В данной работе необходимо произвести упрощенный расчет элементов схемы КСН (рис. 7), выполнить ее монтаж в пакете EWB 4.11 и исследовать работу собранной системы на практике.
Рис. 7 Схема КСН, рекомендованная для расчета и монтажа
Расчет элементов схемы КСН
Исходные данные выбираются из таблицы вариантов заданий (табл. 1; 2).
При расчете КСН необходимы следующие исходные данные:
1. Тип стабилизатора (стабилизатор положительного или отрицательного напряжения).
2. Номинальное выходное напряжение UВЫХ.НОМ ., В;
3. Пределы регулировки выходного напряжения UВЫХ.МИН . и UВЫХ.МАХ ., В;
4. Номинальное входное напряжение стабилизатора UВХ.НОМ ., В;
5. Нестабильность входного напряжения Δ UВХ, В (UВХ.МАХ = UВХ.НОМ + Δ U, В.
UВХ.МИН = UВХ.НОМ - Δ U, В. )
6. Максимальный ток нагрузки IН. МАХ , мА;
7. Номинальный ток стабилитрона VD1, мА
8. В качестве регулируемых (силовых) транзисторов использовать транзисторы типа ZTX968 с параметрами: h21 =500 UБЭ =0,75 В.
Методика расчета
1. В соответствии с заданным преподавателем вариантом выбрать исходные данные для расчета схемы.
2. Выбрать регулируемый (силовой) транзистор в качестве VT1 и оценить возможность использования его в схеме по следующим параметрам:
а) максимальное напряжение коллектор-эмиттер регулируемого транзистора в рассчитываемой схеме.
UКЭ.МАХ 1=UВХ.МАХ – UВЫХ.МIN, В (4)
б) максимальная мощность, рассеиваемая на силовом транзисторе VT1 определяется как:
РК1.МАХ = UКЭ.МАХ1 ·IН.МАХ, Вт (5)
3. Выбор опорного стабилитрона приближенно определяется по формуле:
UОП £ UВЫХ.MIN – 2 В, В (6)
4. Оценить возможности использования усилительного транзистора VT2 в расчетной схеме (VT2 идентичен VT1)
|
|
UКЭ.МАХ 2 =UВЫХ.МАХ – UОП, В (7)
5. Рассчитаем максимальный ток базы регулируемого транзистора по формуле:
IБ1.МАХ = IНАГР.МАХ+IСТ.НОМ. / h21, мА (8)
6. Определим величину сопротивления резистора RК, используя формулу
RК = (UВХ.НОМ – UБЭ – UВЫХ.МАХ)/IБ1 , Ом (9)
7. Определим сопротивление балластного резистора RБ по формуле:
RБ = (UВЫХ.НОМ – UОП) / (IСТ.НОМ – IБ1), Ом (10)
8. Определим ток делителя R1-R3 по формуле:
IДЕЛ = 200 IБ1/ h21, мА (11)
9. Определим величину сопротивления резистора R1 по формуле:
R1 = (UВЫХ.MIN – UОП) / IДЕЛ, Ом (12)
10. Определим величину сопротивления R2 по формуле:
R2= 
, Ом (13)
11. Определим величину сопротивления R3 по формуле:
R3 = UОП / IДЕЛ, Ом (14)
12. Определим величину сопротивления RН по формуле:
RН = UВЫХ.Н /IН.МАХ (15)
Практическая часть
В практической части работы моделируется схема стабилизатора в соответствии с рис.7, определяются пределы регулировки выходного напряжения КСН (UВЫХ.MIN . и UВЫХ.MАХ .), коэффициент стабилизации схемы по напряжению КСТU и к.п.д. стабилизатора.
1. Для выполнения данной работы необходимы следующие приборы:
а) Вольтметр постоянного тока от 0÷15 В;
б) Вольтметр постоянного тока от 0÷30 В;
в) Миллиамперметр постоянного тока от 0÷30 мА;
г) Миллиамперметр постоянного тока от 0÷200 мА;
д) Регулируемый источник питания от 0÷16 В.
2. После монтажа стабилизатора собрать схему установки его коэффициента стабилизации по напряжению. Схема установки приведена на рис.8. При сборке установки следует учитывать полярность исследуемого стабилизатора.
Рис.8 Схема для измерения UВЫХ.МАХ. и КСТU
3. Перед включением регулируемого источника входного напряжения, необходимо перевести его регулятор выходного напряжения в крайнее левое положение. Также необходимо установить движок переменного резистора нагрузки R 
в среднее положение.
|
|
4. Измерение величины UВЫХ.MIN . и UВЫХ.MАХ
После включения источника входного напряжения регулятором его выходного напряжения установить на входе стабилизатора напряжение UВХ.НОМ.. После этого, регулируя выходное напряжение КСН резистором R2 (рис.7) установить UВЫХ.НОМ. и проконтролировать его по вольтметру V2. Переведем движок резистора R2 стабилизатора в левое крайнее положение, измерить вольтметром V2 выходное напряжение стабилизатора UВЫХ.MIN. Затем перевести движок резистора R2 в крайнее правое положение и измерить UВЫХ.MАХ..
5. Измерение коэффициента стабилизации напряжения КСТU исследуемого КСН.
КСТU - определяется путем изменения напряжения на входе стабилизатора в заданных пределах при неизменном токе нагрузки стабилизатора
Установить по вольтметру VI величину входного напряжения UВХ.НОМ. Затем с помощью резистора R2 установить напряжение на выходе стабилизатора равным UВЫХ.НОМ.. С помощью резистора R 
установить ток нагрузки стабилизатора IН равный IН = 25 мА, контролируя его миллиамперметром РА1. Затем подать на вход стабилизатора напряжение равное UВХ.MIN. Резистором R 
снова установить ток нагрузки
IН = 25 мА. Записать показания вольтметра V2. Обозначим измеренную величину напряжения как UВХ.НОМ. Затем установить на входе стабилизатора входное напряжение равное U'ВЫХ.MАХ. Установить ток нагрузки IН = 25 мА. Снять показания V2, обозначив измеренную величину U 
. Определить значение КСТU по формуле:
|
|
(16)
6. Измерение к.п.д. исследуемого КСН.
Для этого необходимо собрать схему установки на рис. 9.
Рис. 9 Схема для определения к.п.д. стабилизатора
Установить напряжение на входе стабилизатора равное UВХ.НОМ. Установить напряжение на выходе стабилизатора UВХ.НОМ. Ток нагрузки стабилизатора IН установить 25 мА. Измерить входной ток стабилизатора IВХ с помощью миллиамперметра РА2. Определить к.п.д. стабилизатора по формуле:
(17)
Таблица вариантов заданий для расчета КСН
Таблица 1
| N | UВЫХ.НОМ | UВЫХ.МИН | UВЫХ.МАХ | UВХ.НОМ | ΔUВХ | IНАГР.МАХ | IСТ.НОМ | Тип стабилизатора |
| 7,5 9,5 8,5 5,5 | 6,5 8,5 7,5 4,5 | 8,5 10,5 9,5 6,5 | 12,5 14,5 13,5 10,5 | 1В 1В 1В 1В 1В | 30х10-3 30х10-3 30х10-3 30х10-3 30х10-3 | 10х10-3 0х10-3 10х10-3 10х10-3 10х10-3 | Отрицательной полярности Отрицательной полярности Отрицательной полярности Положительной полярности Положительной полярности |
Для стабилитрона
Таблица 2
| N варианта | VD1 | Zener test voltage at (VZT) UОП | Zener test current (IZT) IСТ.НОМ |
| ideal | 10х10-3 | ||
| 4,5 | |||
| 6,5 | |||
| 5,5 | |||
| 2,5 |
Содержание отчета к лабораторной работе
Отчет должен содержать:
1. Цель лабораторной работы.
2. Краткое теоретическое введение.
3. Принципиальная схема исследуемого стабилизатора и схемы, собранные в процессе работы.
4. Расчет элементов схемы.
5. Расчет КСТU и к.п.д. схемы.
6. Таблицу результатов.
7. Краткие выводы по результатам эксперимента.
3.5 Контрольные вопросы
1. Что такое стабилизаторы напряжения?
2. Чем отличается принцип действия последовательного и параллельного КСН?
3. Как работает схема последовательного КСН?
4. Какими методами повышают КСТU в схеме последовательного КСН?
5. Почему у компенсационных стабилизаторов невысокий к.п.д.?
Литература
1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника М.: Радио и связь, 1996.
2. Гусев В. Г., Гусев Ю.М. Электроника М.: Высшая школа, 1991.
3. Основы промышленной электроники. Под ред. В. Г. Герасимова, М.: Высш. шк., 1986.
4. Электропитание устройств связи. Под ред. Ю.Д. Козляева, М.: Радио и связь, 1998.
5. Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной электроники М.: Высш, шк., 1975.