ID: 43254

Название работы: Разработка импульсного источника вторичного электропитания электронно-вычислительной аппаратуры

Категория: Курсовая

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Источники вторичного электропитания предназначены для получения заданной мощности в нагрузке при определённом заранее преобразования энергии. Требуемая мощность часто оказывается значительной, и поэтому повышение плотности упаковки электронных элементов не оказывает прямого и решающего влияния на миниатюризацию ИВЭП. Миниатюризация потребителей энергии не приводит к увеличению относительного объёма ИВЭП в системе, если их миниатюризация не осуществляется одновременно и с такой же эффективностью.

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-11-04

Размер файла: 1014.5 KB

Работу скачали: 21 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ВСГТУ

Кафедра ЭВС

Допущен к защите

Руководитель проекта:

к.т.н. Хаптаев А.П.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ

на тему: «Разработка импульсного источника вторичного электропитания

электронно-вычислительной аппаратуры»

   Выполнил:

            студент группы 628-1

                     Бурдейный А.П.

 

Улан-Удэ

2010

Восточно-Сибирский технологический

государственный университет

Кафедра «Автоматизация и Электрооборудование Промышленных Предприятий»

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

по курсу  Электроника                                                                                                                                                                                 

студент               Бурдейный А.П.                                            группа 628 - 1                                .            

руководитель     Хаптаев А.П.                                             .

срок выполнения проекта по графику: 20% к ___ нед., 40% к ___ нед., 60% к ___ нед., 80% к ___ нед., 100% к ___ нед.

Защита проекта  декабрь   2010 г.

1.  Тема проекта   Разработка ИВЭП ЭВА                                                                           .

 

1.  Техническое задание   Импульсный источник вторичного  электропитания с частотой преобразования 70 кГц с Uсети=220B±10%,  fсети=50Гц; каналы:     Ud1=±4B, Id1=7A; Ud2=12B, Id2=3A; Ud3=80B, Id3=0,1A.    По каналам Ud1 и Ud2 – НКСН, по каналу Ud3 – ИКСН;                       

 Нестабильность по: Ud1≤3%, Ud2≤3%, Ud3≤2%. Пульсации по:Ud1≤10mB, Ud2≤40mB, Ud3≤0,2B.

По каналу Ud1 – подстройка по U, защита  от К.З. в нагрузке. По каналу Ud2 - подстройка по U, защита  от К.З., сигнализация о наличии U.  По каналу Ud3 – подстройка по U, и защита от перенапряжения.   Оптимизация по минимуму габаритов ИВЭП.

1.  Перечень листов графической части:

лист 1    Электрическая функциональная схема ИВЭП с врем. диаграммами.                           

лист 2     Электрическая  принципиальная схема  с перечнями элементов                                 

лист 3      Печатная плата: монтажная и разводка

IV. Содержание расчетно-пояснительной записки (объем не менее 25 страниц, список литературы не менее 10 источников):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________

Руководитель проекта _______________________________

 

Дата выдачи:              сентябрь              2010    г.

Содержание

Введение 4

1.  Выбор и обоснование функциональной схемы ИВЭП 6
2.  Выбор и обоснование принципиальной схемы ИВЭП 8
3.  Расчёт непрерывного компенсационного стабилизатора напряжения

канала 12В 10

1.  Расчёт непрерывного компенсационного стабилизатора напряжения

канала ±4В 14

1.  Расчёт импульсного компенсационного стабилизатора напряжения

канала 80В 19

1.  Расчёт выпрямителей и фильтров каналов 26
2.  Расчёт мультивибратора 30
3.  Расчёт высокочастотного преобразователя-инвертора 33
4.  Расчёт трансформаторов  36

  9.1 Расчет ТР 2 37

  9.2 Расчет ТР 1 39

1.  Спецификация элементов 42
2.  Проектирование печатных плат 45
3.  Приложение 48

12.1 Функциональная схема 49

12.2 Принципиально электрическая схема 50

12.3 Монтажная и разводная платы 51

Список литературы 52

Введение

Решение современных задач науки и техники тесно связано с применением электронно-вычислительных машин, информационно-измерительных комплексов, средств связи, управления автоматики и телемеханики, которые в подавляющем большинстве случаев, получают электрическую энергию от сети переменного тока. Но современной аппаратуре нужен ток другого вида и качества, нежели тот, который мы имеем в сети. Задание преобразования сетевого тока и напряжения в иное качество и служат источники питания. В отличии от сети, называемый первичным источником, их называют источником вторичного электропитания  (ИВЭП). В источниках вторичного питания осуществляется преобразование входного напряжения в одно или несколько выходных напряжений как постоянного, так и переменного тока.

Источники вторичного электропитания предназначены для получения заданной мощности в нагрузке при определённом заранее преобразования энергии. Требуемая мощность часто оказывается значительной, и поэтому повышение плотности упаковки электронных элементов не оказывает прямого и решающего влияния на миниатюризацию ИВЭП. Миниатюризация потребителей энергии не приводит к увеличению относительного объёма ИВЭП в системе, если их миниатюризация не осуществляется одновременно и с такой же эффективностью.

Практика доказывает, что рассматривать ИВЭП как сочетание простейших элементов (трансформаторов, фильтров и т.д.) дальше нельзя, так как объём и масса ИВЭП становится больше объёма и массы питаемой микроэлектронной аппаратуры. Преодоление существующих трудностей возможно с помощью перехода от преобразователей энергии на стандартных низких частотах (50 и 400 Гц) к преобразователям на частотах в десятки и сотни килогерц при преимущественно прямоугольной форме напряжения.

По виду входной энергии ИВЭП подразделяют на источники с переменными постоянным входным напряжением. По выходной мощности на микромощные (до 1 Вт), маломощные (1-10 Вт), среднемощные (10-100 Вт), высокомощные (100-1000 Вт), сверхмощные (свыше 1000 Вт). ИВЭП может иметь разное количество выходных напряжений.

Задачей данного курсового проекта является проектирование источника вторичного электропитания (ИВЭП).  В ходе выполнения должны быть приобретены навыки анализа электронных схем, их расчета, выбора необходимой элементной базы, разработки конструкции простых однослойных печатных плат.

Выбор и обоснование функциональной схемы ИВЭП

На основании технических требований, предъявленных к разрабатываемому источнику вторичного электропитания, выбрана следующая структурная схема.

По каналам 4В и 12В применен компенсационный стабилизатор напряжения непрерывного тока с последовательным включением регулирующего элемента. В состав указанного стабилизатора входит регулирующий элемент, усилитель постоянного тока, источник опорного напряжения и делитель напряжения. Часть выходного напряжения с делителя напряжения сравнивается с опорным напряжением. Сигнал ошибки усиливается усилителем рассогласования. Этот сигнал используется для управления регулирующим элементом, который регулирует выходное напряжение. Стабилизатор отличается схемной простотой, высоким качеством выходного напряжения. Этим объясняется широкое распространение НКСН. Однако КПД компенсационных стабилизаторов невысок, т.к. регулирующий элемент работает как переменное сопротивление и на нем падает часть входного напряжения.

По каналу 80В применен импульсный стабилизатор напряжения понижающего типа с широтно-импульсной модуляцией. Регулирующий элемент стабилизатора работает в ключевом режиме, причем частота следования импульсов постоянна, а длительность импульсов регулируется пороговым устройством. Управление пороговым устройством осуществляется с помощью сигнала рассогласования, который получается при сравнении части выходного напряжения с опорным напряжением и обрабатывается усилителем ошибки. Для задания частоты следования импульсов применяется формирователь синхронизирующего напряжения. Импульсы напряжения регулирующего элемента сглаживаются с помощью высокочастотного фильтра.

Преобразование переменного напряжения питающей сети в постоянное напряжение требуемой величины осуществляет мостовая схема  выпрямления. Для уменьшения пульсации после входного выпрямителя используется сглаживающий фильтр.  Задачу разделения выпрямленного напряжения на напряжения отдельных каналов выполняет преобразователь.  Переменное напряжение с вторичных обмоток трансформатора преобразователя выпрямляется и сглаживается, после чего оно поступает на входы стабилизаторов.

Выбор и обоснование принципиальной схемы ИВЭП

В качестве преобразователя сетевого напряжения применим распространенную схему на двух ключевых транзисторах.

Автогенераторный преобразователь выполнен по полумостовой схеме  с ненасыщающимся силовым трансформатором. За время рабочего полупериода индукция  в магнитопроводе ТР1 не достигает индукции насыщения, при этом процесс переключения мощных транзисторов начинается не с увеличения тока коллектора открытого транзистора (как это имеет место в схемах с насыщающимся трансформатором), а с уменьшения базового тока.

В отличие от ТР1, ТР2 – насыщающийся. При его насыщении происходит увеличение тока холостого хода и уменьшение напряжения на выходных обмотках. При этом ток базы открытого транзистора уменьшается вплоть до нуля, условие его насыщения нарушается, и напряжение на нем возрастает, что приводит к уменьшению напряжений на обмотках ТР1. В этот момент напряжение на обмотках ТР2 (благодаря накопленной в нем электромагнитной энергии) скачком изменяет свою полярность. Смена полярности напряжений на обмотках ТР2 приводит к лавинообразному переключению транзисторов инвертора и смене полярности напряжения на обмотках ТР1. Благодаря этому, в таких инверторах коммутационные перегрузки мощных транзисторов отсутствуют.

Стабилизаторы каналов ±4В и 12В собираем по схеме компенсационного стабилизатора последовательного типа. В данном стабилизаторе регулирующий элемент - транзистор, включенный последовательно с нагрузкой. На канале 80В применен импульсный компенсационный стабилизатор понижающего типа.

Быстродействующие устройства защиты от короткого замыкания в нагрузках каналов ±4В и 12В, собраны на оптронах. При токе нагрузки, меньше порогового, регулирующий транзистор стабилизатора открыт, а оптрон находится в выключенном состоянии, то есть его светодиод почти не излучает света, и фототиристор закрыт. Как только ток нагрузки достигает порогового значения, падение напряжения на резисторах защиты увеличивается настолько, что яркость свечения светодиода оптрона становится достаточной для открывания фототиристора. Положительное напряжение через открытый фототиристор закрывает регулирующий транзистор.  

Расчет непрерывного компенсационного стабилизатора напряжения канала 12В

В таких стабилизаторах напряжение на базе усилителя тока (эмиттерного повторителя) задается схемой, определяющей разность между выходным напряжением и опорным. Здесь изменение коэффициента усиления усилителя  компаратора делает независимым от выходного тока величину тока стабилизации источника опорного напряжения.

Принципиальная схема:

Исходные данные:

Uвых = 12В;

Iн = 3А;

Нестабильность: Ud1 ≤ 3%;

Пульсации: Ud1 ≤ 40мВ.

Расчет:

Определим входное напряжение.

аmin = amax = 0,03 (3%)

∆Uвых() = Uвыхּ0,03 = 12*0,03 = 0,36 В = ±360 мВ;

Uвх min = Uвых+∆Uвых+(4…5) = 12+0,36+4 = 16,36 В;

Uвх  = Uвх min  / (1-amin) =16,36 /0,97=16,87 B

Uвх max = Uвхּ(1+amax) = 16,87*(1+0,03) = 17,37 В;

Для регулирующего элемента (РЭ) выберём два транзистора.  

Определим параметры транзисторов.

VT2:

Iк max = Iвх = (1,1 … 1,2)ּIн max = 1,1*3 = 3,3 А;

           Uкэ max = Uвх max–Uвых–∆Uвых(–) = 17,37 –12–0,36 = 5В;

           Pк2 = Uкэ max*Iк max1 = 5*3,3= 16,5 Вт;

Выбираем по справочнику транзисторы

VT2  - КТ817А (n-p-n типа), его параметры:

Iк max = 5А,  Uкэ max = 25В,  Pк.max = 25 Вт,  h21Э = 25,  Iкбо2 = 0,1мА.

VT1:

Iк max2 = Iк max1 / h21Э1 = 3,3/25 = 0,132 А;

Pк max = Uкэ max*Iк max2 =  5*0,132=0,66 Вт;

Выбираем по справочнику транзисторы

VT1 - КТ920Б (n-p-n типа), его параметры :

Iк max = 1 А,  Uкэ max = 36 В,  h21Э = 40, Pк.max = 10 Вт, Iкбо1 = 250 мкА.

VD1:

Рассчитаем параметры стабилитрона VD1.

UVD1 = Uст = Uвых–∆Uвых–(2...3) = 12–0,36–2 = 9,64 В;

Iст max = 5ּ10-3+ (Uвых+∆Uвых(+))/R9.

Для нахождения Iст max найдём R4:

R4:

R9 =  (Uвых - ∆Uвых- Uvd1)/(3..4)10-3 = (12-0,36-9,64)/()= 666Ом

По справочнику выбираем резистор ОМЛТ–0,125 сопротивлением 680 Ом.

Iст max = 5*10-3+ (12+0,36)/666 = 0,023 А = 23 мА;

По рассчитанным Uст и Iст max выберем из справочника стабилитрон Д818Г, который имеет след. параметры :

Uст = 9,45 В;

Iст max = 33 мА.

Рассчитаем транзисторы для УПТ.

VT3:

Iк max = (3 … 5)ּ10-3 = 4ּ10-3 = 4мА;

Uкэ max = Uвых+∆Uвых(+)–UVD1 = 12+0,36–9,64 = 2,72В;

Pк = Uкэ max*Iк max = 2,72*4ּ10-3 = 10,88мВт.

Выбираем по справочнику транзисторы

VT3 - КТ301Г (n-p-n типа), его параметры:

Iк max = 10мА, Uкэ max = 30В, Pк.max = 58мВт, h21Э = 10…30 = 20, Iкбо = 10мкА.

Рассчитаем сопротивления:

R3:

R3 = (1,5 ... 3) кОм = 2кОм.

PR3 = 0,01Вт

По справочнику выбираем резистор ОМЛТ–0,125 сопротивлением 2КОм

Рассчитаем делитель напряжения.

∑Rдел = R5+R6+R7 = = 1,7 кОм.

R6:

R6 = ∑Rделּ = 1700* =  374 Ом.

Pдел = R6ּI2пр = 1400*(4*10-3)2 = ּ5600*10-6Вт = 5,6мВт.

Выбираем по справочнику подстроечный резистор СП5–16ВВ-0,125 с номинальной мощностью 0,125Вт и сопротивлением 470 Ом.

R7:

R7 =  = 1,3 кОм.

Выбираем резистор ОМЛТ -0,125  с сопротивлением 1,3 кОм.

R5:

R5= ∑Rдел–R7–R6 = 1700–374–1300= 26 Ом.

По справочнику выбираем резистор С1–4-0,25 сопротивлением 27 Ом.

R2:

 R2= Uвых/Iкбо1 = 12/(1ּ10-4) = 120 кОм.

Выбираем резистор С2-23-0,25 сопротивлением 120 КОм.

R1:

R1 = Uвых/Iкбо2.1 = 12/(250ּ10-6) = 48 кОм.

По справочнику выбираем резисторы С1-4-0,25 сопротивлением 47 кОм.

Расчет сглаживающего С-фильтра:

С1:

кп = 0,04/12 = 0,03;  m=2;  fпульс = 70кГц;  Rн = Uвх/Iвх = 18,396/3,3 = 5,575Ом;

C1 = =

По справочнику берем электролитические конденсаторы К50-35  ёмкостью 22 мкФ с номинальным напряжением 16В.

Расчет индикации о работе ИВЭП

Рис.: принципиальная схема включения индикации

Для осуществления индикации о работе ИВЭП выбран светодиод VD2 – АЛ307А со следующими параметрами:

Прямое напряжение Uпр = 2В;

Прямой ток Iпр = 10мА;

Цвет свечения – красный.

Рассчитаем сопротивление R9 и его мощность PR8:

По справочнику выбираем резистор на 2 кОм типа С2-23 мощностью 0,5Вт.

Расчет непрерывного компенсационного стабилизатора напряжения канала ±4В

Принципиальная схема:

 

Исходные данные:

Uвых = ±4В;

Iн = 7А;

Нестабильность: Ud2 ≤ 3%;

Пульсации: Ud2 ≤ 10мВ;

Расчет:

Определим входное напряжение.

аmin = amax = 0,03 (3%).

∆Uвых(±) = Uвых*0,03 = 0,12В = ±120мВ;

Uвх min = Uвых+∆Uвых+(4…5) = 4+0,12+5= 912В;

;

Uвх max = Uвх*(1+amax) = 9,4*(1+0,03) = 6,68В.

Для регулирующего элемента (РЭ) выберём три пары транзисторов.  Определим параметры транзисторов:

VT4 и VT8 :

Iк max1 = Iвх = (1,1 … 1,2)*Iн max = 1,1*7 = 7,7 А;

Uкэ max1 = Uвх max–Uвых–∆Uвых(–) = 9,68–4–0,12 = 5,54 В;

Pк max1 = Uкэ max*Iк max1 = 5,54*7,7 = 42,66 Вт;

Выбираем по справочнику транзисторы:

VT4 - КТ819А (n-p-n типа), его параметры :

Iк max = 10А,  Uкэ max = 40В,  Pк.max = 60 Вт,  h21Э = 15,  Iкбо = 1мА.

VT8 -  КТ818Б (p-n-p типа), его параметы: 

Iк max = 10А,  Uкэ max = 40В,  Pк.max = 60 Вт,  h21Э = 20,  Iкбо = 1мА.

VT5 и VT9:

Iк max2 = Iк max1 / h21Э1 = 7,7/15 = 0,51 A;

Pк max2 = Uкэ max*Iк max2 = 5,54*0,51 = 2,83 Вт;

Выбираем по справочнику транзисторы:

VT5 – КТ920Б (n-p-n типа), его параметры:

Iк max = 1 А,  Uкэ max = 36 В,  h21Э = 40, Pк.max = 10 Вт, Iкбо = 250 мкА.

VT9 -  П201ВЭ (p-n-p типа), его параметы:

Iк max = 1,5 А,  Uкэ max = 30 В,  h21Э = 40, Pк.max = 10 Вт, Iкбо = 400 мкА.

VT6 и VT10:

Iк max3 = Iк max2 / h21Э2 = 0,51 /40 = 12,75 мА;

Pк max3 = Uкэ max*Iк max3 = 5,54*0,01275 =  70,63 мВт;

Выбираем по справочнику транзисторы:

VT6 – ГТ122Б (n-p-n типа), его параметры :

Iк max = 20мА,  Uкэ max = 20 В,  h21Э = 15...45, Pк.max = 150 мВт, Iкбо = 1 мА.

VT10 -  МП13Б (p-n-p типа), его параметы:

Iк max = 20 мА,  Uкэ max = 15 В,  h21Э = 20.6, Pк.max = 150 мВт, Iкбо = 1 мА.

Рассчитаем параметры стабилитронов VD3 и VD5:

UVD3 = UVD4 = Uст = Uвых–∆Uвых–(2...3) = 4–0,12–2,5 = 1,38 В;

Iст max = 5*10-3+ (Uвых+∆Uвых(+))/R13;

Для нахождения Iст max найдём R12 и R20:

 

По справочнику выбираем резистор МЛТ–0,125 сопротивлением 750 Ом.

Iст max = 5*10-3+(4+0,12)/714 = 0,001 А = 1 мА;

По рассчитанным Uст и Iст max выберем  из справочника стабилитрон VD3 и VD5 – 

– КС 115А, который имеет след. параметры :

Uст max = 1,5В;

Iст max = 1 мА.

Рассчитаем транзисторы для УПТ:

VT7и VT11:

Iк max = (3 … 5)*10-3 = 4*10-3 = 4 мА;

Uкэ max = Uвых+∆Uвых(+)–UVD3 = 4+0,12–1,38 = 2,62 В;

Pк1 = Uкэ max*Iк max = 2,9*4*10-3 = 10,48*10-3Вт = 10,5 мВт;

Выбираем по справочнику транзисторы:

VT7 - КТ301 (n-p-n типа), его параметры:

Iк max = 10 мА,  Uкэ max = 20 В,  h21Э = 20...60, Pк max = 150 мВт,

Iкбо = 10 мкА.

VT11 - ГТ309А (p-n-p типа), его параметры:

Iк max = 10 мА,  Uкэ max = 10 В,  h21Э = 20...70, Pк.max = 50 мВт,

Iкбо = 5 мкА.

Рассчитаем остальные сопротивления:

R11 и R19:

R11 = R19 = (1,5 ... 3) кОм = 2 КОм;

По справочнику выбираем резистор МЛТ–0,125 сопротивлением 2 КОм.

∑Rдел = R14+R15+R16 = = 0,4*103 Ом = 400 Ом;

R13 и R21:

R14 = R21 = Rдел* = 400* = 257 Ом;

Pдел = R14*I2пр = 257*(4*10-3)2 = 1мВт;

Выбираем по справочнику переменный резистор С1–4 с номинальной мощностью 0,25 Вт и сопротивлением 270 Ом для R14 и R21.

R15 и R23:

R15 = R20 =  = 133 Ом;

Выбираем резистор С1-4-0.25, сопротивлением 150 Ом.

R14 и R22:

R13 = R22 = ∑Rдел–R14–R15 = 400–257–133 = 10 Ом;

  По справочнику выбираем резистор СП3-19а сопротивлением 20 Ом.

R10 и R18 :

R10 = R18 = Uвых/Iкбо1 = 4/(0,1*10-3) = 40 КОм;

Выбираем резистор С1-4-0.25, сопротивлением 40 КОм.

R9 и R17 :

R9 = Uвых/Iкбо2.1 = 4/(250*10-6) = 0,16*106 Ом = 160 МОм;

R17 = Uвых/Iкбо2.2 = 4/(400*10-6) = 0,1*106 Ом = 100 МОм.

По справочнику выбираем:

R9 - КЛМ 150 МОм,  

R17 - КВМ 100 МОм.  

Расчет сглаживающего С-фильтра :

C2  и C3:

кп = 0,025;  m=2;  fп = 70кГц;  Rн = Uвх/Iвх = 9,68/7,7 = 1,25 Ом;

C2 = C3 = =;

По справочнику С2 и С3 берем как электролитические конденсаторы К50-35 , ёмкостью

100 мкФ с номинальным напряжением 10 В.

Расчёт защиты от короткого замыкания:

Uвых = 4В;

Iвых = 7А;

Iкз = 7,5А.

Для защиты канала от короткого замыкания в нагрузке используется оптроны VD4, VD6 – АОУ103А, для которого напряжение включения Uвк = 2В, тогда:

Iкз*R4 = Uвк =>  R4 = Uвк/Iкз = 2/7,5 = 0,27 Ом.

В качестве R16 и R24  используем проволочный резистор KNP-200-1 сопротивлением 0,27 Ом.

Расчет импульсного компенсационного стабилизатора напряжения канала 80В

Рассмотренный выше компенсационный стабилизатор использует в качестве регулятора эмиттерный повторитель, работающий в линейной  области. Это определяет значительные величины рассеиваемой на нем мощности.

Решение проблемы уменьшения потребляемой мощности связано с переводом регулирующего элемента из линейного режима в ключевой (отсечка – насыщение). При этом существенно уменьшается внутреннее сопротивление транзистора, а значит и мощность, рассеиваемая на нем.

Принципиальная схема:

Исходные данные:

UH3 = 80В;

IH3 = 0,1А;

Нестабильность: Ud3 ≤ 2%;

Пульсация: Ud3 ≤ 0,2В;

Пределы изменения питающего напряжения: ∆Un=2,7В;

Частота преобразования fпр = 70кГц.

Расчёт:

Зададим падение напряжения на дросселе L1:

∆UL1 = 3В;

Найдём минимальное, максимальное и номинальное напряжения питания стабилизатора:

Uп min=Uн+∆UL1=80+3=83В;

Определим минимальную и максимальную относительные длительности открытого состояния транзистора VT13:

;

Индуктивность дросселя L1 выбираем из условия:

L1 = 1 мГн .

В качестве L1 выбираем дроссель Д63-0 с индуктивностью 1,25 мГн и током подмагничивания I = 0,56A.

Определим изменение тока в дросселе L1:

Найдём предельный ток коллектора транзистора VT13:

По условиям Iк max > IKmax VT13 и UKЭ max > UП max выбираем в качестве VT12 транзистор 2КТ235-40-1,5 с параметрами:  

Iк max = 25A, Uкэ max = 120В, h21Э = 10, Uкэ нас = 1,5 В, , UБЭ нас = 2 В.  

Диод VD7 выбираем из условия Um обр > Uп max,  

В качестве VD7 выбираем диод типа Д229Ж с параметрами:

Uобр = 100В, Iпр ср = 0,7А.

Определим базовый ток транзистора  VT13:

Зададим выходной ток порогового устройства: Iпу = 0,03А.

Ток через R25:

Для обеспечения этого тока сопротивление R25 должно быть:

Мощность, выделяемая на этом резисторе:

В качестве R25 выберем резистор типа МЛТ:

Р = 2 Вт,  R = 2 кОм.

Расчёт порогового устройства:

Входные данные для расчёта п.у.:

– постоянная составляющая пилообразного напряжения формирователя синхронизирующего напряжения Uпо = 3В;

– амплитуда пульсаций пилообразного напряжения U~ = 1,5B;

– напряжение на выходе усилителя рассогласования: Еу > Uпо+ U~,  ЕУm = 6В;

– выходной ток п.у. Iпу = 0,03А.

Из условия Iк max > Iпу и UKЭmax > Uн–Uпо = 77В в качестве транзисторов VT13,VT14 выбираем 2КТ235-40-1 с параметрами:  

Iк max = 25A, Uкэ max = 90В, h21Э = 10, Uкэ нас = 1В, UБЭнас =1,5В.

Найдём сопротивление резистора R33:

 где Ik = Iпу = 0,03А;  

Мощность, выделяемая на этом резисторе:

PR33 = R33*[2*(0,03+0,003)]2 =22,7*(0,066)2 = 0,099 Вт;

 В качестве R33 выберем резистор С1-4-0.25 сопротивлением 24Ом.

Вычислим R26:

где  UкэVT14 = Uн – Uпо = 77В и 

UR33 = R33*2*(Iк + Iб) = 1,5В;

Мощность, выделяемая на этом резисторе:

PR26 = I2пуּR26 = 0,032ּ50,3 = 0,025Вт = 25мВт.

В качестве R26 выбираем резистор С1-4 имп. 0.25 Вт сопротивлением 56 Ом.

Расчёт усилителя рассогласования:

Зададим коллекторный ток транзистора VT16:  IкVT16 = 4мА,

тогда , где IбVT15 = IбVT14 = 0,003А;

.

Мощность, выделяемая на этом резисторе:

В качестве резистора R27 выбираем ОMЛT-0,125 сопротивлением 910 Ом.

По условиям Iк max > IкVT16 и Uкэ max > Uп max в качестве усилительного транзистора VT15 выбираем КТ807А с параметрами:

IKmax = 0,5A,  UKэmax = 100 В,  h21Э = 15…45,  UБЭнас = 1В.

Расчёт ИОН:

UVD8 = Uст = Uвых–∆Uвых–(2 ... 3)В = 80-2,7-2,3 = 75В;

Iст max = 5*10-3+(Uвых/R28).

Найдём значение сопротивления R28:

В качестве R28 берём резистор МЛТ-0,25 сопротивлением 750 Ом.

Определим ток : .

В качестве VD8 выберем стабилитрон Д817Г с параметрами:

Uст = 80В,  Uст min = 70В,  Uст max = 90В, Iст = 90мА,  Iст min = 10мА,  Iст max = 110мА

Расчёт делителя выходного напряжения:

Подстройка по U = 10В => Uвых = 80-10 = 70В

R29+R32+R34 = ∑Rдел = Uвых/(3..10)ּ10-3 = 80/(10ּ10-3) = 8 КОм;

 

Выбираем по справочнику подстроечный резистор R32 – СП5-16ВА с сопротивлением 8 кОм.

Выбираем R34 по справочнику – ОМЛТ-0,125 сопротивлением 200 Ом.

R29 = ∑Rдел–R32–R34 = 8000–6400–106,6 = 9897,2 Ом = 1,5 кОм

Выбираем R29 по справочнику – ОМЛТ-0,125 сопротивлением 1,5 кОм.

 

Расчет сглаживающего С-фильтра:

кп = 0,0025;  m=2;  fпр = 70кГц;  Rн = Uвх/Iвх = 85,3/0,104 = 820 Ом;

C4 = = ;

Выбираем по справочнику С4 – электролитический конденсатор К50-29 ёмкостью

2,2 мкФ с номинальным напряжением 100В.

Расчёт формирователя синхронизирующего напряжения:

Uпо=3В – постоянная составляющая выходного напряжения формирователя;

UбэVT14 = 1,5В;

IбVT14 = 0,003 А.

Определим сопротивление нагрузки формирователя:

.

Диоды VD9 и VD10 выбираем из условия:

Uобр max > Umп и Iпр ср > I6VT14 = 0,003А, где Umп = 10В*2 - напряжение вторичной обмотки трансформатора.

В качестве VD9 и VD10 выбираем диоды типа  Д9Л с параметрами:

Iпр ср = 48мА,  Uобр max = 100 В,  Uпр= 1В.

Найдем сопротивление резистора R37:

R37 = 0,1*Rн = 50 Ом;

Мощность, выделяемая на R37:

.

В качестве R37 выбираем резистор   С2-23-0,5 сопротивлением 51 Ом.

Рассчитаем сопротивление R36:

;

Мощность, выделяемая на R36:

PR36 = I2прּR36 = (0,048)2*125 = 0,288 Вт;

В качестве R36 выбираем резистор С2-23-0,5   сопротивлением 150 Ом.

Конденсатор C5 рассчитаем по формуле:

В качестве C5 выбираем конденсатор типа К53-14 16в, ёмкостью 0,33 мкФ.

Расчет элементов защиты от перенапряжения:

RН.пер – сопротивление нагрузки при перенапряжении:

RН.пер = Uпер/Iвых = 81/0,1 = 810 Ом.

Rн – нормальное сопротивление нагрузки:

Rн = U0/I0 = 80/0,1 = 800 Ом;

Выбираем тиристор VS1 КУ701Д c параметрами:

Ioc min=200 mA, Ioc max=150 mA; Uoc min=2B, Uoc max= 30B; Uдоп min=3В, Uдоп max= 6В; P= 10Вт.

R31:

1/R31 – 1/Rн = 1/Rн.пер;

R31 = Rн.пер*Rн/(Rн.пер+Rн) = 810*800/(810+800) = 402 Ом;

IR31 = (Uпер-Uoc)/R31 = (81-11)/402 = 0,174A;

PR31 = IR312ּR31 = 0,1742*402= 7,82Вт;

Берем резистор ОМЛТ-0,125, сопротивлением 390 Ом

R35:

UR35 = 2B;

Iдел = 0,01А;

R35 = UR35/Iдел = 2/0,005 = 200 Ом;

PR35 = I2дел.*R35 = 0,0052*200 = 5 мВт;

Берем резистор ОМЛТ-0,125 сопротивлением 200 Ом;

R30:

Rдел = Uн/Iдел = 80/0,01 = 8 КОм;

R30 = Rдел –R35 = 7,8 КОм;

PR30 = I2ּR30 = 0,012*7800 = 0,78 Вт;

Берем резистор МЛТ-0,25 сопротивлением 10 КОм.

Расчет выпрямителей и

фильтров каналов

Расчёт выпрямителя и фильтра канала НКСН 12В:

Принципиальная схема:

Uвых = 17,37В;

Iвых = 3,3А;

кп вых = 0,003.

Рассчитаем значения Iпр.ср.– ток пр. ср. и Uобр.max – обратное напряжение на диоде.

Для построения выпрямителя используем мостовую схему выпрямления. Для мостовой схемы выпрямления:

Iпр.ср. = Iвых/2 = 1,65А;

Uобр.max = 2*Uвых* = 2*17,37*1,414 = 48,68В;

Iпр. = 0,707*Iвых = 0,707*3,3=2,33А.

По справочным данным  подбираем подходящую диодную сборку VD11 – КЦ410А со следующими параметрами:

Iпр.ср. = 3А;

Uобр.max = 50В;

Uпр= 1,2B.

Uвх = Uвых+Uпр = 17,37+1,2 = 18,57В;

Определим емкости фильтра:

С6 =  ,  где m=2,  Rн = Uвых/Iвых = 17,37/3,3 = 5,5Ом

С6 == 150 мкФ.

По справочнику С6 берем как электролитический конденсатор К50-35 ёмкостью 220 мкФ с номинальным напряжением 25В.

Расчёт выпрямителя и фильтра канала НКСН 4В:

Принципиальная схема:

Uвых = 9,68В;

Iвых = 7,7А;

кп вых = 0,0025.

Рассчитаем значения Iпр.ср.– ток пр. ср. и Uобр.max – обратное напряжение на диоде.

Для построения выпрямителя используем мостовую схему выпрямления. Для мостовой схемы выпрямления:

Iпр.ср. = Iвых/2 = 4,025А;

Uобр.max = 2*Uвых* = 2*89,68*1,414 = 27,37В;

Iпр. = 0,707*Iвых = 0,707*7,7=5,45А.

По справочным данным  подбираем подходящую диодную сборку VD12 – KBPC604, со следующими параметрами:

Iпр.ср. = 6А;

Uобр.max = 400В;

Uпр= 1,2B.

Uвх = Uвых+Uпр = 9,68+1,2 = 10,88В;

Определим емкость фильтра:

С7 =С8= ,  где m = 2,  Rн = Uвых/Iвых = 9,68/7,7= 1,25 Ом

С7 =С8= = 90 мкФ.

По справочнику С7 и С8 берем как электролитические конденсаторы К50-35 ёмкостью

100 мкФ с номинальным напряжением 16В.

Расчёт выпрямителя и фильтра канала ИКСН 80В:

Принципиальная схема:

Uвых = 87,6В;

Iвых = 0,104А;

кп вых = 0,0025.

Рассчитаем значения Iпр.ср.– ток пр. ср. и Uобр.max – обратное напряжение на диоде.

Для построения выпрямителя используем мостовую схему выпрямления. Для мостовой схемы выпрямления:

Iпр.ср. = Iвых/2 = 0,052А;

Uобр.max = 2*Uвых*= 2*87,6*1,414 = 27,37В;

Iпр. = 0,707*Iвых = 0,707*0,104=0,07А.

По справочным данным  подбираем подходящую диодную сборку VD13 – КЦ205В со следующими параметрами:

Iпр.ср. = 0,5А;

Uобр.max = 300В.

Uпр= 1B.

Uвх = Uвых+Uпр = 88,6В.

Определим емкость фильтра:

С9 = ,  где m = 2,  Rн = Uвых/Iвых = 87,6/0,104=625,7 Ом

С9 == 1,4 мкФ.

По справочнику С9 берем как электролитический конденсатор К50-35 ёмкостью 2,2 мкФ с номинальным напряжением 100В.

Расчет мультивибратора.

Расчет мультивибратора

Автоколебательный мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы с амплитудой 10В.

Расчёт задающего генератора:

Исходные данные для расчета мультивибратора:

Uвых = 10 В;

fпреоб = 70 кГц;

Eк = 1,2  Uвых=1,2  10 = 12 В;

Пусть Iкэ max = 15 мА, тогда на основании выше указанных данных по справочнику выберем в качестве VT16 и VT17 транзистор типа 2ТМ103А (n-p-n), его характеристики:

Iк max = 15мА, Uкэ max = 20В, Pк max = 75мВт, h21э = 10…50, Iкбо = 7,5мкА

Определим сопротивления R38, R39, R40 и R41:

R38 = R41 =  =  = 800 Ом;

Выбираем по справочнику в качестве R38 и R42 резистор типа ОМЛТ-0.125 с номинальным сопротивлением 1 КОм.

R39 = R40 = 0,8*h21э*R38 = 0,8*50*800 = 32000 Ом = 32КОм;

Выбираем по справочнику в качестве R39 и R40 резистор типа МЛТ-0.125 с номинальным сопротивлением 32 КОм.

Определим емкости С10 и С11:

fпреоб =1 / T = 70 кГц;   =>    T = tи + tп = 1 / 70000 = 1,14*10-5;

tи = 0,7*R39 *C9 = tп = 0,25*10-5,  отсюда,

C10 = C11 =  = 0,25*10-5 / (0,7*32*103) =0,1*10-9 Ф = 100 пФ;

По справочным данным выберем в качестве С9 и С10 электролитический конденсатор КЛГ-2 емкостью 100 пФ на 100 В.

Расчет питания мультивибратора

Принципиальная схема питания мультивибратора

Исходные величины расчета:

Uвх=220 В;   

Iвых=0,015 А;

Uвых=12В;   

кп=0,01

Iпр.ср.= =0.007 А;

Uвых=Uс=220=311,88 В;

Uобр.max=1.8Uвых=1.8311,08= 560 В;

VD14 – КЦ205Ж:

Uобр макс = 600 В,  

Iст = 0,5 A.

R42=0.25 Rн

Rн= 21 КОм

R42=0.25 21 000=5,2 КОм                      

R42 – МЛТ-2 сопротивлением 5,1 КОм;

Определим емкость фильтра:

С12=,  где m=2,  Rн== 21 КОм

С12==2,610-6 Ф

С12 – К50-29 ёмкостью 2,6 мкФ и напряжением 400 В;

Стабилитрон VD15 – Д815Д : Uст = 12 В,  Iст = 0,5 A.

R43==13 кОм;   

R43 – МЛТ-2 сопротивлением 13 кОм;

Расчет высокочастотного

преобразователя-инвертора

Преобразователи напряжения служат для преобразования постоянного напряжения в переменное. Преобразователи, у которых на выходе имеется переменное, называются инверторами. Преобразователи  обычно выполняют по схеме мостового или полумостового инвертора, в котором транзисторы поочередно работают через полпериода коммутации. Недостаток подобного преобразователя – наличие сквозного коллекторного тока в момент закрывания транзисторов, из-за этого на них выделяется большая мгновенная мощность.

Для снятия этих недостатков мы применяем внешнее возбуждение преобразователя. Это позволило оптимально сформировать базовый ток ключевых транзисторов и тем самым полностью исключить сквозной ток через них и в результате снизить потери в транзисторах и выпрямительных диодах и уменьшить излучаемые преобразователем помехи.

Принципиальная схема:

Исходные данные расчёта:

Uвх = Uс = 311 В, где Uс=220;

U2.1 = 18,37 В;

I2.1 = 7,7А;

U2.2 = U2.3=10,88 В;

I2.2 = I2.3 =3,3 А;

U2.4 = 88,6 В;

I2.4 = 0,104 А;

U2.5 = 10В;

I2.5 = 0,01А;

Определим ток открытого транзистора VT19 и VT20:

 где = 0,80,95 и I2 max = I2;

Максимальное напряжение на закрытом транзисторе:

Uкэ max = 2,4*Uвх = 2,4*311 = 746,4

Максимальный ток:

Iк max = (1,3 ... 1,5)*Iк нас = 1,4*0,3 = 4,2А.

По справочнику выбираем транзисторы VT18  VT19:

КТ846А со следующими параметрами :

Iк max = 5А;  Uкэ max = 1500В;  h21э = 50-100;  fгр = 2МГц;

Ток базы транзистора равен:

Iб нас = (1,3 ... 1,5)*(Iк нас/h21э) = 1,4*(0,3/50) = 8,4 мА.

Напряжение базовых обмоток:

Uб = 2,5 ... 3,5 = 3 В.

R44 = Uбэ нас/Iб нас = 3/0,0084 = 357 Ом.

Берём резистор R44 типа ОМЛТ-0,125 сопротивлением 360 Ом.

Расчет трансформаторов ТР1 и ТР2

Расчёт трансформатора ТР2:

Сердечник трансформатора у преобразователя с усилителем тока изготавливается из материала с высокой магнитной проницаемостью.

Uвх = Uс =  311,08В, где Uс=220;

U2.1 = 16,86В;

I2.1 = 3,3А;

U2.2 = U2.3=8,62В;

I2.2 = I2.3 =8,05А;

U2.4 = 87,86В;

I2.4 = 0,104А;

U2.5 = 10В;

I2.5 = 0,01А;

Рассчитаем параметр, характеризующий электромагнитную мощность трансформатора:

где

Sr = 1,3*(2*U2.1*I2.1+2U2.2ּI2.2+U2.4ּI2.4+ U2.5ּI2.5) =  1109,5 В*А;

Sст – площадь поперечного сечения магнитопровода;

S0 – площадь окна сердечника, заполняемого обмотками трансформатора;

∆B – диапазон изменения магнитной индукции в сердечнике, за время рабочего импульса; для феррита марки М2000НМ при Рн>11Вт  ∆В = 0,1 Тл;

f – частота работы преобразователя: f = 70кГц;

ηтр = 0,95 для Рн>11Вт – КПД трансформатора;

j – плотность тока в обмотке – для 41<Рн<100 j = 5 A/мм2;

kс = 1 для ферритов; коэффициент учитывает эффективное заполнение площади поперечного сечения сердечника магнитопровода ферромагнетиком.

kм = 0,15 при Рн>15 Вт; коэффициент учитывает степень заполнения окна сердечника медью обмоток.

см4;

По этому параметру выбираем сердечник кольцевидной формы

 из материала М2000НМ. Sст = 0,675 см2;

Рис.: внешний вид и размеры сердечника.

Определим кол-во витков:

W1 = W2 = ;   B = 0,15Тл;  Sст = 0,675 см2;  Кс = 0,95;

W1 = W2 = 81 виток.

J = 5 A/мм2;

0,28 мм;

7 витков.

0,9 мм;

4 витка.

1,4 мм;

32 витка.

0,16 мм;

4 витка.

0,05 мм;

Расчёт трансформатора ТР1:

U1.1 = 10В;

I1.1 = 0,015A.

U1.2 = U1.3 = 3B;

I1.2 = I1.3 = 8,4мА.

Рассчитаем параметр, характеризующий электромагнитную мощность трансформатора:

где

Sr = 1,3*(2*U1.2*I1.2) = 1,3*(2ּ3ּ0,0084) = 0,05 В*А.

∆В = 0,2;  ηтр = 0,9;  j = 10 A/мм2;  kс = 1;  km = 0,1;  f = 70000 Гц.

см4.

По этому параметру выбираем сердечник кольцевидной формы М500НН К631:

Sст = 0,0005 см2;

Определим количество витков:

W1 = ;   B = 0,2 Тл;  Sст = 0,06 см2;  Кс = 1;

W1 = 370 витоков.

j = 10 A/мм2;

0,04 мм.

111 витков.

0,001 мм.

Расчет входного выпрямителя и фильтра.

Принципиальная схема входного выпрямителя и фильтра.

Исходные данные расчета:

Uс=220В;

fc=50 Гц;

Iвых =1,512А;

кп вых=0.01;

Выберем по значениям Iпр.ср.– ток пр. ср. и Uобр.max – обратное напряжение на диоде.

 Для построения выпрямителя используем мостовую схему выпрямления.

Для мостовой схемы:

Iпр.ср.= =0,756 А;

Uвых=Uс=220=311В;

Uобр.max=1.8Uвых(1+к)=1.83111.01 = 565,4 В;

По справочным данным  подбираем подходящий тип диодовVD16 - КД209В

Iпр.ср= 1А;

Uобр.max=800 В;

Определим емкость фильтра:

С13 = ,  где m = 2,  Rн = Uвых/Iвых = 311/1,512= 205 Ом

С13 == 1,5 мФ.

По справочнику С13 берем как электролитический конденсатор К50-17 ёмкостью 1500 мкФ с номинальным напряжением 350В.

R46:

R46=220/1,512=145

По справочнику выберем резистор МЛТ-0,25 сопротивлением 150 Ом.

Спецификация элементов

Обозначение	Тип	Номинал	Кол-во	Примечание
РЕЗИСТОРЫ
R1	С1-4-0,25	47 КОм	1
R2	С1-4-0,25	12 КОм	1
R3,R38,R41	ОМЛТ-0,125	2КОм	1
R4	ОМЛТ-0,125	680 Ом	1
R5	С1-4-0,25	270 Ом	1
R6	СП5-16ВВ	470 Ом	1	Подстроечный
R7	ОМЛТ-0,125	13 КОм	1
R8	С2-23	2 КОм	1
R9	КЛМ	150 МОм	1
R10,R18,R15,R23	С1-4	40КОм	4
R11,R19	МЛТ-0,125	2 КОм	2
R12, R20	ОМЛТ-0,125	750 Ом	2
R13,R21	С1-4	270 Ом	2
R14,R22	СП3-19А	20 Ом	2	Подстроечный
R16,R24	KNP-200-1	0,27 Ом	2
R17	КВМ	100 МОм	1
R25	МЛТ-2	2 КОм	1
R26	С1-4-0,25	36 Ом	1
R27	МЛТ-0,125	1 КОм	1
R28	МЛТ-0,25	750 Ом	1
R29	ОМЛТ-0,125	15 КОм	1
R30	МЛТ-0,25	10 КОм	1
R31	ОМЛТ-0,125	390 Ом	1
R32	СП5-16ВА	8 КОм	1
R33	С1-4	24 Ом	1
R34, R35	ОМЛТ-0,125	200 Ом	2
R36	С2-23-0,5	150 Ом	1
R37	С2-23-0,5	51 Ом	2
R39,R40	МЛТ-0,125	32 КОм	1
R42	МЛТ-2	5.1 КОм	1
R43	МЛТ-2	13 КОм	1
R44	ОМЛТ-0,125	360 Ом
R45	МЛТ-0,25	150 Ом	1
ДИОДЫ
VD1	Д818Г		1	Стабилитрон
VD2	АОУ307А		1	Оптрон
VD3,VD5	КС115А		2	Стабилитрон
VD4,VD6	АЛ103А		2
VD7	Д229Ж		1
VD8	Д817Г		1
VD9,VD10	Д9Л		2
VD11	КЦ410А		1	Мост
VD12	КВРС604		1	Мост
VD13	КЦ205В		1	Мост
VD14	КЦ205Ж		1	Мост
VD15	Д815Д		1	Стабилитрон
VD16	КД209В		1	Мост
ТИРИСТОРЫ
VS1	КУ701Д		1
ТРАНЗИСТОРЫ
VT1,VT5	КТ920Б		2
VT2	КТ817А		1
VT3	КТ301Г		1
VT4	КТ819А		1
VT6	ГТ122Б		1
VT7	КТ301		1
VT8	КТ818Б		1
VT11	П201ВЭА		1
VT10	МП13Б		1
VT11	ГТ309А		1
VT12	2КТ235-40-1,5		1
VT13,VT14	2КТ235-40-1		2
VT15	КТ807А		1
VT16,VT17	2ТМ103А		2
VT118,VT19	КТ846А		2
КОНДЕНСАТОРЫ
C1	К50-35	220мкФ*25В	1
C2,C3	К50-35	100мкФ*10В	2
C4	К50-26	22мкФ*100В	1
C5	К53-14	0,33мкФ*16В	1
C6	К50-35	220мкФ*25В	1
C7,C8	К50-35	100мкФ*16В	2
C9	К50-35	2,2мкФ*100В	1
C10,C11	КГЛ-2	100пФ*100В	2
C12	К50-29	2,6мкФ*400В	1
С13	К50-17	1500мкФ*35В	1
ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ
L1	Д63-0	2,5мГн	1	Дроссель
ТР1	К6*3*2		1	Трансформатор
ТР2	К75*55*9		1	Трансформатор

Проектирование печатных плат

  Печатная плата представляет собой составную пластину, на одной или обеих поверхностях которой размещены элементы. Электрическая связь между выводами элементов обеспечивается печатными проводниками, нанесёнными на поверхности отдельных диэлектрических пластин платы.

  Печатные платы бывают одно-, двух-, и многослойными в зависимости от числа слоёв формируемых систем печатных проводников. Однослойные печатные платы изготавливаются из одной диэлектрической пластины и применяются, как правило, при наличии крупногабаритных элементов, потребляющие большие электрические токи. Двухслойные печатные платы изготавливаются из одной диэлектрической пластины, на обеих поверхностях которой располагаются печатные проводники. Электрическая связь между проводниками одной цепи, лежащими на разных сторонах платы, осуществляется посредством сквозных отверстий (межслойных переходов), расположенных в местах пересечения проводников.

  Многослойные печатные платы выполняются из нескольких пластин с расположенными на них печатными проводниками. Способ электрического соединения проводников, расположенных в различных слоях, между собой и с выводами элементов, зависит от конструкции платы.

  В конструкции соединительного монтажа печатных плат выделяют следующие основные элементы: токопроводящий рисунок наружных поверхностей печатной платы (внешних слоёв) и внутренних слоёв проводимости; межслойные переходы; сквозные отверстия и иногда навесные токопроводящие шины.

  Рисунок токопроводящих слоёв печатных плат состоит из контактных площадок и печатных проводников различной ширины. Различают планарные контактные площадки прямоугольной формы для монтажа планарных выводов элементов и контактные площадки металлизированных сквозных отверстий для монтажа жестких штыревых выводов элементов.

  Межслойные переходы представляют собой контактные площадки металлизированных сквозных отверстий, имеют круглую форму и предназначены для обеспечения электрической связи печатных проводников, подведённых к нему на разных слоях платы. Не металлизированные сквозные отверстия служат для крепления крупногабаритных элементов на плате и платы к её каркасу. Навесные токопроводящие шины обычно используются для подвода питания к микросхемам.  Отмеченные особенности конструкции и технологии печатных плат определяет специфику математического обеспечения подсистем автоматизированного проектирования печатных плат. Разрабатываемые модели, методы и алгоритмы должны решать задачи размещения элементов на печатной плате ТЭЗ (ячейки) и трассировки всех печатных соединений согласно электрической схеме соединения элементов.

  Основным критерием качества автоматизированного проектирования одно- и двухслойных печатных плат является процент автоматической не разведённых соединений по отношению к общему числу соединений, а для многослойных плат- общее число слоёв монтажа.

  Другие важные критерии качества автоматизированного проектирования печатных плат- равномерность распределения печатных проводников в отдельных слоях, суммарная длина соединений, количество переходных отверстий и др.

  К основным особенностям задач размещения и трассировки однослойных печатных плат относятся:

  на однослойной печатной плате, как правило, размещаются разногабаритные элементы (в основном радиоэлементы с малым числом выводов), для которых посадочные места не фиксируются заранее;

  проекции элементов на плоскость установки не должны пересекаться;

  между элементами должны соблюдаться необходимые зазоры; установка элементов разрешается при условии, что выводы элементов должны находиться в узлах дискретной сетки монтажного пространства;

  все соединения реализуются в одном слое, количество перемычек должно быть

минимальным. Для размещения разногабаритных элементов на печатной плате необходимо применять наиболее эффективные последовательные алгоритмы, так как дальнейшее улучшение размещения возможно только за счёт сдвига или поворота элементов.

 В большинстве случаев в качестве критерия размещения выбирается минимум суммарной длины соединений, иногда первостепенное значение имеют число пересечений соединений или плотность размещения элементов на плате.

  Основные ограничения связаны с заданной областью монтажного пространства, запретом на пересечение элементов, размерами зазоров и фиксированным положением части элементов. Задача последовательной расстановки элементов решается в два этапа: выбора элемента (или группы элементов) для размещения; нахождение места установки.

  Правила выбора элементов и их установки определяются конкретными алгоритмами. Модель монтажного пространства, как правило, задаётся дискретным рабочим полем, а модель схемы -множествами элементов с заданными габаритными размерами и электрических цепей.

  Трассировке соединений предшествует этап назначения цепей на контрольные гнёзда платы и выводы соединителя и предназначения эквивалентных выводов микросхем и радиоэлементов для улучшения условий трассировки. Эти задачи легко сводятся к задачам линейного целочисленного программирования.

  Трассировка соединений в однослойных печатных платах осложняется метрическими ограничениями, поэтому её целесообразно проводить итерационно: предварительная трассировка, перемещение (сдвиг элементов), окончательная трассировка. Непосредственная реализация соединений выполняется с помощью наиболее совершенных модификаций волнового алгоритма.

  В практике автоматической трассировки плат применяются последовательно следующие программы:

1.  определения порядка трассировки электрических цепей и

структуры соединений в каждой цепи, проектирования цепей питания и заземления.

1.  собственно трассировки. В общем случае даже волновые

алгоритмы на объёмной монтажного пространства не гарантируют полной трассировки.

1.  до разводки цепей в автоматическом или интерактивном режиме.

Приложение