Простейшие стабилизаторы напряжения. Характеристика бареттера. Принцип стабилизации напряжения. Коэффициент стабилизации

Лабораторная работа N 23

Простейшие стабилизаторы напряжения

При подготовке к выполнению лабораторной работы необходимо проделать следующее:

·  изучить стр. 406 –408 [1] и 18-20 [2];

·  ответить на вопросы для самопроверки;

·  подготовить протокол лабораторной работы.

Цель работы: изучение простейших электронных стабилизаторов напряжения.

Краткие пояснения

          Для стабилизации напряжения и тока в электрических цепях используют бареттеры, терморезисторы, лампы с тлеющим разрядом (неоновые лампы, стабиловольты), полупроводниковые стабилитроны.

          Вольт-амперная характеристика бареттера показана на рис.23.1. В пределах изменения напряжения от  до  ток практически не изменяется. Если включить бареттер последовательно с приемником, то в указанном диапазоне напряжений бареттера ток в цепи, а следовательно, и напряжение приемника, остается неизменными.

Характеристика бареттера симметрична относительно начала координат.

          Одним  из простейших электронных устройств является стабилизатор напряжения, выполненный на основе полупроводникового стабилитрона. Схема стабилизатора приведена на рис.23.2, а характеристика стабилитрона  - на рис.23.2б. Обратите внимание, что , (обратная полярность по сравнению с рис 22.1в).

В области стабилизации напряжения, начиная от т. ВАХ  характеристика может быть заменена прямой линией, пересекающей ось абсцисс в точке . Уравнение этой линии: , где  на линейной части характеристики. Линейная схема замещения стабилитрона для этого участка показана рис.23.2в, а линейная схема замещения стабилизатора – на рис.23.3.

Принцип стабилизации состоит в том, что с помощью стабилитрона можно получить относительное изменение напряжения на выходе  много меньше относительного изменения . Коэффициент стабилизации по напряжению равен

.                         (23.1)

Коэффициент стабилизации рассчитывают графически или аналитически. Для аналитического расчета воспользуемся линейной схемой замещения (рис.23.3). Задачу решим методом узловых потенциалов.

.                     (23.2)

.

Отсюда,

.                           (23.3)

Продифференцируем уравнение (23.3), получим

.                       (23.4)

Коэффициент стабилизации получим, подставив (23.4) и (23.3) в (23.1). После преобразований имеем

.                                 (23.5)

Из формулы (23.5) следует:

1.  Коэффициент стабилизации тем больше, чем больше  и  и чем меньше .

2.  При  (линейная цепь) или при  эффект стабилизации отсутствует.

Напомним, что формула (23.5) справедлива, если рабочая точка стабилитрона находится на линейной части характеристики. Для проверки этого условия следует рассчитать  по формуле (23.2), и если , то формула (23.5) справедлива, если , то применение формулы (23.5) недопустимо.

Задание на предварительный расчет

Для схемы рис.23.2а, используя характеристику стабилитрона, снятую в работе N 22, аналитически и графически рассчитать коэффициент стабилизации . Значение  по номерам стендов задает преподаватель. Напряжение на входе  выбрать в пределах 20¸24 В. Сопротивление  рассчитать, исходя из допустимого тока стабилитрона.

,                                       (23.6)

где  - напряжение стабилизации данного стабилитрона;

   - допустимый ток стабилитрона (паспортные данные).

Задание на эксперимент

Собрать схему рис.23.2а и снять зависимость . Экспериментальные данные занести в таблицу 23.1.

Обработка результатов измерений

Построить зависимость . Рассчитать коэффициент стабилизации  и сравнить с предварительным расчетом.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите пример НЭ с ВАХ, позволяющий осуществить:

а) стабилизацию напряжения; б) стабилизацию тока.

2. Что такое коэффициент стабилизации по напряжению ? Нарисуйте схему замещения простейшего электронного стабилизатора. Как рассчитать коэффициент  стабилизации этой цепи?