Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №20
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СТАБИЛИЗАТОРА
НАПРЯЖЕНИЯ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1. Изучить принципиальную схему полупроводникового стабилизатора
напряжения компенсационного типа.
2. Снять основные характеристики.
3. Определить коэффициент стабилизации и внутреннее сопротивление
стабилизатора.
1. Описание лабораторной установки
Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой систему
автоматического регулирования, в которой производится сравнение
фактической величины выходного напряжения с его заданным значением и в
зависимости от величины и знака рассогласования автоматически
осуществляется корректирующее воздействие.
На схеме стабилизатора рис. 1 приняты следующие обозначения:
Т - транзистор. Выполняет роль сравнивающего и регулирующего
элемента;
Д - стабилитрон. Опорный элемент, создает опорное ( эталонное )
напряжение Uст;
Rб - балластный резистор опорного стабилитрона;
R1 - переменный резистор. Изменяет величину входного напряжения;
Rн - нагрузочный резистор. Служит эквивалентом нагрузки стабилизатора;
V1 - вольтметр. Измеряет входное напряжение Uвх;
V2 - вольтметр. Измеряет выходное напряжение Uвых;
A - амперметр. Измеряет ток нагрузки I.
Выходное напряжение стабилизатора Uвых равно разности между входным
напряжением Uвх и падением напряжения  U на регулирующем транзисторе T.
Обычно Uвых=(0,6 - 0,7) Uвх. Транзистор p-n-p типа включен по схеме
эмиттерного повторителя. Режим транзистора выбран так, чтобы он был
частично открыт напряжением эмиттер-база Uэб. Выходное напряжение при
этом практически равно эталонному напряжению стабилитрона, поскольку
напряжение на участке эмиттер-база Uэб=0,1 - 0,3 В. Потенциал базы
транзистора фиксирован опорным напряжением стабилитрона Uст.
Допустим, что при постоянном сопротивлении нагрузки Rн входное
напряжение Uвх по каким-либо причинам возрастает. Напряжение на выходе
Uвых в первый момент времени тоже возрастает. Следовательно, потенциал
эмиттера транзистора Т понизится. Потенциал базы, фиксированный опорным
стабилитроном Д, останется прежним. Так как снижение потенциала эмиттера
равносильно повышению потенциала базы, коллекторный ток транзистора с pn-p структурой уменьшится. Падение напряжения на транзисторе возрастет и
выходное напряжение стабилизатора возвратится почти к прежнему значению.
Аналогично протекает процесс стабилизации выходного напряжения при
изменении сопротивления нагрузки.
Зависимость выходного напряжения стабилизатора от входного
Uвых=f(Uвх) при постоянном сопротивлении нагрузки Rн имеет следующий вид
(рис. 2).
2. Рабочее задание
1. Ознакомьтесь с лабораторным стендом и принципом работы
стабилизатора. Запишите технические характеристики электроизмерительных
приборов, используемых в работе в таблицу 1.
Таблица 1.
Наименован
ие
прибора
Тип
(марка)
Систем Диапазон
Класс
а
измерени точности
прибор
я
а
Заводской
номер
прибора
2. Снимите и постройте зависимость выходного напряжения от входного
Uвых=f(Uвх) при Rн=const (значение Rн указывается преподавателем), для этого
изменяйте величину входного напряжения резистором R1 и следите за
изменениями выходного напряжения. Запишите 10-12 показаний приборов в
таблицу 2.
Таблица 2.
Uвх
Uвых
В
В
3. Снимите и постройте внешнюю характеристику стабилизатора Uвых=f(I)
(значение Uвх задается преподавателем), для этого изменяйте ток нагрузочным
резистором Rн и запишите показания в таблицу 3.
Таблица 3.
I
Uвых
А
В
4. По данным пунктов 2 и 3 вычислите коэффициент стабилизации К ст и
внутреннее динамическое сопротивление стабилизатора Rст:
К ст 
U вх / U вх .с р.
(обычно > 20)
U вых / U вых .с р.
Rст 
U вых
I
(обычно < 1 Ом)
3. Содержание отчета.
1. Наименование и цель работы.
2. Технические данные электроизмерительных приборов.
3. Схема стабилизатора напряжения.
4. Таблицы экспериментальных данных.
5. Графики зависимостей Uвых=f(Uвх) и Uвых=f(I).
6. Расчет Кст и Rст.
7. Выводы о рабочих свойствах стабилизатора.
4. Контрольные вопросы
1. Как работает схема стабилизатора?
2. Какие функции выполняет транзистор в схеме стабилизатора?
3. Каково назначение стабилитрона?
4. Какие требования предъявляются к транзистору в схеме стабилизатора?
5. Как изменится напряжение эмиттер-база транзистора при увеличении
входного напряжения?
6. Как изменится напряжение эмиттер-база при увеличении сопротивления
Rн?
7. Какой вид имеет зависимость Uвых=f(Uвх)?
8. Какой вид имеет внешняя характеристика Uвых=f(I)?
9. Как определяется коэффициент стабилизации?
10. Где применяются стабилизаторы напряжения?
Литература.
1. Основы промышленной электроники. Под ред. В.Г. Герасимова. - М.:
Высшая школа, 1978, с. 190-193.
2. Ушаков В.Н. Основы радиоэлектроники. - М.: Высшая школа, 1979, с.
110-119.
3. Справочник по полупроводниковым приборам, диодам, транзисторам и
интегральным схемам. Под ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергия, изд. 4-ое,
1977, с. 139; 329-331.