Заняття гуртка. "Параметричний стабілізатор. Принцип дії, основні характеристики та застосування. Розрахунок параметричного стабілізатора."

 

ОК № __ заняття в гуртку

«Радіоелектронне конструювання».

«___» _______202__ року.

 

ТЕМА. Параметричний стабілізатор. Принцип дії, основні характеристики

та застосування. Розрахунок параметричного стабілізатора.

 

Практична робота. 

 

ОСВІТНЬО - ВИХОВНІ ЗАВДАННЯ:

 

Навчальна мета.  Продовжити формувати в учнів знання про джерела живлення - стабілізацію в  них вихідної напруги. Забезпечити засвоєння знань про параметричний стабілізатор, принцип дії, застосування, розрахунок параметричного стабілізатора.

Розвиваюча мета. Дати додаткові знання про стабілізацію напруги мережних блоків живлен-ня  параметричними стабілізаторами.

Виховна мета.  Продовжити виховання працьовитості,  ініціативності, діловитості, майстерності.

Формування навичок та умінь: продовжити формувати знання та вміння застосовувати набуті знання в радіоелектронному конструювання. 

 

ТИП ЗАНЯТТЯ: засвоєння нових знань, умінь та практичних навичок, формування нових умінь та навичок та їх застосування.

 

МЕТОДИ ТА ПРИЙОМИ.

Інформативно - рецептивний та навчально-дослідницький.

 

МЕТОДИЧНО-ДИДАКТИЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ТА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ:

 

1.      Конспект.
2.      Комп’ютер.
3.      Стабілітрони та стабілізатори напруги, мережні блоки живлення зі стабілізацією вихідної напруги.
4.      Принципові схеми параметричних стабілізаторів напруги.
5.      Довідникова література.
6.      Навчальні матеріали для виконання практичних робіт.

 

 СТРУКТУРА ЗАНЯТТЯ:

І. Організаційний момент.

ІІ. Повідомлення теми та поставленої мети уроку.

ІІІ.  Актуалізація опорних знань учнів.

 

ОСНОВНА ЧАСТИНА.

 

ІV. Викладення нового матеріалу за планом:

 

1. Загальні відомості про стабілізатори.
2. Стабілізатори напруги і струму.
3. Стабілізатори постійної напруги
4. Стабілітрон
5. Параметричний стабілізатор постійної напруги
6. Розрахунок параметричного стабілізатора напруги.
7. Переваги і недоліки параметричного стабілізатора напруги

 

 

V. Узагальнення і закріплення теми, яка вивчається.

VI. Виконання практичної роботи.

VII. Підведення підсумків заняття.

 

ОСНОВНА ЧАСТИНА

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

 

• Охарактеризуйте призначення та основні характеристики джерел електроживлення.
• За якими ознаками засоби електроживлення поділяють на первинні та вторинні?
• Яку роль виконує стабілізатор напруги ?
• Як поділяються стабілізатори?
• Поясніть призначення стабілізаторів напруги в схемах джерел живлення.
• Визначте поняття коефіцієнта пульсацій та коефіцієнта згладжування. В чому їх принципова відмінність?

 

IV. Викладення нового матеріалу

 

1. Загальні відомості про стабілізатори.

 

Стабілізатором називають, пристрій, за допомогою якого вихідна величина підтримується незмінною при зміні вхідної величини у певних межах. У техніці стабілізувати можна будь яку величину, в електронних схемах, стабілізують величину напруги (постійної або змінної) та величину струму.

Стабілізатори класифікують за наступними ознаками:

•    за призначенням (стабілізатори напруги, струму, швидкості);
•    за конструкцією (може бути електронні, напівпровідникові, газорозрядні, феромагнітні, електромагнітні та інш.);
•    за принципом дії (параметричні та компенсаційні).

 

Робота будь якого стабілізатора характеризується наступними основними показниками:

1-коефіцієнт стабілізації - це відношення відносної зміни вхідної величини до відносної зміни вихідної величини:

 

2. Стабілізатори напруги і струму

Стабілізатором називається пристрій, який призначений для підтримання стабільності (незмінності) напруги чи струму живлення в заданих межах. Вони поділяються на стабілізатори напруги і струму.

Стабілізатори напруги характеризуються коефіцієнтом стабілізації напруги

Стабілізатор струму характеризується коефіцієнтом стабілізації струму

За принципом стабілізації стабілізатори поділяють на параметричні, компенсаційні (аналогові) і імпульсні.

 

3.    Стабілізатори постійної напруги

Якість роботи електронної схеми в значній мірі залежить від стабільності напруги джерела живлення і значення його вихідного опору.

Напруга на виході пристроїв електроживлення може змінюватися у досить широких межах під дією різних дестабілізуючих факторів.

Головними з них є:

1) коливання рівня напруги у мережі живлення;

2) зміни струму навантаження;

3) зміна умов навколишнього середовища, насамперед температури.

Напруга живлення  повинна залишатися сталою при зміні напруги і частоти мережі, а також при допустимих коливаннях температури, вологості, атмосферного тиску оточуючого середовища.

Відношення зміни напруги ∆U до її номінального значення U називається нестабільністю напруги Uн. = ∆U/U. Для живлення багатьох споживачів потрібна напруга, яка має невелику нестабільність. Тому часто між випрямлячем і навантаженням (споживачем) ставлять пристрій, який автоматично підтримує сталу напругу на навантаженні. Такий пристрій називається стабілізатором напруги.

 

Щоб ці фактори не впливали на роботу електричних пристроїв, застосовують стабілізатори.

 

Стабілізатор напруги є важливою ланкою в будь-якому джерелі живлення. Від стійкості та стабільності живлячої напруги багато в чому залежить надійність роботи і довговічність всього пристрої.

Для живлення радіоелектронних пристроїв і радіоелектронної апаратури (РЕА) зазвичай застосовують стабілізатори двох видів: параметричні на стабілітронах та компенсаційні на інтегральних мікросхемах. Численні різновиди транзисторних стабілізаторів напруги, які публікувалися в 1980-х роках, зараз вже не актуальні. Причина банальна – якщо потрібно максимально дешевий виріб, то ставлять стабілітрон, а якщо потрібен високий коефіцієнт стабілізації і захист від перевантажень, то ставлять малогабаритну інтегральну мікросхему.

 

Стабілітрон – основна складова параметричного стабілізатора (Рис.1.).

 

4. Параметричний стабілізатор постійної напруги

В параметричних стабілізаторах постійної напруги використовуються прилади з нелінійною залежністю напруги від струму навантаження – стабілітрони.

 

Параметричні стабілізатори на кремнієвому стабілітроні не дозволяють регулювати вихідну напругу, не забезпечують високого коефіцієнта стабілізації і великих   значень струмів навантаження. Такі стабілізатори переважно застосовуються в якості              Рис.1.

 джерел опорної напруги в більш потужних компенсаційних стабілізаторах.

 

Основним елементом, що забезпечує постійність напруги на виході стабілізатора є стабілітрон D з вольт-амперною характеристикою, що показана на рис.2.1.

 

Робочою ділянкою стабілітрона є ділянка АБ вольт-амперної характеристики. Лише для цієї ділянки при зміні струму через стабілітрон в межах від        I _{cт. min} до I_{ст. max} напруга на ньому практично незмінна і близька до U.

 

 

     Рис.2.1.  

Схема найпростішого параметричного стабілізатора напруги зображена на рис.2.2. За допомогою такого стабілізатора, у якому застосовується напівпровідниковий стабілітрон VD, можна одержувати стабілізовану напругу від декількох сотень вольтів при струмах від одиниць міліамперів до одиниць амперів.

Стабілітрон у параметричному стабілізаторі включають паралельно навантажувальному резистору R_н. Послідовно зі стабілітроном для створення необхідного режиму роботи включають баластовий резистор R_б.                                                                                                                                                                                                                                                              Рис.2.2

 

 

 Розрахунок параметричного стабілізатора

     

Вихідними даними для розрахунку стабілізаторів є:

- номінальна вихідна напруга Uвих, В;

- номінальний струм навантаження, Ін, А;

- допустиме відносне відхилення вхідної напруги стабілізатора в бік збільшення а_вх і зменшення b_вх, %;

- допустиме відносне відхилення вихідної напруги стабілізатора від номінального значення в бік збільшення а_вих і зменшення b_вих, %;

- допустиме відносне відхилення струму навантаження від номінального значення в бік збільшення с і зменшення d, %.

 

1. Вибираємо тип стабілітрона. Вибір здійснюється на основі отриманих даних розрахунку Uвих, Ін, а_вих, b_вих. З довідників вибираємо наступні параметри стабілітрона:

• напругу стабілізації Uст, В;
• номінальний, мінімальний та максимальний струми стабілізації І_ст, І_ст.min, І_ст.max, А;
• диференційний опір стабілізації r_ст, Ом.

 

2. Необхідне значення коефіцієнта стабілізації напруги знаходиться з виразу:

 

6. Переваги і недоліки параметричного стабілізатора напруги

Переваги:

• Максимальна простота схеми та низька вартість.
• Висока надійність.
• Мала кількість деталей.

 

Недоліки:

• Низький ККД: велика частина енергії розсіюється у вигляді тепла на баластному резисторі.
• Мала потужність: підходить лише для слабкострумових навантажень (зазвичай до 10-50 мА).
• Залежність від температури: параметри можуть змінюватися при нагріванні.

 

Для розширення меж струму навантаження ПСН використовують однотранзисторні послідовні стабілізатори.

Схема однотранзисторного параметричного стабілізатора напруги (Рис. 2.3)

Вмикання транзистора послідовно з навантаженням за рахунок ефекту підсилення збільшує стабільність вихідної напруги і значно розширює межі струму навантаження, оскільки транзистор ввімкнутий як емітерний повторювач.

   Рис. 2.3

V. Узагальнення і закріплення теми, яка вивчається.

 

Основні характеристики та недоліки параметричного стабілізатора.

• Коефіцієнт стабілізації (Kст.): показує, наскільки ефективно пристрій зменшує вплив змін вхідної напруги на вихідну (чим вищий, тим краще).
• Ефективність (ККД): зазвичай низька, бо значна частина енергії розсіюється на баластному опорі та самому стабілітроні.
• Діапазон: обмежений струмом, який може проходити через стабілітрон, і потужністю розсіювання.
• Недолік: не може працювати з великими коливаннями вхідної напруги або значними змінами навантаження, оскільки вимагає постійного струму через себе. 

 

Параметричні стабілізатори використовуються у малопотужних вузлах електронних схем: для створення опорної напруги, живлення окремих мікросхем або як попередній каскад стабілізації. Для живлення потужних пристроїв використовують інтегральні лінійні або імпульсні стабілізатори.

 

Запитання для самоконтролю

1. Яку роль виконує стабілізатор напруги ?
2. Що  компенсує всі зміни вхідної напруги в параметричному стабілізаторі?
3. Що таке стабілітрони, які вони бувають?
4. Навести характеристики стабілітронів.
5. Пояснити принцип дії параметричних стабілізаторів постійної напруги.
6. Які переваги та недоліки параметричних стабілізаторів постійної напруги?.
7. Де використовуються параметричні стабілізатори напруги?

 

Практичне завдання.

1. Накреслити схему трансформаторного джерела живлення з фільтруючим конденсатором та параметричним стабілізатором вихідної напруги.

2. Розв’язати тестові завдання по темі «Параметричний стабілізатор».

 

ІV. Виконання практичної роботи.

V. Підведення підсумків заняття.

 Аналіз виконання практичних робіт. Визначення необхідної матеріальної бази на наступне заняття.

 

 

Тестові завдання Тема: ДЖРЕЛА ЖИВЛЕННЯ. Стабілізатор

«__»____ 2025 р.

Учень

Прізвище та ім’я учня

Сума балів:

№ запитання

Запитання

Варіант відповіді

№ відповіді

Бали за запитання

Рік навчання

Який вигляд має сигнал на виході електричної схеми, якщо на її вхід надходить сигнал синусоїдальної форми

1*

2*

2

1

3*

4*

На малюнку зображено діаграму напруги на виході випрямляча…

1*  Двопівперіодного мостового

1

1

2*  Однопівперіодного

3*  Двопівперіодного з середньою точкою обмотки трансформатора

4*  Трифазного однопівперіодного

Який пристрій перетворює змінний струм в постійний?

1* Модулятор

2* Випрямляч

2

1

3* Детектор

4* Генератор

Який струм дає випрямляч?

1* Змінний

2* Постійний

2

1

3* Постійний пульсуючий

3*

Для зменшення пульсацій випрямленого струму призначений

1* Вентиль

2* Фільтр

3* Стабілізатор

4* Каскад

Постійна складова випрямленої напруги у схемі двопівперіодного однотактного випрямляча

1* U0=0,45 U2

2* U0=1,41 U2

2

1

3* U0=2,82 U2

4* U0=0,9 U2

Яким чином має бути увімкнений стабілітрон в електричне коло, аби  він міг стабілізувати напругу?

1*  Паралельно діодному містку

2* Анодом до + випрямляча

3* Послідовно з баластним резистором  до випрямляча

4*Паралельно до конденсатора Сф, анодом до «-» випрямляча

Стабілізатори напруги – це

1* електронні пристрої для регулювання вихідної напруги

2* електронні пристрої, призначені для підтримання сталого значення напруги на виході схеми з

2

2

3* електронні  пристрої для підвищення вихідної напруги

4* електронні пристрої для обмеження вихідного струму

Навіщо в схемі параметричного стабілізатора потрібен резистор Rб?

1*Для падіння вхідної напруги при її збільшенні

2* Для регулювання напруги стабілізації

1

2

3* Для зменшення вхідної напруги на випрямлячі

4* Для регулювання вихідної напруги

На схемі зображено

1*. Однопівперіодний випрямляч.

2*. Фільтр для випрямляча

3

2

3*. Параметричний стабілізатор

4*. Електричне коло

На схемі представлено…

1*. Параметричний стабілізатор

2. Імпульсний блок живлення

3

2

3. Стабілізоване джерело живлення

4.Джерело живлення з двопівперіодним випрямлячем із середнім виводом

Від чого залежить номінальне значення вихідної напруги параметричного стабілізатора?

1*  Від баластного резистора

2* Від параметрів стабілітрона

3* Від випрямляча

4* Від параметрів трансформатора

Пристрої, що автоматично підтримують у заданих  межах напругу чи струм на боці споживача електричної енергії за впливів дестабілізуючих чинників (змінювання напруги мережі живлення, струму навантаження, умов навколишнього середовища – температури, тиску, часу тощо), називаються

1* Стабілізаторами

2* Трансформаторами

1

1

3* Фільтрами

4* Випрямлячами

 

 

Керівник гуртка    Б. Смичок.