REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU R C E Z w B I Ł G O R A J U LABORATORIUM pomiarów elektronicznych UKŁADÓW ANALOGOWYCH Ćwiczenie 5: Pomiar parametrów i charakterystyk scalonych Stabilizatorów Napięcia i prądu Opracował mgr inż. Artur Kłosek Biłgoraj 2014
Przeczytaj w domu i zapamiętaj!!! wiedza niezbędna podczas wykonywania ćwiczenia. ^ Charakterystyka przejściowa U WY = f(u we ) stabilizatora napięcia. 6 Charakterystyka przejściowa stabilizatora napięcia ΔUwy 5 4 Uwy [V] 3 2 1 ΔUwe 0 0 5 10 15 Uwe [V] 20 25 30 35 W punkcie załamania charakterystyki przejściowej wyznaczamy minimalne napięcie stabilizacji U WYmin i odpowiadające mu U WEmin. Wartości U WYmax i U WEmax to końcowe wyniki pomiarów. Na podstawie tych wartości można obliczyć współczynnik stabilizacji napięcia ze wzoru: S U U WEmax U WEmin 100 % = U WY U WE 100 %. Charakterystyka obciążeniowa U wy = f(i WY ) stabilizatora napięcia. 6 Charakterystyka obciążeniowa stabilizatora napięcia U WYmax U WYmin 5 4 Uw y [V] 3 2 1 0 I WYmax 0 20 40 60 Iw80 y [ma] 100 120 140 160 W punkcie załamania charakterystyki obciążeniowej wyznaczamy prąd znamionowy stabilizatora I WYmax oraz odpowiadające mu napięcie U WYmin. Napięcie U WYmax to napięcie stanu jałowego. Na podstawie tych wartości można obliczyć obciążeniowy współczynnik stabilizacji (zmienność napięcia) ze wzoru: S UI U WYmax 100%.
Charakterystyka obciążeniowa I wy = f(u WY ) stabilizatora Prądu. I WYmax I WYmin 100 Iwy [ma] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Charakterystyka obciążeniowa stabilizatora prądu 0 0 0,5 1 1,5 Uwy 2 [V] 2,5 3 3,5 4 W punkcie załamania charakterystyki obciążeniowej wyznaczamy prąd minimalny stabilizatora I WYmin. Prąd I WYmax to prąd stanu jałowego. Na podstawie tych wartości można obliczyć obciążeniowy współczynnik stabilizacji prądu (zmienność prądu) ze wzoru: S I = I WYmax I WYmin I WYmax 100 %
Program ćwiczenia. U 1. Pomiar charakterystyki przejściowej U WY = f(u we ) w stanie jałowym stabilizatorów napięcia lm 317 i lm 723. 1.1. Do wejścia stabilizatora napięcia LM 317 podłącz zasilacz regulowany i zmieniając napięcie wejściowe od 0 do 30V, wyznacz charakterystykę przejściową U WY = f(u WE ) stabilizatora LM 317 dla minimalnego położenia potencjometru. 1.2. Do wejścia stabilizatora napięcia LM 317 podłącz zasilacz regulowany wykorzystując połączenie szeregowe obu sekcji zasilacza (wciśnięty przycisk SERIAL, skrajne zaciski + - ) i zmieniając napięcie wejściowe od 0 do 60V, wyznacz charakterystykę przejściową U WY = f(u WE ) stabilizatora LM 317 dla maksymalnego położenia potencjometru. 1.3. Zakres regulacji napięcia stabilizowanego stabilizatora LM 317 U WY = od...v do...v. 1.4. Do wejścia stabilizatora napięcia LM 723 podłącz zasilacz regulowany i zmieniając napięcie wejściowe od 0 do 30V, wyznacz charakterystykę przejściową U WY = f(u WE ) stabilizatora LM 723. potencjometr min LM 317 potencjometr max LM 723 U WEmin =...V U WYmin =...V U WEmin =...V U WYmin =...V U WEmin =...V U WYmin =...V U WE [V] U WY [V] U WE [V] U WY [V] U WE [V] U WY [V] 1.5. Na podstawie pomiarów wyznacz współczynniki stabilizacji napięcia S U stabilizatorów. S T A B I L I Z A T O R N A P I Ę C I A LM 317 LM 723 S U U WEmax U WEmin 100 % = S U U WEmax U WEmin 100% = = 100 % = = 100 % =
2. Pomiar charakterystyki obciążeniowej U wy = f(i WY ) stabilizatorów napięcia lm 317 i lm 723. 2.1. Ustaw potencjometr regulacji napięcia stabilizatora napięcia LM 317 na minimum, a do wyjścia podłącz rezystor dekadowy, oblicz wartość rezystancji obciążenia, tak aby prąd wyjściowy wynosił I WY = 10mA. Ustaw obliczoną wartość rezystancji na rezystorze dekadowym wykorzystując jak największą ilość dekad ustawionych na maksimum. Do wejścia stabilizatora podłącz zasilacz regulowany ustawiając napięcie wejściowe o wartości U WE = 5V. 2.2. Wyznacz charakterystykę obciążeniową U WY = f(i WY ) stabilizatora napięcia LM 317, zwiększając obciążenie od I WY = 10mA do I WY = 1A (zwracaj uwagę na prąd maksymalny używanych dekad rezystora, aby nie uległy uszkodzeniu). Pierwszy pomiar wykonaj dla stanu jałowego, rozwierając obwód obciążenia. S T A B I L I Z A T O R N A P I Ę C I A LM 317 LM 723 I WY [ma] U WY [V] I WY [ma] U WY [V] 0 0 2.3. Do wyjścia stabilizatora napięcia LM 723 podłącz żółty rezystor dekadowy 10x1Ω, a do wejścia stabilizatora podłącz zasilacz regulowany, ustawiając napięcie wejściowe o wartości U WE = 15V. 2.4. Wyznacz charakterystykę obciążeniową U WY = f(i WY ) stabilizatora napięcia LM 723, zmniejszając rezystancję obciążenia od 10Ω, aż do zwarcia. Pierwszy pomiar wykonaj dla stanu jałowego, rozwierając obwód obciążenia. 2.5. Na podstawie pomiarów wyznacz obciążeniowe współczynniki stabilizacji napięcia S UI (zmienność napięcia) dla poszczególnych stabilizatorów. S T A B I L I Z A T O R LM 317 LM 723 S UI U WYmax 100 % = S UI U WYmax 100 % = = 100% = = 100% =
3. Pomiar charakterystyk przejściowej I WY = f(u we ) i obciążeniowej I WY = f(u wy ) stabilizatora prądu lm 317. 3.1. Do wyjścia stabilizatora prądu LM 317 podłącz rezystor dekadowy ustawiając jego rezystancję na 0Ω (stan jałowy źródła prądu), a do wejścia stabilizatora podłącz zasilacz regulowany i ustaw napięcie wejściowe, przy którym układ LM 317 stabilizuje. Następnie za pomocą potencjometru ustaw prąd stabilizacji o wartości I WY = 100mA. 3.2. Zmieniając napięcie wejściowe od 0 do 30V, wyznacz charakterystykę przejściową I WY = f(u WE ) stabilizatora prądu LM 317. 3.3. Do wyjścia stabilizatora prądu LM 317 podłącz rezystor dekadowy ustawiając jego rezystancję na 0Ω (stan jałowy źródła prądu), a do wejścia stabilizatora podłącz zasilacz regulowany i ustaw napięcie wejściowe U WE = 5V. Następnie za pomocą potencjometru ustaw prąd stabilizacji o wartości I WY = 100mA. 3.4. Zmieniając rezystancję obciążenia od 0Ω do wartości, przy której prąd wyjściowy zmaleje do wartości I WY = 1mA, wyznacz charakterystykę obciążeniową I WY = f(u WY ) stabilizatora prądu LM 317. charakterystyka przejściowa S T A B I L I Z A T O R P R Ą D U L M 3 1 7 charakterystyka obciążeniowa U WE [V] I WY [ma] U WY [V] I WY [ma] 4. Badanie układu zwiększającego prąd wyjściowy stabilizatora napięcia. 4.1. Do wyjścia układu zwiększającego prąd wyjściowy stabilizatora napięcia podłącz rezystor dekadowy, oblicz wartość rezystancji obciążenia, tak aby prąd wyjściowy wynosił I WY = 100mA. Ustaw obliczoną wartość rezystancji na rezystorze dekadowym wykorzystując jak największą ilość dekad ustawionych na maksimum. Do wejścia stabilizatora podłącz zasilacz regulowany ustawiając napięcie wejściowe o wartości U WE = 6V. Podłącz amperomierze A 1, A 2, A 4, a zaciski amperomierza A 3 zewrzyj. 4.2. Zwiększając obciążenie od I WY = 100mA do I WY = 1A zaobserwuj podział prądu wyjściowego (A 4 ) na prąd tranzystora (A 1 ) i prąd układu scalonego (A 2 ). Zanotuj wskazania amperomierzy i woltomierza. U WY [V] A 4 I WY [A] A 1 I TRANZYSTORA [A] A 2 I LM317 [A]
Schematy układów ćwiczeniowych. LM 317 LM 317 R=240Ω R=12Ω Uwe 0,1µ F 1µ F Uwy R=4,7kΩ Uwe 1µ F 4 7 µ F Uwy R=1kΩ Scalony stabilizator napięcia LM 317 Scalony stabilizator prądu LM 317 2N3055 R S 12 11 U CC U C WY 10 R 1 6 U ref WE R 3 5 + 723 OP 2 CP 3 R 5 C WY WY - 4 R 4 GND 7 COMP 13 R 2 C COMP Scalony stabilizator napięcia LM 723 R=0,68Ω A 1 A 4 Uwe A 3 100nF R=240Ω LM 317 R=240Ω V A2 1µ F R OBC Układ zwiększający prąd wyjściowy stabilizatora
opracowanie ćwiczenia. wskazówki niezbędne podczas wykonywania sprawozdania. U Sprawozdanie wykonaj według kolejnych podpunktów zamieszczonych w programie ćwiczenia. Narysuj blokowe schematy pomiarowe (w przypadku układu zwiększającego prąd wyjściowy do 1A - schemat ideowy). Opisz sposoby pomiarów poszczególnych charakterystyk. Wykreśl zmierzone charakterystyki i zaznacz na nich zakresy stabilizacji U WY lub I WY. Oblicz współczynniki stabilizacji napięcia i obciążeniowe współczynniki stabilizacji napięcia (zmienności napięcia) dla stabilizatora napięcia oraz obciążeniowy współczynnik stabilizacji prądu (zmienność prądu) dla stabilizatora prądu. Wyjaśnij zachowanie amperomierzy w układzie zwiększającym prąd wyjściowy do 1A. lub Przykładowe zadanie zaliczeniowe. wskazówki niezbędne podczas zaliczenia. Zmierz charakterystykę przejściową U WY = f(u WE ) scalonego stabilizatora napięcia LM 317, dla minimalnej rezystancji potencjometru regulacyjnego, dla zakresu napięć wejściowych (0 30)V. Zmierz charakterystykę obciążeniową U WY = f(i WY ) scalonego stabilizatora napięcia LM 317, dla minimalnej rezystancji potencjometru regulacyjnego, rozpoczynając od prądu obciążenia I WY = 10mA do wartości I WY = 1A. Wykreśl zmierzoną charakterystykę przejściową, zaznacz na niej zakres stabilizacji i wyznacz na podstawie pomiarów współczynnik stabilizacji napięcia. Wykreśl zmierzoną charakterystykę obciążeniową, zaznacz na niej zakres stabilizacji i wyznacz na podstawie pomiarów obciążeniowy współczynnik stabilizacji napięcia (zmienność napięcia). Zmierz charakterystykę przejściową I WY = f(u WE ) scalonego stabilizatora prądu LM 317, dla wartości prądu stabilizacji I WY = 70mA, dla zakresu napięć wejściowych (0 30)V. Zmierz charakterystykę obciążeniową I WY = f(u WY ) scalonego stabilizatora prądu LM 317, dla wartości prądu stabilizacji I WY = 70mA, rozpoczynając od stanu jałowego, kończąc w momencie, gdy prąd wyjściowy osiągnie wartość I WY = 10mA. Wykreśl zmierzoną charakterystykę przejściową i zaznacz na niej zakres stabilizacji. Wykreśl zmierzoną charakterystykę obciążeniową, zaznacz na niej zakres stabilizacji i wyznacz na podstawie pomiarów obciążeniowy współczynnik stabilizacji prądu (zmienność prądu).