ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Экспериментальное исследование построения стабилизаторов напряжения
ЗАДАНИЕ
2.1. Изучить принцип работы параметрического и компенсационного стабилизаторов.
2.2. Снять и построить характеристики стабилизаторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При эксплуатации полупроводниковых устройств систем автоматики, измерительных приборов, вычислительной техники и бытовой электроники широкое распространение получили транзисторные стабилизаторы напряжения. Они предназначены для стабилизации напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей сети и тока нагрузки. Одновременно стабилизаторы обеспечивают снижение пульсации напряжения на выходе выпрямителя.
Стабилизаторы разделяются на параметрические и компенсационные. Схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения изображена на рис. 5.1.
Рис. 5.1
Стабилитрон VD в параметрическом стабилизаторе включают параллельно нагрузочному резистору R Н. Для ограничения тока через стабилитрон включают балластный резистор R Б. Напряжение на выходе стабилизатора
U ВЫХ= U ВХ – R Б I.
При увеличении напряжения U ВХ, например из-за повышения напряжения сети, увеличится ток I, однако из-за свойств стабилитрона напряжение на нем останется практически неизменным. Соответственно, и напряжение на резисторе R Н (напряжение U ВЫХ) тоже не изменится.
Чаще всего применяются компенсационные стабилизаторы с последовательным включением регулирующего транзистора. Схема источника питания со стабилизированным выходным напряжением, приведенная на рис. 5.2, содержит:
регулирующий проходной транзистор VT1;
усилительный транзистор VT2;
кремниевый стабилитрон VD, являющийся источником опорного напряжения.
делитель напряжения, содержащий постоянные резисторы 
, 
и потенциометр 
, обеспечивающий возможность регулировки выходного напряжения.
Рис. 5.2
Выходное напряжение стабилизатора 
.
Принцип действия стабилизатора заключается в том, что изменение выходного напряжения по любой причине автоматически компенсируется изменением падения напряжения 
на транзисторе VT1. Транзистор VT2 работает в режиме усилителя постоянного тока и увеличивает разность между измеряемым напряжением (напряжение между движком потенциометра и общей шиной) и напряжением стабилизации стабилитрона 
. Действительно, 
. Напряжение на стабилитроне постоянно, поэтому при изменении напряжения на выходе, например при его увеличении, увеличивается напряжение между базой и эмиттером транзистора VT2. Это приводит к увеличению тока базы и тока его коллектора, так как 
.
Ток базы регулирующего транзистора и ток коллектора усилительного транзистора связаны очевидным соотношением 
, поэтому увеличение тока 
приводит к уменьшению тока 
. Транзистор VT1, работающий в линейном режиме, увеличивает своё сопротивление – падение напряжения на нём возрастает, а напряжение на выходе возвращается к прежнему уровню в пределах ошибки стабилизации. Уровень стабилизированного напряжения на выходе можно регулировать, перемещая движок потенциометра
, (где 
– коэффициент деления делителя).
Конденсатор 
обеспечивает напряжение питания нагрузки при быстрых изменениях ее тока. Конденсатор 
обеспечивает гибкую отрицательную обратную связь и служит для устранения автоколебаний в системе. Резистор 
обеспечивает нормальный режим стабилизации стабилитрона VD. Качество стабилизации напряжения характеризуется двумя параметрами:
Коэффициент стабилизации К СТ показывает в относительных единицах во сколько раз колебание выходного напряжения меньше колебаний входного напряжения при постоянном сопротивлении нагрузки:
при 
Выходное сопротивление R ВЫХ стабилизатора показывает, как изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. Знак «минус» учитывает, что при увеличении тока нагрузки напряжение уменьшается.
, при 
.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
4.1. Запустить программу MultiSym. Загрузить схему исследования
<ЛР№5 1.msm>. Появится схема, показанная на рис. 5.3.
4.2. Чтобы схема начала функционировать, необходимо нажать кнопку в верхнем правом углу окна 
.
4.3. Изменяя напряжение источника питания, снять зависимость изменения напряжения на нагрузке от изменения входного напряжения U Н= f (U ВХ).
4.4. Изменить сопротивление нагрузки (уменьшить его в два раза) и снять зависимость изменения напряжения на нагрузке от изменения тока нагрузки U Н= f (I Н) при входном напряжении 15 В.
4.5. По данным измерений построить графики характеристик стабилизатора U Н= f (U ВХ) и U Н= f (I Н)
4.6. По характеристикам стабилизатора напряжения определить графоаналитическим методом коэффициент передачи напряжения К П = (U Н/ U ВХ) и коэффициент стабилизации К СТ = (D U ВХ/D U Н) К П
4.7. Загрузить схему исследования источника питания постоянного тока с компенсационным стабилизатором <ЛР№5 2.msm>, показанную на рис. 5.4.
4.8. Снять внешнюю характеристику стабилизатора Uвых=f(Iн).
4.9. Снять зависимость Uвых=f(Uвх).
4.10. Вычислить значения Rвых и Кст.
Рис. 5.3
Рис. 5.4
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Какую роль играет стабилитрон в схеме стабилизатора?
2. Объясните принцип работы параметрического и компенсационного стабилизатора.
3. Как будет изменяться напряжение на выходе компенсационного стабилизатора, если перемещать движок потенциометра Rп вниз (рис. 5.2)?
4. Каково назначение транзистора VT2?
5. Как можно добиться меньшего угла наклона внешней характеристики источника питания?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
