Стабилизаторы постоянного напряжения. Изучение основных принципов действия электронных стабилизаторов постоянного напряжения, их настройка и исследование, расчет силовых звеньев

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Факультет Технической Кибернетики

Кафедра Автоматики и Вычислительной Техники

Отчет

по лабораторной работе №11

по предмету электроника

Стабилизаторы постоянного напряжения

Работу выполнил студент гр. 3081/2 

Преподаватель       

Санкт-Петербург

2009.

1. Цель работы.

Изучение основных принципов действия электронных стабилизаторов постоянного напряжения, их настройка и исследование, расчет силовых звеньев.

2. Схемы исследуемых устройств.

В работе исследуются параметрический и компенсационный стабилизаторы.

Рис. 2.1 – схема параметрического стабилизатора.

Рис. 2.2 – схема компенсационного стабилизатора.

Рис. 2.3 – схема компенсационного стабилизатора с устройством защиты от перегрузок по току.

3.  Исходные данные и расчет параметров схемы.  

3.1. Исходные данные.

Элементная база:

Операционный усилитель: К140УД6;

Мощный n-p-n транзистор: КТ808А;

Маломощный n-p-n транзистор: МП38;

Стабилитрон кремневый: КС156А;

Параметрический стабилизатор:

Входное напряжение: U_вх = 10 В;

Выходное напряжение: U_вых = 5.6 В;

Ток через стабилитрон: I_Р= 12 мА;

Сопротивление нагрузки: R_Н = 500 Ом;

Внутреннее сопротивление стабилитрона: r_ст = 46 Ом;

Минимальный ток стабилизации: I_ст.мин = 3 мА;

Максимальный ток стабилизации: I_{ст.макс} = 30 мА;

Компенсационный стабилизатор:

Величина отклонений входного напряжения: DU_вх = 20 %;

Выходное напряжение: U_вых = 10 В;

Выходной ток: I_вых = 100 мА;

3.2. Расчет параметров схемы.

Параметрический стабилизатор:

I_вых =U_вых/R_H =  11.2 мА;

R_бал = (U_вх  - U_вых)/(I_вых + I_р) = 190 Ом;

U_{вх.макс} = U_вых + R_бал*(I_{ст.макс} + I_р) = 13.6 В;

U_вх.мин  = U_вых + R_бал*(I_ст.мин + I_р) = 8.45 В;

К_ст  =  (R_бал*U_вых)/(r_ст*U_вх) = 2.3;

R_вых = r_ст || R_бал = 37 Ом;

R_н.мин = U_вых/( I_вых + I_Р - I_ст.мин )  = 277 Ом;

Компенсационный стабилизатор:

U_{вых.мин} = 8 В;    

U_{вых.макс} = 12 В;

U_кэ.мин = 2.25 В;

U_{вх.пульс} = 1.425 В;

DU_вх = 4 В;  

U_вх.мин  = U_{вых.мин}  + U_кэ.мин+ 0,5U_{вх.пульс} = 15 В;

U_{вх.макс} = U_вх.мин  + 2DU_вх +  0,5U_{вх.пульс} = 23.7 В;

I_ст =6.5 мА;

U_ст = U_{вых.мин} = 8 В;

U_вх = U_вх.мин  = 15 В;

R_бал = (U_вх - U_ст)/I_ст  =1 кОм;

К_ст  =  1.5R_балR₂/r_ст(R₁+R₂) = 19.5; (R₂ = 560 Ом)

R_вых ≈ R_пр ≈ 0.1÷0.5 Ом;

4. Экспериментальные характеристики и зависимости.

4.1. Исследование параметрического стабилизатора.

4.1.1. Характеристика U_вых = f(U_вх);

Таблица 4.1.1.
Uвх,В	Uвых,В
0,56	0,39
1,61	1,13
2,6	1,86
3,94	2,75
5,17	3,61
6,44	4,44
7,43	5,04
8,5	5,29
9,3	5,42
10,36	5,57
11,09	5,65
12,57	5,65
13,01	5,65
13,85	5,64
15,04	5,61

Область стабилизации, пределы входного напряжения 8.5 В и 15 В.

По приращениям входного и выходного напряжения в области стабилизации определим коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора:

K_ст = (ΔU_вх*U_вых)/(ΔU_вых*U_вх);

K_ст =7.171;

Рис.4.1.1. Зависимость U_вых = f(U_вх) для параметрического стабилизатора.

4.1.2. Характеристика U_вых = f(I_нагр);

Таблица 4.1.2.
Rн,кОм	Iн,мА	Uвых,В
0,204	24,755	5,05
0,263	19,658	5,17
0,330	16,000	5,28
0,680	8,044	5,47
1,3	4,215	5,48
2	2,740	5,48
3,9	1,405	5,48
8,2	0,670	5,49
16	0,343	5,49
33	0,166	5,49
68	0,081	5,50
120	0,046	5,50
200	0,028	5,50
430	0,013	5,50
820	0,007	5,50

При снятии данной характеристики, используемый стабилитрон прогрелся, поэтом напряжение U_вых получилось меньше заданного.

По приращениям в области стабилизации определим выходное сопротивление параметрического стабилизатора:

R_вых = ΔU_вых/ΔI_вых;

R_вых =21.779 Ом;

Рис.4.1.2. Зависимость U_вых = f(I_нагр) для параметрического стабилизатора.

4.2. Исследование компенсационного стабилизатора.

4.2.1. Характеристика U_вых = f(U_вх);

Таблица 4.2.1.
Uвх,В	Uвых,В
2,34	0,56
4,71	2,74
8,46	6,34
10,22	8,02
12,97	9,94
14,14	9,99
15,23	10,04
17,29	10,12
19,12	10,18
21,30	10,23
23,10	10,27
25,10	10,32
27,20	10,36
29,60	10,41