stabil, Elektrotechnika, Materiały cudze, Elektrotechnika new, 3seria

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
BADANIE STABILIZATORÓW NAPIĘCIA STAŁEGO
Strona 1/7
BADANIE STABILIZATORÓW NAPIĘCIA STAŁEGO
1. Wiadomości wstępne
Stabilizatory napięć stałych są układami elektronicznymi utrzymującymi stałą wartość
napięcia wyjściowego, niezależnie od zmian napięcia wejściowego, prądu obciążenia,
temperatury, czasu pracy itp. Stosuje się je w zasilaczach urządzeń elektronicznych, których
poprawne działanie wymaga stabilnego napięcia zasilania.
Zależnie od sposobu sterowania regulatora, tzn. elementu lub układu, przez który
przekazywana jest energia, układy stabilizatorów dzieli się na: parametryczne, kompensacyjne
i impulsowe. W pierwszych dwóch rodzajach stabilizatorów regulator działa w sposób ciągły,
zaś w trzecim impulsowo.
W zależności od sposobu dołączenia regulatora do źródła napięcia rozróżnia się
stabilizatory: szeregowe i równoległe.
1.1 Parametry stabilizatorów napięcia stałego
Schemat blokowy typowego zasilacza stabilizowanego przedstawiono na rys. 15.1.
Stabilizator jest przedstawiony jako czwórnik, tzn. element czterozaciskowy, mający
dwie pary uporządkowanych zacisków, z których jedna jest wejściem, a druga wyjściem.
Wymuszeniem są: napięcie wejściowe Uwe i prąd wejściowy Iwe, a odpowiedzią: napięcie
wyjściowe Uwy i prąd obciążenia Iwy.
Zasadnicze parametry charakteryzujące stabilizator to:
-
współczynnik stabilizacji napięcia K
U
,
-
rezystancja wyjściowa stabilizatora r
o
,
-
termiczny współczynnik stabilizacji napięcia K
T
,
-
czasowy współczynnik stabilizacji napięcia K
t
,
-
zakres stabilizowanych napięć U
we1
U
we2
· - minimalny prąd obciążenia I
wymin
-
maksymalny prąd obciążenia I
wymax
Właściwości stabilizatora określają charakterystyki:
- napięciowa Uwy = f(Uwe), przy stałym natężeniu prądu obciążenia i stałej temperaturze
pracy,
- obciążenia Uwy = f(Iwy), przy stałym napięciu wejściowym i stałej temperaturze pracy.
Na podstawie charakterystyki napięciowej można określić
współczynnik stabilizacji
napięcia:

U
wy
K


(15.1)
U
U
we
a na podstawie charakterystyki obciążenia rezystancję wyjściową stabilizatora:
 BADANIE STABILIZATORÓW NAPIĘCIA STAŁEGO
Strona 2/7
U
r


wy

(15.2)
o
I
wy
Wpływ temperatury na stabilizator przedstawia temperaturowy współczynnik
stabilizacji określany zależnością:
K
wy

(15.3)

T

T
przy U
we
= const i I
wy
= const.
Czasowy współczynnik stabilizacji, uwzględniający zmiany napięcia w jednostce czasu
wynikające z procesu starzenia się elementów, jest definiowany:
U
K
wy
t


(15.4)

t
przy U
we
= const, I
wy
= const i T = const.
1.2. Stabilizatory parametryczne
W stabilizatorach parametrycznych (rys. 15.2) efekt stabilizacji uzyskiwany jest dzięki
właściwościom samego regulatora. Regulatorem w tym układzie może być: warystor, lampa
jarzeniowa i przede wszystkim stabilistor (dioda Zenera).
Podstawowy układ stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera przedstawiono na rys.
15.3.
Rys. 15.3. Schemat podstawowego układu stabilizatora parametrycznego
Układ ten umożliwia uzyskanie współczynnika stabilizacji w zakresie 0,05  0,005 oraz
rezystancji wyjściowej od 1 do 100. Sprawność tych układów określona zależnością:
U
I
wy
wy
max



100
%
(15.5)
U
I
we
we
 BADANIE STABILIZATORÓW NAPIĘCIA STAŁEGO
Strona 3/7
waha się w granicach 20=30%. Tak niska sprawność jest zasadniczą
wadą stabilizatorów
parametrycznych.
1.3. Stabilizatory kompensacyjne
W stabilizatorach kompensacyjnych sygnał sterujący regulatorem jest uzyskiwany drogą
ciągłego porównywania wartości napięcia stabilizowanego z wartością napięcia źródła
odniesienia
Rys. 15.4. Schemat blokowy stabilizatora kompensacyjnego
W stabilizatorach kompensacyjnych zbudowanych zgodnie ze schematem blokowym
pokazanym na rys. 15.4 układ porównujący odgrywa zazwyczaj jednocześnie rolę
wzmacniacza błędu. Najczęściej stosowane są tranzystorowe wzmacniacze prądu stałego lub
wzmacniacze różnicowe, a także wzmacniacze operacyjne. Wzmocnienie sygnału błędu w
pętli sprzężenia zwrotnego jest czynnikiem decydującym o wartości współczynnika stabilizacji.
Typowe stabilizatory kompensacyjne umożliwiają uzyskanie wartości rezystancji
wyjściowej w granicach 1 - 50 m i współczynnika stabilizacji 0,0001 - 0,01. Sprawność tego
typu Stabilizatorów wynosi 60=70%. Wadą ich jest wrażliwość na przeciążenia i zwarcia na
wyjściu.
1.4. Stabilizatory impulsowe
Stabilizatory impulsowe działają na zasadzie sprzężenia zwrotnego, przy czym
sterowanie regulatorem odbywa się impulsowo. Wielkością podlegającą regulacji nie jest
rezystancja, lecz wypełnienie ciągu impulsów przełączających regulator ze stanu przewodzenia
do stanu blokowania. Schemat blokowy takiego urządzenia przedstawiono na rys. 15.5.
BADANIE STABILIZATORÓW NAPIĘCIA STAŁEGO
Strona 4/7
Rys. 15.5. Schemat blokowy stabilizatora impulsowego
Regulatorami w tych układach są najczęściej tranzystory lub tyrystory. Sprawność
stabilizatorów impulsowych dochodzi do 95%. Wadami stabilizatorów impulsowych są:
- znaczna amplituda tętnień napięcia wyjściowego,
- duża bezwładność stabilizacji,
- niskie parametry dynamiczne przy skokowych zmianach obciążenia,
- tendencja do wzbudzania się.
1.5. Stabilizatory scalone
Oprócz układów dyskretnych, w praktyce często spotyka się układy stabilizatorów
scalonych. Można je podzielić na dwie grupy: hybrydowe i monolityczne.
Stabilizatory hybrydowe umożliwiają stabilizację napięć w zakresie od 3V do 100V oraz
zapewniają współczynnik stabilizacji ok. 0,0005 i rezystancję wyjściową 10 - 50 m.
Stabilizatory scalone monolityczne można podzielić na:
- uniwersalne, o regulowanym napięciu wyjściowym przy pomocy zewnętrznego dzielnika
rezystancyjnego,
- ustalonym napięciu wyjściowym.
Zastosowanie monolitycznych układów scalonych upraszcza projektowanie i konstrukcję
zasilaczy, umożliwia ich miniaturyzację oraz poprawia parametry stabilizacji i zwiększa
niezawodność urządzenia.
2. Program ćwiczenia
2.1. Badanie stabilizatora parametrycznego
Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rys. 15.6. Dla dwóch wartości prądu obciążenia: 0,1
I
wymax
i 0,5 I
wymax
wyznaczyć charakterystykę napięciową stabilizatora. Przed włączeniem
zasilacza nastawić maksymalną wartość rezystancji obciążenia R
o
. Pomiar rozpocząć od
nastawienia dopuszczalnego napięcia wejściowego stabilizatora U
wemax
Napięcie na wejściu
zmniejsza się potencjometrem R
1
do wartości, przy której układ traci właściwości
stabilizacyjne. Wartość prądu obciążającego I
wy
reguluje się potencjometrem Ro,
BADANIE STABILIZATORÓW NAPIĘCIA STAŁEGO
Strona 5/7
utrzymując w czasie pomiarów jedną z dwu zadanych wartości prądu. Wyznaczyć 8 - 10
punktów pomiarowych. Wyniki zanotować w tabeli 15.1.
Rys. 15.6. Układ do badania stabilizatora parametrycznego
Tabela 15.1
U
we
U
wy
Dla dwóch wartości napięcia wejściowego (podanych przez prowadzącego zajęcia)
wyznaczyć charakterystyki obciążenia. Po nastawieniu zadanej wartości napięcia wejściowego
przy użyciu potencjometru R
o
zmieniać prąd obciążenia w granicach od I
wymax
do zera.
Wykonać 8 - 10 punktów pomiarowych. Wyniki zestawić w tabeli 15.2.
Tabela 15.2
U
wy
I
wy
2.2. Badanie stabilizatora scalonego
Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rys. 15.7. Dla dwóch wartości prądu obciążenia (0,1
I
wymax
i 0,5 I
wymax
) wyznaczyć charakterystyki napięciowe. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli
15.3.
Rys. 15.7. Układ do badania stabilizatora scalonego
  [ Pobierz całość w formacie PDF ]