Исследование  стабилизатора напряжения с использованием эмиттерного повторителя.

 

Соберите схему, изображенную на рис.2.14.

 

 

Рис. 2.14. Схема стабилизатора напряжения с использованиемэмиттерного повторителя.

.

 

Назначение элементов схемы указано в таблице 2.6.

 

Таблица 2.6.

 

Элемент	Назначение	Параметры	Увеличение	Уменьшение
Источник напряжения V1	Источник входного напряжения	+12 V	Увеличивается мощность, рассеиваемая транзистором Q1	Уменьшается мощность, рассеиваемая транзистором Q1
Стабилитрон D1 типа BZX55C7V5	Источник опорного напряжения	Напряжение стабилизации 7,5 V. Максимальный ток стабилизации 53 mA	-	-
Резистор R1	Балластный резистор. Определяет ток через стабилитрон	430 Ом	Уменьшение тока стабилитрона	Увеличение тока стабилитрона
Транзистор Q1	Усилитель тока, регулирую-щий элемент	Uкэ≤45 V Iк≤1 А P≤1,33 W	-	-
R2 и R3	Эквивалент нагрузки	30 Ом + переменная часть 100 Ом	Уменьшение потребляемого нагрузкой тока	Увеличение потребляемого нагрузкой тока

 

 

На резисторе R1 и стабилитроне D1 собран параметрический стабилизатор напряжения, но нагрузка к нему подключена через эмиттерный повторитель на транзисторе Q1. Роль нагрузки выполняют резисторы R2 и R3.

Включите моделирование. Снимите показания пробников и внесите их в таблицу 2.7.  Соответствуют ли они норме? Справка: полупроводниковый стабилитрон BZX55C7V5 рассчитан на напряжение стабилизации 7,5 V. Для транзистора BCP54: максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер равно 45 V, максимально допустимый ток коллектора равен 1 А, максимально допустимая мощность рассеяния не более 1,33 W.

 

Таблица 2.7.

 

Обозначение на схеме	Назначение	Напряжение	Ток
Пробник 1 (Probe1)
Пробник 2 (Probe 2)
Пробник 3 (Probe 3)
Пробник 4 (Probe 4)

 

Изменяя клавишей «А» или сочетанием «SHIFT-A» величину переменного резистора нагрузки R3, определите пределы изменения тока нагрузки. Сравните с величиной, полученной для предыдущей схемы. Учитывая, что максимально допустимая мощность рассеяния транзистора BCP54 не должна превышать 1,33 W, определите максимально допустимый ток нагрузки.

Вычислите дифференциальное выходное сопротивление стабилизатора по формуле

 

.

 

Для этого определите ток и напряжение, указываемое Пробником3, контролирующим нагрузку, при установке величины переменного резистора R3 в 50% и 100% и найдите соответствующие разности напряжений и токов. Для повышения точности расчетов увеличьте число знаков, отображаемых Пробником4, контролирующим напряжение и ток нагрузки (см. рис.2.11).

Для расчёта используйте программу MathCAD.

 

Пример программы расчета в MathCAD 14.

Расчёт выходного сопротивления стабилизатора

 

Величину переменного резистора R3 установите в положение 50%. Определите коэффициент полезного действия стабилизатора по формуле:

 

 

Здесь KPD - коэффициент полезного действия, Uout и Iout – ток и напряжение на выходе стабилизатора, Uin и Iin – ток и напряжение на его входе. Для расчёта можно использовать программу MathCAD.

 

Пример программы расчета в MathCAD 14.

Расчёт КПД стабилизатора

 

 

Остановите моделирование.

 

 

Измените схему согласно рис.2.15.

 

 

Рис. 2.15. Измененная схема. Добавлен источник V2 и осциллограф.

 

 Источник напряжения V2 – это AC_VOLTAGE, подсказку, как его взять, см. на рис.2.16. Этот источник введен для имитации пульсаций входного напряжения. Установите в его параметрах частоту 100 Hz, соответствующую частоте пульсаций двухполупериодного выпрямителя, питающегося от обычной сети переменного тока.

Осциллограф введен для контроля пульсаций напряжения.

С помощью осциллографа (пользуясь курсором) определите коэффициент сглаживания пульсаций Kс.п. по формуле:

 

,

 

где Uп.вх – амплитуда пульсаций на входе стабилизатора, Uп.вых – амплитуда пульсаций на его выходе, Uвх и Uвых – входное и выходное напряжения.

Для расчетов можно использовать ту же программу MathCAD, которая использовалась при расчёте коэффициента стабилизации.

 

 

Рис. 2.16.Выбор источника сигнала переменного тока.

    

. Удалите из схемы источники V1 и V2. Вместо них подключите функциональный генератор, как показано на рис.2.12. Величина переменного резистора R3 установлена в положение 50%.

 

 

Рис. 2.17. Подключение функционального генератора.

 

Установите следующие параметры функционального генератора: форма сигнала – пилообразная, частота 10 Hz, длительность 50%, амплитуда и смещение – по 7.5 V (рис.2.18).

 

 

Рис. 2.18.Настройки функционального генератора.

 

Настройки осциллографа установите согласно рис.2.19.

 

Рис. 2.19. Настройки параметров синхронизации осциллографа.

 

Запустите процесс моделирования. Двойным кликом на изображении осциллографа откройте его окно. Вид осциллограмм должен соответствовать рис.2.20.

 

 

Рис.2.20. Установка курсоров при определении коэффициента стабилизации по входному напряжению.

 

Установите курсор Т1 в положение, соответствующее его пересечению с осциллограммой входного напряжения в точке 12 V. Контроль напряжения осуществляется по показаниям в средней части окна в графе «Канал А» и строке, соответствующей курсору Т1. Аналогичным образом установите курсор Т2 в положение, соответствующее входному напряжению 14 V, что означает увеличение входного напряжения на 2 V. В строке Т2-Т1 отобразится разность  входных напряжений ΔUвх.

В графе «Канал В» будут отображены значения выходного напряжения, соответствующие установленным входным. В строке Т2-Т1 отобразится  разность соответствующих выходных напряжений Δuвых.

Для более точной установки курсоров можно использовать стрелочки в левой части окна (рис.2.15).

Рассчитайте коэффициент стабилизации по входному напряжению:

 

Kст = .

 

В данном случае Uв х =12,012 V, ΔUв х =2 v, Uвых=6,820 V, ΔUвых=12,484 mV.

Переведите курсор Т2 в положение, соответствующее входному напряжению 10 V, что означает падение входного напряжения на 2 V. Произведите соответствующие расчеты коэффициента стабилизации по входному напряжению для этого случая. Результаты занесите в таблицу 2.8.

Для расчётов можно использовать программу MathCAD, которую применяли для определения коэффициента стабилизации предыдущих схем.

 

Таблица 2.8.

 

Входное напряжение, Uвх	ΔUвх	Выходное напряжение, Uвых	ΔUвых	Коэффициент стабилизации по входному напряжению
12 V	+2 V
12 V	–2 V

 

Результаты измерений и вычислений сведите в таблицу 2.9.

 

Таблица 2.9.

 

Параметр	Результат измерения
Входное напряжение, V
Пределы изменения входного напряжения
Выходное напряжение, V
Максимальный ток нагрузки, mA
Коэффициент стабилизации по напряжению
Выходное сопротивление
Коэффициент подавления пульсаций входного напряжения
Коэффициент полезного действия