Методические указания Томск 2007 удк 621. 38 (стр. 2 из 9)
6. Измените схему (рисунок 7): выключите осциллограф, включите на входе вольтметр переменного тока В3-38 (гнезда 59,35), а на выходе (64, 34) мультиметр М-832 на пределах ДСV. При установке предела измерения на В3-38 учтите, что напряжение с генератора будет изменяться от 1 В до 5 В. Определите и установите предел ДСV мультиметра так, чтобы при максимальном входном напряжении среднее за период выпрямленное напряжение не приводило к перегрузке М-832.
Рисунок 7
7. Установите f = 1 кГц и снимите зависимость Uвых= = f(Uвх~), Данные занесите в таблицу 2.
Таблица 2
| f = 1 кГц | |||||||||
| Uвх~, В | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 |
| Uвых=, В |
8. Установите f = 200 кГц, повторите исследования. Данные занесите в таблицу 3.
Таблица 3
| f = 200 кГц | |||||||||
| Uвх~, В | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 |
| Uвых=, В |
9. Восстановите схему (рисунок 7), подключите параллельно RH=R14 конденсатор фильтра С5 (62, 34), получив при этом однополупериодный выпрямитель, работающий на активно-емкостную нагрузку. Просмотрите на осциллографе и зарисуйте форму выходного напряжения, если Uвх~ = 4 В, а частота изменяется в пределах, когда амплитуда пульсаций существенно изменяется относительно выходной постоянной составляющей.
10[2]. Исследуйте работу схемы последовательного ограничителя (рисунок 8), построив и изучив временные диаграммы сигналов на входе (4) и выходе (65) при различных значениях подпирающего напряжения Е2. Значение Е~ установить равным 5 В по шкале встроенного в генератор Г3-36 вольтметра.
Рисунок 8
112. Исследуйте схему параллельного ограничителя напряжения (рисунок 9), построив и изучив временные диаграммы сигналов на входе (6) и выходе (65) при различных значениях и полярности источника Е2. Значение Е~ установить равным 5 В по шкале встроенного в генератор Г3-36 вольтметра.
12[3]. Исследуйте работу выпрямительного диода в режиме малого и большого сигналов по схеме на рисунке 10.
12.1. Режим малого сигнала.
Выведите регулировку выхода генератора в крайнее левое положение и, изменяя значений Е1, установите рабочую точку (I=7 мА). Установите на генераторе f = 1 кГц, Е~ = 4 В (по вольтметру генератора). Убедитесь, что форма входного (57) и выходного (65) сигналов гармоническая. С помощью Е1 изменяйте координату рабочей точки. Зафиксируйте временные диаграммы выходного сигнала при закрытом входе осциллографа. Почему с изменением координаты рабочей точки меняется его амплитуда, а затем и форма? Увеличьте частоту f до 200 кГц. Убедитесь в малой инерционности диода, когда форма выходного напряжения гармоническая.
Рисунок 9
Рисунок 10
12.2. Режим большого сигнала.
Установите минимальное значение Е1. Установите f = 1 кГц, Е~ = 4 В. Пронаблюдайте с помощью осциллографа входной сигнал (57), а затем и выходной (65). Зарисуйте сигналы и сделайте выводы. Почему при изменении Е~ изменяется координата рабочей точки ВАХ диода?
4. Контрольные вопросы
1. Как по ВАХ диода определить значения Е0 и Rд схемы замещения диода при кусочно-линейной аппроксимации (рисунок 3)?
2. Определите Rст и Rд в выбранной Вами рабочей точке по ВАХ диода.
3. Изобразите ожидаемую зависимость Rст = f(I).
4. Изобразите ожидаемую зависимость Rд = F(I).
5. Что такое режим малого сигнала?
6. Почему в режиме малого сигнала формы входного и выходного сигналов практически совпадают?
7. Приведите алгоритм аппроксимации ВАХ диода, представленной данными эксперимента.
5. Требования к отчету
Отчет должен содержать схемы и результаты эксперимента, обработанные в соответствии с целями работы.
Лабораторная работа 1.2.2
Стабилитрон. Исследование параметрического стабилизатора
напряжения постоянного тока
1. Цель работы:
- овладеть методикой снятия вольт-амперных характеристик (ВАХ) стабилитрона;
- определить его основные параметры;
- получить практические навыки исследования параметров схем параметрических стабилизаторов напряжения.
2. Краткие сведения для подготовки к лабораторной работе
Стабилитрон – широко используемый элемент, разработанный для стабилизации напряжения постоянного тока. Чтобы осуществить такую стабилизацию, на ВАХ элемента должен находиться участок, на котором при значительных изменениях тока изменения напряжения были бы незначительными. Такими свойствами (малого дифференциального сопротивления) обладают участки ВАХ кремниевых диодов, где при обратном включении развивается тот или иной вид пробоя p-n-перехода с током, ограниченным внешним резистором.
Простейший аналоговый стабилизатор напряжения постоянного тока – параметрический стабилизатор (рисунок 1).
 |
Суть процесса стабилизации заключается в том, что любое изменение входного напряжения Е1 и/или сопротивления нагрузки RН приводят к изменениям общего тока и перераспределению токов между диодом и нагрузкой. При этом UН = UСТ практически не изменяется, благодаря работе стабилитрона на участке ВАХ с малым дифференциальным сопротивлением и изменением падения напряжения на резисторе R.
Такой тип стабилизатора обычно используют для стабилизации напряжения при мощности нагрузок меньше 200 мВт.
Среди параметров, характерных для стабилизаторов напряжения, наиболее распространенными являются:
- нестабильность выходного напряжения по сети (line regulation) - процентное изменение выходного напряжения в ответ на изменение входного напряжения
,где использованы сокращения:
o – out,
hi – high,
lo – low,
in – input,
т.е. речь идет об изменении выходного напряжения при высоком и низком уровнях входного, отнесенного к выходному напряжению при номинальном входном;
- нестабильность выходного напряжения по нагрузке (load regulation) - процентное изменение выходного напряжения в ответ на изменение тока в нагрузке от половины до полного номинального значения
,где
- номинальное выходное напряжение на холостом ходу при номинальном 
;- общий КПД (overall efficiency), показывающий разработчику, сколько тепла будет выделяться внутри изделия и потребуется ли в физической конструкции какой-либо теплоотвод
КПД=
.При определении указанных параметров стабилизатора на макете находим соответствие: входные напряжения
изменяются Е1 источника питания, выходное напряжение UСТ = UП = 
.3. Порядок выполнения работы
1. Проверьте, что макет № 1 подключен к источнику питания через разъем ДВ-9.
Рисунок 2
2. Соберите схему для снятия ВАХ стабилитрона VD2 при его обратном включении (рисунок 2). При сборке схемы обратите внимание на правильный выбор пределов измерения тока и напряжения мультиметров М-832 (4 В £ U £ 5 В). Изменяйте значения Е1 и определите U и I. Экспериментальные данные занесите в таблицу 1.
Таблица 1
| Е1, В | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 |
| U, В | |||||||||||
| I, мА |
3. Рассчитать по данным таблицы 1 нестабильность выходного напряжения Line Reg параметрического стабилизатора в режиме холостого хода, считая, что номинальное выходное напряжение имеет место при Е1 = 12 В, а максимальное и минимальное значения фиксируются при Е1 = 15 В и Е1 = 10 В соответственно,
4. Определите в рабочих точках (таблица 1) значения статического и дифференциального сопротивлений и постройте зависимости Rст = f(I). Rд = F(I).
5. Соберите схему параметрического стабилизатора с нагрузкой RH = R14 = 2,2 кОм (рисунок 3). Изменяйте Е1 и определите U и I. Экспериментальные данные занесите в таблицу 2, аналогичную таблице 1.