Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И
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 параметричного стабілізатора постійної 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 параметричного стабілізатора постійної 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. - 14 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 ПАРАМЕТРИЧНОГО СТАБІЛІЗАТОРА ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ.
Мета роботи: вивчення принципу дії параметричного стабілізатора постійної напруги (ПСПН), визначення його основних параметрів, ознайомлення з основами розрахунку, експериментальна перевірка ПСПН.
Теоретична частина
Параметричні стабілізатори будуються на некерованих нелінійних елементах (НЕ), струм через які є нелінійною функцією напруги. Для стабілізації напруги постійного струму використовуються НЕ типу RU, величина напруги яких на електродах мало залежить від струму, що протікає через них (газорозрядні та кремнієві стабілітрони), рис 1,а.
Для НЕ типу RU диференційний опір в межах робочої ділянки 1 - 2 ВАХ дорівнює:
, (1)
і є меншим за статичний:
(2)
у довільній точці цієї ділянки (на рис.1,а показано для точки А).
Ця властивість НЕ типу RU використовується для стабілізації напруги на навантаженні, яке повинно під’єднуватися паралельно до НЕ. Еквівалентна схема стабілітрона, побудована на основі його лінійної апроксимації, зображена на рис.1,б. Найпростіша схема ПСПН подана на рис.1,в і складається із стабілітрона VD1 та обмежуючого резистора RO.
На рис.2. зображена ВАХ стабілітрона і навантаження.
Оскільки резистор навантаження і стабілітрон ввімкнені паралельно, для побудови сумарної характеристики потрібно скласти ВАХ RH і стабілітрона по осі струмів. Одержана крива являє собою залежність UВИХ = f (ІСТ + ІН). Робоча ділянка цієї кривої, як видно з побудови, одержується зміщенням ВАХ стабілітрона на величину струму навантаження ІН. Відклавши по осі ординат розрахункову величину вхідної напруги UВХ, будуємо з цієї точки характеристику, що відповідає величині R0. Точка А перетину цієї характеристики із сумарною характеристикою опору навантаження і стабілітрона визначає усталений режим для даної вхідної напруги. При зміні вхідної напруги характеристика резистора R0 переміщується паралельно сама собі і відповідно зміщується робоча точка на сумарній характеристиці UВИХ = f (ІСТ + ІН). Як видно з рис.2 при зміні вхідної напруги від UBX min до UBX max напруга на опорі навантаження змінюється від UBИX 1 до UBИX 2, причому зміна вихідної напруги значно менша за зміну напруги на вході.
У межах робочої ділянки ВАХ стабілітрона практично лінійна, тому аналітичний зв’язок між напругою та струмом виражається у вигляді:
(3)
Враховуючи вираз (3), складемо еквівалентну схему стабілізатора (рис.3).
Приймемо такі припущення:
1 - внутрішній опір джерела включено у величину R0;
2 - не враховуються частотні та теплові властивості НЕ;
3 - робоча точка А під впливом дестабілізуючих факторів переміщується в межах відрізка 1 - 2 (рис.1,а).
Використовуючи еквівалентну схему, запишемо рівняння для приростів, з яких визначимо коефіцієнт стабілізації. Приріст вхідної напруги:
(4)
Прирости струмів, що течуть через стабілітрон (ІСТ і резистор навантаження (ІН, визначаються з виразів:
(5)
Із (4) і (5) одержимо вираз для коефіцієнта стабілізації схеми:
(6)
Оскільки в реальних стабілітронах завжди RO >> RД і RД << RH (це справедливо вже при КСН >5), то вираз (6) можна спростити і записати у вигляді:
(7)
Таким чином, для збільшення КСН необхідно вибирати стабілітрон з меншим RД і збільшувати R0. Проте зі збільшенням R0 для збереження режиму НЕ по постійному струму доводиться збільшувати вхідну напругу, що веде до зменшення коефіцієнта (, який характеризує втрати постійної напруги при стабілізації і, отже, до зменшення КСН. Таким чином, для простих ПСПН величина КСН є обмеженою. Максимально можливий коефіцієнт при безмежно великій вхідній напрузі з (7):
(8)
Недоцільно вибирати КСН більшим за (0.5...0.7) КСНmax, оскільки це призводить до зростання потрібного UВХ, що веде до зростання маси і габаритів випрямляча; крім того, збільшується струм через стабілітрон і зменшується к.к.д.
Зміна RH викликає зміну струму ІН. Якщо прийняти, що напруга UВХ постійна, то варіювання струму навантаження (ІН викликає відповідну зміну струму, що протікає через стабілітрон, причому:
(ІН ( (ІСТ (9)
Зміна струму, що протікає через стабілітрон, викликає відповідну зміну вихідної напруги стабілізатора:
(UВИХ = -(ІСТ(RД (10)
Із (9) та (10) одержимо вираз для вихідного опору стабілізатора:
(11)
К.к.д. схеми, що зображена на рис1,в, малий і може бути визначений з виразу:
(12)
З аналізу одержаних співвідношень випливає, що найпростіші ПСПН мають ряд суттєвих недоліків: обмежений і дуже малий коефіцієнт стабілізації, низький к.к.д., великий струм, що протікає через стабілітрон, високу вхідну напругу. Ці недоліки взаємозв’язані і визначаються лінійним обмежуючим резистором R0. До позитивних якостей ПСПН можна віднести простоту схеми, малу кількість елементів, а, отже, і високу надійність. ПСПН доцільно використовувати для живлення малопотужних споживачів.
Для підвищення стабільності вихідної напруги використовують двокаскадні або мостові схеми стабілізаторів, наведені на рис.4 і рис.5. Коефіцієнт стабілізації для схеми рис.4. можна оцінити за виразом:
(13)
де RД1, RД2 - динамічні опори стабілітронів VD1, VD2.
Попередня стабілізація напруги у двокаскадному ПСПН за допомогою елементів R01 і VD1 дозволяє одержати досить високий коефіцієнт стабілізації вихідної напруги.
Коефіцієнт стабілізації для мостової схеми рис.5 можна оцінити за виразом:
, (14)
де RД1, RД2 - динамічні опори стабілітронів VD1, VD2.
У мостових параметричних стабілізаторах коефіцієнт стабілізації теоретично може бути безмежно великим, якщо вибрати елементи таким чином, щоби вираз в дужках дорівнював нулю. У цій схемі можна досягти високої температурної стабільності, якщо вибрати стабілітрони з близькими температурними коефіцієнтами. Необхідно, однак, відзначити, що к.к.д. для двокаскадних та мостових схем стабілізаторів є нижчим від к.к.д. простого ПСПН.
Підвищити стабільність ПСПН без погіршення к.к.д. дозволяє схема, подана на рис.6, за рахунок використання джерела струму, виконаного на транзисторі VT, стабілітроні VD1 і резисторах RE та RB. Це дозволяє стабілізувати струм, що протікає через стабілітрон VD2, і тим самим зменшити нестабільність напруги на навантаженні при зміні вхідної напруги.
Розрахунок однокаскадного ПСПН виконується виходячи з наступних вихідних даних: вихідна напруга UВИХ, вхідна напруга UВХ, зміна UВХ у бік пониження (UН та підвищення (UП, номінальне значення струму навантаження ІН, зміна ІН у бік пониження (ІН та підвищення (ІП.
Розрахунок однокаскадних ПСПН зводиться до вибору типу стабілітрона, визначення максимально можливого коефіцієнта стабілізації КСНmax, величини обмежуючого опору R0, номінальної величини коефіцієнта стабілізації КСН, к.к.д. та перевірки режима роботи стабілітрона. Тип стабілітрона визначається вихідною напругою і максимально допустимим струмом стабілітрона:
UCT = UВИХ ; . (15)
З паспортних даних стабілітрона записуються максимальний та мінімальний струм стабілітрона ІСТmax, ІСТmin; диференційний опір для робочої ділянки RД, допустима потужність, розсіювана на стабілітроні РСТД.
Для вибраного стабілітрона визначається струм, що відповідає середині робочої ділянки:
(16)
Відносний спад напруги на ПСПН: nC = UВХ / UВИХ (17)
Максимально можливий коефіцієнт стабілізації визначається за формулою (8). Величина обмежуючого опору - за формулою:
(18)
Номінальна величина КСН оцінюється за виразом:
(19)
Вихідний опір стабілізатора та його к.к.д. розраховується за формулами (11) та (12). Перевірка режима роботи стабілітрона зводиться до визначення максимального та мінімального струмів через стабілітрон у даній схемі:
(20)
і перевірки виконання умов ІСТmax ( ІСТmax* та ІСТmin ( ІСТmin* , де знаком (*) відмічені паспортні параметри стабілітрона. У разі невиконання цих умов необхідно змінити режим роботи або стабілітрон.
Завершується розрахунок визначенням потужності на обмежуючому опорі та стабілітроні:
(21)
Програма дослідження
1.Вивчити принцип роботи і намалювати схеми параметричних стабілізаторів напруги. Дати відповіді на контрольні запитання.
2.Виконати розрахунок ПСПН для заданого варіанту технічних умов (табл.1) із застосуванням пакету прикладних математичних програм MATHCAD для найпростішої схеми (рис.1,в). В процесі розрахунку здійснити вибір елементної бази (стабілітрона, резистора) з врахуванням наступних даних (табл.2, 3):
Таблиця 1
№ вар.
UВИХ, B
UВХ, B
(UП, B
(UН, B
ІН, мА
(ІП, мА
(ІН, мА
1
0.7
1.2
0.15
0.1
10
1.5
2
2
2
3
0.3
0.2
8
2
2
3
3.3
5
0.45
0.4
12
3
3.5
4
4.7
7
0.6
0.5
6
2.5
2
5
7.5
13
0.8
1
5
1.2
1
6
10
16
2
1.5
80
15
20
7
8.2
15
1.5
1
100
18
25
8
18
30
3
4
50
12
15
9
33
50
5
4
15
4
3
10
22
36
2
2.3
18
3.5
4
Таблиця 2.
Параметри стабілітронів.
Тип
UCТ, В
ІСТmin, мА
ІСТmax, мА
RД, Ом
РСТ, Вт
2С107А
0.7(0.07
1
100
7
0.3
2С119А
1.9(0.9
1
100
15
0.3
2C133A
3.3(0.3
3
81
65
0.3
2C147B
4.7(0.2
1
26.5
150
0.1
Д814A
7 - 8.5
3
40
6
0.34
Д815Г
10(1
25
800
2.7
8.0
Д815В
8.2(1.2
59
960
1
8.0
Д815Ж
18(1.8
25
460
3
8.0
Д816А
22(2.2
10
230
10
5.0
Д816В
33(3.5
10
150
10
5.0
КС482А
8.2(1
1
96
25
1.0
КС447А
4.7(0.4
3
159
18
1.0
Таблиця 3.
Шкала номінальних величин резисторів (Ом, кОм, МОм).
1.0
1.1
1.2
1.3
1.5
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.7
3.0
3.3
3.6
3.9
4.3
4.7
5.1
5.6
6.2
6.8
7.5
8.2
9.1
Завершується 2п. програми досліджень нанесенням на схему ПСПН номінальних значень розрахованих елементів, що відповідають технічному завданню.
3. При дослідженнях параметричних стабілізаторів постійної напруги методом математичного моделювання використовується програма ELECTRONICS WORКBENCH. Порядок виконання цієї роботи є наступним:
- після завантаження програми відкривається файл EJ3M1.ewb і виконуються дослідження найпростішої схеми ПСПН Визначаються осцилограми та перехідні процеси методом математичного моделювання;
- відкривається файл EJ3M2.ewb і аналогічним чином виконується дослідження мостової схеми стабілізації;
- відкривається файл EJ3M3.ewb і досліджується ПСПН зі стабілізатором струму.
У звіті з проведених досліджень наводяться схеми ПСПН, осцилограми, графіки перехідних процесів та висновки про вплив параметрів елементів на характеристики ПСПН.
4.Провести експериментальне дослідження ПСПН за наступною програмою:
зняти та побудувати характеристику UВИХ = f(UВХ), змінюючи вхідну напругу стабілізатора в межах UВХ = 2...20 В з кроком 1 В. Визначити на знятій характеристиці робочу ділянку стабілізації вихідної напруги;
визначити за знятою характеристикою UВИХ = f(UВХ) коефіцієнт стабілізації параметричного стабілізатора, користуючись формулою:
,
де (UВХ = (1 В; (UВИХ НОМ - номінальне значення вихідної напруги, яке відповідає (UВХ НОМ ;
зняти зовнішню характеристику UН = f(ІН) стабілізатора при номінальній вхідній напрузі UВХ НОМ , змінюючи опір навантаження RН стабілізатора;
Обчислити значення опору баластного резистора RБ параметричного стабілізатора, використовуючи значення КСТ, визначене у п.2, та користуючись формулою:
де rДСТ - динамічний опір стабілітрона ( rДСТ ( 10 Ом);
визначити вихідний опір стабілізатора за знятою зовнішньою характеристикою:
.
Контрольні запитання
1.Що таке параметричний метод стабілізації напруги, які його особливості?
2.Як виглядає ВАХ стабілітрона і як визначити його статичний та динамічниий опір?
3. Подати схему найпростішого стабілізатора та пояснити її роботу.
4.Як визначається коефіцієнт стабілізації стабілізатора напруги?
5.Подати позитивні та негативні риси найпростішого ПСПН.
6.Двокаскадна схема стабілізації, її позитивні та негативні сторони.
7. Мостова схема стабілізації, її позитивні та негативні сторони.
8.Схема стабілізації зі стабілізатором струму, її особливості.
9.Провести порівняння різних схем стабілізації напруги.
10.З яких міркувань вибирається стабілітрон для параметричного стабілізатора?
11.Які переваги і недоліки мають параметричні стабілізатори постійної напруги, у яких випадках вони використовуються?
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.
5.Диоды и тиристоры. / Под ред. А.А.Чернышева.-М: Энергия, 1980
18.04.2012 19:04-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора