Вибір елементної бази джерела живлення та проектування трансформатору

Пояснювальна записка до курсового проекту з курсу

“ Елементна база електронних апаратів”.



ТЕМА

“Вибір елементної бази джерела живлення та проектування трансформатору”




ЗМІСТ



	1. ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ ЕА З УРАХУВАННЯМ ЗАДАНИХ ВИМОГ

1.1 Вибір ЕБ з урахуванням схемно-функціонального призначення та надійнісно-експлуатаційних показників 

1.2 Вибір ЕБ з урахуванням конструкторсько-технологічних та економічних показників 

2. ПРОЕКТУВАННЯ СПЕЦІАЛЬНОГО ЕЛЕКТРОРАДІОЕЛЕМЕНТА(ЕРЕ)

2.1 Методика проектування трансформатора 

2.2 Параметри і конструкція трансформатора 

3. СПЕЦІАЛЬНІ РОЗРАХУНКИ З ВИБОРУ ЕБ І ПРОЕКТУВАННЯ ЗАДАНОГО ЕРЕ

3.1 Термокомпенсація заданого фрагмента схеми ЕА 

3.2 Розрахунок виробничіх та експлуатаційних допусків основного параметра заданого ЕРЕ 

Висновки 

Список літератури 

Додатки




1. ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ ЕА З УРАХУВАННЯМ ЗАДАНИХ ВИМОГ



1.1 Вибір ЕБ з урахуванням схемно-функціонального призначення та надійнісно-експлуатаційних характеристик



Вимоги, що ставляться до параметрів, властивостей та характеристик електрорадіоелементів і, як наслідок, обмеження на їхні типи, визначаються функціональним призначенням схем та ланцюгів, у яких вони використовуються. При виборі елементної бази до певного ЕА також необхідно враховувати умови експлуатації цього ЕА. Для даного варіанту курсової роботи задані наступні умови експлуатації:

умови експлуатації – корабельні;

відносна вологість – 98% при 40° С;

висота над рівнем моря – 0 км;

діапазон робочих температур: -60° С … +60° С.

Схема, для якої треба здійснити вибір елементної бази являє собою DRM-радіоприймач. Принципова схема наведена у додаткуА. 

Вибір ЕБ ЕА з урахуванням надійнісно-експлуатаційних показників заснований на схемно-функціональному аналізі та відповідних обмеженнях типів елементів і представляє собою ітераційний процес. На кожному кроці цього процесу проводиться розрахунок наступного основного показника надійності ЕБ ЕА 



(1.1)


Де - сумарна інтенсивність відмов вибраного комплексу компонентів ЕБ ЕА;

- відповідно кількість в ЕА: резисторів, конденсаторів, 

напівпровідникових приладів, маточних виробів, інших елементів схеми (фільтрів, ліній затримки, елементів пам'яті, пристроїв індикації, пристроїв функціональної електроніки, комутуючих пристроїв, джерел живлення, тощо.); 

1/год - інтенсивність відказів з'єднання пайкою; 

- інтенсивність відказів у номінальному режимі і-го відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного виробу, іншого елемента схеми (таблиця 1.4); 

- кількість виводів і-го відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного виробу, іншого елемента схеми; 

- коректуючи коефіцієнти, які враховують умови експлуатації ЕА;

; ; ; ; ; - поправочні коефіцієнти, що залежать від Кн (коефіцієнта навантаження) та t (температури) відповідно для резисторів, конденсаторів, напівпровідникових приладів, моточних виробів та інших елементів схеми ЕА 

Ітераційний процес базується на величину сумарної інтенсивності відказів впливають значення коефіцієнтів навантаження Кн компонентів ЕБ ЕА, та можна змінювати, вибираючи інші типи елементів ().

На цьому етапі мета курсової роботи полягає у забезпеченні оговореного співвідношення між  та величиною часу наробки на відмову ЕА, яку задано.

Час наробки на відмову складає 17 000 годин.

Результати програмних розрахунків вибору ЕБ наведені у таблиці 1.



Таблиця 1.

№

Найменування

Позначення

nj

mj

λ6

λji

Kнi

aji

bji=λji*aji

cji=λ6*mji

dji=bji+cji

K1

K2

K3

K4

1

Резистори 































Постійні

R1-11,R13-15,R18-20,R22-29,R31

26

52

1,00E-08

0,087

0,5

0,3

2,61E-08

5,20E-07

1,42E-05

1,04

1,03

1

1



Змінний

R12,R21,R30

3

6

1,00E-08

0,091

0,5

0,3

2,73E-08

6,00E-08

2,62E-07

1,04

1,03

1

1

2

Конденсатори





















1,04

1,03

1

1



Полярні

С8,С15-16,С21,С30,С32-33,C35,C37

9

18

1,00E-08

0,035

0,5

1,8

0,000000063

1,80E-07

2,19E-06

1,04

1,03

1

1



Постійні

С1-7,С9-14,С17-20,С22-29,С31

28

56

1,00E-08

0,15

0,5

0,2

0,00000003

5,60E-07

1,65E-05

1,04

1,03

1

1

3

Діоди































Стабілітрон

VD1-17,VD19-22

21

42

1,00E-08

0,2

0,5

1,16

0,000000232

4,20E-07

1,37E-05

1,04

1,03

1

1

4

Дроселі





















1,04

1,03

1

1



Постійна

L1-4

4

8

1,00E-08

0,02

0,5

0,4

0,000000008

8,00E-08

3,52E-07

1,04

1,03

1

1

5

Транзистори





















1,04

1,03

1

1



Біполярні

VT1, VT3-11

12

24

1,00E-08

0,5

0,5

0,5

0,00000025

2,40E-07

5,88E-06

1,04

1,03

1

1

6

Мікросхеми





















1,04

1,03

1

1



Аналогова

DA1

1

8

1,00E-08

0,214

0,5

0,65

1,391E-07

8,00E-08

2,19E-07

1,04

1,03

1

1



Цифрова

DD1-3

3

30

1,00E-08

0,214

0,5

0,65

1,391E-07

3,00E-07

1,32E-06

1,04

1,03

1

1

7

Трансформатор

Т1-3

3

15

1,00E-08

0,045

0,5

0,4

0,000000018

1,50E-07

5,04E-07

1,04

1,03

1

1

8

Кварц

ZQ

1

2

1,00E-08

0,01

0,5

0,81

8,1E-09

2,00E-08

2,81E-08

1,04

1,03

1

1

9

Запобiжник

FU1-4

4

8

1,00E-08

0,5

0,5

0,4

0,0000002

8,00E-08

1,12E-06

1,04

1,03

1

1

10

Оптопара

VU1

1

4

1,00E-08

0,35

0,5

0,4

0,00000014

4,00E-08

1,80E-07

1,04

1,03

1

1





Σ

λ

То

1,62017Е-05

5,53Е-05

16924,08





1.2 Вибір ЕБ з урахуванням конструктивно-технологічних та економічних показників



Конструктивно – технологічні показники складаються з конструктивних параметрів ЕБ ЕА (- сумарна маса та об’єм комплексу) і технологічних параметрів  (i = 1,…5).

	Сумарна маса ЕБ ЕА визначається формулою 



 		 (1.2)



Де - маса і-го елемента відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного виробу, іншого елемента схеми. 



г



Сумарний об’єм знаходиться за наступною формулою 



 			(1.3)



Де - об’єм і-го елемента відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного виробу, іншого елемента схеми.


= 19131,4



Технологічні показники визначаються наступним чином. Коефіцієнт застосування компонентів ЕБ ЕА () має вигляд



 					(1.4)



Де  - сумарна кількість типорозмірів оригінальних компонентів ЕБ ЕА для усіх п’яти типів ( резисторів, конденсаторів і т.д.);

 - сумарна кількість типорозмірів компонентів ЕБ ЕА для усіх типів компонентів.



К1=1-1/19=0,948



Коефіцієнт повторення компонентів ЕБ ЕА () визначається за формулою



 					(1.5)



де - загальна кількість компонентів комплексу ЕБ ЕА.



К2=1-19/59=0,678



Коефіцієнт повторення мікросхем і мікрозбірок у ЕБ ЕА () має вигляд



 					(1.6)


де  - кількість типорозмірів корпусів мікросхем і мікрозбірок в ЕБ ЕА; 

 - загальна кількість мікросхем і мікрозбірок в ЕБ ЕА.



К3=1-4/11=0,637



Коефіцієнт установочних розмірів компонентів ЕБ ЕА () представляється виразом



 					(1.7)



де  - кількість видів установочних розмірів компонентів ЕБ ЕА.



К4=1-51/59=0,136



Коефіцієнт автоматизації і механізації підготовки компонентів ЕБ ЕА до монтажу () можна описати наступним чином



 						(1.8)



де - кількість компонентів ЕБ ЕА, підготовка котрих до монтажу здійснюється механічним та автоматизованим методом.



К5=55/59=0,932



Економічний показник представляє собою сумарну вартість усіх компонентів ЕБ ЕА ()


 		(1.9)



Де - вартість і-го відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового прилада, моточного елемента, іншого елемента схеми. 

	

	 грн..



Результати програмного розрахунку цього етапу вибору ЕБ наведені у таблицях 2,3,4:



Таблиця 2. Загальна вартість елементів



Тип ЕРЕ

Кіл-ть N,шт.

Довжина, мм

Ширина, мм

Висота, мм

Вага,г

Об'єм,мм3

Ціна,грн.

Вага*N,г

Об'єм*N,мм3

Ціна*N,грн.

Резистори 























Постійні

C2-29B

26

6

2

4

1

48

0,28

26

1248

7,28

Змінний

СП3-9б 

3

7

8

5

8

280

0,85

24

840

2,55

Конденсатори























Полярні

К73-17

9

10,5

10,5

4

4

192

0,17

36

3969

1,53

Постійні

К10-17А 

28

8

8

8

4

204

0,45

112

14336

12,6

Діоди























Стабілітрон

КД 503А

21

4,5

2,2

2,2

2

21,78

0,56

42

457,38

11,76

Дроселі























Постійна

ДМ-0,1

4

10

5

5

2,5

250

0,3

10

1000

1,2

Транзистори























Біполярні

Д2-0,16-0,22

12

6

9

8

0,75

320

1,6

9

5184

19,2

Мікросхеми























Аналогова

DA1

1

13

9

7

25

28

5

50

1200

5

Цифрова

К561ЛА7

3

15

10

6

20

68

3,5

60

2700

10,5

Трансформатор

K174XA27

3

56

15

12

35

1008

2,5

105

30240

7,5

Кварц

JXG75

1

20

7,5

5

0,6

150

15

0,6

150

15

Запобiжник

Р5

4

21

5

5

7

70

2,1

28

2100

8,4

Оптопара

Х

1

20

7

8

20

128

3,1

20

1120

3,1



Вага Σ=

522,6

г

Об'єм Σ=

19131,4

мм3

Ціна Σ=

105,62

грн.




2. ПРОЕКТУВАННЯ СПЕЦІАЛЬНОГО ЕЛЕКТРОРАДІОЕЛЕМЕНТА



2.1 Методика проектування трансформатора








2.2 Параметри і конструкція трансформатора



Процес виготовлення силового трансформатора складається з декількох етапів. В першу чергу слід виготовити каркас катушки трансформатора. Потім виконується намотування на каркас обмоток катушки. Після цього потрібно зібрати трансформатор, встановивши всередину катушки сталеве осердя. Нарешті, необхідно перевірити виготовлений трансформатор. Каркас для катушки трансформатора може бути виготовлен з картону чи пресшпана. Гильза виконується з полоски завширшки, дорівненої висоті вікна осердя, та длиною, рівною періметру робочого керна осердя. Щічки вирізуються так, щоб гільза входила в їх отвори. Гільза з щічками скріпляється смужками паперу казеїновим клеєм.

Далі перед намоткою катушки потрібно заготовити гнучкий багатожильний ізольований дріт для виводів. Можна застосувати монтажний дріт марки МГШ або МГШД - багатожильні дроти з волоконною ізоляцією. Використовувати дроту у вініловій ізоляції не рекомендується.

Намотування першого слою здійснюється справа наліво поверх виводу, що його закріплює, запобігаючи вискубуванню. Намотування ведуть, не доходячи до лівої щічки на 2мм. Потім кладеться прокладка, кінці якої повинні лягати внахлест, один на інший. Виводи і наплести всіх прокладок розташовуються тільки на вузьких боках гільзи. В шар потрібно укласти стільки витків, скільки було отримано при розрахунку. Намотавши передостанній шар обмотки, на нього укладають виводи, пропустивши його в отвір тієї щічки, біля якої знаходиться кінець передостаннього слою. Кінець виводу загинається у протилежної щічки. 

Потім намотується останній шар, його кінець припаюється до кінця виводу, який виявляється закріплений останнім шаром намотування. Тепер кладуться три шари прокладок, після чого аналогічно ведеться намотування наступної обмотки. Корисно після намотування кожної обмотки перевірити омметром, чи не відбувся обрив дроту, що часто трапляється при використовуванні тонких дротів і надійність припаювання висновків. Обірвану обмотку слід перемотати. Якщо ж це виявиться після намотування всіх обмоток доведеться перемотувати всю катушку.

Потім відбувається збірка готового трансформатора, та його перевірка.



	
3. 	СПЕЦІАЛЬНІ РОЗРАХУНКИ З ВИБОРУ ЕБ І ПРОЕКТУВАННЯ ЗАДАНОГО ЕРЕ

	

	3.1 Термокомпенсація заданого фрагмента схеми ЕА



В процесі вибору ЕБ для ЕА часто виникає потреба у забезпеченні температурної стабільності окремих ланцюгів схеми, які є визначальними у формуванні якісних показників функціонування електронного апарату у заданому діапазоні температур із зберіганням відповідних характеристик і параметрів. Тому у даній роботі здійснюється термокомпенсація певного фрагмента схеми ЕА, заданого керівником роботи, з метою забезпечення більш стабільного функціонування ЕА. Для даного варіанту курсової роботи такий ланцюг має наступний вигляд (рис. 3.1):





Рис 3.1 Фрагмент схеми для термокомпенсації



Запишемо номінали елементів фрагменту схеми, для якого необхідно визначити умови термокомпенсації:



C= 6800 мкФ

R1= 5,1 кОм

R2= 5,1 кОм



Розрахунок опру конденсатора проводиться за наступною формулою:






Запишемо функцію, яка буде описувати повний опір заданого ланцюга:



		 		 (3.1)



Розрахунок АЧХ ланцюга проводиться за наступною формулою:



 (3.2)



Після цього запишемо умову термокомпенсації:



 					(3.3)



На основі рівняння (3.3) запишемо рівняння наступного вигляду:



				(3.4)



де , ,  - температурні коефіцієнти резистора та конденсаторів;










АЧХ функции z

Продиференцируемо по 

Розв’язавши систему рівнянь отримаємо 



 = -26,710^(-6) 1/°C,

 = 1,2*10^(-6) 1/°C



Виходячи з отриманих значень можемо обрати конденсатор КМ5А 



=-25*10^(-6) 1/°C

3.2 Розрахунок виробничих та експлуатаційних допусків основного параметру заданого ЕРЕ. 



Одним з важливих параметрів трансформатора є потужність визначається множенням напруги між виводами цієї обмотки на силу споживаного від неї струму:







цей параметр використовується для об’єктивного порівняння якості різних типів трансформаторів і є дуже важливим при виборі того чи іншого типа і є кількісною характеристикою їх якості.

Розрахунок коефіцієнту абсолютного впливу на цей базовий параметр проектуємого трансформатора.






маємо =0.3А і значення середнього об’єму  (для даного трансформатора)

Після підстановки отримуємо значення :



 



Тоді









Маємо рівняння похибки для базового параметру трансформатора і коефіцієнт відносного та абсолютного впливу фактору на вихідний параметр.







де

- вплив вологості;

- вплив ;

- коефіцієнт старіння;

- приріст по , ;

	- приріст по терміну старіння.	

З довідників визначаємо коефіцієнт впливу вологості, температури та старіння на параметри трансформатора.


- коефіцієнт старіння;

- коефіцієнт ;







В- коефіцієнт відносного відхилення.

Для визначення загального допуску проводимо розрахунок математичного очікування М( ) та половини поля допуску в ( ) для  з урахуванням умов виробництва і впливу вологи,  та старіння.





 








В результаті цих розрахунків були знайдені допуски на вплив вологості, температури та старіння на габаритний індекс виборності розробляємого трансформатора.




Висновок



У результаті виконання даної курсової роботи проведено вибір Елементної бази імпульсного джерела живлення з урахуванням схемотехнічних, функціональних особливостей, а також з урахуванням експлуатаційних, надійносних та конструктивно-технологічних показників. 

Спроектовано трансформатор живлення, проведені конструктивні розрахунки, розроблений алгоритм по якому розроблена програма. 

Проведені спеціальні розрахунки: термокомпенсація заданого фрагмента схеми ЕА за допомогою Excel, розраховані виробничі та експлуатаційні допуски основного параметра заданого ЕРЕ.

Накреслили електричну принципову схему та електрорадіоелемент за допомогою програми КОМПАС-3D V11.




СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ



1. В.Н. Свитенко Электро-радио-элементы Курсовое проектирование Москва Высшая школа 1987.

2. А.Д. Фролов Радиодетали и узлы Учеб. пособие для спец. Вузов Конструирование и производство радиоаппаратуры. М., Высшая школа1975.

3. Методичні вказівки до дипломного проекту (роботи) спеціаліста та кваліфікаційної роботи магістра. Правила оформлення пояснювальної записки та графічних матеріалів для студентів спеціальностей 7.091001, 8.091001- „Виробництво електронних засобів „ та 7.09103,8.091003- „Побутова електронна апаратура „ / Укл.: I.M. Єрімічой,В.М. Ніколаєнко, АЛ. Казаков, A.A. Єфименко, В.В. Сибіряков. -Одеса: ОНПУ, 2002. - 52 с.

4. Т.А Рычина A.B. Зеленский Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы Учебник для вузов 2-е Изд. перераб. и доп. М., Радио и связь 1989. - 352 с.

5. Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов: Справ, пособие / В.В. Дмитриев, В.Б. Акпамбетов, Е.Г. Бронникова, и др.; Под редакцией Б.Ф. Высоцкого, В.В Дмитриева. - M.: Радио и связь, 1985. — 176 с, ил. - (Проектирование РЭА на интегральных микросхемах).

6. Методичні вказівки до дипломного проекту (роботи) спеціаліста та кваліфікаційної роботи магістра. Правила оформлення пояснювальної записки та графічних матеріалів для студентів спеціальностей 7.091001, 8.091001- „Виробництво електронних засобів „ та 7.09103, 8.091003- „Побутова електронна апаратура „ / Укл.: I.M. Єрімічой, B.M. Ніколаєнко, А.І. Казаков, A.A. Єфименко, B.B. Сибіряков.-Одеса: ОНПУ, 2002.-52 с.

7. Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов: Справ, пособие / В.В. Дмитриев, В.Б. Акпамбетов, Е.Г. Бронникова, и др.; Под редакцией Б.Ф. Высоцкого, В.В Дмитриева. - M.: Радио и связь, 1985. - 176 с, ил. - (Проектирование РЭА на интегральных микросхемах).