Короткі теоретичні відомості

Лабораторна робота №10

ДОСЛІДЖЕННЯ СХЕМИ ПАРАМЕТРИЧНОГО ТА КОМПЕНСАЦІЙНОГО СТАБІЛІЗАТОРІВ.

Обладнання та ПЗ:ПЕОМ з необхідними системними вимогами для роботи ПЗ, MS Windows, iнтернет Explorer, Open Office Writer, програми OrCAD (Multisim 12.0)

1. Ознайомитися та закріпити на практиці теоретичні положення шо до основних параметрів та властивостей параметричних і компенсаційних стабілізаторів постійної напруги.

2. За допомогою програмного середовища OrCAD (Multisim 12.0) змоделювати роботу досліджуваних стабілізаторів.

Завдання

1. За рекомендованою літературою ознайомитися з основними теоретичними положеннями щодо властивостей параметричних і компенсаційних стабілізаторів постійної напруги та побудови їх схем у середовища OrCAD (Multisim 12.0).

2. Згідно з заданим викладачем стабілітроном, скласти та змоделювати роботу параметричного стабілізатора постійної напруга.

3. Побудувати схему для дослідження компенсаційного стабілізатора напруди та дослідити його роботу^-.

4. Визначити пульсації на навантаженні та розрахувати коефіцієнт стабілізації в досліджуваних схемах стабілізаторів.

5. Оформити письмовий звіт лабораторної роботи, зробити письмові висновки за результатам досліджень.

Короткі теоретичні відомості

Стабілізатором напруги (струму) називається пристрій, який автоматично та з необхідною точністю підтримує напругу (струм) на навантаженні при зміні дестабілізуючих чинників у визначених межах. Незважаючи на застосування згладжувальних фільтрів, напруга на опорі навантаження може змінюватися. Це пояснюється тим. шо у випадку згладжування пульсацій фільтром зменшується тільки змінна складова випрямленої напруги, а величина постійної складової може змінюватися в разі коливань напруги мережі та зміні струму' навантаження. Залежно ви місця їх увімкнення в схему розрізняють стабілізатори напруги постійного та змінного струмів. У першому випадку стабілізатор вмикають між випрямлячем і опором навантаження, в другому випадку - між джерелом змінного струму та випрямлячем.

€ два принципово відмінних методи стабілізації напруги: параметричнім і компенсаційний.

У параметричних стабілізаторах використовуються елементи з нелінійною залежністю між струмом і напругою (з нелінійною ВАХ). Такими елементами можуть слугувати електронні лампи, транзистори, стабілітрони, дроселі тощо. Принцип дії параметричних стабілізаторів ґрунтується на зміні опору (або інших параметрів) нелінійних

елементів у випадку зміни прикладеної до них напруги або струму. У результаті перерозподілу струмів і напрут між окремими елементами досягається стабілізація

вихідної напруги або струму.

На рис. 5.1 подано схему параметричного стабілізатора постійного струму на стабілітроні, яка є дільником напруги. шо складається із резистора R₀ і

стабілітрона VD. У випадку зміни напруги живлення U_вх напруга на стабілітроні та навантаженні R_н змінюється незначно.

Суть компенсаційного методу стабілізації зводиться до автоматичного регулювання вихідної напруги В компенсаційних стабілізаторах проводиться порівняння фактичної величини вихідної напруги з ного заданою величиною та залежно від величини і знаку різниш між ними автоматично здійснюється коректувальний вплив на елементи стабілізатора спрямований на зменшення ЦІЄЇ різниці.

У стабілізаторах послідовного типу (рис. 5.2. а) регулювальній елемент увімкнено послідовно з джерелом вхідної напроти U_вх опором навантаження R_н. Якщо з яких-небудь причин напруга на виході U_вих відхилилася від свого номінального значення, то різниця еталонної та вихідної напруги змінюється, підсилюється в ППЕ та діє на РЕ. У цьому випадку опір РЕ автоматично змінюється і напруга U_вх розподіляється між РЕ та R_н таким чином, щоб компенсувати зміни напруги на навантаженні.

У схемі паралельного стабілізатора компенсаційного типу (рис. 5.2. б) у випадку відхилення напруги на виході від номінальної виробляється сигнал, який дорівнює різниці еталонної та вихідної напруг, підсилюється елементом ППЕ і діє на РЕ. якій увімкнено паралельно навантаженню. Струм регулювального елемента І_р змінюється тому на баластному опорі R_б який увімкнено послідовно з R_н. змінюється падіння напруги, а напруга на виході U_вих = U_вх – І_вх R_б залишиться стабільною.

Відмінність наведених схем компенсаційних стабілізаторів налягає в такому. В послідовних стабілізаторах напруга на РЕ зростає при збільшенні напруги на навантаженні, а струм приблизно дорівнює струму навантаження. У паралельних стабілізаторах напруга на РЕ не залежить від вхідної напроти, а струм знаходиться в прямій залежності ви напруги на навантаженні. Стабілізатори паралельного типу мають невисокий ККД і використовуються рідко. Для стабілізації підвищених напруг і струмів. а також у випадку змінних навантажень використовують стабілізатори напруги послідовного типу. Їх недоліком є те. шо у разі короткого замикання на виході до РЕ буде прикладена вся вхідна напруга.

На рис. 5.3 наведено схему послідовного транзисторного стабілізатора із підсилювачем у колі зворотного зв'язку. Її особливістю є високий коефіцієнт стабілізації.

Рис. 6.3. Компенсаційний стабілізатор напроти з підсилювачем постійного струму та згладжувальним ємнісним фільтром.

У цій схемі транзистор VT2 є ППЕ. а транзистор VTI виконує функції РЕ. Напруга між базою та емітером транзистора V17 дорівнює різниш напрут U_оп і U_R3. Якщо за будь-якої причини напруга на навантаженні зросте, то збільшиться напруга U_R3, яка прикладена у прямому напрямку до емітерного переходу транзистора VT2. Унаслідок нього збільшиться емітерний та колекторний струми нього транзистора Колекторний струм транзистора VT2 протікає крізь резистор R і створює на ньому падіння напроти, яка за своєю полярністю є зворотною хвиля емітерного переходу транзистора VT1. Емітерний і колекторний струми нього транзистора зменшуються, шо призводить до відновлення номінальної напруги на навантаженні. Таким же чином можна викликувати зміни струмів у випадку зменшення напруги на навантаженні.

Порядок виконання роботи

Дослідження параметричного стабілізатора постійної напруги

1. Зібрати схему дослідження параметричного стабілізатора постійної напруги в середовищі OrCAD (Multisim 12.0) , показану на рис. 5.4. Джерело змінної напруги Е2 використовується в схемі для імітації пульсацій.

2. Розвернути панель осцилографа та спостерігати вхідний та вихідний сигнали параметричного стабілізатора напруги. Занести їх до звіту

3. Викрита властивості вольтметра V і перемкнути його на вимірювання змінної напруга (режим AС).

4. Визначити пульсації на навантаженні та розрахувати коефіцієнт стабілізації.

Дослідження компенсаційного стабілізатора напруги

1. Зібрати схему компенсаційного стабілізатора постійної напруги в середовищі OrCAD (Multisim 12.0), яку показану на рисунку.

2. Встановіть на опорі навантаженні R_н напругу 6 В (вольтметр V). Для цього слід змінювати опір змінного резистора R3.

3. Розвернути панель осцилографа та спостерігати вхідний та вихідний сигнали компенсаційного стабілізатора. Результати занести до звіту.

4. Відкрити властивості вольтметра V та перемкнути його на вимірювання змінної напруги.

1. Визначити пулсації на навантаженні та розрахувати коефіцієнт стабілізації

Контрольні запитання та завдання

1. Що таке стабілізатори напруги. Яке їх функціональне призначення?

2. Наведіть схему параметричного стабілізатора постійної напруги та поясніть його принцип дії.

3. Поясніть суть компенсаційного метода стабілізації напруги на прикладі схеми послідовного типу.

4.Опишіть роботу компенсаційного стабілізатора напроти паралельного типу (за схемою).

5.Розкрийте переваги та недоліки використання компенсаційних стабілізаторів напруги послідовного та паралельного типів.

6. Поясніть принцип стабілізації напруги послідовнім транзисторним стабілізатором.

7. Стисло охарактеризуйте основні параметри, яга характеризують роботу стабілізаторів напруги.

8. Назвіть основні етапи дослідження схем параметричного та компенсаційного стабілізаторів напроти в програмному середовищі OrCAD (Multisim 12.0) .