13034

Транзисторный стабилизатор напряжения

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторная работа №7. Транзисторный стабилизатор напряжения. Цель работы: Знакомство и исследование одной из схем стабилизатора напряжения снятие его характеристик. Приборы: Измерительная панель лабораторного стенда. Электронный вольтметр. Авомет

Русский

2013-05-07

711 KB

38 чел.

Лабораторная работа №7.

Транзисторный стабилизатор напряжения.

Цель работы: Знакомство и исследование одной из схем стабилизатора напряжения, снятие его характеристик.

Приборы:

  1.  Измерительная панель лабораторного стенда.
  2.  Электронный вольтметр.
  3.  Авометр.
  4.  Осциллограф.

7.1. Теоретическое введение.

Выходное напряжение выпрямительных схем источников электропитания обычно имеет пульсации в несколько вольт, так как ёмкости накопительных конденсаторов не могут быть выбраны бесконечно большими. Кроме того, выходное напряжение таких схем сильно зависит от колебаний напряжения сети и изменения нагрузки. Для уменьшения влияния этих факторов можно использовать включённый последовательно с нагрузкой элемент с регулируемым сопротивлением. Такой способ называется последовательной стабилизацией напряжения.

Напомним, что в курсе электротехники вы уже сталкивались с параметрическими усилителями напряжений, использующих в своей основе стабилитрон. Поэтому здесь мы их рассматривать не будем.

Не будут рассмотрены также импульсные регуляторы напряжения. Укажем лишь принцип их работы. Он состоит лишь в том, что формирует постоянное напряжение, минимальное значение которого превышает требуемый уровень стабилизированного напряжения. Разность этих напряжений падает на мощном регулирующем транзисторе, который включается последовательно с нагрузкой.

Простейшим последовательным стабилизатором напряжения является эмиттерный повторитель, база транзистора которого подключена к источнику опорного напряжения. Опорное напряжение может быть получено, например, как показано на рис.7.1, при помощи стабилитрона из нестабилизированного входного напряжения . (Опорное напряжение можно получить, используя схемы на биполярных транзисторах, операционных усилителей).

Рис.7.1 Стабилизация напряжения с помощью эмиттерного повторителя.

За счёт ООС по напряжению выходное напряжение стабилизатора устанавливается равным величине . Изменение выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки определяется выходным сопротивлением стабилизатора:

.     (7.1)

При  мВ и  мА получим величину порядка 0,3 Ом.

Колебания входного напряжения сглаживаются, благодаря малому дифференциальному сопротивлению стабилитрона . Изменение выходного напряжения составляет:

   (7.2)

Величина  называется коэффициентом стабилизации. Для рассмотренной схемы он лежит в пределах 10÷100.

Если необходимо регулирование выходного напряжения, то используют часть опорного напряжения, снимаемую с движка потенциометра. Схемная реализация такой возможности показана на рис.7.2

Рис.7.2. Модифицированная схема для регулировки выходного напряжения при .

Сопротивление потенциометра может быть мало по сравнению с величиной .

В описанных выше схемах выходное сопротивление стабилизатора определялось параметрами эмиттерного повторителя. Оно может быть ещё больше снижено путём применения регулирующего усилителя, охваченного отрицательной обратной связью. Подобные схемы имеют, как правило, ограниченный выходной ток. Это делается для того, чтобы не перегружать выходные транзисторы в случае, например, короткого замыкания.

Рассмотрим более подробно принцип работы стабилизатора напряжений (рис. 7.3).

Рис.7.3. Принципиальная схема стабилизатора напряжений.

Источником опорного напряжения в данной схеме является стабилитрон . Транзистор  является усилителем напряжения, который усиливает напряжение разбаланса между указанным опорным (на эмиттере ) и частью выходного напряжения, снимаемого с резистора . Ток, снимаемый с коллектора , усиливается усилителем тока на транзисторах , , собранных по схеме Дарлингтона.

Напряжение разбаланса появляется при изменении сопротивления нагрузки. Происходящие при этом изменения тока поддерживают падение напряжения на нагрузке на постоянном уровне (т.е. при, например, уменьшении нагрузки возрастает через неё так, что =const). При уменьшении нагрузки выходное напряжение начинает уменьшаться, также уменьшается напряжение на базе транзистора . Это приводит к большому открытию транзисторов  и , что поднимает напряжение на нагрузке.

Защита в данном стабилизаторе от чрезмерного увеличения силы тока в цепи нагрузки осуществляется следующим образом: при увеличении выходного тока  в нагрузке увеличивается падение напряжения на . При достижении этим напряжением значения, необходимого для открывания транзистора (≈0,6В), Указанный транзистор открывается и шунтирует ток коллектора , что приводит к уменьшению  и  через нагрузку. Ток защиты примерно равен:

     (7.3)

7.2. Экспериментальная установка и методика измерений.

Принципиальная схема исследуемого стабилизатора напряжений была приведена на рис. 2.3. Методика его исследования проста. Зависимость выходного напряжения от нагрузки (или от тока в ней) легко снять, используя вольтметр или миллиамперметр, показанные на рисунке: изменяя положение движка резистора  (т.е., изменяя и ток в нагрузке) по вольтметру снимаются показания. По ним строиться выходная характеристика стабилизатора: .

Давая приращение  входного напряжения, определяют (с помощью, например, вольтметра) приращение выходного напряжения . Их отношение:

,      (7.4) где  - коэффициент стабилизации.

Для определения коэффициента пульсации предлагается воспользоваться закрытым выходом осциллографа (предварительно измерив ), используя чувствительность входа, достаточную для надёжных измерений.

,      (7.5)

7.3. Упражнения.

  1.  Снять и построить выходную характеристику стабилизатора. Определить ток срабатывания защиты стабилизатора.
  2.  В рабочем диапазоне определить коэффициент стабилизации.
  3.  Определить коэффициент пульсаций.

Таблица №1

,мА

,мВ

,Ом

Таблица №2

,мВ

,мВ

 (Среднее)

 (Среднее)

7.4. Контрольные Вопросы.

  1.  Стабилизация напряжения с помощью стабилитрона.
  2.  Назначение стабилитрона.
  3.  Типы стабилитронов и их деление на группы по точности поддержания стабилизуемой величины.
  4.  Основные характеристики стабилизатора.
  5.  Принцип работы последовательного стабилизатора напряжений.
  6.  Транзистор. Его свойства, характеристики, принцип работы.
  7.  Свойства p-n-перехода, причины возникновения потенциального барьера.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2650. Физика твёрдого тела 5.85 MB
  Физика твёрдого тела Лекция Зонная теория твёрдых тел Рассматривая квантовую теорию электропроводности металлов не учитывалось, что положительные ионы кристаллической решётки создают в металле электрическое поле и как вообще появля...
2651. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики 6.81 MB
  Настоящий учебник написан в соответствии с учебной программой предмета «Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики» и предназначен для учащихся электроприборостроительных техникумов, обучающихся по специальности «Производство электро...
2652. Молекулярная физика и термодинамика 1002.96 KB
  Основные положения техники безопасности в лаборатории механики и молекулярной физики. Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса. Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха методом адиабатного расширения. Методика измерения линейных длин с помощью штангенциркуля и микрометра.
2653. Программирование в сетях 1007.68 KB
  Программирование в сетях (курс лекций) Архитектуры информационных приложений. Общая классификация архитектур информационных приложений. Основные технологии построения современных распределенных систем. Технология построения систем...
2654. Инженерные сооружения в транспортном строительстве 716.11 KB
  Инженерные сооружения в транспортном строительстве Тема: "Основные понятия об инженерных сооружениях на автомобильных дорогах. Их значение и необходимость" Инженерные сооружения являются составной частью автодорог: наряду с земельным полотном и дорогами...
2655. Конспект лекций по курсу Национальная экономика 203.12 KB
  Конспект лекций по курсу Национальная экономика. Национальная экономика как система Национальная экономика - это структурированная в отраслевом и региональном пространствах экономическая деятельность в масштабах страны, регулируемая институционализма...
2656. Строительство и ремонт автомобильных дорог 809.63 KB
  Технический прогресс в строительстве и ремонте автомобильных дорог Основные направления технического прогресса в дорожном хозяйстве Внедрение новой техники Повышение уровня механизации Организация и обслуживание рабочих мест...
2657. Теория физики и энергетических цепей 575.03 KB
  Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока. Разветвленными называются цепи, содержащие узлы, т. е. точки, к которым подходит не менее трех проводников. Поскольку энергия в узлах накапливаться не может, сумма токов, притекающих в любой момент...
2658. Современные принципы использования и содержания жилья 130 KB
  Современные принципы использования и содержания жилья. Реформа ЖКХ и современные формы собственности жилья. Государственный и муниципальный контроль технической эксплуатации зданий. Система нормативных документов по технической эксплуатации зданий....