Ćwiczenie 8. Badanie zasilaczy i stabilizatorów napięcia stałego.

Transkrypt

1 Ćwiczenie 8 Badanie ilaczy i stabilizatorów napięcia stałego. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z własnościami i podstawomi parametrami układów ilaczy i stabilizatorów napięcia stałego. W trakcie ćwiczenia badane są właściwości ilaczy z prostownikiem dwupołówkom w układzie mostkom (Graetza) przy różnych iążeniach, oraz trzy układy stabilizatorów napięcia stałego: parametryczny, szerego i równoległy. Wiadomości podstawowe Zasilacze Do ilania układów elektronicznych magane jest zkle źródło napięcia stałego natomiast w sieci energetycznej jest napięcie przemienne. Z tego powodu ilacz składa się z transformatora dostosowującego napięcie, prostownika i filtru. Rys. 1. Schemat prostownika dwupołówkowego z filtrem RC i z filtrem RL. Rys. 2. Przebiegi napięcia jściowego U C i prądu jednej diody I D w prostowniku dwupołówkom z filtrem RC. BDNIE ZSILCZY I STBILIZTORÓW NPIĘCI STŁEGO 1

2 Zkle analizę układów prostownikoch prowadzi się rozważając odcinki cu w których można określić aktualnie przewodzące lub nieprzewodzące diody a charakterystykę diody tępuje się jej liniom modelem. W każdym z odcinków cu znacza się chwilę w której wartość prądu diody przechodzi przez zero lub napięcie na nieprzewodzącej diodzie staje się dodatnie. Wartości te określają koniec jednego odcinka cu i zarazem początek oraz warunki początkowe następnego. Wynik takiej analizy dla prostownika dwupołówkowego z filtrem RC przedstawiono na rys. 2. W celu porównania na rysunku umieszczono przebieg napięcia U R dla przypadku, gdy nie ma pojemności. Dla tak iążonych prostowników prąd diody płynie w cie znacznie krótszym od półokresu i osiąga duże wartości maksymalne (przeciążenie prądowe diody) a jego wartość średnia jest równa połowie wartości średniej prądu iążenia. Napięcie tętnień jest tym mniejsze im większy jest stosunek stałej R C do okresu napięcia ilającego. Wartość średnia napięcia jściowego jest zbliżona do wartości maksymalnej napięcia przemiennego. Dlatego prostowniki z filtrem RC stosuje się przy dużych wartościach rezystancji iążenia. Na rys. 3 przedstawiono przebiegi prądu diody I D oraz napięcia wejściowego prostownika z filtrem RL. Prąd diody I D ma w tym przypadku kształt zbliżony do prostokąta (nie ma przeciążeń) a wartość napięcia tętnień jest tym mniejsza im większy jest stosunek stałej L/R do okresu napięcia ilającego. Wartość średnia napięcia jściowego jest zbliżona do wartości średniej prostowanego napięcia przemiennego. Dlatego prostowniki z filtrem LR stosuje się przy małych wartościach rezystancji iążenia. Rys. 3. Przebiegi napięcia jściowego U i prądu jednej z diod l D dla prostownika dwu-połówkowego z filtrem LR. Stabilizatory napięcia stałego Do ilania większości urządzeń elektronicznych magane jest napięcie stałe o wartości w miarę niezmiennej. Stałość napięcia w sieci energetycznej w tych przypadkach jest zkle niestarczająca i stąd pojawia się konieczność stosowania układów stabilizujących napięcie ilania. Każdy stabilizator napięcia złożony jest ze źródła napięcia odniesienia, układu porównującego napięcie jściowe z napięciem odniesienia, wzmacniacza błędu i układu sterującego napięcie. Rys. 4. Sposoby połączenia elementu sterowanego z iążeniem a) równoległy b) szerego. BDNIE ZSILCZY I STBILIZTORÓW NPIĘCI STŁEGO 2

3 Odpowiednio do sposobu połączenia elementu sterowanego (zkle tranzystora) z iążeniem mówimy o stabilizatorach równoległych (Rys.4a) i szeregoch (Rys. 4b). W przypadku, gdy jako element sterowany w stabilizatorze równoległym jest tosowana dioda Zenera mówimy o stabilizatorze parametrycznym. W stabilizatorze równoległym element sterowany nie jest narażony na zwarcie iążenia R. Moc pobierana ze źródła CC nie zależy od iążenia (w zakresie stabilizacji napięcia jściowego) stąd sprawność takiego stabilizatora maleje wraz ze zmniejszaniem prądu jściowego. Z uwagi na stałą sprawność niezależną od iążenia częściej stosuje się stabilizatory szeregowe. Ogólnie napięcie jściowe stabilizatora można przedstawić jako funkcję napięcie ilania i prądu iążenia: U f U, I Różniczka zupełna napięcia jściowego niesie: du du I Przechodząc do przyrostów skończonych i wprowadzając nowe oznaczenia: U gdzie: S u - współczynnik stabilizacji napięcia R - rezystancja jściowa przy czym: S u S u R R I di I Głównymi parametrami stabilizatora określającymi jego przydatność do konkretnego tosowania są; napięcie jściowe i zakres jego zmian, maksymalne i minimalne napięcie ilania, maksymalny i minimalny prąd iążenia, maksymalny prąd pobierany z ilacza. Wykonanie ćwiczenia Wygląd płyty czołowej zestawu pomiarowego i schematy układów pomiaroch pokazane są na rys. 5. Wyboru układu pomiarowego dokonujemy czteropozycyjnym przełącznikiem Rodzaj pomiaru na płycie czołowej. Badanie ilaczy z filtrami typu R, RC i RL. Rodzaj iążenia bieramy przełącznikiem P1. Oscyloskop należy podłączyć odpowiednio do gniazd Os1 i Os2. Pomiędzy punktem podłączenia kanału 1 oscyloskopu a węzłem mostka Graetza włączony jest (nie zaznaczony na schemacie) rezystor o małej wartości, umożliwiający obserwację prądu płynącego przez diodę. Należy zaobserwować na oscyloskopie przebiegi prądu w diodach prostowniczych i kształt napięcia jściowego dla trzech rodzajów iążenia. Przy rejestracji przebiegów oscyloskopoch zaznaczyć położenie poziomu zera. Opisać (dorysować osi układu współrzędnych z zaznaczonymi nazwami wielkości i ich jednostkami) oraz omówić zarejestrowane przebiegi. BDNIE ZSILCZY I STBILIZTORÓW NPIĘCI STŁEGO 3

4 1 Os2 P1 Os1 2 3 C L Rodzaj pomiaru 1. prostownik z mostkiem Greatza 2. stabilizator parametryczny 3. stabilizator szerego 4. stabilizator równoległy P1 Os1 Os2 Rys. 5. Widok stanowiska pomiarowego wraz ze schematami układów pomiaroch. Badanie stabilizatorów napięcia stałego Schematy pomiarowe badanych układów (stabilizator parametryczny, szerego, równoległy) pokazane są na rys. 5. Wyboru układu dokonujemy przełącznikiem Rodzaj pomiaru. Dla każdego z układów należy znaczyć następujące charakterystyki: U =f(u we ), P we =f(u we ). P =f(u we ), =f(u we ) przy I =const, U =f(i ), P we =f(i ). P =f(i ), =f(i ) przy U we =const. BDNIE ZSILCZY I STBILIZTORÓW NPIĘCI STŁEGO 4

5 Zmiany napięcia wejściowego dokonujemy zmieniając napięcie ilacza. Zmiany prądu iążenia potencjometrem R o na płycie czołowej zestawu pomiarowego. Wszystkie charakterystyki zmierzyć dla kilku (minimum 3) wartości parametru. Każdorazowo przed przystąpieniem do właścich pomiarów należy dokonać próbnej regulacji wszystkich wielkości. Na tej podstawie określić zakres ich zmian, charakter zmian (szybkie, powolne), oraz zakresy stabilizacji. Należy również obrać wartości parametrów, dla których będą mierzone poszczególne charakterystyki. Dopiero wtedy przystąpić do właścich pomiarów. Każdy rodzaj charakterystyk dla poszczególnych układów przedstawić na jednym (wspólnym) kresie. Jeżeli ze względu na zakres mierzonych wielkości można przedstawić na wspólnym kresie charakterystyki różnych układów należy to - dla celów porównawczych - zrobić. Na podstawie kreślonych zależności znaczyć dla każdego układu współczynnik stabilizacji i rezystancję jściową. Należy to zrobić korzystając z najlepszych spośród znaczonych charakterystyk. Podać, w oparciu o jakie kryterium brana charakterystyka została uznana za najlepszą. Literatura S. Seely - Układy elektroniczne. J. Pawłowski - Układy elektroniczne, część druga Notatki z kładu. BDNIE ZSILCZY I STBILIZTORÓW NPIĘCI STŁEGO 5