U_ВХ = 16,0 В . Сравнить полученные величины с ранее вычисленными параметрами. Сделать необходимые выводы.

Выключить источник постоянного напряжения.

Выключить электропитание установки.