ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Измерение электрических параметров и характеристик исследуемого стабилизатора.

12 3

Лабораторная работа №11

«Исследование полупроводникового стабилизатора

Напряжения непрерывного действия»

1. Цель работы

Изучение принципа действия полупроводникового компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия, экспериментальное исследование его параметров и характеристик.

2. Подготовка к работе

2.1. С помощью рекомендуемой литературы [1-3] и приложения (см. п. 8) к лабораторной работе подготовьте теоретический материал по следующим вопросам:

- структурная и принципиальная схемы стабилизатора (см. рисунки 11.5 и 11.4),

- процессы функционирования стабилизатора (см. п. 8),

- особенности лабораторной установки (см. п. 7).

2.2. Ознакомиться с методическими указаниями к данной лабораторной работе. Подготовить бланк отчета по работе, где указать: название лабораторной работы, Ф.И.О. исполнителя и группу, название опытов и таблицы для экспериментальных данных.

2.1. Ответить на контрольные вопросы. Получите у преподавателя допуск к выполнению лабораторной работы.

3. Контрольные вопросы.

3.1 Изобразите структурную схему стабилизаторанапряжения рассматриваемого типа. В чем суть компенсационного метода стабилизации (по структурной схеме)?

3.2. Изобразите принципиальную схему исследуемого стабилизатора. Опишите процессы стабилизации при изменении напряжения питания.

3.3. Поясните, как взаимодействуют элементы стабилизатора (по принципиальной схеме) при увеличение сопротивлении нагрузки, уменьшении величины опорного напряжения.

3.4. Каков принцип получения эталонного (опорного) напряжения в схеме исследуемого стабилизатора?

3.5. От чего зависит величина номинального значения выходного напряжения стабилизатора. Каковы способы его регулировки?

3.6. Каковы достоинства и недостатки транзисторных компенсационных стабилизаторов непрерывного действия и какова их природа?

3.7. Укажите преимущества и недостатки исследуемого стабилизатора перед стабилизатором импульсного действия.

3.8 Какова роль усилителя постоянного тока (УПТ) в составе стабилизатора непрерывного действия и каким образом влияет величина коэффициента усиления УПТ в цепи обратной связи на характеристики стабилизатора?

3.9. С какой целью в стабилизаторе используется составной регулирующий транзистор?

3.10.От каких причин зависит коэффициент полезного действия исследуемого стабилизатора? Каковы пути его повышения?

Содержание работы

4.1. Изучить по рекомендованной литературе теоретический материал об особенностях реализации полупроводникового стабилизатора непрерывного действия компенсационного типа, процессов его функционирования и области применения.Ознакомиться с принципиальной схемой макета и его конструктивным исполнением.

4.2. Произвести исследование электрических параметров и характеристик стабилизатора:

4.2.1.Характеристика стабилизации стабилизатора:

- U₂=f(U₁) при R_н=соnst, то есть зависимость выходного напряжения от изменения входного напряжения при постоянном сопротивлении нагрузки;

- N ₂= f(N ₁), то есть зависимость нестабильности выходного напряжения от нестабильности входного напряжения;

- η=f(U₁), то есть зависимость коэффициента полезного действия от изменения входного напряжения;

- определение коэффициента стабилизации K_ст;

4.2.2.Внешняя (нагрузочная) характеристика стабилизатора:

- U₂=f(I₂) при U₁ = U_1ном= соnst, то есть зависимость выходного напряжения от величины тока нагрузки;

- N_2i= f(I₂), то есть зависимость нестабильности выходного напряжения от величины тока нагрузки;

- η=f(I₂), то есть зависимость коэффициента полезного действия от величины тока нагрузки.

4.2.3 Выходное сопротивление стабилизатора: r₂=r_вых.

Входная характеристика стабилизатора: I₁=f(U₁) при R_н=соnst.

4.2.4 Входное сопротивление стабилизатора r_i=r_вх_. в диапазоне стабилизации и на участке, где стабилизация еще не наступила.

4.3 Исследование особенностей функционирования стабилизатора.

4.3.1.Определить с помощью осциллографа амплитуду пульсаций напряжения на входе и на выходе стабилизатора.

4.3.2 Рассчитать коэффициент сглаживания(подавление переменной составляющей), которым обладает стабилизатор - q_сгл_.

4.3.Сделать выводы и заключения по результатам работы.

Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

5.1. Структурную и принципиальную схемы исследуемого стабилизатора.

5.2. Таблицы с результатами измерений и расчетов для построения необходимых характеристик.

5.3. Графики характеристик стабилизации стабилизатора.

- U₂=f(U₁) при R_н=соnst, N ₂= f(N ₁), η=f(U₁) и значение коэффициента стабилизации K_ст.

5.4. Графики внешних (нагрузочных) характеристик стабилизатора:

- U₂=f(I₂) при = U₁ = U₁_ном= соnst,

- N _2i= f(I₂),

- η=f(I₂) и значениt выходного сопротивления r₂= r_вых

5.5. График входной характеристики стабилизатора I₁=f(U₁) при R_н=соnst и значения входного сопротивления стабилизатора r₁= r_вх_.

5.6. Значение коэффициента сглаживания стабилизатора - q_сгл.

5.7. Выводы по результатам исследований стабилизатора.

6. Методические указания по выполнению

Лабораторной работы

6.1. Порядок изучения теоретических вопросов(указания к пункту 4.1).

Изучить особенности структурного и схемотехнического построения компенсационного полупроводникового стабилизатора непрерывного действия и его функционирования по рекомендуемой литературе [1…3] и материалам приложения (см. п. 8).

С использованием п.7 методических указаний изучить особенности схемотехнического исполнения лабораторного макета. Получить у преподавателя контрольные вопросы по изучаемому материалу и подготовить ответы на них. Уточнить у преподавателя форму и объем их предоставления в отчете.

Измерение электрических параметров и характеристик исследуемого стабилизатора.

Указания к пункту 4.2.1

Экспериментальное определение характеристики стабилизации при изменении напряжения источника первичного электропитания U₂=f(U₁) при R_н=соnst.

Исходное состояние лабораторного макета. Включение макета под напряжение производится переключателем SQ1 (в положение «1» то есть «Сеть») – рисунок 11.1, 11.4.

Переключателем SQ3 «Варианты работы» устанавливается заданный преподавателем вариант. При заданном положении переключателя SQ3 диапазон изменения входного напряжения U_{1max …} U_1min, а также величины U_1ном и U_2ном приведены в таблице 11.1. Например, при включении SQ3 в положение «2» номинальное значение входного напряжения составляет U_1ном =20В, которому соответствует U_2ном=11,5 В. Входное напряжение устанавливается с помощью регулятора напряжения (автотрансформатора ATV), расположенного в левой торцевой стенке макета и меняется ступенями через 1-2 В сначала в сторону увеличения (до значения U_1max=30В), а затем в сторону уменьшения (U_1min=12В).

Величина входного напряжения контролируется вольтметром РU₁, ток, потребляемый стабилизатором, контролируется амперметром РА1, а ток отдаваемый в нагрузку – РА2.

Таблица 11.1

Положение переключателя диапазонов SQ3	U_1ном В	U_1max В	U_1min В	U_2ном В	I₂_ном А
1	16	26	6	4,3	0,5
2	20	30	12	11,5	0,5
3	26	36	20	20,4	0,8
4	31	37	26	25,1	0,8

При положении переключателя SQ2 в положении «1» он находится в разомкнутом состоянии, то есть реостат нагрузки отключен - режим холостого хода.

При выполнении первого пункта 4.2.1 переключатель SQ2 перевести в положение «2» (замыкается цепь тока нагрузки) и с помощью реостата R_н установить по амперметру РА2 номинальное значение выходного тока стабилизатора, равное например 0,5 А для рассматриваемого варианта «2».

Выходное напряжение U₂ на нагрузке R_н контролируется «грубо» с помощью стрелочного вольтметра РU₂, расположенного на передней панели макета (см. рис. 11.1) и «точно» с помощью цифрового вольтметра типа ВК7-10А, подключаемого к гнездам SХ3- SХ4 схемы рисунка 11.4 и расположенного на верхней подставке лабораторного стола, на котором установлен макет исследуемого стабилизатора.

Цифровой вольтметр (рис.11.2) имеет 4 основных разряда (индикатора), один дополнительный двоичный разряд, расположенных вверху на его передней панели и пределы измерения 10 В -100 В, устанавливаемые переключателем «П» диапазонов измерений, расположенных в левом нижнем углу его лицевой панели. Прибор включается в сеть переменного тока 220 В тумблером «Сеть» и приводится в действие нажатием кнопки «Пуск». Порядок измерений с помощью цифрового вольтметра ВК7-10А излагается в приложении к лабораторной работе.

Результаты измерений опыта (не менее 8 точек) заносятся в экспериментальную часть таблице 11.2, где U₂ - «точные» показания выходного напряжения по цифровому вольтметру.

Таблица 11.2

№ п/п изме-рений

Экспериментальная часть

Расчетная часть

U₁ В

U₂ В

I₁ А

I₂ А

ΔU₁ В

ΔU₂ В

N ₁ %

N ₂ %

Р₁ Вт

Р₂ Вт

η %

K_ст,

6.2.2. Экспериментальное определение внешней (нагрузочной) характеристики U₂=f(I₂) при = U₁ = U_1ном= соnst.(указания к пункту 4.2.2)

Исходное состояние лабораторного макета. Положение переключателей SQ1 и SQ3 аналогичны предыдущему опыту. В начале опыта переключатель SQ2 в положении «1» (нагрузка отключена от стабилизатора, то есть имеет место режим холостого хода). Входное напряжение U₁ устанавливается в соответствии с таблицей 11.1. Например, для исходного положения SQ₃ в положении «2» U₁ = U_1ном = 20 В. При этом будем считать, что в этом случае U₂ = U₂_max.

После первого замера ключ SQ2 следует замкнуть и с помощью потенциометра (регулятора) R_н установить минимальное значение тока нагрузки I₂ = I_2min. Остальные замеры производить, меняя ручкой потенциометра R_н, расположенного справа на лицевой панели макета, ток I₂ с шагом 0,1 А до значения I_2ном = 0.5 А и устанавливая каждый раз точно U₁ = U_1ном ручкой регулятора напряжения (автотрансформатора ATV).

Результаты измерений опыта (не менее 8 точек) заносятся в экспериментальную часть таблицы 11.3, где U₂ – «точные» показания выходного напряжения по цифровому вольтметру.

Таблица 11.3

№ п/п изме-рений	Экспериментальная часть	Расчетная часть
I₂ А	U₂ В	I₁ А	U₁ В	ΔU₂ В	ΔI₂ А	N_2i	Р₁ Вт	Р₂ Вт	η %	r₂ = r_вых, Ом

6.2.3 Экспериментальное снятие входной характеристики I₁= f(U₁); R_н=const. (указания к пункту 4.2.3).

Исходное состояние лабораторного макета. Положение переключателей SQ₁ и SQ₃ аналогичны предыдущему опыту. Переключатель SQ₂ в положении «2». С помощью потенциометра (регулятора) R_н установить ток I₂=I_2ном=0,5 А. С помощью регулятора напряжения (автотрансформатора) изменять входное напряжение U₁ ступенями через 1 ¸ 2 В, в диапазоне данных таблицы 11.1. Результаты измерений опыта (не менее 8 точек) заносятся в экспериментальную часть таблице 11.4.

Таблица 11.4

№ п/п измерений	Экспериментальные данные	Расчетные данные
U₁, . В	I₁,, A	DU₁, В	DI₁, А	r₁=r_вх Ом
1
2
…
8

6.2.4 Определение входного сопротивления r₁ = r_вх

При выполнении расчетной части таблицы 11.4 следует иметь в виду, что изменения входного напряжения для заданного варианта лабораторной работы соответствуют данным таблицы 11.1:

r₁=r_вх = ΔU₁/ ΔI₁= (U_1max–U_1min)/ (I_1max – I_1min).

Значение r₁ следует определить два раза и сравнить их значения: первый раз в диапазоне стабилизации, где r₁< R_н, и второй раз на участке, где стабилизация еще не наступила, то есть при U₁< U_2ном.

В диапазоне стабилизации стабилизатора, можно принять U_1max = 1,1U_1ном и U_1min=0,9U_1ном_. На участке изменения U₁, где стабилизация еще не наступила, можно принять U₁£ U_2ном.

6.2.5 Определение коэффициента сглаживания стабилизатора (указания к пункту 4.3).

Коэффициент сглаживания (подавление переменной составляющей), которым обладает стабилизатор, рассчитывается по выражению

q_сгл = (U_~1/ U₁)∙(U_~2/U₂),

где: U_~₁, U_~₂ – величины напряжения (амплитудное значение) переменной составляющей соответственно на входе и выходе стабилизатора; U₁, U₂ – то же для постоянной составляющей.

Для измерения величины переменной составляющей напряжения на входе стабилизатора, следует в первом случае подключить осциллограф к гнездам XS1, XS2, а во втором случае – к гнездам XS3, XS4 лабораторного макета. При этом на входе стабилизатора устанавливается уровень напряжения U₁=U_1ном в соответствии с таблицей 11.1, а в нагрузке устанавливается номинальный ток I₂=I_2ном.

Осциллограф используется в режиме закрытого входа (то есть наблюдаемый сигнал подается на вход через разделительный конденсатор, пропускающий только переменную составляющую), а потенциометр плавной регулировки его усиления должен быть повернут налево до щелчка. При измерении выходного сигнала чувствительность осциллографа должна быть максимальной (например, развертка по вертикали равна 5 мВ/дел).

6.3 Выводы по результатам работы(указания к пункту 4.3).

Выводы по проделанной работе не должны констатировать внешние признаки, а объяснять их, устанавливая единство теории и эксперимента, объясняя принципиальное отличие одного случая от другого (например, большую нестабильность выходного напряжения стабилизатора в случае изменения тока нагрузки по сравнению со случаем изменения входного напряжения или наоборот, причину сглаживания стабилизатора и т.д.). Выводы не должны повторять содержание лабораторной работы или ответы на контрольные вопросы.

12 3