96516

Усилитель мощности для электродвигателя

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Устройство состоит из усилителя напряжения на ОУ DA1 и DA2, а также усилителя мощности на транзисторах VT1 – VT4. Усилитель мощности построен на комплементарных транзисторах и при помощи глубокой отрицательной ОС через цепь R5, R7, C2 позволяет получить хорошие технические характеристики для управления электродвигателем постоянного тока мощностью до 20 Вт.

Русский

2015-10-07

391.5 KB

0 чел.

Содержание


ВВЕДЕНИЕ

При разработке конструкции печатной платы проектировщику необходимо решать следующие задачи: схематические, радиотехнические, теплотехнические, конструктивные, технологические.

Под печатной платой понимают соединение из изоляционного основания и структурированных металлических слоев, которые служат для электромонтажа элементов и узлов, а также в большинстве случаев и для их механического закрепления.

Печатная плата состоит из одного или нескольких слоев, каждый из которых представляет собой изоляционный материал с односторонним или двусторонним расположением печатных проводников. В многослойных печатных платах необходимо соединительные изоляционные прокладки для механического соединения отдельных слоев платы и электрической изоляции плоских проводников.


  1.  ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Вариант 26.

Усилитель мощности для электродвигателя.

Устройство состоит из усилителя напряжения на ОУ DA1 и DA2, а также усилителя мощности на транзисторах VT1 – VT4. Усилитель мощности построен на комплементарных транзисторах и при помощи глубокой отрицательной ОС через цепь R5, R7, C2 позволяет получить хорошие технические характеристики для управления электродвигателем постоянного тока мощностью до 20 Вт.

В схеме использованы следующие компоненты: DA1 –КР140УД608; DA2 –КР140УД608; VT1 – КТ603Б; VT2 – КТ208М; VT3 – КТ825А; VT3 – КТ827.


2
. ЗАДАНИЯ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО УЗЛА

1. Разработать структурную и функциональную схемы функционального узла. Исходные данные на каждый функциональный узел приведены в разделе 2.3 как в тексте, так и на принципиальных схемах (рис. 2.1-2.30) [2].

2. Разработать спецификацию (составить перечень элементов) функционального узла, используя исходные данные, приведенные в описании и в принципиальной схеме варианта. Уточнить наименования, обозначения и типоразмеры ИЭТ, применяемые в функциональном узле.

3. Рассчитать конструктивно-технологические параметры печатной платы функционального узла требуемого варианта. Выбрать материал и толщину платы. Выбрать и обосновать габариты платы. Определить геометрические размеры элементов печатного монтажа:

  •  диаметры монтажных и переходных отверстий;
    •  диаметры контактных площадок;
    •  минимально допустимую ширину проводников;
    •  минимально допустимое расстояние между элементами проводящего рисунка;
    •  число проводников, которые можно провести между соседними  контактными площадками.

Такие конструктивно-технологические данные, как шаг координатной сетки, форма контактных площадок, маркировка элементов схемы, материалы резистивных покрытий, способ изготовления ПП, плотность печатного монтажа (класс), материал фоторезиста или химически стойкой краски и т. д., выбираются и обосновываются в процессе разработки.


4. Произвести электрический поверочный расчет печатной платы функционального узла. Определить минимально допустимую ширину печатного проводника с точки зрения максимально допустимого значения его паразитного сопротивления, паразитную емкость, взаимоиндуктивность двух параллельных проводников и падение напряжения на проводнике. В качестве исходных данных принять результаты расчетов, полученные при выполнении задания 2.1.3.

5. По результатам выполнения заданий 3 и 4 спроектировать ПП функционального узла. На рабочем чертеже согласно ЕСКД привести размеры и принятые базы (основные и вспомогательные), допуски на размеры, таблицу отверстий и технические требования. При необходимости указать выбранные варианты формовки выводов изделий электронной техники в соответствии с ГОСТ 4.010.030 - 81.

6. а) Спроектировать на ПЭВМ печатную плату функционального узла, используя одну из конструкторских САПР. Получить чертеж платы и фотооригинал ПП.

б) Разработать сборочный чертеж электронного модуля на базе печатной платы.

7. Разработать конструкцию варианта электронного модуля функционального узла. Обосновать выбор проводов и разъемов.

8. Произвести проверочный расчет электронного модуля функционального узла, разработанного согласно пунктам 3, 4, 5, на виброустойчивость при воздействии частоты вынужденных колебаний f = 50 Гц и допустимой перегрузки 2g.

Для фольгированного стеклотекстолита модуль упругости

ЕМ = 2,32 • 1010 Н/м2, коэффициент Пуассона v= 0,25 и плотность QM = 1,85 • 10-3 кг/м3. Изделия электронной техники на основании распределены равномерно.


3. ЗАДАНИЯ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ АППАРАТУРЫ

1. Определить коэффициент демпфирования D, необходимый для снижения вибрационных воздействий у амортизаторов электронного аппарата, чтобы обеспечить требуемый коэффициент виброизоляции η при следующих параметрах электронного аппарата и внешнего возмущающего воздействия: собственная частота электронного аппарата  - f0 = 260; частота возмущающего воздействия - fВ = 260* ± 27; требуемый коэффициент виброизоляции η = l/6.

2. Аппарат весом G = 260H должен быть установлен на 4 изолятора, расположенных на днище прибора симметрично относительно осей X и Y. Центр тяжести прибора совпадает с геометрическим центром и с началом координат. Частота вынужденных колебаний fB составляет 20 Гц. Допустимая перегрузка, действующая на прибор, — 2g.

Необходимо выбрать амортизаторы, определить коэффициенты расстройки и эффективность виброизоляции.

3. Определить максимально допустимую мощность теплового рассеяния блоков, размещенных в стойке высотой, равной 1,76 м, шириной   0,6 и глубиной 0,5 м.

Корпус изготовлен из тонколистового проката толщиной 1,5 мм, окрашен полуматовой эмалью светло-серого цвета и установлен на резиновых амортизаторах; коэффициент заполнения стойки блоками 0,7. Температура нагретой зоны в стойке не более 333 К. Максимальная температура в помещении 303 К. Давление среды нормальное.

4. Рассчитать для трех различных случаев вероятность безотказной работы функционального узла: 1) без резервирования; 2) с общим резервированием; 3) с раздельным резервированием. Считать, что в двух последних случаях используется трехкратное резервирование.

Вероятность безотказной работы всех компонентов функционального узла принимается одинаковой и равной 99,9 %.


4. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Выберем класс точности, по которому будем изготавливать печатную плату. Для нашего случая подходит 2 класс точности. Для 2-го класса точности:

- ширина печатного проводника;

- расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка;

- гарантийный поясок;

.

где - отношение диаметра неметализированного отверстия к толщине ПП. Печатные платы  2 - го класса точности просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость.

Диаметры монтажных и переходных металлизированных, неметализированных отверстий должны выбираться из ряда в интервале 0,4-3 мм через 0,1 мм. Номинальные их значения определяются по формуле:

где -максимальное значение диаметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на ПП;

- разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением устанавливаемого элемента;

- нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.


4.1 РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ПЛАТЫ

Толщину платы определяем из условия, что:

где

4.2 РАСЧЕТ ДИАМЕТРОВ КОНТАКТНЫХ ПЛОЩАДОК

Наименьшее номинальное значение диаметра контактной площадки  под выбранное отверстие рассчитывается по формуле:

где - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

- глубина подтравливания диэлектрика в отверстии, равная нулю; .-.позиционный допуск расположения оси отверстия;

.-.верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

- нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки.


4.3 РАСЧЕТ ШИРИНЫ ПЕЧАТНОГО ПРОВОДНИКА

Ширина печатного проводника зависит от токовой нагрузки. Наименьшее значение ширины проводника t (мм) рассчитывается по формуле:

где  - минимально допустимая ширина проводника;

- нижнее предельное отклонение ширины проводника.

4.4 РАСЧЕТ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ СОСЕДНИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ПРОВОДЯЩЕГО РИСУНКА

Номинальное значение расстояния между соседними элементами проводящего рисунка S'(mm) определяется по формуле:

где  - максимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка;

- верхнее предельное отклонение ширины проводника.

Согласно табл.3.5 допустимое рабочее напряжение для S=0,6мм =300В.


4.5 РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ЦЕНТРАМИ ОТВЕРСТИЙ

Расчет минимального расстояния для прокладки n - го кол-ва проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами D1кп и D2кп производят по формуле:

где п - количество проводников;

- допуск который учитывается только при n>0.

4.6 ДИАМЕТР ЗОНЫ

Диаметр зоны находят по формуле:

где  -  ширина скола вокруг отверстия;

- наименьшее расстояние от ореола до соседнего элемента проводящего рисунка.

Будем изготовлять плату по следующим данным размер платы - 45x50, кол-во слоев 1, способ получения рисунка – химический, материал слоя - стеклотекстолит фольгированный травящийся марки ФТС-1-20 (Нс=0,15), резистивное покрытие: олово - свинец, плотность печатного монтажа - 2 класс.


5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПП

5.1 ПАРАЗИТНАЯ ЁМКОСТЬ

С увеличением быстродействия схемы все большее значение приобретают вопросы высокочастотных связей между элементами. При этом становится необходимым определение как параметров линий связи (сопротивления, емкости, индуктивности и т д.), так и степени влияния их друг на друга (паразитной емкости, взаимоиндуктивности и т. д.) Для оценки помехоустойчивости изделий электронной техники на ПП определяют емкостную и индуктивную составляющие паразитной связи, которые зависят соответственно от паразитной емкости С, между печатными проводниками и паразитной взаимоиндукции М между ними.

Паразитная емкость между двумя печатными проводниками:

где  - печатная емкость связи между двумя проводниками, нФ/мм;

- длина взаимного перекрытия проводников, мм.

Согласно графику с учетом ; ; ;


5.2 ВЗАИМОИНДУКЦИЯ

Взаимоиндукция между прямоугольными плоскими проводникам (нГн) рассчитывается по формуле:

где  - погонная взаимоиндукция, нГн /мм;

- длина печатного проводника, мм.

Взаимоиндуктивность двух параллельных печатных проводников равной длины . Согласно графику с учетом ; ; ;

5.3 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ИЗОЛЯЦИИ

Сечение проводника рассчитывают по допустимому падению напряжения  на проводнике:

где  - удельное сопротивление;

  - длина и ширина проводников, толщина фольги, мм;

- ток через проводник, А

Сечение печатного проводника шины питания "земли" вычисляется по формуле:


6. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ НА ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ

Из опыта эксплуатации электронной аппаратуры следует, что наибольшее разрушающее воздействие на конструкцию оказывают вибрации. ПП ведет себя как упругая пластина, подверженная усталостному повреждению, особенно при возникновении механического резонанса.

Уровень вибрационные воздействий на ИЭТ в режиме резонанса определяется коэффициентом передачи по формуле:

где - уровень вибрационных воздействий на навесной элемент в режиме резонанса;

-  вибрационное воздействие в точках креплении основания;

- коэффициент передачи основания в режиме резонанса.

Низшая резонансная частота при равномерно распределенной массе элементов по основанию определяется по формуле

где -резонансная частота основания, Гц;

- функция, зависящая от соотношения сторон основания и способов его закрепления;

  - отношение длины меньшей стороны основания к большей;

  - толщина основания, м;

  - модуль Юнга материала основания;

  - коэффициент Пуассона;

  - плотность материала основания, кг/м

- масса ИЭТ, кг;

- масса основания, кг.

Резонансная частота  основания модуля из фольгированного стеклотекстолита определяется по формуле:

Найдем значение функции крепления основания электронных модулей первого уровня:

Основание крепится в четырех точках по углам:


6.1 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

Прибор массой G = 260 Н должен быть установлен на 4 изолятора. Виброизоляторы располагаются на днище прибора симметрично относительно осей X и Y. Центр тяжести прибора совпадает с геометрическим центром и с началом координат. Частота вынужденных колебаний fв = 260Гц Допустимая перегрузка, действующая на прибор, 2g

Коэффициент демпфирования:

;;- коэффициент виброизоляции.

Максимальную амплитуду колебания прибора находим из выражения:

где  - действующая перегрузка в единицах ускорения силы тяжести.

Суммарная жесткость амортизаторов системы: 

Тогда нагрузка на один амортизатор будет: 

жесткость амортизатора:

Из этих условий выбираем амортизатор типа ДК-1-2

Собственная частота амортизированного прибора: 

Коэффициент расстройки:

 т.е. удовлетворяет условию

Коэффициент передачи определяем из формулы:

Эффективность виброизоляции находим из выражения:


7. МОЩНОСТЬ ТЕПЛОВОГО РАССЕИВАНИЯ

Определим максимально допустимую мощность теплового рассеивания блоков, размещенных в стоике высотой, равной 1,76 м, шириной 0,6 м и глубиной 0,5 м. Корпус изготовлен из тонколистового проката толщиной 1,5мм, окрашен в полуматовой эмали светло-серого цвета и установлена на резиновых амортизаторах; коэффициент заполнения стойки блоками 0,7. Температура нагретой зоны в стойке не более 333 К. Максимальная температура в помещении 303К.

Давление среды нормальное.

Решение.

  1.  Устанавливаем в первом приближении температуру стенок приборного корпуса:

  1.  Используя неравенство (6.13) выясняем закон, применяемы при расчете теплопередачи конвекции для прибора высотой 1,76:

Как видно, неравенство не соблюдается, поэтому теплообмен подчиняется закону степени 1/3 и расчет ведется по формуле (6.25)

3 Из табл. 6.3 по определяющей температуре:

Площадь тепловыделяющей поверхности стойки заданных размеров составляет:

Подставляя полученные исходные данные в уравнение(6.25), определяем мощность тепловыделения разрабатываемой приборной стойки:

4. Для получения мощности проверим температуру нагретой зоны. Вычислим площадь поверхности нагретой юны в соответствии с (6.16): 

По определению температуры

Из таблицы 6,3 выберем: 

По (6.4) и (6.12) рассчитываем коэффициенты теплопередачи для конвекции и излучения

Общая тепловая проводимость представляет собой сумму проводимостей конвективной и излучения, т.е

На основании (6.19) определяем температуру нагретой зоны:

Температура нагретой зоны выше заданной. Принятая нами первоначально температура стенок приборного корпуса также несколько завышена. Поэтому задаемся меньшим значением температуры корпуса и тем же способом находим более точное значение его теплового рассеивания:

Коэффициент теплопередачи конвекции и излучением с учетом поправки вычисляем по формуле:

Тогда  температура нагретой зоны:


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании требований ТЗ на изделие, в состав которого входит проектируемая ПП, определяют условия эксплуатации, хранении и транспортировки. В зависимости от условий эксплуатации определяют группу жесткости, обуславливающую соответствующие требования к конструкции платы, к используемому материалу основания (гетинакс, стеклотекстолит, керамика, металл), проводящему рисунку и необходимости применения дополнительной защиты от климатических, механических и других воздействий.

Задачи ускорения проектирования современной ЭА, увеличение серийности и производства, снижения стоимости могут быть успешно разрешены лишь на базе унификации и стандартизации параметров блоков, функциональных узлов и других устройств ЭА, а также широкого применение новых методов конструирования, основанных на принципах функциональной и размерной взаимозаменяемости.


СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Учайкин, И. Г. Конструирование и миниатюризация электронной аппаратуры / И. Г. Учайкин.-  Изд. Саратовского университета. Саранский филиал, 1990. – 200с.
  2.  Учайкин, И. Г. Практикум по основам технологии изготовления и конструирования электронной аппаратуры / И. Г. Учайкин, М.И. Коротин, О.Н  Антонова. -  Изд. Мордовского Университета,  1998. - 57 с.


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

КП-02069964-210106-26-07

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-06

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

ист

4

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-06

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

КП-02069964-210106-26-07

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-06

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

КР-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18

КР-02069964-200400-30-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

КР-02069964-200400-30-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

КР-02069964-200400-30-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

КП-02069964-210106-26-07

КР-02069964-200400-00-05

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6699. Закономерности антропогенеза. Генетическая программа и программа социальная наследование в развитии современного человека 26.77 KB
  Закономерности антропогенеза Биологические предпосылки. Биосоциальная природа человека и процесс антропогенеза. Генетическая программа и программа социальная наследование в развитии современного человека. Расы современного че...
6700. Биологические основы паразитизма и трансмиссивных заболеваний 25.98 KB
  Биологические основы паразитизма и трансмиссивных заболеваний. Характеристика паразитизма. Взаимодействие паразитов и хозяина. Трансмиссивные и природно-очаговые заболевания. Живые организмы находятся в биотическом окружении, поэто...
6701. Медицинская протозоология. Характерные признаки простейших и их представители 25.22 KB
  Медицинская протозоология. Характерные признаки простейших. Представители. Один из разделов медицинской паразитологии - медицинская протозоология. Она изучает паразитических простейших, вопросы патогенеза, терапии заболеваний, диагн...
6702. Гельминтология. Характерные признаки типа Плоские черви - Plathelmintes 26.13 KB
  Гельминтология. Введение в гельминтологию. Характерные признаки типа Плоские черви - Plathelmintes. Класс Сосальщики - Trematoda. Класс Ленточные черви - Cestoda. Характеристика типа Круглые черви Гельминтология...
6703. Членистоногие (Arthopoda). Класс паукообразные 26.06 KB
  Тип Членистоногие (Arthopoda) Общая характеристика. Класс паукообразные. Членистоногие - самый многочисленный тип. Характерные признаки: двусторонняя симметрия трехслойная организация гетерономная метамерия...
6704. Членистоногие. Тип Членистоногие. Подтип Трахейнодышащие. Класс Насекомые 25.32 KB
  Тип Членистоногие. Подтип Трахейнодышащие. Класс Насекомые. Насекомые произошли от 1 из групп многоножек перешедших к жизни на земле. Организация усложнялась, появлялись приспособления к наземному образу жизни. Насекомых очень много и они распростра...
6705. Человек и биосфера. Человечество как активный элемент биосферы. Ноосфера 29.05 KB
  Человек и биосфера. Биосфера как историческая система. Современные концепции. Организация биосферы - живое вещество, количественная и качественная характеристика биосферы. Эволюция биосферы. Человечество как активный эл...
6706. Биологические ритмы и их закономерности. Хронобиология 26.93 KB
  Биологические ритмы и их закономерности. Хронобиология. С понятием ритм связана организация живой материи. Ритмос - соразмерность. 1751- часы цветов Карла Линнея. В настоящее время все ученые знают, что одно из фундаментальных свойств организмов...
6707. Экология как наука. Введение в экологию человека 30.25 KB
  Экология как наука. Введение в экологию человека. Определение и строение экологии. Среда как экологическое понятие. Факторы среды. Особенности экологии человека. Охрана природы. Рациональное природопользование. Основные...