Úloha 1: Zapojení integrovaného obvodu MA 7805 jako zdroje napětí a zdroje proudu

Transkript

1 Úloha 1: Zapojení integrovaného obvodu MA 7805 jako zdroje napětí a zdroje proudu ELEKTRONICKÉ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE Číslo úlohy: 1 Autor: František Batysta Datum měření: 18. října 2011 Ročník a kroužek: 1. NMS, OF Datum zpracování: 24. října 2011 Spolupracoval: 1 Úkoly 1. Nakreslete blokové schéma integrovaného stabilizátoru napětí MA7805 (bez obvodů tepelné a proudové ochrany) vysvětlující princip jeho funkce. 2. Seznamte se s mezními povolenými hodnotami parametrů obvodu v katalogovém listě součástky a uved te v protokolu k úloze ty, které jsou podstatné pro realizaci úlohy. 3. Prověřte funkci stabilizátoru napětí ve standardním zapojení pro proudy zátěží 0 ma, 10 ma, 100 ma a ma. To je závislost výstupního napětí na velikosti těchto proudů. Uved te schéma zapojení a stanovte vnitřní odpor takto realizovaného zdroje napětí pro rozsah proudů 0-max. měřený. 4. 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 uved te schéma zapojení, které jste použili. 5. Navrhněte velikost odporu R(0) v zapojení dle obr. 1 tak, aby zapojení pracovalo jako zdroj proudu o velikosti 10 ma. Vysvětlete funkci zapojení a uved te vztah pro velikost proudu I tekoucího do zátěže R(z). 6. 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 3000 Ohmů. Porovnejte naměřené výsledky s teoreticky ideálním případem proudového zdroje. Uved te rozsah velikostí odporu zátěže, ve kterém zapojení funguje jako zdroj proudu a vysvětlete omezení. 2 Pomůcky 1. zdroj stejnosměrného napětí 2. stabilizátor napětí MA voltmetr, ampérmetr 4. sada rezistorů 5. sada vodičů 1

2 3 Vypracování 3.1 úkol 1 Blokové schéma integrovaného obvodu MA7805 je uvedeno na obrázku 1. Obrázek 1: Blokové schéma integrovaného obvodu MA7805 bez vyznačených ochranných prvků. 3.2 úkol 2 Nejdůležitější mezní parametr pro realizaci úlohy je maximální vstupní napětí. Spolu s povolenými teplotami skladování a přechodu je uvedeno v tabulce 1. Vstupní napětí teplota skladování teplota přechodu 35 V K K Tabulka 1: Mezní hodnoty podstatné pro realizaci úlohy. 3.3 úkol 3 Ověřili jsme funkci stabilizátoru napětí ve standardním zapojení viz obrázek 2. Vstupní napětí bylo zvoleno 12 V. Měřené napětí na zátěžovém odporu se stabilizovalo okolo hodnoty 4.8 V. Kompletní zápis měření je uveden v tabulce 2. Obrázek 2: Schéma zapojení k úloze 3. 2

3 I zad. [ma] R zad. [Ω] R L [Ω] I ocek. [ma] U skut. [V ] I skut. [ma] Tabulka 2: Tabulka závislosti výstupního napětí na velikosti proudů. Ve sloupcích je postupně uvedeno: Zadaný proud; odpovídající velikost odporu; skutečně použitý odpor; očekávaný proud; změřené napětí, změřený proud. Vnitřní (diferenciální) odpor stabilizátoru lze vyjádřit vztahem R = U I, (1) kde U je přírůstek napětí odpovídající změně měřeného proudu v obvodu I. Pro napětí odpovídající proudům 0 a 400 ma vyšel vnitřní odpor 3.4 úkol 4 R vnit = 1.3Ω. Schéma zapojení ve 4. úloze je uvedeno na obrázku 3. Obrázek 3: Schéma zapojení k úloze 4. Závislost klidového proudu na vstupním napětí je shrnuta v tabulce 3 a grafu 4. U in / V I 0 / ma U in / V I 0 / ma Tabulka 3: Závislost klidového proudu na vstupním napětí 3

4 Obrázek 4: Graf závislosti klidového proudu na vstupním napětí. Z grafu 4 je vidět, že obvod začíná pracovat jako zdroj proudu již při vstupním napětí 7 V. 3.5 úkol 5 Zapojení podle schématu 5 slouží jako zdroj proudu o nastavitelné velikosti. Princip stabilizátoru: svorka C poskytuje po přiložení napětí na BC stálý proud o velikosti 5.4 ma. V úloze 3 jsme ověřili, že MA7805 udržuje stálé napětí na odporu R 0. Velikostí tohoto odporu lze ladit proud vytékající proud ze svorky E. Celkově, vhodnou volbou odporu R 0 dostaneme (sečtením proudů na základě Kirchhofových zákonů) laditelný zdroj proudu (kde minimální nastavitelný proud odpovídá klidovému proudu I 0 ). Obrázek 5: Schéma zapojení k úloze 5. Velikost odporu R 0 určíme z následujícího vztahu: První vztah přitom vyjadřuje proud protékající zátěží R z. 3.6 úkol 6 I z =I 0 + U CE R 0 (2) R 0 = U CE = = 1085Ω. (3) I Z I Obvod 5 byl otestován pro deset různých velikostí zátěžového odporu v rozmezí 24 Ω až 1000Ω. Z tabulky 4 a z vynesené závislosti napětí U z na proudu I z plyne, že v uvedeném rozsahu odporů se zapojení chová jako téměř ideální zdroj proudu. 4

5 R Z / Ω U Z / V A Z / ma Tabulka 4: Závislost napětí a proudu na zátěžovém odporu. Obrázek 6: Závislost velikosti napětí (na svorkách zátěžového odporu) na velikosti zátěžového odporu. Regresní křivka dobře odpovídá protékajícímu proudu 10.4 ma. 4 Závěr 1. Příslušné schéma je na obrázku Mezní hodnoty součástky jsou v tabulce Napětí na odporu bylo při zapojení uvedeném ve schématu 2 stabilizováno na hodnotě přibližně 4.8 V. Závislost změřeného napětí na velikosti protékajícího proudu je uvedena v tabulce 2. Diferenciální odpor součástky byl stanoven na -1.3 Ω. 4. Měření probíhalo podle schématu 3. Závislost klidového proudu na vstupním napětí je uvedena na obrázku 4. Velikost minimálního vstupního napětí, při kterém obvod pracoval jako zdroj proudu, je 7 V. 5. Vysvětlili jsme funkci stabilizátoru proudu obvodu z obrázku 5. Odpor R 0, při kterém se proud na spotřebiči stabilizoval na 10 ma byl stanoven na 1085 Ω. 6. Proměřili jsme funkčnost obvodu 5 pro zátěžové odpory o velikosti 40 Ω až 1 kω. V tomto rozmezí (při vstupním napětí 24 V) se proud velice dobře stabilizoval v rozmezí 10.2 až 10.4 ma (viz tabulka 4). Proud protékající spotřebičem získaný přímým měřením (10.4 ma ) souhlasí se směrnicí závislosti napětí na velikosti odporu (viz obr. 6). 5