Scalony stabilizator napięcia typu 723

Scalony stabilizator napięcia typu 723

LABORATORIUM
Scalony stabilizator napięcia typu 723
Część I
Układy sprzężeń zwrotnych i źródeł napięcia odniesienia
Opracował:
dr inż. Jerzy Sawicki
Wymagania, znajomość zagadnień:
1.
Znajomość schematów, zasady działania i przeznaczenia poszczególnych elementów szeregowych
stabilizatorów napięcia ze wzmacniaczem błędu i ujemnym sprzężeniem zwrotnym.
2.
Schemat blokowy oraz podstawowe parametry scalonego stabilizatora napięcia typu LM723.
3.
Właściwości źródła napięcia odniesienia typu LM285 oraz wewnętrznego źródła napięcia odniesienia w
układzie LM723.
4.
Definicje podstawowych parametrów charakteryzujących stabilizatory napięcia.
Literatura:
1.
Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki, część 1. 2001.
2.
Borkowski A.: Zasilanie urządzeń elektronicznych, 1990.
3.
Borkowski A.: Układy scalone w stabilizatorach napięcia stałego, 1985.
4.
Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe, 2009.
5.
Karta katalogowa układu scalonego LM723, Texas Instruments (dostępna w Internecie).
6.
Karta katalogowa układu scalonego LM285-1.2, National Semiconductor (dostępna w Internecie) .
1
PODSTAWOWE INFORMACJE O UKŁADZIE SCALONYM TYPU LM723
FREQUENCY
COMPENSATION
V+
TEMPERATURE
COMPENSATED
ZENER
VOLTAGE
REFERENCE
AMPLIFIER
Vc
in(-)
Vref
SERIES PASS
TRANSISTOR
ERROR
AMPLIFIER
in(+)
CURRENT
LIMITER
Vout
Vz
CURRENT
LIMIT
V-
CURRENT
SENSE
Podstawowe elementy wchodzące w skład układu scalonego typu 723 (IC Voltage Regulator)
Układ wyprowadzeń układu scalonego typu 723 w obudowie PDIP i CDIP
Uwaga: wszystkie badane w ćwiczeniu stabilizatory napięcia wykorzystują układ scalony typu LM723 oraz
niewielką liczbę elementów zewnętrznych umieszczonych na wspólnej płytce PCB. Widok rozmieszczenia
elementów na płytce oraz wykaz elementów znajdują się w załączniku na końcu niniejszej instrukcji.
2
A. Stabilizator napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym.
T
Error Amplifier
Error
RA
Feedback
RB
Rys. 1. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania
(na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego).
1.
Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 2) zwracając szczególną uwagę na prawidłową
biegunowość napięcia wejściowego Uin z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu
zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski CS i CL tranzystora T2).
Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1A.
V+
Rf
Cf2
Cf1
Uin
+Vcc
C1
Ck2
Uin
GND
INPUT
Ck1
V+
INT.
REF.
Vref1
ERROR
AMP.
T1
OUTPUT
Rw
C4
Vout
T2
CS
CL
R7
C2 C3
Ro
V
Uo
A
R8
GND
Feedback
Rys. 2. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem
przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu (Error Amplifier) wykorzystano pełną wartość
napięcia odniesienia Vref1 oraz podzielone (dzielnik napięcia R7, R8) napięcie wyjściowe Uo.
2.
Ustawić wartość napięcia Uin = 15 V i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących
punktach stabilizatora:
Uin = Vcc [V]
Uo [V]
Vout [V]
UF [V]
Vref1 [V]
Porównać otrzymane wyniki pomiarowe Uo i UF z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na
podstawie wartości elementów R7 i R8.
3.
4.
Zastosować obciążenie Ro (dekada rezystorów) w zakresie od 10kΩ do 1kΩ i zbadać charakterystykę
wyjściową stabilizatora Uo=f(Iout). Określić rezystancję wyjściową stabilizatora rout=ΔUo/ΔIo, podczas
stabilizacji napięcia.
Zmierzyć zmianę napięcia wyjściowego stabilizatora ΔUo wywołaną podwyższeniem napięcia
wejściowego o ΔUo=5V, czyli do 20V. Obliczyć na tej podstawie parametr IR stabilizatora
3
B.
Stabilizator napięcia ze wzmacniaczem błędu, obniżoną wartością napięcia odniesienia
oraz zabezpieczeniem przeciążeniowym.
T
Error Amplifier
Error
RD
Feedback
RE
Rys. 3. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania
(na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego).
1.
Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 4) zwracając szczególną uwagę na prawidłową
biegunowość napięcia wejściowego Uin z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu
zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski CS i CL tranzystora T2).
Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1A.
V+
Cf1
Rf
Uin
+Vcc
Cf2
C1
Ck2
Uin
GND
INPUT
Ck1
U(-)
INT.
REF.
V+
ERROR
AMP.
T1
U(+)
R2
Vref1
OUTPUT
Rw
C4
Vout
R3
Ro
T2
C2 C3
CL
V
Uo
A
CS
GND
Feedback
Rys. 4. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem
przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu (Error Amplifier) wykorzystano podzielone
(dzielnik napięcia R2, R3) napięcie odniesienia Vref1 oraz pełne napięcie wyjściowe Uo.
2.
Ustawić wartość napięcia Uin = 15 V i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących
punktach stabilizatora:
Uin = Vcc [V]
Uo [V]
Vref1 [V]
U(-) [V]
U(+) [V]
Porównać otrzymane wyniki pomiarowe Uo i U(+) z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na
podstawie wartości elementów R2 i R3.
3.
Zastosować obciążenie Ro (dekada rezystorów) w zakresie od 10kΩ do 1kΩ i zbadać charakterystykę
wyjściową stabilizatora Uo=f(Iout). Sporządzić wykres charakterystyki wyjściowej. Określić
rezystancję wyjściową stabilizatora.
4.
Zmierzyć zmianę napięcia wyjściowego stabilizatora ΔUo wywołaną podwyższeniem napięcia
wejściowego o ΔUo=5V, czyli do 20V. Obliczyć na tej podstawie parametr IR stabilizatora
4
C. Stabilizator o regulowanej wartości napięcia wyjściowego ze wzmacniaczem błędu,
zewnętrznym napięciem odniesienia i zabezpieczeniem przeciążeniowym.
T
Error Amplifier
P
α – położenie suwaka potencjometru P
α zmienia się od 0 (dolne położenie suwaka)
do 1 (górne położenie)
Rx
Rys. 5. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania
(na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego).
Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 6) zwracając szczególną uwagę na prawidłową
biegunowość napięcia wejściowego Uin z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu
zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski CS i CL tranzystora T2).
Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1A.
+Vcc
Rf
V+
Cf1
Cf2
Uin
C1
Ck2
Uin
GND
INPUT
Ck1
UF
R1
EXT. REF.
V+
ERROR
AMP.
T1
Vref2
Iout OUTPUT
Rw
C4
Vout
P
C2 C3
T2
LM285
CS
CL
Ro
Uo
V
A
R6
GND
Rys. 6. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem
przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu wykorzystano podzielone (dzielnik napięcia P,
R6) napięcie wyjściowe Uo oraz relatywnie niskie napięcie odniesienia Vref2 z układu scalonego LM285.
1.
Ustawić wartość napięcia Uin = 15 V i przy braku obciążenia oraz skrajnym górnym położeniu
suwaka potencjometru P, zmierzyć napięcia w następujących punktach stabilizatora:
Uin = Vcc [V]
2.
Uo [V]
Vout [V]
UF [V]
Vref2 [V]
Zastosować obciążenie Ro o wartości 5 kΩ (dekada rezystorów) i zbadać zakres zmian napięcia
wyjściowego przy regulacji potencjometrem P (położenia skrajne i położenie środkowe). Porównać
otrzymane wyniki pomiarowe Uo z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na podstawie
wartości elementów R6 i P.
5
D. Stabilizator o regulowanej wartości napięcia wyjściowego z dodatkowym, zewnętrznym
tranzystorem mocy, wzmacniaczem błędu, wewnętrznym napięciem odniesienia i
zabezpieczeniem przeciążeniowym.
Text
Tint
Error Amplifier
P
α – położenie suwaka potencjometru P
α zmienia się od 0 do 1
Rx
Rys. 7. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania.
Zewnętrzny, w stosunku do układu LM723, tranzystor mocy Text tworzy wraz ze scalonym tranzystorem
Tint tzw. układ Darlingtona.
1. Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 8) zwracając szczególną uwagę na prawidłową biegunowość
napięcia wejściowego Uin z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia dodatkowego tranzystora mocy T3
i obwodu zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski CS i CL tranzystora T2 oraz rezystory Rsc1 i Rsc2).
Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,3A.
V+
+Vcc
Rf
Cf2
Cf1
Uin
C1
Ck2
Uin
GND
INPUT
Ck1
Uo
INT.
REF.
Vref1
V+
ERROR
AMP.
T1
T3
C4
Iout
OUTPUT
T2
CS
CL
Rsc1
Rsc2
R7
C2 C3
Ro
V
Uo
A
R8
GND
Rys. 8. Schemat połączeń stabilizatora napięcia z zewnętrznym, dodatkowym tranzystorem mocy,
wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu
wykorzystano pełną wartość napięcia odniesienia Vref1 oraz podzielone (dzielnik R7, R8) napięcie
wyjściowe Uo.
2.
3.
Ustawić wartość napięcia Uin = 20 V i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących
punktach stabilizatora:
Uin = Vcc [V]
Uo [V]
Vout [V]
UF [V]
Vref1 [V]
Porównać otrzymane wyniki pomiarowe Uo i UF z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na
podstawie wartości elementów R7 i R8.
Zastosować obciążenie Ro (laboratoryjny rezystor suwakowy) i zbadać charakterystykę wyjściową
stabilizatora Uo = f(Iout), nie przekraczać prądu wyjściowego ponad 200 mA. Sporządzić wykres
charakterystyki wyjściowej. Określić rezystancję wyjściową stabilizatora.
6
ZAŁĄCZNIK
1.
Rzeczywisty widok płytki do ćwiczenia laboratoryjnego.
2.
Wykaz elementów umieszczonych na płytce.
US 1
US 2
T3
T4
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
Rf
Rw
Rp
Rsc1
Rsc2
P
C1
C2
C3
C4
Cf1
Cf2
Ck1
Ck2
- układ scalony LM723 lub jego odpowiednik, obudowa PDIP14
- układ scalony LM285-1.2, obudowa TO-92
- tranzystor mocy BDP393 (npn), obudowa TO-220, radiator DO1A
- tranzystor mocy BDP394 (pnp), obudowa TO-220, radiator DO1A
- rezystor 10 kom, 0,125 W, 5%
- rezystor 1,5 kom, 0,125 W, 5%
- rezystor 1,3 kom, 0,125 W, 5%
- rezystor 2,7 kom, 0,125 W, 5%
- rezystor 5,6 kom, 0,125 W, 5%
- rezystor 1 kom, 0,125 W, 5%
- rezystor 2,7 kom, 0,125 W, 5%
- rezystor 6,8 kom, 0,125 W, 5%
- rezystor 100 om, 0,125 W, 5%
- rezystor 43 om, 0,125 W, 5%
- rezystor 62 om, 0,125 W, 5%
- rezystor 1 om, 1 W, 5%
- rezystor 2,2 om, 1 W, 5%
- potencjometr 10 kom, A liniowy
- kondensator elektrolityczny 220 µF/50V
- kondensator ceramiczny 47 nF/50V
- kondensator elektrolityczny 100 µF/50V
- kondensator ceramiczny 47 nF/50V
- kondensator ceramiczny 47 nF/50V
- kondensator elektrolityczny 100 µF/50V
- kondensator ceramiczny 100 pF/50V
- kondensator ceramiczny 1 nF/50V
7