Сторінка
1

Електроніка та мікросхемотехніка

Зміст

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

Розроб.

Літера

Аркуш

Аркушів

Перевірив

Н.конт.

Затв.

Вступ.

Електротехніка – це наука, яка вивчає засоби використання електричних та магнітних явищ.

Науково – технічний прогрес проходить при все більш широкому використанні електричної енергії в усіх галузях народного господарства.

Вона має велике соціальне і політичне значення. Тільки при електрофікації виробництва можливий ріст продуктивності праці, підвищення ефективності всіх галузей народного господарства, покращення культури виробництва і умов праці. Вданий час неможливий подальший розвиток промисловості сільського господарства, транспорту і т.д., а також покращення побутових умов людей без розширення використання електричної енергії.

Електротехніка являється наукою про технічне використання електроенергії і магнетизму в народному господарстві. Без значного глибокого знання електротехніки неможливо уявити собі інженерів – винахідників і керівників сучасного високо розвинутого виробництва.

Інтенсивне використання електроенергії зв’язане з наступними її особливостями: можливість достатньо легкого перетворення в наступні види енергії (механічну, теплову, хімічну, світлову, променеву і т.д.); можливістю централізованого і економічного одержання на різних електростанціях; простотою передачі за допомогою ліній електропередачі з малими втратами на великі віддалі до споживачів.

Крім того, електричну енергію широко використовують в електричних установках для нагрівання виробів, плавлення металів, зварки, електролізу, для отримання плазми нових матеріалів з допомогою електрохімії, для очистки матеріалів і газів. З допомогою електричної енергії працює телеграф, телебачення, радіо, без неї неможливо уявити кібернетику, космічну техніку.

Електрична енергія служить також для штучного освітлення. Одним словом без електроенергії неможливе нормальне життя сучасного суспільства.

Звідси виходить завдання: забезпечити високий рівень надійності постачання електричної енергії, правильно і економічно її використовувати.  

Арк.

4

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

Теоретична частина

Призначення та області застосування пристрою.

Випрямляч-пристрій, який перетворює змінний струм в постійний і є найбільш поширеним джерелом постійного струму.

Випрямляч складається з таких елементів:

j Силовий трансформатор-чотириполюсник, який служить для пониження (підвищення) напруги джерела змінного струму (електромережі) до потрібної величини. Має одну або декілька первинних обмоток для вмикання в електромережу та одну або декілька вторинних обмоток для підключення навантаження. Для випрямляча навантаженням силового трансформатора є вентильна схема.

k Вентильна схема - чотириполюсник, яка служить для перетворення змінного струму в постійний. Вентильна схема має такі різновиди:

1 Однонапівперіодна вентильна схема. Властивості схеми:

- постійна складова випрямленої напруги дорівнює 0,45 U2тр;

- випрямлена напруга має великі пульсації;

- вентиль вибирається з великім значенням зворотної напруги;

- погані умови роботи трансформатора в зв’язку з проходженням через його вторинну обмотку постійної складової струму навантаження.

2 Мостова вентильна схема. Властивості схеми:

- постійна складова випрямленої напруги дорівнює 0,9 U2тр;

- менший ступінь пульсації випрямленої напруги при порівнянні з однонапівперіодичною вентильною схемою;

- вентилі у схемі вибираються на менші зворотні напруги і по половинні струму навантаження;

- добрі умови роботи трансформатора.

3 Схему застосовують для невеликої потужності навантаження (від одиниць до сотень ват).  

Арк.

5

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

1. Призначення та області застосування

Згладжуючий фільтр або фільтр випрямленої напруги - чотириполюсник, служить для зменшення пульсації струму після випрямлення. Фільтри випрямленої напруги мають такі різновиди:

1 Ємнісний фільтр-це конденсатор, увімкнений до вихідних затискачів вентильної схеми паралельно до навантаження (споживача). Властивості С-фільтра:

- підвищує випрямлену напругу;

- ефективно зменшує пульсації випрямленої напруги в режимах, близьких до холостого ходу;

- стабільність роботи із зміною навантаження;

- імпульсний режим роботи конденсатора погіршує умови роботи вентильної схеми та трансформатора.

2 Індуктивний фільтр-це дросель, який вмикається послідовно з опором навантаження. Властивості L-фільтра:

- стабільність роботи є більшою, ніж у С-фільтра, із зміною навантаження;

- ефективно зменшує пульсації випрямленої напруги тільки під навантаженням;

застосовується в комбінації з конденсаторами для утворення одноланкового (дволанкового) LC - фільтра або еквівалентом дроселя є індуктивність споживача (наприклад обмотки збудження електричних машин, електромагнітів).  

Арк.

6

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

2. Аналіз вибору мостової схеми.

Мостову вентильну схему вибирають з таких міркувань:

- ступінь пульсації випрямленої напруги постійного струму для живлення споживача;

- величина потужності постійного струму споживача;

- згідно вимог до конструкції випрямляча та його призначення;

- технологічності вибору: мостова схема в вигляді інтегральної мікросхеми; мостова схема в вигляді мікромодуля; мостова схема в вигляді дискретних напівпровідникових діодів;

- експлуатаційних вимог роботи випрямляча (тепловий режим);

- види навантаження споживача (рівномірне чи нерівномірне навантаження фаз електричного кола);

- інших факторів, які задані в технічних умовах при проектування та розробці виробу.

При попередньому аналізі вибору мостової схеми вибирають технологічний варіант мостової схеми. Після виконання електричного, теплового та конструктивного розрахунку повертаються до попереднього аналізу вибору мостової схеми і виконують кінцевий вибір конструкції мостової схеми та елементної бази до неї.  

Арк.

7

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

3. Принцип роботи випрямляча з Г – подібним одно ланковим згладжу вальним RC фільтром

Схема згладжуючого RC-фільтра.

RC - фільтр застосовують у пристроях, у яких струм навантаження порівняно невеликий. Принцип роботи RC-фільтра такий самий, як і в LC - фільтра.

Арк.

8

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

4. Елетричний розрахунок випрямляча

Розрахунок одноланкового електричного згладжуючого RC-фільтра.

Приклад розрахунку.

Схема одноланкового RC – фільтра.

Застосовують RС - фільтр при невеликих значеннях випрямленого струму. Ін=5-10мА. Основний недолік RC - фільтра – відносно велике падіння випрямленої напруги на опорі Rн. Згідно розрахунку в пункті 2.11.1.2 Сф1=2000мкФ, Uр=258, тип конденсатора К50-6.

Розрахунок електричних параметрів Сф1 і R1 одноланкового RС - фільтра однофазної мостової схеми: , де R1 – опір фільтра у Ом, а Сф2 – ємність конденсатора С2 у мкФ. Для малої величини падіння випрямленої напруги вибираємо R=1Ом, тоді 1Ом*С2=15000/10ÞС2=1500мкФ. Вибираємо конденсатор стандартний типу К50-6 з з номінальною ємністю 2000мкФ та робочою напругою 25В. Отже С2: К50-6 2000мкФ*25В. Розрахунок потужності розсіювання на опорі R1.

P=I2н*R1 P=I2н*R1=(10*10-3)2*1=0,01Вт.

Електричний розрахунок дволанкового RC - фільтра однофазної мостової схеми.

Схема дволанкового RC – фільтра.

Розрахунок виконуємо в такій послідовності:

Розрахунок: С1:К50-6 2000мкФ*25В згідно 2.11.1.3;

Розрахунок: С2:К50-6 2000мкФ*25В, R1:1Ом, P1=0,01Вт згідно 2.11.1.4;

Розрахунок електричних параметрів R2 і С3. . Для малої величини падіння випрямленої напруги задаємо R2=2Ом. 1Ом*2000=2*С3=5000/Ö10. Звідси Розрахункову величину округлюєм до стандартної 1мкФ, вибираємо електролітичний конденсатор типу К50-6 1мкФ*25В

Розрахунок потужності розсіювання на R2:

Вибираємо стандартні постійні резистори: R1:тип МОН-0,5 1Ом, R2:тип МОН-0,5 2ОМ.

Арк.

9

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

5 Тепловий розрахуное схеми

Тепловий розрахунок використовується в тому випадку, коли температура навколишнього середовища перевищує 20°С, тоді для охолодження даного пристрою використовується фільтр за допомогою якого здійснюється охолодження пристрою для потрібної температури. Тому, що якщо температура навколишнього середовища досягає 50°С і вище то даний пристрій непридатний до роботи, а отже правильних результатів не можливо одержати.

Арк.

10

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

1. Конструктивний розрахунок схеми.

Електричний розрахунок однофазної мостової схеми з багатоланковим комбінованим згладжуючим фільтром.

Приклад розрахунку.

Комбінований згладжуючий фільтр – фільтр типу LC-RC або типу RC-LC, який застосовують для роздільного живлення багато каскадної схеми навантаження.

Для навантаження Rн типу двокаскадний підсилювач низької частоти (1 каскад попередній підсилювач HЧ-Rн1; 2 каскад підсилювач потужності HЧ-Rн2) застосовують роздільне живлення.

1 каскад навантаження Rh1 - живиться від одноланкової схеми LC-RC фільтра, а 2 каскад (Rh2) – від одноланкової схеми LC – фільтра. В комбінованому фільтрі при збільшенні індуктивності дроселів (L), ємності конденсаторів (С) та величини опорів (R) пульсація випрямленої напруги зменшується, тобто фільтрація поліпшується (S).

Вихідні дані:. - відповідно постійна складова випрямленої напруги (UIн) і струму (IIн) для 1 каскада навантаження. Кс1, Кс2, Кс3 – допустимі величини пульсації випрямленої напруги відповідно Кс1 – на вході фільтра; Кс2 – на виході ланки LC П – подібної форми; Кс3 – на виході комбінованого фільтра. Розрахунок:

1 Визначаємо ємність конденсаторів , за формулами

- для пульсації випрямленої напруги Кс1≤10% 2 Вибираємо номінальне значення ємності конденсатора С1н по більшій розрахунковій величині СІ1 або СІІ1, номінальне значення робочої напруги С1 по більшій величині UIн або UIІн; UIн≈UIІн;

4 другу ланку комбінованого фільтра розраховуємо як одноланковий RC – фільтр за формулою: Для зменшення величини падіння випрямленої напруги вибираємо R1=10Ом, тоді ємність С3 і потужність розсіювання на опорі R1 обчислюємо за формулою: де С3 – у мкФ, R1 – у ОМ, , Кс3 – у %.

o Загальні вимоги до розрахунків згладжувальних фільтрів.

Для розрахунків одно і дволанкових фільтрів слід дотримуватись таких співвідношень та вимог:

- одноланковий П – подібний RC – фільтр мостової схеми: де С – у мкФ, R – у Ом, Кс2 – у %.

- дволанковий П – подібний RC – фільтр мостової схеми: де С – у мкФ, R – у Ом, Кс2 – у %.

Розрахункові величини елементів (R, C, L) фільтра округлюють у більшу сторону і вибирають із каталога (довідника) стандартні радіоелементи. Якщо відсутні стандартні елементи R та L необхідно ще виконати конструктивний розрахунок їх.

Арк.

11

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

7. Програма розрахунку схеми на ЕОМ та опис блок-схеми алгоритму

Графічна частина

Схема згладжуючого RC-фільтра.

Схема одно ланкового RC – фільтра.

Схема дволанкового RC – фільтра.

Арк.

12

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

Схема електрична принципіальна

Арк.

13

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

Часові діаграми напруги та струму

Арк.

14

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

Блок-схема алгоритму програми

Арк.

15

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

Лістинг програми на ЕОМ

#include<stdio.h>

main()

{ float P,R,I;

printf(“Розрахунок потужності розсіювання на опорі R1.\nВведіть Iн=\n”);

scanf(“%f”,&I);

printf(“Введіть R1=\n”);

scanf(“%f”,&R);

P=I*R;

printf(“Розрахунок потужності розсіювання на опорі \n R =\n%f Вт”,P);

}  

Арк.

16

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата

Перелік посилань на джерела

1. Теращук Р.М. та др. "Малогабаритная радиоаппаратура". Справочник радиолюбителя.-К.: Наукова думка. 1971.-48с.

2. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры.-К.: Высшая школа, 1963. - 318с.

3. Гершунский Б.С. Расчет основных електронных и полупроводникових схем в примерах - К. ИКУ, 1968. - 250с.

4. Марголін Г.Г. Розрахунки деталей та вузлів радіоапаратури. - К.: Техніка, 1969. - 236с.

5. Мелешкина Л.П. и др. Руководство к лабораторным работам по основам промышленной электроники. - М.:Высшая школа, 1967. - 248с  

Арк.

17

Зм.

Арк

№ документа

Підпис

Дата