Расчет устройства для измерения параметров реле (стр. 4 из 6)
Достоинством транзисторных стабилизаторов является возможность получения большого тока нагрузки и регулировки выходного напряжения, а также малое выходное сопротивление. Выходное напряжение регулируется путем изменения сопротивления резистора R2.
Исходными данными для расчета стабилизатора являются:
Uвых - выходное напряжение, В;
ΔUвых - пределы регулирования выходного напряжения, В;
Iн - ток нагрузки, А;
ΔUвх/Uвх - допустимое относительное изменение входного напряжения;
Кст - коэффициент стабилизации.
Расчет.
Дано: Uвых = 8 В; ΔUвых = 5 В; Iн = 4 А; ΔUвх/Uвх = 0,4
2.1 Выбор типа регулирующего транзистора и его режима
Минимальное входное напряжение
Uвх.мин = Uвых + ΔUвых + UКЭмин = 8 + 5 + 2 = 15 В
где UКЭмин - минимальное напряжение между эмиттером и коллектором транзистора VТ1, при котором его работа не заходит в область насыщения. Для мощных транзисторов, которые используются в качестве регулирующих элементов, эта величина равна (1 ÷ 3) В.
С учетом допустимых изменений входного напряжения определяют его номинальное Uвх и максимальное Uвх.макс значения.
Uвх = Uвх.мин /(1 - ΔUвх / Uвх) = 15 / (1 – 0,4) = 25 В,
Uвх.макс = Uвх (1 + ΔUвх / Uвх) = 25(1 + 0,4) = 35 В.
Находим максимальное напряжение UКЭ1макс и максимальную мощность, рассеиваемую на регулирующем транзисторе:
UКЭ1макс = Uвх.макс - Uвых = 35 – 8 = 27 В;
PК1макс =UКЭ1макс *Iн = 27 · 4 = 108 Вт.
По этим двум величинам из справочника выбирают подходящий транзистор, для которого выписывают
PКмакс, IКмакс, h21, UКЭмакс.
Выбираем транзистор n-p-nКТ805Б с PКмакс = 100 Вт; IКмакс = 20 А; UКЭмакс = 60 В; h21 = 20
2.2 Выбор типа согласующего транзистора и его режима
Коллекторный ток транзистора VT2
IК2 ≈ IЭ2 = IБ1 + IR2 = Iн/h21 + IR2 = 4000/20 + 2 = 202 мА = 0,2 А
где IR2 - дополнительный ток, протекающий через резистор R2. Для маломощных транзисторов, используемых в качестве согласующего элемента, дополнительный ток выбирают в пределах 1…2 мА.
Определяют максимальные значения напряжения UКЭ2 и мощности PК2 согласующего транзистора:
UКЭ2макс ≈ UКЭ1макс = 27 В;
PК2 = IК2UКЭ2макс = 0,2 · 27 = 5,45 Вт.
Согласующий транзистор выбираем по двум параметрам UКЭ2макс и PК2, при этом должно соблюдаться неравенство IКмакс > IК2.
Выбираем в качестве VT2 транзистор n-p-nКТ312Б cPКмакс = 10 Вт; IКмакс = 1,5 А; UКЭмакс = 80 В; h21 = 30.
Сопротивление резистора
R2 = Uвых/IR4 = 8 / 2 = 4 Ом.
Uоп = Uвых - UКЭ2 = 8 – 2,4 = 5,6 В.
Исходя из полученного опорного напряжения, по справочнику подбираем один или несколько стабилитронов, как правило, малой мощности, обеспечивающих заданное опорное напряжение. Для выбранного стабилитрона выписываем напряжение стабилизации, максимальный и минимальный токи стабилизации.
Выбираем стабилитрон
Д814Д с Iст. мах = 55 мА, и UСТ = 5,6 В.
R2 = UКЭ1 / (IК2 + IБ2) = 22 / (1,2 + 6,7) = 4,7 кОм.
Емкость конденсатора С1, включение которого приводит к незначительному уменьшению пульсации выходного напряжения и заметному уменьшению выходного сопротивления стабилизатора переменному току, выбирают в пределах 100 ÷ 200 мкФ.
3.2 Схемотехническое моделирование в среде Electronics Workbench
Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электрических схем.
Программа Electronics Workbench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Electronics Workbench может проводить анализ схем на постоянном (DC) и переменном (AC) токах. При анализе на постоянном токе определяется рабочая точка схемы в установившемся режиме работы.
Рисунок 5 – Принципиальная схема устройства в среде Electronics Workbench
4 Расчет и проектирование печатной платы
Печатные платы - это элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение элементов электрической цепи. Они получили широкое распространение в производстве модулей, ячеек и блоков РЭА благодаря следующим преимуществам по сравнению с традиционным объемным монтажом проводниками и кабелями:
-повышение плотности размещения компонентов и плотности монтажных соединений, возможность существенного уменьшения габаритов и веса изделий;
-получение печатных проводников, экранирующих поверхностей и электро- и радиодеталей (ЭРЭ) в одном технологическом цикле;
-гарантированная стабильность и повторяемость электрических характеристик (проводимости, паразитных емкости и индуктивности);
-повышение быстродействия и помехозащищенности схем;
-повышенная стойкость и климатическим и механическим воздействиям;
-унификация и стандартизация конструктивных и технологических решений;
-увеличение надежности узлов, блоков и устройства в целом;
-улучшение технологичности за счет комплексной автоматизации монтажно-сборочных и контрольно-регулировочных работ;
-снижение трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.
К недостаткам следует отнести сложность внесения изменений в конструкцию и ограниченную ремонтопригодность.
Элементами ПП являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и контактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия.
Общие требования к ПП.
Диэлектрическое основание ПП должно быть однородным по цвету, монолитным по структуре и не иметь внутренних пузырей и раковин, посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются одиночные вкрапления металла, царапины, следы от удаления одиночных невытравленных участков, проявление структуры материала, которые не ухудшают электрических параметров ПП и не уменьшают минимально допустимых расстояний между элементами проводящего рисунка.
Проводящий рисунок ПП должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, разрывов, следов инструмента и остатков технологических материалов. Допускаются: отдельные местные протравы не более 5 точек на 1 дм2 ПП при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально, допустимой по чертежу; риски глубиной не более 25 мкм и длиной до 6 мм; остатки металлизации на участках ПП, не уменьшающие допустимых расстояний между элементами.
По виду материала основы ПП разделяют на:
-изготовленные на основе органического диэлектрика (текстолит, гетинакс, стеклотекстолит);
-изготовленные на основе керамических материалов;
-изготовленные на основе металлов.
По виду соединений между слоями различают ПП с металлизированными отверстиями, с пистонами, изготовленные послойным наращиванием, с открытыми контактными площадками.
По способу изготовления ПП разделяют на платы, изготовленные химическим травлением, электрохимическим осаждением, комбинированным способом.
По способу нанесения проводников ПП делят на платы, полученные обработкой фольгированных диэлектриков, нанесением тонких токопроводящих слоев. Последний способ хорошо отработан на технологии гибридных схем.
Задачи конструирования печатных плат.
В РЭА печатные платы применяют практически на всех уровнях конструктивной иерархии: на нулевом - в качестве основания гибридных схем и микросборок, на первом и последующих - в качестве основания, механически и электрически объединяющего все элементы, входящие в электрическую принципиальную схему РЭА и ее узлов. При разработке конструкции печатных плат решаются следующие взаимосвязанные между собой задачи:
1) схемотехнические - трассировка печатных проводников, минимизация слоев и т.д.;
2) радиотехнические - расчет паразитных наводок, параметров линий связи и пр.;
3) теплотехнические - температурный режим работы ПП, теплоотводы;
4) конструктивные - размещение элементов на ПП, контактирование и пр.;
5) технологические - выбор метода изготовления, защита и пр.
Основные правила конструирования печатных плат.
1.Максимальный размер стороны ПП не должен превышать 500 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа.
2. Соотношения размеров сторон ПП для упрощения компоновки блоков и унификации размеров ПП рекомендуются следующие: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 и т.д.
3. Выбор материала ПП, способа ее изготовления, класса плотности монтажа должны осуществляться на стадии эскизного проектирования, так как эти характеристики определяют многие электрические параметры устройства..
4. При разбиении схемы на слои следует стремиться к минимизации числа слоев. Это диктуется экономическими соображениями.
5. По краям платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5-2,0 мм. Размещение установочных и других отверстий, а также печатных проводников в этой зоне не допускается.
6. Все отверстия должны располагаться в узлах координатной сетки. В крайнем случае, хотя бы первый вывод микросхемы должен располагаться в узле координатной сетки.