Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн (стр. 5 из 15)
r2=2.2×10-4×7.1×626/0.252=15.6 Ом,
тогда потери в меди Pм равны:
Pм=I12×r1+I22×r2,(3.14)
Pм=0.0322×3660.3+0.452×15.6=3.04 Вт
Охлаждающую поверхность броневого магнитопровода найдем по формуле:
Sc»2[ac+(a+c)(2a+2b+h)],(3.15)
Sc»2×[1×1+(1+1)(2×1+2×1+2.5)]=28 см2
Для оценки превышения температуры трансформатора определяют удельные охлаждающие поверхности стали sc и меди sм. Если полученные значения sc и sм не менее 20 см2, то превышение температуры можно считать допустимым (40-60?С).
9. Удельную поверхность охлаждения магнитопровода находим по формуле:
sc=Sc/Pc,(3.16)
sc=28/0.0885=316 см2/Вт >> 20 см2,
т.е. нагрев магнитопровода будет незначительным.
10. Найдим охлаждающую поверхность катушки:
Sм»2[(2a+c)(2b+h)+2b(4b+3h)],(3.17)
Sм»2[(2×1+1)(2×1+2.5)+2×1(4×1+3×2.5)]=64 см2
Удельная поверхность охлаждения обмотки:
sм=Sм/Pм,(3.18)
sм=64/3.04=21 см2> 20 см2,
т.е. нагрев катушки будет ниже допустимого.
Таким образом, трансформатор будет иметь следующие габаритные размеры: 50x30x30 мм.
3.3 Расчет задающего генератора и таймера
Расчет задающего генератора проводится в следующей последовательности:
1. Находим частоту модуляции счетчика К561ИЕ16:
fo=1/Т,(3.19)
где Т-период качания частоты, сек.
fo=1/3=0,33 Гц
2. Частота задающего генератора определяется по формуле:
fг=fo×2n,(3.20)
где n – разряд счетчика.
fг=0,33×214=5,4 кГц
Эта частота является начальной для работы счетчика.
3. Затем находим сопротивление R1 для верхней рабочей частоты задающего генератора, при R2 равному нулю и зададимся С1 равному 540 пФ:
R1=
(3.21)R1=100 кОм
4. Определяем из формулы для fгR2 для нижней рабочей частоты задающего генератора:
fг=
(3.22)R2=4,8 кОм
Расчет электронного таймера проводится по следующей методике:
5. Время работы таймера:
t=R×C(3.23)
Зададимся С4, равное 220 мкФ, при нижней границе срабатывания t=1мин (R6=0).
R5= t/C4= 5,1 кОм
6. Находим R6, при верхней границе срабатывания таймера t=30 мин:
R6=
(3.24)R6= 100 кОм
3.4 Расчет ГУНа
Расчет ГУНа заключается в определении по специальным номограммам [19], приведенным на рисунке 3.3, частотные характеристики ГУНа: а) зависимость центральной частоты ГУНа f0 от R9 и C8; для частоты сдвига fсдв; зависимость пределов частот от отношения R11/R9.
 а) |  б) | |
 в) | ||
Рисунок 3.3 – Частотные характеристики ГУНа
Исходными данными являются: R9=R11= 100 кОм, С8=6800 пФ. Определяем по номограммам центральную частоту f0=40 кГц. Выбранную частоту следует сместить (сдвинуть) на величину Dfсдв=22 кГц, если вывод 12 микросхемы CD4046B и нулевой провод соединить через резистор R11.
При соотношении номиналов R11/R9=1 находим по номограмме (рисунок 3.3, в) отношение fmax/ fmin=3,3.
3.5 Расчет усилителя мощности
Порядок расчета усилителя мощности, собранного по двухтактной схеме с параллельным включением транзисторов, следующий [ ]:
1. Выбираем тип транзистора исходя из заданной мощности по условию:
Pkmax³P1(3.25)
25 Вт ³ 15 Вт
Наиболее подходящий, в нашем случае, транзистор КТ815Г.
2. Выбираем напряжение питания из условия:
Е=(0,5¸0,8) Uкдоп,(3.26)
Е= 12 В.
3. Рассчитываем эквивалентное сопротивление нагрузки:
R¢э=
,(3.27)где rвн – сопротивление пьезоэлектрического преобразователя, равное 4,7 кОм.
R¢э=
=21.4 кОм4. Определяем амплитуду тока в цепи первичной обмотки трансформатора:
I1=
(3.28)I1=
5. Рассчитываем мощность, потребляемую каскадом:
P0=
(3.29)P0=18,3 Вт
6. Подсчитываем постоянную составляющую тока питания:
I0=
(3.30)I0=1.5
7. Определяем КПД:
h=
(3.31)h= 0.82
8. По заданной нагрузке рассчитываем входное сопротивление системы:
R¢э=
(3.32)где Сэл – электрическая емкость преобразователя, равная 5 нФ;
w0 – резонансная частота, равная 251200 рад/сек.
R¢э=13,37 кОм
9. Определяем коэффициент трансформации выходного трансформатора:
n=
(3.33)n=0.83
Таким образом, были произведены расчеты основных параметров: трансформатора, который будет иметь следующие габаритные размеры 50x30x30 мм и коэффициент трансформации N=0,07; задающего генератора (частоту модуляции счетчика) и таймера; и электрические параметры усилительного выходного каскада. По номограммам были определены центральная частота ГУНа f0=40 кГц и fmax/ fmin=3,3.
4. Выбор функциональных элементов и материалов конструкции
4.1 Выбор функциональных элементов
Проанализировав требования технического задания по электрической принципиальной схеме физиотерапевтического устройства на основе применения упругих волн проведем анализ и выбор элементарной базы.
Так как к разрабатываемому устройству не предъявляется повышенных требований к диапазону рабочих температур и других дестабилизирующих факторов, то можно сделать вывод о применении в приборе дешевых электрорадиоэлементов, имеющих малые габариты и потребляемую мощность.
При разработке электрической принципиальной схемы использовались следующие виды радиоэлементов: микросхемы, транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Электрорадиоэлементы должны быть совместимы по тепловым и энергетическим характеристикам.
Задающий генератор, счетчик, генератор управляемый напряжением и электронный таймер собраны на интегральных микросхемах .
Выбор типа микросхем проведем исходя из следующих соображений:
- соответствие параметров микросхемы электрической принципиальной схеме;
- интегральная микросхема должна иметь минимальный ток потребления;
- низкая себестоимость.
Электрические параметры выбранных микросхем приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Электрические параметры микросхем
| Серия и тип ИМС | Параметры ИМС | |
| Uпит, В | Iпот, мкА | |
| 1 | 2 | 3 |
| К561ИЕ16 К561ЛЕ5 CD4046 КР1006ВИ1 | 16 14 16 15 | 2 2 3 2 |
Интегральная микросхема (стабилизатор напряжения), которую необходимо установить в блоке питания, должна обеспечивать необходимое выходное напряжение. Она должна быть рассчитана на мощность не менее 1 Вт. Микросхема КР142ЕН8А удовлетворяет вышеуказанным условиям. Ее параметры: Pрас=1.5 Вт; Uвых=12±0.27 В [20].
Транзисторы в двухтактном усилителе будем применять средней мощности типа КТ815Г [21]. Они имеют следующие параметры:
- коэффициент усиления h21Э=25-275;
- напряжение UКЭ max=40 В;
- ток коллектора IКmax=1000 мА;
- мощность PКmax=25 Вт.
Они достаточно миниатюрны и дешевы.
Выбор типа диодов проводим исходя из следующих соображений:
- диод должен быть высокочастотным или универсальным;
- должно соблюдаться соответствие электрических параметров диодов схеме электрической принципиальной;
- применение диода по возможности с минимальными типоразмерами.
Исходя из этих требований и величины потребляемой мощности выбираем диодный мост КЦ405Е.
Резисторы будем применять серии С2-23. Элементы этой серии имеют малый размер и недорогие по стоимости. Погрешность их должна быть не больше ±10%. Два переменных резистора возьмем серииСП4-1а. Они отличаются простотой использования и дешевой ценой.
Для коммутации сети в приборе используем переключатель типа ПКн-41-1-2П. Его выбор обусловлен простотой крепления, малыми размерами и такой конструктивной особенностью: включенное и выключенное состояние визуально различимы по высоте кнопки. Кнопки переключения режимов возьмем КМП8-4 НАЗ.604.006.
Так как устройство должно быть достаточно надежным и обеспечивать необходимый диапазон частот, то конденсаторы будем использовать типа КМ. Электролитический конденсатор типа К50-35 должен быть рассчитан на напряжение не менее 16 В. Также будут применены конденсаторы К10-17. Погрешность их должна быть не больше ±20%.
В физиотерапевтическом устройстве на основе применения упругих волн применен повышающий трансформатор. Работает он на частотах до 66000 Гц. В связи с этим в трансформаторе необходимо использовать торроидальный сердечник. Это уменьшит габариты изделия. Для намотки трансформатора необходимо взять провода ПЭВТЛ-1-0.1 и ПЭВТЛ-1-0.2 так как их параметры наиболее подходят для обеспечения необходимых характеристик трансформатора.