2-е издание,переработанное

Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО
РЕЗИСТОРА (ВАРИСТОРА)
Цель работы: ознакомление с характеристиками и параметрами нелинейного полупроводникового
резистора (варистора).
Основные теоретические сведения
Варисторами называются полупроводниковые резисторы, обладающие нелинейной вольт-амперной
характеристикой, симметричной относительно оси координат (рис. 1а). С увеличением напряжения,
приложенного к этому прибору, сопротивление его, чисто активное в диапазоне звуковых частот, уменьшается,
а ток в цепи резко возрастает. Уменьшение сопротивления с ростом напряжения объясняется "спеканием"
частиц при увеличении температуры.
Материалом для производства варистора служит кристаллический карбид кремния, спрессованный на жидком
стекле или глине при высокой температуре. Контакт прибора с внешней цепью осуществляется
"вжиганием" серебрённой пасты или непосредственным нанесением раскалённой меди или алюминия на
рабочие поверхности варистора.
Нелинейные полупроводниковые резисторы широко используются в схемах защиты от перенапряжений, в
стабилизаторах токов и напряжений, в устройствах автоматического регулирования механических и
электрических величин и других схемах электроники автоматики.
Конструктивно варисторы типа СН1-1 изготавливаются в виде стержней, а типа СН1 - 2 в виде дисков
(рис. 16)
Основными параметрами этих приборов являются:
б) динамическое сопротивление 11д - это сопротивление варистора переменному току
а) статическое сопротивление RСТ - это значение сопротивления варистора при постоянном напряжении.
Величина сопротивления RСТ зависит от положения рабочей точки на вольт-ампернойхарактеристике
варистора и определяется по формуле:
Его значение в выбранной точке вольт-амперной характеристики можно определить по тангенсу угла
наклона касательной к этой точке; в) коэффициент нелинейности
колеблется в пределах 2-6 для разных варисторов;
д) допустимая мощность рассеивания - мощность, при которой варистор сохраняет свои параметры в
заданных техническими условиями пределах в течение срока службы.
Для снятия вольт-амперной характеристики варистора I = f (U) используется схема, показанная на рис, 2.
Питание лабораторного стенда
Рис. 2. Схема лабораторной установки
осуществляется от двухполупериодного выпрямителя, собранного по мостовой схеме. Изменение
полярности входного напряжения производится переключателем В. На приборах также стоят
переключатели полярности (на схеме не показаны). Переменный резистор R позволяет регулировать в
заданных пределах напряжение, подаваемое на варистор.
Методические указания к выполнению лабораторной работы
1. Снятие вольт-амперной характеристики варистора:
а)
переключатель В поставить в положение 1;
б)
включить источник питания ИП;
в)
изменяя входное напряжение от 0 до 220 В, записать в табл. 1 показания вольтметра и
амперметра;
д) по опытным данным построить вольт-амперную характеристику варистора. 2. Определение основных
параметров варистора:
а)
найти RСТ для трёх положений (точки А, Б, В на характеристике);
б)
динамическое сопротивление Rд определяется по тангенсу утла наклона касательной к этой
точке;
в)
по найденным в каждой точке значениям RСТ и Rд определить коэффициент
и показатель нелинейности;
г)
полученные данные свести в табл. 2.
Контрольные вопросы
Объясните устройство и принцип действия варистора.
Назовите основные области применения варисторов.
Нарисуйте вольт-амперную характеристику полупроводников нелинейного сопротивления.
Назовите основные параметры варисторов.
Лабораторная работа № 2
ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ НА
ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ДИОДЕ
Цель работы: ознакомление с краткими сведениями и вольт-амперной характеристикой
полупроводникового диода; изучение однополупериодного выпрямителя.
Основные теоретические сведения
Для изготовления современных электронных приборов широко используются элементы четвёртой
группы периодической системы Д.И. Менделеева, в частности, германий и кремний, которые являются
полупроводниками.
В выпрямительной технике наибольшее распространение получили полупроводниковые диоды.
Полупроводниковый диод состоит из двух слоев монокристаллического кремния (или германия),
разделённых электронно-дырочным переходом. Этот переход обладает вентильными свойствами, так
как проводит электрический ток в одном направлении.
Обычно для изменения управления характером электропроводимости кремния и германия к ним
добавляют примеси, либо пятивалентных элементов (сурьма, мышьяк, фосфор), либо трёхвалентных
элементов (бор, индий, галлий).
В первом случае полупроводниковый материал имеет преобладание электронной электропроводности и
называется полупроводником «-типа. Во втором случае наблюдается преобладание дырочной
электропроводимости и материал называется полупроводником /?-типа.
Р - п переход имеет одностороннюю проводимость, зависящую от полярности приложенного к
кристаллам внешнего напряжения (рис. 1а). Включение р-п- перехода в электрическую цепь, когда плюс
источника подсоединён к полупроводнику р- типа, а минус - к полупроводнику п- типа, называется прямым. При указанном прямом напряжении UПР электрическое сопротивление р-п- перехода становится
малым (единицы - десятки Ом) и через него протекает прямой ток 1Пр. Включение, при котором к
полупроводнику р- типа подсоединяется минус источника, а к области п- типа - плюс, называется
обратным, а напряжение - соответственно обратным UОБР- Пря обратном напряжении, не превышающем
определённое максимальное значение UОБР MAX , сопротивление р-п- перехода значительно возрастает
(примерно на шесть порядков) и обратный ток IОБР через него практически не проходит.
Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с одним рабочим р-п- переходом. Условное
графическое обозначение полупроводникового диода показано на рис. 16, где вершина треугольника
указывает на направление пропускания тока. Поскольку р-п- переход обладает вентильным свойством,
т.е. имеет различные сопротивления при прямом и обратном включении, то диод часто называют ещё
вентилем. Поэтому основное назначение диодов - выпрямление переменных токов и напряжений в
постоянные.
Полупроводниковым диодам присваивают обозначения, например, Д226А:
Д - диод выпрямительный;
2 - средней мощности ( со средним значением прямого тока более 0,ЗА, но не более 10А);
26 - порядковый номер разработки технологического типа (обозначается от 01 до 99);
А - деление технологического типа на параметрические группы (обозначается буквами от А до Я).
В любом выпрямительном устройстве электрическая энергия переменного тока преобразуется в энергию
постоянного тока. Поэтому полупроводниковые выпрямительные диоды включаются в электрических
схемах различными способами между источником переменного напряжения, тока (сеть, трансформатор)
и потребителями или нагрузкой, работающими от постоянного напряжения и тока;
Простейшая схема выпрямления переменного напряжения и тока содержит однофазный трансформатор
Тр, диод V и нагрузочный резистор RH (рис. 2). Для пояснения принципа выпрямления здесь же
приведены временные диаграммы напряжений. Трансформатор Тр понижает переменное напряжение сети U1 до вторичного напряжения U2 (рис. 2). Когда напряжение U2 положительно, оно является прямым
напряжением U2np для диода V. Поэтому, сопротивление диода Rv = 0, а напряжение на нагрузочном
резисторе UH = U2ПР, ток Iн=
=UH/RH.
Когда напряжение U2 отрицательно (полярность в скобках), оно является обратным и20вр для диода V,
сопротивление которого резко возрастает, UH = О и IH= 0.
Таким образом, полярность напряжения UH и направление тока IH на нагрузке постоянны, но численные
значения величины UH, IH - импульсные. Отрицательный полупериод напряжения U2 для выпрямления не
используется. Поэтому такая схема с одним диодом V называется схемой однополупериодного
выпрямления.
Методические указания к выполнению лабораторной работы
1. Схема лабораторной установки для исследования однополупериодного выпрямления переменного
тока приведена на рис. 3.
2. Снятие характеристик сопровождается наблюдением формы кривой напряжения, осциллограммы
которой необходимо зарисовать. Для этого необходимо нарисовать 4 координатных плоскости (образец
показан на рис. 4) с совмещёнными осями времени для изображения напряжений u = f(t) и токов i = f(t),
наблюдаемые при работе выпрямителя.
3.
Для подготовки лабораторной установки к выполнению работы необходимо блок-модули Ml
«Выпрямитель однополупериодный» и М2
«LC- фильтр» установить в штепсельные разъёмы.
Шнуры питания лабораторной установки и осциллографа подключить к сети питания 220 В 50 Гц.
Переключатели В4 и В6 установить в нейтральное положение, переключатель ВЗ установить в верхнее,
а переключатель В8 в крайнее правое положения.
Регулятор величины сопротивления нагрузки RH установить в крайнее левое положение.
Подключить к входной клемме осциллографа кабель.
Входной кабель осциллографа подключить к клеммам 7 и 8 лабораторной установки.
Перевести тумблеры «Сеть» стенда и осциллографа в положение «Вкл».
Зарисовать осциллограмму синусоидального напряжения на вторичной обмотке трансформатора Тр до
диода VI.
Пересоединить кабель осциллографа с клеммы 7 на клемму 10.
ОСТОРОЖНО! СТЕНД НАХОДИТСЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ.
Зарисовать осциллограмму однополупериодного выпрямленного напряжения, совмещённую с
предыдущей осциллограммой по п. 10.
Пересоединить кабель осциллографа с клемм 7 и 10 на клеммы 11 и 12.
Переключатель В4 перевести в крайне правое положение, подключив тем самым фильтр С1.
Зарисовать осциллограмму однополупериодного выпрямителя с С- фильтром при минимальном токе
нагрузки.
Перевести регулятор величины сопротивления нагрузки RH в крайне правое положение и зарисовать
осциллограмму однополупериодного выпрямителя с С-фильтром при максимальной нагрузке.
Сделать выводы по полученным осциллограммам.
Контрольные вопросы
Устройство полупроводникового диода и электрические свойства р-п- перехода.
Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов
Объясните вольт - амперную характеристику диода.
Назначение выпрямительных устройств.
Поясните создание проводимостей типа р и типй п .
Лабораторная работа № 3
ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ НА
ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ДИОДЕ
Цель работы: изучение мостовой схемы двухполупериодного выпрямителя; изучение влияния
сглаживающих фильтров на качество выпрямленного тока и напряжения.
Основные теоретические сведения
Значительная пульсация выпрямленного тока и напряжения ухудшает работу потребителей постоянного
тока. Поэтому для уменьшения пульсаций постоянного тока и напряжения применяют мостовую схему
двухполупериодного выпрямления, содержащую четыре диода VI - V4 (рис.1). Диоды VI - V4
соединены по мостовой схеме. В одну из диагоналей этого моста (точки а, Ь) подведено переменное
напряжение U2 вторичной обмотки трансформатора Тр. В другую диагональ моста c-d включён
нагрузочный резистор RH. Положительное значение переменного напряжения U2 является прямым
напряжением для диодов VI и V3, но обратным напряжением для диодов V2 и V4. Поэтому положительный полупериод переменного напряжения U2 проходит к нагрузке через открытые диоды VI и
V3, сопротивления которых равны нулю.
Отрицательное значение переменного напряжения U2 (полярность указана в скобках) является прямым
напряжением для диодов V2 и V4, но обратным напряжением для диодов VI и V3. Поэтому,
отрицательный полупериод переменного напряжения U2 проходит к нагрузке через диоды V2 и V4.
Такая схема выпрямления называется двухполупериодной, так как оба полупериода переменного
напряжения U2 доходят до нагрузочного резистора RH, на котором наблюдаются напряжение UH и 1н
постоянного направления
Как было показано выше, выпрямленные токи и напряжения являются пульсирующими, т.е. содержат
кроме постоянной ещё и переменные составляющие. Поэтому для снижения пульсаций применяют
сглаживающие фильтры, которые включают между выпрямителем и нагрузкой и уменьшают переменные составляющие выпрямленного тока и напряжения.
Наиболее простым является ёмкостной фильтр, который состоит из конденсатора СФ, включённого
параллельно с нагрузкой RH (рис. 2). Работа этого фильтра основана на способности конденсатора
быстро запасать электрическую энергию (заряжаться), а затем относительно медленно отдавать её
(разряжаться) в нагрузку RH- Ёмкостное сопротивление фильтра ХСФ = 1/2πfCФ.
В выпрямителях с большими токами применяют индуктивные фильтры LФ, которые представляют собой
катушки (дроссели) с большим индуктивным сопротивлением (XL = ωL). LФ включается в схему
последовательно с нагрузкой (рис. 3) и создаёт тем большее сопротивление XL переменным
составляющим выпрямленного тока, чем выше их частота f изменения (для постоянной составляющей f=
0 сопротивление дросселя практически равно нулю).
Индуктивные фильтры работают достаточно эффективно в двухполупериодных выпрямителях, так как
за счёт явления самоиндукции в дросселе наводится ЭДС eL и ток в нагрузке iH не падает до нуля при
нулевом значении UH.
ин.
Активное сопротивление индуктивной катушки выбирают существенно меньше сопротивления RH
нагрузочного резистора, так что постоянная составляющая тока от включения индуктивной катушки
почти не уменьшается. Индуктивность катушки выбирают таким образом, чтобы индуктивное сопротивление для основной гармоники ХLФ > RH.
На практике наиболее часто применяют комбинированные фильтры: Г-образные и П-образные (рис.4),
которые сочетают в себе свойства ёмкостного и индуктивного фильтров.
Методические указания к выполнению лабораторной работы
Схема лабораторной установки для исследования двухполупериодного выпрямления переменного тока с
LC- фильтрами приведена на рис. 5.
Нарисовать 8 координатных плоскостей с совмещёнными осями для изображения напряжений u = f(t) и
токов i = f(t), наблюдаемые при работе выпрямителя и LC- фильтров.
Для подготовки лабораторной установки к выполнению работы необходимо блок - модули МЗ
«Выпрямитель мостовой» и М2 «LC- фильтр» установить в штепсельные разъёмы.
Шнуры питания лабораторной установки и осциллографа подключить к сети питания 220 В 50 Гц.
Переключатели В4 и В6 установить в нейтральное положение, переключатель В 8 - в крайнее правое
положение.
Подключить к входной клемме осциллографа кабель.
Ручку регулирования величины сопротивления нагрузки RH установить в крайнее левое положение.
Входной кабель осциллографа подключить к клеммам 7 и 9 лабораторной установки.
Перевести тумблеры «Сеть» установки и осциллографа в положение «Вкл».
Зарисовать осциллограмму синусоидального напряжения на вторичной об
мотке трансформатора Тр до выпрямительного моста.
Пересоединить кабель осциллографа с клемм 7 и 9 на клеммы 10 и 12.
ОСТОРОЖНО! СТЕНД НАХОДИТСЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ.
Зарисовать осциллограмму двухполупериодного выпрямленного напряжения.
Переключатель В4 перевести в крайнее левое положение, подключив тем самым С-фильтр, зарисовать
осциллограмму напряжения при минимальном значении Iн. (регулятор сопротивления нагрузки RH в крайнем левом положении.)
Регулятор сопротивления нагрузки RH перевести в крайнее правое положение, введя тем самым полностью
нагрузку (IH.= max). Зарисовать осциллограмму выпрямленного напряжения с С- фильтром при
максимальной нагрузке.
Переключатель В4 установить в нейтральное положение.
Пересоединить кабель осциллографа с клеммы 10 на клемму 11.
Переключатель В8 перевести в нижнее положение, а переключатель В5 в верхнее положение, подключив
тем самым L-фильтр к выпрямителю.
Ручку регулятора сопротивления нагрузки RH перевести в крайне левое положение (IH= min).
Зарисовать осциллограмму выпрямленного напряжения с L-фильтром при минимальной нагрузке.
Ручку регулятора RH перевести в крайнее правое положение (IH= max ) и зарисовать осциллограмму
выпрямленного с L-фильтром при максимальной нагрузке.
Переключатель В4 установить в крайнее левое положение (подключается С-фильтр и образуется Г- образный
LC- фильтр).
Ручку регулятора перевести в крайнее правое положение (IH= min) и зарисовать осциллограммы выпрямленного
напряжения с LC- фильтром при минимальной нагрузке.
Аналогичное проделать при максимальной нагрузке.
Сделать выводы по полученным осциллограммам и характере изменения выпрямленного напряжения с различными
фильтрами при изменении величины нагрузки.
Контрольные вопросы
Поясните принцип действия схемы двухполупериодного выпрямителя.
Принцип действия С- фильтра.
Принцип действия L- фильтра.
Принцип действия Г- и П- образных LC- фильтров.
Лабораторная работа №4
ВЫПРЯМИТЕЛЬ С УДВОЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
Цель работы: ознакомление со схемами и принципом работы выпрямителей с удвоением напряжения,
исследование параметров и характеристик удвоителя напряжения.
Основные теоретические сведения
Схемы выпрямителей с умножением напряжения позволяют получить на выходе схемы умноженное в несколько
раз входное напряжение без использования повышающего трансформатора.
На рис. 1а показана схема удвоителя напряжения, в которой использованы два диода VI, V2 и два
конденсатора CI, С2, подключенные по мостовой схеме ко вторичной обмотке трансформатора Тр на напряжение
U2. К другой диагонали моста подключено сопротивление нагрузки RH , по отношению к которому конденсаторы
С1 и С2 оказываются включенными последовательно .
Схема работает следующим образом. В начале положительного полупериода напряжения и2 диод VI открыт,
а диод V2 закрыт (рис. 16). Конденсатор С1 быстро заряжается через открытый диод VI практически до
амплитудного значения U2m. В момент времени t1 когда входное напряжение схемы становится меньше
напряжения на конденсаторе С1, т.е. u2-uC1<0, диод VI закрывается и конденсатор С1 стремится разрядиться
через
нагрузку
RH.
В
начале
отрицательного полупериода входного напряжения u2 открывается диод V2, а диод VI остается
закрытым. Конденсатор С2 быстро заряжается через открытый диод V2 также до значения U2m. В момент
времени t2 диод V2 закрывается и конденсатор С2 начинает разряжаться через нагрузку RH. Поскольку
конденсаторы С1 и С2 выбирают одинаковыми и они, как правило, имеют большое значение постоянной
времени разряда, то напряжения на конденсаторах uc1 и uc2 во время разряда их изменяются
незначительно, т.е. uc1≈U2m , uc2≈U2m. Так как конденсаторы С1 и С2 включены последовательно, а
параллельно им в схеме включена нагрузка RH, ТО напряжение на нагрузке uH удваивается и равняется
сумме напряжений на конденсаторах
Несимметричная схема выпрямителя с удвоением напряжения представлена на рис. 2 . Она состоит из
двух однополупериодных выпрямителей, питаемых от одной и той же вторичной обмотки
трансформатора. Один из выпрямителей образован диодом VI и конденсатором С1, второй - диодом V2
и конденсатором С2. Нагрузка RH включена параллельно конденсатору С2 .
В течение полупериода, когда нижний конец вторичной обмотки трансформатора является
положительным, ток проходит через открытый диод VI и заряжает конденсатор С1 до амплитудного
значения напряжения вторичной обмотки U2m. В следующий полупериод напряжение вторичной обмотки
трансформатора суммируется с напряжением на конденсаторе С1, разряжающемся очень медленно на
нагрузку RH. Эта сумма напряжений заряжает быстро в свою очередь конденсатор С2 через открытый
диод V2 . В результате напряжение на конденсаторе С2 и нагрузке RH будет приблизительно равным
двойному амплитудному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора. При запирании
диода V2 в следующий полупериод конденсатор С2 медленно разряжается через нагрузку RH, а
конденсатор С1 быстро вновь подзаряжается до амплитудного значения U2m.
Схемы выпрямителей с умножения напряжения имеют, как правило, все недостатки, присущие
однополупериодным схемам выпрямления, а также низкий КПД и зависимость выходного напряжения
от величины сопротивления нагрузки. Такие схемы применяются в маломощных выпрямителях, например, для питания анодов электронно-лучевых трубок, в электронных микроскопах и т.д.
Методические указания к выполнению лабораторной работы
1. Подготовить стенд маломощного блока питания типа ЭС1А/1 для выполнения лабораторной работы,
вставив в него сменные блок-модули "Выпрямитель с удвоением" и "LС - фильтр" (рис. 3).
Подключить стенд и осциллограф к сети переменного тока напряжением 220 В, 50 Гц.
Включить стенд с установленными блок-модулями в работу и с помощью осциллографа просмотреть
осциллограмм напряжений в характерных
точках исследуемой схемы (выключатель В 8 - в положении 1) :
7 - 9 - напряжение u2 вторичной обмотки трансформатора Тр, являющееся входным напряжением
выпрямителя с удвоением;
4 - 9 -напряжение uC1 на конденсаторе С1 ;
11-9 -напряжение uC2 на конденсаторе С2 ;
11-12 - напряжение uH на нагрузке RH (без фильтра - В 8 в положении 1 и с LC-фильтром - В 8 в
положении 2 и включен выключатель В6) .
Зарисовать осциллограммы напряжений, наблюдаемых по п.З (см. рис.1).
С помощью вольтметра измерить значения напряжений в характерных точках схемы (см. п. 3) и
полученные значения записать в таблицу.
6. Определить соотношение С между амплитудными значениями напряжения на входе схемы
выпрямителя U2m и напряжения на выходе схемы или на нагрузке UHm( при включенном LC-фильтре)
7.
(при расчете значения С необходимо учитывать, что стрелочные приборы, измеряющие значение
переменного напряжения на входе схемы, показывают, как правило, его действующее
значение
8. Сделать выводы по полученным результатам работы .
Контрольные вопросы
Поясните, при каких условиях и в течение какого времени происходит заряд конденсатора С1?
Поясните, при каких условиях и в течение какого времени происходит заряд конденсатора С2?
Поясните, почему напряжение на нагрузке оказывается примерно равным двойному амплитудному
напряжению на входе схемы?
Объясните процессы на конденсаторе С1 во время работы схемы.
Что Вы можете сказать о требованиях к постоянным времени заряда и разряда конденсаторов С1 и С2?
Лабораторная работа № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА
НАПРЯЖЕНИЯ НА СТАБИЛИТРОНЕ
Цель работы : ознакомление со схемой и принципом работы параметрического стабилизатора
напряжения на стабилитроне, исследование характеристик и параметров работы стабилизатора
напряжения.
Основные теоретические сведения
Современные электронные устройства постоянного тока предъявляют жесткие требования к
подаваемому на них постоянному напряжению. Обычно подаваемое постоянное напряжение должно
быть неизменным по величине. Однако в ряде существующих источников постоянного напряжения
выходное напряжение может колебаться в зависимости от изменения величины входного напряжения.
Стабилизатором постоянного напряжения называется устройство, поддерживающее с требуемой
точностью величину постоянного напряжения на нагрузке при изменении в определенных пределах
напряжения источника питания.
Параметрическим стабилизатором напряжения называется устройство с нелинейным элементом
(кремниевый стабилитрон), параметры которого с изменением постоянного напряжения изменяются
таким образом, что напряжение на параллельно включенной нагрузке остается почти неизменным по величине.
Стабилитронами называются кремниевые диоды, у которых в обратной ветви их вольт-амперной
характеристики (рис. 1) имеется участок с большой крутизной. В пределах этого участка, называемого
рабочим, напряжение незначительно изменяет свою величину при изменении протекающего тока. Основными параметрами стабилитрона являются напряжение стабилизации UCT и номинальный ток
стабилизации ICT HOM (точка А на рис.1).
Простейшая схема стабилизации постоянного напряжения с помощью параметрического стабилизатора
напряжения представлена на рис. 2 .
Нагрузка (потребитель) с сопротивлением RH включена параллельно стабилитрону VD. Поэтому, в
режиме стабилизации, когда значение напряжения на стабилитроне остается практически постоянным,
такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменения входного напряжения
питания UBX при его нестабильности полностью поглощаются гасящим резистором Rr .Для установления
и поддержания нормального режима стабилизации величина сопротивления Rr должна быть вполне
определенной, и значение этого сопротивления обычно рассчитывают для средней точки А рабочей
области характеристики стабилитрона (рис. 1)
Работа схемы стабилизации напряжения (рис. 2) объясняется следующим образом. По II закону
Кирхгофа справедливо следующее равенство
где Iо - ток на входе стабилизатора;
UCT , UH - падение напряжения на стабилитроне и параллельно включенной нагрузке. Из
вышеприведенного уравнения следует
Поскольку при увеличении или уменьшении величины входного напряжения UBX будет увеличиваться
или уменьшаться входной ток Iо , то рассмотрим происходящие процессы в схеме , например, при
увеличений входного напряжения на величину +∆UBX • Тогда значение входного тока тоже увеличится и
составит Io+∆1о > а следовательно, увеличится падение напряжения на гасящем сопротивлении (I0 + ∆Io
) Rr • Уравнение (2) преобразуется и будет выглядеть так:
Увеличение значения входного тока повлечет за собой увеличение тока стабилитрона Iст- Однако это
увеличение тока стабилитрона не выходит за его допустимые границы в режиме стабилизации
[ IСT
MIN ; Iст MAX] при которой напряжение на стабилитроне UCT остается неизменным по величине (рис. 1 ).
Поэтому увеличение входного напряжения на величину ∆UBX И увеличение напряжения на гасящем
резисторе ∆I0Rr происходит на одно и то же значение, т.е. ∆UBX - ∆Io Rr , благодаря специально
выбранному значению сопротивления Rr . Значения же напряжений на нагрузке UH и на стабилитроне
UCT остаются неизменными, т.е. стабильными.
Аналогично происходит работа схемы и при уменьшении входного напряжения UBX - ∆UBX, а,
следовательно, при уменьшении входного тока I0 - ∆I0 и уменьшении падения напряжения на гасящем
резисторе (I0 - ∆I0)Rr.
Преимущества параметрических стабилизаторов напряжения - простота схемы; недостатки - низкий
КПД, невозможность регулирования выходного напряжения.
Более высокими техническими показателями обладают стабилизаторы компенсационного типа.
Методические указания к выполнению лабораторной работы
1. Изучить устройство и принцип действия полупроводникового стабилитрона и параметрического
стабилизатора постоянного напряжения.
2. Подготовить стенд полупроводниковых стабилизаторов напряжения типа ЭС 1А / 2 для выполнения
лабораторной работы, вставив в него блок-модуль "Стабилизатор параметрический" (рис. 3).
3. Установить ручки регулирования величины гасящего сопротивления Rr и сопротивления нагрузки RH в средние
положения .
4. Подключить стенд к сети переменного напряжения 220 В.
5. Включить стенд в работу выключателем "Сеть", после чего переключатель рода тока В2 установить в
положение " = ".
6. Регулятором напряжения установить начальное значение входного напряжения стабилизатора Uo = О.
7. Подключить выключателем ВЗ к схеме сопротивление нагрузки RH .
8. Изменяя входное напряжение стабилизатора U0 от 0 до 20 В с шагом 2-4В, контролировать по приборам
значения входного тока схемы I0, тока стабилитрона Iст, тока нагрузки Iн, напряжения на стабилитроне или
нагрузки UH.
Наблюдаемые значения величин записать в таблицу.
по занесенным в таблицу результатам измерений построить вольт-амперную характеристики
стабилитрона Iст =f(UCT) и определить по ней диапазон изменения тока стабилитрона [ IСT MIN ; Iст MAX], А
так же напряжения стабилизации в наблюдаемом режиме
10. Построить зависимость напряжения нагрузки от напряжения на входе схемы UH = f (U0) и определить по ней
рабочий диапазон изменения напряжения U0 в режиме стабилизации, когда UH = const.
11. Сделать выводы по результатам проведенной лабораторной работы.
Контрольные вопросы
1. Расскажите об устройстве и принципе работы стабилитрона.
2. Объясните вольт-амперную характеристику стабилитрона.
3. Каково назначение гасящего резистора Rr в схеме стабилизации напряжения?
4. Как изменяются токи I0 и ICT в схеме до режима стабилизации и в режиме стабилизации?
5. Запишите уравнение по 1-му закону Кирхгофа для токов схемы стабилизации I0, ICT, IH . Как меняются
эти токи в режиме стабилизации?
6. Как и почему включаются в схему стабилизации стабилитрон и нагрузка?