Расчет однофазного мостового выпрямителя

Выпрямитель содержит четыре диода соединенных по схеме моста. В одну диагональ моста приходит напряжение с умножителя, а от другой диагонали идет питание преобразователя.

Для расчета известны параметры:

U_н. = 12 В; R_н = 20 Ом.

Рассчитаем ток нагрузки:

I_н. = U_н / R_н =12 / 20 = 0, 6 А

Среднее значение выпрямленного тока каждого диода:

I_н.VD = 0, 5 × I_н = 0, 5 × 0, 6 = 0, 3 А

Действующее значение напряжения выходе умножителя:

U_умн. = 1, 11 × U_н. = 1, 11 × 12 = 13, 32

Максимальное значение обратного напряжения на диоде:

U _обр. = 1, 414 × U_умн. = 1, 414 × 13, 32 = 18, 8 В

Расчет надежности устройства

 

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности устройства по известным характеристикам компонентов, составляющих схему.

Интенсивность отказов всего устройства L рассчитывается по формуле:

_m

L= ∑ l_i,

ⁱ⁼¹

 

m – число компонентов,

l_i - номинальная интенсивность отказов одного компонента (из справочника)

Рассчитываем l_I для каждой группы компонентов:

­ Резисторы пленочные: l₁ = l₀₁ · n= 0, 03 · 10^-6 ·5 = 0, 15 · 10^-6 1/ч

­ Конденсаторы керамические: l₂ = l₀₂ · n= 0, 15 · 10^-6 ·6 = 0, 9 · 10^-6 1/ч

­ Конденсаторы электролитические: l₃ = l₀₃ · n= 0, 35 · 10^-6 ·1 =

o =0, 35 · 10^-6 1/ч

­ Микросхемы: l₄ = l₀₄ · n= 0, 13 · 10^-6 · = 0, 13 · 10^-6 1/ч

­ Индикаторы: l₅ = l₀₅ · n= 0, 9 · 10^-6 ·1 = 0, 9 · 10^-6 1/ч

­ Диоды кремниевые: l₆ = l₀₆ · n= 0, 6 · 10^-6 ·3 = 1, 8 · 10^-6 1/ч

­ Стабилитроны: l₇ = l₀₇ · n= 1, 6 · 10^-6 ·3 = 4, 8 · 10^-6 1/ч

­ Плата печатная: l₈ = l₀₈ · n= 0, 7 · 10^-6 ·1 = 0, 7 · 10^-6 1/ч

­ Провода соединительные: l₉ = l₀₉ · n= 0, 015 · 10^-6 ·38 = 0, 57 · 10^-6 1/ч

­ Пайка монтажа: l₁₀ = l₀₁₀ · n= 0, 01 · 10^-6 ·97= 0, 97 · 10^-6 1/ч

­ Резонаторы: l₁₁ = l₀₁₁ · n= 0, 1 · 10^-6 ·1 = 0, 1 · 10^-6 1/ч

­ Трансформатор: l₁₂ = l₀₁₂ · n= 2, 4 · 10^-6 ·1 = 2, 4 · 10^-6 1/ч

­ Кнопки: l₁₃ = l₀₁₃ · n= 0, 07 · 10^-6 ·9 = 0, 63 · 10^-6 1/ч

­ Транзисторы: l₁ = l₁₌₀₁₄ · n= 0, 30 · 10^-6 ·2 = 0, 6 · 10^-6 1/ч

Для всего устройства интенсивность отказов составит:

 

L = l₁ + l₂ +l₃ +l₄ +l₅ +l₆ +l₇ +l₇ +l₈ +l₉ +l₁₀ +l₁₁ +l₁₂ +l₁₃ +l₁₄ = (0, 15+ 0, 9+ 0, 35+ 0, 13+ 0, 9+ 1, 8+ 4, 8 + 0, 7+ 0, 57 + 0, 97 + 0, 1 + 2, 4+ 0, 63+ 0, 6) · 10^-6 =14, 85 · 10^-6 1/ч

 

Среднее время наработки на отказ определяется по формуле:

 

Тср = 1/L ч

 

Для устройства в целом среднее время наработки на отказ составит:

 

Тср = 1/L = 1/(14, 25 · 10^-6) ч = 70175, 4 ч

Конструирование

 

Конструирование аппаратуры на цифровых микросхемах включает следующие основные этапы: создание макета печатных плат, разработку топологии изготовления печатных плат, конструирование корпуса прибора, в котором должны быть размещены печатные платы. Значение этапа конструирования при построении аппаратуры на микросхемах очень велико, потому что именно такие элементы конструкции как печатные платы, элементы крепления и другие, в значительной мере определяют объем, массу и надежность аппаратуры.

Изготовление макета печатной платы

Платы с проводниками и контактными площадками используют тогда, когда устройство предварительно хорошо отработано. В процессе настройки приходится несколько раз демонтировать отдельные детали и устанавливать другие, а печатные контактные площадки под действием многократных тепловых и механических нагрузок, как правило, отслаиваются. Поэтому на этапе отладки схемы лучше применять монтажные платы, которые являются макетом будущей печатной платы.

Для изготовления монтажной платы используют пластину изоляционного материала (гетинакса, текстолита и стеклотекстолита) со множеством отверстий, в которые вставляются выводы навесных электрорадиоэлементов. Из луженного одножильного провода изготавливают проводники платы, которые соединяют между собой выводы элементов в соответствии с электрической принципиальной схемой.

Проверка работоспособности монтажной платы цифровых часов и ее сборка проводятся не в целом, а по блочно, так как электрическая принципиальная схема состоит из нескольких блоков – блока генератора импульсов, блока, состоящего из цепочки последовательно включенных счетчиков и блока на транзисторных ключах, предназначенного для гашения нуля в разряде десятков часов. Это делается для того, чтобы легче можно было обнаружить неисправность и сократить время на ее устранение.

После изготовления монтажной платы приступают к разводке печатной платы.

 

Трассировка печатной платы

 

Основными особенностями изготовления печатных плат, предназначенных для цифровых устройств, являются – малая толщина печатных линий, малые расстояния между соединительными контактными площадками, а также значительная сложность плат, вызванная большим числом соединений между микросхемами.

Изготовление фотошаблона, через который впоследствии делается экспонирование нашей будущей печатной платы, конструируется в программе Sprint-Layout 4.0. После зарисовки и проверки правильности шаблона производится печать на специальной пленки для принтеров.

После этого поверхность фольгированного стеклотекстолит полируется до блеска, а затем протирается обычной чистой тряпкой для лучшего нанесения фоторезиса. Затем отрезается нужный размер фоторезиста и наносится на стеклотекстолит ровным слоем. Накладываем на фольгированный стеклотекстолит покрытый пленочным фоторезистом, шаблон изготовленный на пленки и накладываем стекло. Затем над этой конструкцией подвешивается ультрафиолетовая лампа на определенное время. После окончания времени засвечивания фоторезиса удаляем пленку с него и опускаем в ванну с раствором воды и кальцинированной соды и ожидаем проявления рисунка на стеклотекстолите. По окончанию проявки проверяется качество и правильность нанесенного рисунка. Дальше идет травление платы.

Готовая плата травится химическим методом в растворе хлорного железа плотностью 1, 3 г / см³ (150 грамм хлорного железа FeCl₃ (порошок) растворяют в 200 миллилитрах воды). Готовый раствор выливают в плоскую стеклянную эмалированную или пластмассовую ванночку, и погружают в него заготовку печатной платы. Время травления зависит от температуры раствора и интенсивности обмена его у поверхности фольги. Для ускорения процесса травления можно травить печатную плату в вертикальном положении. При этом продукты реакции будут оседать на дно кюветы и не будут препятствовать процессу травления. Но можно травить плату и в горизонтальном положении при этом необходимо периодически покачивать ванночку. При температуре раствора 20 – 25 ˚ C процесс травления заканчивается примерно через час, а в подогретом до температуры 40 – 50 ˚ C растворе требуется около 25 – 30 минут.

Сверление отверстий под выводы микросхем проводится сверлами диаметром 0, 5 – 1 миллиметр. Более толстые сверла применять нельзя, так как при этом контактные площадки получаются тонкими и будут легко отклеиваться при нагреве. Диаметр отверстий в печатной плате должен быть чуть больше вставляемого в него вывода, что обеспечит свободную установку элемента. Разница должна быть не менее 0, 2 – 0, 3 миллиметра.

Протравленную плату тщательно промывают попеременно холодной и горячей водой, а затем ватой, смоченной в ацетоне, удаляют остатки краски. После чего плату необходимо облудить. При облуживании недопустим перегрев платы.

Сборка цифровых устройств требует особого внимания, надо стараться делать как можно меньше ошибок, так как их поиск и устранение занимают гораздо больше времени, чем сборка устройства в целом.

После изготовления печатной платы приступают к установке данной платы в корпус.

 

Изготовление корпуса

Корпус для цифровых часов изготовлен из органического стекла. На передней панели часов находится блок семисегментного индикатора и кнопочные переключатели для управления часами.

Печатные платы должны устанавливаться в корпус прибора таким образом, чтобы обеспечивалось их устойчивое положение в нем. Нельзя допускать того, чтобы платы “болтались” внутри корпуса.

 

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться: