LBORTORIUM Scalony stabilizator napięcia typu 723 Część I Układy sprzężeń zwrotnych i źródeł napięcia odniesienia Opracował: dr inż. Jerzy Sawicki Wymagania, znajomość zagadnień: 1. Znajomość schematów, zasady działania i przeznaczenia poszczególnych elementów szeregowych stabilizatorów napięcia ze wzmacniaczem błędu i ujemnym sprzężeniem zwrotnym. 2. Schemat blokowy oraz podstawowe parametry scalonego stabilizatora napięcia typu LM723. 3. Właściwości źródła napięcia odniesienia typu LM285 oraz wewnętrznego źródła napięcia odniesienia w układzie LM723. 4. Definicje podstawowych parametrów charakteryzujących stabilizatory napięcia. Literatura: 1. Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki, część 1. 2001. 2. Borkowski.: Zasilanie urządzeń elektronicznych, 1990. 3. Borkowski.: Układy scalone w stabilizatorach napięcia stałego, 1985. 4. Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe, 2009. 5. Karta katalogowa układu scalonego LM723, Texas Instruments (dostępna w Internecie). 6. Karta katalogowa układu scalonego LM285-1.2, National Semiconductor (dostępna w Internecie). 1
PODSTWOWE INFORMCJE O UKŁDZIE SONYM TYPU LM723 FREQUENCY COMPENSTION c TEMPERTURE COMPENSTED ZENER OLTGE REFERENCE MPLIFIER ref in(-) in(+) MPLIFIER CURRENT LIMITER SERIES PSS TRNSISTOR out z - CURRENT LIMIT CURRENT SENSE Podstawowe elementy wchodzące w skład układu scalonego typu 723 (IC oltage Regulator) Układ wyprowadzeń układu scalonego typu 723 w obudowie PDIP i CDIP Uwaga: wszystkie badane w ćwiczeniu stabilizatory napięcia wykorzystują układ scalony typu LM723 oraz niewielką liczbę elementów zewnętrznych umieszczonych na wspólnej płytce PCB. Widok rozmieszczenia elementów na płytce oraz wykaz elementów znajdują się w załączniku na końcu niniejszej instrukcji. 2
. Stabilizator napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Error mplifier T Error R R B Rys. 1. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania (na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego). 1. Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 2) zwracając szczególną uwagę na prawidłową biegunowość napięcia wejściowego U in z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski i tranzystora ). Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1. Rf +cc Uin U in Cf1 Cf2 C1 INPUT INT. REF. MP. Rw ref1 out R7 Uo R8 Rys. 2. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu (Error mplifier) wykorzystano pełną wartość napięcia odniesienia ref1 oraz podzielone (dzielnik napięcia R7, R8) napięcie wyjściowe. 2. Ustawić wartość napięcia U in = 15 i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących punktach stabilizatora: U in = cc [] [] out [] U F [] ref1 [] Porównać otrzymane wyniki pomiarowe i U F z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na podstawie wartości elementów R7 i R8. 3. Zastosować obciążenie (dekada rezystorów) w zakresie od 10kΩ do 1kΩ i zbadać charakterystykę wyjściową stabilizatora =f(i out ). Określić rezystancję wyjściową stabilizatora r out =Δ /ΔI o, podczas stabilizacji napięcia. 4. Zmierzyć zmianę napięcia wyjściowego stabilizatora Δ wywołaną podwyższeniem napięcia wejściowego o Δ =5, czyli do 20. Obliczyć na tej podstawie parametr IR stabilizatora 3
B. Stabilizator napięcia ze wzmacniaczem błędu, obniżoną wartością napięcia odniesienia oraz zabezpieczeniem przeciążeniowym. Error mplifier T R D Error R E Rys. 3. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania (na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego). 1. Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 4) zwracając szczególną uwagę na prawidłową biegunowość napięcia wejściowego U in z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski i tranzystora ). Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1. Rf +cc Uin U in Cf1 Cf2 C1 INPUT INT. REF. ref1 R2 R3 U (-) U (+) MP. out Rw Rys. 4. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu (Error mplifier) wykorzystano podzielone (dzielnik napięcia R2, R3) napięcie odniesienia ref1 oraz pełne napięcie wyjściowe. 2. Ustawić wartość napięcia U in = 15 i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących punktach stabilizatora: U in = cc [] [] ref1 [] U (-) [] U (+) [] Porównać otrzymane wyniki pomiarowe i U (+) z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na podstawie wartości elementów R2 i R3. 3. Zastosować obciążenie (dekada rezystorów) w zakresie od 10kΩ do 1kΩ i zbadać charakterystykę wyjściową stabilizatora =f(i out ). Sporządzić wykres charakterystyki wyjściowej. Określić rezystancję wyjściową stabilizatora. 4. Zmierzyć zmianę napięcia wyjściowego stabilizatora Δ wywołaną podwyższeniem napięcia wejściowego o Δ =5, czyli do 20. Obliczyć na tej podstawie parametr IR stabilizatora 4
C. Stabilizator o regulowanej wartości napięcia wyjściowego ze wzmacniaczem błędu, zewnętrznym napięciem odniesienia i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Error mplifier T P R x α położenie suwaka potencjometru P α zmienia się od 0 (dolne położenie suwaka) do 1 (górne położenie) Rys. 5. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania (na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego). Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 6) zwracając szczególną uwagę na prawidłową biegunowość napięcia wejściowego U in z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski i tranzystora ). Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1. Rf +cc Uin U in Cf1 Cf2 C1 INPUT R1 EXT. REF. LM285 ref2 U F MP. out Rw P R6 Iout Rys. 6. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu wykorzystano podzielone (dzielnik napięcia P, R6) napięcie wyjściowe oraz relatywnie niskie napięcie odniesienia ref2 z układu scalonego LM285. 1. Ustawić wartość napięcia U in = 15 i przy braku obciążenia oraz skrajnym górnym położeniu suwaka potencjometru P, zmierzyć napięcia w następujących punktach stabilizatora: U in = cc [] [] out [] U F [] ref2 [] 2. Zastosować obciążenie o wartości 5 kω (dekada rezystorów) i zbadać zakres zmian napięcia wyjściowego przy regulacji potencjometrem P (położenia skrajne i położenie środkowe). Porównać otrzymane wyniki pomiarowe z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na podstawie wartości elementów R6 i P. 5
D. Stabilizator o regulowanej wartości napięcia wyjściowego z dodatkowym, zewnętrznym tranzystorem mocy, wzmacniaczem błędu, wewnętrznym napięciem odniesienia i zabezpieczeniem przeciążeniowym. T ext Error mplifier T int P α położenie suwaka potencjometru P α zmienia się od 0 do 1 R x Rys. 7. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania. Zewnętrzny, w stosunku do układu LM723, tranzystor mocy T ext tworzy wraz ze scalonym tranzystorem T int tzw. układ Darlingtona. 1. Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 8) zwracając szczególną uwagę na prawidłową biegunowość napięcia wejściowego U in z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia dodatkowego tranzystora mocy T3 i obwodu zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski i tranzystora oraz rezystory R sc1 i R sc2 ). Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,3. Rf +cc Uin U in Cf1 Cf2 C1 INPUT ref1 INT. REF. MP. T3 Rsc1 Rsc2 Iout R7 R8 Rys. 8. Schemat połączeń stabilizatora napięcia z zewnętrznym, dodatkowym tranzystorem mocy, wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu wykorzystano pełną wartość napięcia odniesienia ref1 oraz podzielone (dzielnik R7, R8) napięcie wyjściowe. 2. Ustawić wartość napięcia U in = 20 i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących punktach stabilizatora: U in = cc [] [] out [] U F [] ref1 [] Porównać otrzymane wyniki pomiarowe i U F z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na podstawie wartości elementów R7 i R8. 3. Zastosować obciążenie (laboratoryjny rezystor suwakowy) i zbadać charakterystykę wyjściową stabilizatora = f(i out ), nie przekraczać prądu wyjściowego ponad 200 m. Sporządzić wykres charakterystyki wyjściowej. Określić rezystancję wyjściową stabilizatora. 6
ZŁĄCZNIK 1. Rzeczywisty widok płytki do ćwiczenia laboratoryjnego. 2. Wykaz elementów umieszczonych na płytce. US 1 - układ scalony LM723 lub jego odpowiednik, obudowa PDIP14 US 2 - układ scalony LM285-1.2, obudowa TO-92 T3 - tranzystor mocy BDP393 (npn), obudowa TO-220, radiator DO1 T4 - tranzystor mocy BDP394 (pnp), obudowa TO-220, radiator DO1 R1 - rezystor 10 kom, 0,125 W, 5% R2 - rezystor 1,5 kom, 0,125 W, 5% R3 - rezystor 1,3 kom, 0,125 W, 5% R4 - rezystor 2,7 kom, 0,125 W, 5% R5 - rezystor 5,6 kom, 0,125 W, 5% R6 - rezystor 1 kom, 0,125 W, 5% R7 - rezystor 2,7 kom, 0,125 W, 5% R8 - rezystor 6,8 kom, 0,125 W, 5% R f - rezystor 100 om, 0,125 W, 5% R w - rezystor 43 om, 0,125 W, 5% R p - rezystor 62 om, 0,125 W, 5% R sc1 - rezystor 1 om, 1 W, 5% R sc2 - rezystor 2,2 om, 1 W, 5% P - potencjometr 10 kom, liniowy C1 - kondensator elektrolityczny 220 µf/50 - kondensator ceramiczny 47 nf/50 - kondensator elektrolityczny 100 µf/50 - kondensator ceramiczny 47 nf/50 C f1 - kondensator ceramiczny 47 nf/50 C f2 - kondensator elektrolityczny 100 µf/50 C k1 - kondensator ceramiczny 100 pf/50 - kondensator ceramiczny 1 nf/50 C k2 7