Указания по подготовке к работе

2.2 Напряжение питающей сети может изменяться в широких пределах, что негативно сказывается на работоспособности аппаратуры. Стабилизация среднего значения выходной электрической величины осуществляется с помощью дополнительного звена, коэффициент передачи которого по постоянной составляющей изменяется таким образом, чтобы уменьшить или полностью исключить отклонение выходной электрической величины от заданного значения. Звено, выполняющее данную функцию, называется стабилизатором. Существующие стабилизаторы непрерывного типа могут быть разделены на два класса: параметрические и компенсационные.

2.3 Параметрический стабилизатор обеспечивает поддержание выходного напряжения за счет собственной нелинейности используемого полупроводникового элемента.

2.4 Компенсационный стабилизатор является замкнутой системой автоматического регулирования, в которой коэффициент передачи звена, включенного в цепь передачи электрической величины, зависит от разности входного и некоторого эталонного сигнала. Это типичный пример устройства, содержащего цепь ООС. В зависимости от стабилизируемой электрической величины различают стабилизаторы напряжения, тока или мощности. Изменение коэффициента передачи стабилизатора в зависимости от изменения электрической величины в нагрузке ИВП происходит за счет включения в него одного или нескольких элементов с регулируемым коэффициентом передачи. По способу управления стабилизаторы делятся на непрерывные и ключевые. Стабилизаторы непрерывного типа используют активный режим работы биполярного или полевого транзистора, в то время как стабилизаторы импульсного или релейного типов — ключевой режим работы полупроводниковых приборов. Основным параметром стабилизатора, характеризующим стабильность среднего значения его выходной электрической величины, является коэффициент стабилизации:

 

,

где ΔU_вх, ΔU_вих. – абсолютное изменение входного и выходного напряжения; U_вх.ном, U_{вих.ном.} – входное и выходное номинальные напряжения.

Значения коэффициентов стабилизации напряжения стабилизаторов разных типов колеблется в широких пределах - от нескольких единиц до нескольких тисяч.

Стабилизатор характеризуеться также коэффициентом пульсации напряжения, который определяется выражением

где U_~m – переменная составляющая выходного гапряжения стабилизатора, которая выражается в %.

2.5 Создадим схему стабилизатора постоянного напряжения рис.1.

Рис.1

2.6 В качестве трансформатора используется компонент с отводом от средней точки с действующим напряжением каждой полуобмотки в 12 В. Действующее значение напряжения между крайними выводами обмотки составляет 24 В. Добавим в схему осциллограф рис.2.

Рис.2.

2.7 Щелкнем по F5, чтобы начать моделирование. Моделирование будет выполнено, но результаты не будут видны, пока не откроем окно осциллографа. Дважды щелкнем по сциллографу, чтобы открыть его окно. Осциллограммы выходят за пределы экрана. Масштаб обоих каналов осциллографа составляет 5V/Div (5В/дел.). Установим масштаб равным 10V/Div (10В/дел.) для обоих каналов А и В.

Рис.3

Хотя входное напряжение пульсирует с частотой 120Гц, выходное напряжение фиксировано на уровне 15 В. Это происходит благодаря наличию стабилизатора напряжения. Пока входное напряжение достаточно велико, выходное напряжение будет постоянным даже при больших пульсациях выпрямленного напряжения.

2.8 Чтобы увидеть пульсации на выходе стабилизатора, необходимо увеличить масштаб, выбрав, например, 10mV/Div (10мВ/дел.). При такой настройке сигнал 15 В постоянного тока окажется вне экрана осциллографа. Чтобы увидеть переменную составляющую сигнала, переключим осциллограф на режим АС. Чтобы увидеть пульсации, еще более увеличим масштаб для канала А. Выберем значение 2mV/Div (2мВ/дел.). изменив настройку Смещение Y, немного сдвинем кривую вниз. Видно, что пульсация на выходе очень мала по сравнению с пульсацией сглаженного напряжения (на конденсаторе фильтра).

Чтобы понять, как влияет пульсация на входе на выходную пульсацию, надо изменить параметр Развертка. Выберем значение 2ms/Div (2мс/дел.) Также изменим масштаб и параметр Смещение Y для канала А.

2.9 Чтобы отобразить пульсацию на входе, изменим настройки: режим АС и масштаб 2V/Div (2В/дел.) для канала В. Видно, что пульсации нВ входе и выходе практически совпадают.

Рис.4

 

Если установить параметр Смещение Y для канала А в ноль, две кривые совпадут друг с другом. Так как осциллограммы имеют на экране одинаковую амплитуду, а масштаб В/дел. для канала В в 400 раз больше, чем для канала А, делаем вывод, что пульсации на выходе регулятора в 400 раз меньше пульсаций на входе.

Отношение между пульсациями на выходе и входе называется коэффициентом сглаживания пульсаций. В децибелах он определяется как:

К_сгл = 20log₁₀(∆Vin/∆Vo).

В нашем примере отношение ∆Vin/∆Vo составляет 400, что соответствует 52 дБ. В справочных данных компании National Semiconductor на микросхему LM7815C указано, что коэффициент сглаживания имеет минимальное значение, равное 54 дБ, и стандартное значение, равное 70дБ. Следовательно. Модель LM7815C программы Multisim дает значение, почти равное минимальному значению для компонента LM7815C по справочным данным National Semiconductor.

2.10 Чтобы проверить постоянную составляющую напряжения на выходе, можно использовать курсоры осциллографа или измерить напряжение на выходе мультиметром. Остановимь моделирование. Закроем окно осциллограф и подключим мультиметр.

Рис.5.

 

Выполним моделирование. Дважды щелкнем по мультиметру, чтобы открылось его окно. Выберем опцию DC (Напряжение постоянного тока). Через некоторое время прибор покажет напряжение DC на выходе. В данном примере значение составляет 14,721 В.

В справочных данных компании National Semiconductor на LM7815C указано, что выходное напряжение находится в диапазоне от 14,4 до 15,6 В. Следовательно, полученные значения находятся в допустимом диапазоне.