Описание лабораторного макета стабилизатора и указания по проведению экспериментальных исследований

Экспериментальные исследования проводится на макетах, смонтированных и установленных в рабочем отсеке лабораторной установки УНТЦ СПбГУТ

.

Рис. 5.1 Внешний вид сменного блока «Импульсный стабилизатор постоянного напряжения».

Для проведения исследований на вход исследуемой схемы стабилизатора подается напряжение от встроенного источника постоянного нестабилизированного напряжения. Это напряжение регулируется в пределах от 5 до 20 вольт. Источник имеет защиту от кратковременной перегрузки по току нагрузки. При перегрузке начинает мигать светодиод «Перегрузка». Входное напряжение и потребляемый ток контролируются с помощью PV1 и PA1 лабораторной установки. Значение тока нагрузки устанавливается путём изменения сопротивления блока нагрузок (правая панель лабораторной установки, ручка переключателя «R_Н грубо» и ручка переменного резистора «R_Н точно»). Примерные пределы изменения R_Н: от 1300 Ом в положении «1» до 17 ОМ в положении «11» переключателя «R_Н грубо». В положении «Х.Х.» R_Н= ∞. Напряжение на нагрузке (выходное напряжение) контролируются вольтметром PV2 и миллиамперметром PA2.

Введение:

При оценке качества функционирования стабилизаторов напряжения необходимо определить численные значения его основных показателей качества:

коэффициент стабилизации К_ст ;

относительной нестабильности выходного напряжения d_U,%;

выходного сопротивления R_вых;

коэффициента полезного действия h.

Коэффициент стабилизации выходного напряжения стабилизатора определяется при постоянном значении сопротивления нагрузки R_н

( R_н = const ) в соответствии с соотношением:

или (5.1)

Номинальное значение входного напряжения U_{вх ном} , выходного напряжения U_{вых ном}, измеряются вольтметрами РV1 и РV2, установленным на приборной панели установки.

Относительная нестабильность выходного напряжения d_U%

(5.2)

также определяется при постоянном значении сопротивления нагрузки

R_н = const .

Значение динамического выходного сопротивления стабилизатора R_{вых дин} определяется при постоянной величине входного напряжения U_вх - const (т.е.∆U_вх=0)

(5.3)

где ∆U_вых - отклонение выходного напряжения стабилизатора от его номинального значения, соответствующее изменению тока нагрузки на величину ∆I_н (∆I_н =I _{н ном} – I _{н min}) .

Потери мощности в элементах стабилизатора оцениваются его коэффициентом полезного действияh :

(5.4)

или

(5.5)

Коэффициент пульсаций выходного напряжения стабилизатора определяется при постоянном значении сопротивления нагрузки R_н

( R_н = const ) в соответствии с соотношением :

(5.6)

I. Экспериментальное исследование транзисторного компенсационного стабилизатора с широтно-импульсным регулированием.

Рис. Схема соединений коммутационными шнурами элементов установки для исследования компенсационного стабилизатора с широтно-импульсным регулированием

· Переключатель S1 на панели ИСН установить в верхнее положение.

· Переключатель «R_Н грубо» установить в положение «5».

· Вольтметры PV1 и PV2 установить в режим измерения постоянного напряжения. Миллиамперметр РА1 установить в режим измерения постоянного тока.

· Включить электропитание установки.

· Включить источник постоянного напряжения.

· Входное напряжение установить регулятором U_ИП источника питания, контролировать вольтметром PV1.

· Выходное напряжение установить регулятором R1, контролировать вольтметром PV2.

· Ток нагрузки установить регуляторами «R_Н грубо» и «R_Н точно», контролировать амперметром PА2.

1. Определение коэффициента стабилизации К_СТ

· Установить номинальный режим работы стабилизатора:

U_{ВХ НОМ} = 15 В; U_{ВЫХ НОМ} = 3 В; I_{НАГР НОМ} = 0,18 А .

· Увеличить напряжение источника питания до максимально возможного U_{ВХ МАКС} . (Вольтметр PV1)

· Записать значение выходного напряжения стабилизатораU_ВЫХ1 (Вольтметр PV2).

· Определить ∆U_ВХ , ∆U_ВЫХ - соответственно приращения входного и выходного напряжений стабилизатора при неизменном сопротивлении нагрузки.

· Рассчитать коэффициент стабилизации по входному напряжению по формуле (5.1)

2. Определение выходного сопротивления R_ВЫХ

· Установить: U_{ВХ НОМ} = 15 В U_{ВЫХ НОМ} = 3 В I_{НАГР НОМ} = 0,15 А.

· Увеличить сопротивление нагрузки таким образом, чтобы ток нагрузки уменьшился в 3 - 4 раза.

При этом поддерживать U_ВХ = const = U_{ВХ НОМ} = 15 В .

· Записать изменение выходного напряжения стабилизатора ∆U_ВЫХ и тока нагрузки ∆I_НАГР .

· Рассчитать выходное сопротивление по формуле (5.3).

Определение КПД

· Установить номинальный режим работы стабилизатора:

U_{ВХ НОМ} = 15 В; U_{ВЫХ НОМ} = 3 В; I_{НАГР НОМ} = 0,18 А .

Записать значения I_ВХ (Миллиамперметр PА2)

Рассчитать значение КПД по формуле (5.5)

4. Определение коэффициента пульсаций К_П

· Установить номинальный режим работы стабилизатора:

U_{ВХ НОМ} = 15 В; U_{ВЫХ НОМ} = 3 В; I_{НАГР НОМ} = 0,18 А .

· С помощью осциллографа определить частоту и размах пульсаций.

Амплитуду пульсаций брать как половину размаха .

· Определить коэффициент пульсаций по формуле (5.6)