Резистор переменного сопротивления типа А (стр. 1 из 3)
Министерство образования и науки Украины
Харьковский государственый технический университет радиоэлектроники
Кафедра ПЭЭА
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по предмету: Элементная база ЭА
на тему: Резистор переменного сопротивления типа А
Разработал
Руководитель проекта
2009
Содержание
Введение
1. Анализ ТЗ
2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования
3. Электрический и конструктивный расчет
3.1 Расчет резистивного элемента
3.2 Расчет контактной пружины
3.3 Теплотехнический расчет
3.4 Расчет частотных характеристик
4. Эскизная проработка элемента и обоснование принятых решений
5. Уточнение и описание конструкции
Выводы
Перечень ссылок
Задание на курсовой проект (работу) студента
1. Тема проекта (работы): Резистор переменного сопротивления с круговым вращением подвижной системы.
2. Срок сдачи законченного проекта (работы): 24.04.2001
3. Исходные данные к проекту (работе):
Rmin<10 Ом; Rmax =1кОм; PR=5Вт; ΔRmax=5%; δR<2%;
ТКR<50*10-61/град;
диаметр оси управления 4мм; max диаметр резистора 25мм; ресурс работы-105 передвижений.
Условия эксплуатации:
климатические УХЛ 2.1 ГОСТ 15150 - 69;
выпуск n=100 000 шт. /год.
Введение
За, последние годы широкое применение получила радиоэлектронная техника, характер и функции которой требуют применения десятков и сотен тысяч различных комплектующих изделий. Среди них резисторы составляют значительную часть.
Они выполняют ответственную функцию - перераспределение электрической энергии между другими элементами схем - и составляют до 50% общего числа элементов радиоэлектронной аппаратуры.
Проволочные резисторы находят широкое применение, так как они имеют следующие достоинства:
Возможность изготовления резисторов с точной величиной номинального сопротивления;
Высокую стабильность сопротивления при воздействии различных внешних факторов;
Малую величину температурного коэффициента сопротивления;
Большую допустимую мощность рассеяния;
Устойчивость к электрическим перегрузкам;
Незначительный уровень собственных шумов;
Высокую радиационную стойкость;
Высокую износоустойчивость и др.
Благодаря этим достоинствам проволочные резисторы успешно используются в таких радиоэлектронных устройствах, к которым предъявляются повышенные требования точности и стабильности электрических и эксплуатационных параметров.
Резисторы используются в электронной аппаратуре, различных системах автоматического управления и регулирования, в электрооборудовании транспорта и измерительной технике. При помощи потенциометров можно не только преобразовать механическую величину в электрическую, но и реализовать требуемую функциональную зависимость между этими величинами.
В этом курсовом проекте также решается задача конструирования переменного проволочного резистора, предназначенного для электрического моделирования физических процессов. Вся трудность заключается в том, что при не большом сопротивлении и рассеиваемой мощности он имеет большую разрешающую способность, что позволяет отнести его к потенциометрам.
То есть данный курсовой проект является вкладом в процесс развития проволочных переменных резисторов.
1. Анализ ТЗ
Согласно технического задания необходимо спроектировать резистор переменного сопротивления с такими характеристиками:
номинальное сопротивление R=10 Ом;
номинальная мощность P=5 Вт;
разрешающая способность d<2%;
температурный коэффициент сопротивления
ТКС=± (5¸30) ×10-6 1/град;
термо е. д. с. Тэдс=-2 мкВ/град;
момент вращения m=0,1 Н/м;
ресурс роботы 105 вращений;
выпуск n=105 шт/год;
условия эксплуатации:
климатические - УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69;
механические - IV ст. ж. ГОСТ 16962-72.
Будущий резистор должен быть согласно ГОСТ 15150-69 по климатическому исполнению эксплуатироваться в микроклиматических районах с умеренным и холодным климатом в лабораторных, капитальных жилых и других подобных помещениях. Исходя из данных, для обеспечения ТКС и Тэдс в качестве материала для резистивного элемента по [1.39] выбираем манганин - медно-марганцевый сплав, который состоит из 83¸86,5% меди, 11¸13,5% марганца и 2,5¸3,5% никеля. В манганине
r=0,42¸0,48 Ом×мм2/м, ТКС=± (0,5¸30) ×10-5 1/град, Терс=1 мкВ/град.
Намотку резистивного элемента произведём манганиновым проводом марки ПМТ - твёрдый, с изоляцией в один слой с высокотвердой эмали и диаметром жилы от 0,02 до 0,8 мм.
Так как резистор должен иметь ресурс работы 105 вращений, то необходимо обеспечить хороший контакт пружины токосъема к резистивной проволоке при минимальном контактном усилии и надёжную фиксацию установленного сопротивления.
Для резистивного каркаса нужно выбирать плоский каркас, так как он имеет меньший объем чем цилиндрический.
Номинальная мощность будущего резистора равна 2 Вт, что относит его классу резисторов средней мощности, поэтому у него будет отсутствовать большой перегрев.
Производство резисторов - серийное. По этому нужно обеспечить простоту изготовления и использовать для него недорогие материалы.
2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования
Конструкция заданного проволочного переменного резистора в большей мере зависит от заданных характеристик. Следовательно, после анализа технического задания стало известно, что конструируемый резистор должен иметь плоский резистивный элемент с постоянным сечением в виде прямоугольника.
Так как резистор имеет большое сопротивление, а соответственно большие размеры резистивного элемента, то для уменьшения габаритных размеров следует сделать резистивный элемент подковообразной формы.
Аналогичными конструкциями для данного резистора являются конструкции проволочных резисторов с круговым перемещением подвижного контакта СП5-2, СП5-3, СП5-2Т и СП5-3Т. Эти резисторы, для приведения в движение скользящего контакта, используют червячную передачу, что нежелательно использовать в данном резисторе. Так как эта конструкция из-за своих малых размеров может выйти из строя раньше времени (за счет износа вала), не обеспечивает плавного изменения сопротивления и для создания определенного контактного усилия и фиксации установленного сопротивления требует дополнительных затрат.
Более подходящую конструкцию имеет малогабаритный построечный резистор СП15-16Б, в котором прижим контактной системы к токосъему осуществляется за счет пружины. Контактная пружина имеет вид консольной балки, что позволяет выбрать значения контактного усилия в довольно широких пределах. Но отрицательной стороной этих резисторов является их герметичность, что не позволяет делать разборку резистора. Общим неподходящим элементом этих конструкций для разрабатываемого резистора является то, что у них резистивный элемент является струнным и контактная пружина находится между держателем и резистивным элементом. Пружина, прижимающая контактную систему к токосъему, находится в середине корпуса, создавая усилия за счет своей упругости и жесткости материала корпуса.
Учитывая эти недостатки в существующих резисторах, относительно проектируемого выбираем следующие направления:
Вращение скользящего контакта производить с помощью пружин;
Фиксация установленного сопротивления с помощью пружин;
Создание контактного усилия с помощью пластинчатых пружин и стопорных шайб для возможности его регулировки;
Токосъем выполним в виде консольной пружины круглого сечения, а соединение контакта и вывода произведём в виде спирали;
Корпус резистора - открытый, то есть крышки не имеет, так как условия работы - лаборатории, жилые дома и другие подобные помещения.
3. Электрический и конструктивный расчет
3.1 Расчет резистивного элемента
Определение площади плоского каркаса резистивного элемента производится согласно формулы [1.73]:
, (3.1)где S - площадь каркаса, мм2,P -электрическая мощность рассеяния, Вт;
J-перегрев обмотки, равный разности между максимально допустимой температурой на обмотке и номинальной температуры окружающей среды, ˚C;
μ -средний коэффициент теплоотдачи резисторов, что лежит в пределах (5÷20) ·10-5 Вт/мм2·град [1.73];
Определение диаметра проволоки:
(3.2)где d -диаметр проволоки, мм;
ρ -удельное электрическое сопротивление, Ом·мм2/м, для манганина составляет 0,46 Ом·мм2/м [1.39];
R -сопротивление обмотки, Ом;
к -коэффициент, числено равный отношению шага намотки к диаметру проволоки. Для резистивных элементов, с изолированной проволокой к = 1,05÷1,2 [1.73];
Определение длины проволоки L, мм:
, (3.3) 
.Определение шага намотки проволоки tн, мм:
(3.4) 
.Определение длины каркаса:
Площадь плоского каркаса определяется по формуле:
, (3.5)