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.