1 STABILIZATORY NAPIĘCIA O DZIAŁANIU CIĄGŁYM

STABILIZATORY NAPIĘCIA O DZIAŁANIU CIĄGŁYM (wersja: 1.1b)
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się studentów z działaniem rzeczywistych układów
stabilizatorów napięć. W trakcie ćwiczenia wykonywanych będzie szereg pomiarów oraz
obserwacji oscyloskopowych, które umożliwią wyznaczenie istotnych parametrów układu
stabilizatora.
WPROWADZENIE TEORETYCZNE
Zadaniem stabilizatora jest „dostarczenie” napięcia zasilającego (oraz zapewnienie
odpowiednich parametrów tego napięcia) do innych obwodów elektronicznych. Układ
stabilizatora pośredniczy pomiędzy napięciem wejściowym niestabilizowanym (tj.
ulegającym zmianom w dość szerokim zakresie), a właściwym obwodem elektronicznym
(wymagającym napięcia zasilania o ściśle sprecyzowanych parametrach). Ogólnie
stabilizatory napięcia można podzielić na układy o działaniu ciągłym (tzw. liniowe, w których
elementy „regulacyjne” pracują w zakresie aktywnym; np. rodzina układów scalonych typu
78xx) lub stabilizatory impulsowe (tj. układy przetwornic DC/DC, w których elementy
„regulacyjne” pracują jako klucze elektroniczne). Stabilizatory impulsowe są z reguły
bardziej złożonymi i kosztowniejszymi układami elektronicznymi, stosowanymi głównie do
zasilania urządzeń o większym zapotrzebowaniu na energię elektryczną.
W tabeli 1. zamieszczono podstawowe informacje charakteryzujące obie grupy
stabilizatorów.
Tabela 1. Podstawowe informacje opisujące różnice ciągłych i impulsowych stabilizatorów napięcia
Parametr:
Stabilizatory o działaniu ciągłym (liniowe)
Stabilizatory impulsowe
Sprawność
często mała, silnie zależna od różnicy pomiędzy
energetyczna napięciem UWE a UWY (tj. nap. stabilizowanym)
zależne od budowy układu, obecności tętnień
Tętnienia
w UWE oraz kształtu prądu pobieranego ze
UWY:
stabilizatora (np. „szarpiący” przebieg prądu)
Emitowane
nie występują lub mają bardzo małą wartość
zakłócenia
Stabilność
zależna od budowy układu sprzężenia zwrotnego
statyczna3
(głównie od wzmocnienia wzmacniacza błędu)
UWY:
Stabilność
dynamiczna4
UWY:
Moce
elektryczne
PWY:
Koszt i
złożoność
układu
zwykle duża lub bardzo duża (zazwyczaj w
niewielkim stopniu zależna od UWE)
podobnie jak dla stabilizatora liniowego, jednak
dodatkowo powiększone o tętnienia wynikające
z impulsowego sposobu pracy
duże, konieczność stosowania (dla zgodności z
dyrektywą EMC1) rozbudowanych filtrów P-Z2
zależna od budowy układu sprzężenia zwrotnego – jednak stale są obecne tętnienia UWY
wynikające z impulsowego sposobu pracy
z powodu występowania elementów indukcyjdobra lub bardzo dobra (zależna od budowy
nych (gromadzących energię) gorsza niż w
układu sprzężenia zwrotnego, głównie od
układach stabilizatorów ciągłych, również zadynamiki wzmacniacza błędu)
leżna od budowy układu sprzężenia zwrotnego
małe lub średnie (przy dużych mocach, z powodu małe, średnie i duże (dla małych mocy
niskiej sprawności energetycznej, konieczne jest stosowanie stabilizatorów impulsowych jest
stosowanie dużych radiatorów lub wentylatorów) często nieopłacalne)
zwykle większy koszt i złożoność układu niż
raczej niski (przy większych mocach kosztowne stabilizatorów ciągłych – jednak przy średnich
mogą okazać się duże i ciężkie radiatory lub
i dużych mocach, układy mogą być bardziej
opłacalne (większa sprawność energetyczna to
dokuczliwie głośne i zawodne wentylatory)
mniejsze i lżejsze radiatory).
1
EMC (Electro Magnetic Compatibility) – dyrektywa europejska opisująca (m.in.) poziom dopuszczalnych
zakłóceń emitowanych przez urządzenie elektroniczne
2
P-Z (Przeciw - Zakłóceniowy) – stopień złożoności filtru zależy także od wymagań samego urządzenia
elektronicznego, w którym zastosowano dany stabilizator (często są to znacznie bardziej rygorystyczne
wymagania niż wynikające tylko z zapisów dyrektywy EMC)
3
stabilność UWY określona dla powolnych zmian prądu obciążenia (dla UWE = const)
4
stabilność UWY określona dla skokowej zmiany prądu obciążenia (dla UWE = const)
1
PODSTAWOWE PARAMETRY STABILIZATORÓW
Napięcie wyjściowe (UWY)
Wartość nominalna (UWY_NOM) stabilizowanego napięcia wyjściowego podawana jest zwykle
wraz z maksymalną procentową odchyłką, w której musi się zawierać. Odchyłka ta
uwzględnia najbardziej niekorzystne (jednak mieszczące się w dopuszczalnym zakresie)
warunki pracy stabilizatora (np.: zmianę temperatury, prądu obciążenia, napięcia
wejściowego).
Prąd obciążenia (IWY) lub maksymalny prąd obciążenia (IWY_MAX)
Dopuszczalna wartość prądu wyjściowego pobieranego ze stabilizatora, podana jako zakres
(jeśli stabilizator wymaga wstępnego obciążenia) lub tylko jako wartość maksymalna.
Niewielka część dostępnych na rynku stabilizatorów (głównie impulsowych) wymaga do
poprawnej pracy (tj. utrzymania w wąskim zakresie zmiany UWY) pewnego wstępnego
obciążenia (przykładowo.: tolerancja UWY=+/-2% podana jest dla IWY zawartego w przedziale
10%-100% IWY_MAX, natomiast tolerancja UWY=+/-5% podana będzie dla IWY zawartego w
przedziale 0%-100% IWYMAX; czyli dla IWY mniejszego lub równego IWY_MAX).
Napięcie wejściowe (UWE)
Dopuszczalny zakres zmian napięcia wejściowego, do którego podłączony jest stabilizator.
Wartość tą „od góry” (czyli UWE_MAX) ograniczają własności fizyczne półprzewodników
użytych do budowy stabilizatora (przekroczenie tej wartości zazwyczaj powoduje zniszczenie
stabilizatora). Ograniczenie „od dołu” (czyli UWE_MIN) wynika z właściwego działania
stabilizatora (np. polaryzacji elementów aktywnych). Niewielki spadek UWE poniżej UWE_MIN
nie spowoduje uszkodzenia stabilizatora, a skutkuje zazwyczaj tylko pogorszeniem jego
parametrów (np.: zmniejszy się UWY oraz IWY_MAX, zwiększą się tętnienia przenikające z UWE
do UWY, pogorszą się własności dynamiczne stabilizatora). W przypadku stabilizatorów
liniowych, ze względu na sposób ich działania, UWE_MIN zawsze będzie większe od UWY_NOM.
Minimalna wartość tej różnicy (UDROP_OUT) wynosi zwykle 2-3V (produkowane są też
stabilizatory liniowe, w których wymagana minimalna różnica UWE_MIN - UWY_NOM jest
mniejsza od 1V; jest to tzw. seria LDO5).
Współczynnik stabilizacji napięciowej (SU)
W literaturze można spotkać różne definicje tego współczynnika. Najczęściej jednak wyrażony
jest on wzorem (1):
∆UWY
(1)
SU =
∆U WE
gdzie: ∆UWE to wymuszona lub zaobserwowana zmiana wartości napięcia wejściowego,
natomiast ∆UWE, to wartość wywołana tą zmianą. Oczywiście, aby za pomocą tego
współczynnika można było porównywać własności różnego rodzaju stabilizatorów, konieczne
jest dokładne określenie warunków w jakich odbywa się taki pomiar (np.: wielkość zmian
∆UWE, wartość składowej stałej UWE oraz przy jakiej wartości IWY odbywa się pomiar).
Podobnym do współczynnika stabilizacji parametrem jest współczynnik tłumienia
tętnień WTT (lub z ang. RR - ripple rejection). Jego wartość najczęściej wyrażona jest w
decybelach i opisana wzorem (2):
WTT = 20 log
5
∆UWE
∆UWY
[db]
(2)
LDO – Low Drop Out – seria stabilizatorów liniowych poprawnie pracujących już przy UDROP_OUT <1V
2
Warto zauważyć, że współczynnik ten wyliczany jest z odwrotnej proporcji (tj. z ∆UWE/∆UWY)
niż SU (wyznaczany z ∆UWY/∆UWE). W takim przypadku, tym lepszy stabilizator, im wyższa
wartość WTT. Współczynnik tłumienia tętnień mierzony jest zwykłe dla składowej zmiennej
(na tle znacznej składowej stałej UWE) o częstotliwości 100 Hz (podwojona częstotliwość
europejskiej sieci energetycznej) lub 120 Hz (podwojona częstotliwość sieci energetycznej w
USA). Wynika to z typowych zastosowań stabilizatorów napięcia, które często włączane są za
układem pełnookresowego prostownika obciążonego tylko kondensatorem elektrolitycznym
(stąd tętnienia o podwojonej częstotliwości sieci energetycznej).
Rezystancja wyjściowa (RWY, zWY – parametr małosygnałowy)
Wartość rezystancji wyjściowej stabilizatora powinna być możliwie najmniejsza. Jej wartość
opisana jest wzorem (3):
∆UWY
(3)
RWY =
∆IWY
gdzie: ∆IWY to wymuszona lub zaobserwowana zmiana prądu wyjściowego, natomiast ∆UWY,
to zmiana wartości napięcia wyjściowego spowodowana przez ∆IWY (dla UWE=const). Dla
stabilizatorów liniowych czasami podaje się także wartość impedancji wyjściowej traktowanej
jako parametr małosygnałowy (zWY). Okazuje się, że dla niewielkich i szybkich zmian prądu
wyjściowego (iWY to niewielka składowa zmienna zawarta w składowej stałej IWY) wielkość
składowej zmiennej napięcia wyjściowego (uWY) może znacznie przekraczać oczekiwaną
wartość wyznaczoną ze wzoru (3):
uWY ≥ RWY iWY
Przyczyną tego zjawiska jest nie zawsze liniowa charakterystyka wyjściowa stabilizatora
(niewielka nieliniowość nie będzie zauważalna przy dużych zmianach IWY i wynikającej z tej
zmiany ∆UWY) oraz własności dynamicznych samego stabilizatora (np. zbyt wolno działająca
pętla sprzężenia zwrotnego nie nadąża z kompensacją skutków szybkich zmian składowej
zmiennej prądu wyjściowego). Impedancję wyjściową (zWY – traktowane jako parametr
małosygnałowy) można wyznaczyć ze wzoru (4):
zWY =
uWY
iWY
(4)
gdzie: iWY to wymuszona składowa zmienna prądu wyjściowego o ściśle określonych
parametrach (kształcie, amplitudzie, częstotliwości) natomiast uWY, to wartość składowej
zmiennej obecnej w napięciu wyjściowym wskutek pobudzenia przez składową iWY. Proporcja
uWY/iWY najczęściej liczona jest jako iloraz wartości międzyszczytowych każdego przebiegu.
W niektórych przypadkach okaże się, że zWY jest dużo większe od RWY (nawet o rząd
wielkości). Może to mieć bardzo istotne znaczenie przy zastosowaniu takiego stabilizatora do
zasilania układów o nieciągłym poborze prądu (lub prądu ze znaczną zawartością składowej
zmiennej). W prosty sposób można jednak zaradzić negatywnym skutkom takiego zjawiska,
poprzez podłączenie kondensatorów odprzęgających (lub inna nazwa: blokujących) do
wyjścia stabilizatora i wejścia zasilanych (oddzielnych) obwodów elektronicznych. Zwykle
jest to połączenie dwóch lub więcej kondensatorów, z których co najmniej jeden jest
kondensatorem nieelektrolitycznym o możliwe małej rezystancji i impedancji zastępczej
(skuteczny przy dużych częstotliwościach składowej iWY). Pozostałe to kondensatory
elektrolityczne (zwykle z gorszą impedancją szeregową) bardziej efektywne przy mniejszych
częstotliwościach składowej iWY. Schemat takiego podłączenia zamieszczono na rysunku 1.
3
Rys. 1. Przykładowy sposób rozprowadzenia zasilania w układzie elektronicznym
Prąd spoczynkowy stabilizatora (IWE_0)
Typowe wartości prądu spoczynkowego (tj.: IWE_0=IWE przy IWY=0), to kilka, kilkanaście
miliamperów. Wartość ta, pomimo że tylko nieznacznie pogarsza sprawność energetyczną
stabilizatora może mieć bardzo istotne znaczenie w sytuacji, w której układ elektroniczny
zasilany jest z baterii lub akumulatora (np. mikrokontroler w stanie uśpienia, realizujący
program tylko po wystąpieniu przerwania). W takim przypadku prąd spoczynkowy
stabilizatora może znacznie przewyższać średnią wartość prądu zasilanego przez stabilizator
układu elektronicznego (tym samym radykalnie skracając czas pracy urządzenia podczas
zasilania bateryjnego). W przedstawionym przykładzie należałoby zastosować specjalne serie
stabilizatorów oznaczone jako „low quiescent current” lub „ultra low quiescent current”, w
których wartość prądu spoczynkowego nie przekracza kilku, kilkudziesięciu mikroamperów
(np. stabilizator linowy LM2936 firmy National Semiconductor). Niestety cena takich
stabilizatorów jest też adekwatnie wyższa w stosunku do ceny serii standardowej.
Maksymalna moc strat (PMAX)
Wielkość maksymalnej mocy rozpraszanej (w określonych warunkach chłodzenia) przez
stabilizator, która nie spowoduje jego przegrzania (wzrostu temperatury powyżej wartości
dopuszczalnej).
Charakterystyka wyjściowa stabilizatora UWY=f(IWY)
Kształt, przebieg oraz położenie istotnych punktów na charakterystyce wyjściowej są zródłem
wielu cennych informacji dotyczących zarówno parametrów, jak i możliwego obszaru
zastosowań danego stabilizatora. Na rysunku 2. przedstawiono najczęściej spotykane kształty
charakterystyk wyjściowych typowych stabilizatorów napięcia.
Rys. 2. Charakterystyki wyjściowe typowych
stabilizatorów napięcia: a) charakterystyka
stabilizatora bez układu ograniczenia prądu
wyjściowego; b) charakterystyka stabilizatora z
układem ograniczającym prąd wyjściowy; c)
charakterystyka
stabilizatora
z
układem
ograniczającym prąd wyjściowy: tzw układ z
podcięciem
Charakterystykę przedstawioną na rys. 2a posiadają zwykle stabilizatory nie
wyposażone w specjalne układy ograniczające zakres prądu wyjściowego (pewna grupa
stabilizatorów liniowych). Wartość IZW_A wynika z działania innych bloków stabilizatora (np.
obwodów polaryzacji tranzystorów mocy) i jest mało powtarzalna w serii produkcyjnej
(zależy również od temperatury). Tego typu stabilizatory najczęściej posiadają tylko
zabezpieczenie termiczne. Rys. 2b przedstawia bardzo pożadaną charakterystykę typu VC-CC
(voltage constant - current constant), w której prąd zwarcia jest niewiele większy od IWY_MAX.
To rozwiązanie posiadają najczęściej modułowe stabilizatory impulsowe służące również do
ładowania niektórych typów akumulatorów (np. kwasowych) czy zasilania dużej mocy diod
4
LED. Ostatnia charakterystyka (rys. 2c), to ograniczenie z tzw. podcięciem (gdzie: IZW_C
<IWY_MAX). Tego typu charakterystykę najczęściej posiadają stabilizatory liniowe z
ograniczeniem wielkości rozpraszanej mocy (zabezpieczenie liniowego stabilizatora przed
przegrzaniem w przypadku zwarcia wyjścia układu).
TEMATY SPRAWDZAJĄCE
• Wymień istotne zalety stabilizatorów liniowych oraz określ (i uzasadnij) grupę układów
elektronicznych, w których powinny być stosowane.
• Wymień istotne zalety stabilizatorów impulsowych oraz określ (i uzasadnij) grupę układów
elektronicznych, w których nie powinny być one stosowane.
• Scharakteryzuj podstawowe parametry stabilizatora.
• Wyjaśnij przyczynę możliwej różnicy wartości liczbowej pomiędzy RWY (rezystancja
wyjściowa) a zWY (impedancja wyjściowa – parametr małosygnałowy) tego samego
stabilizatora.
• Wyjaśnij pojęcie UDROP_OUT oraz oznaczenie serii stabilizatorów jako stabilizatory LDO.
• Opisz możliwe i typowe skutki przekroczenia dopuszczalnych (katalogowych) parametrów
pracy stabilizatora (np.: UWE>UWE_MAX ; UWE<UWE_MIN ; IWY>IWY_MAX ; praca stabilizatora
poza dopuszczalnym zakresem temperatury).
• Opisz typowe charakterystyki wyjściowe stabilizatorów. Przedstaw wady i zalety (oraz
omów zakres możliwych zastosowań) stabilizatora z danego typu charakterystyką
wyjściową.
WYGLĄD STANOWISKA LABORATORYJNEGO
Na rys. 3 przedstawiono wygląd stanowiska laboratoryjnego umożliwiającego pomiar
podstawowych parametrów (SU, WTT, RWY, zWY, IWY_0) oraz wyznaczenie charakterystyk
UWY=f(UWE) i UWY=f(IWY) różnego rodzaju stabilizatorów.
Rys. 3. Stanowisko laboratoryjne do pomiaru parametrów i wyznaczania charakterystyk
stabilizatorów
5
KONFIGURACJA I OBSŁUGA STANOWISKA LABORATORYJNEGO
Do stanowiska należy podłączyć zewnętrzne mierniki (woltomierze i oscyloskop)
umożliwiające pomiar aktualnych wartości napięć i prądów (pomiary prądów odbywają się
poprzez pomiar napięcia na wzorcowym rezystorze 1Ω). W tab. 2. zamieszczono opis
podłączeń. Stanowisko wyposażone jest w siły elektro- i prądomotoryczne (opis w tab. 3.).
Funkcje potencjometrów regulacyjnych opisane są w tab. 4., natomiast funkcje przełączników
w tab. 5. UWAGA: za zgodą osoby nadzorującej przebieg ćwiczenia, do stanowiska można
także podłączyć zewnętrzne siły wymuszające (np. zasilacz z większą wydajnością prądową)
oraz inne układy obciążające (np. rezystor dekadowy). W takim przypadku należy odłączyć
wewnętrzne elementy zadające (SW-1, SW-2, SW-3 należy ustawić w położenie „0”).
Tab.2. Opis podłączania zewnętrznych mierników do stanowiska laboratoryjnego
Mierzona wielkość
Typ przyrządu
„+” i „-”
Oscyloskop
uwagi
Napięcie wejściowe UWE
woltomierz
A2 i A3
gniazdo OSC-1
Napięcie wejściowy UWY
woltomierz
B2 i B3
gniazdo OSC-3
Prąd wejściowy IWE
miliwoltomierz
A4 i A5
gniazdo OSC-2 (inv6)
pomiar U na R1=1Ω
Prąd wejściowy IWY
miliwoltomierz
B5 i B4
gniazdo OSC-4
pomiar U na R2=1Ω
Tab.3. Opis sił wymuszających (elektro- i prądomotorycznych) oraz zadawanego obciążenia
Siła wymuszająca
Zakres regulacji
Regulowana przez
rezystancja obwodu ≥1Ω7
SEM-1 (napięciowa)
1-12VDC (max 0,5A)
SEM-2 (tętnienia 100Hz)
1-2V VPP (max 0,5A)
SW-1 w położenie 1
tylko włącz/wyłącz
SPM-1 (prost. 50%, 1kHz)
fala ok. 10_30_10 mA
SW-3 w położenie 1
tylko włącz/wyłącz
10-230Ω (max 0,5A)
POT-2, SW-2 w poł. 1
8
Obciążenie stabilizatora
POT-1
uwagi
obciążenie POT2+R3
Tab.4. Opis potencjometrów regulacyjnych
Nazwa potencjometru
POT-1
POT-2 (razem z R3)
Powoduje zmianę
Zakres zmiany
uwagi
napięcia UWE
1-12V DC
rezystancji obciążenia
10-230Ω
dla IWY nie należy przekraczać
wartości 0,5A
Tab.5. Opis funkcji przełączników umieszczonych na płycie czołowej stanowiska laboratoryjnego
Nazwa przełącznika
Możliwe położenia
Realizowana funkcja
„WYBIERZ UKŁAD”
1/2/3/4/5/6
podłączenie wybranego stabilizatora do stanowiska9
SW-1
1/0/2
wybór rodzaju napięcia wejściowego lub odłączenie SEM-1i SEM-2
SW-2
1/0
przyłączenie obciążenia (POT-2 razem z R3) do wyjścia stabilizatora
SW-3
1/0
włączenie SPM-1: fala prostok. o wyp. 50%, 1kHz, ok. 10_30_10_30mA
6
obserwacja przebiegu iWE(t) powinna odbywać się na kanale oscyloskopu z włączoną inwersją (INV)
rezystancja źródła zadającego UWE jest większa niż 1Ω (rezystor pomiarowy R1) - stąd konieczność
niewielkiego „doregulowania” napięcia UWE po każdej zmianie prądu obciążenia
8
dla uzyskania IWY=0 należy odłączyć potencjometr obciążający (SW-2 w położenie 0)
9
włączenie wybranego układu stabilizatora (od 1 do 6) sygnalizowane jest kontrolką LED na danym module
7
6
UKŁAD 1: stabilizator parametryczny
UKŁAD 2: stabilizator parametryczny z polaryzacją za pomocą siły prądowej
UKŁAD 3: stabilizator parametryczny z wtórnikiem emiterowym
UKŁAD 4: stabilizator parametryczny z wtórnikiem emiterowym i polaryzacją za pomocą siły prądowej
UKŁAD 5: stabilizator kompensacyjny (układ scalony LM7805)
UKŁAD 6: tranzystorowy stabilizator kompensacyjny z charakterystyką wyjściową typu: VC-CC
7
UWAGA: w układach 2,4,6 jako prądowe źródło polaryzacyjne zastosowano układy scalone
BCR401R i BCR402R. Schemat ideowy tego układu znajduje się na rys. 4.
Rys. 4. Układ scalony BCR401(2)R
zastosowany jako siła prądomotoryczna w układach 2, 4 i 6
PRZEBIEG ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO
O ile osoba nadzorująca przebieg ćwiczenia nie zadysponuje inaczej, to należy
przeprowadzić następujące czynności i pomiary:
1. Wyznaczyć charakterystykę przejściową UWY=f(UWE) układów: 1,2,3,4,5,6 w zakresie
zmian UWE: 0-12V przy IWY=0 (przełączniki: SW1=2, SW2=0, SW3=0, regulacja napięcia
wejściowego potencjometrem POT1).
2. Dla każdego stabilizatora zmierzyć (lub odczytać z charakterystyki z pkt. 1.) wartość UWY
przy UWE=10V i IWY=0. Powtórzyć pomiary dla IWY≈30mA.
3. Na podstawie pomiarów w pkt. 2 wyznaczyć wartość UWY_NOM każdego stabilizatora.
Przyjąć, że UWY_NOM jest średnią arytmetyczną napięć: UWY (zmierzone przy UWE=10V i
IWY=0) oraz UWY (zmierzone przy UWE=10V i IWY≈30mA).
4. Dla układów: 1,2,3,4,5,6 zmierzyć minimalną wartość napięcia wejściowego (UWE_MIN),
przy którym napięcie wyjściowe zmniejszy się o ok. 5% w stosunku do wartości
nominalnej (tj. 0,95⋅UWY_NOM). Pomiary przeprowadzić dla IWY≈30mA (przełączniki:
SW1=2, SW2=1, SW3=0, regulacja prądu wyjściowego potencjometrem POT2).
5. Wyznaczyć charakterystykę wyjściową UWY=f(IWY) układów: 1,2,3,4,5,6 w zakresie
zmian IWY od 0 do maksimum 0,5A (nie należy przekraczać wartości 0,5A) przy
UWE=10V (przełączniki: SW1=2, SW2=0/1, SW3=0, regulacja prądu wyjściowego
potencjometrem POT2). Dla układów 1 i 2 wyjściowy prąd maksymalny będzie znacząco
mniejszy niż dla pozostałych układów.
6. Zmierzyć parametr WTT (współczynnik tłumienia tętnień) układów: 1,2,3,4,5,6 dla
UWE=10V oraz IWY≈30mA (przełączniki: SW1=1, SW2=1, SW3=0, obserwacja
oscyloskopowa UWE na OSC1 natomiast UWY na OSC3).
7. Powtórzyć pomiary parametru WTT (pkt. 6) dla UWE=UWE_MIN (zmierzonego w pkt. 4)
oraz IWY≈30mA dla każdego stabilizatora (przełączniki: SW1=1, SW2=1, SW3=0,
obserwacja oscyloskopowa UWE na OSC1 natomiast UWY na OSC3).
8. Zmierzyć prąd spoczynkowy (IWE_0) przy UWE=8V oraz przy UWE=12V każdego
stabilizatora (przełączniki: SW1=2, SW2=0, SW3=0, ustawienie napięcia wejściowego za
pomocą potencjometru POT1).
9. Zaobserwować składową zmienną napięcia wyjściowego układów: 1,2,3,4,5,6 dla
UWE=10V DC i obciążeniu stabilizatora prostokątnym przebiegiem siły prądomotorycznej
SPM-1: fala prostokątna o współczynniku wypełnienia 50% i częstotliwości 1kHz, skokowe
zmiany prądu: ok. 10_30_10_30 mA (przełączniki: SW1=2, SW2=0, SW3=1, obserwacja
oscyloskopowa UWY na OSC3 natomiast IWY na OSC4).
8
OPRACOWANIE WYNIKÓW (SPRAWOZDANIE)
O ile osoba nadzorująca przebieg ćwiczenia nie zadysponuje inaczej, to w sprawozdaniu
należy zamieścić:
1. Na trzech układach współrzędnych narysować charakterystyki przejściowe stabilizatorów
(w pierwszym układzie: charakterystyki stabilizatorów 1 i 2, w drugim: stabilizatorów 3
i 4, w trzecim: 4 i 5). Oznaczyć wartości liczbowe istotnych punktów charakterystyki.
2. Na trzech układach współrzędnych narysować charakterystyki wyjściowe stabilizatorów
(w pierwszym układzie: charakterystyki stabilizatorów 1 i 2, w drugim stabilizatorów: 3
i 4, w trzecim: 4 i 5). Oznaczyć wartości liczbowe istotnych punktów charakterystyki.
3. Wyznaczyć współczynnik stabilizacji (SU) każdego z badanych stabilizatorów (na
podstawie przebiegu charakterystyki przejściowej dobrać i oznaczyć prawidłowy zakres
zmian UWE).
4. Wyznaczyć rezystancję wyjściową (RWY) każdego z badanych stabilizatorów (na postawie
przebiegu charakterystyki wyjściowej – w zakresie stabilizacji napięcia – dobrać i
oznaczyć zakres zmian IWY dla każdego ze stabilizatorów).
5. Wyznaczyć wartość WTT dla UWE=10V i IWY≈30mA oraz dla UWE=UWE_MIN i IWY≈30mA
każdego z badanych stabilizatorów.
6. Wyznacz wartość napięcia UDROP_OUT każdego stabilizatora przy IWY≈30mA (przyjąć, że
napięcie UDROP_OUT=UWE_MIN -UWY_NOM; wartość napięcia UWE_MIN podstawiona z
pomiaru przy IWY≈30mA).
7. Wyznaczone współczynniki i parametry (pkt. 3,4,5,6 opracowania) zamieścić w tabeli, w
której wiersze określają rodzaj badanego stabilizatora (stabilizator z układu 1,2,3,4,5,6),
natomiast kolumny dany współczynnik lub parametr (SU, RWY, WTT dla UWE=10V, WTT
dla UWE=UWE_MIN, IWE_0 przy UWE=8V, IWE_0 przy UWE=12V, UDROP_OUT przy IWY≈30mA).
8. Naszkicować i skomentować różnice przebiegów czasowych napięcia wyjściowego (tylko
składową zmienną) poszczególnych stabilizatorów obciążonych zmienną siłą
prądomotoryczną SPM-1 (fala prostokątna o współczynniku wypełnienia 50% i częstotliwości
1kHz, skokowe zmiany prądu: ok. 10_30_10_30mA).
9. Przedstawić wnioski i spostrzeżenia dotyczące przebiegu ćwiczenia oraz uzyskanych
wyników.
LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA
[1] Malzacher S., Zioło K.: Laboratorium Elektroniki II. Skrypt Politechniki Śląskiej nr
1728.
[2] Borkowski A.: Układy scalone w stabilizatorach napięcia stałego. Warszawa, WNT 1979.
[3] Borkowski A.: Zasilanie urządzeń elektronicznych. Warszawa, WKiŁ 1990.
[4] Ferenczi O.: Zasilacze układów elektronicznych. Zasilacze impulsowe. Warszawa, WNT
1989.
9