| 8,7 → 8,7 |
|---|
| \oddsidemargin 0cm |
| \pagestyle{empty} |
| \begin{document} |
| \title{Pulsní generátor a osciloskop} |
| \title{Lineární stabilizátor napětí} |
| \author{Jakub Kákona, kaklik@mlab.cz} |
| \date{5.9.2010} |
| \maketitle |
| 17,23 → 17,104 |
|---|
| \end{abstract} |
| |
| \section{Úvod} |
| Cílem úlohy je procvičit techniku měření napětí a proudu v obvodové struktuře, měření vnitřní impedance zdroje. Prakticky si ověřit rozdíl v charakteristice napěťového a proudového zdroje. Bloková struktura zpětnovazebního regulačního obvodu. |
| |
| \begin{enumerate} |
| \item S pomocí osciloskopu nastavte generátor pulsů tak, aby generoval kladné pulsy o amplitudě 2 Volty, délce 10 mikrosekund s opakovací frekvencí 2 kHz. |
| \item Popište podrobně nastavení všech nastavovacích prvků osciloskopu pro jednotlivá měření: citlivost Y, rychlost přeběhu, zdroj a úroveň spouštění, úroveň, vazba, režim, … |
| \item Zobrazte detailně nástupní a sestupnou hranu impulsu, změřte jejich délky. Popište opět podrobně nastavení všech nastavovacích prvků osciloskopu pro jednotlivá měření. |
| \item Nakreslete blokové schéma integrovaného stabilizátoru napětí MA7805 (bez obvodů tepelné a proudové ochrany) vysvětlující princip jeho funkce. |
| \item Seznamte se s mezními povolenými hodnotami parametrů obvodu v katalogovém listě součástky a uveďte v protokolu k úloze ty, které jsou podstatné pro realizaci úlohy. |
| \item Prověřte funkci stabilizátoru napětí ve standardním zapojení pro proudy zátěží 0 mA, 10 mA, 100 mA a 300-600 mA. To je závislost výstupního napětí na velikosti těchto proudů. Uveďte schéma zapojení a stanovte vnitřní odpor takto realizovaného zdroje napětí pro rozsah proudů 0-max. měřený. |
| \item Změřte závislost klidového proudu I(0) (proud obvodem mezi vývody B-C v rozsahu napětí 2 až 12 V, při nezapojeném E na napájecím napětí U(BC) a stanovte minimální napětí U(BC), při kterém pracuje obvod jako zdroj proudu. V protokolu uveďte schéma zapojení, které jste použili. |
| \item Navrhněte velikost odporu R(0) v zapojení dle obr. 1 tak, aby zapojení pracovalo jako zdroj proudu o velikosti 25 mA. Vysvětlete funkci zapojení a uveďte vztah pro velikost proudu I tekoucího do zátěže Rz. |
| \item Prověřte měřením správnost tvrzení, že uvedené zapojení pracuje jako zdroj proudu. Nakreslete graf závislosti napětí na odporu R(z) na velikosti odporu R(z) v rozsahu 0 až 1000 Ohmů. Porovnejte naměřené výsledky s teoreticky ideálním případem proudového zdroje. Uveďte rozsah velikostí odporu zátěže, ve kterém zapojení funguje jako zdroj proudu a vysvětlete omezení. |
| \end{enumerate} |
| |
| \section{Rozbor úlohy} |
| Linearní napětový stabilizátor obvykle obsahuje prvek s proměnným odporem (spínací tranzistor) chybový zesilovač (Error amplifier) a referenční zdroj napětí, který se porovnává vůči skutečnému výstupnímu napětí a rozdíl těchto hodnot slouží jako regulační veličina pro spínací tranzistor. |
| |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=100mm]{LVR.jpg} |
| \end{center} |
| |
| Výkonové parametry lineárního stabilizátoru závisí na vlastnostech spínacího prvku tj. na jeho maximální výkonové zatížitelnosti a průrazném napětí. Kvalita stabilizace naopak závisí na parametrech zpětnovazební smyčky, tedy šířce pásma chybového zesilovače, jeho přesnosti, teplotní stability, hodnotě šumu a dalších vlastnostech. Námi měřený integrovaný stabilizátor MA7805 má mezní zatížitelnost 1A @ 35V. |
| |
| \section{Postup měření} |
| pro zapojení jako zdroj proudu 25mA a výstupní napětí stabilizátoru 5,08V vychází hodnota stabilizačního odporu 203,2 Ohm, tuto hodnotu by ale bylo nutné nakombinovat z více paralelních odporů. Nejsnáze dostupný je ale odpor 178Ohm pro který by výstupní proud měl být 28,5mA. |
| |
| \begin{center} |
| \includegraphics[width=100mm]{Pulsni_generator.png} |
| \end{center} |
| |
| Ověření stabilizace výstupního napětí bylo provedeno, zapojením stabilizátoru podle katalogového zapojení s vynecháním. Tlumících kondenzátorů na vstupu a výstupu. Naměřené hodnoty jsou následující: |
| |
| \begin{table}[htbp] |
| \begin{center} |
| \label{stabilizace} |
| \begin{tabular}{|c|c|} |
| \hline vystupni proud[mA] & vystupni napeti[V] \\ \hline |
| 0 & 5,08 \\ \hline |
| 9,23 & 5,08 \\ \hline |
| 88,6 & 5,06 \\ \hline |
| 110 & 5,06 \\ \hline |
| 216 & 5,06 \\ \hline |
| \end{tabular} |
| \end{center} |
| \caption{stabilizace MA7805} |
| \end{table} |
| |
| Z tabulky \cite{stabilizace} je vidět, že hodnota vnitřního odporu se pro tyto výstupní proudy velmi blíží nule. |
| |
| Dále byl měřen svodový proud stabilizátoru a to v podstatě ve stejném zapojení ale byla odpojena zátěž, aby neovlivňovala měření. Následně se v krocích zvyšovalo vstupní napětí stabilizátoru. |
| |
| |
| \begin{table}[htbp] |
| \begin{center} |
| \label{prusak} |
| \begin{tabular}{|c|c|} |
| vstupni napeti na stabilizatoru[V] & vstupni proud[A] \\ \hline |
| 2 & 7,38e-5 \\ \hline |
| 4 & 1,47e-3 \\ \hline |
| 6 & 3,9e-3 \\ \hline |
| 8 & 4,8e-3 \\ \hline |
| 10 & 4,98e-3 \\ \hline |
| 12 & 4,98e-3 \\ \hline |
| \end{tabular} |
| \end{center} |
| \caption{Zbytkový proud MA7805} |
| \end{table} |
| |
| Z tabulky je vidět, že jako stabilizátor obvod začíná fungovat až ve chvíli kdy napájecí napětí přesáhne výstupní stabilizační napětí a postupně se začne otevírat regulační tranzistor, který zvýší svodový proud. |
| |
| Dále byla testována funkce v zapojení zdroje proudu. Pro zapojení jako zdroj proudu 25mA a výstupní napětí stabilizátoru 5,08V vychází hodnota stabilizačního odporu 203,2 Ohm, tuto hodnotu by ale bylo nutné nakombinovat z více paralelních odporů. Nejsnáze dostupný je ale odpor 178Ohm pro který by výstupní proud měl být 28,5mA. Bez samotného svodového proudu stabilizátoru. Následující tabulka ale obsahuje hodnoty včetně svodového proudu. |
| |
| |
| \begin{table}[htbp] |
| \begin{center} |
| \label{zdroj proudu} |
| \begin{tabular}{|c|c|c|} |
| Zátěžový odpor[Ohm] & proud[mA] & napeti na zatezi [V] \\ \hline |
| 0 & 0,0313 & 0 \\ \hline |
| 100 & 0,0313 & 3,7 \\ \hline |
| 200 & 0,0313 & 7 \\ \hline |
| 300 & 0,0313 & 10,6 \\ \hline |
| 400 & 0,0313 & 14 \\ \hline |
| 500 & 0,0313 & 17,2 \\ \hline |
| 600 & 0,0313 & 20,4 \\ \hline |
| 700 & 0,0276 & 21 \\ \hline |
| 800 & 0,024 & 21,4 \\ \hline |
| 900 & 0,0221 & 22 \\ \hline |
| 1000 & 0,0203 & 22,2 \\ \hline |
| \end{tabular} |
| \end{center} |
| \caption{Funkce MA7805 v zapojení zdroje proudu} |
| \end{table} |
| |
| Je vidět, že zapojení funguje správně až do doby kdy napětí nutné k udržení konstantní hodnoty výstupního proudu se začne přibližovat napájecímu napětí. V té chvíli obvod přestává pracovat, protože lineární stabilizátor má nenulový vlastní úbytek napětí. |
| |
| \begin{figure} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=150mm] {graf.png} |
| \end{center} |
| \caption{Závislost napětí na zátěži na jejím odporu.} |
| \end{figure} |
| |
| \section{Závěr} |
| Vyzkoušeli jsme si práci s osciloskopem a nastavení jeho součástí, jako trigger časová základna vstupní zesilovač atd. A použili funkci měření pomocí kurzorů k odečtení základních parametrů jednoduchého obdélníkového pulsu. |
| Prověřili jsme základní charakteristiky reálného lineárního stabilizátoru napětí a demonstrovali jeho omezení. |
| |
| \begin{thebibliography}{99} |
| \bibitem{manial}{manual k osciloskopu} \href{http://space.fjfi.cvut.cz/web/blazej/bigfiles/tds3032b.pdf}{http://space.fjfi.cvut.cz/web/blazej/bigfiles/tds3032b.pdf} |
| |
| \end{thebibliography} |
| \end{document} |