Стабилизатор напряжения. ДП.2101.24.120.00.000.ПЗ г. Калуга 1.2 ЗАДАНИЕ на дипломное проектирование студенту Хоменко Андрею Владимировичу. отделения очное группы Э – 120 специальность 2101 «Автоматизация технологических процессов и производств» Тема проекта: Стабилизатор напряжения. Исходные данные:
1.Тип систем Автоматическое устройство 2.Наименование узла Стабилизатор напряжения Студент Хоменко Андрей Владимирович. Руководитель проекта Левинский Владимир Иванович. Консультант по организационно- Экономической части Шафарж Ирина Степановна Дата выдачи задания 26.04.04
Дата выполнения проекта 04.04 Содержание 1.2 Задание 1.3 Введение 1.4 Описание и анализ аналогов 1.5 Описание проблемной ситуации 1.6 Конструкторская часть 6.1 Назначение, область применения, технические данные проектируемого электронного устройства 6.2 Описание работы проектируемого электронного устройства 6.3 Описание работы стабилизатора напряжения по принципиальной схеме 1.6.4
Обоснование выбора и описание элементной базы проектируемого устройства 6.5 Электрический расчет выбранного каскада для дискретных ЭРЭ 6.6 Расчет надежности проектируемого устройства 6.7 Описание конструкции проектируемого электронного устройства 6.8 Электрический расчет выбранного каскада для дискретных
ЭРЭ 1.7 Технологическая часть 7.1 Инструкция по эксплуатации спроектированного электронного устройства 1.8 Организационная часть 8.1 Организация рабочего места техника-электромеханника 8.2 Организация выполнения профилактических, регламентных ремонтных работ и метрологических проверок в процессе эксплуатации электронных устройств 8.3 Техника безопасности при эксплуатации и выполнение технического обслуживания электронных устройств, систем, КИП 1.9 Экономическая часть 9.1 Определение количества монтажных столов и слесарно-сборочных столов 9.2 Определение количества монтажников, слесарей, сборщиков, и всего штата участка 9.4 Расчет площади участка 9.5 Расчет длительности технологического цикла 9.6 Расчет стоимости материалов 9.7 Расчет периода запуска-выпуска приборов и определение заделов незавершенного производства 9.8 Составление калькуляции себестоимости 1.10
Список используемой литературы 1.11 Приложение 1.3 Введение Технический прогресс и рост производительности труда немыслимы без массового применения радиоэлектроники, автоматики и автоматизированных систем управления, выполненных на базе электронных вычислительных машин (ЭВМ). Технические средства, создаваемые на основе радиоэлектроники, неограниченно расширяют возможности человека. С помощью радиоэлектроники осуществляются программа завоевания человеком космического пространства,
запуск искусственных спутников Земли. Радиоэлектронную аппаратуру применяют на производстве, транспорте, медицине, быту. Трудно назвать область народного хозяйства, в которой в той или иной мере не использовались бы средства радиоэлектроники. Темпы внедрения радиоэлектроники во все отрасли науки и техники растут неудержимо. Наступило время, когда уровень производства электронной аппаратуры становится одним из важнейших факторов определяющих уровень технического развития страны.
В последние десятилетия в нашей стране и за рубежом возникла и активно развивается новая отрасль промышленности – производство электронных вычислительных машин, чему предшествовал длительный этап развития не только электро- и радиотехники, но и математики, физики, химии. Появление вычислительных машин первоначально объяснялось стремлением человека облегчить выполнение трудоемких вычислительных работ. Много выдающихся ученых, инженеров и изобретателей трудились над созданием различного рода приспособлений, приборов и машин, облегчающих и ускоряющих процесс вычислений. Большой вклад в эту область техники внесли специалисты нашей страны. В нашей стране особенно широко развернулись работы по созданию на базе средств вычислительной техники автоматизированных систем управления предприятиями, объединениями и целыми отраслями народного хозяйства. Внедрение радиоэлектроники во все отрасли народного хозяйства, успехи радио и телевидения требуют большого
числа высококвалифицированных специалистов, подготовка которых в профессионально-технических учебных заведениях приобретает важное значение. Особое место при этом занимает обучение монтажу радиоаппаратуры, приборов и ЭВМ, так как монтажные, а особенно электромонтажные работы, составляют при изготовлении отдельных видов изделий от 40 до 60%. Технологический процесс изготовления радиоаппаратуры, приборов и ЭВМ включает три основные группы работ: сборочные, монтажные и регулировочные.
Рабочий, занятый этими работами, должен знать назначение и принцип действия монтируемых изделий, взаимосвязь между входящими в них деталями, элементами и блоками, а также технологию производства радиоаппаратуры, способы пооперационного монтажа изделий проводами, печатного монтажа, пайки, правила изготовления мягких и жестких схем. Так как при изготовлении радиоаппаратуры используется большое количество разнообразных деталей, изоляционных и вспомогательных материалов, монтажник радиоаппаратуры и приборов должен представлять
себе технологический процесс их изготовления, назначение, параметры и свойства. В последнее время в радиолюбительской практике находят применение низкочастотные усилительные устройства с широтноимпульсной модуляцией. Такие устройства имеют высокий КПД при любых уровнях сигнала и устойчивость к самовозбуждению. Вместе с тем усилители низкой частоты обладают недостатками из-за ограниченного частотного диапазона и повышенного уровня нелинейных искажений. Применение их перспективно в тех случаях, когда на первое место выдвигаются требования экономичности, надежности, стабильности при умеренных требованиях к качеству выходного сигнала: многоканальная громкоговорящая связь, селекторные устройства, мегафоны и т.п. 1.4 Описание и анализ аналогов Данное устройство используют для питания субблоков постоянным напряжением, так как полупроводниковые приборы работают на малых токах и напряжениях.
На вход устройства поступает переменное напряжение до 22,5 вольт, с выхода снимается постоянное стабилизированное пяти вольтовое напряжение необходимое для нормальной работы субблоков. По сравнению с параметрическим блоком питания импульсный блок питания обладает многими плюсами. Параметрический блок питания обладает большой громосткостью, потребляет больше мощности и выделяет большое количество тепла, требует более массивный радиатор для отвода тепла, имеет меньший коэффициент
полезного действия на рассеивание тепла. 1.5 Описание проблемной ситуации Преимуществом разработанного устройства по сравнению с близкими к нему по принципу действия другими устройствами является то, что для поддержания постоянной величины вы¬ходного напряжения используется принцип широтно-импульсной модуляции. Величина выход¬ного напряжения не будет зависеть от амплиту¬ды импульсов. Отечественная промышленность выпускает узкую номенклатуру устройств такого типа.
Зарубежные устройства хотя и обладают преимуществом в работе, но их цена высока и малодоступна среднем покупателям. Поэтому была поставлена задача разработать устройство, удовлетворяющее потребности. 1.6 Конструкторская часть 1.6.1 Назначение, область применения, технические данные проектируемого электронного устройства Предназначен для обеспечения субблоков систем ЧПУ 2Р22, 2Р42, стабилизированным напряжением питания, необходимым для работы микросхем ТТЛ логики. Технические данные: Канал. 1 Входное номинальное напряжение. 22,5В Выходное напряжение. 5В Максимальный ток нагрузки. 10А Нестабильность выходного напряжения. 1% 1.6.2 Описание работы проектируемого устройства по функциональной схеме Функциональная схема стабилизатора напряжения состоит из следующих блоков: -схема сравнения (транзистор
VI9, резистор R27, стабилитрон V20); -задающий генератор (транзисторы V16, V17, резисторы R23, R25, R26, конденсатор С9); -интегрирующая цепь (резисторы R21, R23, конденсатор С8); -модулятор длительности импульсов (транзи¬сторы V13, V14, резисторы R8—R12); -усилитель мощности (транзисторы V9, V10, резисторы R1, R2, R4, R16); -параметрический стабилизатор (диод
V5, конденсаторы С5, С7, резистор RЗ, стабилитрон V12); -делитель напряжения (резисторы R28—RЗО, диоды V21—V23); -защита от перегрузки (транзисторы V15, V18, резисторы R5— R7, R17, R24, конденсатор С10); -защита от перенапряжения (тиристор V26, стабилитрон V27, резистор R31); -высокочастотный фильтр (дроссель L2). 1.6.3 Описание работы проектируемого устройства по принципиальной схеме
Постоянное напряжение, получаемое от вы¬прямителя, преобразуется при помощи транзи¬сторного ключа в прямоугольные импульсы, сле¬дующие с постоянной частотой. Эти импульсы поступают на сглаживающий фильтр. На выходе фильтра выделяется постоянное (выходное) на¬пряжение, равное среднему значению импульс¬ного напряжения, подаваемого на вход фильтра. Для поддержания постоянной величины вы¬ходного напряжения используется принцип широтно-импульсной модуляции.
Величина выход¬ного напряжения не будет зависеть от амплиту¬ды импульсов. Среднее значение импульсного напряжения будет поддерживаться на одном уровне, если при увеличении или уменьшении амплитуды импуль¬сов, что происходит при изменении напряжения сети, соответственно уменьшать или увеличивать длительность импульсов на выходе транзистор¬ного ключа. Необходимая длительность импульсов уста¬навливается следующим образом. Напряжение обратной связи, снимаемое с вы¬хода сглаживающего фильтра через делитель на¬пряжения поступает на схему сравнения, где производится сравнение части выходного напря¬жения с эталонным напряжением, а также уси¬ление сигнала рассогласования. Напряжение рассогласования поступает на вход модулятора длительности импульсов. На вход модулятора поступает также через интегрирующую цепь и резистор К20 пилообразное напряжение, выра¬батываемое задающим генератором (несиммет¬ричный мультивибратор).
Модулятор длительно¬сти импульсов представляет собой триггер Шмидта. Если на вход триггера подавать пилообраз¬ное напряжение, то при определенном уровне на¬пряжения, называемом уровнем срабатывания, произойдет переключение триггера. Триггер бу¬дет находиться в этом состоянии до тех пор, по¬ка входное напряжение не уменьшится до уров¬ня, при котором триггер возвращается в исходное состояние.
Длительность выходных импульсов триггера будет определяться временем между переключением триггера. Импульс напряжения с модулятора длительности импульсов через усилитель мощности управляет транзисторным ключом. Схема сравнения, задающий генератор модулятор длительности импульсов питаются параметрическим стабилизатором. Коммутационный диод предназначен для замыкания тока дросселя L1 в момент, когда транзисторный ключ закрыт. Защиты от перегрузок и от перенапряжение аналогичны соответствующим
защитам в стабилизаторе напряжения СН-11М Для контроля работы стабилизатора используются светодиод V28 и гнезда XI, Х2. 1.6.4 Обоснование выбора и описание элементной базы проектируемого устройства Транзисторы. КТ315Г. Предназначены для работы в схемах усилителей высокой промежуточной и низкой частоты. Выпускаются в пластмассовом корпусе. Обозначение типа приводится на этикетке. Масса транзистора не более 0,18 г. Электрические параметры. Граничное напряжение при Iэ=5 мА не менее 25В Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при Iк=20 мА 0,4В Напряжение насыщения база-эмиттер при Iк=20 мА 1,1.В Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкэ=10В, Iк=1мА 50-350 Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте при Uкб=10В, Iэ=5мА не более: 500нс Модуль коэффициента и передачи тока при
Uкэ=10В, Iк=1мА f=100Мгц не менее: 2.5 Емкость коллекторного перехода при Uкб=10В не более: 7пФ Входное сопротивление при Uкэ=10В Iк=1мА не менее: 40Ом Выходная проводимость при Uкэ=10В Iк=1мА не более: 0.3мкСм Обратный ток коллектора при Uкб=10В не более: 1мкА Обратный ток коллектор-эмиттер при
Rбэ=10кОм Uкэ=Uкэ макс не более: 1мкА Обратный ток эмиттера при Uбэ=5В не более: 30мкА Предельные эксплуатационные параметры Постоянное напряжение коллектор-эмиттер при Rбэ=10кОм 35 Постоянное напряжение база-эмиттер. 6 Постоянный ток коллектора. 100мА Постоянная рассеиваемая мощность коллектора при
Т=213-298К 150мВт Температура перехода 393К Температура окружающей среды. От 213 до 373К . КТ361Г Транзисторы кремневые эпитаксиально-планарные p-n-p усилительные высокочастотные. Масса транзистора не более 0,3г. Электрические параметры. Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкб=10В, Iэ=1мА при Т=298К 50-350 Модуль коэффициента и передачи тока при
Uкэ=10В, Iэ=5мА f=100Мгц не менее: 500пс Емкость коллекторного перехода при Uкб=10В f=10МГц не более: 7пФ Постоянная времени цепи обратной связи при Uкб=10В, Iэ=5мА f=5 МГц не более: 500пс Обратный ток коллектора при Uкб=10В не более: 1 мкА Обратный ток коллектор-эмиттер при Rбэ=10кОм Uкэ=Uкэ макс не более: 1 мкА КТ805АМ Транзисторы кремневые эпитаксиально-планарные n-p-n переключательные низкочастотные мощные. Масса транзистора в металлостеклянном корпусе не более 24г. В пластмассовом не более 2,5г. Электрические параметры. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при Iк=5 А 2,5в Напряжение насыщения база-эмиттер при Iк=5 А Iб=0,5А 2,5в Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при
Uкэ=10В, Iк=2 А при Т=298К 15 Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкэ=10В, Iк=1 А 60 Мгц Импульсный обратный ток коллектора при Rбэ=10 Ом при Т=298К и373К не более 60 мА Обратный ток эмиттера при Uэб=5В не более: 100мА Предельные эксплуатационные данные Импульсное напряжение коллектор-эмиттер при 160В Постоянное напряжение эмиттер база 5В
Постоянный ток коллектора 5А Импульсный ток коллектора при 8А Постоянный ток базы 2А Импульсный ток базы 2,5А Средняя рассеиваемая мощность 30Вт Тепловое сопротивление переход-корпус 3,3КВт Температура перехода 423К Температура окружающей среды. 373К КТ815В Транзисторы кремневые меза-эпитаксиально-планарные низкочастотные мощные. Масса транзистора не более 1г. Электрические параметры.
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при Iк=0,5 А Iб=0,05 А 0,6Вт Напряжение насыщения база-эмиттер при Iк=0,5 А Iб=0,05А 1,2В Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкэ=2В, Iк=0,15 А при Т=298К 40 Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкэ=5В, Iэ=0,03 А не менее 3Мгц Емкость эмиттерного перехода при
Uэб=0,5В не более: 75пФ Входное сопротивление в режиме малого сигнала при Uкэ=5В Iк=0,15 мА f=800Гц не менее 800Ом Предельные эксплуатационные данные Постоянное напряжение коллектор-эмиттер при Rбэ=10 Ом 70В Постоянное напряжение коллектор-эмиттер 60В Постоянное напряжение база-эмиттер при Тк=213-373К 5В Импульсный ток коллектора при 3А Постоянный ток базы при Тк=233-373К 0,5А КТ603Б Транзисторы кремневые эпитаксиально-планарные n-p-n импульсные высокочастотные маломощные. Предназначены для применения в импульсных и переключательных высокочастотных схемах. Масса транзистора не более 1,75 г. Электрические параметры. Граничная частота передачи тока в схеме с общим эмиттером при
Uкэ=10В Iэ=30 мА не менее 200 Мгц Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при Iк=150 мА Iб=15 мА 0,8В Напряжение насыщения база-эмиттер при Iк=150 мА Iб=15мА 1В Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкб=2В, при Т=298К при Iэ=150мА 60 Постоянная времени цепи обратной связи при Uкэ=10В, Iэ=30мА f=5 Мгц не более: 400пс Емкость коллекторного перехода при
Uкэ=10В не более: 15пФ Обратный ток коллектора при Uкб=10В не более 3мкА Обратный ток эмиттера при Uбэ=5В не более: 3мкА Предельные эксплуатационные данные. Постоянное напряжение коллектор-база и коллектор-эмиттер при Rбэ=1 кОм 30В Напряжение эмиттер-база 3В Постоянный ток коллектора 300мА Постоянная рассеиваемая мощность 0,12В Температура перехода.
423К Общее тепловое сопротивление. 200К/Вт Температура окружающей среды. От 213-398К Светодиод АЛ307 ГМ Светоизлучающие диоды с рассеянным излучением. Изготавливаются из эпитаксиальных структур на основе фосфида галлия. Выпускаются в пластмассовом корпусе. Масса не более 0,35гр. Электрические и световые параметры. Сила света 1,5мкд
Прямое постоянное напряжение 2,8В Цвет свечения Зеленый Прямой постоянный ток 20мА Резистор МЛТ-0,125 Резистор непроволочный. Номинальная мощность 0,125Вт при температуре +70. С Оптопара АОД101А Оптопара диодная. Излучатель диод арсенид галивый приемник-кремневый фотодиод (излучатель оптопары). Масса не более 1,1г. Электрические параметры. Входное напряжение при Iвх=10мА не более 1,5В Коэффициент передачи по току при Iвх=10мА не менее 1% Время нарастания и спада вых импульса при Iвх=20мА не более 100нс Выходной обратный ламповый ток, не более 2мкА Сопротивление изоляции не менее 10 Ом Предельные эксплуатационные данные.λΣ Входной постоянный ток 20мА Входной импульсный ток при =100мкс 100мА
Входное обратное напряжение 3,5В Выходное обратное напряжение 15В Выходное обратное импульсное напряжение 20В Напряжение изоляции 100В Пиковое напряжение изоляции при =10мс 200В Конденсаторы. Конденсатор К50-16-50V-2000мF-И Электрические параметры. Номинальное напряжение. 50В Дополнительное амплитудное напряжение составляющее по частоте.
2…50% Диапазон номинальных емкостей. 2…500мкФ Допуск % ряд (промежуточных емкостей) -20…+80 (ряд Е6) Габаритные размеры. Диаметр 4…21мм Длина 13…45мм К10-7В-М1500-560рF±10% Электрические параметры. Номинальное напряжение. 50В Группа ТКЕ М1500 Диапазон номинальных емкостей. 68…1000 Допуск % ряд (промежуточных емкостей) ±5±10±20 (ряд
Е24) Габаритные размеры. Диаметр 4…14мм Длинна 4…14мм Высота 3,5…4,5мм Тиристор КУ202Е. Электрические параметры. Ток ос средний max 10А Ток ос прямой 30А Uзс п. (Uзс) 100В Uобр. 100В Uос 1,5В Iос 10А Iзс 10мА Диод. КД209Б Электрические параметры. Ток средний прямой 0,5А Uобр. (Uобр.max) 600В Uпр.(Uпр,
Uпр. ср) 1В Ток прямой и (Iпр. Iпр. ср.) 0,5А Ток обратный и (Iобр. Iобр. ср.) 0,1мА Масса 6Г 1.6.5 Электрический расчет выбранного каскада для дискретных ЭРЭ Iвх ном=10мA 1. Iвх min=2мА Iвх max=20мА Icр=20/2=10 мА Iвх=10мА 2. По входному току и напряжению определяем R32 R32=Uвх/Iвх=5/0,01=500 Ом По номинальному ряду сопротивлений выбираем R32=470 Ом. Расчет надежности проектируемого устройства Надежность устройства характеризуется частотой отказов в работе. Частота отказов в работе устройства связана с количеством элементов входящих в это устройство и надежностью этих элементов. Таким образом, частоту отказов в работе устройства можно определить по формуле: λ=Σ λi *Ni (1/час) λi –Частота отказов отдельных элементов.
Ni- Количество однотипных элементов. К- Количество групп однотипных элементов. Среднее время наработки на отказ определяется по формуле: Т=1λ Для удобства расчета параметры элементов входящих в устройство сводим в таблицу. Расчет надежности, и после расчета устройства на отказ вычислим несколько значений P(t) (вероятность отказа), через некоторые промежутки времени.
1.6.7 Описание конструкции проектируемого электронного устройства 1.7 Технологическая часть 1.7.1 Инструкция по эксплуатации спроектированного электронного устройства 1.8 Организационная часть 1.8.1 Организация рабочего места техника-электромеханника Для того, чтобы человек чувствовал себя удобно на рабочем месте используют винтовой стул, т.к. каждый человек обладает своими физическими особенностями.
Паяльник размещают с правой стороны от работающего и так, чтобы до паяльника не нужно было тянуться. Обжигатель располагается таким же образом, Чтобы не было нагромождений с проводами, тумбу с розетками размещают под столом со стороны паяльника и обжигателя. В качестве местного освещения применяют светильник, расположенный над столом, при таком размещении светильника будут отсутствовать резкие тени. Перед рабочим в конце стола размещают стойку для демонтажа
элементов. Наиболее часто используемые предметы и приборы должны иметь свое постоянное место как паяльник с обжигателем, так и контрольно-измерительная аппаратура (КИА), поэтому КИА размещают справа от рабочего, на некотором удалении от него. 1.8.2 Организация выполнения профилактических, регламентных, ремонтных работ и метрологических проверок в процессе эксплуатации электронных устройств Техническое обслуживание включает в себя следующие работы: 1. внешний осмотр 2. профилактические работы 3. периодические проверки Внешний осмотр производится потребителем ежедневно и включает в себя: 1. проверку отсутствия коррозии и пыли, механических повреждений платы. 2. проверка надежности крепления и фиксации зажимов, гнезд и разъемов. 3. проверку состояния шнура питания. Профилактические работы проводятся один раз в месяц и включают
в себя: Протирку контактов разъемов кисточкой, смоченную спиртом, проверку состояния электромонтажа, проверку внешнего осмотра. Профилактические проверки проводятся ежегодно. 1.8.3 Техника безопасности эксплуатации выполнении технического обслуживания электронных устройств, систем, КИП Специальные требования: 1. Перед началом работы – надеть исправные индивидуальные средства защиты: халат или фартук (клеенчатый), защитные очки и перчатки – осмотреть и привести в порядок рабочее
место, подготовить к работе оборудование, технологическую оснастку инструмент, убедиться в их исправности. – проверить наличие и исправность защитного заземления рабочего места. – включить вентиляцию и убедиться в ее исправности. – проверить исправность местного освещения и включить его. 2. Во время работы: – содержать в чистоте рабочее место, не загромождать к нему подходы. – следить за исправным состоянием средств защиты, вентиляции, оборудования, технической оснастки и инструмента.
-во избежание разбрызгивания припоя при пайке и обслуживании детали, подлежащие пайке должны быть сухими. – во избежание травмы глаз при пайке и обслуживании пружинящих деталей, пользуйтесь защитными очками. – во избежание попадания флюса и припоя на рабочую поверхность стола, паяльник во время работы помещайте на специальную площадку с лотком. -во избежание отравления паяльник в рабочем состоянии должен находиться в зоне действия вентиляции. – во избежание вспышки или образования брызг излишки припоя удаляйте со стержня паяльника салфеткой, нагар в ванне счищать металлическими приспособлениями. – заточить стержень паяльника напильником, при этом паяльник должен быть выключен – выключите электрический инструмент, только за изолированную вилку из сети. – производить работу электрическим инструментом с рабочим напряжением не более 40В. – храните флюсы, спирто-бензиновую смесь в плотно закрытой таре. 3. По окончании работы – отключить оборудование, освещение и вентиляцию. – привести в порядок рабочее
место, произвести уборку рабочей поверхности стола. – снять спецодежду и убрать ее в специально отведенное место. – обмойте руки 3-х% раствором нашатырного спирта и вымойте теплой водой с мылом. Перед включением прибора необходимо внимательно ознакомится с настоящим паспортом, проверить исправность кабеля питания со штепселя, коммутирующие элементы, соответствие напряжения питания номиналу, указанному в технических данных. Все работы, связанные с заменой элементов, производятся при полностью отключенном
приборе от питания. Включение прибора и работа с ним производится только при заземленном кор