Калужский государственный машиностроительный колледж
Специальность: 2101
Пояснительная записка к
дипломному проекту
на тему:
Стабилизатор напряжения.
ДП.2101.24.120.00.000.ПЗ
г. Калуга
1.2 ЗАДАНИЕ
на дипломное проектирование
студенту Хоменко Андрею Владимировичу.
отделения очное группы Э – 120
специальность 2101 «Автоматизация технологических процессов и производств»
Тема проекта: Стабилизатор напряжения.
Исходные данные:
1.Тип систем Автоматическое устройство
2.Наименование узла Стабилизатор напряжения
Студент Хоменко Андрей Владимирович.
Руководитель проекта Левинский Владимир Иванович.
Консультант по организационно-
Экономической части Шафарж Ирина Степановна
Дата выдачи задания 26.04.04
Дата выполнения проекта 22.04.04
Содержание
1.2 Задание
1.3 Введение
1.4 Описание и анализ аналогов
1.5 Описание проблемной ситуации
1.6 Конструкторская часть
1.6.1 Назначение, область применения, технические данные проектируемого электронного устройства
1.6.2 Описание работы проектируемого электронного устройства
1.6.3 Описание работы стабилизатора напряжения по принципиальной схеме
1.6.4 Обоснование выбора и описание элементной базы проектируемого устройства
1.6.5 Электрический расчет выбранного каскада для дискретных ЭРЭ
1.6.6 Расчет надежности проектируемого устройства
1.6.7 Описание конструкции проектируемого электронного устройства
1.6.8 Электрический расчет выбранного каскада для дискретных ЭРЭ
1.7 Технологическая часть
1.7.1 Инструкция по эксплуатации спроектированного электронного устройства
1.8 Организационная часть
1.8.1 Организация рабочего места техника-электромеханника
1.8.2 Организация выполнения профилактических, регламентных ремонтных работ и метрологических проверок в процессе эксплуатации электронных устройств
1.8.3 Техника безопасности при эксплуатации и выполнение технического обслуживания электронных устройств, систем, КИП
1.9 Экономическая часть
1.9.1 Определение количества монтажных столов и слесарно-сборочных столов
1.9.2 Определение количества монтажников, слесарей, сборщиков, и всего штата участка
1.9.4 Расчет площади участка
1.9.5 Расчет длительности технологического цикла
1.9.6 Расчет стоимости материалов
1.9.7 Расчет периода запуска-выпуска приборов и определение заделов незавершенного производства
1.9.8 Составление калькуляции себестоимости
1.10 Список используемой литературы
1.11 Приложение
1.3 Введение
Технический прогресс и рост производительности труда немыслимы без массового применения радиоэлектроники, автоматики и автоматизированных систем управления, выполненных на базе электронных вычислительных машин (ЭВМ). Технические средства, создаваемые на основе радиоэлектроники, неограниченно расширяют возможности человека. С помощью радиоэлектроники осуществляются программа завоевания человеком космического пространства, запуск искусственных спутников Земли. Радиоэлектронную аппаратуру применяют на производстве, транспорте, медицине, быту. Трудно назвать область народного хозяйства, в которой в той или иной мере не использовались бы средства радиоэлектроники.
Темпы внедрения радиоэлектроники во все отрасли науки и техники растут неудержимо. Наступило время, когда уровень производства электронной аппаратуры становится одним из важнейших факторов определяющих уровень технического развития страны.
В последние десятилетия в нашей стране и за рубежом возникла и активно развивается новая отрасль промышленности – производство электронных вычислительных машин, чему предшествовал длительный этап развития не только электро- и радиотехники, но и математики, физики, химии. Появление вычислительных машин первоначально объяснялось стремлением человека облегчить выполнение трудоемких вычислительных работ.
Много выдающихся ученых, инженеров и изобретателей трудились над созданием различного рода приспособлений, приборов и машин, облегчающих и ускоряющих процесс вычислений. Большой вклад в эту область техники внесли специалисты нашей страны.
В нашей стране особенно широко развернулись работы по созданию на базе средств вычислительной техники автоматизированных систем управления предприятиями, объединениями и целыми отраслями народного хозяйства.
Внедрение радиоэлектроники во все отрасли народного хозяйства, успехи радио и телевидения требуют большого числа высококвалифицированных специалистов, подготовка которых в профессионально-технических учебных заведениях приобретает важное значение. Особое место при этом занимает обучение монтажу радиоаппаратуры, приборов и ЭВМ, так как монтажные, а особенно электромонтажные работы, составляют при изготовлении отдельных видов изделий от 40 до 60%.
Технологический процесс изготовления радиоаппаратуры, приборов и ЭВМ включает три основные группы работ: сборочные, монтажные и регулировочные. Рабочий, занятый этими работами, должен знать назначение и принцип действия монтируемых изделий, взаимосвязь между входящими в них деталями, элементами и блоками, а также технологию производства радиоаппаратуры, способы пооперационного монтажа изделий проводами, печатного монтажа, пайки, правила изготовления мягких и жестких схем. Так как при изготовлении радиоаппаратуры используется большое количество разнообразных деталей, изоляционных и вспомогательных материалов, монтажник радиоаппаратуры и приборов должен представлять себе технологический процесс их изготовления, назначение, параметры и свойства.
В последнее время в радиолюбительской практике находят применение низкочастотные усилительные устройства с широтноимпульсной модуляцией. Такие устройства имеют высокий КПД при любых уровнях сигнала и устойчивость к самовозбуждению. Вместе с тем усилители низкой частоты обладают недостатками из-за ограниченного частотного диапазона и повышенного уровня нелинейных искажений. Применение их перспективно в тех случаях, когда на первое место выдвигаются требования экономичности, надежности, стабильности при умеренных требованиях к качеству выходного сигнала: многоканальная громкоговорящая связь, селекторные устройства, мегафоны и т.п.
1.4 Описание и анализ аналогов
Данное устройство используют для питания субблоков постоянным напряжением, так как полупроводниковые приборы работают на малых токах и напряжениях. На вход устройства поступает переменное напряжение до 22,5 вольт, с выхода снимается постоянное стабилизированное пяти вольтовое напряжение необходимое для нормальной работы субблоков.
По сравнению с параметрическим блоком питания импульсный блок питания обладает многими плюсами.
Параметрический блок питания обладает большой громосткостью, потребляет больше мощности и выделяет большое количество тепла, требует более массивный радиатор для отвода тепла, имеет меньший коэффициент полезного действия на рассеивание тепла.
1.5 Описание проблемной ситуации
Преимуществом разработанного устройства по сравнению с близкими к нему по принципу действия другими устройствами является то, что для поддержания постоянной величины выходного напряжения используется принцип широтно-импульсной модуляции. Величина выходного напряжения не будет зависеть от амплитуды импульсов.
Отечественная промышленность выпускает узкую номенклатуру устройств такого типа.
Зарубежные устройства хотя и обладают преимуществом в работе, но их цена высока и малодоступна среднем покупателям.
Поэтому была поставлена задача разработать устройство, удовлетворяющее потребности.
1.6 Конструкторская часть--PAGE_BREAK--
1.6.1 Назначение, область применения, технические данные проектируемого электронного устройства
Предназначен для обеспечения субблоков систем ЧПУ 2Р22, 2Р42, стабилизированным напряжением питания, необходимым для работы микросхем ТТЛ логики.
Технические данные:
Канал.
1
Входное номинальное напряжение.
22,5В
Выходное напряжение.
5В
Максимальный ток нагрузки.
10А
Нестабильность выходного напряжения.
1%
1.6.2 Описание работы проектируемого устройства по функциональной схеме
Функциональная схема стабилизатора напряжения состоит из следующих блоков:
-схема сравнения (транзистор VI9, резистор R27, стабилитрон V20);
-задающий генератор (транзисторы V16, V17, резисторы R23, R25, R26, конденсатор С9);
-интегрирующая цепь (резисторы R21, R23,
конденсатор С8);
-модулятор длительности импульсов (транзисторы V13, V14, резисторы R8—R12);
-усилитель мощности (транзисторы V9, V10, резисторы R1, R2, R4, R16);
-параметрический стабилизатор (диод V5, конденсаторы С5, С7, резистор RЗ, стабилитрон V12);
-делитель напряжения (резисторы R28—RЗО, диоды V21—V23);
-защита от перегрузки (транзисторы V15, V18, резисторы R5— R7, R17, R24, конденсатор С10);
-защита от перенапряжения (тиристор V26, стабилитрон V27, резистор R31);
-высокочастотный фильтр (дроссель L2).
1.6.3 Описание работы проектируемого устройства по принципиальной схеме
Постоянное напряжение, получаемое от выпрямителя, преобразуется при помощи транзисторного ключа в прямоугольные импульсы, следующие с постоянной частотой. Эти импульсы поступают на сглаживающий фильтр. На выходе фильтра выделяется постоянное (выходное) напряжение, равное среднему значению импульсного напряжения, подаваемого на вход фильтра.
Для поддержания постоянной величины выходного напряжения используется принцип широтно-импульсной модуляции. Величина выходного напряжения не будет зависеть от амплитуды импульсов.
Среднее значение импульсного напряжения будет поддерживаться на одном уровне, если при увеличении или уменьшении амплитуды импульсов, что происходит при изменении напряжения сети, соответственно уменьшать или увеличивать длительность импульсов на выходе транзисторного ключа.
Необходимая длительность импульсов устанавливается следующим образом.
Напряжение обратной связи, снимаемое с выхода сглаживающего фильтра через делитель напряжения поступает на схему сравнения, где производится сравнение части выходного напряжения с эталонным напряжением, а также усиление сигнала рассогласования. Напряжение рассогласования поступает на вход модулятора длительности импульсов. На вход модулятора поступает также через интегрирующую цепь и резистор К20 пилообразное напряжение, вырабатываемое задающим генератором (несимметричный мультивибратор). Модулятор длительности импульсов представляет собой триггер Шмидта. Если на вход триггера подавать пилообразное напряжение, то при определенном уровне напряжения, называемом уровнем срабатывания, произойдет переключение триггера. Триггер будет находиться в этом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не уменьшится до уровня, при котором триггер возвращается в исходное состояние. Длительность выходных импульсов триггера будет определяться временем между переключением триггера. Импульс напряжения с модулятора длительности импульсов через усилитель мощности управляет транзисторным ключом. Схема сравнения, задающий генератор модулятор длительности импульсов питаются параметрическим стабилизатором.
Коммутационный диод предназначен для замыкания тока дросселя L1 в момент, когда транзисторный ключ закрыт.
Защиты от перегрузок и от перенапряжение аналогичны соответствующим защитам в стабилизаторе напряжения СН-11М
Для контроля работы стабилизатора используются светодиод V28 и гнезда XI, Х2.
1.6.4 Обоснование выбора и описание элементной базы проектируемого устройства
Транзисторы.
КТ315Г.
Предназначены для работы в схемах усилителей высокой промежуточной и низкой частоты.
Выпускаются в пластмассовом корпусе. Обозначение типа приводится на этикетке.
Масса транзистора не более 0,18 г.
Электрические параметры.
Граничное напряжение при Iэ=5 мА не менее
25В
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при Iк=20 мА
0,4В
Напряжение насыщения база-эмиттер при Iк=20 мА
1,1.В
Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкэ=10В, Iк=1мА
50-350
Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте при Uкб=10В, Iэ=5мА не более:
500нс
Модуль коэффициента и передачи тока при Uкэ=10В, Iк=1мА f=100Мгц не менее:
2.5
Емкость коллекторного перехода при Uкб=10В не более:
7пФ
Входное сопротивление при Uкэ=10В Iк=1мА не менее:
40Ом
Выходная проводимость при Uкэ=10В Iк=1мА не более:
0.3мкСм
Обратный ток коллектора при Uкб=10В не более:
1мкА
Обратный ток коллектор-эмиттер при Rбэ=10кОм Uкэ=Uкэ макс не более:
1мкА
Обратный ток эмиттера при Uбэ=5В не более:
30мкА
Предельные эксплуатационные параметры
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер при Rбэ=10кОм
35
Постоянное напряжение база-эмиттер. продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
(ряд Е6)
Габаритные размеры.
Диаметр
4…21мм
Длина
13…45мм
К10-7В-М1500-560рF±10%
Электрические параметры.
Номинальное напряжение.
50В
Группа ТКЕ
М1500
Диапазон номинальных емкостей.
68…1000
Допуск % ряд (промежуточных емкостей)
±5±10±20
(ряд Е24)
Габаритные размеры.
Диаметр
4…14мм
Длинна
4…14мм
Высота
3,5…4,5мм
Тиристор КУ202Е.
Электрические параметры.
Ток ос средний max
10А
Ток ос прямой
30А
Uзс п. (Uзс)
100В
Uобр.
100В
Uос
1,5В
Iос
10А
Iзс
10мА
Диод.
КД209Б
Электрические параметры.
Ток средний прямой
0,5А
Uобр. (Uобр.max)
600В
Uпр.(Uпр,Uпр. ср)
1В
Ток прямой и (Iпр. Iпр. ср.)
0,5А
Ток обратный и (Iобр. Iобр. ср.)
0,1мА
Масса
6Г
1.6.5 Электрический расчет выбранного каскада для дискретных ЭРЭ
Iвх ном=10мA
/>Iвх min=2мА
Iвх max=20мА
Icр=20/2=10 мА
Iвх=10мА
2. По входному току и напряжению определяем R32
R32=Uвх/Iвх=5/0,01=500 Ом
По номинальному ряду сопротивлений выбираем R32=470 Ом.
Расчет надежности проектируемого устройства
Надежность устройства характеризуется частотой отказов в работе.
Частота отказов в работе устройства связана с количеством элементов входящих в это устройство и надежностью этих элементов.
Таким образом, частоту отказов в работе устройства можно определить по формуле:
/>λ=Σ λi*Ni(1/час)
/>
λi –Частота отказов отдельных элементов.
Ni — Количество однотипных элементов.
К- Количество групп однотипных элементов.
Среднее время наработки на отказ определяется по формуле:
Т=1\λ
Для удобства расчета параметры элементов входящих в устройство сводим в таблицу.
Расчет надежности, и после расчета устройства на отказ вычислим несколько значений P(t) (вероятность отказа), через некоторые промежутки времени.
1.6.7 Описание конструкции проектируемого электронного устройства
1.7 Технологическая часть
1.7.1 Инструкция по эксплуатации спроектированного электронного устройства
1.8 Организационная часть
1.8.1 Организация рабочего места техника-электромеханника
Для того, чтобы человек чувствовал себя удобно на рабочем месте используют винтовой стул, т.к. каждый человек обладает своими физическими особенностями. Паяльник размещают с правой стороны от работающего и так, чтобы до паяльника не нужно было тянуться. Обжигатель располагается таким же образом, Чтобы не было нагромождений с проводами, тумбу с розетками размещают под столом со стороны паяльника и обжигателя. В качестве местного освещения применяют светильник, расположенный над столом, при таком размещении светильника будут отсутствовать резкие тени. Перед рабочим в конце стола размещают стойку для демонтажа элементов. Наиболее часто используемые предметы и приборы должны иметь свое постоянное место как паяльник с обжигателем, так и контрольно-измерительная аппаратура (КИА), поэтому КИА размещают справа от рабочего, на некотором удалении от него.
1.8.2 Организация выполнения профилактических, регламентных, ремонтных работ и метрологических проверок в процессе эксплуатации электронных устройств
Техническое обслуживание включает в себя следующие работы:
1. внешний осмотр
2. профилактические работы
3. периодические проверки продолжение
--PAGE_BREAK--
Внешний осмотр производится потребителем ежедневно и включает в себя:
1. проверку отсутствия коррозии и пыли, механических повреждений платы.
2. проверка надежности крепления и фиксации зажимов, гнезд и разъемов.
3. проверку состояния шнура питания.
Профилактические работы проводятся один раз в месяц и включают в себя:
Протирку контактов разъемов кисточкой, смоченную спиртом, проверку состояния электромонтажа, проверку внешнего осмотра.
Профилактические проверки проводятся ежегодно.
1.8.3 Техника безопасности эксплуатации выполнении технического обслуживания электронных устройств, систем, КИП
Специальные требования:
1. Перед началом работы
— надеть исправные индивидуальные средства защиты: халат или фартук (клеенчатый), защитные очки и перчатки
— осмотреть и привести в порядок рабочее место, подготовить к работе оборудование, технологическую оснастку инструмент, убедиться в их исправности.
— проверить наличие и исправность защитного заземления рабочего места.
— включить вентиляцию и убедиться в ее исправности.
— проверить исправность местного освещения и включить его.
2. Во время работы:
— содержать в чистоте рабочее место, не загромождать к нему подходы.
— следить за исправным состоянием средств защиты, вентиляции, оборудования, технической оснастки и инструмента.
-во избежание разбрызгивания припоя при пайке и обслуживании детали, подлежащие пайке должны быть сухими.
— во избежание травмы глаз при пайке и обслуживании пружинящих деталей, пользуйтесь защитными очками.
— во избежание попадания флюса и припоя на рабочую поверхность стола, паяльник во время работы помещайте на специальную площадку с лотком.
-во избежание отравления паяльник в рабочем состоянии должен находиться в зоне действия вентиляции.
— во избежание вспышки или образования брызг излишки припоя удаляйте со стержня паяльника салфеткой, нагар в ванне счищать металлическими приспособлениями.
— заточить стержень паяльника напильником, при этом паяльник должен быть выключен
— выключите электрический инструмент, только за изолированную вилку из сети.
— производить работу электрическим инструментом с рабочим напряжением не более 40В.
— храните флюсы, спирто-бензиновую смесь в плотно закрытой таре.
3. По окончании работы
— отключить оборудование, освещение и вентиляцию.
— привести в порядок рабочее место, произвести уборку рабочей поверхности стола.
— снять спецодежду и убрать ее в специально отведенное место.
— обмойте руки 3-х% раствором нашатырного спирта и вымойте теплой водой с мылом.
Перед включением прибора необходимо внимательно ознакомится с настоящим паспортом, проверить исправность кабеля питания со штепселя, коммутирующие элементы, соответствие напряжения питания номиналу, указанному в технических данных.
Все работы, связанные с заменой элементов, производятся при полностью отключенном приборе от питания.
Включение прибора и работа с ним производится только при заземленном корпусе прибора.