ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU
ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTU
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 10
UKŁAD REGULACYJNY
STABILIZATORA
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
WARSZAWA 2011
ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU
ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTU
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 10
UKŁAD REGULACYJNY
STABILIZATORA
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
WARSZAWA 2011
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
2
A)
Cel ćwiczenia.
- Zrozumienie zasady działania stabilizatora napięcia z układem regulacyjnym
1
. Układ stabilizatora napięcia o podwyższonej wartości prądu wyjściowego
I
R
I
Z
I
0
R
0
I
C
I
B
U
BE
U
0
+U
CC
R
U
Z
Rys. 1. U
kład stabilizatora napięcia o podwyższonej wartości prądu wyjściowego
(U
CC
powinno być wyższe o 2 [V] od U
Z
)
J
eżeli wartość rezystancji R
O
jest mniejsza, I
Z
będzie mniejsze niż I
Zmin
,co w efekcie
spowoduje wadliwe dz
iałanie stabilizatora napięcia. Układ przedstawiony na rysunku 2
może zlikwidować tę wadę.
Ponieważ U
O
= U
Z
– U
BE
, to I
O
I
C
nie będzie dzielone na I
R
i I
O
Również,
ponieważ I
R
= I
B
+ I
Z
, to bardz
o mała wartość I
B
będzie bardzo nieznacznie wpływać na I
Z
Jeżeli wymagane byłoby uzyskanie jeszcze większej wartości prądu, to można to
uzyskać poprzez zastąpienie zwykłego tranzystora przez układ wtórnika emiterowego
(układ Darlingtona).
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
3
2
. Zasilacz o regulowanej wartości napięcia stabilizowanego
R
0
R
4
R
5
R
6
R
3
R
2
R
1
C
1
DZ
T
3
T
2
T
1
I
C3
I
E3
I
0
I
B3
I
B2
I
C1
I
U
Z
U
0
U
we
Rys. 2. Zasilacz
o regulowanej wartości napięcia stabilizowanego
Zasada dz
iałania:
Jeżeli U
we
wzrasta to U
O
, U
B1
, I
B1
, I
C1
, I
B2
(I-I
C1
), I
E2
(I
B3
), I
E3
, I
1
, U
O
-
zatem funkcja stabilizacji napięcia jest spełniona
Jeżeli R
O
maleje to U
O
, U
B1
, I
B1
, I
C1
, I
B2
, I
E2
, I
E3
, I
1
, U
O
- zatem funkcja
stabilizacji napięcia jest spełniona
Jeżeli potencjometr R
5
jest ustawiony na większą wartość rezystancji, to U
O
zmaleje. Jeżeli U
R5
jest dostosowana do większych wartości rezystancji to U
B1
,
I
B1
, I
C1
, I
B2
, I
E2
, I
B3
, I
E3
, I
1
i U
O
.
Dla odmiany, jeżeli potencjometr R
5
jest
ustawiony na mniejszą wartość rezystancji, to U
O
.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
4
3
. Uproszczony układ dla prądu stałego
I
0
R
0
U
BE
U
0
+U
CC
U
Z
R
E
I
E
U
E
R
D
Z
Rys. 3
. Uproszczony układ dla prądu stałego
BE
Z
E
U
U
U
U
BE
jest stałe (0,6 [V])
U
E
będzie stałe, zatem
E
E
E
R
U
I
bęie stałe
I
O
I
E
4
. Wymagania stawiane stabilizatorom napięcia
W tabeli A
zestawiono wymagania stawiane stabilizatorom napięcia.
Tabela A
Wymaganie
1.
Wahania napięcia zasilania (zmiana napięcia
na
obciążeniu U
O
)
odpowiadająca zmianom
napięcia na wejściu (U
we
)
U
O
= f(U
we
)
możliwe
najmniejsze
2.
Wahania obciążenia (zmiana napięcia na
obciążeniu U
O
) odpowiadająca zmianom prądu
na obciążeniu (I
O
)
U
O
= f(I
O
)
możliwe
najmniejsze
3.
Tętnienia
możliwe
najmniejsze
4.
Zabezpieczenie przed przekroczeniem wartości
prądu (I
O
)
5.
Dopuszczalny zakres napięcia wyjściowego
(U
O
)
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
5
5
. Krótkie przedstawienie typowych scalonych stabilizatorów napięcia
W tabeli B przedstawiono typowe
scalone stabilizatory napięcia.
Tabela B
78XX
1
2
3
W
E
M
A
S
A
W
Y
Typ
U
o
Typ
U
o
79XX
1
2
3
W
E
M
A
S
A
W
Y
7805
+ 5 V
7905
- 5 V
7808
+ 8 V
7908
- 8 V
7812
+ 12 V
7912
- 12 V
7815
+ 15 V
7915
- 15 V
7824
+ 24 V
7924
- 24 V
78XX
(IN)
(OUT)
WY
WE
(GND)
MASA
1
3
2
78XX
(IN)
(OUT)
WY
WE
(GND)
MASA
2
3
1
(+)
(-)
Rys.4. Typowe scalone
stabilizatory napięcia
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
6
B)
Część eksperymentalna
Przebieg ćwiczenia
Badanie układu regulacyjnego stabilizatora
1.
Zestawić układ pomiarowy na module laboratoryjnym zgodnie z rysunkiem 5a i 5a1
a)
b)
a1)
b1)
Rys. 5.
Schematy pomiarowe układu regulacyjnego stabilizatora
2.
Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U
o
= f(R) przy U
we
= const.
Wykonać pomiary według tabel 1
3.
Tabela 1
R [k
]
0,1
1
10
U
o
[V]
dla U
we
= 14 [V]
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
7
Tabela 2
R [k
]
0,1
1
10
U
o
[V]
dla U
we
= 16 [V]
Tabela 3
R [k
]
0,1
1
10
U
o
[V]
dla U
we
= 18 [V]
3. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U
0
= f(R) przy U
we
= const.
(wg tabel 1
3).
4.
Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U
o
= f(I
O
) przy R = const.
Wykonać pomiary według tabel 4
6.
Tabela 4
I
O
[mA]
20
30
40
50
60
70
80
90
U
o
[V]
dla R = 0,1 [k
]
Tabela 5
I
O
[mA]
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
U
o
[V]
dla R = 1 [k
]
Tabela 6
I
O
[mA]
0,25
0,35
0,45
0,55
0,65
0,75
0,85
0,95
U
o
[V]
dla R = 10 [k
]
5. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U
o
= f(I
O
) przy R = const.
(wg tabel 4
6).
6.
Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U
o
= f(U
we
) przy R = const.
Wykonać pomiary według tabel 7
9.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
8
Tabela 7
U
we
[V]
3
5
6
7
8
9
10
11
U
o
[V]
12
14
16
18
dla R = 0,1 [k
]
Tabela 8
U
we
[V]
3
5
6
7
8
9
10
11
U
o
[V]
12
14
16
18
dla R = 1 [k
]
Tabela 9
U
we
[V]
3
5
6
7
8
9
10
11
U
o
[V]
12
14
16
18
dla R = 10 [k
]
7. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U
o
= f(U
we
) przy R = const.
(wg tabel 7
9).
8. W spraw
ozdaniu określić minimalne wartości U
we,
przy których napięcie U
O
będzie
stabilizowane, dla różnych wartości rezystancji R.
Lp.
U
ostab
U
wemin
1
R = 0,1 [k
]
2
R = 1 [k
]
3
R = 10 [k
]
9.
Zestawić układ pomiarowy na module laboratoryjnym zgodnie z rysunkiem 5b i 5b1
10.
Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U
o
= f(R) przy U
we
= const.
Wykonać pomiary według tabel 10
12.
Tabela 10
R [k
]
0,1
1
10
U
o
[V]
dla U
we
= 14 [V]
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
9
Tabela 11
R [k
]
0,1
1
10
U
o
[V]
dla U
we
= 16 [V]
Tabela 12
R [k
]
0,1
1
10
U
o
[V]
dla U
we
= 18 [V]
11. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U
0
= f(R) przy U
we
= const.
(wg tabel 10
12).
12.
Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U
o
= f(I
O
) przy R = const.
Wykonać pomiary według tabel 13
15.
Tabela 13
I
O
[mA]
20
30
40
50
60
70
80
U
o
[V]
dla R = 0,1 [k
]
Tabela 14
I
O
[mA]
2
3
4
5
6
7
8
U
o
[V]
dla R = 1 [k
]
Tabela 15
I
O
[mA]
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,85
U
o
[V]
dla R = 10 [k
]
13. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U
o
= f(I
O
) przy R = const.
(wg tabel 13
15)
14.
Wyznaczyć rodzinę charakterystyk U
o
= f(U
we
) przy R = const.
Wykonać pomiary według tabel 16
18.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
10
Tabela 16
U
we
[V]
3
5
6
7
8
9
10
11
U
o
[V]
12
14
16
18
dla R = 0,1 [k
]
Tabela 17
U
we
[V]
3
5
6
7
8
9
10
11
U
o
[V]
12
14
16
18
dla R = 1 [k
]
Tabela 18
U
we
[V]
3
5
6
7
8
9
10
11
U
o
[V]
12
14
16
18
dla R = 10 [k
]
15. Na wspólnym wykresie narysować rodzinę charakterystyk U
o
= f(U
we
) przy R = const.
(wg tabel 16
18)
16.
W sprawozdaniu określić minimalne wartości U
we,
przy których napięcie U
O
będzie
stabilizowane, dla różnych wartości rezystancji R.
Lp.
U
o stab
U
we min
1
R = 0,1 [k
]
2
R = 1 [k
]
3
R = 10 [k
]
C) Podsumowanie i wnioski.
1. Na podstawie wykonanych pomiarów
0
)
(
R
wej
O
U
f
U
(p. 6 i 14
) wyznaczyć
współczynnik stabilizacji napięcia
0
R
wej
O
U
U
K
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
11
dla różnych wartości R.
2.
Na wspólnych wykresach narysować rodziny charakterystyk dla zależności:
U
O
= f(R) przy U
we
= const. (p. 2 i 3 oraz p. 10 i 11),
U
O
= f(I
O
) przy R = const. (p. 4 i 5 oraz p. 12 i 13),
U
O
= f(U
we
) przy R = const. (p. 6 i 7 oraz p. 14 i 15)
dla badanych układów stabilizatorów.
W sprawozda
niu należy także przedstawić obserwacje wynikające z realizacji punktów
8 i
16 oraz wnioski z wykreślonych rodzin charakterystyk (p. C 2).
D
. Wyposażenie.
Elementy układu:
Stanowisko laboratoryjne KL-21001 .................................................................... szt. 1
Moduł laboratoryjny KL-23010 ............................................................................. szt. 1
Sprzęt pomiarowy:
Cyfrowy miernik uniwersalny ................................................................................ szt. 4
E. Literatura.
1.
Basztura Czesław: ,,Elementy elektroniczne”. Stow. Inż. i Techn. Mechaników,
1985
2.
Kończak Sławomir: ,,Fizyczne podstawy elektroniki”. Wydaw. Politechn. Śląskiej,
1994
3. Kusy Andrzej: ,,Po
dstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Rzeszowskiej,
1996
4.
Marcyniuk Andrzej: ,,Podstawy miernictwa”. Wydaw. Politechn. Śląskiej, 2002
5.
Nowaczyk Emilia: ,,Podstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Wrocławskiej,
1995
6.
Tietze, Schenk: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydaw. Nauk. –Techn., 1996
7.
Wawrzyński Wojciech: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydaw.
Politechn. Warszawskiej, 2003
8.
Wieland Jerzy: ,,Diody półprzewodnikowe”. Wyższa Szkoła Morska, 1983
F. Zagadnienia do przygotowania.
1. Sc
hematy pomiarowe układu regulacyjnego stabilizatora.
2
. Parametry stabilizatorów.