В разработанном комплексе применены широкораспространенные и дешевые радиоэлементы. Для цифровой части комплекса выбрана серия К1533, т.к. она имеет пониженное энергопотребление и малые входные токи, что позволяет повысить нагрузочную способность микроЭВМ К1816 до 15 (против 1 с серией К155). МикроЭВМ выбрана серии К1816 как наиболее доступная и отвечающая требованиям быстродействия и оптимальной архитектуры.
В качестве операционных усилителей выбран самый дешевый из прецизионных ОУ К140УД17А с малым температурным и временным дрейфами нуля. Высоким входным сопротивлением и коэффициентом ослабления синфазного сигнала.
Блокировочные конденсаторы применены типа КМ и К50-35 как наиболее дешевые и допустимые.
Резисторы применены типа МЛТ с допуском 1% (для измерительного усилителя 1%).
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
Расчет генератора тока управляемого напряжением
Упрощенная схема преобразователя приведена на рис. 10.
Преобразователь напряжение - ток
|
Рис.10. |
Исходные данные для расчета:
Iнmax = 0,1 A, при Uн = 1 В; Uвхmax = 5 B; Епит = 12 В.
Выбираем резисторы R3 (пренебрегая Uкэнас VT3 и VT4)
. (27)
В нашем случае R3 = 20 Ом.
Выбираем резисторы R1 и R2:
. (28)
Для Iнmax = 0,1 А, R3 = 20 Ом и Uвхmax = 5 B получим R1/R2 = 2/5. Выбираем R1= 400 Ом, тогда R2 = 1 кОм.
Расчет преобразователя напряжения
Преобразователь напряжения КД5.192.002 построен по схеме генератора Ройера (рис.11).
Преобразователь напряжения на основе генератора Ройера
|
Рис.11 |
Исходные данные для расчета:
напряжение питания U1 - 5B;
выходное напряжение преобразователя U2 - 15B;
максимальный ток вторичной обмотки I2max - 50mA;
частота генерации f - 25000 Гц.
Расчет элементов преобразователя
Определяем ток коллектора открытого транзистора
Iкнас = I2max U2 / U1, (29)
где - КПД преобразователя.
Принимаем = ,8 , I2max = 0,05А , U2 = 15В, U1 = 5В. При таких значениях получаем Iкнас = 0,19 А.
Определяем максимальное напряжение на закрытом транзисторе
Uкэmax = 2,4 U1. (30)
При U1 = 5В получаем Uкэmax = 12В.
Выбираем тип транзисторов VT1 и VT2 по значениям Uкэмах и Iкмах, причем
Iкмах = Iкнас 2,5 . (31)
Если Iкнас = 0,19А, то Iкмах = 0,48А. Этим требованиям удовлетворяют широко распространенные транзисторы КТ815А. Для них Iкмах = 1,5А, Uкэmax = 25В, h21Э 4.
Определяем ток базы транзистора
Iбнас = 1,4 Iкнас / h21Эmin, (32)
где h21Эmin - минимальное значение коэффициента передачи тока транзистора в схеме с общим эмиттером.
В нашем случае h21Эmin = 40, а Iбнас = 6,7 10-3 А.
Напряжение базовых обмоток Wб (рис.11) Uб выбираем равным 3В (среднее значение напряжений насыщения база - эмиттер транзисторов большой мощности).
Сопротивления резисторов R1 и R2 равны:
R1 = (Uб - 0,65) / Iбнас, (33)
R2 = U1 R2 / 0,7 . (34)
Исходя из имеющихся данных получаем R1 = 350 Ом и R2 = 2,5 кОм.
Расчет трансформатора
Типоразмер магнитопровода трансформатора выбирается по произведению Sст * Sок
Sст * Sок = Рг .102 / 2 .f . Bs . j . Km . Kc . , (35)
где Sст - площадь поперечного сечения стержня магнитопровода (см2); Sок - площадь поперечного сечения окна магнитопровода (см2); Рт - габаритная мощность трансформатора Bs - индукция насыщения материала магнипровода; j - плотность тока в проводах обмотки трансформатора; Кm - коэффициент заполнения медью окна сердечника; Кс - коэффициент заполнения площади поперечного сечения стержня магнитопровода материалом магнитопровода.
Рг = Uc . I / . (36)
В нашем случае Рт = 0,94 Вт.
В качестве материала магнитопровода выбираем феррит марки 2000НМ, как самый доступный, а трансформатор тороидальный. Для феррита марки 2000НМ Bs = 0,35 Тл, Кс = 1.
Так как трансформатор тороидальный, то в качестве Кm возьмем оценочное значение 0,2. Плотность тока j выберем равной 5 А/мм2, т.к. трансформатор маломощный.
Таким образом получаем Sст * Sок = 5,4.10-3(см4), или 54 мм4. Из стандартного ряда магнитопроводов нам подходит типоразмер К10х6х2 (рис.11). Для него Sок = 28,27 мм2, Sст = 3,19 мм2, Sст * Sок = 110,5 мм4. Для расчетов Sок ,28 см2, Sст ,4 мм2.
| Магнитопровод К10х6х2
Рис.12 |
Число витков коллекторных обмоток
Wк = U1 . 104 / 4 . f . Bs . Sст . Kc, (37)
что в нашем случае составляет примерно 36 витков.
Число витков вторичной обмотки
W2 = (U2 / U1) . Wк. (38)
Для нас это составляет 108 витков.
Число витков базовых обмоток
Wб = (Uб / U1) . W1. (39)
При Uб = 3В и U1 = 5В число витков Wб = 22 витка.
Определим токи в обмотках трансформатора
, (40)
. (41)
Исходя из расчетов Iк = 0,27А, а Iб = 9,5 . 10-3 А.
Определим диаметры проводов обмоток
, (42)
где d - диаметр провода (мм);
j - плотность тока (A/мм2);
I - значение тока (А).
Для коллекторных обмоток dкрасч = 0,26 мм, для базовых обмоток обмоток dбрасч = 0,049 мм, для вторичной обмотки d2расч = 0,013 мм.
Исходя из стандартных диаметров проводов и технологических соображений принимаем
dк = 0,25 мм,
dб = 0,1 мм,
d2 = 0,1 мм.
Таким образом, расчет преобразователя напряжения можно считать завершенным.
Расчет печатной платы
Основные данные для расчета сведены в табл.4.
Таблица 4
Расчет установочной площади ЭРЭ
| Наименование | Количество | Sуст, см2 |
| Резисторы | ||
| МЛТ 0.25 | 70 | 0,39 |
| МЛТ 0.5 | 3 | 0,6 |
| МЛТ 1 | 2 | 1,14 |
| СП5-2,2В | 12 | 1,69 |
| Конденсаторы | ||
| КМ-1 | 30 | 0,18 |
| К50-35 | 15 | 0,38 |
| Диоды | ||
| КД106 | 4 | 0,5 |
| КД521А | 12 | 0,24 |
| Стабилитроны | ||
| КС512 | 4 | 1,4 |
| Оптотранзисторы | ||
| АОТ110А | 2 | 0,64 |
| Транзисторы | ||
| КТ972 | 2 | 0,35 |
| КТ815 | 2 | 0,35 |
| КТ973 | 1 | 0,35 |
| КТ3102Е | 2 | 0,2 |
| КТ3107Л | 2 | 0,2 |
| Микросхемы | ||
| КР1816ВЕ35 | 1 | 5,4 |
| К1533ИР22 | 10 | 2,25 |
| К573РФ2 | 1 | 4,65 |
| К1533ИД7 | 1 | 1,8 |
| К1533ЛН2 | 1 | 1,8 |
| МАХ177 | 1 | 2,25 |
| КР140УД17А | 15 | 1,44 |
| К572ПА1 | 3 | 1,8 |
| К1533ЛП9 | 3 | 1,8 |
| Реле РЭС55 | 2 | 0,5 |
| Феррит 2000НН | 2 | 3,1 |
| СТФ-2-35 | 1м2 | |
| ТМ-250 | 30м | |
| ПЭВТЛК2 | 40м | |
| Итого | 155,1 |
Площадь платы ТПР S = 660 см2.
Коэффициент заполнения по площади Ks = 155,1 / 660 = 0,235.
Расчет надежности
Данные для расчета надежности сведены в табл.5.
Таблица 5
Надежность элементов
| Наименов. | Кол | Интенсивн отказов i.1061/ч | Коэф.нагр. Кнi | Рабочая температ Тi, oC | Интенсивн. отказов с учетом внешних условий i.1061/ч | |
| Конденсаторы | 22 | 0,15 | 0,7 | 20 | 0,045 | 0,99 |
| Микросхемы | 20 | 0,013 | - | 30 | 0,26 | 0,26 |
| Резисторы | 39 | 0,03 | 0,6 | 20 | 0,0165 | 0,6435 |
| Опто- транзисторы | 2 | 4,7 | 0,5 | 20 | 2,35 | 4,7 |
| Стабилитроны | 4 | 0,157 | 0,5 | 20 | 0,0785 | 0,314 |
| Транзисторы | 20 | 0,5 | 0,5 | 30 | 0,35 | 7 |
| Разъемы | 4 | 0,0005 | 0,8 | 20 | 4.10-4 | 1,6.10-4 |
| Пайка печатная | 300 | 0,01 | 0,5 | 20 | 0,005 | 1,5 |
| Провода соединители | 200 | 0,015 | 0,5 | 20 | 0,0075 | 1,5 |
| Плата печатные схемы | 1 | 0,7 | 0,8 | 20 | 0,56 | 0,56 |
| Всего | 17,467 |
К1мех.возд. = 1
К2влиян.влажн. = 1
К3влиян.атм.давл = 1
Интенсивность отказа схемы
.
Вероятность безотказной работы в течении заданной нароботки tp= 10000 часов равна .
КОНСТРУКЦИЯ ТПР
Общая компоновка
Электронная часть комплекса реализована в виде двух модулей ТПР и КИУ, ТПР выполнен на базе корзины микроЭВМ ДВК -2М причем для электропитания комплекса используется стандартный блок питания БПС 6-1, расположенный в этой корзине.
Другой блок представляет устройство КИУ, в котором сосредоточенны цепи измерения режимов исследуемых РЭ по переменному и постоянному току.
Блок управления
БУ смонтирован на макетной полупечатной плате, на которой размещены элементы МПУ, АЦП, устройство гальванической развязки, а также модули ЦАП (3 модуля), генератор тока (ГТ_ и питание схемы гальванической развязки с ПК.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 220.
