Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина
Кафедра РТУ
Лабораторная работа №2
«ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИЗАТОРА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ»
Выполнил: ст. гр. 119
Павкин А.О.
Проверил:
к.т.н, доц. каф. РТУ
Крюков А. Н.
Рязань 2024
Цели:
- реализовать программу экспериментальных исследований;
- экспериментально исследовать зависимости выходного напряжения от
входного, выходного напряжения от выходного тока;
- оценить качество стабилизатора напряжения.
Исходные данные :
Nгр = 9
Nжур = 8
R4 = (1 + Nгр) * 100 = (1 + 9) * 100 = 1000 Ом
Uвых = VOUT = 5 В + (0,5 * Nжур) = 5 + (0,5 * 8) = 9 В
Рисунок 1 Схема лабораторной установки
Выбор технических средств
Вызовем на экран SW2
Подключим SW2 ко входу стабилизатора и «землю» к выводам SW2
Установим напряжение питания V1 = 25 В
Установим номинал резистора R4 согласно исходным данным
Изменим момент подключения и отключения нагрузки переключателем S1
Изменим моменты подключения и отключения напряжения на вход
стабилизатора
Сверим номиналы элементов модели со схемой в методических
указаниях (рис. 12 методических указаний) с учетом исходных данных.
Изменим номинал конденсатора С1 (как на рис. 12 )
Рисунок 2 Схема готовой модели стабилизатора постоянного напряжения
3. Программа экспериментальных исследований
Установим параметры анализа
Рисунок 3 Временные диаграммы
Напряжение на входе стабилизатора Uвх = 25 В (красный график)
Напряжение на выходе стабилизатора Uвых = 7.7 В (зеленый график)
Ток нагрузки Iн = 258 мА (синий график)
Установим напряжение на выходе стабилизатора согласно исходным данным
изменением сопротивления резистора R5 как на рис. 9 в методических
указаниях
Рисунок 4 Изменение выходных параметров стабилизатора
Исследование зависимости напряжения на выходе стабилизатора Uвых =
VOUT от напряжения на входе Uвх= VIN
Уменьшим напряжение Uвх= VIN = 24 В
По графикам определим значение напряжений и токов и занесем в таблицу 1
Таблица 1. Зависимость напряжения на выходе стабилизатора от напряжения
на входе
Uвх, В 24
22
20
18
16
14
12
10
Uвых, 9
В
9
9
9
9
9
9
8,3
Iн, мА 301,95 301,89 301,82 301,74 301,68 301,6
301,52 277
Рисунок 5 Выходные параметры стабилизатора при Uвх = 24В
Продолжаем уменьшать сопротивление Uвх= VIN и заполнять Таблицу 1 до
тех пор, пока Uвх= VIN ≥ Uвых= VOUT.
Рисунок 6 Выходные параметры стабилизатора при Uвх= VIN ≥ Uвых= VOUT
Вернем V1 = 25В
Исследование зависимости напряжения на выходе стабилизатора Uвых =
VOUT от выходного тока Iвых
Установим значение сопротивления нагрузки R7 = 100 Ом
По графикам определим значения напряжения и токов и занесем в таблицу 2
Таблица 2. Зависимость напряжения от тока стабилизатора нагрузки
Rн, Ом 100
90
80
70
60
50
40
30
20
Uвых, 9,061
В
9,061
9,061
9,061
9,061
9,06
9,06
9,06
9,059
Iн, мА 90
100
113
129
151
181
226
301
452
Рисунок 7 Выходные параметры стабилизатора при R7 = 100 Ом
Продолжаем уменьшать сопротивление Rн и заполняем таблицу 2 до тех пор,
пока напряжение под нагрузкой не начнет сильно «проваливаться»
Рисунок 8 При подключении нагрузки Rн = 10 Ом напряжение на выходе стабилизатора
"провалилось" до Uвых = 6,408В
Исследование влияния емкостей на переходные процессы
Увеличим С4 до 1 мкФ (1u)
Рисунок 9 Увеличение длительности переходных процессов с ростом ёмкости С4 = 1 мкФ
Рисунок 10 Изменение переходных процессов при С4 = 0,2 мкФ
Рисунок 11 Изменение переходных процессов при С4 = 0,5 мкФ
Рисунок 12 Изменение переходных процессов при увеличении тока нагрузки (С4 =0,1 мкФ
Rн=20 Ом)
Рисунок 13 Изменение переходных процессов при увеличенииC_COMP = 0,1 мкФ
Рисунок 14 Изменение переходных процессов при увеличенииC_COMP = 1 мкФ
Обработка результатов исследования
Построим графики зависимостей
Рассчитаем коэффициент нестабильности напряжения на выходе Uвых в
зависимости от напряжения Uвх.
KнU=( ΔUвых/Uвых)/ ΔUвх
KнU={(9-8,3):9}:(24-10)=0,55%/В
Выводы
1. При увеличении входного напряжения выходное напряжение меняется
мало потому, что источник питания имеет стабилизатор напряжения,
который поддерживает постоянное напряжение на выходе, даже при
изменении входного напряжения.
2. При увеличении тока нагрузки выходное напряжение меняется мало
потому, что используется обратная связь, которая регулирует выходное
напряжение в зависимости от изменений тока нагрузки. Все это
позволяет поддерживать стабильность работы.
3. При уменьшении сопротивления нагрузки ток на выходе стабилизатора
растёт экспоненциально потому, что при уменьшении сопротивления
нагрузки увеличивается потребляемая ею мощность. Стабилизатор
напряжения должен поддерживать постоянное выходное напряжение,
что достигается за счет увеличения тока на выходе.
4. При увеличении ёмкости конденсатора С4 переходный процесс
увеличивается. Это происходит потому, что при увеличении емкости
конденсатора увеличивается время зарядки и разрядки. Это приводит к
более медленному изменению напряжения на конденсаторе и к более
длительному переходному процессу.
5. При увеличении ёмкости C_COMP переходный процесс замедляется.
Это происходит потому, что большая емкость конденсатора приводит к
более медленному изменению напряжения на нем во время зарядки и
разрядки
