Petr Myška
Datum úlohy: 26. 10. 1999 Datum protokolu: 31. 10. 1999
Ročník: první
Úloha číslo 1 Zapojení integrovaného obvodu MA 7805 jako zdroje napětí a zdroje proudu Úvod: Cílem úlohy je procvičit techniku měření napětí a proudu v obvodové struktuře, měření vnitřní impedance zdroje, rozdílová metoda měření malých odchylek. Prakticky si ověřit rozdíl v charakteristice napěťového a proudového zdroje. Bloková struktura zpětnovazebního regulačního obvodu. Pokyny pro vypracování: 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 uveďte v protokolu k úloze ty, které jsou podstatné pro realizaci úlohy. 3.Prověřte funkci stabilizátoru napětí v standartním zapojení pro proudy zátěží 5 mA, 10 mA a 50 mA. To je závislost výstupního napětí na velikosti těchto proudů. Uveďte schéma zapojení a stanovte vnitřní odpor takto realizovaného zdroje napětí. 4.Změřte závislost klidového proudu I(0), obvodu (proud obvodem mezi vývody B-C, 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. 5.Navrhněte velikost odporu R(0) v zapojení dle obr.1 tak, aby zapojení pracovalo jako zdroj proudu o velikosti 20 mA. Vysvětlete funkci zapojení a uveďte vztah pro velikost I tekoucího do zátěže R. 6.Prověřte správnost tvrzení, že uvedené zapojeni pracuje jako zdroj proudu měřením. Nakreslete graf závislosti napětí na velikosti odporu R(z). Porovnejte naměřené výsledky s teoreticky ideálním případem proudového zdroje.
Obr. 1 Zapojení MA 7805 jako zdroj proudu 1
Petr Myška
Datum úlohy: 26. 10. 1999 Datum protokolu: 31. 10. 1999
Ročník: první
Úkol 1: Blokové schéma integrovaného stabilizátoru napětí MA 7805 bez obvodů tepelné a proudové ochrany viz obr. 2. B T17 Proudový zdroj Ro
Startovací obvod
Chyb. zesilovač
Referenční napětí
E R20
R19
C Obr. 2: Blokové schéma MA 7805.
Integrovaný stabilizátor napětí MA 7805 se používá pro stabilizaci napětí na 5V, lze jej ale také užít jako stabilizátor proudu. Úkol 2: Katalogové hodnoty integrovaného stabilizátoru napětí MA 7805, které jsou podstatné pro řešení úlohy jsou především mezní hodnoty proudů a napětí: Maximální vstupní napětí Výstupní napětí Výstupní zkratový proud Výstupní odpor
35 V 4,8 – 5,2 V 750 mA 17 mΩ
(při f = 1 kHz)
Úkol 3: Pro prověření funkce stabilizátoru napětí použijeme standartní zapojení podle obr. 3. Kondenzátor C1 měl hodnotu 1116 nF.
2
Petr Myška
Datum úlohy: 26. 10. 1999 Datum protokolu: 31. 10. 1999
Ročník: první
MA7805 B
A
E C
+ 12 V
U
C1
Rz
-
Obr. 3: Zapojení obvodu MA 7805 jako zdroje napětí
Přibližné hodnoty zatěžovacích odporů pro jednotlivé proudy vypočteme podle ohmova zákona a použijeme rezistory s nejbližšími hodnotami odporu. Při měření jsme s použitými přístroji nezaznamenali žádnou změnu výstupního stabilizovaného napětí a nemohli jsme tedy určit ani vnitřní odpor zdroje napětí. Naměřené hodnoty: 1025 5 5,07
Rz [Ω] I [mA] U [V]
472 11 5,07
113 45 5,07
Úkol 4: Zapojíme integrovaný stabilizátor podle obr. 4 a budeme měnit vstupní napětí Uvst. Kondenzátor C1 je stejný jako v předchozím úkolu tj 1116 nF. MA7805 B
E C
C1 = 1116 nF
+ U vst -
I0
A
Obr. 4: Zapojení MA 7805 jako zdroje proudu
Minimální napětí, při kterém zapojení pracuje jako zdroj proudu je takové minimální napětí, při kterém je hodnota proudu I0 konstantní; v našem zapojení asi 7 V. Graf závislosti klidového proudu I0 na napájecím napětí viz graf 1.
3
Petr Myška
Datum úlohy: 26. 10. 1999 Datum protokolu: 31. 10. 1999
Ročník: první
Naměřené hodnoty:
Uvst [V] I0 [mA]
0 0
2 0,1
4 0,7
6,2 5,2
7 5,4
9,3 5,5
11 13 5,58 5,62
15 21,6 24 24,8 27,8 33,9 5,7 5,9 5,98 6,12 6,96 9,1
Úkol 5: Velikost rezistoru R0 vypočteme podle ohmova zákona z velikosti stabilizovaného napětí mezi svorkami E-C a z proudu procházejícího rezistorem R0, který vypočteme podle Kirchhoffova zákona jako rozdíl proudů tekoucích rezistorem Rz a svorkami BC. MA7805 B
E C
I0
R0
1116 nF
IC + U
24 V -
A
IZ
UCE = Ustab = 5,07 V
RZ
R0 =
IC = 5,5 mA I Z = 20 mA
U stab 5,07 = = 350 Ù I Z - IC (20 - 5,5) × 10 -3
I Z = IC + I0
Vlivem přehlédnutí čísel při výpočtu jsme získali velikost odporu 260 Ω a proto jsme použili rezistor o odporu 261 Ω. Svou chybu jsme zjistili při dalším měření, kdy nám zapojení pracovalo jako zdroj proudu o velikosti 25 mA místo 20 mA. Že zapojení pracuje jako zdroj proudu to neovlivní, pouze stabilizuje na jinou hodnotu proudu. Úkol 6: Použijeme zapojení podle obr. 1 s hodnotou rezistoru podle úkolu 5 to znamená 261 Ω a měříme ampérmetrem proud rezistorem RZ a voltmetrem napětí na rezistoru RZ.
4
Petr Myška
Datum úlohy: 26. 10. 1999 Datum protokolu: 31. 10. 1999
Ročník: první
Naměřené hodnoty: RZ [Ω] I [mA] U [V]
0 1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 25 25 25 25 25 25 25 24,95 24,5 22,25 20,25 18,5 13,5 0 0,025 2,5 5 7,5 10 12,5 14,97 17,15 17,8 18,225 18,5 20,25
Z tabulky je patrné, že toto zapojení pracuje jako zdroj proudu pro odpory RZ=0 ÷ 600 Ω. Pro tyto odpory se velmi blíží ideálnímu zdroji proudu. Závěr: 1) Schéma viz úkol 1 - obr. 2. 2) Hodnoty viz úkol 2. 3) Zapojení dle obr. 3 pracovalo jako stabilizátor napětí na 5,07 V. Vnitřní odpor nebylo možné s použitými měřícími prostředky změřit. 4) Závislost klidového proudu I0 na napájecím napětí UBC viz úkol 4. Minimální napětí je asi 7 V. Graf závislosti klidového proudu I0 na napájecím napětí viz graf 1. 5) Velikost odporu R0=350 Ω. Proud tekoucí do zátěže: IZ=IC+I0. 6) Zapojení pracuje jako zdroj proudu pro odpory RZ=0 ÷ 600 Ω. Měření viz úkol 6. Graf závislosti napětí na velikosti odporu RZ viz graf 2.
5
Petr Myška
Datum úlohy: 26. 10. 1999 Datum protokolu: 31. 10. 1999
Ročník: první
Graf 1: Závislost proudu I0 na napětí U BC 10 9 8 7 6
I0 [mA]
5 4 3 2 1 0 0
5
10
15
20
25
U BC [V]
30
35
G ra f 2 : Z á v is lo s t n a p ě tí n a o d p o ru R Z 20 18 16 14
U [V ]
12 10 8 6 4 2 0 0
200
400
600
800
R Z [Ω ] 6
1000
1200
1400
1600
