практикум по Электронике и МПТ 2 курс

5.25. Рассчитать коэффициент сглаживания для резистивно-

емкостного фильтра по формулам (1.25), (1.26).

5.26. Подключить к мостовой схеме двухполупериодного выпрямителя индуктивно-емкостной фильтр низких частот

рис. 1.19.

Рис. 1.19. Схема двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим индуктивно-емкостным фильтром

К выходу фильтра низких частот (ФНЧ) следует подключить сопротивление нагрузки Rн выбранное в п. 5.17.

5.27. Измерить постоянную Uвх ф и переменную Uвх ф

составляющие на входе сглаживающего индуктивно-емкостного фильтра, и постоянную Uвых ф и переменную Uвых ф

составляющие на выходе сглаживающего индуктивно-

емкостного фильтра. Зарисовать осциллограмму переменной составляющей на выходе сглаживающего индуктивно-емкостного фильтра с указанием числовых значений.

5.28. По результатам измерений рассчитать коэффициент пульсации при включении в схему индуктивно-емкостного фильтра низких частот по формуле (1.24).

5.29. Рассчитать коэффициент сглаживания для индуктивно-

емкостного фильтра по формулам (1.25), (1.26).

5.30. Сделать выводы об изменении коэффициента пульсации KП и изменении коэффициента сглаживания KСГ при

использовании резистивно-емкостного и индуктивно-емкостного фильтров. Сделать вывод о целесообразности использования резистивно-емкостного и индуктивно-емкостного фильтров.

31

6. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

Титульный лист;

название и цель работы;

краткие теоретические сведения;

результаты выполнения пунктов 5.1 – 5.30 согласно заданию (результаты измерений должны быть оформлены по пунктам исходя из задания 5 с зарисованными графиками и выполненными необходимыми расчетами);

выводы по полученным результатам в ходе выполнения лабораторной работы.

7.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1.Какой вид имеет эквивалентная схема трансформатора?

7.2. Объяснить с помощью эквивалентной схемы трансформатора причины изменения коэффициентов трансформации на разных частотах.

7.3. Какие формы напряжений будут при однополупериодном, двухполупериодном и мостовом выпрямлении? Показать на схемах выпрямителей пути протекания тока в каждом из полупериодов.

7.4. Нарисуйте диаграммы токов при активной и емкостной нагрузках.

7.5. Почему при емкостной нагрузке коэффициент пульсаций уменьшается?

7.6. Почему схемы рис. 1.14, рис. 1.17 позволяют уменьшить пульсации выходного напряжения?

7.7. В каких случаях целесообразно использовать сглаживающий фильтр типа RC , а в каком LC?

7.8. Какая форма пульсаций напряжения на выходе будет при использовании фильтра низких частот типа RC и типа LC и почему они различаются?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гусев В.Г. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб. для вузов 3-е изд., перераб. и доп. / Гусев В.Г., Гусев Ю.М. - М:

Высш. шк., 2006. - 790 с.: ил.

32

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ

ИЭЛЕКТРОННЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение назначения, принципов работы и исследование основных технических характеристик простейших стабилизаторов электрического напряжения, получение навыков пайки их простейших схем.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. СТРУКТУРЫ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ СН – устройство,

поддерживающее неизменным напряжение постоянного или переменного тока при воздействии на источник вторичного электропитания различных возмущающих факторов.

Стабилизация напряжения осуществляется с помощью параметрических или компенсационных (непрерывных или импульсных) стабилизаторов.

В параметрических стабилизаторах (рис. 2.1, а) стабилизация осуществляется за счет использования свойств некоторых специально предназначенных для этой цели компонентов радиоэлектроники. Для этого чаще всего используются полупроводниковые стабилитроны. Иногда газонаполненные стабилитроны, дроссели насыщения и пр.

Вольтамперная характеристика элемента, используемого в качестве параметрического стабилизатора такова, что падение напряжения на нем мало зависит от значения, протекающего через него тока (рис. 2.1, б).

Такой нелинейный элемент НЭ обычно включают параллельно сопротивлению нагрузки и подключают к источнику постоянного нестабилизированного напряжения питания, UИП через гасящий

резистор, который часто называют балластным сопротивлением Rб

(рис. 2.1, б).

Благодаря особенностям вольтамперной характеристики

33

нелинейного элемента НЭ, на сопротивлении нагрузки Rн будет напряжение, равное напряжению стабилизации UСТ

Рис. 2.1. Структурная схема параметрического стабилизатора напряжения (а); идеализированная вольтамперная характеристика стабилитрона (б)

При изменении напряжения питания на величину UИП увеличивается ток через балластное сопротивление Rб и падение напряжения на нем Uб Uб . При этом падение напряжения на сопротивлении нагрузки остается практически неизменным

соответствующим приращением падения напряжения на балластном сопротивлении. Rб ( U б ). В итоге напряжение на нагрузке остается

практически постоянным.

Недостатком параметрических стабилизаторов напряжения является сравнительно низкий КПД. Они эффективно работают только при сравнительно небольшом диапазоне изменений сопротивления нагрузки и малых значениях тока. Поэтому, хотя параметрические стабилизаторы часто имеют и самостоятельное значение, они входят составной частью в схему сложного стабилизатора напряжения или тока в большинстве качественных источников вторичного электропитания ИВЭП. В этих случаях их

34

опорного напряжения, как правило, выполняет параметрический стабилизатор. Его назначение – обеспечить получение известного напряжения, стабильного во времени и остающегося неизменным при воздействиях возмущающих факторов. Напряжение на сопротивлении нагрузки измеряется с помощью измерительного элемента ИЭ и сравнивается с сигналом, заданным с помощью ИОН. Разность этих напряжений усиливается усилителем У. Выходной сигнал его изменяет параметры регулирующего элемента РЭ так, что разность сигналов ИОН и ИЭ уменьшается и при большом коэффициенте усиления усилителя У стремится к нулю. В обеих структурных схемах это осуществляется за счет изменения

увеличения сопротивления нагрузки Rн повышается сопротивление

регулирующего элемента РЭ. В результате этого напряжение на нагрузке изменяется незначительно. В структуре (рис. 2.2, б) при увеличении сопротивления нагрузки стабилизатора Rн сигнал с

выхода усилителя У уменьшает сопротивление регулирующего элемента. В результате этого ток балластного резистора Rб и падение

напряжения на нем остаются постоянными. Соответственно и падение напряжения на нагрузке не зависит от ее величины в том диапазоне значений, в котором стабилизатор напряжения сохраняет свою работоспособность.

У непрерывных стабилизаторов трудно получить высокий КПД при широком диапазоне изменений сопротивления нагрузки и больших колебаниях напряжения питающей сети.

При использовании импульсного режима работы РЭ удается существенно улучшить КПД, уменьшить объем и массу ИВЭП. Часто удается получить и лучшую температурную стабильность выходного напряжения. В импульсных стабилизаторах применяются быстродействующие электронные ключи, обычно выполненные на транзисторах. Но этот вид стабилизаторов в лабораторной работе рассматривать не будем.

36

Рассмотрим работу параметрического стабилизатора (рис. 2.3, а), в котором стабилизация напряжения осуществляется за счет нелинейности характеристики элемента – стабилитрона. Реальная вольтамперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 2.3, б.

Рис. 2.3. Параметрический стабилизатор напряжения (а); вольтамперная характеристика реального стабилитрона (б)

В основе работы стабилитронов лежит явление пробоя р-п перехода, возникавшее при достаточно большой напряженности электрического поля. При этом падение напряжения остается практически постоянным при значительных изменениях тока через стабилитрон VD. Небольшое увеличение падения напряжения, наблюдаемое при увеличении тока на участке пробоя, характеризуется дифференциальным сопротивлением

37

Максимальный ток ограничен тепловым разогревом стабилитрона. Стабилизация напряжения тем лучше, чем круче кривая

вольтамперной характеристики и соответственно чем меньше дифференциальное внутреннее сопротивление rдиф.

В параметрических стабилизаторах напряжения, стабилитрон через балластное сопротивление подключается к источнику постоянного напряжения, которое требуется стабилизировать. Нагрузка подключается параллельно со стабилитроном (рис. 2.3, а). Так как падение напряжения на нем практически постоянно и примерно равно UCT ном , то оно постоянно и на сопротивлении

нагрузки Rн . Причем параметры балластного сопротивления

выбираются так, чтобы при любых сочетаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки ток стабилитрона был бы не меньше IСТ min и не больше IСТ max .

В связи с этим возможности параметрических стабилизаторов ограничены и стабилизацию можно обеспечить только при сравнительно небольших изменениях входного напряжения и сопротивления нагрузки. Поэтому ток нагрузки равен

с другой стороны

значениях UИП пределы изменения Rн ограничены.

Параметрический стабилизатор кроме поддержания постоянного напряжения сглаживает и его пульсации. Поэтому его можно считать, что он выполняет функции сглаживающего фильтра.

2.3. ЭЛЕКТРОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Электронный стабилизатор (рис. 2.4) имеет более широкие функциональные возможности и в его состав обязательно входит параметрический стабилизатор.

38

экономичный режим и задавать начальные значения тока протекающего через стабилитрон, близко к минимально допустимому току . В электронных стабилизаторах возможности

стабилизации ограничены не токами через стабилитрон, а тем, что регулирующий транзистор полностью открывается и может попасть на границу активного режима и режима насыщения.

Данный электронный стабилизатор (рис. 2.4) по существу также относится к числу параметрических, так как стабилизация в нем существует, благодаря тому, что разность потенциалов между базой и эмиттером транзистора изменяется мало при значительных изменениях, тока нагрузки. Поэтому в таком стабилизаторе нельзя получить высокую точность стабилизации. Он пригоден только для случаев, когда допустимо некоторое изменение напряжения при изменении сопротивления нагрузки.

3. ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ДЕТАЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

В качестве источника входного переменного сигнала использовать генератор звуковых частот (Г3-36) или ему подобный.

Контроль за формой сигнала в различных точках схемы, и измерение напряжений на компонентах исследуемой схемы следует проводить электронным осциллографом, имеющим закрытый и открытый входы (MOS-620, C1-68, C1-72 и др.).

Для подачи входного сигнала к схеме, и измерения необходимых электрических характеристик используются два коаксиальных кабеля.

Измерение постоянных и переменных напряжений можно проводить и цифровым вольтметром В7-38 или ему подобным.

Используемые в ходе выполнения лабораторной работы детали:

- трансформатор с первичной и вторичными обмотками или одной вторичной обмоткой, имеющей среднюю точку. Коэффициент трансформации порядка (0,5 – 3). Номинальное напряжение первичной обмотки (10 – 15 В), диапазон рабочих частот порядка

10 Гц – 10кГц;

40