Електричний розрахунок вузла схеми (стабілізатора напруги)

2.2.1 Дані для розрахунку стабілізатора напруги на інтегральній мікросхемі:

Вихідні дані:

- значення вхідної напруги U_{ст вх} = 15 В;

- номінальне значення вихідної напруги U_{ст вих ном}= 5 В;

- граничні значення вихідної напруги U_{ст вих мін}= 4,8 В, U_{ст вих макс}= 5,2 В;

- температурна нестабільність вхідної напруги α=0,02 %/°С;

- коефіцієнт пульсацій К_п=0,05.

 

 

Малюнок 2.1 Стабілізатор напруги

2.2.2 Вибираємо мікросхему стабілізатора. При цьому мають виконуватися умови [7]:

U _{ІМС вих.} ≥ U_{ст вих.};

І_{ІМС вих. макс} ≥ І_{н макс}; (2.4)

К_{ІМС ст} > К_ст

На основі отриманих даних вибираємо мікросхему [8] типу
7805 з наступними параметрами:

- значення вихідної напруги U_{ст вих ном}= 5 В;

- максимальний струм навантаження І_{н макс}=2,2 А;

- мінімальний струм навантаження І_{н мін}=1,5 А;

- коефіцієнт стабілізації напруги К_ст =0,8.

- коефіцієнт стабілізації напруги К_ст =1.

Для якої виконуються умови:

U _{ІМС вих.} =4,5 В ≥ U_{ст вих.}=5 В;

І_{ІМС вих. макс}=3 А ≥ І_{н макс}=2,5 А;

К_{ІМС ст.}=1 > К_ст=0,8

2.2.5 Визначаємо номінальне значення вхідної напруги [7]:

U_{ст вх ном}= U_{ст вх мін} /(1- α) (2.5)

U_{ст вх ном}= 8 /(1- 0,02) =8,16 В

2.2.6 Визначаємо граничні значення коефіцієнта корисної дії [7]:

η_макс= U_{ст вих макс} / U_{ст вх ном} (2.6)

η_мін= U_{ст вих мін} / U_{ст вх ном}

η_макс= 5,2 / 8,16=0,64

η_мін= 4,8 / 8,16=0,59

2.2.7 Визначаємо величини ємності конденсаторів [7].

Вхідний конденсатор С₁ необхідний для усунення генерації при стрибкоподібному ввімкненні вхідної напруги. Вихідний конденсатор С₂ забезпечує стійку роботу інтегральної схеми стабілізатора при імпульсній зміні струму у навантаженні і знижує рівень пульсації.

Їх величини вибирають виходячи із наступного: С₁>2,2 мкФ для танталових і С₁>8 мкФ для алюмінієвих оксидних конденсаторів.

Приймаємо С₁=470мкФ, С₂=100 мкФ.

В результаті проведеного розрахунку інтегрального стабілізатора напруги визначені наступні елементи схеми: мікросхема – 78L05 “AMD”, конденсатори С1, С4 – К53-18-16В-10мкФ ±10% ОЖ0.460.172 ТУ.

Розрахунок показників надійності

2.3.1 Завдання для розрахунку: зробити розрахунок і дати оцінку надійності конструкції.

2.3.2 Початкові дані для розрахунку:

а) схема електрична принципова;

б) перелік елементів.

2.3.3 Умови розрахунку: кліматичні-нормальні.

2.3.4 Розрахунок:

Заповнюємо таблицю даних для розрахунку надійності.

 

Таблиця 2.2 – Початкові дані

Номер типу елемен-ту, і	Найменування елементів	Кіл. штук, nі	Інтенсив-ність відмов l0і×10-6	Поправоч-ний коефіцієнт aі	Добуток l0і×nі×aі× ×10-6
	Плата А1		0,1	0,1	0,01
	Основа		0,1	0,1	0,01
	Конденсатори		0,3	0,49	1,323
	Мікросхеми		0,5	0,7	1,05
	Резистори		0,5	0,35	2,975
	Транзистори		0,5	0,35	0,525
	Діод		0,5	0,81	1,35
	Роз’єм		0,1	0,15	0,015
	Пайка		0,1	0,1	1,2
	Гвинти з'єднувальні		0,005	0,1	0,0005
	Кварцовий резонатор		0,5	0,5	0,25
	Світлодіоди		0,5	0,81	1,35

 

2.3.4.1 Визначаємо значення інтенсивності відмов радіоелементів з таблиці 2 [9] і записуємо в таблицю 2.2.

2.3.4.2 Визначаємо наближені коефіцієнти навантаження для кожної групи радіоелементів і порівнюємо їх з рекомендованими коефіцієнтами

навантаження, які наведені в таблиці 4 [9].

2.3.4.3 За значенням коефіцієнта навантаження з таблиці 3 [9] вибираємо поправочний коефіцієнт, який заносимо в таблицю 2.2.

2.3.4.4 За відомим з переліку елементів типом радіоелементів з таблиці 2 [9] вибираємо інтенсивність відмов для кожної групи радіоелементів і записуємо їх у таблицю 2.2.

2.3.4.5 Визначаємо сумарну інтенсивність відмов за формулою

 

, (2.12)

 

де λ_сум – сумарна інтенсивність відмов, 1/год.;

n_i – кількість елементів і-ого типу;

λ_0і – інтенсивність відмов елементів і-ого типу;

α_і – поправочний коефіцієнт елементів і-ого типу;

N – кількість типів елементів.

λ_сум = 9,54×10^-6 (1/год.)

2.3.4.6 Визначаємо середнє напрацювання на відмову за формулою:

T=1/ (2.13)

Т=1/9,54×10^-6= 1044821,8 (год.)

2.3.4.7 Визначаємо ймовірність безвідмовної роботи за формулою:

 

Р(t)= (2.14)

 

Р(1000)= = 0,985

Р(10000)= = 0,86

Р(20000)= = 0,78

Р(30000)= = 0,69

Р(50000)= = 0,54

 

2.3.4.8 Будуємо графік залежності Р(t)=

Рисунок 2.2 – Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи від часу

В результаті розрахунку надійності визначено, що напрацювання на відмову складає 19000 годин при рівні ймовірності безвідмовної роботи 0,8.

КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ