1.2.2. Экспериментальная часть

Исследуем работу однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром на заданной частоте входного напряжения  = 50 Гц (частота сети), для чего соберем на макетной плате схему, представленную на рис. 1.3 (  = 1 мкФ;  = 10 кОм). В меню запуска инструментов NI ELVIS выберем функции Function Generator (Функциональный генератор) и Oscilloscope (Осциллограф). На лицевой панели ФГ установим следующие параметры: Waveform (тип сигнала) – Sine wave (синусоидальный); Peak Amplitude (амплитуда) – 2,5 В; Frequency (частота) – 50 Гц; DC Offset (смещение) – 0,0 В. В качестве источника для канала А на лицевой панели осциллографа установим [BNC/Board CH A]; для наблюдения за входным сигналом в канале Б источником для него сделаем [FGEN FUNC_OUT]. Поскольку источником входного сигнала является ФГ, в качестве источника триггерного сигнала можно выбрать SYNC_OUT. Эксперименты проведем для двух случаев:

1) без фильтра –  = 0;

2) с фильтром –  = 1 мкФ.

Еще раз проверим схему, затем включим питание макетной платы. Запустим ФГ и ОСЦ в непрерывном режиме. Понаблюдаем за входным напряжением в канале Б и выходным напряжением выпрямителя в канале А. Убедимся в том, что результаты исследований соответствуют приведенным на рис. 1.4 характеристикам 2 и 3 и соотношениям (1.3) – (1.5). Для выпрямителя без фильтра найдем разницу между максимальными значениями входного и выходного напряжений и объясним причину ее возникновения. Для выпрямителя с фильтром с помощью курсора измерим время заряда и время разряда конденсатора С1 и объясним, почему они столь различны; определим амплитуду и частоту пульсации выходного напряжения и уровень постоянного напряжения .

Исследуем работу двухполупериодного мостового выпрямителя (см. рис. 1.5,  = 1 мкФ;  = 10 кОм) так же, как исследовали работу однополупериодного выпрямителя. Сравним однополупериодный и двухполупериодный выпрямители по амплитуде и частоте пульсации выходного напряжения и уровню постоянного напряжения , выявим их достоинства и недостатки.

1.3. Параметрические стабилизаторы на кремниевых стабилитронах

1.3.1. Общая часть

Стабилизаторы постоянного напряжения являются одними из основных устройств ИВЭП. Они предназначены для стабилизации выходного напряжения при изменении в широких пределах входного напряжения и тока нагрузки . По принципу действия они подразделяются на компенсационные стабилизаторы с общей отрицательной обратной связью, импульсные стабилизаторы с ключевым регулирующим элементом и параметрические стабилизаторы, которые и рассматриваются в настоящей работе.

Схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения на кремниевом стабилитроне приведена на рис. 1.6, где обозначены РИП – регулируемый источник питания, ЦМ – цифровой мультиметр. Следует отметить, что оба напряжения, и , являются постоянными, т. е. незнакопеременными, стабилизировано только напряжение , а напряжение не стабилизировано.

Рис. 1.6

Принцип действия стабилизатора основан на работе стабилитрона VD1 в режиме обратимого пробоя (см. рис. 1.2, характеристика 3). При изменении в широких пределах входного напряжения и тока нагрузки существенно изменяется ток через стабилитрон, т. е. его рабочая точка А может перемещаться от точки до точки , однако при этом напряжение на выходе стабилизатора практически неизменно:  =  . В какую сторону будет перемещаться рабочая точка А стабилитрона VD1 при увеличении напряжения ; при возрастании тока нагрузки ? При увеличении напряжения возрастают напряжение на резисторе R1 и ток , а поскольку , то при этом увеличится ток I через стабилитрон и его рабочая точка А переместится вниз. При возрастании тока нагрузки , наоборот, ток I уменьшается, поэтому рабочая точка А переместится вверх.

Качество стабилизации выходного напряжения определяется такими параметрами стабилизатора, как коэффициент стабилизации , выходное сопротивление , коэффициент сглаживания пульсаций :

(1.6)

где ,  – постоянные уровни входного и выходного напряжений; , ,  – приращения, соответственно, входного и выходного напряжений и тока нагрузки;  – коэффициент передачи по напряжению; f – частота, Гц. Для идеального стабилизатора постоянного напряжения ; ; .

При определении параметров и стабилизатора (см. рис. 1.6) следует помнить, что для приращений входного напряжения этот стабилизатор представляет собой делитель напряжения , где  – дифференциальное сопротивление стабилитрона, а выходное сопротивление стабилизатора также в основном определяется сопротивлением . С учетом этого обстоятельства получаем:

; . (1.7)

Реально в схеме удается получить  = 10…100;  = 10…100 Ом.