Огляд аналогічної апаратури та обгрунтування проектного варіанту

ВСТУП

 

Кінець останніх десятиліть минулого століття ознаменувався різким зростанням темпів технічного прогресу, досягненнями науково-технічної революції у багатьох областях сучасної техніки і, перед усім, в радіоелектроніці і автоматиці.

Радіоелектронна апаратура і пристрої автоматики висувають жорсткі вимоги до якості споживаної ними електричної енергії, а в деяких випадках потребують обов'язкового перетворення енергії первинного джерела. Тому одночасно з прогресом в автоматиці і радіоелектроніці відбувався стрімкий розвиток перетворювальної техніки і створення засобів вторинного електроживлення радіоелектронної апаратури, які виконують необхідні перетворювання електричної енергії, забезпечуючи потрібні значення живлючих напруг; електричну ізоляцію живлючих мереж одна від одної і від первинного джерела; високу стабільність вторинних живлючих напруг в умовах значної зміни вхідної живлючої напруги і навантажень; ефективне подавлення пульсацій у вторинних живлючих мережах постійного струму; необхідну форму напруг змінного струму і т.п.

Отримані в цій області якісно нові результати, а саме - забезпечення високої надійності, економічності і великого строку служби засобів вторинного електроживлення при їх порівняно малих розмірах і масі, обумовлені переходом на напівпровідникову елементну базу.

В наш час засоби вторинного електроживлення являють собою досить складні пристрої, які включають велику кількість різноманітних функціональних вузлів, що виконують ті чи інші функції перетворювання електричної енергії і поліпшення її якості. Прогрес в розробці і удосконаленні переносних, рухомих і стаціонарних автономних об’єктів різного призначення, територіально віддалених від промислових енергетичних систем і обладнаних автономними первинними джерелами електричної енергії типа акумуляторних або сонячних батарей, паливних елементів, ядерних джерел визвав підвищений інтерес інженерів і вчених до області живлення радіоелектронної апаратури і систем автоматики від первинної мережі постійного струму.

 

ОГЛЯД АНАЛОГІЧНОЇ АПАРАТУРИ ТА ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТНОГО ВАРІАНТУ

 

Стабілізатори напруги

 

Основні параметри стабілізаторів напруги. Коефіцієнт стабілізації напруги - величина, що показує, у скількох разів відносна зміна напруги на виході менше, ніж на вході (при постійному струмі навантаження):

 

Кcт =  (1.1)

 

де - ∆Uвх ∆Uвих - зміни напруг на вході і виході стабілізатора; Uвх і Uвих - напруги на вході і виході стабілізатора.

 

Рис. 1.1 Схеми параметричних напівпровідникових однокаскадного (а) і двокаскадного (б, в) Стабілізаторів напруги.

 

Коефіцієнт корисної дії - відношення потужності на виході стабілізатора до потужності на вході.

Вихідний опір - опір стабілізатора перемінному струмові з боку виходу. Чим менше воно, тим слабкіше зв'язок між каскадами через джерело харчування цих каскадів.

Коефіцієнт згладжування пульсацій - відношення напруг пульсацій на вході стабілізатора і на виході. Для деяких стабілізаторів коефіцієнт згладжування пульсацій приблизно дорівнює коефіцієнтові стабілізації напруги.

Напівпровідникові параметричні стабілізатори (ППС) - найбільш прості. Вони характеризуються порівняно невеликими коефіцієнтами стабілізації, великим вихідним опором (одиниці і десятки ом), низьким КПД. У таких стабілізаторах неможливо одержати точне значення напруги на виході і регулювати його.

Принцип роботи, ППС заснований на використанні нелінійності вольт-амперної характеристики кремнієвих стабілітронів. Найпростіший ППС являє собою дільник напруги, що складає з резистора і кремнієвого стабілітрона (КС). Навантаження підключається до КС. Для термокомпенсації змін напруги на стабілітроні і, отже, на навантаженні послідовно КС включають напівпровідникові діоди в прямому напрямку Дпр (рис. 1.1). Якщо стабілізатор призначений для роботи у вузькому інтервалі температур, термокомпенсація не потрібна. Тип і кількість КС вибирають у залежності від необхідної напруги на навантаженні і струму навантаження. Вихідна напруга стабілізатора дорівнює сумі напруг на КС і діодах, включених у прямому напрямку, але визначається головним чином напругою на КС. Для термокомпенсації можна використовувати стабілітрони або германієві діоди, включені в прямому напрямку. Їхня кількість вибирається в залежності від типу і кількості КС, включених у зворотному напрямку. Використовуючи найпростішу схему ППС (рис. 1.1, а), можна одержати коефіцієнт стабілізації напруги не більш 100 (без термокомпенсації) при зміні вхідної напруги на ±10%. При термокомпенсації коефіцієнт стабілізації зменшується в два - чотири рази. Коефіцієнт стабілізації зменшується також при збільшенні струму навантаження і допуску на вхідну напругу. Вихідний опір такого ППС складає 6...10 Ом без термокомпенсації і 25...40 Ом при термокомпенсації (визначається типом стабілітрона).

Якщо необхідно одержати більш високий коефіцієнт стабілізації (до 1000), варто використовувати двокаскадні ППС (рис.1.1, б, в). У таких ППС термокомпенсацію доцільно здійснювати тільки в другому каскаді, оскільки при цьому можна досягти більшого коефіцієнта стабілізації в першому каскаді і у всьому стабілізаторі. Результуючий коефіцієнт стабілізації двокаскадного ППС дорівнює добуткові коефіцієнтів стабілізації першого і другого каскадів, вихідний опір визначається вихідним опором другого каскаду.

У ППС, схема якого приведена на рис 1.1, в, через діоди, включені в прямому напрямку Дпр, пропускається додатковий струм. При цьому зменшується їхній динамічний опір і, отже, вихідний опір стабілізатора і збільшується коефіцієнт стабілізації. Достоїнством такого ППС є також можливість плавного регулювання термокомпенсації шляхом зміни додаткового струму (опору резистора R_г), недоліком - більш низький КПД.

Розрахунок ППС без термокомпенсації проводять у наступному порядку. Визначають гранично досяжне значення коефіцієнта стабілізації

 

Кст.пр = (1.2)

 

де Uвих- вихідна напруга, У;?1-припустиме відносне зменшення вхідної напруги в порівнянні з номінальним, %*, Iн - максимальний струм навантаження, А; Іст mіn - мінімальний струм стабілітрона, А; г_ст - диференціальний опір стабілітрона, Ом. При послідовному з'єднанні декількох КС їхні диференціальні опори сумуються. Значення Кст ін повинне бути більше необхідного коефіцієнта стабілізації Кст не менш чим у 1,3...1,5 рази. Якщо ця умова не виконується, варто вибрати інші КС або перейти до двокаскадної схеми ППС.

Знаходять необхідна вхідна напруга по формулі

вх = Uвих/(1-0,01∆1)(1 - Кст / Кст ін). (1.3)

 

Розраховують опір баластового резистора по формулі:= [Uвх(1-0,01∆1)-Uвих]/(Ін+Іст.mіn)-Rвих(1.4)

 

де Rвих - вихідний опір джерела (випрямителя і фільтра) по постійному струмі.

Визначають максимальний струм КС по формулі

ст=Iст mіn+Iн-Iн. mіn+(Iст mіn+Iн) (1.5)

 

де Ін.mіn - мінімальний струм навантаження; ∆2-припустиме відносне збільшення вхідної напруги, %. Якщо ППС розраховується на постійне навантаження, то Ін mіn=Ін. Значення Іст повинне бути менше максимального струму стабілізації обраних КС. Якщо ця умова не виконується, то при заданих вимогах виконати ППС не можна і варто застосувати компенсаційний стабілізатор.

 

Рис. 1.2 Схеми ТКСН без підсилювача зворотного зв'язку з одним (а) і двома (б) КС

 

Транзисторні компенсаційні стабілізатори напруги (ТКСН) являють собою систему автоматичного регулювання, у якій із заданою точністю підтримується постійним напруга на виході незалежно від зміни вхідної напруги і струму навантаження. Такі стабілізатори можуть стабілізувати напруга при великих струмах відрізняються великим коефіцієнтом стабілізації і меншим вихідним опором.

Схема найпростішого ТКСН приведена на рис. 1.2, а. Послідовно з навантаженням включений регулюючий транзистор V2 Постійна напруга на базі транзистора підтримується за допомогою найпростішого ППС на стабілітроні V1. При зміні Uвх змінюється Uвих і, отже, напруга на емітері V2 В результаті змінюється спадання напруги на ділянці емітер-колектор, компенсуючи зміну вхідної напруги. Вихідна напруга залишається практично постійним. Коефіцієнт стабілізації найпростішого ТКСН приблизно дорівнює коефіцієнтові стабілізації найпростішого ППС, вихідний опір складає трохи ом. Так само, як і в ППС, вихідна напруга визначається напругою стабілізації КС.

Простий ТКСН, представлений схемою на рис.1.2, б, можна розглядати як ППС, у якому баластовий резистор замінений стабілізатором струму, зібраним на транзисторі V2 і стабілітроні V1

 

 

Рис.1.3 Схеми ТКСН із підсилювачем зворотного зв'язку на транзисторах р-п-р-типу (а), п-про-п-типу (б) і складеному керуючому (в).

 

Стабілізація струму КС VЗ сприяє зменшенню змін напруги на ньому і, отже, підвищенню коефіцієнта стабілізації напруги (у 5...10 разів) у порівнянні з ППС. Вихідна напруга такого стабілізатора дорівнює напрузі стабілізації КС.

Вихідна напруга, що перевищує напруга стабілізації КС, і більший коефіцієнт стабілізації можна одержати в стабілізаторах з підсилювачем зворотного зв'язку. Найбільш прості практичні схеми такого стабілізатора приведені на рис. 1.3. а, б. При зазначених на схемах типах транзисторів і параметрах елементів коефіцієнт стабілізації складає близько 30 (при струму навантаження 40 ма), вихідний опір - близько 0,5 Ом. Для підвищення коефіцієнта стабілізації можна включити резистор R5. При цьому зміни вхідної напруги передаються на базу транзистора В2, викликаючи таку зміну стану регулюючого транзистора V1, що сприяє підвищенню стабільності вихідної напруги. Однак задовільна робота ТКСН із резистором R5 можлива тільки при фіксованих вихідній напрузі і струмі навантаження, а також стабільній температурі навколишнього середовища. У противному випадку можлива перекомпенсація (при підвищенні вхідної напруги ТКСН вихідна напруга буде зменшуватися). Уведення резистора R5 підвищує коефіцієнт стабілізації до 75 (при струмі навантаження 40 мA).

Для зменшення вихідного опору ТКСН можна ввести ПОС по струму навантаження. Для цього послідовно з навантаженням включають резистор R6 (див. Рис1.3, а), а КС VЗ підключають до правого (за схемою) висновкові резистора (штрихова лінія). При зазначеному на схемі опорі резистора R5 вихідний опір стабілізатора зменшується до 0,15 Ом. Однак при заміні екземплярів транзисторів або зміні температури вплив ПОС може виявитися надмірним і вихідним опором стабілізатора стане негативним, т, е. відбудеться перекомпенсація.

Для зменшення пульсацій вихідної напруги ТКСН резистор RЗ (див. рис. 1.3, а) шунтують конденсатором З2, опір якого на частоті пульсацій значно менше опору резистора. При цьому велика частина напруги пульсацій надходить на вхід підсилювача зворотного зв'язку, унаслідок чого воно більше послабляється в стабілізаторі. Зниження пульсацій вихідної напруги можна також досягти застосуванням додаткового фільтра, що згладжує,

R1¹C1R1¹¹ замість резистора R1. B цьому випадку напруга пульсацій зменшується більш ніж у три рази.

Якщо необхідно змінити полярність вихідної напруги o ТКСН, використовують транзистори зі структурою n-р-n, змінивши відповідно полярність включення КС, електролітичних конденсаторів і вхідної напруги. Можна залишити регулюючий транзистор зі структурою р-n-р, уключивши його за схемою з загальним емітером (див. рис. 1.2, б і 1.3, б). Стабілізатор, схема якого приведена на рис1.3, б, може не входити в режим стабілізації при негативних температурах навколишнього середовища. Цей недолік можна усунути, наприклад, включенням резистора з опором трохи кілоом між еммитером і колектором регулюючого транзистора або послідовної Rс-цепочки між вхідним плюсовим проводом і базою підсилювального транзистора.

При струмах навантаження, більш 0,1...0,2 А регулюючий елемент у ТКСН виконують звичайно у виді складеного транзистора (рис 1.3, в). У цьому випадку вхідна напруга повинна бути трохи більшим, ніж у ТКСН з одиночним регулюючим транзистором. Ряду переваг можна досягти, якщо в складеному регулюючому елементі застосувати транзистори різної структури.

Для підвищення коефіцієнта стабілізації ТКСН необхідно збільшувати посилення сигналу зворотного зв'язку. З цією метою можна застосовувати підсилювачі на ИС або двокаскадні підсилювачі на транзисторах. На рис 1.4 приведена схема стабілізатора, у якому застосований операційний підсилювач, що виконує також функції порівняння напруг на КС VЗ і виході дільника напруги R4...R6. Коефіцієнт стабілізації напруги такого ТКСН не менш 1000, максимальний струм навантаження 40 мA. Якщо необхідно одержати стабілізовану напругу 9 В, випливає в якості V2 застосовувати КС147А, як УЗИ-КС156А.У цьому випадку вхідна напруга може змінюватися в межах 11…14 В.

Плавне регулювання вихідної напруги ТКСН можуть здійснюватися за допомогою резистора перемінного опору в дільнику напруги ланцюга зворотного зв'язку (один з таких варіантів див. на рис 4). Якщо потрібне лінійне регулювання вихідної напруги, висновок 9 ИС з'єднують із крапкою з'єднання резисторів R5 і R6, а в якості R4 застосовують резистор перемінного опору.

У ТКСН, призначених для роботи в широкому інтервалі температур, необхідно застосовувати термокомпенсацію змін опорної напруги на КС VЗ (див. рис.1.3, a) і напруги сигналу зворотного зв'язку. Для термокомпенсації змін напруги сигналу зворотного зв'язку можна використовувати терморезистори або стабілітрони, включені в прямому напрямку. Терморезистори можуть бути включені (у залежності від знака зміни вихідної напруги і знака ТКС терморезистору) у верхнє або нижнє (за схемою) плече дільника напруги ланцюга зворотного зв'язку (див. рис. 1.3, а, б і 1.4).

 

Рис. 1.4 Схема ТКСН з посилювачем зворотного зв’язку на ИС

 

Так, при використанні стабілітронів з позитивним температурним коефіцієнтом напруги стабілізації варто включати терморезистори з негативним ТКС (термістори) у верхнє плече послідовно або паралельно. Опір терморезистора підбирають для кожного ТКСН.

Схеми включення діодів (або стабілітронів у прямому напрямків) у дільник напруги ланцюга зворотного зв'язку приведені на pиc. 1.5, де А, B, C - точки підключення дільника напруги в ТКСН (див. рис 1.3, а). У випадку позитивного температурного коефіцієнта вихідної напруги ТКСН варто застосовувати схеми, приведені на мал. 1.5, а, б, у випадку негативного - схеми, приведені на рис 1.5, в, г. Точне припасування термокомпенсації виконують експериментально, змінюючи опору резисторів RЗ і R4. Щоб вихідна напруга ТКСН залишалося постійним, необхідно при зменшенні опорів RЗ і R4 збільшувати опору R3 і R4 і навпаки.

Можливе самозбудження ТКСН, особливо коли використовуються складені транзистори і багатокаскадні підсилювачі сигналу зворотного зв'язку. Стійкість ТКСН підвищується, якщо паралельно виходові включений конденсатор великої ємності (100...1000 мкф). У ТКСН з однокаскадним підсилювачем самозбудження можна усунути, підключаючи між колектором і базою підсилювального транзистора конденсатор ємністю 1000 пф...0,05 мкф. Ємність цього конденсатора може бути тим менше, чим більше ємність конденсатора на виході ТКСН. У деяких випадках самозбудження вдається усунути шунтуванням ділянки база - емітер одного з транзисторів, що входять у складений транзистор, конденсатором ємністю порядку десятих часток або одиниць мікрофарад. Для підвищення стійкості ТКСН усі проводи, що підключаються до позитивної і негативної шин, варто приєднувати безпосередньо вихідним клемам. Щоб не збільшувати вихідний опір ТКСН, монтаж ланцюга, по якому протікає струм навантаження, необхідно виконувати досить товстими проводами.

 

Рис. 1.5 Схеми включення полу провідникових діодів для термокомпенсації ТКСН при позитивних (а, б), та негативних (в, г) температурних коефіцієнтах напруги

 

Схеми ТКСН на основі ИС приведені на рис 1.6. У стабілізаторі, схема якого приведена на рис 1.6,а можна використовувати ИС типів ДО142ЕН1 і ДО142ЕН2 з будь-якими буквеними індексами. Для захисту стабілізатора від перевантажень по струму навантаження передбачене захисний пристрій, що зменшує вихідну напругу, якщо струм навантаження перевищує припустиме значення. Для нормальної роботи захисного пристрою опору резисторів R2 і R4 варто розрахувати по формулах:

= (Uвих + 0,5)/0,3; R2 = 0,5/Ідоп, (1.6)

 

де Uвих- вихідна напруга стабілізатора, У;

Ідоп- припустимий тозі навантаження, ма;, R4 - опір, кому.

Значення Ідоп повинне бути значно більше номінального струму навантаження, але не повинно перевищувати максимально припустимого для ИС значення струму. Стабілізатор можна виключати дистанційно. Для цього подається напруга Uвикл= 2 В (див. мал. VІІІ. 11, а). Коефіцієнт стабілізації напруги дорівнює 150, вихідний опір не перевищує 0,1 Ом (при струмі навантаження 5...20 ма). Захисний пристрій спрацьовує при струмі навантаження близько 50 ма (при зазначених на схемі опорах R2 і R4) і повертає стабілізатор у робочий режим після зняття перевантаження.

При струмах навантаження, що перевищують номінальний струм ИС, необхідно використовувати зовнішні регулюючі транзистори. Практична схема такого стабілізатора приведена на рис 1.6, б.

Співвідношення опорів резисторів R2 і R5 повинно бути таким щоб при номінальному струмі навантаження 10А напруга між висновками 10 і 11 ИС було близько до нуля. При номінальному струмі навантаження коефіцієнт стабілізації 100. При відключенні навантаження вихідна напруга зростає на 0,1%. Пристрій захисту спрацьовує при струмі навантаження 1,15 А. При цьому вихідна напруга стрибком зменшується до 3 В. При струмі навантаження 1,1 А стабілізатор автоматично повертається в нормальний режим роботи.

Рис. 1.6 Схема ТКСН на ИС для малого (а) та великого (б) струмового навантаження

 

Пристрою захисту стабілізаторів напруги від перевантажень по струму навантаження розділяють на двох груп: убудовані в стабілізатор і впливають на його регулюючий елемент (транзистор) і автономний, утримуючий окремий ключовий елемент. Пристрою другої групи називають також електронними запобіжниками. Схема стабілізатора з пристроєм захисту першої групи приведена на рис. 1.7 Захисний пристрій складається з триністора VІ, діодів V 2, VЗ і резисторів R2 і КЗ. У робочому режимі триністор закрита і напруга на базі транзистора V4 дорівнює напрузі стабілізації ППС на стабілітронах V5, V6. При перевантаженні зростає на

 

Рис 1.7 Схема ТКСН зі вмонтованим пристроєм захисту від перегрузок

 

Стабілітрони V5, V6, що приводить до закривання транзисторів V4, V7. Щоб відновити робочий режим після усунення причини перевантаження, потрібно натиснути і відпустити кнопку 5. Резистор R2 обмежує струм керуючого електрода триністора. Діоди V2, VЗ захищають керуючий перехід триністора від перевантажень по напрузі.

Коефіцієнт стабілізації цього стабілізатора дорівнює 30, струм спрацьовування захисту - 2 А, час спрацьовування - кілька мікросекунд.

 

Рис 1.8 Схема ТКСН з автономним пристроєм захистом від перегрузок

 

Транзистор V7 може бути типів КТ802А, КТ805Б, а V4 - типів П307...П309, КТ601, КТ602 з будь-яким буквеним індексом. Тринистор може бути кожним із серії КУ201, крім КУ201А и КУ201Б.

Схема стабілізатора напруги з автономним захисним пристроєм приведений на мал. VІІІ. 13. Пристрій захисту зібраний на транзисторах V1 і V2. У робочому режимі транзистор V2 відкритий і спадання напруги на ньому невелике. Тому мало струм бази транзистора VІ і струм стабілітрона VЗ. Зі збільшенням струму навантаження до деякого значення відкриваються стабілітрон VЗ і транзистор VІ, що приводить до закривання транзистора V2, на якому падає майже вся напруга Uвх. При цьому струм навантаження зменшується до декількох десятків міліамперів. Лампочка Л1 загоряється, указуючи на спрацьовування захисту. Щоб повернути пристрій захисту у вихідне положення, необхідно відключити його від джерела вхідної напруги. Тік спрацьовування захисту дорівнює 0,1; 0.5 або 2 А в залежності від положення перемикача S1. Коефіцієнт стабілізації напруги близько 20. Вихідна напруга можна плавна регулювати за допомогою резистора R6 Транзистори V2 і V7 повинні встановлюватися на тепловідводах з ефективною площею розсіювання близько 250 см² кожен, а стабілітрон V5 можна установити на мідної тепловідводящої пластині з габаритними розмірами 150 X 40 X 4 мм. Лампочка Л1 - типу КМ-60-75.

В запропонованому блоці живлення вибрана схема, в основі якої лежить мікросхема К 142 ЕН 3, що забезпечує простоту використання, малі габарити (100х2400х2200), має точне регулювання по напрузі і струму, і що не маловажно - витримує до 5 А струму навантаження.

ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ

Підготовка підстав

Підстави одержують різанням листів фольгованого діелектрика з припуском 10...20 мм на розмір плати, зазначений в кресленні. Потім роблять обробку технологічних отворів для кріплення позитивів. Підготовка поверхні фольги полягає у зачищенні поверхні фольги вологим наждаковим порошком, промиванні у холодній проточній воді, обезжирюванні поверхні фольги віденським вапном і промиванні в холодній проточній воді, обробці в 57%-му розчині НСl і промиванні під душовою установкою.

Обробка отворів

Обробка отворів, що підлягають металізації. Отвори в підставах друкованих плат можуть бути циліндричними (без фасок) і з фасками з однієї чи двох сторін. У залежності від цього отвори обробляються свердлами або пробиванням у штампах. Обробку невеликої кількості отворів, координати і діаметри яких змінюються для різних типів друкованих плат, виконують на свердлильних верстатах. З огляду на усадку матеріалу після охолодження і товщини шару металізації, діаметр свердла береться на 0,1...0,2 мм більше номіналу отвору, зазначеного в кресленні. Свердлення отворів у підставах з фольгованих матеріалів обробляються по фотокопіру з боку, зворотньому друкованим провідникам. Свердління проводиться в декількох платах одночасно. Плати з двостороннім друкованим монтажем з фольгованого гетинаксу рекомендується свердлити з двох сторін, роблячи свердління з кожної сторони на глибину товщини основ. Фаски в отворах обробляють циліндричними свердлами більшого діаметра, заточеними під кутом, що відповідає куту фаски, спеціальними чи зенкерами каліброваними свердлами одночасно з отворами. При обробці друкованих плат з великою кількістю отворів того самого діаметра обробку отворів доцільно робити на свердлильних верстатах із програмним керуванням. Обробка отворів, координати і діаметри яких залишаються незмінними для всіх типів основ друкованих плат, виробляється штампуванням. При великій кількості отворів, осі яких розташовуються на близькій відстані одна від одної, штампування виконується в кілька переходів. Штампування отворів у платах товщиною до 2,5 мм виконується без підігріву. Обробка фасок отворів, одержуваних штампуванням, виконується на свердлильних верстатах. При штампуванні плат з листових матеріалів мають місце значні по величині пружні і пластичні деформації, що є наслідком волокнистої структури матеріалу. Це викликає значні ускладнення при визначенні виконавчих розмірів пуансонів і матриць. Виконавчі розміри пуансонів і матриць розраховуються за формулами. Щоб уникнути відшаровування фольги, пробивання отворів рекомендується робити без попереднього підігріву плат. Підігрів до температури 50...60^оС застосовується лише при невеликих відстанях між отворами. Однобічні плати встановлюються при штампуванні так, щоб фольгована сторона була звернена до пуансона.

При такому положенні плати виключається спучування і розтріскування матеріалу підстави і погіршення міцності з'єднання фольги з підставою. Якісне виконання пробивання отворів досягається при штампуванні з притиском, що забезпечує тиск не менш 1,8...2,5кг/мм² і зі швидкістю, що не перевищує 40 подвійних ходів у хвилину. У залежності від характеру виробництва при пробиванні отворів використовуються універсальні чи спеціальні штампи. Перевагою універсальних штампів, використовуваних у дрібносерійному виробництві, є можливість швидкої зміни робочих інструментів при обробці друкованих плат різних типів.

Видалення емульсії

Видалення емульсії проводиться марлевим тампоном з наступним промиванням.

Травлення

Травлення може виконуватись різними реактивами. Вибір травильного розчину визначається тим, які сплави чи метали використовуються в якості кислотостійких покрить для провідників. Застосування срібла дозволяє використовувати розчин хлористого заліза. При використанні сплаву олово-нікель і олов’яно-свинцевих припоїв для травлення застосовується розчин персульфату амонію, у складі якого мається персульфат амонію 300г/л; сірчана кислота 6 мол/л, рідке скло 3 г/л. Останнє використовується як стабілізуюча добавка для запобігання різкого зниження концентрації персульфату амонію.

Розчин персульфату амонію можна розглядати як розчин спеціального призначення, коли присутність іонів хлору є небажаним. При травленні мідної фольги в розчині персульфату амонію на ділянках, покритих сплавом олово-нікель, утворюється нерозчинна плівка свинцю, що, однак, не викликає утруднень при наступній операції пайки. Якщо плівка сульфату свинцю є небажаної, її можна видалити шляхом занурення друкованих плат у борфтористоводневу чи оцтову кислоту з наступним видаленням розчинної солі свинцю промиванням. При використанні розчину персульфату амонію регенерація міді досягається порівняно простими способами, продукти травлення легко видаляються з друкованих плат простим промиванням у воді. Мається можливість використання кристалів з відпрацьованого травильного розчину для складання гальванічної мідної ванни, з якої виходять гарні мілкокристалічні опади.

Механічна обробка

Після контролю проводиться механічна обробка, що полягає в обробці контуру й отворів для збирання плат. Обробка контуру проводиться фрезеруванням чи вирубкою в штампах. Фрезерування проводиться в пристосуваннях і дозволяє одержати більш високу точність, ніж штампування. У даному випадку використовуються інструменти і режими різання, дані яких містяться в окремих таблицях. При вирубці в штампах для визначення виконавчих розмірів пуансона і матриці варто враховувати як усадку, обумовлену тепловим розширенням при попередньому нагріванні плат, так і пружні і пластичні деформації. Точно врахувати всі ці фактори дуже важко, тому остаточно виконавчі розміри пуансона і матриці коректуються після обробки дослідної партії. При механічній обробці категорично забороняється застосовувати мастильні й охолоджувальні емульсії. Охолодження рекомендується робити тільки чистим стисненим повітрям. Робочі частини інструментів перед механічною обробкою повинні бути ретельно очищені і знежирені.

При усіх видах механічної обробки необхідно користуватися засобом для видалення пилу, який звичайно утворюється при обробці.

РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

Шляхи підвищення надійності

Практична експлуатація радіоелектронних макетів довела, що через помилки, допущені при розробці апаратури, виникає до 40% відмов; через помилки при виробництві апаратури - до 30%, а через помилки при експлуатації апаратури - до 30%.

Необхідна надійність закладається при розробці виробу, вузла або деталі тим, що їх конструювання виконується так, щоб в її частинах не виникало локальних перегрівів, електричних і механічних перенапруг, а матеріали, що застосовуються, відповідали умовам роботи. При проектувнні апаратури необхідно прагнути того, щоб час до початку старіння кожного елемента був більше необхідної довговічності виробу. Якщо для деяких окремих елементів це співвідношення не виконується, то для них необхідно передбачати періодичну профілактичну перевірку і заміну.

Для підвищення надійності і подовження періоду нормальної роботи резистора його використовують в полегшених режимах в умовах якісного тепловідводу. Для цього потужність, що відводиться, і напругу знижують в 2-4 рази в порівнянні з номінальними значеннями і забезпечують хороші умови охолоджування. Так, наприклад, при груповому монтажі резисторів на монтажних платах зазори між резисторами вибирають одного порядку з діаметром і не допускають спільного монтажу малопотужно навантажених резисторів. При груповому монтажі навантаження додатково знижується до 30% від номінального. Конденсатор, так само як і резистор, є одним з основних елементів схеми апарату. Для підвищення їх надійності в роботі конденсатори використовують при напругах в 2-4 рази нижче за номінальні і усувають можливість перегріву. Особливо чутливі до температури електролітичні конденсатори. Надійність електронних макетів в роботі багато в чому залежить від правильного режиму їх експлуатації. Іншими словами, на стадії проектування апарату надійність визначається наступними чинниками:

вибором вірних схемних рішень;

вибором елементів, матеріалів і режимів їх роботи;

вибором оптимальних конструктивних рішень.

У процесі виробництва електронної медичної апаратури надійність визначається наступними чинниками:

вибором відповідних технологічних процесів і суворим їх дотриманням;

впровадженням автоматизації і механізації технологічних процесів виготовлення апаратури;

вхідним контролем матеріалів і елементів схеми і самої апаратури;

вибором відповідної методики налагодження апаратури;

поточним і вихідним контролем апаратури, що виготовляється.

У процесі експлуатації апаратури надійність визначається наступними чинниками:

високою кваліфікацією обслуговуючого персоналу;

якістю технічного обслуговування;

якістю технічних засобів обслуговування;

умінням прогнозувати постійні відмови;

умінням швидко знаходити причини відмов;

швидко усувати несправності, що виникли.

Чинники експлуатації

До чинників експлуатації треба віднести:

а) навколишнє середовище (температуру, вологість, атмосферний тиск і т.п.);

б) умови роботи обслуговуючого персоналу (освітленість, акустичні і промислові шуми).

Треба мати на увазі, що складні умови експлуатації, крім відмов, зумовлених властивістю апаратури, викликають 20-30% відмов з вини обслуговуючого персоналу.

Матеріально-технічне забезпечення

До чинників матеріально-технічного забезпечення треба віднести наявність інструментів, запасних елементів, допоміжних засобів.

Конструкторський розділ

Виготовлений макет блоку живлення для електродвигуна постійного струму має вигляд пластмасового короба.

Макет живиться від промислової мережі напругою 220 В та частотою 50 Гц.

В середині макету знаходиться друкована плата, на якій розташована схема блоку живлення, да плати приєднаний радіатор, що забезпечує відвід тепла, а також дозволяє витримувати більше навантаження по струму (до 5 А). До макету приєднаний мережаний шнур. Апарат починає роботу після вмикання мережаного тумблера, який винесений на лицьову панель макету. Також для зручності на панель винесений світло діод, який сигналізує про роботу апарату.

Для більш надійного захисту лабораторного макету використовуються два запобіжники, які розміщені у пластмасовому корпусі і винесені на бокові панелі. Один запобіжник номіналом 1А підключений до первинної обмотки трансформатора і запобігає різким скачкам напруги в мережі. Інший запобіжник номіналом 2А встановлений на виході стабілізатора і захищає його від перенавантаження по струму та від короткого замикання.

На бокових поверхнях та на підставці виконані щільові отвори для забезпечення кращого вентилювання і охолодження силових елементів схеми.

Габаритні розміри лабораторного макету - 100´2200´2400 мм.

 

ПРАВИЛА РОБОТИ З АПАРАТОМ

Для того, щоб прилад забезпечував якісну тривалу експлуатацію, необхідно дотримуватись окремих правил та рекомендацій.

Після транспортування приладу в упаковці в умовах, що відрізнялися від нормальних, приступати до його експлуатації можна не раніше ніж через чотири години після утримання його в нормальних умовах, вказаних в технічних характеристиках на даний виріб.

Встановити прилад на робочому місці у зручному для роботи положенні.

Підключити до виходу блока живлення необхідне навантаження.

Проконтролювати відсутність механічних пошкоджень корпусу приладу, а також шнура живлення. При знаходженні несправностей прилад експлуатувати не можна.

Вилку шнура живлення вставити в мережану розетку та увімкнути перемикачі.

Прилад буде працездатний не пізніше ніж через хвилину.

Для більш більшого терміну служби і точних показань блоку живлення вхідна напруга на мікросхему бажана вибрати близько 40 В. При цьому на виході блоку живлення діапазон регулювання напруги складає від 3 до 30 В. Необхідно враховувати, що при великих струмах навантаження і малій вихідній напрузі на транзисторі \/Т1 буде розсіюватися потужність, рівна:

 

Рр = (Uвх-Uвих)*Ін (Вт)

 

Тому, якщо немає необхідності у високих вихідних напругах, вхідна напруга бажана знизити до 20...25 В.

Вихідна напруга контролюється вольтметром. Для контролю струму можна включити амперметр. Резистор R4 варто оснастити шкалою, від градуйованої від мінімуму струму спрацьовування захисту до максимуму. У якості R4 можна використовувати багатооборотний, або будь-який інший резистор з верн’єрним пристроєм.

Економічна частина

Використання ПЕОМ

 

В цьому розділі по завданню до дипломного проекту виконуємо моделювання та комп’ютерний аналіз роботи схеми блоку живлення завдяки якому було застосовано: графічний пакет Electronics Workbench та графічний редактор.

ПИТАННЯ Техніки безпеки, ОХОРОНИ праці та ЕКОЛОГІЧНоЇ БЕЗПЕКИ

Техніка безпеки

 

При виконанні монтажних робіт необхідно дотримуватися основних правил техніки безпеки.

Найбільш небезпечним для життя людини є поразка електричним струмом. Дія струму на організм людини залежить від сили струму, напруги, частоти, часу впливу, шляху проходження струму, індивідуальних особливостей організму людини.

Чим більше сила струму, тим більше імовірність поразки (сила струму 0,1 А і вище є смертельною для людини). Чим вище напруга струму, тим менше опір шкіри людини і більша небезпека поразки. Безпечною для життя є напруга не вище 40 В.

Основними причинами ураження електричним струмом персоналу при технічному обслуговуванні, ремонті (технічних іспитах і регулюванні) та монтажі електромедичної апаратури є:

випадковий дотик без захисних засобів або небезпечне наближення до струмоведучих частин, що знаходяться під напругою;

дотик до металевих частин електроустаткування, що не стромупровідні, але опинились під напругою внаслідок ушкодження ізоляції або захисних устроїв;

порушення правил технічної експлуатації електроустановок і правил техніки безпеки.

Електричний струм, проходячи через живий організм, робить тепловий, хімічний і біологічний вплив.