Лабораторна робота №8 «Компенсаційні стабілізатори напруги»

Мета роботи: вивчити теоретичні відомості по компенсаційних стабілізаторах, провести орієнтовний розрахунок транзисторного стабілізатора, провести моделювання стабілізатора

Теоретичні відомості

На відміну від параметричних компенсаційні стабілізатори напруги забезпечують необхідну стабільність напруги на навантаженні за допомогою негативного зворотного зв'язку, що впливає на регулюючий елемент (РЕ). Залежно від схеми включення РЕ компенсаційні стабілізатори розділяються на послідовних і паралельних.

На рис.8.1 приведена схема одного з найбільш поширених (до появи інтегральних стабілізаторів) транзисторних стабілізаторів напруги послідовного типу. Стабілізатор складається з регулюючого елементу (транзистори VT1, VT2, VT3), підсилювача постійного струму (VT0, R1), опорної напруги (VD,R2), дільника напруги R3-R5, резисторів R6, R7, використовуваних для вибору режиму по постійному струму транзисторів VT1, VT2, і конденсатора С1. У стабілізаторі передбачено регулювання вихідної напруги, для чого до складу дільника включений потенціометр R4.

Число транзисторів, що входять в регульований елемент, залежить від типу навантаження. При In<(0,02.0,03) А можна використовувати тільки один транзистор VT1; при (0,02.0,03) А<Іn<(0,5.0,6) А - два транзистори VT1, VT2; при (0,5.0,6) А<Іn<(4.5) А - всі три транзистори.

Стабілізатор може бути виконаний на транзисторах типу p-n-p або n-p-n. При використанні транзисторів типу p-n-p полярності напруги на вході і виході змінюються на протилежних (в порівнянні з схемою на рис.8.1). При цьому необхідно також перемкнути стабілітрон VD, щоб напруга на його аноді була позитивною щодо катода.

Стабілізатор працює таким чином. При збільшенні вхідної напруги Ui збільшується і вихідна напруга Uo, що викликає збільшення напруги на вході транзистора VT0 і його колекторного струму, внаслідок чого напруга на колекторі зменшується, а це викликає зменшення струму через транзистори РЕ і, отже, приводить до пропорційного зменшення Uo. Аналогічні процеси відбуваються і при зменшенні струму навантаження, що приводить до збільшення Uo. При зменшенні Ui або Uo (при збільшенні струму навантаження) транзистор VT0 призакривається, напруга на його колекторі і на базі транзистора РЕ збільшується, внаслідок чого Uo збільшується майже до номінального значення.

Для проведення моделювання необхідно заздалегідь провести наближений розрахунок. Початкові дані для такого розрахунку:

– номінальна вихідна напруга Uo, В;

– межі регулювання вихідної напруги , В;

– струм навантаження , А;

– мінімальна і максимальна напруга мережі , ,В.

Рисунок 8.1 – Компенсаційний стабілізатор

Хід роботи

1. Попередній розрахунок компенсаційного стабілізатора (рис 8.1):

1) Визначаємо мінімальну вхідну напругу В. Додати 4.5 В потрібний для забезпечення нормальної роботи транзисторів РЕ. Максимальне в цьому випадку задається з умови максимально можливої напруги мережі.

2) Залежно від струму навантаження визначаємо число транзисторів, що входять в схему (див. вищеперелічену рекомендацію).

3) По і вибираються типи транзисторів або редагуються параметри вибраного бібліотечного компоненту по максимально допустимій напрузі і струму колектора.

4) Вибирається тип стабілітрона VD по напрузі стабілізації з умови Ст. В цьому випадку опір резистора R2=(2.3)/ , де - мінімальний струм стабілізації стабілітрона. Так, наприклад =5 мА R2=400.600 Ом.

5) Визначається опір резистора R1 з умови, що при напрузі по ньому протікає струм 3.5 мА.

6) Визначається сумарний Rs опір резисторів дільника R3.R5 з умови протікання по ньому струму 5.10 мА при номінальній напрузі Uo. При цьому опори резисторів дільника визначаються з виразу R5=RsUs/ , R4=Rs/ , R3=Rs-R4-R5.

7) Опори резисторів R7, R6 визначаються як Uo/ , де - теплострум емітерного переходу відповідного транзистора.

2. Розглянутий стабілізатор володіє порівняно невеликим коефіцієнтом стабілізації із-за малого коефіцієнта посилення однокаскадного підсилювача постійного струму (УПТ). Вищими показниками володіють стабілізатори з УПТ на ОП, один з варіантів якого показаний на рис.8.2. На цьому стабілізаторі опорний стабілітрон VD включений у верхнє плече моста, діагональ якого приєднана до виходу стабілізатора, а друга - до входу ОП. Вихідна напруга стабілізатора рівна Uo=Us(R2+R3) /R3. Для захисту регулюючого транзистора VT1 від виходу з ладу при короткому замиканні на виході пристрою введені транзистор VT2 і резистори R4 і R5. При збільшенні вихідного струму вище за допустиму межу падіння напруги на резисторі R5 (біля 0,5В) відкриває транзистор VT2, внаслідок чого зменшується вихідна напруга стабілізатора. При цьому резистор R4 захищає вихід ОП від перевантаження при відкритому VT2.

3. Для створення стабілізаторів змінної напруги можна використовувати такі ж структурні схеми, що і в стабілізаторах постійної напруги, але джерела опорної напруги і регулюючі елементи в них повинні бути, природно, пристосовані для роботи із змінною напругою.

Рисунок 8.2 – Компенсаційний стабілізатор з ОП

Що стосується джерел опорної змінної напруги, то їх зазвичай виконують на основі інерційно-нелінійних опорів: напівпровідникових або металевих терморезисторів. Регулюючі елементи, що входять до складу стабілізаторів, можна вважати підсилювачами потужності, включеними на виході ОП. Таким чином, РЕ для змінної напруги - це підсилювачі потужності змінної напруги.

Як приклад на рис.8.3 приведена схема простого стабілізатора змінної напруги. Стабілізатор складається з резистивного моста R1, R2, R3, R0, до однієї діагоналі якого приєднується джерело вхідної змінної нестабілізованої напруги Ui, а до іншої - входи диференціального підсилювача. Резистор R0 моста є малопотужною лампою розжарювання, тобто металевий терморезистор, опір якого зростає за рахунок саморазогріву. Унаслідок теплової інерційності такого резистора його опір не змінюватиметься синхронно із зміною миттєвих значень струму, а реагуватиме тільки на відносно повільні зміни його значення, що діє. На жаль, модель лампи розжарювання в програмі EWB такими властивостями не володіє - це просто світловий індикатор.

Рисунок 8.3 – Стабілізатор змінного струму

4. Зібрати моделі стабілізаторів в EWB, проаналізувати, зробити виводи.

Поиск по сайту: