Исследование полупроводниковых стабилизаторов напряжения. Исследование угольного регулятора напряжения. Исследование полупроводникового преобразователя постоянного напряжения

БЕЛОРУССКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра автоматики телемеханики на железнодорожном транспорте

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

По курсу

«ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ  ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ»

Часть 2

Одобрено советом БИИЖТа

Гомель 1985

Лабораторные работы по курсу "Электропита­ние устройств железнодорожной автоматики, теле­механики и связи". Ч а с т ь 2 /Сост. Винаградов  Э. М. - Гомель: БелИИЖТ, 1985. - 31 с.

Лабораторные работы предназначены для студентов специализации "Автоматика, телемехани­ка и связь на железнодорожном транспорте" и содержат краткие сведения из теории, порядок выполнения работ, контрольные вопросы и реко­мендуемую литературу.

Библиогр. 1 назв. Табл. б. Ил. I5.

Составил                       доцент Э.М. Виноградов.

Рецензенты:                  кафедра "Автоматика телемеханика на железнодорожном  транспорте" МИИТа ;

Инж. В.Ф. Кондрачук (Гомельское отделение, Белорусской ж.д.).

Лабораторная работа №4

Исследование полупроводниковых стабилизаторов напряжения  

Цель работы. Изучить принцип действия и свойства пара­метрического и компенсационного стабилизаторов посто­янного напряжения на полупроводниковых приборах.

1.Краткие сведения из теории

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее постоянство напряжения на нагрузке при колебаниях напряжения питаю­щей сети и тока нагрузки.

Для питания аппаратуры железнодорожной автоматики, телемеханики и связи применяются полупроводниковые стабилизаторы с малыми разме­рами и массой, большим сроком службы, постоянной готовностью к дей­ствию, высокой экономичностью. Основные параметры стабилизаторов:

Номинальное выходное напряжение U_вых -  напряжение улучшенной стабильности, поступающее на нагрузку; выходной ток I_вых  - ток, потребляемый нагрузкой. Стаби­лизатор может быть рассчитан либо на постоянную нагрузку (I_вых = const), либо на переменную. В последнем случае параметрами стаби­лизатора является максимальная (I_вых.max) и минимальная (I_вых.min) величина тока нагрузки;

Номинальное входное напряжение стабилизатора U_BX - номинальное напряжение источника электроэнергии, осуществляющего питание нагрузки через стабилизатор. Обычно стабили­ затор характеризуется, кроме того, допустимым пределом изменения входного напряжения, т.е. минимальным (U_вх.min) и максимальным (U_вх.max) значениями;

Коэффициент стабилизации k_ст – основной параметр,  характеризующий стабилизатор. Показывает, во сколько раз последний улучшает стабильность величины питающего напряжения. Определяется этот коэффициент путем деления величины относительного при­ращения напряжения на входе стабилизатора на величину относительно­го приращения напряжения на выходе стабилизатора при неизменном то­ке нагрузки, т. е.

k_ст =  при I_вых = const.

Выходное дифференциальное сопротивление стабилизатораr_вых  - отношение величины, на ко­торую понижается (повышается) напряжение на выходе стабилизатора, к вызвавшему это изменение увеличению (уменьшению) тока, идущего от стабилизатора на нагрузку, при постоянном входном напряжении, т.е.

r_вых =  при U_вх = const.

Коэффициент полезного действия стабилизатора η - отношение мощности, потребляемой нагрузкой, к мощности, поступающей на вход стабилизатора от источника питания, т. е.

.

Все полупроводниковые стабилизаторы по принципу действия можно  разделить на параметрические и компенсационные.

1.1  Параметрические стабилизаторы

Действие параметрических стабилизаторов основано на использовании нелинейности вольт-амперной характеристики специальных диодов - кремниевых стабилитронов. Вольт-амперная характеристика кремниевого ста­билитрона приведена на рис. 1,а.

Прямая ветвь характеристики стабилитрона подобна характеристике обычного кремниевого диода. Обратная же ветвь существенно отличается. Если обратное напряжение на стабилитроне достигает не которого крити­ческого значения, то обратный ток очень быстро нарастает - происхо­дит лавинный пробой. В режиме лавинного пробоя напряжение на стаби­литроне почти не изменяется при увеличении тока. Если ток через ста­билитрон ограничен, то лавинный пробой не сопровождается нарушением целостности диода и процесс нарастания тока носит обратный характер, т.е. с уменьшением напряжения обратный ток вновь возвращается к ис­ходному значению.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики кремниевого стабили­ трона в режиме лавинного пробоя и используется в качестве рабочего участка в параметрических стабилизаторах. Схема стабилизатора пред­ставляет собой делитель из последовательно соединенных линейного балластного сопротивления R_б и стабилитрона VD (рис.1,б).

Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика кремниевого стабилитрона и его включение в схеме параметрического стабилизатора