2 Опис лабораторного стенда

Схема електрична принципова лабораторного макета «Блок живлення 50 Гц» наведена на рис. 5.3., а маркування плати лабораторного макета – на рисунку 5.4.

Рисунок 5.3 - Схема електрична принципова лабораторного макета

Рисунок 5.4 - Маркування плати лабораторного макета

У лабораторному макеті використано мостову схему випрямлення, яка працює або на згладжувальний фільтр С1R_екв, або на транзисторний каскад, який одночасно виконує функції стабілізації напруги та згладжування

пульсацій. Ємність конденсатора С1 за допомогою джампера може вибиратися однію з таких значень: 1 мкФ, 10 мкФ, 100 мкФ, опір R_екв визначається багатьма факторами, але для дослідження пульсацій на згладжувальному фільтрі С1R_екв (п. 1 досліджень) слід прийняти його значення рівним (R1+R_D), тобто 1,2 кОм.

До виходу випрямляча під’єднується транзисторний стабілізатор напруги, який разом з дроселем L2 виконує також функцію згладжувального LC-фільтру. Він вмикається між мостовою схемою випрямлення зі згладжувальним конденсатором С1 і навантаженням Rn. У цілому транзистор грає роль елемента фільтра, який характеризується великим опором для змінної складової (з вольт-амперної характеристики транзистора видно, що значні зміни напруги колектор-емітер супроводжуються малими змінами струму через цей перехід) і малим – для постійної складової. Ємність конденсатора С2 за допомогою джампера може встановлюватися такою ж, як і ємність конденсатора С1 (1 мкФ, 10 мкФ, 100 мкФ). Опір навантаження Rn може приймати значення 510 Ом і 1 кОм. Напруга стабілізації стабілітрона D7 може вибиратися з таких значень: 8, 12 і 15 В. При цьому вихідна стабілізована напруга буде дорівнювати сумі напруги стабілізації стабілітрона D7 і напруги падіння на переході база-емітер транзистора. Падінням постійної напруги на дроселі L1 можна знехтувати.

Джампером 4-2 навантаження блока живлення C2Rn під’єднується до емітера транзистора безпосередньо. За допомогою джамперів 4-1 і 4-3 послідовно з цим навантаженням можуть вмикатися дроселі. Постійно під’єднаний резистор навантаження R_n0 має опір 10 кОм, опори резисторів R_n1 і R_n2 складають відповідно 510 Ом і 1 кОм.

3 Зміст лабораторної роботи

3.1 Дослідження втрат на діодах мостового випрямляча.

3.2 Дослідження пульсацій випрямленої напруги на виході випрямляча, порівняння розрахункових та експериментальних результатів, оцінка залежності рівня пульсацій від значення сталої часу RC кола (згладжувального фільтра).

3.3 Дослідження залежності вихідної стабілізованої напруги від напруги стабілізації стабілітронів.

3.4 Визначення коефіцієнта згладжування пульсацій згладжувальним фільтром при різних сталих часу резистивно-ємнісного навантаження та різних значеннях індуктивності дроселів.

4 Порядок виконання роботи

4.1 Від’єднати від емітера транзистора резистивно-ємнісне навантаження (джампери 4 не установлювати). За допомогою комбінованого приладу або мілівольтметра виміряти ефективне значення напруги на вході випрямляча U₂ (між точками КТ1 і КТ2). Використати отримане значення напруги для визначення амплітудного значення напруги на виході випрямляча:

,

де U_D - падіння напруги на відкритому діоді.

За допомогою осцилографа визначити між точками КТ3 і КТz амплітудне (максимальне) значення напруги на виході випрямляча.

Розрахункове та виміряне значення напруги занести у таблицю 5.1. При вимірюваннях пересвідчитись, що ємність фільтрувального конденсатора не впливає на амплітудне значення вихідної напруги випрямляча.

Розрахувати сталі часу розряду фільтра С1R_екв для конденсаторів С1-1, С1-2 і С1-3 (1 мкФ, 10 мкФ і 100 мкФ відповідно) і еквівалентного опору R_екв = 1,2 кОм. Загальна формула для розрахунку:

.

Результати розрахунку занести у таблицю 5.1.

За допомогою комбінованого приладу між точками КТ3 і КТz виміряти для різних значень ємності конденсатора С1 постійну складову випрямленої напруги U₀, результати вимірювань занести у таблицю 5.1.

За допомогою осцилографа між точками КТ3 і КТz виміряти для різних значень ємності конденсатора С1 змінну складову випрямленої напруги U_зм, результати вимірювань занести у таблицю 5.1 (напруга U_зм – це половина повного розмаху видимої змінної напруги пульсацій).

Розрахувати і занести у таблицю 5.1 коефіцієнти пульсацій для різних значень ємності конденсаторів С1. Для розрахунків використати два підходи.

Перший (розрахункове значення) – за формулою:

.

Другий (за даними експерименту) – за формулою (5.1):

.

Таблиця 5.1 – Результати дослідження втрат на діодах мостового

випрямляча та пульсацій випрямленої напруги

Конденсатор С1			(розрах)		U0 (вимір)		Uзм (вимір)
	розрах	вимір							розрах		експерим
С1=0
С1-1 (1 мкФ)
С1-2 (10 мкФ)
С1-3 (100 мкФ)

4.2 Для всіх наступних досліджень установити мінімальну ємність фільтра С1-1 - 1 мкФ (замкнути джампером контакти 1-1).

4.3 При дослідженні залежності вихідної стабілізованої напруги від напруги стабілізації стабілітронів під’єднати до транзистора навантажувальне коло блока живлення. Для цього:

- замкнути джампером контакти 1-2 (джампер 4-2);

- залишити розімкнутими контакти 5-1 та 5-2, під’єднавши таким чином до стабілізатора резистор навантаження R_n0 опором 10 кОм;

- замкнути джампером контакти 3-3, під’єднавши таким чином паралельно резистору навантаження конденсатор С2-3 ємністю 100 мкФ.

Почергово підключаючи стабілітрони D5, D6 і D7, виміряти за допомогою комбінованого приладу у контрольних точках КТ4-КТz та КТ5-КТz відповідно напругу стабілізації стабілітронів U_ст і вихідну напругу стабілізатора U_вих.ст. Результати вимірювань занести у таблицю 5.2.

Розрахувати і занести у таблицю 5.2 падіння напруги на переході база-емітер транзистора:

Таблиця 5.2 – Результати вимірювань стабілізованої напруги

Напруга, В	Стабілітрон
	D5	D6	D7
Uст (КТ4)
Uвих.ст (КТ5)

4.4 Установити в лабораторному макеті:

- стабілітрон D6;

- резистор навантаження R_n2 (1 кОм);

- джампер 4-2 на контакти 1-2.

Для трьох конденсаторів (С2-1, С2-2 і С2-3) при їх почерговому підключенні здійснити вимірювання постійних і змінних складових випрямленої напруги на виході згладжувального фільтра (контрольна точка КТ5, U₀, U_зм відповідно) і розрахувати коефіцієнти пульсацій для вказаних варіантів, K_Пвих.

Виміряти постійну U_0вх та змінну U_зм.вх складові випрямленої напруги на вході згладжувального фільтра (контрольна точка КТ3) та з використанням отриманих значень розрахувати коефіцієнти пульсацій на вході фільтра, K_Пвх.

За даними вимірювань розрахувати коефіцієнт згладжування пульсацій. Формула для розрахунку:

.

Всі результати занести у таблицю 5.3.

Таблиця 5.3 – Результати дослідження коефіцієнта згладжування пульсацій для опору навантаження R_n2 (1 кОм)

Конденсатор	Вхід згладжувального фільтра			Вихід згладжувального фільтра
	U0вх	Uзм.вх	КПвх	U0	Uзм	КПвих
С2-1 (1 мкФ)
С2-2 (10 мкФ)
С2-3 (100 мкФ)

4.5 Замінити резистор навантаження R_n2 на резистор R_n1 опором 510 Ом. Виконати аналогічні попередньому пункту вимірювання та розрахунки і результати занести у таблицю 5.4.

Таблиця 5.4 – Результати дослідження коефіцієнта згладжування пульсацій для опору навантаження R_n1 (510 Ом)

Конденсатор	Вхід згладжувального фільтра			Вихід згладжувального фільтра
	U0вх	Uзм.вх	КПвх	U0	Uзм	КПвих
С2-1 (1 мкФ)
С2-2 (10 мкФ)
С2-3 (100 мкФ)

4.6 Установити в лабораторному макеті:

- стабілітрон D6;

- резистор навантаження R_n2 (1 кОм);

- конденсатор С2-2 (10 мкФ).

Джампером 4-3 підключити послідовно з навантаженням дросель L2. Виконати вимірювання постійної та змінної складових випрямленої напруги на вході та виході згладжувального фільтра, розрахувати коефіцієнти пульсацій та коефіцієнт згладжування пульсацій.

Не змінюючи інших установок, відключити дросель L2 і замість нього за допомогою джампера 4-1 та клем LD1 і LD2 підключити послідовно з навантаженням зовнішній дросель L_зовн. Як і в попередньому пункті, виконати вимірювання постійної та змінної складових випрямленої напруги на вході та виході згладжувального фільтра, розрахувати коефіцієнти пульсацій та коефіцієнт згладжування пульсацій.

Результати вимірювань та розрахунків при використанні дроселя L2 та зовнішнього дроселя L_зовн занести у таблицю 5.5.

Таблиця 5.5 – Результати дослідження коефіцієнта згладжування пульсацій для LC-фільтра

Дросель	Вхід згладжувального фільтра				Вихід згладжувального фільтра
	U0вх	Uзм.вх	КПвх	U0		Uзм	КПвих
L2
Lзовн