1

LABORATORIUM

Scalony stabilizator napięcia typu 723

Część I

Układy sprzężeń zwrotnych i źródeł napięcia odniesienia

Opracował:

dr inż. Jerzy Sawicki

Wymagania, znajomość zagadnień:

1. Znajomość schematów, zasady działania i przeznaczenia poszczególnych elementów szeregowych

stabilizatorów napięcia ze wzmacniaczem błędu i ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

2. Schemat blokowy oraz podstawowe parametry scalonego stabilizatora napięcia typu LM723.

3. Właściwości źródła napięcia odniesienia typu LM285 oraz wewnętrznego źródła napięcia odniesienia w

układzie LM723.

4. Definicje podstawowych parametrów charakteryzujących stabilizatory napięcia.

Literatura:

1. Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki, część 1. 2001.

2. Borkowski A.: Zasilanie urządzeń elektronicznych, 1990.

3. Borkowski A.: Układy scalone w stabilizatorach napięcia stałego, 1985.

4. Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe, 2009.

5. Karta katalogowa układu scalonego LM723, Texas Instruments (dostępna w Internecie).

6. Karta katalogowa układu scalonego LM285-1.2, National Semiconductor (dostępna w Internecie) .

2

PODSTAWOWE INFORMACJE O UKŁADZIE SCALONYM TYPU LM723

Podstawowe elementy wchodzące w skład układu scalonego typu 723 (IC Voltage Regulator)

Układ wyprowadzeń układu scalonego typu 723 w obudowie PDIP i CDIP

Uwaga: wszystkie badane w ćwiczeniu stabilizatory napięcia wykorzystują układ scalony typu LM723 oraz

niewielką liczbę elementów zewnętrznych umieszczonych na wspólnej płytce PCB. Widok rozmieszczenia

elementów na płytce oraz wykaz elementów znajdują się w załączniku na końcu niniejszej instrukcji.

Vref

in(+)

ERROR AMPLIFIER

in(-)

V+

V-

VOLTAGE REFERENCE AMPLIFIER

TEMPERATURE COMPENSATED

ZENER

CURRENT LIMIT

CURRENT SENSE

CURRENT LIMITER

FREQUENCY COMPENSATION

SERIES PASS TRANSISTOR

Vout

Vz

Vc

3

A. Stabilizator napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym.

Rys. 1. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania

(na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego).

1. Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 2) zwracając szczególną uwagę na prawidłową

biegunowość napięcia wejściowego Uin z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu

zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski CS i CL tranzystora T2).

Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1A.

Rys. 2. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu (Error Amplifier) wykorzystano pełną wartość napięcia odniesienia Vref1 oraz podzielone (dzielnik napięcia R7, R8) napięcie wyjściowe Uo.

2. Ustawić wartość napięcia Uin = 15 V i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących

punktach stabilizatora:

Uin = Vcc [V] Uo [V] Vout [V] UF [V] Vref1 [V]

Porównać otrzymane wyniki pomiarowe Uo i UF z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na

podstawie wartości elementów R7 i R8.

3. Zastosować obciążenie Ro (dekada rezystorów) w zakresie od 10kΩ do 1kΩ i zbadać charakterystykę

wyjściową stabilizatora Uo=f(Iout). Określić rezystancję wyjściową stabilizatora rout=ΔUo/ΔIo, podczas

stabilizacji napięcia.

4. Zmierzyć zmianę napięcia wyjściowego stabilizatora ΔUo wywołaną podwyższeniem napięcia

wejściowego o ΔUo=5V, czyli do 20V. Obliczyć na tej podstawie parametr IR stabilizatora

Rf

GND Feedback

V

OUTPUT

C3

T1

T2

CS CL

C4

Ck2

Ck1

ERROR AMP.

Vout

Rw

R8

R7

A

Ro

Uo

Vref1

C2

V+

+Vcc

Cf2 Cf1

INT. REF.

V+ Uin GND

C1

Uin

INPUT

T

RA

RB

Error

Feedback

Error Amplifier

4

B. Stabilizator napięcia ze wzmacniaczem błędu, obniżoną wartością napięcia odniesienia

oraz zabezpieczeniem przeciążeniowym.

Rys. 3. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania

(na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego).

1. Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 4) zwracając szczególną uwagę na prawidłową

biegunowość napięcia wejściowego Uin z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu

zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski CS i CL tranzystora T2).

Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1A.

Rys. 4. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem

przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu (Error Amplifier) wykorzystano podzielone

(dzielnik napięcia R2, R3) napięcie odniesienia Vref1 oraz pełne napięcie wyjściowe Uo.

2. Ustawić wartość napięcia Uin = 15 V i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących

punktach stabilizatora:

Uin = Vcc [V] Uo [V] Vref1 [V] U(-) [V] U(+) [V]

Porównać otrzymane wyniki pomiarowe Uo i U(+) z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na

podstawie wartości elementów R2 i R3.

3. Zastosować obciążenie Ro (dekada rezystorów) w zakresie od 10kΩ do 1kΩ i zbadać charakterystykę

wyjściową stabilizatora Uo=f(Iout). Sporządzić wykres charakterystyki wyjściowej. Określić

rezystancję wyjściową stabilizatora.

4. Zmierzyć zmianę napięcia wyjściowego stabilizatora ΔUo wywołaną podwyższeniem napięcia

wejściowego o ΔUo=5V, czyli do 20V. Obliczyć na tej podstawie parametr IR stabilizatora

Uin GND

C1

Uin

INPUT

V

OUTPUT

C3

GND

A

Ro

Uo

R3

R2

C2

T1

Vout

Rw

Vref1

Feedback

U(-)

T2

CS CL

C4

Ck2

Ck1

ERROR AMP.

V+

+Vcc

U(+)

V+ Rf

Cf2 Cf1

T

RD

RE

Error

Feedback

Error Amplifier

INT. REF.

5

C. Stabilizator o regulowanej wartości napięcia wyjściowego ze wzmacniaczem błędu,

zewnętrznym napięciem odniesienia i zabezpieczeniem przeciążeniowym.

Rys. 5. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania

(na schemacie pominięto układ zabezpieczenia przeciążeniowego).

Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 6) zwracając szczególną uwagę na prawidłową

biegunowość napięcia wejściowego Uin z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia obwodu

zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski CS i CL tranzystora T2).

Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,1A.

Rys. 6. Schemat połączeń stabilizatora napięcia ze wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem

przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu wykorzystano podzielone (dzielnik napięcia P,

R6) napięcie wyjściowe Uo oraz relatywnie niskie napięcie odniesienia Vref2 z układu scalonego LM285.

1. Ustawić wartość napięcia Uin = 15 V i przy braku obciążenia oraz skrajnym górnym położeniu

suwaka potencjometru P, zmierzyć napięcia w następujących punktach stabilizatora:

Uin = Vcc [V] Uo [V] Vout [V] UF [V] Vref2 [V]

2. Zastosować obciążenie Ro o wartości 5 kΩ (dekada rezystorów) i zbadać zakres zmian napięcia

wyjściowego przy regulacji potencjometrem P (położenia skrajne i położenie środkowe). Porównać

otrzymane wyniki pomiarowe Uo z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na podstawie

wartości elementów R6 i P.

Rw

V

OUTPUT

C3

GND

+Vcc

A

Ro

Iout

Uo C2

R1

LM285

EXT. REF.

V+

P

R6

Vref2 T1

T2

CS CL

C4

Ck2

Ck1

ERROR AMP.

Vout

V+

Cf2 Cf1

UF

Rf Uin GND

C1

Uin

INPUT

T

P

Rx

Error Amplifier

α – położenie suwaka potencjometru P α zmienia się od 0 (dolne położenie suwaka) do 1 (górne położenie)

6

D. Stabilizator o regulowanej wartości napięcia wyjściowego z dodatkowym, zewnętrznym tranzystorem mocy, wzmacniaczem błędu, wewnętrznym napięciem odniesienia i zabezpieczeniem przeciążeniowym.

Rys. 7. Uproszczony schemat badanego układu stabilizatora z objaśnieniem zasady działania.

Zewnętrzny, w stosunku do układu LM723, tranzystor mocy Text tworzy wraz ze scalonym tranzystorem

Tint tzw. układ Darlingtona.

1. Połączyć układ stabilizatora napięcia (rys. 8) zwracając szczególną uwagę na prawidłową biegunowość

napięcia wejściowego Uin z zewnętrznego zasilacza oraz połączenia dodatkowego tranzystora mocy T3

i obwodu zabezpieczenia przeciążeniowego (zaciski CS i CL tranzystora T2 oraz rezystory Rsc1 i Rsc2).

Ograniczyć wydajność prądową zewnętrznego zasilacza do około 0,3A.

Rys. 8. Schemat połączeń stabilizatora napięcia z zewnętrznym, dodatkowym tranzystorem mocy, wzmacniaczem błędu i zabezpieczeniem przeciążeniowym. Do porównania we wzmacniaczu błędu wykorzystano pełną wartość napięcia odniesienia Vref1 oraz podzielone (dzielnik R7, R8) napięcie wyjściowe Uo.

2. Ustawić wartość napięcia Uin = 20 V i przy braku obciążenia zmierzyć napięcia w następujących

punktach stabilizatora:

Uin = Vcc [V] Uo [V] Vout [V] UF [V] Vref1 [V]

Porównać otrzymane wyniki pomiarowe Uo i UF z wynikami obliczeniowymi przeprowadzonymi na

podstawie wartości elementów R7 i R8.

3. Zastosować obciążenie Ro (laboratoryjny rezystor suwakowy) i zbadać charakterystykę wyjściową

stabilizatora Uo = f(Iout), nie przekraczać prądu wyjściowego ponad 200 mA. Sporządzić wykres

charakterystyki wyjściowej. Określić rezystancję wyjściową stabilizatora.

+Vcc

A

Ro

Uo

Vref1

C2

T3

Rsc1 Rsc2

Iout

R8

R7

Uo

T2

CS CL

C4

Ck2

Ck1

ERROR AMP.

V+

T1

C3

Uin GND

C1

Uin

INPUT

Tint

P

Rx

Error Amplifier

α – położenie suwaka potencjometru P

α zmienia się od 0 do 1

Text

Rf

Cf2 Cf1

INT. REF.

V+

V

OUTPUT

GND

7

ZAŁĄCZNIK

1. Rzeczywisty widok płytki do ćwiczenia laboratoryjnego.

2. Wykaz elementów umieszczonych na płytce.

US 1 - układ scalony LM723 lub jego odpowiednik, obudowa PDIP14

US 2 - układ scalony LM285-1.2, obudowa TO-92

T3 - tranzystor mocy BDP393 (npn), obudowa TO-220, radiator DO1A

T4 - tranzystor mocy BDP394 (pnp), obudowa TO-220, radiator DO1A

R1 - rezystor 10 kom, 0,125 W, 5%

R2 - rezystor 1,5 kom, 0,125 W, 5%

R3 - rezystor 1,3 kom, 0,125 W, 5%

R4 - rezystor 2,7 kom, 0,125 W, 5%

R5 - rezystor 5,6 kom, 0,125 W, 5%

R6 - rezystor 1 kom, 0,125 W, 5%

R7 - rezystor 2,7 kom, 0,125 W, 5%

R8 - rezystor 6,8 kom, 0,125 W, 5%

Rf - rezystor 100 om, 0,125 W, 5%

Rw - rezystor 43 om, 0,125 W, 5%

Rp - rezystor 62 om, 0,125 W, 5%

Rsc1 - rezystor 1 om, 1 W, 5%

Rsc2 - rezystor 2,2 om, 1 W, 5%

P - potencjometr 10 kom, A liniowy

C1 - kondensator elektrolityczny 220 µF/50V

C2 - kondensator ceramiczny 47 nF/50V

C3 - kondensator elektrolityczny 100 µF/50V

C4 - kondensator ceramiczny 47 nF/50V

Cf1 - kondensator ceramiczny 47 nF/50V

Cf2 - kondensator elektrolityczny 100 µF/50V

Ck1 - kondensator ceramiczny 100 pF/50V

Ck2 - kondensator ceramiczny 1 nF/50V