Напряжения

 

Цель работы — изучение принципа действия пара­метрического стабилизатора напряжения, его исследова­ние при изменении входного напряжения и нагрузки, расчет коэффициента стабилизации и выходного сопро­тивления (рис. 49).

Пояснения. Для питания радиоэлектронной аппарату­ры обычно используют стабилизированные источники. Особенно широко их применяют в аппаратуре на тран­зисторах и микросхемах. Идеальный стабилизатор дол­жен обеспечивать абсолютное постоянство выходного на­пряжения. В реальном стабилизаторе выходное напря­жение все же зависит от входного. Стабильность выход­ного напряжения оценивают коэффициентом стабилиза­ции:

 

 

где — изменение входного напряжения;

—изменение выходного напряжения, вызванное изменени­ем входного.

Стабилизаторы одновременно со стабилизацией сгла­живают пульсации выпрямленного напряжения, т. е. яв­ляются активными фильтрами.

В параметрических стабилизаторах напряжения ис­пользуется малая зависимость напряжения на стабилитроне от проходящего через него тока (см. ВАХ стаби­литрона). Входное напряжение U_вx (рис. 50) распределяется между ограничивающим резистором R_огр и параллельно включенными стабилитроном VD и резстором нагрузки R_н. Изменение входного напряжения сопровождается изменением входного тока I _вх.При этом изменяются напряжения на ограничивающем резисторе и незначительно на стабилитроне и нагрузке, по­скольку рабочий участок ВАХ стабилитрона исе же име­ет некоторый наклон по отношению к оси При изме­нении нагрузки происходит перераспределение токов и I _н между стабилитроном и нагрузкой, а общий ток остается неизменным.

 

Стабилитрон работает нормально, если при полном изменении входного напряжения и нагрузки ток через стабилитрон I _ст останется в пределах которыми ограничивается рабочий участок ВАХ.

Параметрический стабилизатор позволяет получить k _cт = 20 – 30. Больший k _ст можно получить, включив последовательно два стабилизатора (при таком включе­нии второй низковольтный стабилизатор будет питаться предварительно стабилизированным выходным напряже­нием первого высоковольтного). Однако при этом чрез­вычайно низок кпд схемы (несколько процентов).

Короткое замыкание на выходе стабилизатора не выводит его из строя, а лишь увеличивает мощность, рассеиваемую на резисторе

 

Отключение нагрузки (холостой ход на выходе) пере­водит стабилизирующий элемент в наиболее тяжелый ре­жим, так как через него протекает весь входной ток I _вх, а напряжение остается прежним. Максимальную мощ­ность стабилитрона рассчитывают по формуле

 

 

Важным параметром стабилизатора является его вы­ходное сопротивление

 

 

где —изменение напряжения на нагрузке, вызван­ное изменением ее тока

Выходное сопротивление позволяет оценить нагрузоч­ную способность стабилизатора: чем оно меньше, тем меньше выходное напряжение зависит от нагрузки.

Для расчета коэффициента стабилизации исследуе­мой схемы можно применить формулу, следующую из формулы (15):

 

где —средние входное и выходное напря­

жения; Δ U "_Rн — изменение выходного напряжения, вы­званное изменением входного

 

Порядок выполнения работы

 

1. Вычертить табл. 20 для записи напряжений и то ков в различных точках схемы стабилизатора, а также координатные оси (рис. 51) для построения зависимости мощности, выделяющейся на стабилитроне, от сопротив­ления нагрузки для двух значений входного напряжения:

3*

(масштаб по осям: — в 1 см 50 мВт; R2 — в 1 см 0,25 кОм).

 

2. Зарисовать электрическую схему параметрического стабилизатора напряжения (см. рис. 49) и собрать ее, пользуясь графическими обозначениями на сменной па­нели 87Л-01/10.

3. Измерить ток нагрузки I _н и напряжение на ней, а также напряжение пульсаций на нагрузке напряжение на первом конденсаторе фильтра U c₁ и напряжение пульсаций на этом конденсаторе . Ре­зультаты измерений занести в табл. 20.

4. Вычислить напряжение на ограничивающем резисторе (на рис. 50 — это резистор ), входной ток стабилизатора, ток через стабилитрон и рассеивае­мую на нем мощность Результаты вычислений занес­ти в табл. 20.

5. Построить графики зависимости мощности, рассеи­ваемой на стабилитроне, от сопротивления нагрузки для двух значений напряжения сети.

6. Рассчитать максимальную мощность, рассеивае­мую на ограничивающем резисторе R1 при коротком за­мыкании на выходе стабилизатора и максимальном на­пряжении сети (17,25 В), пользуясь формулой (16), в которой

7. Рассчитать максимальную мощность, рассеивае­мую на стабилитроне при холостом ходе на выходе ста­ билизатора (при отключенном резисторе нагрузки R2) и максимальном напряжении сети (17,25 В), пользуясь формулой (17).

8. Измерить основныесоставляющие нестабильности выходного напряжения и (на рис. 50 резис­тор обозначен ). Вычислить выходное сопротивле­ние и коэффициент стабилизации схемы, используя фор­мулы (18) и (19).