´ Uloha 1: Zapojen´ı integrovan´ eho obvodu MA 7805 jako zdroje napˇ et´ı a zdroje proudu ´ PRAKTIKUM FJFI CVUT ˇ ELEKTRONICKE V PRAZE ˇ ıslo u C´ ´ lohy: Datum mˇ eˇ ren´ı: Datum zpracov´ an´ı:
1
1 18. ˇr´ıjna 2011 24. ˇr´ıjna 2011
Autor: Roˇ cn´ık a krouˇ zek: Spolupracoval:
Frantiˇsek Batysta 1. NMS, OF —
´ Ukoly 1. Nakreslete blokov´e sch´ema integrovan´eho stabiliz´atoru napˇet´ı MA7805 (bez obvod˚ u tepeln´e a proudov´e ochrany) vysvˇetluj´ıc´ı princip jeho funkce. 2. Seznamte se s mezn´ımi povolen´ ymi hodnotami parametr˚ u obvodu v katalogov´em listˇe souˇc´astky a uved’te v protokolu k u ´loze ty, kter´e jsou podstatn´e pro realizaci u ´lohy. 3. Provˇeˇrte funkci stabiliz´ atoru napˇet´ı ve standardn´ım zapojen´ı pro proudy z´atˇeˇz´ı 0 mA, 10 mA, 100 mA a 300-600 mA. To je z´ avislost v´ ystupn´ıho napˇet´ı na velikosti tˇechto proud˚ u. Uved’te sch´ema zapojen´ı a stanovte vnitˇrn´ı odpor takto realizovan´eho zdroje napˇet´ı pro rozsah proud˚ u 0-max. mˇeˇren´ y. 4. Zmˇeˇrte z´ avislost klidov´eho proudu I(0) (proud obvodem mezi v´ yvody B-C v rozsahu napˇet´ı 2 aˇz 12 V, pˇri nezapojen´em E na nap´ ajec´ım napˇet´ı U(BC) a stanovte minim´aln´ı napˇet´ı U(BC), pˇri kter´em pracuje obvod jako zdroj proudu. V protokolu uved’te sch´ema zapojen´ı, kter´e jste pouˇzili. 5. Navrhnˇete velikost odporu R(0) v zapojen´ı dle obr. 1 tak, aby zapojen´ı pracovalo jako zdroj proudu o velikosti 10 mA. Vysvˇetlete funkci zapojen´ı a uved’te vztah pro velikost proudu I tekouc´ıho do z´ atˇeˇze R(z). 6. Provˇeˇrte mˇeˇren´ım spr´ avnost tvrzen´ı, ˇze uveden´e zapojen´ı pracuje jako zdroj proudu. Nakreslete graf z´ avislosti napˇet´ı na odporu R(z) na velikosti odporu R(z) v rozsahu 0 aˇz 3000 Ohm˚ u. Porovnejte namˇeˇren´e v´ ysledky s teoreticky ide´ aln´ım pˇr´ıpadem proudov´eho zdroje. Uved’te rozsah velikost´ı odporu z´ atˇeˇze, ve kter´em zapojen´ı funguje jako zdroj proudu a vysvˇetlete omezen´ı.
2
Pom˚ ucky 1. zdroj stejnosmˇern´eho napˇet´ı 2. stabiliz´ ator napˇet´ı MA7805 3. voltmetr, amp´ermetr 4. sada rezistor˚ u 5. sada vodiˇc˚ u
1
3
Vypracov´ an´ı
3.1
u ´ kol 1
Blokov´e sch´ema integrovan´eho obvodu MA7805 je uvedeno na obr´azku 1.
Obr´ azek 1: Blokov´e sch´ema integrovan´eho obvodu MA7805 bez vyznaˇcen´ ych ochrann´ ych prvk˚ u.
3.2
u ´ kol 2
Nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı mezn´ı parametr pro realizaci u ´lohy je maxim´aln´ı vstupn´ı napˇet´ı. Spolu s povolen´ ymi teplotami skladov´ an´ı a pˇrechodu je uvedeno v tabulce 1. Vstupn´ı napˇet´ı teplota skladov´an´ı teplota pˇrechodu
35 V 273-398 K 218-248 K
Tabulka 1: Mezn´ı hodnoty podstatn´e pro realizaci u ´lohy.
3.3
u ´ kol 3
Ovˇeˇrili jsme funkci stabiliz´ atoru napˇet´ı ve standardn´ım zapojen´ı viz obr´azek 2. Vstupn´ı napˇet´ı bylo zvoleno 12 V. Mˇeˇren´e napˇet´ı na z´ atˇeˇzov´em odporu se stabilizovalo okolo hodnoty 4.8 V. Kompletn´ı z´apis mˇeˇren´ı je uveden v tabulce 2.
Obr´ azek 2: Sch´ema zapojen´ı k u ´loze 3.
2
Izad. [mA] 0 10 100 300 600
Rzad. [Ω] +∞ 500.0 50.0 16.7 8.3
RL [Ω] +∞ 487 48.2 16.2 10.4
Iocek. [mA] 0 10.3 104 309 481
Uskut. [V ] 5.11 4.83 4.83 4.70 4.59
Iskut. [mA] 0 9 100 300 400
Tabulka 2: Tabulka z´ avislosti v´ ystupn´ıho napˇet´ı na velikosti proud˚ u. Ve sloupc´ıch je postupnˇe uvedeno: Zadan´ y proud; odpov´ıdaj´ıc´ı velikost odporu; skuteˇcnˇe pouˇzit´ y odpor; oˇcek´avan´ y proud; zmˇeˇren´e napˇet´ı, zmˇeˇren´ y proud. Vnitˇrn´ı (diferenci´ aln´ı) odpor stabiliz´ atoru lze vyj´adˇrit vztahem R=
∆U , ∆I
(1)
kde ∆U je pˇr´ır˚ ustek napˇet´ı odpov´ıdaj´ıc´ı zmˇenˇe mˇeˇren´eho proudu v obvodu ∆I. Pro napˇet´ı odpov´ıdaj´ıc´ı proud˚ um 0 a 400 mA vyˇsel vnitˇrn´ı odpor Rvnit = −1.3Ω.
3.4
u ´ kol 4
Sch´ema zapojen´ı ve 4. u ´loze je uvedeno na obr´azku 3.
Obr´ azek 3: Sch´ema zapojen´ı k u ´loze 4. Z´ avislost klidov´eho proudu na vstupn´ım napˇet´ı je shrnuta v tabulce 3 a grafu 4. Uin / V 3 4 5 6 7
I0 / mA 0.26 1.6 2.9 4.3 5.2
Uin / V 8 9 10 11 12
I0 / mA 5.3 5.4 5.4 5.4 5.4
Tabulka 3: Z´ avislost klidov´eho proudu na vstupn´ım napˇet´ı
3
Obr´ azek 4: Graf z´ avislosti klidov´eho proudu na vstupn´ım napˇet´ı. Z grafu 4 je vidˇet, ˇze obvod zaˇc´ın´ a pracovat jako zdroj proudu jiˇz pˇri vstupn´ım napˇet´ı 7 V.
3.5
u ´ kol 5
Zapojen´ı podle sch´ematu 5 slouˇz´ı jako zdroj proudu o nastaviteln´e velikosti. Princip stabiliz´atoru: svorka C poskytuje po pˇriloˇzen´ı napˇet´ı na BC st´al´ y proud o velikosti 5.4 mA. V u ´loze 3 jsme ovˇeˇrili, ˇze MA7805 udrˇzuje st´ al´e napˇet´ı na odporu R0 . Velikost´ı tohoto odporu lze ladit proud vyt´ekaj´ıc´ı proud ze svorky E. Celkovˇe, vhodnou volbou odporu R0 dostaneme (seˇcten´ım proud˚ u na z´akladˇe Kirchhofov´ ych z´ akon˚ u) laditeln´ y zdroj proudu (kde minim´aln´ı nastaviteln´ y proud odpov´ıd´a klidov´emu proudu I0 ).
Obr´ azek 5: Sch´ema zapojen´ı k u ´loze 5. Velikost odporu R0 urˇc´ıme z n´ asleduj´ıc´ıho vztahu: Iz =I0 + R0 =
UCE R0
(2)
UCE 103 · 4.83 = = 1085Ω. IZ − I0 10 − 5.4
(3)
Prvn´ı vztah pˇritom vyjadˇruje proud prot´ekaj´ıc´ı z´atˇeˇz´ı Rz .
3.6
u ´ kol 6
Obvod 5 byl otestov´ an pro deset r˚ uzn´ ych velikost´ı z´atˇeˇzov´eho odporu v rozmez´ı 24 Ω aˇz 1000Ω. Z tabulky 4 a z vynesen´e z´ avislosti napˇet´ı Uz na proudu Iz plyne, ˇze v uveden´em rozsahu odpor˚ u se zapojen´ı chov´ a jako t´emˇeˇr ide´ aln´ı zdroj proudu.
4
RZ / Ω 82 178 39 24 114 823 276 415 700 926
UZ / V 0.85 1.8 0.44 0.25 1.22 8.55 2.96 5 7.26 9.53
AZ / mA 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4 10.2 10.4 10.3 10.2 10.2
Tabulka 4: Z´ avislost napˇet´ı a proudu na z´atˇeˇzov´em odporu.
Obr´ azek 6: Z´ avislost velikosti napˇet´ı (na svork´ach z´atˇeˇzov´eho odporu) na velikosti z´atˇeˇzov´eho odporu. Regresn´ı kˇrivka dobˇre odpov´ıd´ a prot´ekaj´ıc´ımu proudu 10.4 mA.
4
Z´ avˇ er 1. Pˇr´ısluˇsn´e sch´ema je na obr´ azku 1. 2. Mezn´ı hodnoty souˇc´ astky jsou v tabulce 1. 3. Napˇet´ı na odporu bylo pˇri zapojen´ı uveden´em ve sch´ematu 2 stabilizov´ano na hodnotˇe pˇribliˇznˇe 4.8 V. Z´ avislost zmˇeˇren´eho napˇet´ı na velikosti prot´ekaj´ıc´ıho proudu je uvedena v tabulce 2. Diferenci´aln´ı odpor souˇc´ astky byl stanoven na -1.3 Ω. 4. Mˇeˇren´ı prob´ıhalo podle sch´ematu 3. Z´avislost klidov´eho proudu na vstupn´ım napˇet´ı je uvedena na obr´ azku 4. Velikost minim´ aln´ıho vstupn´ıho napˇet´ı, pˇri kter´em obvod pracoval jako zdroj proudu, je 7 V. 5. Vysvˇetlili jsme funkci stabiliz´ atoru proudu obvodu z obr´azku 5. Odpor R0 , pˇri kter´em se proud na spotˇrebiˇci stabilizoval na 10 mA byl stanoven na 1085 Ω. 6. Promˇeˇrili jsme funkˇcnost obvodu 5 pro z´atˇeˇzov´e odpory o velikosti 40 Ω aˇz 1 kΩ. V tomto rozmez´ı (pˇri vstupn´ım napˇet´ı 24 V) se proud velice dobˇre stabilizoval v rozmez´ı 10.2 aˇz 10.4 mA (viz tabulka 4). Proud prot´ekaj´ıc´ı spotˇrebiˇcem z´ıskan´ y pˇr´ım´ ym mˇeˇren´ım (10.4 mA ) souhlas´ı se smˇernic´ı z´ avislosti napˇet´ı na velikosti odporu (viz obr. 6).
