Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Схема лабораторной установки (рис. 3.5).

3. Расчет предварительного задания.

4. Внешние характеристики выпрямителей без фильтра и с фильт-рами в общей системе координат.

5. Осциллограммы временных диаграмм напряжений и токов.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия выпрямителей.

2. Как влияет емкостный фильтр на величину обратного напряжения на вентиле?

3. Почему уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения при включении емкостного или индуктивного фильтра?

4. Достоинства и недостатки разных типов фильтров.

5. Что такое коэффициент пульсаций и коэффициент сглаживания?

6. По каким критериям осуществляется выбор вентилей?

7. Как определяется мощность трансформатора в выпрямителях?

8. Как изменится форма напряжения на нагрузке при пробое одного вентиля в исследуемых выпрямителях?

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4

Исследование стабилизаторов постоянного напряжения и тока

Цель работы: изучение устройства, принципа действия и исследование характеристик компенсационного стабилизатора постоянного напряжения и стабилизатора тока.

Общие сведения

Стабилизатором называют устройство, автоматически поддерживающее с заданной точностью напряжение или ток в нагрузке при изменении питающего напряжения или сопротивления нагрузки в обусловленных пределах.

Основным параметром стабилизатора напряжения является коэффициент стабилизации напряжения, а стабилизатора тока – коэффициент стабилизации тока:

;

при R_н = const,

где U_вх, U_вых, I_вых – номинальные напряжения на входе и выходе стабилизатора и номинальный ток нагрузки;

U_вх, U_вых, I_вых – изменения напряжений на входе и выходе стабилизатора и изменение тока нагрузки.

Влияние нагрузки R_н оценивается по внешним характеристикам U_вых(I_вых) и I_вых(R_н) или выходным (внутренним) сопротивлением стабилизатора:

при U_вх = const.

Для стабилизатора напряжения R_вых  R_н, а для стабилизатора тока – R_вых  R_н.

Применяют два типа стабилизаторов: параметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах используются элементы с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ), обеспечиваю-щие постоянство напряжения при значительных изменениях тока для стабилизаторов напряжения и постоянство тока при изменении напряжения в стабилизаторах тока. Такими элементами могут быть стабилитроны, бареттеры или транзисторы.

Компенсационные стабилизаторы напряжения имеют большие коэффициенты стабилизации и меньшее R_вых при более высоком КПД. Структурная схема такого стабилизатора приведена на рис. 4.1. Стабилизатор состоит из источника эталонного напряжения 1, измерительного элемента 2 и регулирующего элемента 3.

На входы измерительного элемента подаются эталонное напряжение U₀ и U_вых. Если U_вых не равно U₀, появляется сигнал рассогласования, который поступает на вход регулирующего элемента. Под действием этого сигнала падение напряжения на регулирующем элементе меняется таким образом, чтобы U_вых оставалось постоянным:

U_вых = U_вх – U = const.

В качестве источника эталонного напряжения чаще всего используется стабилитрон, а роль регулирующего элемента выполняет транзистор или составной транзистор. В большинстве современных стабилизаторов измерительный элемент выполняется на операционном усилителе.

В работе предлагается исследовать компенсационный стабилизатор на транзисторе, схема которого показана на рис. 4.2. Источник эталонного напряжения выполнен на стабилитроне VD, режим которого задается резистором R2. Транзистор VT2 выполняет роль измерительного элемента. Изменение U_вых приводит к изменению I_б2 и соответственно к изменению I_к2. Изменение I_к2 вызывает противоположное изменение I_б1, так что U_вых = U_вх – U_кэ1 остается практически неизменным.

h₂₁/(h₁₁ + R₁);

.

В настоящее время широко применяются стабилизаторы в интегральном исполнении. Например, микросхема К142ЕН1 представляет собой регулируемый стабилизатор с выходным напряжением 3–12 В на ток до 150 мА. В схеме предусмотрена защита от перегрузки и коротких замыканий на выходе.

Схема исследуемого стабилизатора тока показана на рис. 4.3. На базе транзистора VT поддерживается постоянный потенциал, задаваемый параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD. На-грузка R_н включена в коллекторную цепь транзистора VT, который работает по схеме ОБ, где I_к = I_э.

Рис. 4.3

Ток эмиттера I_э определяется напряжением U_эб = U₀ – R₂I_э.

Благодаря этому устанавливается режим работы

I_э = (U₀ – U_эб) / R₂ = const.

У современных транзисторов   1, таким образом, получается устройство, выходной ток которого I_вых = I_к  I_э не зависит от R_н, а определяется только U₀ и R₂. Режим стабилизации поддерживается до тех пор, пока транзистор VT работает в активном режиме, т.е. U_вх  U + I_выхR_н, где U – напряжение насыщения транзистора.

Отсюда максимальное значение сопротивления нагрузки, при ко-тором сохраняется рабочий режим стабилизатора:

.

Коэффициент стабилизации тока

K_ст = I_вых /(U_вхh₂₂).

Выходное сопротивление стабилизатора

.