курсовая. Литература 2 введение роль электротехники в развитии народного хозяйства
 Скачать 431.9 Kb.
|
|
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Назначение и применение стабилизированного блока питания Стабилизированный блок питания предназначен для запитки различной аппаратуры при её ремонте и эксплуатации. Стабилизированный блок питания заменяет гальванические элементы. Стабилизатор предназначен для выравнивания электрического тока и устранения перепадов напряжения. Он не позволяет напряжению превысить максимального допустимого значения за счет применения в нем стабилитронов. Таким образом, стабилизированный блок питания является надежным источником электричества и служит для защиты чувствительной аппаратуры от перепадов и скачков напряжения, таким образом, обеспечивается широкая сфера применения этих устройств. В настоящее время стабилизированные источники питания применяются для питания бытовой техники и приборов, что значительно повышает надежность и длительность эксплуатации этой техники. Также стабилизированные источники питания получили широкое применение в корабельной аппаратуре, они применяются для подключения радиостанций, датчиков, двигателей постоянного тока, что позволяет контролировать обороты двигателя и другой важной и чувствительной аппаратуры. Современные стабилизаторы изготавливаются на базе полупроводников, что позволило уменьшить их габариты, потребление электроэнергии повысив мощность и точность. Особенной сложностью отличаются стабилизированные блоки питания, используемые для сложной вычислительной техники. Таким образом, использование стабилизаторов позволяет уменьшить расход электричества и увеличить надежность и долговечность эксплуатации аппаратуры, в которой они применяются. Блоки питания применяются во всей технике для работы, которой 16 требуется пониженное напряжение, стабилизированные блоки питания применяются в аппаратуре чувствительной к колебаниям и перепадам питающего напряжения и тока. При ремонте и конструировании транзисторных приемников, портативных магнитофонов и других радиоэлектронных устройств в качестве питающего устройства применяется стабилизированный блок питания, дающий возможность плавно регулировать выходное напряжение от 2 до 15 Вольт. Максимальный ток нагрузки 300 мА. Источник питания защищен от коротких замыканий и автоматически восстанавливает нужный режим работы после их устранения. Выпрямитель питается от сети переменного тока напряжением 127 или 220 Вольт. Стабилизированный источник питания собран на трех транзисторах и семи диодах, имеет низковольтовый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, на диодах Д1-Д4 и питаемый от сети переменного тока через понижающий трансформатор Тр1, и последовательный стабилизатор напряжения на составном транзисторе Т2Т3. Технология изготовления печатных плат Первые изготовлении печатных плат автоматизированным методом были разработаны фирмой Multiwire . За истекший период за рубежом и у нас в стране разработаны новые методы печатно – проводного монтажа, основанные на различных принципах прокладки трасс из изолированных проводов и способах получения меж соединений в платах. Различают два метода изготовления печатных плат: метод стежкового монтажа и метод прямых отрезков. Метод стежкового монтажа («Аракс») используют в промышленности в двух вариантах: с разделением процесса монтажа проводов на плате на отдельные операции и с объединением операций в один процесс. При этом методе печатным способом получают типовую одно- или двухстороннюю плату с постоянной топологией рисунка. В первом варианте типовую плату 17 устанавливают на бумажную маску и прокладки из эластичного материала, а затем в соответствии с заданной схемой прошивают её и прокладки через отверстия пустотелой иглой, внутри которой проходит тонкий изолированный провод. После прошивки провода прижимают к плате, удаляют эластичные прокладки с петель, образованных из изолированных проводов иглой, обслуживают петли припоем, снимают с петель маску и припаивают их к плате. Во втором варианте на автомате прошивают плату проводом, одновременно обслуживая и припаивая петли из провода к контактным площадкам. В результате получают плату, эквивалентную по функциональным возможностям многослойной печатной платы, но с более высокой ремонтопригодностью и меньшей стоимостью. Автоматизированное проектирование печатных плат. Одной из основных задач в системе автоматизированного проектирования плат является оптимизация соединений между элементами схем. В зависимости от выбранной конструктивно-технологической базы эта задача может иметь различную степень сложности и соответственно может сильно влиять на трудоёмкость проектирования печатных плат. При автоматизированном проектировании печатного монтажа, в том числе и многослойной, необходимо оптимизировать целый ряд критериев (показателей качества), таких как суммарная длина всех связей, число связей между элементами схемы, например ИС, находящимися в соседних позициях на монтажном поле, число пересечений между связями, число цепей с возможно более простой конфигурацией. Оптимизация такого числа показателей качества, являясь сложной задачей самой по себе, требует учёта ряда конструктивных характеристик платы. К ним можно отнести: размер монтажного поля, минимально допустимую ширину печатных проводников и расстояние между ними, число монтажных слоёв, способы перехода с одного слоя на другой, расположение выводов элементов и цепей на монтажном поле, число участков, запрещённых для прокладки проводников. (Технологические отверстия, места для обозначений, заранее проложенные стандартные 18 печатные проводники и др.). Получить оптимальный вариант печатных соединений при соответствии всех условий очень трудно. Поэтому, по существу, ни один из методов автоматизированного проектирования многослойной печатной платы не гарантирует трассировки всех соединений. Удовлетворительными считаются результаты, когда автоматически трассируются 90…95% связей. Остальные соединения требуют неавтоматизированной или автоматизированной доработки путём изменения конфигурации ранее проложенных связей, что значительно повышает трудоёмкость проектирования монтажных плат. Преимущества и недостатки стежкового метода. Стежковый монтаж по сравнению с многослойным печатным монтажом позволяет следующее: - Снизить трудоёмкость конструкторских работ в несколько раз, причём, чем больше номенклатура печатных плат, тем эффективнее стежковый монтаж. - Сократить трудоёмкость автоматизированного проектирования печатных плат более чем в два раза. - Снизить стоимость материалов в три раза. - Сократить трудоёмкость производства узлов печатных плат на 30%. - Повысить ремонтопригодность печатной платы и оперативность внесения изменений в монтаж. - Сократить сроки разработки аппаратуры уменьшить технологический цикл проектирования и производства печатных плат. - Исключить металлизацию в отверстиях печатной платы. - Снизить число вредных стоков при производстве печатных плат. - Уменьшить массу печатных плат, увеличить выход годных печатных плат. К недостаткам стежкового метода монтажа необходимо отнести: - Одностороннее расположение на плате. - Потребность в тщательном контроле информативного материала при автоматизированном проектировании печатных плат. 19 - Увеличение габаритов печатных плат вызывает почти пропорциональный рост трудоёмкости монтажа. - Не конкурентоспособность с одно- и двусторонними печатных плат по трудоёмкости в серийном производстве, не считая этапа макетирования. - Сложность применения печатных плат проводного монтажа для элементов со штырьковыми выводами (необходимо планарная формовка выводов). Метод прямых отрезков Метод заключается в том, что печатным монтажом изготавливают типовую печатную плату с постоянной типологией рисунка и сквозными металлизированными отверстиями. Типовую печатную плату устанавливают на стол монтажного автомата и по заданной программе разводят связи прямыми отрезками из изолированного провода, обрезая его в заданных точках. При этом изолированный провод автоматически без предварительного лужения припаиваемого участка жилы, без удаления изоляции с него совмещается с контактной площадкой. Причём провод может укладываться на контактную площадку под любым углом по отношении к её оси. После совмещения соединяемых элементов расщепленный электрод опускается на провод и с заданным усилием прижимает его к гальваническому оловянно-свинцовому покрытию контактной площадки, а затем на электрод подаётся разогревающий импульс тока. Разогретый до значения температуры 973…1073 К (700…800 С) электрод косвенным путём передаёт тепло соединяемым с элементам. В результате изоляция на проводе оплавляется и таким образом обеспечивается электрический контакт электрода с жилой провода. Затем на электрод подаётся второй импульс тока, который разогревает провод на участке ограниченном зазором в расщепленном электроде. При постоянно положенном давлении разогретый электрод и разогретая жила провода 20 передают тепло гальваническому покрытию контактной площадке. При этом покрытие расплавляется, и жила провода погружается в расплав. После окончания действия импульса электрод поднимается, а расплавленное покрытие, охлаждаясь, кристаллизируется и таким образом происходит формирование соединения. На стабильность процесса, а следовательно, и на качество соединений при этом влияют следующие факторы: - Степень соответствия нанесённого гальванического покрытия эвтектическому составу сплава олово-свинец и погрешность его толщины по всему полю платы, от которых зависит температура расплава покрытия. - Погрешность давления электродов на провод, от которой зависит степень деформации жилы в зоне соединения и соответственно механическая прочность соединения. Стабильность площади контакта электрода с жилой провода, которая влияет на плотность тока и температуру нагрева соединения при автоматизации изготовления печатных плат. Общим недостатком обоих методов изготовления печатных плат является необходимость покрытия заготовок перед сверлением для защиты от механических повреждений печатных проводников. Сушка лака и его удаление после сверления и химического меднения отверстий увеличивают трудоёмкость процесса и длительность технологического цикла, нарушают его непрерывность. Поэтому нельзя создать автоматической поточной линии производства печатных плат. При ручном изготовлении указанный порядок следования операций должен сохраняться, так как слой фоторезиста и образованный им рисунок печатных проводников указывают на расположение отверстий. Следовательно, рисунок должен создаваться до сверления. Операция сверления отверстий является процессом трудоёмким, поскольку число отверстий, например, на плате среднего размера составляет несколько сотен, а на платах с ИМС в корпусах со штырьковыми выводами - больше тысячи. 21 Таким образом, возникает проблема автоматизации сверления отверстий, решения которой можно достичь использованием станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Использование ЧПУ для сверления отверстий в печатных платах упрощает весь процесс, делая его более приспособленным для дальнейшей автоматизации. В этом случае отверстия сверлят и металлизируют до покрытия заготовок слоем фоторезиста и формирования рисунка печатных проводников, что исключает такие операции, как покрытие плат защитным слоем лака и его удаление после химического меднения. Для получения рисунка схемы просветлённые на плате отверстия совмещают с их изображениями на фотошаблоне, поэтому данный метод получил название “метод базового отверстия “. Дальнейшую обработку платы производят обычным способом, т.е. на проводники и контактные площадки гальванически осаждают медь и наносят защитное покрытие, после чего удаляют слой фоторезиста и стравливают фольгу. Все операции можно выполнять непрерывно на автоматической поточной линии. В настоящее время разработаны плёночные фоторезисты, полностью изменившие технологию нанесения светочувствительного слоя на заготовку печатной платы. Они состоят из трёх слоёв: предохранительной плёнки, плёнки фотополимерного резиста и прозрачной полиэфирной плёнки для ультрафиолетового излучения. Предохранительную плёнку удаляют перед нанесением фоторезиста на заготовку. Когда плёночный Фоторезист прижимают валиком, он приклеивается к поверхности заготовки липким слоем. Экспонирование производят через защитную полиэфирную плёнку, на которую накладывают фотошаблон. Затем защитную плёнку удаляют с поверхности светочувствительного слоя механическим отслаиванием и проявляют её. Использование плёночного фоторезиста снижает трудоёмкость операций формирования защитного рельефа и сокращает производственный 22 цикл изготовления печатных плат примерно на 20-30% . Благодаря равномерной толщине слоя фоторезиста образованный им защитный рельеф имеет ровные и чёткие края, а размеры линий на заготовке после экспонирования точно соответствуют размерам на фотошаблоне. Для автоматизации химических и гальванических процессов при изготовлении печатных плат применяют агрегатированные автоматические линии с ЧПУ. Чтобы повысить универсальность таких линий, их строят по модульному принципу, который позволяет составлять различные линии, соответствующие тому или иному базовому технологическому процессу. Модули для гальванических процессов имеют штанги для подвешивания изделий. Загрузку и выгрузку модулей, а также передачу заготовок с одной позиции на другую осуществляет автооператор, управляемый от ЭВМ. Производительность подобных линий составляет 400-500печатных плат в смену. Принципиальная схема стабилизированного источника питания. 23 Устройство Стабилизированный блок питания состоит из корпуса, панели управления и схемы смонтированной на печатной плате. Печатная плата изготовлена из одностороннего фальгированного стеклотекстолита и оснащена следующими радиодеталями: 1 – Плавкий предохранитель ДВП4 – 1В на 2А состоит из керамической трубки, 2х клемм, в качестве проводника применен медный провод сечением 0,25 мм. Предохранитель используется для защиты прибора от скачков напряжения. В случае перегрузки медный проводник расплавляется. 2 – трансформатора – 1 шт. Понижающий трансформатор выполнен на магнитопроводе сечением 4 см 2 . Обмотка I содержит 1600 + 1172 витка провода ПЭВ-1 0,12 и 0,1 на 127 и 220 В, обмотка II — 265 витков провода ПЭВ-1 0,35-0,41. Между первичной и вторичной обмотками положен экран — незамкнутый виток медной или латунной фольги. Теплоотвод транзистора и корпус источника питания изготовлены из алюминия толщиной 1,5—2 мм. Первый выполнен в виде угольника и слюдяными прокладками изолирован от корпуса. При компоновке деталей источника питания стабилизатор напряжения необходимо удалить от трансформатора. Стабилизированный источник питания целесообразно снабдить вольтметром, который включен постоянно и отключается лишь при измерении тока потребления. 3 - диодного моста состоящего из диодов Д205 – 4 шт. Диодный мост выполнен на базе четырех германиевых диодов, соединенных между собой проводом ПЭЛ6. Диоды имеют металлический корпус из нержавеющей стали. Диоды выпрямляют переменный ток, а благодаря мостовой схеме напряжение выпрямляется до постоянного тока. 24 Рис. 1 отображает электронно дырочный переход диода. Рис. 2 отображает внешний вид диода. 4 – конденсатора 10000 мкФ 25В – 1шт. Бумажный конденсатор предназначен для задержки электронов. Тока и стабилизации работы схемы. Конденсатор состоит из алюминиевого корпуса, электротехнической бумаги скрученной внутри корпуса. Между слоями бумаги имеются слои фольги и электролита. Такая конструкция обеспечивает большую емкость бумажных конденсаторов, поскольку электроны задерживаются между пластинами конденсатора. 5 – резисторов ОМЛТ 10 Ком и 1 Ком – 2 шт. ОМЛТ – резистор керамический, лакерованый, термостойкий. Используется для понижения тока и напряжения. Изготовлен из керамики, в качестве проводника применяется металлическая спираль с большим сопротивлением. Для защиты от повреждений покрыт лаком, на который нанесены параметры резистора. 6 – транзисторов Мп 26 – 2 шт. Рисунок 1 Рисунок 2 25 Транзисторы состоят из металлического корпуса с тремя выводами и кристалла полупроводника (кремний). Транзисторы предназначены для увеличения параметров постоянного тока. 7 – транзистора П214 – 1 шт. Имеет конструкцию аналогичную транзисторам Мп26, только в качестве полупроводникового кристалла применен германий. Предназначен для усиления тока в схеме. Рис. 3 отображает направление движения электронов и дырок в р – n – p переходе Рис. 4 отображает электронно – дырчатый переход транзистора. 8 – стабилитронов Д101 – 2 шт. Конструкция аналогична конструкции диода, за исключением полупроводникового кристалла. Предназначен для выравнивания и Рисунок 3 Рисунок 4 26 ограничения напряжения до 12 вольт. 9 – стабилитрона Д613 – 1 шт. Аналогично стабилитронам Д101 10 – регулировочного резистора СП1 47 Ком – 1 шт. Регулировочный резистор изготовлен из стального корпуса, огнеупорного пластика и стальной ручки. В качестве проводника применен константан. Резистор имеет три вывода, к центральному выводу присоединен контакт замыкающийся на константановую дорожку. С вращением ручки изменяется сопротивление резистора. В данной схеме регулировочный резистор изменяет величину выходного напряжения. 11 – вольтметр – электроизмерительный прибор работающий за счет магнитной индукции. Вольтметр состоит из пластикового корпуса, стального циферблата со шкалой, 2х клемм, постоянного магнита, рамки вращающейся вокруг магнита и стрелки. На подвижной рамке имеется медная обмотка которая намагничивается с увеличением напряжения, таким образом рамка превращается в электромагнит, который при взаимодействии со стационарным постоянным магнитом приходит в движение перемещая стрелку прибора. Стрелка с циферблатом защищена стеклом. В стабилизированном блоке питания вольтметр предназначен для индикации напряжения. Принцип действия Стабилизированный блок питания работает следующим образом: На понижающий трансформатор (Тр. 1) подается электричество из сети, предварительно проходящее через плавкий предохранитель, затем с вторичной обмотки трансформатора напряжение подается на диодный мост (Д1 – Д4) преобразующий переменный ток в постоянный. Причем заземление вторичной обмотки подключается на плюсовой контакт платы. Поскольку в схеме имеется общий плюс, то к нему подключается плюсовой вывод диодного моста в то время как минус подключается к общему проводу 27 соответствующего значения, между ними подключен конденсатор (С1). Затем между полюсами подключен двухполупериодный стабилизатор выполненный на базе резистора Р1 и диодов Д6 и Д9 между резистором и диодами подключается база транзистора Т1 выполняющего функцию защиты от короткого замыкания. Эмиттер данного транзистора подключен к стабилизатору выполненному на базе резистора Р2 и стабилитрона Д7, из точки соединения эммитэра транзистора и стабилизатора выходит провод подсоединенный к одной из клемм подстроечного резистора СП1. вторая клемма данного транзистора напрямую подключена к положительному полюсу, в то же время коллектор транзистора Т1 напрямую подключен к отрицательному полюсу и соединен с коллектором транзистора Т3 в результате чего на базе данного транзистора возрастает ток и передается на резистор Р4 и коллектор транзистора Т2, резистор Р4 подключен к положительному полюсу для избежания повышения напряжения и точности настройки, поскольку данный резистор поглощает часть электричества в схеме, тем самым повышая точность её работы. База транзистора Т2 соединена с третьим выводом переменного транзистора П1, таким образом перемещение бегунка транзистора изменяет его сопротивление, что приводит к изменению напряжения на базе транзистора Т2, что в свою очередь ведет к изменению напряжения на его коллекторе. Таким же образом изменяются параметры напряжения на транзисторе Т3, а поскольку его коллектор подсоединен к отрицательному полюсу выхода стабилизатора, то с изменением напряжения на коллекторе транзистора изменяется выходной ток стабилизатора. Система защиты от коротких замыканий в цепи нагрузки выполнена на транзисторе Т1. В нормальном режиме стабилизатора транзистор Т1 закрыт положительным напряжением, снимаемым с делителя напряжения питания R1 Д9 Д6. При перегрузке на выходе стабилизатора цепь эмиттера транзистора Т1 замыкается на "+" схемы, что приводит к отрицательному напряжению на его базе. Под воздействием этого напряжения транзистор системы защиты открывается, ток его коллектора 28 резко возрастает. Это приводит к сильному падению напряжения на резисторе R3 в цепи делителя напряжения R2 R3 Д7, к уменьшению напряжения смешения на базе транзистора Т2, закрыванию регулируемого транзистора Т3 и резкому ограничению тока, проходящего по закороченной цепи. После снятия перегрузки режим стабилизатора напряжений автоматически восстанавливается. |