Розробка широкодіапазонного генератора з використанням сучасної елементної бази (стр. 3 из 7)

Струм стоку – 0,5 мА;

Напруга стоку-витоку – 10 В;

Напруга затвор-сток – 3 В;

Крутість – 4 мА/В.

Для того щоби схема була спроможна давати регульовану довжину імпульсів, необхідно ввести в схему одновібратор з часозадаючим запуском. В його коло вмикається часозадаюче коло, яке дає змогу отримати імпульси різної довжини. Для одновібратора вибираємо мікросхему серії К155АГ3, що є одновібратором з повторним запуском. Його електричні параметри такі:

Напруга живлення – 5±5% В;

Струм входу не більше – 1,6-3,2 мА;

Час затримки не більше – 30-40 нс;

Введенням в схему змінного резистора можливо регулювати довжину імпульсів.

Для підвищеної стабілізації живлення мікросхем серії К155ЛА3, К155АГ3 необхідно використати допоміжне джерело живлення, яке має включати в себе параметричний стабілізатор напруги і транзистор КТ603Б, як підсилювач струму.

Рисунок – 4. Структурна схема генератора

2.2 Електричний розрахунок

2.2.1 Електричний розрахунок електронного ключа

Рисунок – 5. Схема електронного ключа.

Проводиться вибір напруги Eж:

При виборі Eж необхідно дотримуватись умови Eж³U', (U'= 5В). Тому вибираємо напругу Eж=5 В. В якості транзистора VT1 більше всього підходить по параметрам КТ315Г. В якого b=50…100; І_{к нас} = 2 мА; t_ср = 1 mS.

Визначимо b транзистора:

З параметрів транзистора вибираємо найменше значення b=50.

Визначимо струм бази насичення: І_{б нас} = І_{к нас} / b (3)

Визначимо опір колектора: R_к = U'/ І_кн (4)

Виконується перевірка по швидкості:

(5)

Розрахунок транзисторного ключа був проведений на ЕОМ за допомогою програмного пакета Work Bench (додаток 1).

Вхідні данні розрахунку:

b=50, І_{к нас} =2 мА, F_avt=1 МГц, t_f=1mS, Eж=5 В.

Вихідні данні розрахунку:

R_б = 2,6 кОм; R_к = 2,3 кОм; t_в = 1 mS.

Використовуючи ці значення знаходимо близькі до отриманих значень резистори R_б = 3 кОм; R_к = 2 кОм.

2.2.2 Електричний розрахунок випрямляча напруги

Рисунок – 6. Схема випрямляча напруги.

Вибираємо схему випрямляча напруги.

Визначається опір навантаження: R_н = U₀/І₀; (6)

Визначається вихідна потужність випрямляча:

Р₀= U₀·I₀; (7)

Визначається коефіцієнт пульсацій випрямляча фільтра:

K_п= U_m1·U₀; (8)

Виходячи з рекомендації по вибору схеми випрямляча та одержаних значень вибираємо мостову схему. Орієнтовно прийняв В=1, визначимо параметр діодів.

Вибирається тип діодів.

Зворотня напруга: U_зв = 1,41·B·U₀; (9)

Випрямлений струм, на одному діоді: І_ср = 0,5·I₀; (10)

Диференціальний опір діода: r_т= 1,2·U₀/I₀; (11)

По струму діода та зворотній напрузі вибирається діод типу КД103А. Його параметри: І _{пр макс} = 150 мА; U_{зв макс} = 50 В; U _пр = 1 В.

Розраховується випрямляч.

Активний опір трансформатора:

; (12)

Індукція в осерді трансформатора В_m = 1,2 Тл, трансформатор броньовий S=1.

Індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:

; (13)

Реактивний опір трансформатора: Х_тр = 2·p·f_m·L_s;

Опір фази: r_ф = r_тр+2·r_т;

Коефіцієнт 2 показує, що в плечі моста стоять два діода.

Параметр А=І₀·p·r_ф/m·U₀; (14)

Кут j = arctg(Х_тр·r_ф); (15)

З графіків, що зображені на рисунку 7, знаходимо коефіцієнти

D,H: B=1,15; D=2,2; H=480.

Рисунок – 7. Графіки.

Визначаємо потрібні точні значення струму та зворотної напруги на діоді:

І_д = 0,5·D·I₀ < 1,57·I_{пр сер макс}; (16)

Uзв=1,41·B·U₀ < U_звмакс; (17)

Визначається ємність конденсатора: С₀=Н/(k_п·r_ф); (18)

Визначається напруга конденсатора на холостому ході:

; (19)

Розрахунок транзисторного ключа був проведений на ЕОМ за допомогою програмного пакета Work Bench (додаток 2).

Вхідні данні: I₀ = 0,3 А, kп. вих = 0,86, U1=Uм = 220 В, fм = 50 Гц, Um1 = 0,24 В, U2=7,5 В.

Вихідні данні: Rн = 250 Ом; Р0=;kп = 3 %; Uзв = 10,5 В; Іср = 0,15 А; rт= 4 Ом; rтр= 38 Ом; Ls = 13 мГн; Хтр = 4,1 Ом; rф = 46 Ом; А= 0,24; j = 10°; U₂m= 14 В; С0= 90 мкФ.

2.3 Розрахунок надійності за миттєвими відмовами

Відмова – це порушення працездатності виробу. Поступова відмова викликається старінням радіоелементів.

Раптова відмова – це відмова, яка проявляється у вигляді зміни елементів апаратури (пробій конденсаторів, перегорання резисторів і т. п.).

Надійність – це властивість приладу виконувати задані функції в певних умовах в певних умовах експлуатації при збереженні значень основних параметрів в встановлених межах. Це величина, що залежить від кількості або якості елементів і від умов експлуатації.

Складові надійності:

Безвідмовність ¾ властивість виробу безперервно зберігати працездатність на протязі деякого часу.

Ремонтоздатнiсть ¾ властивість виробу, яка полягає в тому, що виріб пристосовано до попередження можливих причин виникнення відмови шляхом ремонту, або технічного обслуговування. Апаратуру, яка задовольняє вказаним потребам, називають ремонтноздатною.

Довговічність ¾ властивість виробу зберігати працездатність до наступлення критичного стану (коли подальше застосування неможливо, або недоцільне) при умовах дотримання вимог по експлуатації, обслуговуванню, та ремонту.

Для розрахунку надійності потрібно знати такий параметр, як інтенсивність відмов. Інтенсивність відмов показу, яка доля всіх виробів даного типу в середньому виходить за один час роботи. Визначається по формулі:

, (20)

де Т_ср – середній час напрацювання на відмову.

Середній час напрацювання на відмову визначається:

, (21)

де t -сумарний час роботи всіх елементів.

n - кількість елементів.

Для розрахунку береться l_о [ 1 ] ¾ довідникова величина.

Для всієї схеми інтенсивність відмов визначається:

l = lо·a·К1·К2·К3, (22)

де a(t,К_н) - поправочний коефіцієнт, який враховує умови експлуатації радіоелементів від номінальних.

К1,К2,К3 - коефіцієнти навантаження.

Для діодів Кн дорівнює:

; (23)

Для транзисторів:

; (24)

Для конденсаторів:

; (25)

Для резисторів:

; (26)

Для мікросхем, моточних виробів, перемикачів Кн=1. Якщо Кн в результаті розрахунків виходить менше 0.1, то його приймають 0.1. Для розрахунку Кн для різних елементів складаються таблиці карти напруг в вузлах схеми (таблиця 1-7).

Таблиця 1 ¾ Карта напруг на опорах.

Рези-стори	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7	R8	R9	R10	R11	R12
U,В	-	0,13	0,68	0,5	0,41	-	0,05	1,2	0,1	0,01	13,1	0,03

Таблиця 2 ¾ Карта напруг на опорах.

Рези-стори	R17	R18	R19	R20	R21	R22	R23	R24	R25	R26	R27
U,В	-	0,7	-	6,1	0,7	-	2,4	0,08	0,07	0,08	-

Таблиця 3 ¾ Карта напруг на опорах.

Рези-стори	R28	R29	R30	R31	R32	R33	R34	R35
U,В	0,2	0,5	0,1	-	0,8	-	6,8	11,2

Таблиця 4 ¾ Напруги для ємностей.

Ємно-сті	С1	С2	C3	С4	С5	С6	С7	С8	С9	C10	C11	C12	C13
U-,В	0,01	-	-	2,4	1,9	1,7	1,6	1,5	0,2	0,12	0,13	0,14	0,15

Таблиця 5 ¾ Напруги для ємностей.

Ємно-сті	С14	С15	С16	С17	С18	С19	C20
U-,В	3,12	0,2	4,8	16	15	11,8	11,8

Таблиця 6 ¾ Напруга на діодах та стабілітронах.

Діоди	VD1	VD2	VD3	VD4	VD5	VD6	VD7	VD8
U-, В	1,1	1,1	3,3	5,4	25	25	25	25

Таблиця 7 ¾ Карта напруг на транзисторах.

Транзистори	VT1	VT2	VT3	VT4	VT5	VT6	VT7
Е/З, - В	1,3	0,04	2	0	0,8	4,6	4,8
К/С,- В	1,2	1,03	1,1	5	12	12	12
Б/П,- В	2	0,06	2,3	2,3	0,1	4	4,7

Розрахунок надійності було виконано за допомогою ЕОМ, програма розрахунку написана на мові програмування Pascal (лістінг приведений у додатку 3). Данні, що були отримані в результаті розрахунків занесені до таблиці 8.

1/год; (27)