Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

^{Кафедра Электроники}

 

 

ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ И

ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 

 

 

^{Алматы 2011}

^{СОСТАВИТЕЛЬ: С.Б. Абдрешова методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 5В070300 – Информационные системы (для студентов, обучающихся
по специальности 5B071900 – РЭТ). – Алматы: АУЭС, 2011. – 36 с.}

 

Содержание 

Общие методические рекомендации по выполнению лабораторных работ                                                                                                                   4

1 Лабораторная работа

Исследование однофазных выпрямителей                                             5

2 Лабораторная работа

Транзисторный стабилизатор                                                                         12

3 Лабораторная работа

Интегральный стабилизатор напряжения                                                        17

4 Лабораторная работа

Ключевой стабилизатор напряжения                                                     21

5 Лабораторная работа

Интегральный стабилизатор напряжения                                                        26

Список литературы                                                                                 30 

 

Общие методические рекомендации по выполнению лабораторных работ

Подготовка к лабораторным работам. Лабораторные работы в группах проводятся в соответствии с расписанием учебных занятий в университете. Поэтому для выполнения лабораторных работ студент должен:

1) внимательно ознакомиться с описанием соответствующей лабораторной работы и установить, в чем состоит основная цель и задача этой работы;

2) по лекционному курсу и соответствующим литературным источникам изучить теоретическую часть, относящуюся к данной работе;

3) до проведения лабораторной работы подготовить  бланк отчета, включающий в себя титульный лист установленной формы, цель и задачи работы, соответствующие схемы электронных устройств, таблицы наблюдений и расчетные формулы, а также места для графиков экспериментально получаемых зависимостей;

4) неподготовленные к работе студенты к выполнению лабораторной работы не допускаются.

Выполнение работы. На этапе выполнения эксперимента каждый студент овладевает опытом проведения лабораторных исследований в соответствии с составленным им планом и программой, осмысливает полученные результаты, готовит данные для составления заключительного отчета о выполненной работе.

При подготовке к эксперименту и в процессе его проведения студенты знакомятся с методами измерений параметров и характеристик преобразовательных устройств, учатся практической деятельности по исследованию схем преобразовательных устройств.

На всех стадиях лабораторного эксперимента студенты должны стремиться овладеть приемами наглядного, образного и лаконичного составления плана, протокола наблюдений и отчета об эксперименте и его результатах.

Оформление отчета. После завершения лабораторных экспериментов студент оформляет заключительный отчет по выполненной работе. В отчете приводятся: цель и задачи работы, структурная и принципиальная схемы (по ГОСТу) исследуемого устройства, таблицы регистрации полученных результатов, расчетные формулы и соотношения, необходимые графики экспериментальных зависимостей, объяснения к полученным зависимостям, формулировка общих выводов, краткие письменные ответы на контрольные вопросы. Отчет утверждается преподавателем и, если его качество не соответствует установленным требованиям, он подлежит доработке студентом.

 

1 Лабораторная работа

Исследование однофазных выпрямителей

Цель работы:

изучение состава, основных показателей, принципа работы и исследование характеристик однофазных схем выпрямления при активной и активно емкостной нагрузках. Приобретение навыков измерения основных параметров и характеристик выпрямительных устройств.

Рабочее задание

                      1       Собрать схему однополупериодного выпрямителя.

                      2       Используя осциллограф, определить входное и выходное напряжения однополупериодного выпрямителя.

                      3       Использовать осциллограф для наблюдения выходного напряжения выпрямителя при наличии емкостного фильтра.

                      4       Определить величину пульсаций напряжения на нагрузке.

                      5       Проделать пункты для двухполупериодного выпрямителя.

                      6       Проделать пункты для мостовой схемы выпрямителя.

                      7       Определить выходное напряжение для двухполярного выпрямителя.

                      8       Определить влияние нагрузки и ее характера на величину пульсаций выходного напряжения.

Перечень используемого оборудования:

-     PU – 2000 стенд;

-     ЕВ – 141 печатная плата;

-     2-канальный осциллограф;

-     генератор сигналов;

-     мультиметр (DMM).

Введение

Для питания радиоэлектронных средств (РЭС) от сети переменного тока необходимо преобразовать переменный ток в постоянный. Для этого используют выпрямители. В этой работе исследуются схемы одно-, двухполупериодных и мостовых выпрямителей, производится измерения пульсации выпрямленного напряжения и определяется влияние характера нагрузки на работу схемы.

Порядок выполнения работы

1 Однополупериодный выпрямитель

Вставьте плату ЕВ-141 в стенд PU-2000.

Выберите схему, которая имеет вход “SIG IN”, она расположена в левом верхнем углу печатной платы.

Подключите генератор сигналов к “SIG IN” клемме, подайте синусоидальное напряжение с частотой 100 Гц, на вход трансформатора выпрямителя.

Соединить среднюю точку обмотки трансформатора Т1 через резистор R21 с землей, согласно рисунку 1.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1– Схема однополупериодного выпрямителя

На вход канала 1 осциллографа подать сигнал с обмотки N1 трансформатора, согласно схеме 1.1.

Установить уровень сигнала от генератора таким, чтобы получить напряжение с обмотки N1, равное 14В от пика до пика, то есть 4,9В действующего значения (UN1).

Соединить выход выпрямителя – (сигнал с клеммы резистора R1) – с входом канала 2 осциллографа, как показано на схеме 1.1. При измерениях оба канала должны иметь одинаковое усиление и находиться в положении “DC” (измерение постоянных сигналов).

Снимите формы входного и выходного напряжений выпрямителя UN1=f(t) и UR1=f(t) в виде графиков. Измерьте разность амплитуд между UN1 и UR1, обусловленную наличием диода VD1.

Напряжение со средней точки обмотки Т1, т.е. с резистора R21, подать на вход канала 1 осциллографа.

Снимите форму напряжения на R21, UR21=f(t) в виде графика (напряжение в средней точке обмотки). Определить ток через резистор R21 из соотношения:

                                    ,                                           (1.1)

где R₂₁=10 Ом.

Внимание: сигналы имеют отрицательную полярность, так как ток через R₂₁ течет на землю.

Соединить конденсатор С1 параллельно R1.

Снять формы напряжений на входе и выходе выпрямителя UN1=f(t) и UR1=f(t) в виде графика (формы выходного напряжений однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром).

Установить второй канал осциллографа положение “АC” и увеличить чувствительность, чтобы можно было бы измерить пульсации напряжения.

         Снимите форму пульсации выходного напряжения Uпульс.=f(t) в виде графика (форму пульсаций напряжения однополупериодного выпрямителя). Измерьте и запишите.

Uпульс.= ……В (от пика до пика).

Установить обратно канал 2 осциллографа в положение “DC”.

Соединить канал 1 осциллографа с измеряемым напряжением на R21, т.е. к средней точке N1 обмотки трансформатора.

Снимите форму напряжения на R21 в виде графика (форма напряжения (тока) на средней точке обмотки).

Отсоединить конденсатор.

2 Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.

Собрать схему, приведенную на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

Снимите форму выходного напряжения выпрямителя Uвых.=f(t) в виде графика.

Проделать пункты для схемы рисунка 1.2. Снимите форму пульсации выпрямленного напряжения, а также форму напряжения на резисторе R21. Измерить постоянное составляющие напряжения на выходе выпрямителя:

U_{вых.пост.}= ……В,

U_пульс.= ……В.

3 Мостовой двухполупериодный выпрямитель

Снимите форму выходного напряжения на резисторе R1 (выходное напряжение мостового двухполупериодного выпрямителя).

Внимание: пиковое напряжение равно 14 В, оно меньше на 1,2 В из-за падения его на двух диодах.

Подключить конденсатор С1. Каким будет выходное напряжение Uвых.?

Собрать схему, приведенную на рисунке 1.3.

а) реальная схема на плате; б) обычное начертание схемы.

Рисунок 1.3 – Схема мостового двухполупериодного выпрямителя

4 Двухполярный выпрямитель

Данная схема позволяет получить на выходах два одинаковых по величине, но разных по знаку  напряжения относительно земли.

Собрать схему,  приведенную на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Схема двухполярного выпрямителя

Снимите напряжения на конденсаторах С1 и С2 (выходные напряжения двухполярного выпрямителя).

5       
Влияние нагрузки на выпрямитель

Рисунок 1.5 – Схема однополупериодного выпрямителя с переменной нагрузкой

Собрать схему, приведенную на рисунке 1.5.

С помощью потенциометра (переменный резистор RV1) установить минимальное значение тока, вращая его ручку до конца против часовой стрелки.

Измерить осциллографом пульсации напряжения на нагрузке (от пика до пика) и записать в таблицу 1.1 (влияние нагрузки на выпрямитель).

Таблица 1.1

Вращать потенциометр по часовой стрелке, получая токи, указанные в таблице.

Для каждого значения тока измерить пульсации и заносить в таблицу.

Начертить график изменения напряжения пульсации в зависимости от тока нагрузки.

Вставить слова в следующие фразы: а) в однополупериодном выпрямителе пульсации_____________(больше, меньше), чем у двухполупериодного выпрямителя. Почему? б) С увеличением тока нагрузки пульсации___________(растут, уменьшаются).

Составить и оформить отчет по работе в соответствии с требованиями фирменного стандарта.

 

 

 

Контрольные вопросы

                      1       Что такое выпрямление электрических колебаний? На каком принципе осуществляется выпрямление?

                      2       Что называется выпрямителем?

                      3       Что называется однополупериодным выпрямителем?

                      4       Что называется двухполупериодным выпрямителем?

                      5       Что такое выпрямитель на мостовой схеме?

                      6       Что такое нагрузочная (внешняя) характеристика выпрямителя?

                      7       Что следует из сравнения нагрузочных (внешних) характеристик выпрямителей?

                      8       Из каких элементов состоит выпрямитель и каково назначение этих элементов?

                      9       Какими основными параметрами характеризуется выпрямительные диоды?

                   10     Что называется коэффициентом пульсаций выпрямителя?

                   11     Что называется коэффициентом использования трансформатора в выпрямительной схеме?

                   12     Что называется коэффициентом полезного действия выпрямителя?

                   13     Что называется частотой пульсаций выпрямителя?

                   14     Какими составляющими можно представить пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя?

                   15     Какие факторы определяют величину напряжения пульсации на выходе выпрямителя?

                   16     Какие гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения оказывают большее мешающее действие?

                   17     Что такое коэффициент сглаживания фильтра и как его рассчитывают?

                   18     Что такое коэффициент фильтрации и как его рассчитывают?

                   19     Привести основные соотношения для однофазных выпрямителей при их работе на различные типы нагрузок.

                   20     Объяснить работу схем выпрямлений на различные виды нагрузок.

                   21     Объяснить зависимости коэффициента пульсации от характера нагрузки (R, L, C).

                   22     Объяснить осциллограммы кривых токов и напряжений в характерных точках схем выпрямления.

 

2 Лабораторная работа

Транзисторный стабилизатор

Цель работы:

изучение принципа действия и экспериментальное исследование характеристик транзисторного стабилизатора напряжения постоянного тока.

После выполнения лабораторной работы вы сможете:

1)       Собирать основную схему транзисторного стабилизатора.

2)       Измерить выходное постоянное напряжение.

3)       Подсоединять электрическую нагрузку к стабилизатору.

4)       Использовать осциллограф для определения выходного напряжения стабилизатора.

5)       Определять изменение выходного напряжения в зависимости от нагрузки.

6)       Определять характеристики стабилизатора с обратной связью и токовым ограничителем.

Перечень используемого оборудования:

-          PU – 2000 стенд;

-          ЕВ – 141 печатная плата;

-          2-канальный осциллограф;

-          генератор сигналов;

-          мультиметр.

Введение

Большие пульсации напряжения и непостоянство напряжения одно- двухполупериодных и мостовых выпрямителей ограничивает их применение. В этой работе Вы определяете характеристики основной схемы транзисторного стабилизатора, который используется для улучшения выходных характеристик.

Порядок выполнения работы

1     Основная схема транзисторного стабилизатора

Вставить плату ЕВ-141 в стенд PU-2000.

Найти схему, у которой есть вход “SIG IN”, эта схема в верхнем левом углу платы.

Подключить генератор к входу  “SIG IN”, установить синусоидальное колебание с частотой 100 Гц.

Подключить Мультиметр к вторичной обмотке трансформатора, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1– Схема нестабилизированного мостового выпрямителя

Установить амплитуду входного напряжения U_вх.=9.8 В.

Собрать схему по рисунку 1, эта схема расположена за трансформатором.

Найти схему, которое содержит трансформатор Q₁.

Собрать схему, приведенную на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема транзисторного стабилизатора

Соединить выход выпрямителя с входом транзисторного стабилизатора.

Измерить выходное постоянное напряжение стабилизатора, записать U_вых, напряжение на стабилитроне.

Измерить пульсации переменного напряжения на выходе стабилизатора осциллографом, записать U_вых (от пика до пика).

Определить место нахождение электронной нагрузки по рисунку 3.

Повернуть потенциометр R_V1 против часовой стрелки.

Соединить электронную нагрузку к выходам стабилизатора.

Подключить амперметр для измерения тока через нагрузку, как показано на рисунке 3, установить ток – 2,5 мА.

Рисунок 3 – Схема электронной нагрузки

Подключить осциллограф, и измерить U_L, U_E (на эмиттере) и записать в таблицу 1.

Таблицу 1

IL, мА	0	2.5	5	10	15	20	25	30
UL, В
UE, В

Устанавливать нагрузочный ток при помощи R_V1 и записывать напряжение U_L, U_E для разных значений тока I_L, в таблицу 1.

Внимание: нулевой ток соответствует выключенной электронной нагрузке.

Построить график, U_L, U_E как I_L, (нагрузочные характеристики стабилизатора).

Измерить и записать уровень переменного напряжения при нагрузке I_L=30 мА для U_E и U_L;

Какое напряжение более стабилизировано U_E или U_L, почему?

2 Транзисторный стабилизатор с ограничителем тока

Соединить коллектор Q₃ с R₄ перемычкой для получения схемы ограничителя тока, смотрите рисунок 2.

Отключить нагрузку и повторить пункты 10-11, записать выходное напряжение стабилизатора, напряжение на стабилитроне и напряжение пульсации (от пика до пика).

Повторить пункты 12-15;

Измерить напряжение U_E, U_L осциллографом и записать в таблицу 2 (напряжение и ток стабилизатора с ограничителем).

Таблица 2

IL, мА	0	2.5	5	10	15	20	25	30
UR5, В
UL, В
UE, В

Измерить вольтметром падение напряжения на R_5.

Установить ток, используя R_V1, и записать результаты измерений в таблицу 2.

Построить график U_L= f(I_L).

Оказывает ли ограничитель тока воздействие на стабилизацию в точках U_E и U_L.

Всегда ли верно это выражение  для тока нагрузки?

3 Транзисторный стабилизатор с обратной связью

Собрать схему транзисторного стабилизатора с обратной связью и с ограничителем тока по рисунку 4.

Рисунок 4 – Схема транзисторного стабилизатора с обратной связью

Подключить мультиметр для измерения U_вых.

В этой схеме Вы можете менять выходное напряжение U_вых, поворачивая потенциометр R_V2. При полном повороте по часовой стрелке будет максимальное входное напряжение.

Записать выходное напряжение U_{макс.вых.} …………….(В).

Подключить осциллограф к выходу стабилизатора, измерить пульсации от пика до пика U_{пульс…}……………(В).

Повернуть потенциометр R_V2 против часовой стрелки до конца.

Записать U_{мин.вых.} …………………..(В).

Измерить пульсации и записать.

Подключить электронную нагрузку к выходу. При этом потенциометр должен быть R_V2 полностью против часовой стрелки (мин.нагрузки).

Установить R_V1 для получения 5 мА тока нагрузки и измерить напряжение на нагрузке, записать в таблицу 3 (напряжение и ток стабилизатора с обратной связью).

Таблица 3

IL, мА	0	5	10	20	30
UL, В

Медленно поворачивая потенциометр нагрузки по часовой стрелке, записывать U_L для каждого значения I_L; I_L=0 соответствует отключенной нагрузке.

Построить график U_L= f(I_L), (нагрузочная характеристика улучшенного транзисторного стабилизатора, для минимизации напряжения).

Установить потенциометр R_V2 на максимальное напряжение и установить ток I_L=5 мА. Измерить напряжение на нагрузке и записывать значения в таблицу 4 (ток и напряжение стабилизатора с обратной связью при максимальном выходном напряжении).

Таблица 4

IL, мА	0	5	10	20	30
UL, В

Повторить пункт 42 и построить график (нагрузочная характеристика улучшенного стабилизатора для максимального выходного напряжения).

Сравнить нагрузочные характеристики между собой.

Сравните стабилизатор с обратной связью с основной схемой. Какая из них лучше и почему?

Контрольные вопросы

                      1       Что такое стабилизатор напряжения и стабилизатор тока?

                      2       Какое применение в стабилизаторе напряжения находит стабилитрон?

                      3       Какими зависимостями характеризуется свойства стабилизаторов?

                      4       Что такое коэффициент стабилизации?

                      5       На каком принципе работает стабилизатор напряжения?

                      6       Что такое параметрический стабилизатор напряжения?

                      7       Какими параметрами характеризуется стабилизаторы напряжения и тока?

                      8       Как определяется экспериментально коэффициент стабилизации?

                      9       Какие стабилизаторы напряжения на ИМС вы знаете?

 

3 Лабораторная работа

Интегральный стабилизатор напряжения

Цель работы:

после выполнения данной лабораторной работы Вы сможете:

1)       Подсоединить схему стабилизатора фиксированного напряжения к электронной нагрузке.

2)       Использовать осциллограф для определения напряжения пульсации на выходе схемы интегрального стабилизатора.

3)       Измерять выходное постоянное напряжение для различных нагрузок.

4)       Определять стабилизацию напряжения для различных нагрузок.

5)       Построить график, который показывает, как изменяется стабилизация напряжения при изменении напряжения нагрузки.

6)       Определять, как изменяется выходной постоянный ток при изменении тока нагрузки.

7)       Построить характеристическую кривую U_L – I_L выходного напряжения стабилизатора.

8)       Разбираться в работе стабилизатора, когда он подключен в качестве электронной нагрузки.

Перечень используемого оборудования:

-          PU-2000, компьютеризированная система для изучения электроники;

-          печатная плата ЕВ-141;

-          двухканальный осциллограф;

-          генератор сигналов;

-          цифровой универсальный измерительный прибор (ЦУИП).

Введение

Стабилизаторы напряжения на интегральных схемах были разработаны для улучшения стабилизации напряжения в электронных схемах. Интегральный стабилизатор напряжения LM 317, который вы будете использовать в этой лабораторной работе, будет применяться для фиксированного и регулируемого выходного напряжения. В предыдущей лабораторной работе вы использовали этот стабилизатор в качестве регулируемой электронной нагрузки.

Порядок выполнения работы

1 Стабилизатор фиксированного напряжения

Вставить плату ЕВ-141 в стенд PU-2000.

Найти схему, которая содержит вход «SIG IN». Эта схема расположена на верхнем левом углу платы.

Подключить генератор сигналов к входу «SIG IN». Установить на генераторе синусоидальный сигнал с частотой 100 Гц.

Подключить цифровой мультиметр на вход схемы интегрального стабилизатора, расположенной около трансформатора Т1. Мультиметр должен быть соединен с обеими вторичными обмотками Т1.

Установить амплитуду входного сигнала U_вх=28 В (9.8 В действующего напряжения).

Разъем С1 соединить и собрать схему 1.

Рисунок 1 – Схема нестабилизированного мостового выпрямителя

Найти схему, которая содержит ЧИП, называемый «Интегральный стабилизатор». Эта схема расположена в центре печатной платы.

Собрать схему на рисунке 2.

Рисунок 2 – Интегральный стабилизатор напряжения LM317

Подключить выход нестабилизированного мостового выпрямителя к входу LM317.

Подключить вольтметр в режиме DC к выходу стабилизатора, заполнить таблицу.

Таблица 1	Uвых, В (на пост.)	Uпульс, мВ (на перем.) (от пика до пика)
RL не подсоединен
RL = R16
RL = R21

Измерить постоянное напряжение на выходе и заполнить таблицу 1.

Подключить R₁₆ из схемы «step-up Switching Reg» (Импульсный регулятор) на выход интегрального стабилизатора и записать постоянное напряжение в таблицу (в строку R_L = R₁₆).

Повторить то же самое для R_L = R₂₁.

Подключить к выходу стабилизатора осциллограф и измерить напряжение пульсации переменного тока, записать в таблицу 1.

Повторить для различных R_L.

2 Стабилизатор переменного напряжения

Убрать переходник, который замыкает R_v3.

Настроить потенциометр R_v3 так, чтобы на нагрузке было 9 В.

Подключить электронную нагрузку и крутить R_v1 до конца по часовой стрелке (максимальная нагрузка).

Измерить постоянное напряжение на нагрузке и записать в таблицу 2.

Таблица 2

ULmax, (В)	9	8	7	6	5	4	2
ULmin, (В)
ΔU, (В)
(ΔU/U)100%, (В)

Повторить пункты для всех значений U_Lmax, указанных в таблице 2.

Вычислить ΔU = U_Lmax – U_Lmin  и записать значения в таблицу 2.

Вычислить коэффициент стабилизации K_СТ = (ΔU/U)100%, (%) и записать значения в таблицу 2.

Построить график зависимости коэффициента стабилизации напряжения от U_Lmax.

Завершить предложение:

увеличение U_Lmax …(улучшает (ухудшает)) стабилизацию напряжения.

Крутить потенциометр R_v1 до конца против часовой стрелки.

Изменяя R_v3, установить 5В постоянного тока на клеммах нагрузки. Записать значения в таблицу 3.

Примечание: 0 мА достигается размыканием электронной нагрузки.

Таблица 3

IL, мА	0	5	10	20	30
UL, В	5

Подключить амперметр для измерения тока нагрузки и записать значение в таблицу 3.

Регулируя R_v1 по часовой стрелке, установить ток нагрузки I_L =5 мА.

Измерить U_L и записать в таблицу 3.

Повторить пункты 29-30, пока ток не достигнет 30 мА.

Измерить  U_L и I_L при полностью повернутом по часовой стрелке потенциометра R_v1 и записать U в таблицу 3.

Построить график U_L = f(I_L).

Для токов до 30 мА стабилизация  ……(хорошая, плохая).

Разомкнуть электронную нагрузку и наблюдать за результатом. Подключить вольтметр к R₉ и измерить падение напряжения: U_R9 ………….(5В или 1.25В).

Закоротить R_v3 (две закоротки слева). U_вых. ……….(5В или 1.25В).

Результаты, полученные в пунктах, показывают то, как работает электронная нагрузка: она использует постоянное падение напряжение 1.25В и изменение сопротивления, при постоянном напряжении приводит к изменению тока.

4 Лабораторная работа

Ключевой стабилизатор напряжения

Цель работы:

при выполнении данной лабораторной работы Вы будете:

1)       Использовать осциллограф для получения формы напряжения в схеме ключевого стабилизатора.

2)       Измерять рабочий цикл (f_пер…?).

3)       Измерять влияние f на пульсации напряжения ключевого стабилизатора.

4)       Определять нагрузочную характеристику ключевого стабилизатора понижающего типа.

5)       Преобразовывать базовую схему в стабилизатор повышающего типа.

6)       Получать формы напряжения в ключевом стабилизаторе повышающего типа.

7)       Проверять влияние f на пульсации стабилизатора ПВ типа.

8)       Определять изменяется ли U_вых. при изменении f.

9)       Изображать выходную нагрузочную характеристику стабилизатора повышающего типа.

Перечень используемого оборудования:

-         PU-2000, компьютеризированная система для изучения электроники;

-         печатная плата ЕВ-141;

-         двухканальный осциллограф;

-         генератор сигналов;

-         цифровой универсальный измерительный прибор (ЦУИП).

Введение

Стабилизированное выходное напряжение базовой схемы меньше, чем входное напряжение, КПД и эффективность низкая. Ключевые стабилизаторы обеспечивают хорошую стабильность, большой КПД и повышенное напряжение. В этой работе Вы будете проверять принципы работы стабилизаторов напряжения повышающего (ПВ) и понижающего (ПН) типа.

Порядок выполнения работы

^{1 Стабилизатор понижающего типа}

Установить генератор сигналов в режим треугольных импульсов 30кГц и 10В (от пика до пика) и 5В постоянной составляющей (offset) как показано на рисунке 1.

Вставить печатную плату в разъем.

Определить схему, которая содержит усилитель А1. Эта схема в верхнем правом углу платы.

Найти схему регулятора ПН типа, который включает VT 5, эта схема под усилителем А1 печатной платы.

Собрать схему изображенную на рисунке 2.

Крутить R_V4 до получения 5В в точке А. Настроить источник питания PS-1 на максимум U=12В.

Подключить генератор к инверсному входу А1, как показано на рисунке 2 (точка В).

Рисунок 1 – Ключевой стабилизатор понижающего типа

Зарисовать формы U в точках А до Е.

Внимание: если U_Е не равно (PS-1)/2, тогда плавно измените частоту сигнала, всегда существует оптимальная частота f (подкрутить f генератора, чтобы получить (PS-1)/2).

Измерить скважность напряжения U_С.

Скважность ∆ t_on/T.

Подсоединить вольтметр для измерения напряжения U_вх и U_вых.

Сравнить отношения напряжений и скважность.

U_D  достигает –0.7В, по причине…… (L₂, D₈). Объяснить.

Подключить электронную нагрузку (U₁) на выход ПН стабилизатора. Повернуть R_v1 до конца против часовой стрелки.

Подключить осциллограф к выводам нагрузки и измерить напряжение пульсации.

Измерить напряжение пульсации от пика до пика для следующих частот:

Таблица 1

f, (Гц)	100	1К	10К
Uпульс, (п-п)

Закончить фразу: для низких частот пульсации …….(больше, меньше) чем у высоких.

Установить снова частоту f=30кГц (или оптимальную частоту, которая дает U_вых=(PS-1)/2).

Изменяя R_V4, наблюдать изменение U_С и U_вых.

Заполнить фразу:

понижение U+ (опорное напряжение U_ref  на входе А1) потенциометром R_V4 будет …… (увеличивать, уменьшать) скважность в точке U_С и …… (увеличивать, уменьшать) U_вых.

Установить R_V4 обратно для получения U₊=5В.

Отсоединить электронную нагрузку, подключить вольтметр к выходу.

Изменить частоту треугольных сигналов от 50Гц до 100кГц, как показано в таблице 2. Измерить постоянное напряжение на каждой частоте и записать результаты в таблицу 2.

Таблица 2

f, Гц	50	100	200	500	1К	2К	5К	10К	20К	50К	100К
Uвых,В

Построить график U_вых = f(F). Использовать полулогарифмическую систему координат.

Настроить генератор сигналов на частоту, при которой U_вых=(PS-1)/2 (не забывайте, что это соответствует коэффициенту заполнения 50%).

Подключить осциллограф и измерить напряжение на нагрузке, занести в таблицу 3.

Подключить электронную нагрузку и измерить ток амперметром.

Таблица 3

IL, мА	0	2.5	5	10	15	20	25	30
UL, В

Вращать R_V1 по часовой стрелке и записать напряжение на нагрузке при различных значениях тока.

Построить график U_L = f(I_L).

Разобрать схему и все соединения.

2 Ключевой стабилизатор напряжения понижающего типа с обратной связью

Подключить схему на рисунке 8. Эта схема включает усилители А1 и А2, «Ключевой стабилизатор ПН» («STEP-DOWN SWITCHING REGULATOR»), который содержит транзистор Q1 и электронную нагрузку. Установить генератор сигналов и опорное напряжение (с помощью R_V4), как в пунктах 1, 7 и 8.

Рисунок 2 – Ключевой стабилизатор напряжения понижающего типа с обратной связью

Установить электронную нагрузку на минимальный ток и подключить ее к U_вых (смотрите рисунок 2).

Изменить потенциометр R_V1 электронной нагрузки и наблюдать за изменением напряжения в двух местах: U_С (используя осциллограф) и U_вых (используя мультиметр).

U_вых = ……….(6В постоянное, изменилось).

Скважность U_С ………(изменилась, постоянна).

Улучшает ли обратная связь стабилизацию?

3 Ключевой стабилизатор напряжения повышающего типа

Найти схему, которая содержит усилитель А1. Эта схема находится в верхнем правом углу печатной платы.

Найти схему «Ключевой стабилизатор повышающего типа» («STEP-UP SWITCHING REGULATOR»). Эта схема расположена под ключевым стабилизатором понижающего типа.

Рисунок 3 – Ключевой стабилизатор напряжения повышающего типа

Установить напряжение в точке А до 5В с помощью потенциометра R_V4.
5 Лабораторная работа

Интегральный стабилизатор напряжения

Цель работы:

после окончании этой лабораторной работы вы должны уметь:

1)       Соединить интегральный стабилизатор напряжения, который состоит из ключевых и линейных стабилизаторов.

2)       Нарисовать выходную характеристику V_L - I _L кривой полученными значениями.

3)       Измерить напряжение пульсаций интегрального стабилизатора.

4)       Сравнить пульсацию и выходные кривые, линейно ключевых и интегральных стабилизаторов.

Перечень используемого оборудования:

-          PU-2000 стенд , с компьютеризованным центральным процессором;

-          главный стенд;

-          ЕВ-141 печатная плата;

-          2 – канальный осциллограф;

-          генератор сигналов;

-          мультиметр (DMM)

Введение

Разные стабилизаторы цепи улучшают выходные характеристики усилителей. В этом эксперименте вы соберете стабилизаторы цепи, чтобы получить интегральный стабилизатор и определить улучшается ли выходные характеристики.

Порядок выполнения работы

Заметка: если Вы впервые начинаете лабораторную работу, установите индикатор эксперимента на “32”, используя процедуру данную в общей информации.

Генератор сигнала установить на треугольные волны с  выходной амплитудой 10 В и с интервалом 5 В, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Входная треугольная волна

Увеличьте индикатор эксперимента на “33”.

Вставить плату ЕВ-141 к стенду PU-2000 и к соединителям.

Найти схему, которая имеет усилитель А1. Она находится в правом верхнем углу платы.

Найти схему “Ключевой стабилизатор напряжения повышающего типа”, который имеет Q4.

Найти схему, которую имеет интегральный стабилизатор.

Найти схему электронной нагрузки.

Соединить схемы как показано на рисунке 2.

Увеличьте индикатор эксперимента на “34”.

Установить (+) входное напряжение А1 на 5В “DC” и усилитель PS - 1 на +12В.

Установить генератор сигнала на оптимальную частоту, которую Вы нашли в лабораторной работе № 4, шаг 55. Лучший способ проверить это – разъединить вход ключевого стабилизатора напряжения повышающего типа от интегральный стабилизатора и измерить 24 В на выходе ключевого стабилизатора напряжения повышающего типа.

Соединить интегральный стабилизатор обратно к ключевому стабилизатору напряжения повышающего типа.

Повернуть R_V1 на минимум (до конца против часовой).

Изменяя R_V3, получите 5 В постоянного напряжения на нагрузке.

Соединить осциллограф к нагрузке и измерить напряжение.

 

Таблица 1 – Измерение напряжения и тока на нагрузке

I L, мA	0	2.5	5	10	20	30
VL, B

 

 

Используя амперметр, измерьте ток через нагрузку. Изменяя R_V1, установить ток через нагрузку соответственно таблице 1.

Измерить напряжение к каждому току через нагрузку, и записать в таблицу 1.

Построить график зависимости V_L от I _L.

Сравнить напряжение пульсаций V_пульс для I_Lмин и I_Lмакс.

для I_Lмин V_пульс= ………

для I_Lмакс V_пульс= ………

Увеличьте индикатор эксперимента на “35”.

Разъединить электронную нагрузку.

Соединить вольтметр, чтобы измерить напряжение на нагрузке.

Изменить частоту треугольной волны. Есть ли влияние на напряжение нагрузки DC? Сравнить с результатами лабораторной работы №4.

Разъединить все соединение и перейти к индикатору эксперимента “36”.

Список литературы

                      ^{1        Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование / В. Г. Костиков, Е. М. Парфенов, В. А. Шаханов: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1998. - 364 с.: ил.}

                      ^{2        Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/ А. А. Бокуняев, В. М. Бушуев, А. С. Жерненко и др.: Под ред. Ю.Д. Козляева - М.: Радио и связь, 1998. - 328 с. : ил.}

                      ^{3        Бокуняев А. А., Горбачев Б. В., Китаев В. Е. и др. Электропитание устройств связи. – М.: Радио и связь, 1988. - 329 с.: ил.}

                      ^{4        Хиленко В. И., Хиленко А. В. Электропитание устройств связи: Учебник для техникумов. - М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.: ил.}

                      ^{5        Воробьев А. Ю. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. – М.:Эко-Трендз, 2002. – 280 с.: ил.}