Проектування низькоомного опору (стр. 1 из 3)
Міністерство освіти і науки України
Харківський державний технічний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
по предмету: Елементна база ЕА
на тему: Проектування низькоомного опору
ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ
Резистор змінного опору типу А
Вихідні дані для проектування:
- номінальний опір R = 470 Ом;
- номінальна потужність P = 1 Вт;
- розділювальна здатність d = 1%;
- температурний коефіцієнт опору ТКО = ±5×10-6 1/град;
- температурна е.р.с. Терс = -2 мкВ/град;
- контактний тиск P = 20 г/мм2;
- ресурс роботи 105 обертів;
- кут повороту j = 300°;
- умови експлуатації:
кліматичні -- УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69,
механічні -- IV ст.ж. ГОСТ 16962-72;
- випуск n = 1010 шт/рік.
ЗМІСТ
Вступ
1. Аналіз ТЗ
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямкупроектування
3.1 Електричний та конструктивний розрахунокюРозрахунок резистивного елемента
3.2 Розрахунок контактної пружини
3.3 Теплотехнічний розрахунок
3.4 Розрахунок частотних характеристик
4. Ескізне опрацювання елемента і обгрунтування прийнятихрішень
5. Уточнення і опис конструкції
Висновки
Перелік посилань
ВСТУП
Розвиток радіоелектроніки, розширення областей застосування електронної апаратури поставили питання про необхідність різко підвищити технічні та експлуатаційні характеристики електро-радіоелементів, зокрема проволочних резисторів. Це обумовлено тим, що в різноманітних схемах радіоапаратури вони займають досить значну частину від загальної кількості елементів принципової схеми.
Резистори загального призначення використовуються в якості поглиначів і дільників напруги в колах живлення, елементів фільтрів та підсилювачів, шунтів, регуляторів гучності та тембру, в колах формування імпульсів, у вимірювальних приладах і т.п.
Особливе місце серед усіх типів резисторів займають проволочні змінні резистори, які знаходять широке застосування в електронній апаратурі, різноманітних схемах автоматичного керування і регулювання, в електрообладнанні транспорту і вимірювальній техніці.
При усій простоті конструкції і технології виготовлення вони мають ряд недоліків: досить велика вартість; значна власна індуктивність та ємність; великі габарити в зв’язку з технологічними труднощами виготовлення тонких проводів з різних металів та сплавів.
Тим не менше змінні проволочні резистори незамінні в лабораторних дослідженях і в деяких видах апаратури, так як у них поряд з вищеописаними недоліками є ряд переваг:
- мінімальний температурний коефіцієнт опору (ТКС) і початковий стрибок опору;
- висока розділювальна здатність;
- легкість конструювання під задану функціональну залежність опору від кута повороту.
Остання їх перевага дозволяє застосовувати їх для електричного моделювання фізичних процесів в якості датчиків лінійних та кутових переміщень.
За допомогою потенціометрів (проволочних резисторів з більшою розділювальною здатністю і точністю) можливо не лише перетворити механічну величину в електричну, але й реалізувати потрібний функціональний зв’язок між цими величинами.
1. АНАЛІЗ ТЗ
Згідно технічного завдання необхідно сконструювати резистор змінного опору з такими характеристиками:
- номінальний опір R = 470 Ом;
- номінальна потужність P = 1 Вт;
- розділювальна здатність d = 1%;
- температурний коефіцієнт опору ТКО = ±5×10-6 1/град;
- температурна е.р.с. Терс = -2 мкВ/град;
- контактний тиск P = 20 г/мм2;
- ресурс роботи 105 обертів;
- кут повороту j = 300°;
- умови експлуатації:
кліматичні -- УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69, механічні -- IV ст.ж. ГОСТ 16962-72;
- випуск n = 1010 шт/рік.
Майбутній резистор має бути згідно ГОСТ 15150-69 по кліматичному виконанню експлуатованим в макрокліматичному районі з помірним та холодним кліматом в лабораторних, капітальних житлових і інших подібних приміщеннях [2. 6].
Механічні умови експлуатації IV ступеню жорсткості по ГОСТ 16962-71 передбачають вібраційні навантаження в діапазоні частот 1-80 Гц з максимальним прискоренням 5g, ударні навантаження 150g з тривалістю удару 1-3 мс та лінійні навантаження 100g.
Виходячи з даних, для забезпечення ТКО і Терс вибираємо в якості матеріалу для резистивного елемента серед наявних резистивних сплавів по [1.39] манганін – мідно-марганцевий сплав, що складається з 83¸86.5% міді, 11¸13.5% марганцю та 2.5¸3.5% нікелю. У манганіна r = = 0.42¸0.48 Ом×мм2/м, ТКО = ±(5¸30)×10-6 1/град, Терс = 1 мкВ/град.
Намотку резистивного елемента проводимо манганіновим проводом марки ПМТ – твердий, з ізоляцією в один шар з високоміцної емалі і діаметром жили від 0.02 до 0.8 мм.
Так як резистор повинен мати ресурс роботи 105 обертів, то необхідно забезпечити хороший контакт пружини струмознімача до резистивного проводу при мінімальному контактному зусиллі і надійну фіксацію встановленого опору.
Для резистивного каркасу раціонально вибрати плоский каркас, так як він займатиме менший об’єм ніж циліндричний.
Номінальна потужність майбутнього резистора рівна 1 Вт, що відносить його до класу резисторів середньої потужності, отже у нього великий перегрів буде відсутній.
Кут повороту рухомого контакта складає 300°, що говорить про те, що змінний резистор має бути одноповоротним і мати підковоподібну форму резистивного елемента.
Випуск резисторів є серійним. Для цього потрібно забезпечити простоту виготовлення і застосувати недорогі матеріали для нього.
2. ОГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ ІВИБІР НАПРЯМКУ ПРОЕКТУВАННЯ
Конструкція заданого проволочного резистора змінного опору в великій мірі залежить від заданих його характеристик. Після аналізу технічного завдання відомо, що резистор має мати плоский резистивний елемент підковоподібної форми з постійним перетином у вигляді прямокутника.
Аналогічними конструкціями для заданого резистора є конструкції проволочних підстроювальних резисторів з коловим переміщенням рухомого контакта СП5-2, СП5-3, СП5-2Т, СП5-3Т. Ці резистори для приведення в рух ковзаючого контакту використовують черв’ячну передачу, що небажано використати в даному резисторі, так як ця конструкція із-за своїх мінімальних розмірів може вийти з ладу раніше терміну експлуатації, а також не забезпечує плавної зміни опору із-за створення деякого контактного зусилля і для фіксації встановленого опору потребує контактних пружин.
Більш наближеною конструкцією до конструкції проектованого резистора є резистори типу СП5-16ТБ, у яких притискування контактної системи до струмознімача здійснюється за рахунок пружини. Контактна пружина має форму консольно закріпленої балки, що дозволяє вибирати значення контактного зусилля в досить широких межах. Але негативною стороною цих резисторів є їх герметизація, що не дозволяє робити розбирання резистора.
Загальним елементом цих конструкцій, що не підходять для резистора у нашому випадку, є те, що резистивний елемент є струнним і контактна пружина знаходиться між тримачем і резистивним елементом. Пружина, що притискає контактну систему до струмознімача, знаходиться всередині корпусу, створює зусилля за рахунок своєї пружності і жорсткості матеріалу корпусу.
Враховуючи усі ці недоліки існуючих резисторів відносно нашого змінного резистора, вибираємо такі напрямки конструювання:
- обертання ковзаючого контакту проводиться за допомогою контактної пружини;
- фіксація встановленого опору за допомогою пружини;
- створення контактного зусилля з допомогою пружини і шайб для можливості його регулювання;
- струмознімач виконаємо у вигляді шайби, що переходить у зовнішній контакт і притискається до контактної системи циліндричною пружиною;
- корпус резистора відкритий, тобто кришки немає, так як умови роботи всередині приміщення.
3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ТА КОНСТРУКТИВНИЙРОЗРАХУНОК
3.1 Розрахунок резистивного елемента
1 Визначення площі плоского каркасу резистивного елемента проводиться згідно формули [1.73]:
, (3.1)де S – площа каркасу, мм2,
P – електрична потужність розсіювання, Вт;
J– перегрів обмотки, рівний різниці між максимальною допустимою температурою на обмотці і номінальною навколишньою температурою, ˚C;
μ – середній коефіцієнт тепловіддачі резисторів, що лежить в межах (5÷20)·10-5 Вт/мм2·град [1.73];
.2 Визначення діаметра проводу згідно формули:
, (3.2)де d – діаметр проводу, мм;
ρ – питомий електричний опір проводу, Ом·мм2/м, для мангані-ну складає 0,46 Ом·мм2/м [1.39];
R – опір обмотки, Ом;
к – коефіцієнт, чисельно рівний відношенню кроку намотки до діаметра проводу. Для резистивних елементів, що намотуються ізольованим проводом к = 1,05÷1,2 [1.73];
.3 Визначення довжини проводуL, мм:
, (3.3) 
.4 Визначення кроку намотки проводу tн, мм:
, (3.4) 
.5 Визначення довжини каркасу:
Площа плоского каркасу визначається за формулою:
, (3.5)