Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження транзисторного компенсаційного стабілізатора напруги
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Радіотехніка
Кафедра:
Телекомунікації
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Електротехнічні пристрої РЕЗ
Група:
К
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И
до лабораторної роботи “Дослідження транзисторного компенсаційного стабілізатора напруги” з дисципліни „Електроживлення комплексів зв’язку” для студентів базового напряму 6.0924 „Телекомунікації”
та дисципліни «Електротехнічні пристрої РЕЗ»
для студентів базового напряму 6.0907 « Радіотехніка»
Затверджено на засіданні
кафедри РЕПС
протокол № ____ від__________2008 р
Л Ь В І В 2008
Методичні вказівки до лабораторної роботи “Дослідження транзисторного компенсаційного стабілізатора напруги” з дисципліни „Електроживлення комплексів зв’язку” для студентів базового напряму 6.0924 „Телекомунікації” та дисципліни «Електротехнічні пристрої РЕЗ» для студентів базового напряму 6.0907 « Радіотехніка». /Укл.: В.Г. Сторож, І.Г.Яковенко. -Львів: НУ”ЛП”, 2008. - 12 с.
Укладачі :
В.Г. Сторож, канд. техн. наук, ст. викл.
І.Г.Яковенко, ст. викл.
Відповідальний за випуск: І.Н. Прудиус, д-р техн. наук, проф.
Рецензенти:
В.І. Оборжицький, канд. техн. наук, доц.
М.Й. Николишин, канд. техн. наук, доц.
ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНЗИСТОРНОГО КОМПЕНСАЦІЙНОГО СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ
Мета роботи: вивчення принципу дії транзисторного компенсаційного стабілізатора напруги (ТКСН) та визначення його основних параметрів, ознайомлення з основами розрахунку, моделювання та експериментальної перевірки.
Теоретична частина
Широкі можливості для підвищення якості стабілізації напруги дають компенсаційні стабілізатори напруги. Вони відрізняються від параметричних стабілізаторів наявністю від’ємного зворотного зв’язку. При цьому фактичне значення вихідної напруги порівнюється з сигналом джерела опорної напруги (ДОН) і, в залежності від знака розузгодження, регулювальний елемент (РЕ) підтримує вихідну напругу стабілізатора на рівні номінального значення. Таким чином, компенсаційний стабілізатор являє собою одноконтурну систему автоматичного регулювання.
Стабілізатори можуть виконуватися з послідовним або паралельним ввімкненням РЕ відносно навантаження стабілізатора. Структурна схема стабілізатора з послідовним ввімкненням РЕ подана на рис.1.
При зміні вхідної випрямленої напруги на величину (U1 або струму у навантаженні RH у вимірювальному елементі ВЕ, в який входять подільник та ДОН, виділяється сигнал розузгодження (різницева напруга), що через підсилювач постійного струму подається на вхід РЕ і змінює його опір по постійному струму таким чином, що вихідна напруга UH зберігається постійною з певним ступенем точності.
На рис. 2 подана схема стабілізатора з паралельним ввімкненням РЕ.
У цій схемі напруга на навантаженні підтримується постійною за рахунок зміни струму, шо протікає через РЕ. Наприклад, при збільшенні UВХ зростає струм через РЕ , за рахунок цього зростає падіння напруги на баластному опорі RБ на приблизно таку ж величину, а вихідна напруга при цьому залишається постійною з певним ступенем точності. При зміні струму у навантаженні стабільність вихідної напруги підтримується за рахунок того, що сума струмів розгалуження, що протікає через паралельно з’єднані РЕ та RН, залишається незмінною.
Можлива також стабілізація вихідної напруги з регулюванням на стороні змінного струму (рис.3).
У поданій схемі РЕ ввімкнений у первинну обмотку трансформатора, на вхід якого подається напруга мережі UМ, а слідкування ведеться за вихідною постійною напругою після випрямляча В та фільтра Ф. При зміні напруги UМ або струму навантаження, сигнал розузгодження, виділений ВЕ через схему керування СК подається на РЕ, що змінює середнє (або діюче) значення напруги на первинній обмотці трансформатора таким чином, що вихідна напруга UH зберігається постійною з певним ступенем точності.
Як регулюючий елемент у цій схемі може використовуватися дросель насичення, транзистор або тиристор. При використанні дроселя насичення або тиристора відбувається зміна середнього значення змінної напруги за рахунок вертикальної відсічки частини синусоїди напруги мережі. При використанні транзистора відбувається відсічка верхньої частини синусоїди напруги мережі. Такі стабілізатори в основному використовуються для стабілізації підвищених напруг при значних рівнях потужності. Їх основні недоліки – підвищений внутрішній опір та пульсації напруги на виході. У випадку особливо жорстких умов щодо стабільності вихідної напруги при високих рівнях потужності і малих допустимих пульсаціях використовують стабілізатори з двома регулюючими елементами: на стороні змінного струму та в колі постійного струму.
У подальшому більш детально розглянемо стабілізатор з послідовним РЕ, оскільки він забезпечує кращий к.к.д, ніж стабілізатор з паралельним РЕ і є простішим, порівняно з іншими розглянутими стабілізаторами.
Визначимо основні співвідношення, які зв(язують зміну вихідної напруги з дією дестабілізуючих чинників через параметри функційних елементів стабілізатора, вважаючи, що він працює у статичному режимі і являє собою лінійну систему з однонаправленими елементами. Кожна ланка має відповідний коефіцієнт передачі за напругою КР, КВ, КП.
У розімкненому стані ((UП не подається – рис.1) при дії на вхід РЕ збурення (UВХ1 процес регулювання може бути описаний рівнянням:
(UН = КР((UВХ1 (1)
Вихідний опір стабілізатора дорівнює вихідному опору РЕ:
RВИХСН = RВИХРЕ (2)
Для забезпечення кращих параметрів стабілізатора його РЕ повинен мати малий коефіцієнт передачі КР за напругою. Тому при використанні транзисторів в ролі РЕ вони вмикаються у схему стабілізатора, як правило, за схемою із спільним колектором, для якої характерні низькі значення Кр та RВИХ.
Якщо замкнути коло зворотного зв(язку, то процес регулювання може бути описаний рівнянням:
(3)
Це рівняння визначає нестабільність вихідної напруги стабілізатора при зміні напруги, прикладеної до входу РЕ. Оскільки місця прикладення дестабілізуючих чинників не збігаються у загальному випадку ні з входом, ні з виходом відповідної ланки, то дестабілізуючі дії приводяться через коефіцієнти приведення КПР на вхід або вихід ланок чи системи за кожним дестабілізуючим чинником окремо.
Частковий коефіцієнт стабілізації, пов’язаний тільки зі зміною вхідної напруги:
(4)
де ( = UН / UВХ1 – коефіцієнт, що характеризує втрати постійної напруги на РЕ.
Абсолютна нестабільність вихідної напруги стабілізатора при зміні напруги живлення підсилювача:
(5)
де КПП = (UВХ1 / (UВХ2 –коефіцієнт приведення підсилювача.
Визначимо вплив зміни еталонної напруги (UЕТ на вихідну напругу стабілізатора. Для цього (UЕТ перерахуємо на вхід системи через коефіцієнт передачі КП підсилювача (UВХ1 = КП((UЕТ. Тоді:
(6)
Звідси можна виявити зв’язок між нестабільністю ДЕН та нестабільністю вихідної напруги стабілізатора:
а) абсолютна нестабільність вихідної напруги стабілізатора не може бути меншою за абсолютну нестабільність ДЕН, оскільки :
КВ = (UЕТ / UH) < 1 , то (UНЗ > (UЕТ;
б) для зменшення (UНЗ необхідно збільшити КВ;
в) відносна зміна напруги ДЕН повністю передається на вихід стабілізатора.
Вплив зміни струму навантаження (за рахунок зміни опору навантаження) визначимо наступним чином. Спочатку перетворимо зміну струму (ІН у відповідну їй зміну напруги РЕ (у розімкненій системі): (UН’ = - RВИХРЕ((ІН, а тоді перерахуємо RВИХРЕ на вхід системи найкоротшим шляхом через коефіцієнт приведення, який дорівнює оберненому значенню коефіцієнта передачі РЕ:
(U1 = (UН’ / КР = - (КВИХРЕ((ІН) / КР.
Тоді у замкненій системі будемо мати:
(7)
Це рівняння визначає абсолютну похибку регулювання при зміні струму навантаження. Вихідний опір стабілізатора дорівнює:
(8)
Вихідний опір стабілізатора можна зменшити, понижуючи RВИХРЕ або підвищуючи коефіцієнти передачі ланок у колі зворотного зв’язку.
На рис.4 наведена принципова схема транзисторного компенсаційного стабілізатора напруги (ТКСН). У цій схемі РЕ виконаний на складеному транзисторі VT1 і VT2 (схема Дарлінгтона). Підсилювальний елемент - однокаскадний підсилювач постійного струму на транзисторі VT3. Вимірювальний елемент ВЕ – мостового типу, який складається з джерела еталонної напруги ДЕН (параметричний стабілізатор – R3, VD) та подільника на резисторах Rp, R4 i R3.
Принцип дії схеми полягає у наступному. При збільшенні вхідної напруги у перший момент часу зростає вихідна напруга UH, що приводить до збільшення напруги на нижньому плечі подільника R4, R5. Потенціал бази транзистора VT3 відносно його емітера стає вищим, а його колекторний струм зростає. Транзистор VT3 при цьому більше відкривається, потенціал його колектора зменшується, зменшується базовий струм транзистора VT1, він призакривається і при цьому зростає спад напруги між колектором та емітером VT2. Це приводить до зменшення вихідної напруги стабілізатора до початкового значення з певною мірою точності.
Аналогічно стабілізатор працює при зменшенні вхідної напруги та зміні струму навантаження.
У ТКСН як РЕ використовується складений транзистор, що складається з прохідного VT2 та узгоджувального транзистора VT1. Використання складеного транзистора дозволяє:
суттєво збільшити коефіцієнт підсилення за струмом РЕ - ( ((1((2, що дозволяє підвищити коефіцієнт стабілізації транзисторного компенсаційного стабілізатора напруги;
підвищити вхідний опір РЕ і тим самим узгодити його з вихідним опором підсилювального транзистора VT3.
Для забезпечення нормальної роботи схеми при максимальній температурі довкілля та мінімальному струмі навантаження в схему вводять резистор підживлення R2 транзистора VT1. Конденсатори С1 та С2 забезпечують стійку роботу стабілізатора, запобігаючи його самозбудженню на високих частотах.
Напруга живлення підсилювача постійного струму має значний вплив на стабільність вихідної напруги. При живленні підсилювача від UВХ1 його зміна приводить до значних змін колекторного струму VT3, що у свою чергу зменшує стабільність UН. У зв’язку з цим підсилювач живлять від додаткового стабілізованого джерела живлення ЕД.
Програма дослідження
1.Вивчити принцип роботи і намалювати структурні схеми компенсаційних стабілізаторів напруги. Дати відповіді на контрольні запитання.
2.Виконати розрахунок ТКСН для заданого варіанту технічних умов (табл.1) із застосуванням пакету прикладних математичних програм MATHCAD для схеми (рис.4). В процесі розрахунку здійснити вибір елементної бази (транзисторів, стабілітрона, резисторів) з врахуванням наступних даних з табл.2.
Таблиця 1
№ вар.
UН, В
∆UН, В
ІН, А
ІНmin
IHmax
КСТ
а
1
12
1
0.7
0.5
1
100
0.1
2
9
0.8
1
0.8
1.2
150
0.12
3
6
0.5
1.5
1.2
1.8
200
0.1
4
15
1
0.8
0.6
1.1
120
0.12
5
18
1.5
0.7
0.6
0.9
200
0.1
6
10
1
0.9
0.65
1.15
160
0.12
7
20
1.2
0.6
0.5
0.7
100
0.1
8
24
2
1.1
0.9
1.3
140
0.12
UH – вихідна напруга, ∆UН – допустимі відхилення напруги, ІН – номінальне значення струму у навантаженні, ІНmin – мінімальний струм у навантаженні, IHmax – максимальний струм у навантаженні, КСТ – мінімальний коефіцієнт стабілізації, а – відносна зміна напруги мережі.
Таблиця 2
Тип→
ТУ↓
КТ817А
КТ603Б
КТ312Б
ГТ703Д
КТ501Е
КТ214В
ІKmax, A
3
0.3
0.03
3.5
0.35
0.04
UKEmax, B
25
30
35
40
40
60
PKmax, Вт
14
0.24
0.0225
15
0.6
0.25
h21E
25
60
25
20
85
30
ІКБ, мА
0.4
0.03
0.002
0.2
0.025
0.003
UKEH, В
0.5
0.25
0.18
0.6
0.2
1.0
UБЕ, В
0.8
0.7
0.8
1.0
0.4
0.5
∆UБЕ*, В
0.04
0.02
0.008
0.1
0.05
0.01
∆UКЕ*, В
6
6
5
15
20
6
∆ІБ*, мА
0.5
0.1
0.007
10
0.2
0.02
де: ІKmax – максимальний струм колектора, UKEmax – максимальна напруга емітер-колектор, PKmax- максимальна потужність на колекторі, h21E – коефіцієнт передачі за струмом, ІКБ – струм колектор-база, UKEH – напруга насичення колектор-емітер, UБЕ – напруга насичення база-емітер; ∆UБЕ*, ∆UКЕ*, ∆ІБ* - відповідні зміни напруг та струмів (за характеристиками транзистора).
Завершується 2п. програми досліджень нанесенням на схему ТКСН номінальних значень розрахованих елементів, що відповідають технічному завданню.
3. При дослідженнях компенсаційних стабілізаторів постійної напруги методом математичного моделювання використовується програма ELECTRONICS WORКBENCH. Порядок виконання цієї роботи є наступним:
- після завантаження програми відкриваються файли EJ4M1.ewb, EJ4M2.ewb, EJ4M3.ewb і виконуються дослідження кількох схем ТКСН;
- визначаються осцилограми та перехідні процеси методом математичного моделювання.
У звіті з проведених досліджень наводяться схеми ТКСН, осцилограми, графіки перехідних процесів та висновки про вплив параметрів елементів на характеристики ТКСН.
4.Провести експериментальне дослідження ПСПН за наступною програмою:
- визначити коефіцієнт стабілізації стабілізатора, встановивши UВХ = 15 В, UВИХ=10 В, (UВХ = (2В і вимірявши (UВИХ. При цьому скористатися формулою:
;
- визначити коефіцієнт корисної дії стабілізатора та зняти його залежність від значення вихідної напруги;
- зняти зовнішню характеристику стабілізатора UВИХ=f(IН) і визначити його вихідний опір:
.
Контрольні запитання
1.У чому полягає принципова відмінність між параметричними та компенсаційними стабілізаторами напруги?
2.Як працює стабілізатор напруги з послідовно включеним регулювальним елементом (РЕ)?
3. Як працює стабілізатор напруги з паралельно включеним РЕ?
4. Як працює стабілізатор напруги з регулюванням на стороні змінного струму?
5.Провести порівняння різних схем стабілізаторів напруги.
6.Вказати дестабілізуючі фактори для вихідної напруги.
7.Як пов’язані між собою нестабільність джерела еталонної напруги та нестабільність вихідної напруги?
8.Від чого залежить коефіцієнт стабілізації компенсаційного стабілізатора напруги?
9.Чому у схемі ТКСН як регулюючий елемент використовують складений транзистор?
10.Якими засобами забезпечують узгодження та стабілізацію роботи ТКСН?
Література
1.Иванов-Цыганков А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебник для вузов по специальности "Радиотехника".-М: Высш. школа, 1991.
2.Алексеев О.А., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электротехнические устройства. Учебник для вузов. -М.: Энергоиздат, 1981.
3.Векслер Г.С., Пилинский В.В. Электропитающие устройства электроакустической и кинотехнической аппаратуры. - К.: Высш. школа, 1986.
4.Справочник. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры./Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986.
17.03.2012 13:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора