Теоретическая часть. Цель работы – изучение принципов работы параметрических и ком­пенсационных стабилизаторов постоянного напряжения с непрерывным регулированием

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы

Цель работы – изучение принципов работы параметрических и ком­пенсационных стабилизаторов постоянного напряжения с непрерывным регулированием. Экспериментальное определение основных параметров стабилизаторов.

Задание для самостоятельной подготовки к работе

1. Ознакомиться с назначением стабилизаторов напряжения постоянного тока и вариантами их построения.

2. Установить определение коэффициента стабилизации по входному напряжению.

3. Начертить схему простейшего стабилизатора напряжения постоянного тока с кремниевым стабилитроном и со стабистором.

4. Начертить схему стабилизатора напряжения постоянного тока с последовательным включением транзистора. Ознакомиться с целесообразностью использования в стабилизаторе транзистора.

5. Ознакомиться с назначением интегрального стабилизатора напряжения.

Теоретическая часть

Стабилизатором напряжения называют устройство, включаемое между источником и потребителем, автоматически поддерживающее постоян­ным напряжение потребителя с заданной степенью точности при изменении дестабилизирующих факторов в заданных пределах. Основ­ными дестабилизирующими факторами являются колебания входного (питающего) напряжения, изменения потребляемой мощности, темпера­туры окружающей среды и др.

Назначением стабилизаторов напряжения является умень­шение влияния всех дестабилизирующих факторов.

Стабилизаторы разделяют в зависимости от рода напряжения на стабилизаторы переменного напряже­ния и стабилизаторы постоянного нап­ряжения. В свою очередь они делятся на стабилизаторы па­раметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы, вследствие чего, стабилизация напряжения осуществляется за счет нелинейности их вольтамперных характеристик.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой систему авто­матического регулирования, содержащую цепь отрицательной обрат­ной связи (рис. 3.1). Эффект стабилизации в данных устройствах до­стигается за счет изменения параметров управляемого прибора, назы­ваемого регулирующим элементом, при воздействии на него сигнала обратной связи. В компенсационных стабилизаторах напряжения сиг­нал обратной связи является функцией выходного напряжения, а в стабилизаторах тока — функцией выходного тока.

Рис. 3.1

В зависимости от вида регулирования они, в свою очередь, под­разделяются на непрерывные, импульсные и непре­рывно-импульсные стабилизаторы.

Стабилизаторы с непрерывным регулированиемв зависимости от способа включения регулирующего элемента разделяются на последовательные и параллельные. В последовательных стабилизаторах регу­лирующий элемент включен последовательно с нагрузкой, в параллельных — параллельно нагрузке. На рис. 3.1 изображена структурная схема по­следовательного стабилизатора с непрерывным регулированием.

В схеме рис. 3.1 стабилизатор питается от сети постоянного то­ка через выпрямитель и фильтр. Измене­ние входного напряжения или тока нагрузки вызывает в первый мо­мент изменение напряжения на выходе схемы. Измерительный эле­мент (ИЭ) сравнивает выходное напряжение с опорным, в результате чего на его выходе выделяется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем (У) и воздействует на регулиру­ющий элемент (РЭ). Напряжение на регулирующем элементе изменя­ется и компенсирует изменения выходного напряжения с определен­ной степенью точности.

Основными качественными параметрами как параметрических, так и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения являются:

1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению — отно­шение относительных приращений напряжений на входе и выходе стабилизатора:

при I_Н = const, (3.1)

где ∆U_ВХ, ∆U_ВЫХ - соответственно приращения входного и выходного напряжений стабилизатора при неизменном токе нагрузки; U_ВХ и U_ВЫХ - номинальные значения входного и выходного напряжений стабилизатора.

2. Внутреннее сопротивление стабилизатора R_i, равное отношению приращения выходного напряжения ∆U_ВЫХ к приращению тока на­грузки ∆I_Н при неизменном входном напряжении U_BX = const:

R_i = ∆U_ВЫХ / ∆I_Н. (3.2)

Зная внутреннее сопротивление стабилизатора, можно определить изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки. В стабилизаторах напряжения внутреннее сопротивление может достигать тысячных долей Ома.

3. Коэффициент сглаживания пульсаций

,

где U_BX ~, U_BЫX ~ — амплитуды пульсации входного и выходного на­пря­жений стабилизатора соответственно.

4. Температурный коэффициент стабилизатора, равный отношению приращения выходного напряжения ∆U_ВЫХ к приращению темпера­туры окружающей среды ∆t_ОКР при неизменном входном напряжении и токе нагрузки (U_ВХ = const, I_Н = const):

.

Энергетическими параметрами стабилизаторов постоянного напря­жения являются:

1. Коэффициент полезного действия h, равный отношению активной мощности, отдаваемой стабилизатором в нагрузку, к активной мощ­ности, потребляемой стабилизатором от сети:

. (3.3)

2. Мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе Р_РЭ.

Массогабаритными параметрами стабилизаторов является удель­ная мощность (Р_ВЫХ / V_СТ) (Вт/дм³) и (Р_ВЫХ / G_СТ) (Вт/кг), где V_СТ, G_CT — объем и масса стабилизи­рованного источника электропитания соот­ветственно.

Стабилизаторы переменного напряжения характеризуются дополни­тельными параметрами, а именно стабильностью выходного напряжения в зависимости от изменения частоты питающего напряжения, коэффи­циентом мощности cos j, коэффициентом искаже­ния формы кривой выходного напряжения.