LABORATORIUM Stabilizacja napięcia Prostowanie i Filtracja Zasilania Stabilizator scalony µa723 Opracował: mgr inż. Andrzej Biedka Wymagania: - Układy prostowników półokresowych i pełnookresowych. - Filtracja zasilania, filtry pojemnościowe. - Ogólny podział stabilizatorów napięcia. - Układy parametrycznych stabilizatorów napięcia, zasada działania. - Znajomość schematów, zasady działania i przeznaczenia poszczególnych elementów szeregowych stabilizatorów napięcia ze wzmacniaczem błędu i ujemnym sprzężeniem zwrotnym. - Źródła napięć odniesienia. - Podstawowe charakterystyki oraz parametry stabilizatorów. - Schemat blokowy oraz podstawowe parametry scalonego stabilizatora napięcia typu µa723 (LM723). - Znajomość zasad pomiarów oscyloskopowych. Literatura: 1. Tietze U., Schenk Ch. Układy półprzewodnikowe. WNT 1995 2. Horowitz P., Hill W. - Sztuka elektroniki, część 1. WKiŁ 1995 3. Guziński A. - Liniowe elektroniczne układy analogowe. WNT, W-wa 1992 4. Nosal Z., Baranowski J. Układy elektroniczne cz.1. Układy analogowe liniowe. WNT 1993 5. Rusek M., Pasierbiński J. - Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach, WNT, W-wa 1991, 6. Rydzewski J. - Pomiary oscyloskopowe, WNT, Warszawa 1999 7. Karta katalogowa układu scalonego LM723, Texas Instruments (dostępna w Internecie). 8. Wykłady 1. Badanie prostownika półokresowego.
Korzystając z elementów znajdujących się w obszarze block c zestawu laboratoryjnego KL23002 (p. ZAŁĄCZNIK), połączyć układ pomiarowy prostownika półokresowego: TR1 TP1 CR5-a TP3 AC 230V IN VR4 R8 C5, C6, C7 Osc Rys. 1. Schemat ideowy układu pomiarowego prostownika półokresowego Dla różnych wartości pojemności kondensatora filtrującego zarejestrować przebiegi wyjściowe prostownika oraz wartości napięć wyjściowych. Porównać je z wartościami obliczeniowymi. Dla różnych wartości pojemności kondensatora filtrującego wyznaczyć charakterystykę amplitudy napięcia tętnień w funkcji rezystancji R8 + VR4. Przyjąć zakres zmian tej rezystancji 220 om do 10 kom. 2. Badanie prostownika pełnookresowego mostkowego. Korzystając z elementów znajdujących się w obszarze block c zestawu laboratoryjnego KL23002 (p. ZAŁĄCZNIK), połączyć układ pomiarowy prostownika mostkowego: TR1 TP1 CR5 AC 230V TP3 TP2 VR4 C5, C6, C7 Osc R8 Rys. 2. Schemat ideowy układu pomiarowego prostownika mostkowego Dla różnych wartości pojemności kondensatora filtrującego zarejestrować przebiegi wyjściowe prostownika oraz wartości napięć wyjściowych. Porównać je z wartościami obliczeniowymi. Dla różnych wartości pojemności kondensatora filtrującego wyznaczyć charakterystykę amplitudy napięcia tętnień w funkcji rezystancji R8 + VR4. Przyjąć zakres zmian tej rezystancji 220 om do 10 kom. 2
3. Badanie stabilizatora parametrycznego z diodą Zenera. Korzystając z elementów znajdujących się w obszarze block c zestawu laboratoryjnego KL23010(p. ZAŁĄCZNIK), połączyć układ parametrycznego stabilizatora napięcia: Rys. 3. Schemat ideowy układu pomiarowego parametrycznego stabilizatora napięcia 3.1. Dla napięcia wejściowego równego 18V zmierzyć charakterystykę Uwy= f(iobc). 3.2. Dla stałej rezystancji obciążenia podanego przez prowadzącego zmierzyć charakterystykę Uwy= f(uwe). 3.3. Obliczyć współczynniki stabilizacji napięciowej i obciążeniowej oraz rezystancję wyjściową stabilizatora. 4. Badanie stabilizatora kompensacyjnego µa723. Rys. 1. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania (na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego). 3
4.1 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 CS i CL tranzystora T2). Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1A. Rys. 2. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu (Error Amplifier) wykorzystano pełną wartość napięcia odniesienia V ref1 oraz podzielone (dzielnik napięcia R7, R8) napięcie wyjściowe U o. 4.2 Ustawić wartość napięcia U in = 15 V i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących punktach stabilizatora: U in = V cc [V] U o [V] V out [V] U F [V] V ref1 [V] Porównać otrzymane wyniki pomiarowe U o i U F z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na podstawie wartości elementów R7 i R8. 4.3 Zastosować obciążenie R o (dekada rezystorów) w zakresie od 10kΩ do 1kΩ i zbadać charakterystykę wyjściową stabilizatora U o =f(i out ). Określić rezystancję wyjściową stabilizatora r out =ΔU o /ΔI o, podczas stabilizacji napięcia. 4.4 Określić obszar przejścia stabilizatora z pracy stabilizacji napięcia do ograniczania prądu wyjściowego. Zbadać charakterystykę w tym obszarze. 4.5 Zmierzyć zmianę napięcia wyjściowego stabilizatora ΔU o wywołaną podwyższeniem napięcia wejściowego o ΔU o =5V, czyli do 20V. Obliczyć na tej podstawie parametr IR stabilizatora 4
ZAŁĄCZNIK 1 Wykaz elementów: R7 1 kom ± 5%/0,25W R8 220 om ± 5%/0,5W C5 10μF/25V C6 220μF/25V C7 100μF/25V C8 100μF/25V CR5 4 x 1N4007 Fot. 1. Obszar block c zestawu KL23002 Wykaz elementów: R12 470 om ±5%/0,25W CR2 BZX83C6V2 CR3 BZX83C6V2 CR4 BZX83C10 Fot. 1. Obszar block b zestawu KL23010 5
ZAŁĄCZNIK 2 1. Rzeczywisty widok płytki do ćwiczenia laboratoryjnego. 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 DO1A T4 - tranzystor mocy BDP394 (pnp), obudowa TO-220, radiator DO1A 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, A liniowy C1 - kondensator elektrolityczny 220 µf/50v C2 - kondensator ceramiczny 47 nf/50v C3 - kondensator elektrolityczny 100 µf/50v C4 - kondensator ceramiczny 47 nf/50v C f1 - kondensator ceramiczny 47 nf/50v C f2 - kondensator elektrolityczny 100 µf/50v C k1 - kondensator ceramiczny 100 pf/50v - kondensator ceramiczny 1 nf/50v C k2 6