Использование в виде отдельного модуля позволило упростить настройку и позволяет применить индивидуальную защиту от электромагнитных помех в случае измерения микромощных токов измерительным усилителем (устройство А2 КИУ).

4.4 Выбор и обоснование элементной базы

В разработанном комплексе применены широкораспространенные и дешевые радиоэлементы. Для цифровой части комплекса выбрана серия К1533, т.к. она имеет пониженное энергопотребление и малые входные токи, что позволяет повысить нагрузочную способность микроЭВМ К1816 до 15 (против 1 с серией К155). МикроЭВМ выбрана серии К1816 как наиболее доступная и отвечающая требованиям быстродействия и оптимальной архитектуры.

В качестве операционных усилителей выбран самый дешевый из прецизионных ОУ К140УД17А с малым температурным и временным дрейфами нуля. Высоким входным сопротивлением и коэффициентом ослабления синфазного сигнала.

Блокировочные конденсаторы применены типа КМ и К50-35 как наиболее дешевые и допустимые.

Резисторы применены типа МЛТ с допуском  10% (для измерительного усилителя  1%).

5. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

5.1 Расчет генератора тока управляемого напряжением

Упрощенная схема преобразователя приведена на рис. 10.

Преобразователь напряжение - ток

Рис.10.

Исходные данные для расчета:

I_н_max = 0,1 A, при U_н= 10 В; U_вх_max =  5 B; Е_пит = 12 В.

Выбираем резисторы R3 (пренебрегая U_кэнасVT3 и VT4)

. (27)

В нашем случае R3 = 20 Ом.

Выбираем резисторы R1 и R2:

. (28)

Для I_н_max = 0,1 А, R3 = 20 Ом и U_вх_max = 5 B получим R1/R2 = 2/5. Выбираем R1= 400 Ом, тогда R2 = 1 кОм.

5.2 Расчет преобразователя напряжения

Преобразователь напряжения КД5.192.002 построен по схеме генератора Ройера (рис.11).

Преобразователь напряжения на основе генератора Ройера

Рис.11

Исходные данные для расчета:

напряжение питания U₁ - 5B;

выходное напряжение преобразователя U₂ - 15B;

максимальный ток вторичной обмотки I₂_max - 50mA;

частота генерации f - 25000 Гц.

5.2.1 Расчет элементов преобразователя

Определяем ток коллектора открытого транзистора

I_кнас = I_2max U₂ / U₁, (29)

где  - КПД преобразователя.

Принимаем = 0,8 , I₂_max = 0,05А , U₂ = 15В, U₁= 5В. При таких значениях получаем I_кнас = 0,19 А.

Определяем максимальное напряжение на закрытом транзисторе

U_кэ_max = 2,4 U₁. (30)

При U₁= 5В получаем U_кэ_max = 12В.

Выбираем тип транзисторов VT1 и VT2 по значениям U_кэмах и I_кмах, причем

I_кмах = I_кнас 2,5 . (31)

Если I_кнас = 0,19А, то I_кмах = 0,48А. Этим требованиям удовлетворяют широко распространенные транзисторы КТ815А. Для них I_кмах = 1,5А, U_кэ_max = 25В, h_21Э  40.

Определяем ток базы транзистора

I_бнас = 1,4 I_кнас / h_21Э_min, (32)

где h_21Э_min - минимальное значение коэффициента передачи тока транзистора в схеме с общим эмиттером.

В нашем случае h_21Э_min = 40, а I_бнас = 6,7 10^-3 А.

Напряжение базовых обмоток W_б (рис.11) U_б выбираем равным 3В (среднее значение напряжений насыщения база - эмиттер транзисторов большой мощности).

Сопротивления резисторов R1 и R2 равны:

R1 = (U_б - 0,65) / I_бнас, (33)

R2 = U1 R2 / 0,7 . (34)

Исходя из имеющихся данных получаем R1 = 350 Ом и R2 = 2,5 кОм.

5.2.2 Расчет трансформатора

Типоразмер магнитопровода трансформатора выбирается по произведению Sст _*Sок

Sст _*Sок = Рг ^.10² / 2 ^.f^.Bs^.j^.Km^.Kc^. , (35)

где Sст - площадь поперечного сечения стержня магнитопровода (см²); Sок - площадь поперечного сечения окна магнитопровода (см²); Рт - габаритная мощность трансформатора Bs - индукция насыщения материала магнипровода; j - плотность тока в проводах обмотки трансформатора; Кm - коэффициент заполнения медью окна сердечника; Кс - коэффициент заполнения площади поперечного сечения стержня магнитопровода материалом магнитопровода.

Рг = Uc^.I / . (36)

В нашем случае Рт = 0,94 Вт.

В качестве материала магнитопровода выбираем феррит марки 2000НМ, как самый доступный, а трансформатор тороидальный. Для феррита марки 2000НМ Bs = 0,35 Тл, Кс = 1.

Так как трансформатор тороидальный, то в качестве Кm возьмем оценочное значение 0,2. Плотность тока j выберем равной 5 А/мм², т.к. трансформатор маломощный.

Таким образом получаем Sст _*Sок = 5,4^.10^-3(см⁴), или 54 мм⁴. Из стандартного ряда магнитопроводов нам подходит типоразмер К10х6х2 (рис.11). Для него Sок = 28,27 мм², Sст = 3,19 мм², Sст _*Sок = 110,5 мм⁴. Для расчетов Sок  0,28 см², Sст 0,04 мм².

Магнитопровод К10х6х2

Рис.12

Число витков коллекторных обмоток

Wк = U₁^. 10⁴ / 4 ^.f^.Bs^.Sст ^.Kc, (37)

что в нашем случае составляет примерно 36 витков.

Число витков вторичной обмотки

W₂= (U₂ / U₁) ^.Wк. (38)

Для нас это составляет 108 витков.

Число витков базовых обмоток

W_б = (U_б/ U₁) ^.W₁. (39)

При U_б = 3В и U₁ = 5В число витков W_б = 22 витка.

Определим токи в обмотках трансформатора

, (40)

. (41)

Исходя из расчетов Iк = 0,27А, а Iб = 9,5 ^. 10^-3 А.

Определим диаметры проводов обмоток

, (42)

где d - диаметр провода (мм);

j - плотность тока (A/мм²);

I - значение тока (А).

Для коллекторных обмоток d_красч= 0,26 мм, для базовых обмоток обмоток d_брасч= 0,049 мм, для вторичной обмотки d_2расч= 0,013 мм.

Исходя из стандартных диаметров проводов и технологических соображений принимаем

d_к= 0,25 мм,

d_б= 0,1 мм,

d₂= 0,1 мм.

Таким образом, расчет преобразователя напряжения можно считать завершенным.

5.3 Расчет печатной платы

Основные данные для расчета сведены в табл.4.

Таблица 4

Расчет установочной площади ЭРЭ

Наименование	Количество	Sуст, см²
Резисторы
МЛТ 0.25	70	0,39
МЛТ 0.5	3	0,6
МЛТ 1	2	1,14
СП5-2,2В	12	1,69
Конденсаторы
КМ-1	30	0,18
К50-35	15	0,38
Диоды
КД106	4	0,5
КД521А	12	0,24
Стабилитроны
КС512	4	1,4
Оптотранзисторы
АОТ110А	2	0,64
Транзисторы
КТ972	2	0,35
КТ815	2	0,35
КТ973	1	0,35
КТ3102Е	2	0,2
КТ3107Л	2	0,2
Микросхемы
КР1816ВЕ35	1	5,4
К1533ИР22	10	2,25
К573РФ2	1	4,65
К1533ИД7	1	1,8
К1533ЛН2	1	1,8
МАХ177	1	2,25
КР140УД17А	15	1,44
К572ПА1	3	1,8
К1533ЛП9	3	1,8
Реле РЭС55	2	0,5
Феррит 2000НН	2	3,1
СТФ-2-35	1м²
ТМ-250	30м
ПЭВТЛК2	40м
Итого	155,1

Площадь платы ТПР S = 660 см².

Коэффициент заполнения по площади Ks = 155,1 / 660 = 0,235.

5.4 Расчет надежности

Данные для расчета надежности сведены в табл.5.

Таблица 5

Надежность элементов

Наименов.	Кол	Интенсивн отказов_i^.10⁶1/ч	Коэф.нагр.К_н_i	Рабочая температТ_i, ^oC	Интенсивн. отказов с учетом внешних условий_i^.10⁶1/ч	
Конденсаторы	22	0,15	0,7	20	0,045	0,99
Микросхемы	20	0,013	-	30	0,26	0,26
Резисторы	39	0,03	0,6	20	0,0165	0,6435
Опто- транзисторы	2	4,7	0,5	20	2,35	4,7
Стабилитроны	4	0,157	0,5	20	0,0785	0,314
Транзисторы	20	0,5	0,5	30	0,35	7
Разъемы	4	0,0005	0,8	20	4^.10^-4	1,6^.10^-4
Пайка печатная	300	0,01	0,5	20	0,005	1,5
Провода соединители	200	0,015	0,5	20	0,0075	1,5
Плата печатные схемы	1	0,7	0,8	20	0,56	0,56
Всего	17,467

К_{1мех.возд.} = 1

Согласующее устройство для измерения четырехполюсных радиоэлементов (стр. 5 из 14)