STABILIZATORY NAPI CIA STAŠEGO O DZIAŠANIU CI GŠYM

STABILIZATORY NAPI CIA STAŠEGO O DZIAŠANIU CI GŠYM Cel wiczenia do±wiadczalne sprawdzenie poprawno±ci projektów stabilizatorów napi cia staªego, wyznaczenie parametrów statycznych i dynamicznych stabilizatorów, badanie wªa±ciwo±ci stabilizatora z ukªadem scalonym µa723. 1 Opisy badanych ukªadów Dla utrzymania zaªo»onych parametrów u»ytkowych wi kszo± ukªadów elektronicznych musi by zasilana napi ciem staªym o ±ci±le okre±lonej warto±ci. Warto± tego napi cia nie powinna zale»e od waha«napi cia pierwotnego ¹ródªa energii (sieci energetycznej, baterii lub akumulatora) i od warto±ci pobieranego pr du. Do zapewnienia wymaganej staªo±ci napi cia sªu» ukªady elektroniczne nazywane stabilizatorami napi cia. Ze wzgl du na sposób regulacji napi cia wyj±ciowego stabilizatory dziel si na stabilizatory o dziaªaniu ci gªym i stabilizatory impulsowe. W grupie stabilizatorów o dziaªaniu ci gªym mo»na wyró»ni dwie podgrupy: stabilizatory parametryczne i stabilizatory kompensacyjne. Scalone kompensacyjne stabilizatory o dziaªaniu ci gªym charakteryzuj si bardzo dobrymi wªa±ciwo±ciami stabilizacyjnymi oraz szybk reakcj na zmiany obci»enia. Nie wytwarzaj wªasnych zakªóce«. Maj jednak maª sprawno± energetyczn (zwykle do 60%) oraz wymagaj, na ogóª, zasilacza z transformatorem sieciowym, którego du»a masa i du»e wymiary nie pozwalaj na miniaturyzacj sprz tu zasilanego z takiego zasilacza. Uzyskiwanie du»ych sprawno±ci energetycznych (do okoªo 95%) przy maªych wymiarach transformatora (lub bez transformatora) umo»liwiaj stabilizatory impulsowe. Odbywa si to jednak kosztem mniejszej staªo±ci napi cia wyj±ciowego i wolniejszej reakcji na zmiany obci»enia. Stabilizatory impulsowe wytwarzaj ponadto zakªócenia elektromagnetyczne, przedostaj ce si do ukªadów zasilanych i do ¹ródªa energii pierwotnej (np. sieci o±wietleniowej). Niniejsze wiczenie dotyczy tylko stabilizatorów napi cia staªego o dziaªaniu ci gªym, przy czym w laboratorium b dzie badany zarówno przedstawiciel rodziny stabilizatorów parametrycznych jak i przedstawiciel rodziny stabilizatorów kompensacyjnych. Niezale»nie od konstrukcji stabilizatory s charakteryzowane za pomoc dwóch podstawowych grup parametrów: parametrów granicznych (dopuszczalnych) oraz parametrów eksploatacyjnych. Parametry dopuszczalne okre±laj warunki, których pod gro¹b uszkodzenia stabilizatora lub jego elementów nie nale»y przekracza. W szczególno±ci nale»y tutaj wymieni maksymalne napi cie (lub napi cia) wej±ciowe stabilizatora, maksymalny pr d wyj±ciowy (lub rodzaj zabezpieczenia przed zwarciem w obci»eniu), a tak»e maksymaln moc strat. Dodatkowo nale»y dba, aby w caªym zakresie pracy nie zostaªa przekroczona maksymalna temperatura pracy dla»adnego z elementów stabilizatora. Przy podwy»szonej temperaturze otoczenia ostatnie wymaganie jest równowa»ne ograniczeniu maksymalnej mocy strat ukªadu. Zale»no± maksymalnej mocy strat od temperatury 1

otoczenia jest najcz ±ciej podawana w formie wykresu. Mo»na j równie» wyznaczy z warto±ci rezystancji termicznej mi dzy struktur ukªadu scalonego (lub zª czem diody stabilizacyjnej) a otoczeniem (oznaczanej jako R th,j a lub Θ J A ) i deniowanej nast puj co: R th,j a = T j T a P D (1) gdzie T j i T a oznaczaj odpowiednio temperatur struktury oraz otoczenia, a P D jest moc wydzielan w strukturze. Druga z wymienionych grup parametrów obejmuje informacje dotycz ce staªo±ci napi cia wyj±ciowego stabilizatora i warunków koniecznych do jej utrzymania. Obok tolerancji napi cia stabilizowanego szczególnie istotne s parametry okre±laj ce wra»liwo± jego warto±ci na warunki pracy stabilizatora, przede wszystkim na zmiany warto±ci napi cia zasilaj cego i pr du obci»enia. W literaturze i kartach katalogowych spotyka si ró»ne nazwy i sposoby okre±lania tych wspóªczynników. Jednym z podstawowych parametrów jest wspóªczynnik stabilizacji od zmian napi cia wej±ciowego S U okre±laj cy przyrost napi cia wyj±ciowego spowodowany zmian napi cia wej±ciowego i zdeniowany jako: S U = U W Y U W E (2) Cz sto bywa te» u»ywana odwrotno± tego wspóªczynnika, która jest tak samo oznaczana i tak samo nazywana. Rodzaj denicji mo»na rozpozna po warto±ci wspóªczynnika. Je±li S U 1, stosowana jest podana powy»ej denicja. Je±li za± S U 1, to stosowana jest odwrotno± zdeniowanego wspóªczynnika. Parametrem peªni cym podobn rol jest znormalizowany wspóªczynnik stabilizacji zdeniowany jako: S UN = ( ) UW Y /U W E U W E /U W E 100% = S U UW E U W Y 100% (3) okre±laj cy wzgl dn wra»liwo± na zmiany napi cia wej±ciowego. Nale»y zwróci uwag,»e rmy produkuj ce ukªady scalone cz sto podaj wspóªczynniki stabilizacji wedªug wªasnych denicji. Nale»y wtedy sprawdzi sposób deniowania parametrów w katalogu. Na przykªad, podany w katalogu rmy Motorola (patrz dodatek B) parametr Reg line nale»y rozumie jako wzgl dn (wyra»on w %) zmian napi cia wyj±ciowego V O przy zmianach napi cia wej±ciowego V IN w zakresie od 12V do 15V lub w zakresie od 12V do 40V. Drugim bardzo wa»nym parametrem stabilizatora jest dynamiczna rezystancja wyj±ciowa, opisuj ca zmiany napi cia wyj±ciowego pod wpªywem zmian pr du obci»enia. Jest ona deniowana zale»no±ci : r W Y = U W Y I OBC (4) Mo»e si równie» spotka ze wspóªczynnikiem stabilizacji od zmian obci»enia: LR = U W Y U W Y 100% dla I OBC lub LR = U W Y /U W Y I OBC /I OBC 100% (5) 2

Nale»y podkre±li,»e wspóªczynniki te dotycz tylko samego stabilizatora, bez uwzgl dniania sposobu jego zasilania. Na przykªad, wypadkowa warto± rezystancji wyj±ciowej caªego zasilacza (transformator, prostownik, stabilizator) jest równa r W Y wyp. = r W Y stabilizatora + S U r W Y prostownika (6) Podobnie zmieniaj si wspóªczynniki stabilizacji od zmian obci»enia LR. Warto±ci wymienionych parametrów zale» od wielu czynników, tote» w katalogach s zwykle podawane ich warto±ci maksymalne w okre±lonych zakresach zmian warunków pracy oraz, najcz ±ciej w postaci wykresów, ich zale»no± od pr du obci»enia, napi zasilaj cych, temperatury, itp.. Napi cie wej±ciowe, podobnie jak i obci»enie stabilizatorów napi cia staªego, jest najcz ±ciej zmienne w czasie. Dlatego te» w uzupeªnieniu do wymienionych wcze±niej parametrów statycznych katalogi podaj informacje dotycz ce dynamicznych wªa±ciwo±ci stabilizatorów. Najcz ±ciej spotyka si zale»no±ci wspóªczynnika LR lub przyrostowej impedancji wyj±ciowej od cz stotliwo±ci, a tak»e oscylogramy napi ciowej odpowiedzi stabilizatora na skokowe zmiany napi cia zasilania lub pr du obci»enia. Podawany jest tak»e wspóªczynnik tªumienia t tnie«rr (ripple rejection) de- niowany jako stosunek warto±ci mi dzyszczytowych napi t tnie«na wyj±ciu i wej±ciu stabilizatora: RR[%] = U W Y,pp U W E,pp 100% lub RR[dB] = 20lg U W Y,pp U W E,pp (7) 1.1 Stabilizator parametryczny Najprostszy i najcz ±ciej stosowany ukªad stabilizatora parametrycznego przedstawiono na rys. 1. Rysunek 1: Stabilizator parametryczny z diod Zenera (a) oraz sposób wyznaczania punktu pracy ukªadu (b). U»yto w nim elementu nieliniowego diody Zenera, charakteryzuj cego si prawie pionowym przebiegiem charakterystyki statycznej i z = f(u z ) w zakresie ±rednich warto±ci pr dów (patrz rys. 1b oraz ch-ki statyczne diody w dodatku A). 3

Przy projektowaniu stabilizatora parametrycznego nale»y wzi pod uwag nast puj ce fakty: punkt pracy diody nie powinien wchodzi w obszar kolana charakterystyki statycznej ani przy przewidywanych zmianach warto±ci napi cia wej±ciowego ani przy zmianach warto±ci pr du obci»enia, w»adnym przypadku nie nale»y przekracza dopuszczalnej temperatury zª cza, gdy» grozi to jego termicznym zniszczeniem, dioda Zenera ma do± du»y rozrzut warto±ci napi cia stabilizacji U z (okre±lanego dla ustalonej warto±ci pr du I z ) i charakteryzuje si do± du» zmienno±ci rezystancji dynamicznej r z = du z /di z w funkcji pr du pªyn cego przez diod (stanowi cego jego punkt pracy), dla ustalonej warto±ci pr du I z pªyn cego przez diod warto± napi cia U z na tym elemencie jest zale»na od temperatury zª cza; znak i warto± wspóªczynnika temperaturowego napi cia U z zale»y od warto±ci tego napi cia. Dane techniczne diody Zenera typu BZP683-Cxxx, u»ytej we wkªadce DSN1 przedstawiono w dodatku A. 1.2 Stabilizator kompensacyjny Schemat typowego stabilizatora kompensacyjnego przedstawiono na rys. 2. Napi cie wyj±ciowe ukªadu jest stabilizowane dzi ki wª czeniu mi dzy ¹ródªo napi cia pierwotnego Rysunek 2: Schemat stabilizatora ze sprz»eniem zwrotnym. a obci»enie tranzystora T, speªniaj cego rol szeregowego elementu regulacyjnego. Sygnaª steruj cy tranzystorem powstaje przez porównanie napi cia odniesienia U ref z napi ciem proporcjonalnym do napi cia wyj±ciowego i wzmocnienie ró»nicy napi we wzmacniaczu operacyjnym. Ze wzgl du na du»e wzmocnienie W O ukªad d»y do stanu, w którym ró»nica napi na wej±ciach wzmacniacza jest bliska zeru. Mo»na zatem napisa,»e w stanie ustalonym speªniony jest warunek U ref = U ( ). Korzystaj c z tego warunku mo»na wyznaczy warto± napi cia wyj±ciowego stabilizatora. 4

Rysunek 4: Pªyta czoªowa wkªadki DSN1. Rysunek 3: Schemat ideowy wkªadki DSN1. R2 R1 + R2 R1 = Uref 1 + R2 Uref = UW Y UW Y 2 (8) (9) Opis techniczny badanych i u»ywanych w wiczeniu wkªadek 2.1 Opis wkªadki DSN1 We wkªadce DSN1 znajduj si trzy niezale»ne stabilizatory napi cia: stabilizator z diod Zenera, stabilizator z wtórnikiem emiterowym oraz stabilizator z p tl ujemnego sprz»enia zwrotnego (z jednotranzystorowym wzmacniaczem bª du). Schemat ideowy wkªadki jest pokazany na rys. 3, wygl d pªyty czoªowej - na rys. 4, natomiast wygl d pªytki drukowanej, czyli schemat monta»owy - na rys. 5. Pary zacisków, oznaczone jako R10, R20 i R30, sªu» do montowania rezystorów wyznaczonych zgodnie z indywidual- nymi zaªo»eniami projektowymi. Napi cia wyj±ciowe badanych stabilizatorów s zbli»one. Ukªady ró»ni si natomiast pozostaªymi parametrami u»ytkowymi. Rezystory i R31 R11, R21 zabezpieczaj ukªady badane przed skutkami wª czenia niewªa±ciwie dobranych rezystorów R10, R20 lub R30. 5

Na pªycie czoªowej wkªadki (rys. 4) znajduj si cztery gniazda umo»liwiaj ce doª - czenie odpowiednio: WE napi cia wej±ciowego zasilaj cego stabilizator, OBC obci»enia stabilizatora, V woltomierza, w celu pomiaru napi cia wyj±ciowego, OSC oscyloskopu, w celu obserwacji zmian napi cia wyj±ciowego. Gniazda te s ª czone z odpowiednim ukªadem stabilizatora przez wci±ni cie jednego z przycisków przeª cznika klawiszowego ST AB1 2 3. Rysunek 5: Rozmieszczenie zacisków na pªytce drukowanej wkªadki DSN1. 2.2 Opis wkªadki DSN2 Wkªadka DSN 2 umo»liwia realizacj stabilizatorów o dziaªaniu ci gªym z ukªadem scalonym typu µa 723. We wkªadce mo»na zmontowa i uruchomi stabilizator kompensacyjny o dowolnej warto±ci nominalnej napi cia wyj±ciowego z zakresu od 2 V do 12 V, przy ustalonej, za pomoc rezystora R 1, maksymalnej warto±ci pr du wyj±ciowego. Schemat ideowy ukªadu umieszczonego na pªytce drukowanej wkªadki wraz z uproszczonym schematem blokowym ukªadu scalonego typu µa 723 jest pokazany na rys. 7, natomiast informacje katalogowe dotycz ce ukªadu µa 723 s zebrane w dodatku B. Ukªad ten jest zbiorem podzespoªów, które po wªa- ±ciwym poª czeniu tworz typowy stabilizator ze sprz»eniem zwrotnym. Wzmacniacz bª du porównuje napi cie odniesienia (wej±cie +) z napi ciem b d cym cz ±ci napi cia wyj±ciowego (wej±cie -) i tak steruje tranzystorem regulacyjnym T 10, aby napi cia te byªy sobie równe. Stabilizator jest wyposa»ony w ogranicznik pr dowy, zbudowany z u»yciem tranzystora T 11 i rezystora R 1. Gdy spadek napi cia na R 1 osi gnie warto± napi cia przewodzenia tranzystora T 11 (patrz dane katalogowe), wtedy tranzystor ten odbiera pr d steruj cy tranzystorem regulacyjnym i zmniejsza warto± napi cia wyj±ciowego. Kondensator C 1 kompensuje charakterystyk cz stotliwo±ciow wzmacniacza bª du, zapewniaj c stabilno± ukªadu. Niedokªadno± ustalenia napi cia wyj±ciowego jest zale»na od rozrzutu produkcyjnego warto±ci napi cia wzorcowego oraz od tolerancji rezystorów zastosowanych w dzielnikach napi cia. Gniazda znajduj ce si na pªycie czoªowej wkªadki (patrz rys. 6) sªu» do: Rysunek 6: Pªyta czoªowa wkªadki DSN2 6

WE doª czenia napi cia wej±ciowego (zasilaj cego) stabilizatora, OBC doª czenia obci»enia stabilizatora, V doª czenia woltomierza, w celu pomiaru napi cia wyj±ciowego, OSC doª czenia oscyloskopu. Uproszczony schemat monta»owy pªytki drukowanej pokazano na rys. 8. Rysunek 7: Schemat ideowy wkªadki DSN2 Rysunek 8: Uproszczony schemat monta»owy pªytki drukowanej wkªadki DSN2 2.3 Opis wkªadki SZN2 (=SA0011) Wkªadka jest regulowanym ¹ródªem napi cia staªego. Sªu»y ona do zasilania ukªadów badanych wymagaj cych regulacji napi cia zasilaj cego. Warto± napi cia wyj±ciowego mo»na regulowa ka»dym z dwóch pokr teª potencjometrów umieszczonych na pªycie czoªowej i oznaczonych jako A oraz B. Wyboru potencjometru, którym regulowane 7

jest napi cie wyj±ciowe, dokonuje si przeª cznikiem suwakowym oznaczonym A B, umieszczonym nad potencjometrami. W lewych skrajnych poªo»eniach gaªek nastawia si minimaln, a w prawych maksymaln warto± napi cia wyj±ciowego. Po nastawieniu potencjometrami A i B dwóch ró»nych warto±ci napi cia wyj±ciowego otrzymuje si, za pomoc przeª cznika A B, mo»liwo± szybkiego przeª czania napi cia wyj±ciowego pomi dzy dwoma ustawionymi warto±ciami. Przeci»enie pr dowe ¹ródªa jest sygnalizowane ±wieceniem diody umieszczonej w górnej cz ±ci pªyty czoªowej. Dioda ±wieci, gdy warto± pr du pobieranego ze ¹ródªa przekracza 55 ma. ródªo jest odporne na dowolnie dªugo trwaj ce przeci»enie. Dane techniczne wkªadki: Zakres regulacji napi cia wyj±ciowego Rezystancja wyj±ciowa Maksymalny pr d wyj±ciowy 2.4 0, 12 V 150mΩ 60 ma Opis wkªadki SZP1(SA1111) Wkªadka jest regulowanym ¹ródªem pr dowym. Umo»liwia ona sterowanie ukªadów badanych staªym pr dem wpªywaj cym b d¹ wypªywaj cym z jego wyj±cia. Warto± pr du wyj±ciowego ¹ródªa jest regulowana pokr tªem potencjometru oznaczonym current control. W lewym skrajnym poªo»eniu pokr tªa warto± pr du wyj±ciowego wynosi 0 ma, a w prawym 40 ma. Regulowane ¹ródªo pr du staªego SZP1(SA1111) mo»e pracowa w sposób statyczny, tzn.»e pr d wyj±ciowy ¹ródªa mo»e mie warto± staª przez dowolnie dªugi okres czasu; oraz w sposób kluczowany, tzn.»e pr d wyj±ciowy mo»e pªyn impulsowo. Wybór rodzaju pracy dokonywany jest przeª cznikiem suwakowym, umieszczonym w górnej cz ±ci pªyty czoªowej. W lewym poªo»eniu przeª cznika ukªad pracuje statycznie, a w prawym (oznaczonym jako auto ) w sposób kluczowany. Okres kluczowania wynosi okoªo 7, 5 ms. Przez póª okresu pr d wyj±ciowy ma war- to± równ nastawionej, a przez nast pne póª okresu jest równy zeru. Drugi przeª cznik suwakowy umieszczony na pªycie czoªowej i oznaczony sªu»y do wybierania kierunku przepªywu pr du wyj±ciowego ¹ródªa. W lewym poªo»eniu przeª cznika pr d wpªywa do ¹ródªa, w prawym wypªywa. Wyj±cie oznaczone trig out sªu»y do wyzwalania podstawy czasu oscyloskopu przebiegiem kluczuj cym ¹ródªo pr dowe. Rysunek 9: Pªyty czoªowe wkªadek SA0011 oraz SA1111 Dane techniczne wkªadki: Zakres zmian pr du wyj±ciowego 0, 40 ma 10 V, +10 V 500kΩ ok. 7, 5 ms Dopuszczalny zakres napi cia wyj±ciowego Rezystancja wyj±ciowa Okres kluczowania 8

3 Sprz t niezb dny do wykonania wiczenia DSN1 wkªadka dydaktyczna z parametrycznym i wtórnikowym stabilizatorem napi cia, DSN2 wkªadka dydaktyczna stabilizatora o dziaªaniu ci gªym z ukªadem scalonym µa 723, SZN2(=SA001) regulowane ¹ródªo napi cia staªego, SZP1(=SA1111) regulowane ¹ródªo pr dowe, SP1(=SA4011) przeª cznik dwukanaªowy DC, ewentualnie przeª cznik czterokanaªowy DC (SP2(=SA4022)), dwa multimetry cyfrowe GDM-8246, oscyloskop dwukanaªowy, podwójna rama z zasilaczami, zwory i rezystory wymienne szeregu E24. 4 Zestawy parametrów dla cz ±ci projektowej wiczenia Stabilizatory podstawowe: Zespóª 1 2 3 4 5 6 7 8 U W Emin [V ] 8,0 10,0 8,5 10,5 9,0 11,0 9,5 10,0 U W Emax [V ] 9,0 11,0 9,5 12,0 10,5 12,0 11,0 11,5 Zespóª 9 10 11 12 13 14 15 16 U W Emin [V ] 9,0 8,0 9,5 9,0 8,5 10,5 8,5 8,0 U W Emax [V ] 10,0 9,5 10,5 11,0 9,0 11,5 10,0 8,5 Stabilizator kompensacyjny z ukªadem µa 723: Zespóª 1 2 3 4 5 6 7 8 U W Y [V ] 3,0 7,5 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 6,7 Zespóª 9 10 11 12 13 14 15 16 U W Y [V ] 3,3 7,7 3,7 4,2 4,7 5,2 6,5 5,7 5 Cz ± projektowa wiczenia 5.1 Projekt stabilizatorów podstawowych: stabilizatora z diod Zenera, stabilizatora z wtórnikiem emiterowym i stabilizatora z p tl ujemnego sprz»enia zwrotnego. 5.1.1 Z zamieszczonej w instrukcji tabeli napi wej±ciowych dla stabilizatorów wybierz kolumn zgodn z numerem zespoªu, który stanowisz w grupie laboratoryjnej. Przepisz wybrany zakres warto±ci napi cia wej±ciowego do konspektu. 9

5.1.2 Oblicz warto±ci rezystancji rezystorów R10, R20 i R30 tak, aby utworzone po ich wmontowaniu do wkªadki DSN1 stabilizatory napi cia staªego poprawnie pracowaªy w zakresie napi wej±ciowych okre±lonym w p.5.1.1 dla pr dów obci»enia od 0 do 25 ma. Do oblicze«przyjmij ±rednie warto±ci napi cia stabilizacji zastosowanych diod oraz warto± β 0 = 100. Pami taj o szeregu E24. Narysuj schematy ideowe zaprojektowanych stabilizatorów, umieszczaj c na nich warto±ci parametrów u»ytych elementów. Dla ka»dego stabilizatora oblicz moc tracon w u»ytej w nim diodzie dla najbardziej niekorzystnych warunków pracy stabilistora. Porównaj otrzyman warto± z warto- ±ci dopuszczaln. 5.1.3 Opracuj i narysuj w konspekcie schemat blokowy ukªadu do pomiaru statycznych charakterystyk wyj±ciowych zaprojektowanych stabilizatorów umo»liwiaj cy równoczesny pomiar tych charakterystyk wszystkich ukªadów dla obu napi wej±ciowych. Obci zeniem stabilizatora jest regulowane ¹ródªo pr du staªego (SZP1 = SA1111). 5.2 Projekt stabilizatora kompensacyjnego z ukªadem µa 723. 5.2.1 Z zamieszczonej w instrukcji tabeli napi wyj±ciowych dla stabilizatora z ukªadem µa 723 wybierz kolumn zgodn z numerem zespoªu, który stanowisz w grupie laboratoryjnej. Przepisz warto± napi cia umieszczon w tej kolumnie do konspektu. 5.2.2 Zaprojektuj stabilizator napi cia staªego z ukªadem µa 723, zapewniaj cy uzyskanie wybranej warto±ci napi cia wyj±ciowego i nadaj cy si do realizacji we wkªadce DSN2. Przy wyborze ukªadu poª cze«i rezystorów kieruj si informacjami podanymi w dodatku B. Pami taj,»e rezystory musz mie warto±ci z szeregu E24. Narysuj schemat stabilizatora. Okre±l minimaln warto± napi cia wej±ciowego, wymagan dla poprawnej pracy zaprojektowanego przez Ciebie stabilizatora. Wyja±nij, z czego wynika konieczno± zapewnienia takiej warto±ci napi cia. Okre±l maksymaln warto± pr du wyj±ciowego zaprojektowanego stabilizatora, wynikaj c z zastosowanego w ukªadzie ogranicznika pr du. 5.2.3 Opracuj i narysuj schemat blokowy ukªadu do obserwacji odpowiedzi napi ciowej stabilizatora kompensacyjnego na skokow zmian pr du obci»enia. Zaªó»,»e warto± pr du pobieranego ze stabilizatora b dzie zmienia si skokowo od 0 ma do 10 ma 6 Cz ± do±wiadczalna wiczenia 6.1 Monta» i badanie zaprojektowanych stabilizatorów podstawowych. 6.1.1 Zmontuj zaprojektowane stabilizatory. 10

6.1.2 Poª cz ukªad pomiarowy wedªug wcze±niej przygotowanego (patrz p.5.1.3) schematu blokowego. Przed rozpocz ciem pomiarów sprawd¹, czy stabilizatory pracuj poprawnie. Zmierz, zanotuj w tabelach wyniki pomiarów i wykre±l charakterystyki wyj±ciowe badanych stabilizatorów dla skrajnych warto±ci napi wej±ciowych i dla pr du obci»enia zmieniaj cego si w zakresie od 0 do 25 ma. Pomiary przeprowad¹ tak, aby mo»liwe byªo wyznaczenie z sensownym bª dem warto±ci rezystancji wyj±ciowej ka»dego stabilizatora dla maªej (ok. 1 ma), ±redniej (ok. 10 ma) i du»ej (ok. 20 ma) warto±ci pr du obci»enia. Oblicz i umie± w tabelach warto±ci rezystancji wyj±ciowej stabilizatorów dla maªej, ±redniej i du»ej warto±ci pr du obci»enia. Skomentuj zgodno± projektu z do±wiadczeniem. 6.1.3 Problemy: a) Jak oceniasz wpªyw rezystancji wyj±ciowej ¹ródªa napi cia zasilaj cego badane stabilizatory na wyniki pomiarów rezystancji wyj±ciowej? b) Który z badanych stabilizatorów i dlaczego bardziej nadaje si do pracy z obci»eniem pobieraj cym pr d o du»ej warto±ci? c) Jak zachowaj si badane stabilizatory po zwarciu zacisków wyj±ciowych? d) Czy jest wskazane doª czenie do wyj±cia stabilizatora wtórnikowego kondensatora elektrolitycznego o du»ej pojemno±ci w celu zmniejszenia poziomu t tnie«przechodz cych z wej±cia na wyj±cie? Wyja±nij, co b dzie si dzia w ukªadzie z kondensatorem przy wª czaniu i wyª czaniu napi cia zasilaj cego stabilizator. e) Zaproponuj mo»liwie prosty sposób zabezpieczenia tranzystora T 20, T 30 przed skutkami zwarcia zacisków wyj±ciowych stabilizatora. Wyja±nij zasad dziaªania proponowanego ukªadu. 6.1.4 Wykorzystaj wyniki wykonanych pomiarów do obliczenia zale»no±ci wspóªczynnika stabilizacji napi cia wyj±ciowego od pr du obci»enia badanych stabilizatorów. Wykre±l te zale»no±ci. Skomentuj otrzymane wykresy. W szczególno±ci wyja±nij, dlaczego warto±ci wspóªczynników zale» od warto±ci pr du obci»enia. 6.2 Monta» i badanie zaprojektowanego stabilizatora kompensacyjnego. 6.2.1 Wmontuj rezystory do ukªadu. Zwró uwag,»e na pªytce monta»owej s one umieszczone odwrotnie ni» na schemacie wkªadki. 6.2.2 Wykorzystaj poprzednio stosowany ukªad pomiarowy (wedªug przygotowanego w punkcie 5.1.3 schematu blokowego), zast puj c w nim wkªadk DSN1 wkªadk DSN2. Przed rozpocz ciem pomiarów sprawd¹, czy stabilizator pracuje poprawnie. Wykonaj pomiary i polecenia omówione poprzednio w p. 6.1.2 oraz 6.1.4 dla skrajnych warto±ci napi wej±ciowych stabilizatora, to znaczy, dla minimalnej warto±ctabulari napi cia wej±ciowego, przy której stabilizator ma, wedªug Twojeo projektu, 11

pracowa poprawnie (cz ± projektowa wiczenia) oraz dla maksymalnej warto- ±ci napi cia wej±ciowego stabilizatora (maksymalna warto± napi cia wyj±ciowego wkªadki (SZN2(=SA0011)). Uwaga! Ten rodzaj stabilizatora napi cia staªego ma, je±li jest poprawnie zaprojektowany, bardzo dobre parametry. Aby zauwa»y zmian warto±ci napi cia wyj±ciowego w normalnym zakresie pracy stabilizatora, musisz wykonywa pomiary z najmniejszym mo»liwym bª dem. 6.2.3 Obci» tak stabilizator, aby wª czyª si ukªad ograniczania pr du. Napisz, jak poznaªe±,»e wª czyª si ukªad ograniczania pr du. Zmierz i zanotuj maksymaln warto± pr du wyj±ciowego stabilizatora. Jak warto± zmierzona ma si do warto±ci wyznaczonej w cz ±ci projektowej wiczenia? 6.3 Impulsowy pomiar rezystancji wyj±ciowej zaprojektowanych stabilizatorów napi cia staªego. Poª cz ukªad pomiarowy wedªug schematu blokowego przygotowanego w p.5.2.3 cz ±ci projektowej wiczenia. Ustal warto± pr du wpªywaj cego do ¹ródªa SZP1(=SA1111) równ 10 ma. Po przeª czeniu przeª cznika rodzaju pacy w pozycje autoprzez 7, 5 ms warto± pr du wpªywaj cego do ¹ródªa wynosi 10 ma, a przez 7, 5 ms wynosi 0. Warto± napi cia wej±ciowego stabilizatora musi mie±ci si w zakresie zapewniaj cym jego poprawn prac, to znaczy powy»ej warto±ci minimalnej. Zanotuj wybrana warto± napi cia wej±ciowego. Uzyskaj na ekranie oscyloskopu stabilny obraz zmian napi cia na wyj±ciu stabilizatora. Aby móc obserwowa niewielkie zmiany tego napi cia na tle du»ej skªadowej staªej wykorzystaj w oscyloskopie sprz»enie zmiennopr dowe. Naszkicuj w sprawozdaniu przebieg uzyskany na ekranie oscyloskopu. Skomentuj uzyskany obraz, porównuj c go z odpowiednim rysunkiem zamieszczonym w dodatku B. Oblicz (lub oszacuj) i zanotuj warto± rezystancji wyj±ciow stabilizatora kompensacyjnego. Skomentuj wynik pomiaru r wy wykonanego metod impulsow. Na podstawie uzyskanych wyników porównaj metody: statyczn i impulsow pomiaru r wy. 12

7 Dodatek - dane techniczne diod Zenera i stabilizatora MC1723 Dodatek A Dane techniczne diod Zenera BZP683-C Parametry graniczne (t amb = 25 ): Pr d przewodzenia I F,max 0, 2 A Moc caªkowita P tot,max 0, 4 W Temperatura zª cza t j,max 150 Temperatura otoczenia t amb 40... + 125 Parametry charakterystyczne (t amb = 25 ): Pr d wsteczny dla U R = 1 V I R,max 1 µa Napi cie przewodzenia dla I F = 0, 1 A U F,max 1, 1 V Napi cie stabilizacji dla I Z = 5 ma U Z,min U Z,nom U Z,max C5V 6 5, 2 V 5, 6 V 6, 0 V C6V 2 5, 8 V 6, 2 V 6, 6 V Rezystancja dynamiczna dla I Z = 5 ma r Z,max C5V 6 60 Ω C6V 2 40 Ω Wspóªczynnik temperaturowy napi cia stabilizacji dla I Z = 5mA α UZ,typ C5V 6 +3, 0 10 4 / C6V 2 +4, 0 10 4 / Rysunek 10: Charakterystyka statyczna diody Zenera BZP683-C5V6 w zakresie pr dów o maªych warto±ciach. 13

Rysunek 11: Charakterystyki statyczne diod BZP683-C5V6 i -C6V2 w zakresie warto±ci pr dów od 1 ma do 25 ma. 14

Dodatek B Dane techniczne stabilizatora MC1723 MAXIMUM RATINGS (T A = +25 unless otherwise noted) Rating Symbol Value Unit Continuous voltage from V CC to V EE V in 40 V Input-Output Voltage Dierential V in V O 40 V Maximum Output Current I L 150 ma Current from V ref I ref 15 ma Voltage Between Non-Inverting Input and V EE V ie 8, 0 V Dierential Input Voltage V id ±5, 0 V Power Dissipation and Thermal Characteristics: Metal Package T A = 25 P D 1, 0 W Derate above T A = 25 1/Θ JA 6, 6 mw/ Thermal Resistance, Junction to Air Θ JA 150 /W T C = 25 P D 2, 1 W Derate above T A = 25 1/Θ JA 14 mw/ Thermal Resistance, Junction to Air Θ JA 35 /W Operating and Storage Junction Temperature T j, T stg 65 to +150 Range: Metal Package Operating Ambient Temperature Range T A 55 to +125 ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Unless otherwise noted: T A = 25, V in = 12 V, V O = 5, 0 V, I L = 1, 0 ma, R SC = 0, C 1 = 100 pf, C ref = 0 and divider impedance as seen by the error amplier 10 kω) Characteristics Symbol Min Typ Max Unit Input Voltage Range V I 9, 5 40 V Output Voltage Range V O 2, 0 37 V Input-Output Voltage Dierential V I V O 3, 0 38 V Reference Voltage V ref 6, 95 7, 15 7, 35 V Standby Current Drain (I L = 0, V in = 30V ) I IB 2, 3 3, 5 ma Output Noise Voltage (f = 100Hz to 10kHz): V N µv RMS C ref = 0 2, 0 C ref = 5µF 2, 5 Average Temperature Coecient of Output T CV O 0, 002 0, 015 Voltage ( 55 < T A < +125 ) %/ Line Regulation Reg line %V o 12V < V in < 15V 0, 01 0, 1 12V < V in < 40V 0, 02 0, 2 Load Regulation (1mA < I L < 50mA) Reg load 0, 03 0, 15 %V o 15

Ripple Rejection (f = 50Hzto10kHz) Rej R db C ref = 0 74 C ref = 5, 0µF 86 Short Circuit Current Limit (R SC = 10Ω, V O = 0) I SC 65 ma Long Term Stability DV O /Dt 0, 1 %/1000h Current Limiting Characteristics: I SC = V sense R SC, V sense = 0, 80V T J = 55 0, 66V T J = +25 0, 50V T J = +125 (10) 16

17