I we. F (filtr) U we. Rys. 1. Schemat blokowy układu zasilania odbiornika prądu stałego z sieci energetycznej z zastosowaniem stabilizatora napięcia



Podobne dokumenty
STABILIZATORY NAPIĘCIA STAŁEGO. 1. Wiadomości wstępne

Ć w i c z e n i e 1 6 BADANIE PROSTOWNIKÓW NIESTEROWANYCH

STABILIZATORY NAPIĘCIA STAŁEGO O DZIAŁANIU CIĄGŁYM

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI PARAMETRYCZNY STABILIZATOR NAPIĘCIA

Laboratorium Analogowych Układów Elektronicznych Laboratorium 6

Ćwiczenie 7: Sprawdzenie poprawności działania zasilacza REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 2

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6a

Akustyczne wzmacniacze mocy

STABILIZATORY NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO O DZIAŁANIU CIĄGŁYM Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

ARKUSZ EGZAMINACYJNY

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

Zbiór zadań z elektroniki - obwody prądu stałego.

Ćwiczenie 5: Pomiar parametrów i charakterystyk scalonych Stabilizatorów Napięcia i prądu REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Elementy i obwody nieliniowe

Rys Schemat parametrycznego stabilizatora napięcia

BADANIE DIOD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Zasilacze: prostowniki, prostowniki sterowane, stabilizatory

Przykładowe zadanie egzaminacyjne dla kwalifikacji E.20 w zawodzie technik elektronik

Uniwersytet Pedagogiczny

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

Własności i zastosowania diod półprzewodnikowych

Ćwiczenie nr 34. Badanie elementów optoelektronicznych

Ćwiczenie 8. Badanie zasilaczy i stabilizatorów napięcia stałego.

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 9

Liniowe stabilizatory napięcia

Uniwersytet Pedagogiczny

PL B1. AZO DIGITAL SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Gdańsk, PL BUP 20/10. PIOTR ADAMOWICZ, Sopot, PL

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 123: Półprzewodnikowe złącze p-n

Własności i zastosowania diod półprzewodnikowych

Ćwiczenie: "Właściwości wybranych elementów układów elektronicznych"

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych test kompetencji zagadnienia

STABILIZATOR NAPIĘCIA

Stabilizacja napięcia. Prostowanie i Filtracja Zasilania. Stabilizator scalony µa723

WIECZOROWE STUDIA ZAWODOWE LABORATORIUM OBWODÓW I SYGNAŁÓW

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Ćwiczenie 01. Temat: Własności diody Zenera Cel ćwiczenia

transformatora jednofazowego.

Stabilizatory liniowe (ciągłe)

BADANIE UKŁADÓW CYFROWYCH. CEL: Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości statycznych układów cyfrowych serii TTL. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 7

ELEKTRONIKA WYPOSAŻENIE LABORATORIUM DYDAKTYCZNEGO POMOC DYDAKTYCZNA DLA STUDENTÓW WYDZIAŁU ELEKTRYCZNEGO SERIA: PODSTAWY ELEKTRONIKI

Ćwiczenie nr 123: Dioda półprzewodnikowa

Ćwiczenie - 3. Parametry i charakterystyki tranzystorów

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5

Rozwiązanie zadania opracowali: H. Kasprowicz, A. Kłosek

Ć w i c z e n i e 1 POMIARY W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 11

41 Przekształtniki napięcia przemiennego na napięcie stałe - typy, praca prostownika sterowanego

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Ćw. III. Dioda Zenera

Akademia Górniczo Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział IEiT. Ćwiczenie laboratoryjne Badanie modułu fotowoltaicznego

Pomiar parametrów tranzystorów

Ćwiczenie 4: Pomiar parametrów i charakterystyk wzmacniacza mocy małej częstotliwości REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

8 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Politechnika Białostocka

Ćwiczenie nr 9. Pomiar rezystancji metodą porównawczą.

Badanie diod półprzewodnikowych

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

Ćwiczenie - 9. Wzmacniacz operacyjny - zastosowanie nieliniowe

Badanie diody półprzewodnikowej

Badanie układów prostowniczych

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 6b

Realizacja regulatorów analogowych za pomocą wzmacniaczy operacyjnych. Instytut Automatyki PŁ

Temat: Badanie własności elektrycznych p - pulsowych prostowników niesterowanych

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Badanie wzmacniacza operacyjnego

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

Zespół Szkół Łączności w Krakowie. Badanie parametrów wzmacniacza mocy. Nr w dzienniku. Imię i nazwisko

Ćwiczenie 4. Pomiary rezystancji metodami technicznymi

ELEKTRONIKA WYPOSAŻENIE LABORATORIUM DYDAKTYCZNEGO

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 10

PRACOWNIA ELEKTRYCZNA I ELEKTRONICZNA. Zespół Szkół Technicznych w Skarżysku-Kamiennej. Sprawozdanie

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5b

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE

Pomiar oporu elektrycznego za pomocą mostka Wheatstone a

IMPULSOWY PRZEKSZTAŁTNIK ENERGII Z TRANZYSTOREM SZEREGOWYM

12. Zasilacze. standardy sieci niskiego napięcia tj. sieci dostarczającej energię do odbiorców indywidualnych

(57) 1. Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B2 PL B2 H02M 3/315. fig.

Technik elektronik 311[07] moje I Zadanie praktyczne

PODSTAWOWE ELEMENTY ELEKTRONICZNE DIODA PROSTOWNICZA. W diodach dla prądu elektrycznego istnieje kierunek przewodzenia i kierunek zaporowy.

Źródła zasilania i parametry przebiegu zmiennego

Rys. 1 Schemat układu L 2 R 2 E C 1. t(0+)

SERIA IV ĆWICZENIE 4_3. Temat ćwiczenia: Badanie termistorów i warystorów. Wiadomości do powtórzenia:

LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

Zasilanie diod LED w aplikacjach oświetleniowych AC liniowym, szeregowym regulatorem prądu układ CL8800 firmy Microchip (Supertex)

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Podstawy Elektroniki dla TeleInformatyki. Diody półprzewodnikowe

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH LABORATORIUM ELEKTRYCZNE.

AC/DC. Jedno połówkowy, jednofazowy prostownik

LABORATORIUM ELEKTRONIKI UKŁAD REGULACYJNY STABILIZATORA

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

Politechnika Białostocka

Ćwiczenie - 2 DIODA - PARAMETRY, CHARAKTERYSTYKI I JEJ ZASTOSOWANIE

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

Politechnika Białostocka

Dioda półprzewodnikowa

Transkrypt:

22 ĆWICZENIE 3 STABILIZATORY NAPIĘCIA STAŁEGO Wiadomości wstępne Stabilizatory napięcia stałego są to układy elektryczne dostarczające do odbiornika napięcie o stałej wartości niezależnie od zmian w określonych granicach: napięcia wejściowego, prądu obciążenia, temperatury i czasu. Schemat blokowy układu zasilania odbiornika prądu stałego z sieci energetycznej prądu przemiennego z zastosowaniem stabilizatora napięcia przedstawia rys. I we I wy U TR (transformator) P (prostownik) F (filtr) U we Stabilizator U wy Odbiornik Rys. Schemat blokowy układu zasilania odbiornika prądu stałego z sieci energetycznej z zastosowaniem stabilizatora napięcia Transformator TR obniża napięcie sieci do wymaganej wartości, prostownik P zamienia napięcie przemienne na jednokierunkowe, filtr pojemnościowy F wygładza napięcie jednokierunkowe. Podstawowe parametry stabilizatorów napięcia Podstawowymi parametrami stabilizatorów napięcia stałego są: - znamionowe napięcie wyjściowe, - zakres zmian napięcia wejściowego, - współczynnik stabilizacji, - rezystancja wyjściowa. Znamionowe napięcie wyjściowe to napięcie, na które stabilizator został zaprojektowany i wykonany. Zakres zmian napięcia wejściowego określa minimalną U we min i maksymalną wartość U we max napięcia wejściowego, przy której stabilizator poprawnie pracuje (rys. 2a). Współczynnik stabilizacji napięcia K U : U wy KU =, () U gdzie: U wy - zmiana napięcia wyjściowego odpowiadająca zmianie napięcia wejściowego U we (rys. 2a). Współczynnik ten wskazuje, ile razy wahania napięcia wyjściowego (napięcia na urządzeniu zasilanym) są mniejsze od wahań napięcia zasilania. Rezystancja wyjściowa stabilizatora: U wy Rwy = przy U we =const, (2) I wy gdzie: U wy - zmiana napięcia wyjściowego odpowiadająca zmianie prądu obciążenia I wy (rys. 2b). Rezystancja ta decyduje o przebiegu charakterystyki zewnętrznej U wy =f(i wy ) stabilizatora. we

2. Podstawowe charakterystyki stabilizatorów napięcia 23 Podstawowymi charakterystykami stabilizatorów napięcia stałego są: - charakterystyka napięciowa U wy =f(u we ) przy I wy =const., - charakterystyka zewnętrzna U wy =f(i wy ) przy U we =const. a) b) U wy U wy U wy U wy U we I wy U we min U we max U we I wy max I wy Rys. 2. Podstawowe charakterystyki stabilizatorów napięcia stałego: a) charakterystyka napięciowa U wy =f(u we ) przy I wy =const., b) charakterystyka zewnętrzna U wy =f(i wy ) przy U we =const. 3. Klasyfikacja stabilizatorów Pod względem zasady działania stabilizatory można podzielić na dwa podstawowe rodzaje: - stabilizatory parametryczne, - stabilizatory kompensacyjne. Stabilizatory parametryczne Stabilizatory parametryczne wykorzystują nieliniowe charakterystyki napięciowo-prądowe elementów użytych do budowy stabilizatora. Najczęściej wykorzystywanym elementem stabilizującym w stabilizatorze parametrycznym jest dioda Zenera. U a) b) polaryzacja w kierunku zaporowym polaryzacja w kierunku przewodzenia + U - R I I 2 I z DZ U 2 R o U z Obszar pracy I zmin I I zmax Rys. 3. Stabilizator napięcia stałego z diodą Zenera: a) schemat elektryczny, b) charakterystyka napięciowo-prądowa diody

24 Dioda Zenera jest to specjalna dioda krzemowa pracująca przy polaryzacji zaporowej przy napięciu nieznacznie wyższym od napięcia przebicia U z (rys. 3b) nazywanego napięciem Zenera. Napięcie na pracującej diodzie, a tym samym na odbiorniku R o, jest praktycznie stałe w szerokim przedziale zmian prądu I z przepływającego przez diodę (rys. 3b - obszar pracy diody). Przy zmianach napięcia wejściowego U, przy R o =const., ulega zmianie natężenie prądu I, ale w zasadzie tylko kosztem zmiany natężenia prądu I z. W efekcie na rezystorze szeregowym R odkłada się praktycznie całkowity przyrost napięcia wejściowego, a napięcie wyjściowe pozostaje na tym samym poziomie. Jeżeli natomiast wzrośnie R o przy U =const., to zmienia się rozdział prądu I pomiędzy diodę a odbiornik w ten sposób, że prąd diody I z wzrośnie tak, iż: I = I z + I 2 = const. (3) W tym przypadku napięcie U 2 na odbiorniku R o również zostanie praktycznie na poprzednim poziomie. Jak wynika z charakterystyki napięciowo-prądowej diody (rys. 3b), stabilizator będzie poprawnie pracować, jeżeli będą spełnione następujące kryteria: - wynikające z zasilania: U z > U o, (4) - wynikające z obciążenia: R o U z Ro min =, (5) I I z gdzie: U x - napięcie znamionowe diody, I z - prąd znamionowy diody, I z min - minimalna wartość prądu diody w czasie pracy stabilizatora (I z min = 0, I z ). Należy zauważyć, że w układzie jak na rys. 3a, dioda jest najbardziej obciążona w stanie jałowym stabilizatora tj. kiedy odbiornik R o jest odłączony. Z powyższego uwarunkowania wynika dobór odbiornika R : - wartość rezystancji R : - moc rezystora R : z z min Umax U z R =, (6) I P R = I 2 R, (7) gdzie: U max - największa wartość napięcia wejściowego, jakie może wystąpić w czasie pracy stabilizatora. z Przebieg charakterystyk zewnętrznych takiego stabilizatora jest zależny od położenia punktu pracy na charakterystyce napięciowo-prądowej w stanie jałowym, uzależnionym od wartości napięcia wejściowego U : U z < U < U max. (8) Diody Zenera są wykonywane dla zakresu stabilizacji 2 200 V przy prądach od kilkunastu do kilkuset miliamperów. Stabilizatory kompensacyjne Stabilizatory kompensacyjne w procesie stabilizacji porównują napięcie stabilizowane z wzorcowym i w przypadku ich różnicy tak działają na element sterujący, że kompensuje on zmiany napięcia wyjściowego. Na rys. 4 przedstawiony jest schemat blokowy stabilizatora kompensacyjnego.

25 U Sterownik U 2 Odbiornik U=U s -U 2 U s Układ porównująco -wzmacniający Rys. 4. Schemat blokowy stabilizatora kompensacyjnego Jeżeli wskutek zmiany np. napięcia U zmieni się napięcie stabilizowane U 2, to wówczas układ porównująco-wzmacniający przekaże różnicę między napięciem odniesienia U s i napięciem U 2 do sterownika, który powodować będzie kompensację zmiany napięcia U 2. Obecnie stabilizatory kompensacyjne budowane są jako układy monolityczne, w których skład wchodzi wiele elementów połączonych w oparciu o złożony schemat wewnętrzny. Podstawowymi parametrami takich stabilizatorów są: - U we max - największa wartość napięcia wejściowego, - U wy - znamionowe napięcie wyjściowe, - I wy max - największy prąd obciążenia stabilizatora. Cechą szczególnie odróżniającą stabilizator kompensacyjny od stabilizatora parametrycznego (np. z diodą Zenera - rys. 3) jest bardzo mały prąd wejściowy I 0 w stanie jałowym, praktycznie stały w przedziale zmian napięcia wejściowego U. I 0 (3 5 %) I wy max. (9) 4. Sprawność stabilizatorów napięcia Sprawność stabilizatorów napięcia określana jest zależnością: U 2I 2 η = 00%, (0) U I jest stosunkowo niska i nie przekracza 50 %. Znaczne straty mocy wynikające z niskiej sprawności P = ( U I U 2 ) są tracone w stabilizatorze. Straty te są podstawowym problemem miniaturyzacji stabilizatorów monolitycznych. () 2. Wykonanie ćwiczenia Część praktyczna ćwiczenia obejmuje: - badanie stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera, - badanie stabilizatora monolitycznego. 2. Badanie stabilizatora parametrycznego napięcia stałego z diodą Zenera Dane diody Zenera zastosowanej w stabilizatorze umieścić w sprawozdaniu. Zestawić układ pomiarowy przedstawiony na rys. 5.

26 Stabilizator 220 Regulowany zasilacz napięcia stałego R A A 2 DZ V V 2 Q R o A 3 Rys. 5. Układ do badania stabilizatorów napięcia stałego Pomiary charakterystyk napięciowych U 2 =f(u ) Przed włączeniem zasilacza, regulator napięcia ustawić w pozycji minimum. Wyznaczyć charakterystyki napięciowe U 2 =f(u ) stabilizatora dla dwóch wartości prądu wyjściowego I 2 : I 2 =0 (stan jałowy) oraz dla I 2 =(0,2 0,5) I z (I z - prąd diody Zenera). Stałą wartość prądu I 2 otrzymywać zmieniając rezystancję R o (stan jałowy - wyłącznik Q 0 otwarty). Po włączeniu zasilacza, wykonać 2 3 punkty pomiarowe przy zwiększaniu napięcia U do wartości U U z (U z - napięcie diody Zenera) oraz kolejne punkty pomiarowe przy dalszym podwyższaniu napięcia U do wartości, przy której I I z. Wyniki pomiarów dla obu wartości prądu I 2 zestawić w tabeli U I I 3 U 2 I 2 V ma ma V A Tabl. Na jednym rysunku dla obu prądów I 2 wykreślić charakterystyki U 2 =f(u ) oraz I =f(u ). Z przebiegu charakterystyk U 2 =f(u ) określić przedziały zmian napięcia U (U min U max ), w których występuje dobra stabilizacja przyjmując: U min dla U 2 0,95 U z, U max dla I = I z. Pomiary charakterystyk obciążenia U 2 =f(i 2 ) Dla dwóch wartości napięć wejściowych U > U z (wartości napięć U ustalić z prowadzącym zajęcia) wykonać po około 8 punktów pomiarowych zmieniając rezystorem R o prąd I 2 od wartości I 2 =0 do I 2,2 I z. Wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w tabeli 2.

Tabl. 2. 27 U I I 3 U 2 I 2 η V ma ma V A % U 2I η = U I 2 00% ; gdzie η to sprawność stabilizatora Na jednym rysunku dla obu wartości napięcia U wykreślić charakterystyki U 2 =f(i 2 ). Na podstawie przebiegu charakterystyk U 2 =f(i 2 ) dla napięcia U 2 =0,95 U z odczytać wartości natężenia prądu I 2 i obliczyć minimalne wartości rezystancji R o z zależności: U 2 R o min =. I Omówić wpływ wartości napięcia U na przebieg charakterystyk obciążenia U 2 =f(i 2 ) stabilizatora. 2 2.2. Badanie stabilizatora monolitycznego Oznaczenia oraz dane stabilizatora (U we max, U wy, I wy max ) zamieścić w sprawozdaniu. Układ pomiarowy jak w punkcie 2. lecz bez miliamperomierza A 3. Pomiary charakterystyk napięciowych U 2 =f(u ) Pomiary wykonać dla dwóch wartości prądu I 2 : I 2 =0 oraz I 2 (0,2 0,4) I wy max. Przed właściwymi pomiarami ustalić wstępnie wartości napięcia U min, przy których stabilizator zaczyna poprawnie pracować. Wykonać po 2 3 punkty pomiarowe przy podwyższaniu napięcia wejściowego do wartości wstępnie ustalonych oraz 4 5 punktów pomiarowych przy dalszym podnoszeniu napięcia U do wartości U U we max. Wyniki pomiarów dla obu prądów I 2 zestawić w tabeli 3. Tabl. 3. U I U 2 I 2 V ma V A Na jednym rysunku dla obu prądów I 2 wykreślić charakterystyki U 2 =f(u ) oraz I =f(u ). Na charakterystykach zaznaczyć i opisać punkty określające początki stabilizacji. Pomiary charakterystyk obciążenia U 2 =f(i 2 )

28 Dla dwóch wartości napięć wejściowych (U U we max, wartości napięć U ustalić z prowadzącym zajęcia) wykonać po około 8 punktów pomiarowych zmieniając rezystorem R o prąd I 2 od wartości I 2 =0 do I 2 I wy max. Wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w tabeli 4. Tabl. 4. U I U 2 I 2 η V ma V A % Sprawność η obliczać analogicznie jak w punkcie 2. Na jednym rysunku dla obu wartości napięcia U wykreślić charakterystyki U 2 =f(i 2 ). Na podstawie przebiegu charakterystyk napięciowych U 2 =f(u ) i charakterystyk obciążenia U 2 =f(i 2 ) ocenić jakość stabilizacji obu badanych stabilizatorów. 3. Zagadnienia do samodzielnego opracowania Podstawowe parametry i charakterystyki stabilizatorów napięcia. 2. Charakterystyka napięciowo-prądowa diody Zenera. 3. Schemat elektryczny oraz zasada działania stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera. 4. Kryteria poprawnej pracy stabilizatorów napięcia z diodą Zenera. 5. Dobór rezystora R w stabilizatorze parametrycznym. 6. Zasada pracy stabilizatorów kompensacyjnych. 7. Przykłady stosowania stabilizatorów napięcia stałego w technice.