Лабораторные работы по теории электрических цепей

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №20

Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения

Цель работы:

Изучить принципиальную схему полупроводникового стабилизатора напряжения компенсационного типа.

Снять основные характеристики.

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; Расчет трансформаторов

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 p-n-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).

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

Метод переменных состояния

Уравнения элекромагнитного состояния – это система уравнений, определяющих режим работы (состояние) электрической цепи.

Метод переменных состояния основывается на упорядоченном составлении и решении системы дифференциальных уравнений первого порядка, которые разрешены относительно производных, т.е. записаны в виде, наиболее удобном для применения численных методов интегрирования, реализуемых средствами вычислительной техники.

Количество переменных состояния, а следовательно, число уравнений состояния равно числу независимых накопителей энергии.

К уравнениям состояния выдвигаются два основных требования:

-независимость уравнений;

-возможность восстановления на основе переменных состояния (переменных, относительно которых записаны уравнения состояния) любых других переменных.

Первое требование удовлетворяется специальной методикой составления уравнений состояния, которая будет рассмотрена далее.