Исследование характеристик параметрического стабилизатора

файл – Lab 9. ewb. (Lab_st.ewb.)

 

9.1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Исследование характеристик параметрического стабилизатора напряжения.

9.2.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Параметрические стабилизаторы напряжения выполняются на полупроводниковых стабилитронах. Стабилитроном называется полупроводниковый диод, падение напряжения на котором в области электрического пробоя мало зависит от тока, что даёт возможность использовать его для стабилизации напряжения. Вольтамперная характеристика стабилитрона, рассчитанного на напряжение стабилизации, равное 8В, приведена на рис.9.1.

Механизм пробоя в полупроводниковых стабилитронах может быть туннельным, лавинным или смешанным в зависимости от удельного сопро­тивления и других характеристик материала проводника. Основными параметрами стабилитрона являются: напряжение стабилизации U_сm при изменении тока стабилитрона от 1мин до 1макс.; температурный коэффициент изменения напряжения стабилизации (ТКН); динамическое сопротивление стабилитрона на участке стабилизации Rд=∆U/∆I.

Как видно из рис.9.1 падение напряжения на стабилитроне в области лавинного пробоя лишь незначительно изменяется при больших изменениях тока стабилизации (Iст).Это свойство полупроводникового стабилитрона используют в параметрических стабилизаторах для получения стабильного выходного напряжения

. I

Рис.9.1. Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона. Обозначение стабилитрона на электрических схемах приведено в левом верхнем углу рисунка.

Принципиальная схема стабилизатора напряжения приведена на рис 9.2.

 

Рис.9.2.Приинципальная схема параметрического стабилизатора напряжения

На схеме обозначены:

-Резистор делителя напряжения R₁

-Полупроводниковый стабилитрон V1,

-Резистор нагрузки R_н.

Работа стабилизатора напряжения иллюстрируется рис.9.3., на котором изображена вольтамперная характеристика стабилитрона и построены регулировочные характеристики стабилизатора для трех значений входного напряжения Uвх.= Uобр.=6,7 и 8 В. При изменении величины напряжения Uвх. ток, протекающий через стабилитрон Iст, увеличивается, а падение напряжения на стабилитроне Uст. и соответственно на нагрузке остается неизменным, равным 5В.

Рис.9.3. Иллюстрация процессов стабилизации выходного напряжения при изменении величины входного напряжения.

 

9.3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СТЕНДА. Структурная схема стенда, на котором моделируется работа параметрического стабилизатора напряжения, приведена на рис.9.4.

Рис.9.4.Структурная схема стенда, используемого для моделирования параметрического стабилизатора напряжения.

На схемы обозначены:

- Источники постоянного напряжения –12V (Вольт) и 50V (Вольт).

- Коммутатор (К), с помощью которого источники постоянного напряжения подключаются к исследуемой схеме.

- Переменный резистор (R/ 250 Ohm), позволяющий изменять величину напряжения, подаваемого на схему стабилизатора напряжения.

- Вольтметр (Vвх), измеряющий входное напряжение.

- Резистор величиной в 1,0 кOhm, включенный последовательно со стабилитроном.

- Амперметр(A), измеряющий величину тока, протекающего через стабилитрон и сопротивление нагрузки.

- Полупроводниковый стабилитрон (St).

- Вольтметр (Vвых), измеряющий падение напряжения на стабилитроне (выходное напряжение на сопротивлении нагрузки).

- Коммутатор (Spece), подключающий или отключающий переменный резистор нагрузки (T/ 2,0 k Ohm).

Стабилизатор напряжения работает следующим образом. При изменении величины входного напряжения изменяется величина тока, протекающего через стабилитрон, и соответственно, изменяется падение напряжения на резисторе 1 кOhm. При этом падение напряжения на стабилитроне и следовательно на сопротивлении нагрузки остается постоянным. При изменении сопротивления нагрузки также изменяется величина падения напряжения на резистор 1,0 кOhm, а напряжение на стабилитроне и на резисторе нагрузки остается неизменным, равным напряжению стабилизации (Ust).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Ознакомиться с моделью стенда и порядком проведения измерений.

2.Подготовить исходные материалы для составления отчета по работе. Для чего на отдельных листках бумаги заполнить титульный лист с фамилией, именем и отчеством студента, выполняющего лабораторную работу. Затем написать название дисциплины, название и цель выполнения работы.

3.Включить компьютер, запустить на выполнение программу «Eleсtronics Workbench» и открыть файл «Lab.9.ewb», размещенный в папке «Электротехника и электроника», вложенной в папку «Лабораторные работы».

4.Вычертить схему стенда c экрана монитора с помощью линейки.

 

5. С помощью коммутатора (Spece) отключить сопротивление нагрузки.

С помощью коммутатора К подключить к исследуемой схеме источник напряжения -12 V. Устанавливая последовательно входное напряжение равным 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0;6,0;7,0; 8.0; 9.0 В измерить для каждого случая величины токов, протекающих через стабилитрон. Результаты измерений занести в табл.9.1. По данным,полученным при измерения построить статическую вольтамперную характеристику стабилитрона.

 

6. Коммутатором (Spece) отключить сопротивление нагрузки.

С помощью коммутатора К подклчить к исследуемой схеме источник напряжения 50 V.Устанавливая последовательно входное напряжение, равным 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70 В, измерить для каждого случая величины выходных напряжений. Результаты измерений занести в табл.9.2. По результатам измерений построить регулировочную характеристику стабилизатора напряжения Uвых =F (Uвх).

Определить по характеристике и отметить максимальную и минимальную величины входного напряжения, при которых выходное напряжение остается постоянным.

Табл. 9.1.

. Vвх,B	-1,0	-2,0	-3.0
. Vвых,B

 

7.Подключить резистор нагрузки и, изменяя величину входного напряжения, определить максимальную и минимальную величины входного напряжения, при которых напряжение на резисторе нагрузки остается постоянным. Результаты измерений записать в табл.9.2

Табл. 9.2.

Величины	Vвх.мин	Vвх.макс	Vвых
Ед. измер.	В	В	В
R=2,0кОм

 

 

8. Подключить резистор нагрузки и, устанавливая его величину равной R=1,0 кОм, R=2,0кОм; R=5кОм, определить максимальные и минимальные величины входного напряжения, при которых напряжение на резисторе нагрузки остается постоянным. Результаты измерений записать в табл.9.3

 

Табл.9.3

 

Величины	Vвх.мин	Vвх.макс	Vвых
Ед. измер.	В	В	В
R=1,0кОм
R=3,0кОм
R=5кОм

 

 

9.5. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ.

Отчет должен содержать:

1.Титульный лист с названием университета, факультета, кафедры, курса, специальности, дисциплины, лабораторной работы и фамилии, имени и отчества студента.

2.Цель работы.

3.Структурную схему модели лабораторного стенда, вычерченную с помощью линейки.

4.Таблицы 9.1. и 9.2.,9.3., содержащие результаты измерений и расчетов.

5.Построенные по данным измерений характеристики стабилизации выходного напряжения Uн= F(Uвх).

6 Выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10