Проект регулируемого двухполярного блока питания

Принцип работы схемы электрической принципиальной регулируемого двухполярного блока питания. Выбор типа и элементов печатной платы и метода ее изготовления. Разработка топологии и компоновки печатного узла. Ориентировочный расчет надежности устройства.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

Введение

1. Описание принципа работы схемы электрической принципиальной

2. Техническое и экономическое обоснование выбора ЭКБ

3. Разработка конструкции печатного узла

3.1 Выбор типа печатной платы (односторонняя, двухсторонняя)

3.2 Выбор материала печатной платы

3.3 Выбор метода изготовления печатной платы

3.4 Выбор шага координатной сетки

3.5 Выбор способа установки элементов (ОСТ45 ГО 010.030)

3.6 Расчет размеров печатной платы узла

3.7 Разработка топологии печатной платы

3.8 Разработка компановки печатного узла

3.9 Выбор метода и материала защиты печатного узла от климатических воздействий

4. Ориентировочный расчет надежности прибора или устройства

Заключение

Литература

Введение

Рост эффективности общественного производства, повышение качества продукции, научные достижения сегодня становятся практически невозможными без широкого применения электронной аппаратуры. Практически во всех областях знаний прогресс немыслим без широкого использования электроники. Именно поэтому радиоэлектроника, зародившаяся всего несколько десятилетий назад, является бурно развивающейся областью техники. За это время радиоэлектронная аппаратура прошла несколько этапов развития, каждый из которых позволял резко увеличивать количество функций, которые выполняет аппаратура, повышать их сложность и одновременно при этом сокращать вес и размеры аппаратуры, повышать её надёжность и снижать потребление энергии.

Каждому этапу развития соответствует своё поколение аппаратуры. К аппаратуре первого поколения относят радиоэлектронную аппаратуру, построенную на основе использования электронных ламп. Второе поколение - это аппаратура, построенная с использованием полупроводниковых приборов. Разработка и использование интегральных схем среднего уровня интеграции привели к появлению третьего поколения аппаратуры. Четвёртое поколение - это аппаратура, построенная с использованием интегральных схем повышенной степени интеграции. Аппаратура, в которой применяются большие интегральные схемы с программируемой логикой (микропроцессорные комплекты), позволяющие использовать цифровую обработку информации.

Технический и культурный прогресс обеспечили радиоэлектронной аппаратуре необычайно широкое распространение. Трудно назвать область науки и техники, где не использовалась бы РЭА.

1. Описание принципа работы схемы электрической принципиальной

Регулируемый двухполярный блок питания вырабатывает двухполярное напряжение, регулируемое с помощью одного переменного резистора R5. Блок предназначен для питания операционных усилителей, предварительных УЗЧ и других устройств, которым необходимо двухполярное питание. Регулировка выходного напряжения позволяет выбрать оптимальный режим питаемого устройства в процессе его налаживания.

Для налаживания и эксплуатации устройств на операционных усилителях необходим двухполярный источник питания с выходным током 0,2...0,3 А с малым уровнем шума и пульсаций (не более 5 мВ) и возможностью регулировки выходного напряжения в интервале ±3...15 В одним элементом. Многие регулируемые двухполярные блоки питания промышленного изготовления обладают значительной избыточностью для указанных целей. Они рассчитаны на гораздо больший ток (несколько ампер) и содержат встроенные измерители тока и напряжения. Из-за этого стоимость блока обычно чрезмерно велика. Предлагаемый проектируемый мною регулируемый двухполярный блок питания во много раз дешевле.

Основные технические характеристики

Выходное напряжение, В:

минимальное...............2x3

максимальное............2x15

Пульсации выходного напряжения, мВ, не более..........1

Максимальный ток нагрузки, А............................0,3

Габариты, см................7x7x12

Основа блока питания - микросхема двухполярного стабилизатора M5230L, производства фирмы Mitsubishi Electric Semiconductor. Эта микросхема предназначена для питания операционных усилителей и предварительных УЗЧ током до 30 мА. Фирменное описание микросхемы размещено в Интернете по адресу http://www.chipfind.ru/ datasheet/pdf. mitsubishi/m5230l.pdf. Там же приведены типовые схемы её включения, а также схемы увеличения выходного тока с помощью внешних транзисторов. На этой основе спроектирована схема предлагаемого блока питания, показанная на рис. 1.

Рисунок 1 - схема электрическая принципиальная

Устройство содержит нестабилизированный сетевой блок питания с выходным напряжением 2x25 В на элементах: FU1, Т1, VD1-VD4, С1-С4, регулируемый двухполярный стабилизатор напряжения на микросхеме DA1, транзисторы VT1, VT2, резисторы R1-R9 и конденсаторы С5-С8. Регулируемый стабилизатор напряжения собран по схеме, показанной внизу. Вместо рекомендованной фирмой комплементарной пары 2SA1283 (VT1) и 2SC3243 (VT2) применена более распространённая 2SA1287 (VT1) и 2SC3247 (VT2). Переменным резистором R5 регулируют выходное напряжение обеих полярностей, его коммутирует сдвоенный выключатель SA1. Светодиоды HL1 и HL2 индикаторы плюсового и минусового напряжения соответственно. Резисторы R10 и R11 ограничивают ток через них. Нагрузку подключают к клеммам XS1-XS3 или разьёму ХР1.

Я применил сетевой трансформатор Т1 с выходным напряжением 2x21 В при токе 0,3 А. При повторении устройства можно применить трансформаторы ТП2206, ТПП262, ТПП15. Выпрямительный мост VD1-VD4 выполнен на диодах Шотки, чтобы уменьшить падение напряжения на нём по сравнению с кремниевыми диодами.

Оксидные конденсаторы импортные: С1 и С2 - алюминиевые фирмы JAMICON, C7 и С8 - танталовые окукленные типоразмера «С». Конденсаторы СЗ - С6 - импортные керамические. Переменный резистор R5 - СП5 - 35А. Постоянные резисторы - МЛТ. Резисторы R3 и R4 должны быть равного сопротивления с точностью не хуже 1 %, так как с той же точностью будет обеспечено равенство значений выходного напряжения разной полярности. Микросхему M5230L (DA1) в корпусе SIP8 можно заменить на M5230FP в корпусе DIP8. Транзисторы VT1 и VT2 установлены на теплоотводах площадью 3 см? каждый. Для индикации плюсового и минусового выходного напряжения использованы светодиоды HL1 и HL2 красного и зелёного свечения соответственно. Их можно заменить любыми маломощными светодиодами разного цвета свечения. Выключатель SА1 -- MTS-201. Разъём ХР1 -- вилка РС4ТВ, XS1--XS3 -- клеммы КП1.

На передней панели корпуса установлены переменный резистор R5, выключатель SA1, все разъёмы и светодиоды.

2. Техническое и экономическое обоснование выбора ЭКБ

Приступая к проектированию любого устройства, разработчик должен помнить о том, что одни и те же характеристики можно получить различными методами. При этом будет различна и стоимость изделия.

Стоимость любого радиоэлектронного изделия зависит от стоимости покупных элементов, стоимости материалов и затрат труда на изготовление деталей и проведение сборочно-регулировочных работ. Эти слагаемые определяют заводскую себестоимость изделия. В процессе эксплуатации потребитель расходует средства на содержание персонала, управляющего аппаратом, на энергопитание, на проведение профилактических и аварийных ремонтных работ.

Поэтому, проектируя схему и выбирая для нее элементы, нужно анализировать не только их функциональные характеристики, но и цену. При этом следует выбирать такие наиболее дешевые элементы, которые по своим функциональным свойствам еще позволяют удовлетворить общим требованиям, предъявляемым к изделию.

В стоимость любого изделия входят затраты на подготовку производства: на разработку технологического процесса, проектирование и изготовление инструмента и нестандартного оборудования. Процесс освоения в производстве нового изделия также вызывает дополнительные затраты. Поэтому большие резервы снижения стоимости любого изделия заложены в использовании уже освоенных в производстве деталей и узлов из других изделий.

Приступая к проектированию, конструктор должен проанализировать схему и конструкцию аналогичных изделий, освоенных в производстве, и по возможности использовать их или выявить те минимальные изменения конструкции, которые придадут ей новые свойства.

Одним из факторов, определяющих стоимость эксплуатации, является содержание персонала, управляющего аппаратом (операторов). Уменьшение этой составляющей стоимости может быть достигнуто за счет автоматизации процесса управления. Однако следует иметь в виду, что автоматизация приводит к усложнению схемы и конструкции аппарата, что повышает его заводскую себестоимость и снижает надежность.

Другой составляющей стоимости эксплуатации являются расходы на энергопитание.

Третьим фактором, определяющим стоимость эксплуатации изделия, является его надежность. Если изделие имеет низкую надежность, то при эксплуатации придется расходовать много средств на запасные части и на содержание высококвалифицированного обслуживающего персонала. Стоимость запасных частей может составлять значительную долю стоимости изделия, так как невозможно предугадать, какая деталь выйдет из строя, и в связи с этим приходится закладывать в запасное имущество большую номенклатуру деталей. Поэтому повышение надеж...