Uвх = Uвх.мин /(1 - ΔUвх / Uвх) = 15 / (1 – 0,4) = 25 В,
Uвх.макс = Uвх (1 + ΔUвх / Uвх) = 25(1 + 0,4) = 35 В.
Находим максимальное напряжение UКЭ1макс и максимальную мощность, рассеиваемую на регулирующем транзисторе:
UКЭ1макс = Uвх.макс - Uвых = 35 – 8 = 27 В;
PК1макс =UКЭ1макс *Iн = 27 · 4 = 108 Вт.
По этим двум величинам из справочника выбирают подходящий транзистор, для которого выписывают
PКмакс, IКмакс, h21, UКЭмакс.
Выбираем транзистор n-p-n КТ805Б с PКмакс = 100 Вт; IКмакс = 20 А; UКЭмакс = 60 В; h21 = 20
Коллекторный ток транзистора VT2
IК2 ≈ IЭ2 = IБ1 + IR2 = Iн/h21 + IR2 = 4000/20 + 2 = 202 мА = 0,2 А
где IR2 - дополнительный ток, протекающий через резистор R2. Для маломощных транзисторов, используемых в качестве согласующего элемента, дополнительный ток выбирают в пределах 1…2 мА.
Определяют максимальные значения напряжения UКЭ2 и мощности PК2 согласующего транзистора:
UКЭ2макс ≈ UКЭ1макс = 27 В;
PК2 = IК2UКЭ2макс = 0,2 · 27 = 5,45 Вт.
Согласующий транзистор выбираем по двум параметрам UКЭ2макс и PК2, при этом должно соблюдаться неравенство IКмакс > IК2.
Выбираем в качестве VT2 транзистор n-p-n КТ312Б c PКмакс = 10 Вт; IКмакс = 1,5 А; UКЭмакс = 80 В; h21 = 30.
Сопротивление резистора
R2 = Uвых/IR4 = 8 / 2 = 4 Ом.
Uоп = Uвых - UКЭ2 = 8 – 2,4 = 5,6 В.
Исходя из полученного опорного напряжения, по справочнику подбираем один или несколько стабилитронов, как правило, малой мощности, обеспечивающих заданное опорное напряжение. Для выбранного стабилитрона выписываем напряжение стабилизации, максимальный и минимальный токи стабилизации.
Выбираем стабилитрон
Д814Д с Iст. мах = 55 мА, и UСТ = 5,6 В.
R2 = UКЭ1 / (IК2 + IБ2) = 22 / (1,2 + 6,7) = 4,7 кОм.
Емкость конденсатора С1, включение которого приводит к незначительному уменьшению пульсации выходного напряжения и заметному уменьшению выходного сопротивления стабилизатора переменному току, выбирают в пределах 100 ÷ 200 мкФ.
3.2 Схемотехническое моделирование в среде Electronics Workbench
Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электрических схем.
Программа Electronics Workbench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Electronics Workbench может проводить анализ схем на постоянном (DC) и переменном (AC) токах. При анализе на постоянном токе определяется рабочая точка схемы в установившемся режиме работы.
Рисунок 5 – Принципиальная схема устройства в среде Electronics Workbench
4 Расчет и проектирование печатной платы
Печатные платы - это элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение элементов электрической цепи. Они получили широкое распространение в производстве модулей, ячеек и блоков РЭА благодаря следующим преимуществам по сравнению с традиционным объемным монтажом проводниками и кабелями:
-повышение плотности размещения компонентов и плотности монтажных соединений, возможность существенного уменьшения габаритов и веса изделий;
-получение печатных проводников, экранирующих поверхностей и электро- и радиодеталей (ЭРЭ) в одном технологическом цикле;
-гарантированная стабильность и повторяемость электрических характеристик (проводимости, паразитных емкости и индуктивности);
-повышение быстродействия и помехозащищенности схем;
-повышенная стойкость и климатическим и механическим воздействиям;
-унификация и стандартизация конструктивных и технологических решений;
-увеличение надежности узлов, блоков и устройства в целом;
-улучшение технологичности за счет комплексной автоматизации монтажно-сборочных и контрольно-регулировочных работ;
-снижение трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.
К недостаткам следует отнести сложность внесения изменений в конструкцию и ограниченную ремонтопригодность.
Элементами ПП являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и контактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия.
Общие требования к ПП.
Диэлектрическое основание ПП должно быть однородным по цвету, монолитным по структуре и не иметь внутренних пузырей и раковин, посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются одиночные вкрапления металла, царапины, следы от удаления одиночных невытравленных участков, проявление структуры материала, которые не ухудшают электрических параметров ПП и не уменьшают минимально допустимых расстояний между элементами проводящего рисунка.
Проводящий рисунок ПП должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, разрывов, следов инструмента и остатков технологических материалов. Допускаются: отдельные местные протравы не более 5 точек на 1 дм2 ПП при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально, допустимой по чертежу; риски глубиной не более 25 мкм и длиной до 6 мм; остатки металлизации на участках ПП, не уменьшающие допустимых расстояний между элементами.
По виду материала основы ПП разделяют на:
-изготовленные на основе органического диэлектрика (текстолит, гетинакс, стеклотекстолит);
-изготовленные на основе керамических материалов;
-изготовленные на основе металлов.
По виду соединений между слоями различают ПП с металлизированными отверстиями, с пистонами, изготовленные послойным наращиванием, с открытыми контактными площадками.
По способу изготовления ПП разделяют на платы, изготовленные химическим травлением, электрохимическим осаждением, комбинированным способом.
По способу нанесения проводников ПП делят на платы, полученные обработкой фольгированных диэлектриков, нанесением тонких токопроводящих слоев. Последний способ хорошо отработан на технологии гибридных схем.
Задачи конструирования печатных плат.
В РЭА печатные платы применяют практически на всех уровнях конструктивной иерархии: на нулевом - в качестве основания гибридных схем и микросборок, на первом и последующих - в качестве основания, механически и электрически объединяющего все элементы, входящие в электрическую принципиальную схему РЭА и ее узлов. При разработке конструкции печатных плат решаются следующие взаимосвязанные между собой задачи:
1) схемотехнические - трассировка печатных проводников, минимизация слоев и т.д.;
2) радиотехнические - расчет паразитных наводок, параметров линий связи и пр.;
3) теплотехнические - температурный режим работы ПП, теплоотводы;
4) конструктивные - размещение элементов на ПП, контактирование и пр.;
5) технологические - выбор метода изготовления, защита и пр.
Основные правила конструирования печатных плат.
1.Максимальный размер стороны ПП не должен превышать 500 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа.
2. Соотношения размеров сторон ПП для упрощения компоновки блоков и унификации размеров ПП рекомендуются следующие: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 и т.д.
3. Выбор материала ПП, способа ее изготовления, класса плотности монтажа должны осуществляться на стадии эскизного проектирования, так как эти характеристики определяют многие электрические параметры устройства..
4. При разбиении схемы на слои следует стремиться к минимизации числа слоев. Это диктуется экономическими соображениями.
5. По краям платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5-2,0 мм. Размещение установочных и других отверстий, а также печатных проводников в этой зоне не допускается.
6. Все отверстия должны располагаться в узлах координатной сетки. В крайнем случае, хотя бы первый вывод микросхемы должен располагаться в узле координатной сетки.
7. На печатной плате должен быть предусмотрен ориентирующий паз (или срезанный левый угол) или технологические базовые отверстия, необходимые для правильной ориентации платы.
8. Печатные проводники следует выполнять минимально короткими.
9. Прокладка рядом проводников входных и выходных цепей нежелательно во избежание паразитных наводок.
10. Проводники наиболее высокочастотных цепей прокладываются в первую очередь и имеют благодаря этому наиболее возможно короткую длину.
11. Заземляющие проводники следует изготовлять максимально широкими.
Конструктивные особенности ПП. Ширину печатных проводников рассчитывают и выбирают в зависимости от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего материала, температуры окружающей среды при эксплуатации. Края проводников должны быть ровными, проводники без вздутий, отслоений, разрывов, протравов, пор, крупнозернистости и трещин, так как эти дефекты влияют на сопротивление проводников, плотность тока, волновое сопротивление и скорость распространения сигналов.
Расстояние между элементами проводящего рисунка, расположенными на наружных или в соседних слоях ПП, зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связано с помехоустойчивостью, искажением сигналов и короткими замыканиями.
Координатная сетка чертежа ПП необходима для координации элементов печатного рисунка. В узлах пересечений сетки располагаются монтажные и переходные отверстия. Основным шагом координатной сетки принят размер 0,5 мм в обоих направлениях. Если этот шаг не удовлетворяет требованиям конкретной конструкции, можно применять шаг, равный 0,05 мм.
При использовании микросхем и элементов с шагом выводов 0,625 мм допускается применение шага координатной сетки 0,625 мм. При использовании микросхем зарубежного производства с расстояниями между выводами по дюймовой системе допускается использование шага координатной сетки, кратного 2,54 мм.
Диаметры монтажных и переходных отверстий (металлизированных и неметаллизированных) должны выбираться из ряда 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4;2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0. Монтажные отверстия предназначены для установки микросхем и ЭРЭ, а переходные отверстия для электрической связи между слоями или сторонами ПП.
Размеры ПП, если они специально не оговорены в ТЗ, определяются с учетом количества устанавливаемых элементов, их установочных площадей, шага установки, зон установки разъема и пр. Соотношение линейных размеров сторон ПП должно составлять не более 3:1.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
