Гаситель комутаційних завад (стр. 4 из 7)
Зміна коефіцієнта стабілізації від температури навколишнього середовища складає – 0,075 В /град. Як бачимо, напруга стабілізована напруга стабілізації буде знижуватись при зміні температури. При цьому прийнято вважати, що нормальна напруга стабілізації (від 2,5 В до 2,9 В) не змінить свого значення при температурі +20̊ С.
Конденсатори 2А103К та CL21 – це металоплівкові конденсатори, які найчастіше застосовуються у колах, не немає розв’язки від мережі. Призначені для роботи у змінному, постійному та імпульсному струмих. Мають номінали від десятків піко фарад до одиниць мікрофарад. Їхня особливість – це висока надійність та здатність продовжувати працювати нормально через 7 сек після пробою діелектрика. Діелектриком служить поліпропіленова плівка товщиною від 0,005 мм до 0, 1 мм; обкладками служать алюмінієві (в основному) стрічки. Корпус являється затверділою компаундною або пластичною масою, зовні покритою кольоровим лаком. Робоча напруга становить110 В і більше; номінальні напруги складають 110 В, 250 В, 400 В, 630 В, 1000 В, 1500 В, 2000 В 5000 В. У проектованому гасителі комутаційних завад використані конденсатори, розраховані на робочі напруги 110 В та 630 В.ТКЄ становить ±20% / град, що вважається нормальною зміною, враховуючи, що пристрій працюватиме при вище зазначеній температурі. Втрати накопиченої напруги складають 1,7 В / хв, що задовільняє технічні вимоги до елементів, але небажано з точки зору техніки безпеки, оскільки накопичений заряд буде зберігатися і після вимкнення кола від мережі.
Силовий симистор BT136-600 призначений для роботи у колах постійного, змінного та імпульсного струмів, робоча напруга складає 600 В. Максимально допустимий струм навантаження сягає 10 А,напруга відпирання елемента складає 1,23 В при струмові керування 0,008 А, що відповідає вимогам при розробці пристрою зниження комутаційних завад. Струм утримання у відкритому стані сягає0,01 А Так як даний симистор являється силовим елементом, то він найбільше нагрівається. Це пов’язано з великим струмом, який споживає навантаження. Тому для тепловідведення до одного з електродів приєднано металеву пластину товщиною 1,5 мм. Ця пластина має круглий отвір для кріплення радіатора за допомогою болта.
Транзистори КТ3102Б являються малопотужними кремнієвими транзисторами типу n-p-n. Вони мають малі габарити, що дозволило їх застосування у даній схемі. Робоча напруга складає 50 В, що що за результатами розрахунків електричного вузла є найбільш оптимальним вибором.Основним параметром, що характеризує якісні показники транзистора є коефіцієнт передачі по струму, h21е. Величина цього параметра показує чутливість приладу до вхідного сигналу Чим більше значення h21е, тим кращі підсилювальні власивості транзистора. У даному транзисторові h21е = 300. Це значення стало наочним обґрунтуванням обрання даного транзистора не лише по робочі напрузі та максимальному струму колектора.
Транзистори КТ3107Б – це малопотужні середньочастотні транзистори типу p-n-p. Призначені для роботи у колах постійного, імпульсного та змінного (до 200 МГц) струмів. Працюють у двох режимах – у режимі підсилення та у ключовому. При роботі у режимі підсилення h21е складає 220, у ключовому режимі значення знижується до 160…200. Для даного елемента максимальна напруга в колі колектор-база складає 50 В, в колі колектор-емітер – 45 В. У розроблюваному пристрої транзистор буде включено по схемі із загальним емітером, в ключовому режимі. Таким чином, у даному елементу коефіцієнт передачі по струму не повністю буде використаний. Проте, у нашому випадку цей транзистор буде основою ключового вузла, де нема вимог до повного використання даного параметра.
Діоди 1N4007 являються випрямляючими кремнієвими діодами,із максимально допустимою зворотною напругою 400 В, максимальний струм складає 1 А постійного струму та 10 А імпульсного. При вказаних параметрах елементи мають малі масо-габаритні показники, що повністю задовольняє вимоги при розробці схем зі щільним монтажем. Наступний параметр, робоча частота, дозволяє визначити галузі застосування елемента. Діоди 1N4007 можуть працювати при частоті до 1100 Гц (у низькочастотних генераторах, підсилювачах, формувачах). Частота промислової мережі складає 50 Гц. Максимальний випрямлений струм складатиме 0,03 А, напруга мережі складає 220 В ± 10%, що повністю задовольняє вимоги до елемента при розробці схеми.
У термоінтерфейсі розроблюваного пристрою застосовано теплопровідну пасту КПТ – 8. Теплопровідна паста (надалі – термопаста) застосовується для кращої теплопровідності між поверхнею, що віддає тепло, і радіатором, що приймає дану енергію. Як би не намагалися виробники зробити рівною поверхню елемента, що видає тепло, все рівно така поверхня не буде ідеально рівною. Отже, і тепловіддача муде меншою, що небажано. Термопаста заповнює всі нерівності на поверхні елемента і радіатора, роблячи теплопередачу більш ефективною.
Термопаста КПТ – 8 використовується для покращення теплопровідності між силовим симистором та радіатором. Вона має вигляд в’язкої білої маси. Виготовляється за допомогою згущення полідиметилоксанової рідини порохом окису цинку.
Електричний розрахунок окремих вузлів виробу
У даному розділі будуть проведені розрахунки окремих електричних вузлів. За результатами даних розрахунків можна буде підібрати потрібні типи та номінали елементів вузла. При наявності правильних результатів і підібраних по них елементів ймовірність коректної та безвідмовної роботи вузла складатиме 98%.
Важливим моментом являється підбір основних типів елементів для компенсаційного стабілізатора. У даному пристрої буде застосований компенсаційний стабілізатор послідовного типу (рисунок 6.1). Розрахунок даного вузла проведемо за методикою [3].
Рисунок 6.1
Для початку зазначимо вихідні дані, зяких будуть проведені всі наступні розрахування:
1. Номінальна вихідна напруга стабілізатора Uвих = 4,2 В;
2. Допустима амплітуда пульсацій вихідної напруги Umax п вих = 0,5 В;
3. Межі вихідної напругиUвих max = 4,3 В, Uвих min = 3,9 В;
4. Номінальний, мінімальний та максимальний струми навантаження Iн = 0,025 А,Imin =0,018 А, Imax = 0,030 А;
5. Допустимі відносні відхилення вхідної напруги стабілізатора від номінальної aвх = 0,3 В, bвх = 0,4 В;
6. Межі зміни температури оточуючого середовища tот max = 40̊C, tотmin = 20̊C;
7. Мінімальне значення вхідної напруги Uвх min = 8 В.
6.1 Знаходимо максимальне значення пульсацій на вході стабілізатора:
Umax п вих= 0,1 * (Uвих max + UКЕр min). (6.1)
Із довідника [3] визначаємо, що UКЕр min має значення 3 В.
Umax п вих= 0,1 * (4,3 + 3) = 0,73 В
6.2 Визначаємо номінальну напругу на вході стабілізатора по формулі (6.3):
Uвх = Uвх min / (1 - bвх); (6.3)
Uвх= 8 / (1 – 0,4) = 12 В;
6.3 Визначаємо максимальну вхідну напругу стаббілізатора по формулі (6.4):
Uвхmax = Uвх * (1 - aвх); (6.4)
Uвхmax = 12 * (1 – 0,3) = 15,6 В;
Далі необхідно знайти максимальну напругу на вході стабілізатора U´вх max при мінімальному струмові навантаження:
U´вх max = Uвхmax + (Iн max–Iн min) r0;
r0 знаходимо по формулі (6.6):
r0 = 0,1 * Uвх / Інmax;(6.6)
r0 = 0,1 * 12 / 0,030 = 4 Ом.
U´вх max =15,6 + (0,030 + 0,018) * 4 = 15,684В.
6.4 Визначаємо максимальний струм на колекторі регулюючого транзистора:
Ікр max = Ін max + Ісп,(6.7)
де Ісп – споживаний стабілізатором струм, із довідника зазначимо його – 5 мА.
Ікр max = 0,030 + 0,005 = 0,035 А. 6.8)
6.5 Визначаємо максимальну напругу в колі колектор – емітер регулюючого транзистора:
UКЕр max = U´вх max - Uвих min;(6.9)
UКЕр max = 15,684 – 3,9 = 11,784 В;
6.6 Визначаємо величину максимальної потужності, розсіюваної на регулюючому транзисторі по формулі (6.7):
РКр = (Uвх max - Uвих min) Iкр max; (6.10)
РКр = (15,6 – 3,9) * 0,035 = 0,4 Вт.
За результатами розрахунків вибираємо із довідника [3] тип транзистора КТ3102Б.
6.7 Для вибору типу стабілітрона, що використовується як джерело опорної напруги, знаходимо величину потрібної опорної напруги за формулою (6.11):
Uоп = 0,6 * Uвих min;(6.11)
Uоп = 0,6 * 3,9 = 2,7.
По даному результату вибираємо стабілітрон КС126Б.
Далі розрахуємо параметри підсилюючого транзистора. Для цього зазначаємо із довідника [3] максимальний струм на колекторі ІКпmax = 2 мА.
6.8 Визначаємо максимальну напругу в колі колектор – емітер підсилювального транзистора.
UKEпmax = Uвих max - Uст; (6.12)
UKEпmax = 4,3 – 2,7 = 1,6 В.
6.9 Визначаємо максимальну потужність, розсіювану на колекторі даного транзистора:
PKп max = UKEп max * IKп max;
PKпmax = 1,6 * 0,002 = 0,0032 Вт.
По одержаних результатах визначаємо потрібний тип транзистора. Вибираємо транзистор КТ3102Б.
6.9 Визначаємо параметри резистораR3 в колі стабілітрона VD5 знаходимо за формулою (6.13):
R3 = (Uвих min - Uст) / Iст min; (6.13)
де Iст min – мінімальний струм стабілізації стабілітрона, його вибираємо із довідника [3].
R3 = (3,9 – 2,5) / 0,005 = 280 Ом.