Комплексное моделирование электрических и тепловых характеристик линейного стабилизатора напряжений

Скачать работу - Комплексное моделирование электрических и тепловых характеристик линейного стабилизатора напряжений

Приведено сравнение экспериментальных и расчетных характеристик. . Оглавление 1. Описание электрической принципиальной схемы. 4 2. Описание подсистемы АСОНИКА-Э. 12 2.1 Краткое описание системы АСОНИКА 12 2.2 Задачи, решаемые подсистемой АСОНИКА-Э. 13 2.3 Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Э. 14 2.4. Алгоритм работы подсистемы АСОНИКА-Э 15 2.5. Исходная информация для подсистемы АСОНИКА-Э 17 2.6. Выходная информация подсистемы АСОНИКА-Э. 17 3. Описание подсистемы АСОНИКА-Т. 20 3.1 Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Т. 20 3.2. Конструктивные элементы 21 3.3 Возможности подсистемы АСОНИКА-Т. 22 3.4. Исходная информация для анализа. 22 3.5. Выходная информация. 23 4. Методические указания к лабораторной работе'Комплексное моделирование электрических и тепловых характеристик линейного стабилизатора напряжения 24 4.1. Цель лабораторной работы. 24 4.2 Задание. 24 4.3 Порядок выполнения работы. 24 4.3.1. Экспериментальная часть. 24 4.3.2. Электрический расчет. 27 4.3.3. Тепловой расчет. 29 4.3.4. Комплексный расчет 30 4.3.5. Сравнениe результатов расчета и эксперимента 31 4.3.6. Выводы. 31 4.4 Требования к технике безопасности. 31 4.5 Требования к отчету. 31 - 2 - 5. Разработка конструкции лабораторного макета. 32 5.1. Требования к конструкции. 33 5.2. Конструкция блока стабилизатора. 33 5.3. Конструкция блока стабилизатора и нагрузки. 36 6. Программа графического ввода подсистемы АСОНИКА_Э 37 6.1 Обоснование необходимости разработки программы 37 6.2 Описание программы графического ввода. 38 6.2.1. Назначение. 39 6.2.2. Входная информация. 40 6.2.3. Выходная информация. 41 6.2.4. Принцип работы программы графического ввода. 42 6.2.5. Требования к техническим средствам. 42 6.2.6. Структурная схема программы графического ввода. 44 6.2.7. Описание работы с программой графического ввода. 47 7. Расчет характеристик лабораторного макета. 49 7.1.Электрический расчет схемы стабилизатора 49 7.2. Расчет теплового режима блока стабилизатора. 50 7.3. Расчет теплового режима печатного узла стабилизатора. 51 7.4 Комплексный расчет режима работы стабилизатора. 53 7.5 Выводы по полученным результатам 53 8. Сравнение результатов эксперимента и анализа. 55 9. Экономическая часть 56 9.1. Технико-экономическое обоснование 56 9.2. Сметная стоимость НИР и ОКР по теме. 56 8.3.Расчет себестоимости лабораторного макета 59 8.4. Расчет нормы времени на разработку программы 62 10. Охрана труда. 65 10.1. Исследование вредных и опасных факторов 65 - 3 - 10.2.Нормализация микроклимата при работе с ПЭВМ. 65 10.3. Требования к технике безопасности 66 10.4. Расчет потока рентгеновского излучения экрана ПЭВМ 67 Приложение 1. Результаты электрического расчета. 69 Приложение 2. Результаты теплового расчета. 75 Приложение 3. Графический материал. 79 Приложение 4. Результаты комплексного расчета. 87 Приложение 5. Результаты эксперимента. 88 Литература. 89 . - 4 - 1. Описание электрической принципиальной схемы.

Лабораторный макет представляет собой линейный стабилизатор напряжения и предназначен для питания устройств на микросхемах ТТЛ. Лабораторный макет функционально состоит из трансформатора (А1), выпрямителя (А2), фильтра (А3), источника постоянного тока (А4), регулитующего элемента (А5), устройства сравнения (А7),источника образцового напряжения(А8) (см.Рис1.1) +12в нестаб. +5в пер.220в А1 пер.10в А2 А3 А5 А6 ^ А4 А7 А8 Рис1.1 Лабораторный макет.

Функциональная схема.

Трансформатор А1 представляет собой трансформатор типа ТН61 -127/220-50 и предназначен для преобразования напряжения сети 220 вольт 50 герц в напряжение питания выпрямителя лабораторного макета.

Выпрямитель А2 представляет собой четыре диода типа КД201Б, включенных по схеме диодного моста и предназначен для выпрямленияпитающего напряжения.

Фильтр А3 представляет собой конденсатор К50-6 емкостью - 5 - 32000 микрофарад и предназначен для сглаживания пульсаций питающего напряжения. Блоки А4-А8 образуют линейный стабилизатор напряжения.

Источник постоянного тока А4 представляет собой каскад, включенный по схеме с общим эмиттером, и предназначен для стабилизации тока нагрузки устройства сравнения А7. Регулирующий элемент А5 представляет собой составной транзистор и предназначен для регулирования выходного напряжения лабораторного макета.

Устройство защиты от короткого замыкания А6 представляет собой каскад, включенный по схеме с общим эмиттером, и предназначен для ограничения тока нагрузки лабораторного макета при коротком замыкании.

Устройство сравнения А7 представляет собой дифференциальный каскад на транзисторной сборке К159НТ1А и предназначено для сравнения выходного напряжения лабораторного макета с образцовым напряжением, поступающим с блока А8. Источник образцового напряжения А8 представляет собой параметрический стабилизатор на стабилитроне КС133А и предназначен для генерации опорного напряжения для устройства сравнения А7. Принципиальная схема лабораторного макета приведена на рисунке 1.2. Рассмотрим работу лабораторного макета.

Переменное напряжение 12.6 вольт трансформатора Т1 поступает на мостовой диодный выпрямитель, собранный на диодах VD1-VD4. Отрицательным плечом мостовой выпрямитель подключен к общему проводу устройства. Между общим проводом и положительным плечом выпрямителя включена емкость С1 32000 микрофарад. Такая большая емкость выб- - 6 - . - 7 - рана для снижения пульсаций выходного напряжения при максимальных токах нагрузки. Через предохранитель FS3 постоянное напряжение поступает на вход регулирующего элемента на транзисторах VT2-VT4 и на источник постоянного тока на транзисторе VT1 и диоде VD6. Цепь R1,VD5, включенная параллельно предохранителю FS3,предназначена для индикации перегорания предохранителя. При перегорании предохранителя FS3 через резистор R1, светодиод VD5 и нагрузку лабораторного макета начинает течь ток около 10 мА, что вызывает свечение светодиода и не может привести к каким-либо последствиям в нагрузке.

Источник постоянного тока на транзисторе VT1 работает следующим образом. Диод VD6 и резистор R12 образуют источник постоянного напряжения величиной 0.5-0.7 вольт относительно точки '+' диода. Это напряжение поступает на базу транзистора VT1 и переводит его в режим усиления. При притекании тока через VT1 происходит падение напряжения на резисторе R13. При увеличении тока коллектора напряжение на R13 относительно точки '+' диода VD6 увеличивается, что ведет к уменьшению напряжения на переходе база -эмиттер VT1 и его закрыванию. При уменьшении тока коллектора, напряжение на R13 (относительно точки '+' VD6) уменьшается, что ведет к увеличению нарпяжения на переходе база-эмиттер VT1 и открыванию VT1. Таким образом, каскад на транзисторе VT1 и диоде VD6 стабилизирует ток коллектора VT1. Регулирующий элемент, собранный на транзисторах VT2-VT4 представляет собой составной транзистор по схеме с дополнительной симметрией. Такая схема включения дает меньшее напряжение насыщения перехода коллектор-эмиттер составного транзистора в отличие от традиционной схемы при использовании транзисторов с одинаковой - 8 - проводимостью.[ ] Регулирующий элемент управялется током. При увеличении тока через переход база-эмиттер транзистора VT2,он открывается и тем самым увеличивает ток через переход база-эмиттер транзистора VT3. Это ведет к открыванию VT3 и увеличению тока через переход база-эмиттер транзистора VT4 и его открыванию. При уменьшении тока через переход база-эмиттер VT2 происходит обратный процесс и, в результате, VT4 закрывается.

Устройство защиты от короткого замыкания собрано на транзисторе VT5, резисторах R16-R21,R14 и R15. Устройство работает следующим образом.

Делитель напряжения на резисторах R15 и R14 задает напряжение смещения транзистора VT5. Ток коллектора VT5 зависит от напряжения на переходе база-эмиттер. Это напряжение складывается из падения напряжения на последовательно включенных R16-R21 при протекании тока нагрузки и напряжения,снимаемого с движка подстроечного резистора R15. При увеличении тока нагрузки падение напряжения на R16-R21 увеличивается, что ведет к увеличению напряжения на переходе база-эмиттер VT5 и увеличению его тока коллектора. При открывании VT5 происходит уменьшение управляющего тока регулирующего элемента. Таким образом,происходит ограничение тока нагрузки. Порог ограничения регулируется подстроечным резистором R7. Источник образцового напряжения состоит из резистора R26 и стаблитрона VD7 и образует параметрический стабилизатор напряжения.

Резистор R26 ограничивает ток через стаблитрон на уровне 20 миллиампер, что необходимо для того, чтобы при понижении напряжения на выходе стабилизатора ток через стаблитрон не уменьшился ниже номинального.

Устройство сравнения состоит из делителя напряжения на ре- - 9 - зисторах R22, R23, R24, дифференциального каскада на транзисторной сборке VT6 и токозадающего резистора R25 и работает следующим образом.

Резистор R25 ограничивает ток дифференциального каскада и с некоторым приближением может считаться источником постоянного тока.

Рассмотрим влияние напряжения в точке 1 ( см.Рис1.3 ) на ток через Rн.

Транзистор VT6.1 имеет постоянное напряжение смещения, а напряжение смещения VT6.2 зависит от напряжения в точке 1 ( см. Рис1.3.). При увеличении напряжения в точке 1 напряжение на базе VT6.2 увеличивается, что ведет к его открыванию. Так как сумма токов через VT6.1 и VT6.2 - величина постоянная и равна току источника J1, то при открывании VT6.2 происходит перераспределение токов и ток через VT6.2 увеличивается на столько,на сколько уменьшается ток через VT6.1. Конденсатор С2 предназначен для устранения высокочастотного возбуждения устройства.

Работа лабораторного макета в комплексе происходит следующим образом.

Напряжение, поступающее с выпрямителя и фильтра на коллектор VT4, благодаря начальному напряжению смещения составного транзистора VT2-VT3-VT4 током через VT1 проходит на выход схемы, делится делителем R22,R23,R24 и сравнивается с опорным напряжением в дифференциальном каскаде на VT6, который генерирует ток, управляющий составным транзистором. Ток через VT1 постоянен и он разбивается на три ветви: в базу VT2-VT3-VT4, в коллектор VT5 и в коллектор VT6.2. Таким образом, увеличение тока через VT6.2 ведет к уменьщению управляющего тока VT2-VT3-VT4 и его закрыванию, что приводит к снижению напряжения на нагрузке и обратным процессам. Для сохранения стабилиза- - 10 - . - 11 - тора в равновесии и предотвращения самовозбуждения в каскад на VT6 введен конденсатор С2,образующий отрицательную обратную связь по переменному току высокой частоты. Диод VD8 служит для индикации напряжения на выходе лабораторного макета.

Конденсаторы С3 и С4 снижают выходное сопротивление стабилизатора по переменному току.

Выходное напряжение можно регулировать подстроечным резистором R23. . - 12 - 2. Описание подсистемы АСОНИКА-Э. Подсистема АСОНИКА-Э является частью автоматизированной системы обеспечения надежности и качества радиоэлектронной аппаратуры (АСОНИКА). 2.1 Краткое описание системы АСОНИКА Структурная схема ситемы АСОНИКА поиведена на рисунке 2.1 и отражает состав входящих в нее подсистем и их связи.

Система АСОНИКА с помощью входящих в нее подсистем позволяет решать следующие задачи в процессе проектирования радиозлектроных средств (РЭС): - оценка работоспособности данного варианта принципиальной электрической схемы РЭС и соответствие ее характеристик требованиям технического задания; - выбор наилучшего варианта принципиальной электрической схемы; - определение режимов работы все элементов и изменене принципиальной электрической схемы с целью улучшения коэффициентов нагрузок элементов; - оценка наилучшего варианта конструкии РЭС с точки зрения тепловых и механических воздействий; - определение тепловых и механических характеристик данной конструкции РЭС; - анализ и обеспечение стабильности РЭС с учетом различныхтепловых, механических, климатических и других-воздействий; - анализ и обеспечение безотказности работы РЭС по внезапным и постепенным отказам. - 13 - Принципиальная Эскиз электрическая конструкции схема Топология схемы Перечень ЭРЭ и параметры ЭРЭ и их параметры Геометрические и теплофизические параметры k V V V V V мощности АСОНИКА-Э в ЭРЭ АСОНИКА-Т АСОНИКА-М АСОНИКА-К > температуры на ЭРЭ виброускорения ^^ ^ температуры коэффициенты нагрузки Рис. 2.1 Структурная схема системы АСОНИКА. 2.2 Задачи,решаемые подсистемой АСОНИКА-Э. Подсистема АСОНИКА-Э позволяет решить следующие задачи: - расчет режимов работы нелинейных электрических схем в статическом режиме; - расчет частотных характеристик линейных и линеаризованных схем; - расчет нелинейных схем во временной области; - расчет квазистационарного режима работы электронных схем; - расчет спектральных составляющих выходных сигналов; - расчет относительных функций чувствительности выходных характеристик к изменению параметров схемы.

Подсистема АСОНИКА-Э позволяет проводить анализ электронных - 14 - схем, содержащих следущие компоненты: - резисторы; - конденсаторы; - индуктивности; - диоды и стаблитроны; - транзисторы; - операционные усилители; 2.3 Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Э. Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Э, отражающая состав системы и взаимодействие между блоками, приведена на рисунке 2.2. Группирование по блокам приозведено на основе функционального назначения набора подпрограмм.

Описание блоков подсистемы АСОНИКА-Э. 1. Управляющая программа подсистемы - управляет работой подсистемы в зависимости от исходной управляющей информации; - при появлении ошибок изменяет работу подсистемы сообразно их грубости и количеству. 2. Ввод и обработка исходной информации. 2.1 Транслятор исходной информации. - осуществляет ввод и преобразование входного языка подсистемы во внутренние наборы данных; - производит синтаксический и частичный семантический контроль входных данных. 2.2 Редактор исходной информации. - подключает во входной поток данные из библиотеки моделей электрорадиоэлементов и макромоделей функциональных узлов; - 15 - Управляющая 1. программа Ввод и обработка Формирование Расчет Расчет исходной информатематической математической выходных мации модели схемы модели схемы характеристик и их интер- 2 3 4 претация 5 Транслятор Программа Программа Программа исходной формирования решения расчета модели модели в системы 4.1 выходных статическом линейных характе- 2.1 режиме 3.1 уравнений ристик 5.1 Редактор Программа Программа Программа исходной формирования решения печати информации модели в системы 4.2 таблиц и частотной нелинейных графиков 2.2 области 3.2 уравнений 5.2 Библиотека Программа Программа Программа моделей формирования решения обмена с модели во системы другими временной дифференци подсистеобласти альных 4.3 мами 5.3 2.3 3.3 уравнений АСОНИКА Программа Программа Файл проформирования расчета екта базы модели установивданных чувствительшегося ности 3.4 режима 4.4 5.4 Рис.2.2. Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Э - редактирование полной информации о схеме в текстовом и графическом виде. - 16 - 3. Формирование математической модели схемы 3.1. Формирование математической модели схемы в статическом режиме - формирует математическую модель схемы для расчета статического режима схемы. 3.2. Формирование математической модели схемы в частотной области - формирует математическую модель схемы для расчета режима работы схемы при подаче на вход гармонического воздействия. 3.3. Формирование математической модели схемы во временной области - формирует математическую модель схемы для расчета режима работы схемы при подаче на вход сигнала произвольной формы. 3.4. Формирование математичесих моделей чувствительности - формирует математические модели для расчета функций чувствительности выходных характеристик к параметрам схемы. 4. Расчет математической модели схемы 4.1. Программа решения систем линейных алгебраических уравнений - решает систему линейных алгебраических уравнений методом LU разложения. 4.2. Программа решения систем нелинейных алгебраических уравнений - решает систему нелинейных алгебраических уравнений методом Ньютона-Рафсона. 4.3. Программа решения систем дифференциальных уравнений - решает систему дифференциальных уравнений циклическим явно-неявным методом. 4.4. Программа расчета установившегося режима - находит среднеквадратическое рещение системы линейных уравнений с помощью QR алгоритма. 5. Расчет выходных характеристик и интерпретация результатов расчета. 5.1. Программа расчета выходных характеристик -рассчитывает - 17 - напряжения, токи и мощности на элементах схемы, спектральные характеристики выходных сигналов. 5.2. Программа вывода на экран и принтер таблиц и графиков режимов работы схемы. 5.3. Программа обмена с подсистемами системы АСОНИКА - передает и принимает данные от других подсистем системы АСОНИКА. 2.4. Алгоритм работы подсистемы АСОНИКА-Э приведен на рисунке 2.3. 2.5. Исходная информация для подсистемы АСОНИКА-Э Исходная информация для подсистемы АСОНИКА-Э разбивается на две группы: описательная и управляющая. К описательной информации относится: - топология схемы; - номиналы, названия и типы ЭРЭ; К управляющей информации относится: - вид расчета; - вид воздействия и его характеристики; - граничные условия расчета. Вся входная информация может быть задана двумя способами: - на входном языке; - в диалоговом режиме при работе со средствами интерактивного ввода данных подсистемы. 2.6. Выходная информация подсистемы АСОНИКА-Э. К выходной информации подсистемы АСОНИКА-Э относится: - при статическом расчете: режимы работы всех элементов схемы; потенциалы в узлах схемы; - 18 - . - 19 - функции чувствительности напряжения в узле к параметрам всех элементов схемы; - при расчете в частотной области: амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики схемы; - при расчете во временной области: формы сигнала в любой точке схемы; спектр сигнала в любой точке схемы. . - 20 - 3. Описание подсистемы АСОНИКА-Т. Подсистем АСОНИКА-Т является частью системы АСОНИКА и пpeдназначeна для модeлиpования тeпловыx peжимов конcтpуктивныx узлов ( КУ ) РЭС. 3.1 Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Т. Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Т приведена на рисунке 3.1. Управляющая программа Организация Формирование Ввод теплового результатов исходных режим РЭС анализа данных Формирование Формирование Решение модели тепсистемы нелисистемы нелилового пронейных алгебнейных алгебцесса в РЭС раических раических уравнений уравнений Библиотека основных законов теплообмена Рис.3.1. Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Т Управляющая программа представляет собой головную программу и обеспечивает передачу управления и обмен данными между подпрограммами, входящими в состав подсистемы АСОНИКА-Т. Блок организации теплового режима РЭС предназначен для настройки подсистемы на нужный тип конструкции РЭС. Блок формирования результатов анализа предназначен для - 21 - представления результатов анализа тепловых режимов РЭС в удобной для пользователя форме. Блок ввода исходных данных предназначен для ввода и коррекции исходных данных для расчета в удобной для пользователя форме. Блок формирования модели теплового процесса РЭС производит синтез модели теплового процесса на основании информации из блока ввода исходных данных. Блок формирования системы нелинейных алгебраических уравнений производит построение системы нелинейных алгебраических уравнений, описывающей модель теплового процесса на основании математической модели тепловых процессов в РЭС и основных законов теплообмена. Блок решения системы нелинейных алгебраических уравнений производит решение системы нелинейных алгебраических уравнений методом Ньютона-Рафсона. Блок библиотеки основных законов теплообмена содержит данные, описывающие все возможные формы теплообмена в РЭС. 3.2. Конструктивные элементы с автоматическим построением модели.

Подсистема АСОНИКА-Т производит автоматическое построение модели и расчет следующих видов конструктивных узлов РЭС. Пeчатный узeл ( ПУ ) - пeчатная плата (ПП) c pаcположeнными на одной или двуx cтоpонаx элeктpоpадиоэлeмeнтами(ЭРЭ). Споcоб кpeплeния ЭРЭ - pаcпайка в отвepcтияx. Кpeплeниe ПУ - пpоизвольноe. Пeчатная вcтавка (ПВ) аналогична ПУ, но ЭРЭ уcтановлeны на одной cтоpонe на планаpныx выводаx. Обычный cпоcоб кpeплeния ПВ - пpиклeйка по контуpу или по вceй площади повepxноcти cвободной от - 22 - монтажа ЭРЭ. Функциональная ячeйка (ФЯ) - КУ в видe мeталличecкой плаcтины c пpиклeeнным c одной или двуx cтоpон многоcлойным пeчатным монтажом c уcтановлeнными на нeм ЭРЭ. Обычный cпоcоб кpeплeния ФЯ - уcтановка ФЯ в мeталличecкую pамку по контуpу. Микpоcбоpка (МСБ) - микpоэлeктpонноe изделие чаcтного пpимeнeния типа гибpидно-интeгpальной cxeмы (ГИС), cоcтоящая из плоcкой подложки, на котоpой могут pаcпогатьcя на любой ee повepxноcти элeмeнты, компонeнты и интeгpальныe микpоcxeмы (коpпуcиpованныe и бecкоpпуcныe), pазличныe пленочныe элeмeнты. МСБ можeт имeть cобcтвeнный коpпуc(коpпуcныe МСБ) или уcтанавливатьcя в РЭС путeм нeпоcpeдcтвeнного кpeплeния пpи помощи клeя или пайки подложки к мecту уcтановки(бecкоpпусная МСБ). Возможно модeлиpованиe тeплового peжима КУ, уcтановлeнныx как автономно, так и в cоcтавe блока РЭС на pазличныx cтадияx пpоeктиpования. 3.3 Возможности подсистемы АСОНИКА-Т. С помощью пpогpаммы возможно пpоводить модeлиpованиe стационаpного и нестационаpного тeплового peжима КУ и получeниe функций паpамeтpичecкой чувcтвитeльноcти тeмпepатуp элeктpоpадиоэлемeнтов ( ЭРЭ ) к гeомeтpичecким и тeплофизичecким паpамeтpам конcтpуктивного узла и элeктpоpадиоэлeмeнтов для пpямоугольныx ПУ c одноcтоpонним и двуxcтоpоним монтажом c pазличными уcловиями оxлаждeния: пpи давлeнии окpужающeго воздуxа от 20 до 7600 мм.pт.cт. в уcловияx ecтecтвeнного, вынуждeнного (обдув,пpодув) воздушного и кондуктивного оxлаждeния на вычиcлитeльныx машинаx IBM PC/AT. 3.4. Исходная информация для анализа.

Исходными данными для анализа теплового режима РЭС являются: - 23 - - эcкиз или чepтeж КУ ; - тeплофизичecкиe паpамeтpы КУ; - тeплофизичecкиe паpамeтpы ЭРЭ, уcтановлeнныx на КУ; - уcловия оxлаждeния КУ. 3.5. Выходная информация. В peзультатe модeлиpования может быть получeна cлeдующая выxодная инфоpмация: - иcxодныe данныe опиcания об'eкта модeлиpования для визуального контpоля; - каpта тeпловыx peжимов pаботы элeктpоpадиоэлeмeнтов, уcтановлeныx на КУ ( стационаpный тепловой pежим ) - каpта тепловых pежимов pаботы ЭРЭ, установленных на КУ в момент вpемени, заданный пользователем ( нестационаpный тепловой pежим ); - гpафики темпеpатуp на ЭРЭ от вpемени ( нестационаpный тепловой pежим ); Путем анализа полученных результатов можно судить о тепловых режимах КУ. . - 24 - 4. Методические указания к лабораторной работе ' Комплексное моделирование электрических и тепловых процессов в линейном стабилизаторе напряжения'. 4.1. Цель лабораторной работы. 4.1.1. Изучение методов математического моделирования электрических и тепловых процессов в радиоэлектронной аппаратуре. 4.1.2. Эксперементальная проверка результатов моделирования. 4.2 Задание. 4.2.1 Для источника питания ( см. Рис.4.1 и Рис.4.2 ) произвести расчет сначала электрических, затем тепловых характеристик, и затем расчитать электрические характеристики с учетом влияний тепловыделений на режимы работы элементов схемы. 4.2.2 Произвести эксперимент с использованием макета и определить электрические и тепловые режимы в характерных точках. 4.2.3 Сравнить результаты расчета и эксперимента и сделать выводы. 4.3 Порядок выполнения работы. 4.3.1. Экспериментальная часть. 4.3.1.1. Собрать лабораторную установку согласно схеме на рисунке 4.1. 4.3.1.2. Установить тумблер S2 'Нагрузка' в положение '10 ом'. 4.3.1.3. Включить лабораторную установку. 4.3.1.4. Проверить свечение светодиода в блоке стабилизатора. Если светодиод не горит, это говорит о неисправности лабораторного макета. 4.3.1.5. Установить тумблер S2 'Нагрузка' в положение '2 ом'. - 25 - . - 26 - . - 27 - 4.3.1.6. Измерить выходное напряжение стабилизатора и, используя точное значение сопротивления нагрузки (Таблица 4.1) рассчитать ток через нагрузку.

Измерения следует производить как можно быстрее во избежание влияния нагрева на работу стабилизатора.

Точные значения сопротивления нагрузки Таблица 4.1 Положение тумблера 'Нагрузка' Сопротивление Ом. 10 10.51 9 9.53 8 7 7.511 6 6.823 5 4 3 2.584 2 2.045 1 - 4.3.1.7. Дать прогреться стабилизатору в течение 20-30 минут. 4.3.1.8. Измерить напряжение на нагрузке и сопротивления термодатчиков.

Переключение термодатчиков производится тумблером S3. 4.3.1.9. Сопротивления термодатчиков производить сериями по 10 замеров в серии.

Интервал между сериями 3 минуты. 4.3.1.10. Рассчитать среднее арифметическое значение сопротивления. 4.3.1.11. Используя градуировочную кривую Рис.4.3,определить температуры в точках, где установлены датчики. 4.3.1.12. Выключить лабораторный макет. 4.3.2. Электрический расчет. 4.3.2.1. Электрический расчет производится на компьютере IBM PC AT с использованием подсистемы АСОНИКА-Э. 4.3.2.2. Войти в среду подсиситемы АСОНИКА-Э, для этого за- - 28 - . - 29 - пустить файл VITUS.BAT. 4.3.2.3. Создать новое имя схемы. 4.3.2.4. В режиме 'схема' произвести ввод принципиальной электрической схемы и ее характеристик. 4.3.2.5. Произвести статический расчет. 4.3.2.6. Распечатать карты режимов работы элементов. 4.3.2.7. Выйти из подсистемы. 4.3.3. Тепловой расчет. 4.3.3.1. Тепловой расчет производится на компьютере IBM PC AT с использованием подсистемы АСОНИКА-Т. 4.3.3.2. Войти в среду подсиситемы АСОНИКА-Т, для этого запустить файл MONIT.EXE. 4.3.3.3. Установить тип конструкционного узла - печатный узел.

Теплофизические характеристики компонентов стабилизатора Таблица 4.2 Тип Внутреннее Тепловое Макс. Коэф.

Площадь компонента тепловое сопротивтемпература черноты поверх сопротивление корпуса поверхности ление крепления гр.С ности кв.мм. Вт/К Вт/К С1-4-0.125 1 8.38 100. 0.75 44. СП3-38б 1 8.22 100. 0.75 184. МЛТ-0.5 1 4.18 100. 0.75 108. КМ-5б 1 13. 100. 0.75 142. К53-1А 1 13. 100. 0.75 227. КД509 3.4 16.75 100. 0.75 69. КС133А 2.5 11.1 120. 0.75 151. ГТ108 1 16.8 120. 0.75 51.8 КТ315 1 24.3 120. 0.75 88. КТ814 5.8 100.5 120. 0.75 580. * К159НТ1 1 12.6 120. 0.75 138. *) К транзистору прикреплена аллюминиевая пластина 25х20 мм. 4.3.3.4. Ввести исходные данные из принципиальной электри- - 30 - ческой схемы и конструкции печатного узла, режимы работы элементов по результатам электрического расчета, и их теплофизические характеристики из Таблицы 4.2. и условия охлаждения из таблицы 4.3. 4.3.3.5. Произвести стационарный расчет. 4.3.3.6. Посмотреть и распечатать температуры на элементах схемы. 4.3.3.7. Выйти из подсистемы.

Условия охлаждения поверхностей печатного узла.

Таблица 4.3 Поверхность Вид Характеристики охлаждения Размер Толтемп. давлетемп. мм. щина возние поверхмм. духа возности гр.С духа гр.С мм. рт.ст.

Поверхность 1 естественная 50х160 - 45 760 33 (сторона деталей) конвекция с неразвитой поверхности и излучение Поверхность 2 теплообмен 50х160 10 44 - - (сторона монтажа) через тонкую воздушную прослойку 4.3.4. Комплексный расчет 4.3.4.1. Используя программу ASONTE.EXE на основании файла результатов теплового расчета, получить файл тепловых характкристик для подсистемы АСОНИКА-Э. 4.3.4.2. Войти в среду подсистемы АСОНИКА-Э. 4.3.4.3. Используя имя схемы из расчета по п.4.3.1,произвести статический расчет. - 31 - 4.3.4.4. Распечатать карты режимов работы элементов. 4.3.4.5. Выйти из подсистемы. 4.3.5. Сравнить результаты расчета по п. 4.3.1 и п. 4.3.4. 4.3.6. Сделать выводы. 4.4 Требования к технике безопасности. К выполнению лабораторной работы допускаются лица,изучившие инструкцию по технике безопасности при работе с контрольно-измерительной аппаратурой и вычислительной техникой и прошедшие местный инструктаж по технике безопасности. 4.5 Требования к отчету. Отчет должен содержать: 1. Постановку задачи лабораторной работы; 2. Краткие теоретические сведения о принципе работы макета и подсистемах АСОНИКА-Э и АСОНИКА-Т; 3. Результаты эксперимента и расчета на ПЭВМ; 4. Выводы по результатам работы. . - 32 - 5. Разработка конструкции лабораторного макета. 5.1. Требования к конструкции.

Лабораторный макет предназначен для проведения лабораторных работ. С помощью лабораторного макета необходимо обеспечить такие условия, при которых было бы заметно влияние температурных воздействий на работу элементов макета. Таким образом,при разработке конструкции лабораторного макета ставились следующие требования: - обеспечить тяжелые, но допустимые тепловые режимы элементов; - по возможности выделить элементы, не подлежащие исследованию,в отдельный блок; - установить электрические датчики температуры,вносящие минимальные искажения в температурное поле исследуемого конструктивного узла; - изготовить корпус исследуемого блока из прозрачного материала. В соответствии с этими требованиями разработана конструкция лабораторного макета, состоящего из двух блоков: блока стабилизатора и блока питания и нагрузки. 5.2. Конструкция блока стабилизатора. Блок стабилизатора представляет собой конструктивный узел типа блок и предназначен для исследования тепловых процессов в нетиповой конструкции с ручным построением модели процессов теплопередачи.

Расчет теплового режима блока стабилизатора не рекомендуется производить в процессе выполнения лабораторной работы.

Тепловой режим блока будет расчитан один раз и по результатам этого расчета при выполнении лабораторной работы будет производиться расчет теплового режима печатного узла стабилизатора. - 33 - Блок стабилизатора состоит из корпуса, крышки, радиатора, печатного узла, раз'ема типа СРН и платы переключателей. Эскиз конструкции блока стабилизатора приведен на рисунке 5.1. Корпус и крышка выполнены из прозрачного оргстекла, одной из сторон корпуса является пластинчатый двухсторонний радиатор, на котором установлен транзистор Т4. Внутри корпуса установлен печатный узел стабилизатора.

Печатный узел крепится на винтах к корпусу через втулки.

Печатный узел стабилизатора представляет собой печатную плату из фольгированого гетинакса с установлеными на ней электрорадиоэлементами. Эскиз конструкции печатного узла приведен на рисунке 5.2. На печатной плате установлены подстроечные резисторы R15 и R23 и светодиод VD8. R15 регулирует порог срабатывания защиты от короткого замыкания. R23 регулирует выходное напряжение стабилизатора.

Светодиод VD8 индицирует наличие напряжения +5в на выходе стабилизатора. На боковой стороне корпуса установлена розетка раз'ема типа СРН. Все внешние соединения осуществляются через этот раз'ем. На передней стенке корпуса установлена плата переключателей.

Сквозь прямоугольное отверстие в корпусе движки переключателей выведены наружу и доступны для переключения.

Измерение температуры элементов стабилизатора производится датчиком на основе легированного кремния. При разработке конструкции макета рассматривались несколько типов датчиков.

Термопара обеспечивает достаточную точность, но не устраивает необходимостью держать горячий спай внутри корпуса блока стабилизатора, где температура переменна.

Датчик на основе p-n перехода требует дополнительной схемы для преобразования величины обратного тока в - 34 - . - 35 - . - 36 - частоту.

Датчик на основе легированного кремния достаточно точен [] и для измерения его сопротивления пригоден цифровой измерительный прибор В7-16. 5.3. Конструкция блока стабилизатора и нагрузки. Блок питания и нагрузки представляет собой блок в котором расположены трансформатор, выпрямитель, фильтрующие конденсаторы, плата нагрузки и коммутирующие элементы. Блок питания соединяется с блоком стабилизатора жгутом с раз'емом.

Корпус блока питания выполнен из фольгированного гетинакса фольгой внутрь.

Пластины корпуса крепятся друг к другу пайкой.

Крышка выполнена также из фольгированного гетинакса и крепится к корпусу на четырех винтах М3. Все элементы блока питания и нагрузки собраны на шасси из дюралюминия. Диоды VD1-VD4 установлены на теплоотводящих пластинах из алюминия.

Пластины крепятся между собой полосами из гетинакса. Такое крепление выбрано для обеспечения изоляции между диодами и шасси.

Гетинаксовые пластины крепятся к шасси уголками. Плата нагрузки представляет собой печатный узел,на котором установлены нагрузочные резисторы. Плата крепится к шасси на уголках. Все механические соединения выполнены с помощью винтов и гаек М3. Шасси крепится внутри корпуса винтами М4. Электрические соединения выполнены проводами МГТФ-0.25 и МГТФ-1. Коммутирующие элементы и предохранители крепятся непосредственно к корпусу в отверстиях. . - 37 - 6. Программа графического ввода подсистемы АСОНИКА_Э 6.1 Обоснование необходимости разработки программы графического ввода. В ранних версиях подсистемы АСОНИКА-Э ввод информации о схеме производился с помощью входного языка, что было обусловлено применением техники, не позволяющей работать с изображениями. При развитии подсистемы возникла необходимость упростить ввод информации до процесса рисования принципиальной электрической схемы.

Появление техники более высокого уровня (Электроника МС 0585, Robotron CM1910, IBM PC), обладающей широкими графическими возможностями, позволило создать программы-оболочки и программы интерпретации выходной информации. При разработке программы графического ввода ставилась задача максимально простого ввода топологии и номиналов без специальных языков и кодировок.

Программа графического ввода позволяет малоподготовленному пользователю быстро ввести и рассчитать схему, не прибегая к специальным языкам. 6.2 Описание программы графического ввода. 6.2.1. Назначение.

Программа графического ввода GR_EDIT предназначена для интерактивного графического ввода информации о топологии, компонентах электрической принципиальной схемы и автоматической простановки узлов.

Программа представляет собой набор подпрограмм на языках Фортран и Си, выполняющих различные функции и операции ввода и отображения информации с единственной точкой входа.

Программа функционирует в составе подсистемы АСОНИКА-Э. - 38 - 6.2.2. Входная информация. К входной информации относится: -имя файла с описанием схемы; -имя файла-прототипа; -начальный размер ячейки в мм. 6.2.3. Выходная информация. К выходной информации относится: -массив кодов элементов; -массив кодов углов поворотов; -массив названий; -массив типов/номиналов; -массив узлов 1; -массив узлов 2; -массив узлов 3; -массив узлов 4; 6.2.4. Принцип работы программы графического ввода. Ввод топологии схемы происходит методом непосредственной прорисовки электрической принципиальной схемы на экране, ввод названий и номиналов - подписыванием справа вверху от каждого элемента схемы, а простановка узлов - автоматически. При вводе принципиальная электрическая схема должна быть размещена в квадратных ячейках поля размером 25х20 ячеек. В каждой ячейке может быть размещен один элемент вида: -резистор; -конденсатор; -индуктивность; -диод; -стаблитрон; -биполярный транзистор; - 39 - -полевой транзистор; (в существующей версии на поддерживается пр расчете) -источник тока; -источник напряжения; -соеденители пяти видов; -соединение с корпусом.

Обозначение элемента состоит из двух строк по 6 символов в каждой, причем в первой строке пишется название (R1, T1 или другое) а во второй - тип (например КТ312) или номинал (например 10к). 6.2.5. Требования к техническим средствам.

Программа функционирует в составе подсистемы АСОНИКА-Э. Требования к техническим средствам не превышают требования подсистемы АСОНИКА-Э, а именно: - Компьютер IBM PC/AT с монитором CGA или выше; - Операционная система MS DOS V3.30 или выше; - Об'ем дисковой памяти не менее 1 мегобайт; - Об'ем оперативной памяти не менее 512 килобайт; Примечание: В графическом режиме CGA 640х200 точек работа затруднена из-за низкого качества изображения. При работе используется графический шрифт Modern из файла modern.fon. 6.2.6. Структурная схема программы графического ввода.

Структурная схема программы графического ввода приведена на рисунке 6.1 Подпрограммы производят следующие действия. SUBROUTINE DRAW_ALL(IXN,IYN,DL,K,IALF,NAZW,NOM,ITXT) Производит прорисовку всех элементов изображения схемы - 40 - . - 41 - IXN-НОМ НАЧ КЛЕТКИ ПО Х IYN-НОМ НАЧ КЛЕТКИ ПО Y DL-РАЗМ ЯЧЕЙКИ K-МАСС ЭЛЕМЕНТОВ IALF-УГЛЫ ПОВОРОТА NAZW-НАЗВАНИЯ NOM-НОМИНАЛЫ ITXT=1-РИСОВАТЬ ТОЛЬКО ЭЛЕМЕНТЫ =2-НАДПИСИ =3-узлы из массивов U1,U2,U3,U4 в блоке UZELS =4-НАДПИСИ+ЭЛЕМЕНТЫ =5-ЭЛЕМЕНТЫ+УЗЛЫ =6-ВСЕ SUBROUTINE ASKS(X0,Y0,STR) Запрашивает в точке X0,Y0 ввод строки STR названия элемента и обеспечивает редактирование и подписывание на экране. SUBROUTINE ANALR(IX,IY,DL,K,IALF) Анализирует тип действия в зависимости от нажатой клавиши и выполняет его SUBROUTINE ANALK1(IX,IY,iflag) ПРОВЕРЯЕТ СДВИГАТЬ ЛИ ЯЧЕЙКУ номер IX,IY в зависимости от нажатой клавиши и если да, то стирает крест-курсор и рисует его в соседней ячейке c iflag=0 обработано произошло ли перемещение c iflag=1 необработано SUBROUTINE ANALK(IX,IY) - 42 - C------- ПРОВЕРКА ПЕРЕДВИГАТЬ ЯЧЕЙКУ ИЛИ НЕТ -- ПРОВЕРЯЕТ СДВИГАТЬ ЛИ ЯЧЕЙКУ номер IX,IY в зависимости от нажатой клавиши и если да, то стирает крест-курсор и рисует его в соседней ячейке SUBROUTINE MASSA(K,IALF,NAZW,NOM,FIL,IWR) C IWR=0-ЧИТАТЬ C IWR=1-ПИСАТЬ Производит чтение-запись массивов буфера K,IALF,NAZV,NOM в файл с именем FIL, контролирует расширение, при необходимости исправляет на .PAE SUBROUTINE MARK(IXN,IYN,IX,IY,NAZW,NOM) Производит редактирование ввода названий и номиналов ЭРЭ IXN,IYN - нижний левый квадрат на экране IX,IY-текущий квадрат на экране NAZV,NOMмассивы названий и номиналов subroutine keyin (i,j) Считывает код нажатой клавиши из режима ожидания. При нажатии сочетаний LeftShift+стрелка и RightShift+стрелка вырабатывает специальную нестандартную кодировку для дальнейшей обработки. subroutine key_line(NUMBER) Прорисовывает в нижней части экрана две строки-подсказки C NUMBER=1 - верхняя СТРОКА одинакова во всех режимах - 43 - C NUMBER=2 - нижняя строка при работе редактора UNIT C NUMBER=3 - нижняя строка при работе редактора MARK subroutine get_u(pole) Считывает из матрицы протяжки POLE расположения узлов в массивы U1,U2,U3,U4 из COMMON SUBROUTINE SETFONTSIZE(FNAME,H1,W1) C Создает строку опции размера загружаемого шрифта, c устанавливает шрифт высотой H1,шириной W1, c с именем FNAME и помещает эти параметры в c COMMON/texting/ -блок subroutine element(i,j,pole,nuz_tek) Проверяет наличие в точке i,j матрицы POLE элемента, вызывающего генерацию нового узла. Если элемент найден , то в открытые непронумерованые узлы устанавливается номер узла nuz_tek+1 SUBROUTINE DRAW_UZ(IXN,IYN) Прорисовывает номера узлов на экране с начальным номером ixn,iyn. Номера берутся из массивов u1,u2,u3,u4 из common-блока SUBROUTINE ROTOR(C,N,IALF,ZK) Производит поворот и масштабиование координат для прорисовки элемента на экране программой RIS C C-массив коодинат C N-РазмеРность - 44 - C IALF=0 -ПОВОРОТ НА 0 ГРАДУСОВ C =1 - 90 C =2 - 180 C =3 - 270 C ZK-КОЭФ МАСШТАБИРОВАН. SUBROUTINE RIS(I,J,DL,IALF,K,IWR) Прорисовывает элемент в ячейке i,j с величиной dl мм. из массивов K и IALF при iwr=0 - черным iwr=1 - белым subroutine renum Перенумеровывает узлы в массивах u1,u2,u3,u4 так, чтобы нумерация шла по порядку. subroutine proxod(i,j,pole) Проверяет наличие в точке i,j матрицы POLE элемента, не вызывающего генерацию нового узла. Если элемент найден , то в открытые непронумерованые узлы устанавливается входящий номер узла. SUBROUTINE POINTS(XN,YN,XK,YK) Рисует в прямоугольнике, ограниченом xn,yn и xk,yk на белом фоне черные стрелки subroutine matr(k,ialf) integer*1 pole(51,41)/2091*0/ - 45 - c матрица протяжки x^ y^ c элементы матрицы: c -1 ... -24 -элементы c -99,-98 - барьер c 0... 89- номера узлов c 90 - непронумерованный узел Создает матрицу,описывающую топологию схемы для нумерации узлов и производит нумерацию узлов схемы. SUBROUTINE WRSTRING(XT,YT,STR,IWR) Прорисовывает в прямоугольник с нижним левым углом в точке XT,Yt и размерами,соответствующими свободному месту на экране строку из 1-6 символов с автоматическим масштабированием длины и высоты строки C IWR=0-СТИРАТЬ C IWR=1-ПИСАТЬ subroutine wr_num(xt,yt,dx,dy,num) Прорисовывает в квадрат с нижним левым углом в точке xt,yt и размерами dx,dy номер узла черным цветом на белом фоне subroutine wr_uz(ixn,iyn,ix,iy) Прорисовывает для ячейки ixn,iyn,ix,iy пронумерованные узлы SUBROUTINE UNIT(IXN,IYN,IX,IY,K,IALF) Производит полное редактирование топологии схемы - 46 - SUBROUTINE TEXT1(IX,IY,DL,NAZW,NOM) Подписывает название и номинал для элемента в ячейке ix,iy integer*2 function test_uz(i,j,pole) Проверяет условия протянутости узла в ячейке.

Применяется для проверки условия окончания протяжки.

Возвращаемое значение: c -1 - ошибка m1 c 0 - необработано m3 c 1 - обработано m2 subroutine SETVIDEO() Определяет аппаратные средства графических средств и устанавливает графический режим максимального разрешения SUBROUTINE SETPORT(N) C N=0 - Установить видеопорт на часть экрана для вывода графики C N=1 - Установить видеопорт на весь экран для вывода строки C в нижней части, графическая часть 'зажимается' C DELTA - высота области для вывода строки subroutine sdvig(ixt,iyt) Производит пересчет данных массивов данных для команд сдвижки-раздвижки изображения subroutine sdv(ixn,iyn,napr,k,ialf,nazw,nom) Сдвигает-раздвигает столбцы и сторки на экране c napr=1 ---> c 2 Раздвиг - 47 - c 3 ^ c 4 v c 5 --> c 6 Сдвиг c 7 ^ c 8 v Все графические подпрограммы работают с вещественными оконными координатами, устанавливаемыми в программе setport, что позволяет сделать графические построения независимыми от разрешения монитора. 6.2.7. Описание работы с программой графического ввода. При работе программа может находится в двух режимах - ввод топологии и ввод надписей. При вводе топологии на экране отображается толстый крест,в котором помещается изображение компонента схемы при нажатии соответствующих клавиш: R - резистор C - конденсатор L - индуктивность T - биполярный транзистор D - диод S - источник тока или напряжения W - соединитель P - полевой транзистор ( для дальнейшего развития ) ПРОБЕЛ - стереть Клавишами и выбираются предыдущие или следующие однотипные элементы, а клавишей производится поворот элемента на 90 градусов по часовой стрелке. Крест перемешается по - 48 - экрану с помощью стрелок на клавиатуре. При работе в режиме ввода надписей на экране отображается квадрат с курсором в верхней части. При нажатии курсор перемещается на нижнюю строку квадрата. В этом режиме допустимо вводить любую буквенно-цифровую информацию, которая будет отображаться возле элемента схемы и относится к его описанию. Таким образом, достаточно просто вводится вся необходимая для электрического расчета информация. При выходе из программы графического ввода происходит автоматическая нумерация узлов схемы, которые отображаются на экране. Для просмотра нумерации узлов, не выходя из программы графического ввода надо нажать клавишу F7. . - 49 - 7. Расчет характеристик лабораторного макета. 7.1.Электрический расчет схемы стабилизатора лабораторного макета.

Электрический расчет стабилизатора лабораторного макета производится с помощью подсистемы АСОНИКА-Э. Необходимая информация для электрического расчета. - топология электрической принципиальной схемы; - названия элементов; - типы/номиналы элементов. Вся исходная информация вводится с помощью программы графического ввода в составе подсистемы АСОНИКА-Э. Распечатка результатов ввода приведена в приложении 1. Производится статический расчет. По результатам расчета изменением сопротивления резистора R23 ( в лабораторном макете - подстроечный ) добиваемся выходного напряжения 5 вольт. При расчете используется нагрузка сопротивлением 2 ом.

Результаты расчета см.

Приложение 1. Производится расчет во временной области.

Зададим пульсирующее питающее напряжение с характеристиками: - постоянная составляющая 12 вольт; - переменная составляющая (амплитуда) 200 милливольт; - период переменной составляющей 20 миллисекунд; - начальная фаза 0 градусов; и постоянное сопротивление нагрузки 2 ом.

Получаем на выходе пульсирующее напряжение с характеристиками: - постоянная составляющая 5.02 вольт; - 50 - - переменная составляющая (амплитуда) 600 микровольт; - период переменной составляющей 20 миллисекунд; - начальная фаза 180 градусов; Таким образом, амплитуда пульсаций выходного напряжения уменьшена в 330 раз. Что вполне приемлемо для питания микросхем ТТЛ. Графики работы стабилизатора см.

Приложение 1. Зададим постоянное питающее напряжение 12 вольт, а сопротивление нагрузки линейно меняющимся от 10 до 0.01 ом. При этом получим, что система защиты от короткого замыкания срабатывает при сопротивлении 1.25 ом.

Графики работы стабилизатора см.

Приложение 1. 7.2. Расчет теплового режима блока стабилизатора.

Расчет производится с использованием подсистемы АСОНИКА-Т. Тип конструкйии - нетиповая с ручным построением модели тепловых процессов.

Условные обозначения механизмов теплопередачи Таблица 7.1 Условное обозначение Номер ветви Механизм теплопередачи 2 Расчитываемое тепловое сопротивление 11 Контактный теплообмен с пятном прямоугольной формы. 16 Излучение 26 Естественная конвекция с неразвитой поверхности 36 Конвективно-кондуктивнолучистая теплопередача с развитой поверхности 41 теплообмен через тонкую воздушную прослойку - 51 - Эскиз конструкции блока приведен на рисунке 5.1. Для данной конструкции построена тепловая модель, приведенная на рисунке 7.1. Условные обозначения механизмов теплопередач приведены в таблице 7.1. Соответствие номеров узлов элементам конструкции стабилизатора приведено в таблице 7.2. Соответствие номеров узлов тепловой модели элементам конструкции блока.

Таблица 7.2 Номер узла Элемент конструкции 1 Передняя стенка корпуса 2 Левая стенка корпуса 3 Задняя стенка корпуса 4 Радиатор 5 Нижняя стенка корпуса 6 Крышка 7 Печатный узел 8 воздушная среда внутри блока 9 окружающая воздушная среда В результате расчета получена карта температур в узлах модели,приведенная в приложении 2. На основании температур элементов блока можно получить параметры окружающей среды для расчета теплового режима печатного узла стабилизатора. 7.3. Расчет теплового режима печатного узла стабилизатора.

Расчет производится с использованием подсистемы АСОНИКА-Т. Тип конструкции - печатный узел с автоматическим построением модели тепловых процессов. Ввод исходных данных производится с помощью программы графического ввода в составе подсистемы АСОНИКА-Т. Геометрические характеристики печатного узла и печатной платы приведены в приложении 3. Теплофизические характеристики ком- - 52 - . - 53 - понентов рассчитаны с помощью программы в составе подсистемы АСОНИКА-Т и приведены в таблице 7.3 Теплофизические характеристики компонентов стабилизатора Таблица 7.3 Тип Внутреннее Тепловое Макс. Коэф.

Площадь компонента тепловое сопротивтемпература черноты поверхсопротивление корпуса поверхности ление крепления гр.С ности кв.мм. Вт/К Вт/К С1-4-0.125 1 8.38 100. 0.75 44. СП3-38б 1 8.22 100. 0.75 184. МЛТ-0.5 1 4.18 100. 0.75 108. КМ-5б 1 13. 100. 0.75 142. К53-1А 1 13. 100. 0.75 227. КД509 3.4 16.75 100. 0.75 69. КС133А 2.5 11.1 120. 0.75 151. ГТ108 1 16.8 120. 0.75 51.8 КТ315 1 24.3 120. 0.75 88. КТ814 5.8 100.5 120. 0.75 580. * К159НТ1 1 12.6 120. 0.75 138. *) К транзистору прикреплена алюминиевая пластина 25х20 мм. В результате расчета получена карта температур элементов схемы и коффицэнты тепловой нагрузки, приведенные в приложении 3. 7.4 Комплексный расчет режима работы стабилизатора. С помощью программы asonte.exe производим преобразование результатов теплового расчета печатного узла стабилизатора в формат, подходящий для подсистемы АСОНИКА-Э. Производим статический расчет схемы с учетом тепловых воздействий.

Результаты расчета приведены в приложении 4. 7.5 Выводы по полученным результатам - отличие выходного напряжения при расчетах без учета тепловых воздействий и с их учетом составляет 12.2%, что говорит о необходимости проведения комплексного анализа при проектировании изделий подобного типа; - для возвращения выходного напряжения к номинальному значе- - 54 - нию достаточно изменить сопротивление резистора R23 (на макете подстроечное ) на 30 ом. - комплексный расчет позволяет наиболее точно смоделировать режим работы электронной схемы; - для оценки работоспособности электронной схемы достаточно произвести только электрический расчет; . - 55 - 8. Сравнение результатов эксперимента и анализа.

Результаты, полученные при выполнении эксперимента по плану п.4.3.1 приведены в приложении 5. При сравнении результатов расчета выходного напряжения без учета тепловых воздейсвий и напряжения на выходе стабилизатора сразу после момента включения при одинаковом сопротивлении R23, видим отличие на 12%. При сравнении результатов расчета выходного напряжения с учетом тепловых воздейсвий и напряжения на выходе стабилизатора через 30 минут после момента включения при одинаковом сопротивлении R23, видим отличие на 27%. . - 56 - 9. Экономическая часть 9.1. Технико-экономическое обоснование Разработка лабораторной работы 'Комплексное моделирование электрических и тепловых характеристик в линейном стабилизаторе напряжения' производится для практического обучения студентов специальности 'Конструирование и производство РЭС' методам машинного анализа электронных схем с учетом тепловых воздействий.

Данная лабораторная работа позволяет студенту разобраться в принципе работы линейного стабилизатора напряжения с защитой от перегрузки по току, произвести эксперимент, измерить режимы работы, тепловые характеристики определенных элементов стабилизатора, освоить методы работы с подсистемами АСОНИКА-Э и АСОНИКА-Т, научиться вести расчет без учета тепловых воздействий и с их учетом, сравнить результаты эксперимента и машинного анализа. На сегодняшний день на кафедре РТУиС МИЭМ есть лабораторные работы,в которых предусмотрен электрический расчет схемы без учета тепловых воздействий, с последующим экспериментом. Также есть лабораторная работа, в которой производится электрический и тепловой расчеты, но нет экспериментальной части. Эти лабораторные работы имеют методическое обеспечение для машин класса СМ и ранних версий подсистемы АСОНИКА для РС. В лабораторной работе 'Комплексное моделирование электрических и тепловых характеристик в линейном стабилизаторе напряжения' предусмотрено методическое обеспечение для самых последних версий подсистемы АСОНИКА для РС, описание их средств графического ввода. 9.2. Сметная стоимость НИР и ОКР по теме.

Сметная стоимость выполнения работ по теме определяется с использованием следующей формы: - 57 - Сметная стоимость выполнения работ по теме.

Таблица 9.1. NN Наименование статей калькуляции Сумма Примечание пп (руб.) 1. Материалы,покупные комплектующие 975 Таблица 9.2 и изделия и полуфабрикаты Таблица 9.3 2. Специальное оборудование для на- 56250 Таблица 9.4 учных и экспериментальных работ 3. Основная заработная плата испол- 27330 Таблица 9.5 нителей темы 4. Дополнительная заработная плата 4099 15% по данным (15-20% от осн. заработной платы предприятия 5. Отчисления на социальное страхо- 11629 - вание (37% от основной и дополнительной заработной платы) 6. Расходы на командировки - - 7. Прочие прямые расходы - - 8. Контрагентские расходы - - 9. Накладные расходы 8199 30% по данным (30-100% от осн.заработной платы) предприятия 10. Фонды поощрения 3279 12% по данным предприятия Итого 111761 Потребность в сырье и материалах для выполнения работ по теме Таблица 9.2. NN Наименование сырья ед. Кол-во Цена ед. Сумма пп изм. на изд. (руб.) (руб.) 1. Бумага кг. 1 500 500 2. Ручки шт. 3 10 30 3. Карандаши шт. 3 10 30 4. Ластики шт. 3 5 15 5. Лента для принтера шт. 3 50 150 Итого 725 - 58 - Потребность в покупных комплектующих изделиях и полуфабрикатах на выполнение работ по теме Таблица 9.3 NN Наименование ед. Кол-во Цена ед. Сумма пп изм. на изд. (руб.) (руб.) 1. Дискета DS/QD 5'25 шт. 3 50 150 Итого 150 Сумма амортизации специального оборудования для выполнения работ по теме Таблица 9.4 NN Наименование Кол-во Цена ед. Время исп. Норма Сумма пп оборудования (руб.) по теме аммортиз. аммортиз. (лет.) 1. IBM PC AT 1 450000 2.5 12.5 56250 286/287-12 Итого Затраты на основную заработную плату исполнителей темы Таблица 9.5 NN Должность Суммарная Месячный Сумма Примечание пп исполнителя трудоемкость оклад (руб.) (чел/мес) (руб.) 1. Инженер- 3.9 4700 18330 По данным программист предприятия (руководитель) 2. Ст.техник 30 300 9000 По данным предприятия Итого 27330 Дополнительная заработная плата 15% от основной заработной платы - 59 - Дополнительная заработная плата=4099 руб. 8.3.Расчет себестоимости лабораторного макета Калькуляция себестоимости на лабораторный макет Таблица 9.6 NN Наименование статей затрат Сумма Примечание пп 1 2 3 4 1. Сырье и материалы 262 Таблица 9.7 2. Возвратные отходы(вычитаются) - 3. Покупные комплектующие изделия, 689 Таблица 9.8 полуфабрикаты и услуги кооперированных предприятий 4. Топливо и энергия на технологи- 1 Таблица 9.9 ческие цели Итого материальных затрат 1024 5. Основная заработная плата про- 808 Таблица 9.10 изводственных рабочих 6. Дополнительная заработная плата 121 15% от оспроизводственных рабочих новной заработной платы 7. Отчисления на социальное стра- 343 37% от сумхование мы основной дополнительной заработной платы 8. Расходы на подготовку и освоение - - производства 9. Расходы на содержание и эксплу- 1 Таблица 9.11 атацию оборудования 10. Цеховые расходы(30-40% от суммы 243 По данным основной заработной платы и распредприятия ходов на содержание и эксплуатацию оборудования) 11. Общезаводские расходы(40-50% от - - суммы основной заработной платы и расходов на содержание и эксплуатацию оборудования) 12. Прочие производственные расходы - - - 60 - Таблица9.6 продолжение 1 2 3 4 13. Производственная себестоимость 2397 14. Внепроизводственные расходы(2-5% 48 2% от проот производственной себестоизводственимости) ной себестоимости 15. Полная себестоимость 2445 Итого 2445 Потребность в сырье и материалах на лабораторный макет Таблица 9.7 NN Наименование сырья ед. Кол-во Цена ед. Сумма пп изм. на изд. (руб.) (руб.) 1 Припой ПОС-61 кг. 0.1 100 10 2 Канифоль кг. 0.1 10 1 3 Провод МГТФ-0.25 м. 1 25 25 4 Провод МГТФ-1 м. 0.25 100 25 5 Фольгированный гетинакс кг. 1 100 100 6 Оргстекло кв.м. 1 100 100 Итого 261 Потребность в покупных комплектующих изделиях и полуфабрикатах на изготовление лабораторного макета Таблица 9.8 NN Наименование ед. Кол-во Цена ед. Сумма пп изм. на изд. (руб.) (руб.) 1 2 3 4 5 6 1 Трансформатор ТН61-127/220-50 шт. 1 400 400 2 КД201А шт. 4 5 20 3 К50-6-25-4000 шт. 8 10 80 4 ПТ-2-2 шт. 1 5 5 5 МН-0.3 шт. 1 5 5 6 ГРПИ-7 шт. 1 10 10 7 С1-4-0.125 шт. 10 1 10 - 61 - Таблица 9.8 продолжение 1 2 3 4 5 6 8 С5-16-3-0.25 шт. 2 3 6 9 СП3-38Б шт. 2 4 8 10 К53-1-6.3-100 шт. 1 5 5 11 К73-1-0.1 шт. 1 3 3 12 КМ-5Б-1000 шт. 1 3 3 13 АЛ307Б шт. 1 10 10 14 КС133А шт. 1 6 6 15 КД509А шт. 1 3 3 16 КТ315Б шт. 2 5 10 17 ГТ108Б шт. 1 3 3 18 КТ814Б шт. 1 7 7 19 КТ908А шт. 1 15 15 20 К159НТ1А шт. 1 40 40 21 С5-16В-10 шт. 10 3 30 22 ПГ2-2Н11П шт. 1 10 10 Итого 689 Расход топлива и энергии на изготовление лабораторного макета Таблица 9.9 NN Вид топлива,энергия Ед.изм.

Расход Цена Сумма пп на изделие (руб.) (руб.) 1 Электроэнергия квт.ч 2 0.5 1 Итого 1 Основная заработная плата производственных рабочих Таблица 9.10 NN Профессия,разряд Тарифная Трудоемкость Заработок пп ставка (чел/дней) (руб.) (руб.) 1 Электромеханик 1р. 7000 3 808 Итого 808 - 62 - Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования Таблица 9.11 NN Содержание статей Сумма Примечание пп (руб.) 1 Амортизация оборудования 0.028* Fi-балансовая стоимость 1 оборудования. А= Fi Hai Ti Hai -общая норма амор- 100 тизации i-того вида оборудования Ti-доля использования i-того вида оборудования по данной теме за год 2 Эксплуатация оборудования (кроме расходов на текущий - - ремонт) 3 Текущий ремонт - - 4 Внутризаводское перемещение грузов - - 5 Износ малоценных и быстроизнашивающихся инструмен- - - тов и приспособлений 6 Прочие расходы 1 - Итого 1 *) Используется электродрель F=700; Ha=5%; Ti= 2 часа 8.4. Расчет нормы времени на разработку программы графического ввода.

Исходные данные.

Выполняемые функции: - графический редактор; - обработка данных; - анализ и генерация данных; Языки програмирования: -MS Fortran V5.01 -MS Quick C V2.01 - 63 - Операционная система MS DOS V5.00 Компьютер IBM PC AT 286/287-12 VGA Расчет: Степень новизны Кн=1.75 (Таблица 1.3 стр.9 [1]) Степень охвата стандартными функциями Кст=0.9 (Таблица 1.5 стр. 9 [1]) Степень сложности Ксл=1+0.08=1.08 (Формула пп.1.6.1 стр.7, Таблица 1.2 стр.8 [1]) Общий об'ем разработаного программного средства Vo=2410 условных машинных команд (УМК) (Таблица 2 стр. 17 [1]) Затраты труда на разработку программного средства Тр=1012 чел/дней (Таблица 3.1 стр. 13 [1]) Трудоемкость разработки программного средства по стадиям: ТЗ Т1=90 чел/дней ЭП Т2=74 чел/дня ТП Т3=90 чел/дней РП Т4=405 чел/дней ВЭ Т5=115 чел/дней (Формулы пп.1.7 стр.8 [1]) Общая трудоемкость разработки программного средства То=1092 чел/дней То=1092 чел/дня Время,необходимое на разработку программного средства по стадиям:(Формула пп.1.10 стр.10 [1]) Таблица 9.12 Стадия разработки ТЗ ЭП ТП РП ВЭ Трудоемкость чел/дней 90 74 90 405 115 Кол-во человек 1 1 1 1 1 Время (дни) 90 74 90 405 115 - 64 - Общее время, необходимое на ввод программного средства в эксплуатацию Тобщ= 774 дня = 2.58 года . - 65 - 10. Охрана труда. 10.1. Исследование вредных и опасных факторов при выполнении лабораторной работы.

Лаборатораная работа состоит из двух частей: экспериментальной и вычислительной. В эксприментальной части производится работа с лабораторным макетом.В лабораторном макете присутствует опасное для жизни напряжение 220 вольт 50 герц. Это напряжение питает трансформаторный блок. В остальных блоках лабораторного макета напряжения не превышают 12 вольт, что не является опасным. В блоке стабилизатора и блоке нагрузки происходит тепловыделение.

Температура частей этих блоков не превышает 50 градусов Цельсия,что не представляет опасности для человека. В вычислительной части лабораторной работы производится расчет на ПЭВМ с использованием подсистем АСОНИКА-Э и АСОНИКА-Т. Так как ПЭВМ являестя электроустановкой, то к ней предъявляются требования соблюдения всех параметров электробезопасности согласно ТУ на ПЭВМ. Вредными факторами для человека являются: -мягкое рентгеновское излучение экрана; -мерцание экрана с частотой кадровой развертки; -электростатическое поле вокруг экрана; -ультрафиолетовое излучение экрана. 10.2.Нормализация микроклимата при работе с ПЭВМ. В помещении, где установлена ПЭВМ рекомендуется поддержание микроклимата со следующими характеристиками: -температура воздуха от 18 до 22 градусов Цельсия; -содержание влаги в воздухе 10 грамм на кубический метр; -подвижность воздуха 0.1 метра в секунду; -освещенность 400-500 люкс; - 66 - -яркость экрана ПЭВМ должна быть больше 1/2 яркости поверхности стола, где установлен монитор; -уровень шума должен быть меньше 40 дБ; -уровень рентгеновского излучения на растоянии 5 см. от экрана должен быть меньше 100мкР/ч; -напряженность электростатического должна быть меньше 15кВ/м. -плотность потока ультрафиолетового излучения должна быть меньше 10 Вт/кв.м. В помещении разрешается устанавливать светильники ЛП013, ЛП031, ЛП033, мощность 40 или 36 Вт. с использованием ламп ЛБ,ЛХБ, ЛЭЦ с цветовой температурой 3500-4000 градусов К. Стены в помещении должны иметь антистатическое покрытие.

Запрещается использование полимерных покрытий и пленок на стенах. Для снижения усталости глаз рекомендуется применение экранных фильтров. Время непрерывной работы с программами подсистем АСОНИКА не должно превышать 4 часа. 10.3. Требования к технике безопосности при работе с лабораторным макетом.

Корпус блока трансформатора выполнен из диэлектрического материала. Шасси выполнено из дюралюминия.

Клемма заземления шасси должна быть вывелена на корпус. К этой клемме должно быть подключено заземление. Шнур питания и вилка должны соответствовать ТУ на них и на иметь изломов и нарушения изоляции.

Сетевой тумблер типа ПТ2-2 (напряжение 600 вольт, ток до 2 ампер) отвечает требованиям электробезопасности.

Должны быть использованы сетевые предохранители в стандартных держателях.

Напряжения и температуры в - 67 - остальных блоках лабораторного макета не представляют опасности и не требуют особых мер предосторожности. 10.4. Расчет потока рентгеновского излучения экрана монитора. При проведении расчетов на ПЭВМ, рентгеновское излучение на расстоянии глаз пользователя ослабляется по экспоненциальному закону с увеличением растояния [] Рис.10.1. При максимальном уровне излучения экрана на растоянии 5 см. в 100 мкР/ч., на растоянии 70 см поток ослабляется в exp(0.05-0.7) раз. Р70=Р5 exp(R1-R2) где Р70 - уровень излучения на расстоянии R2 Р5 - уровень излучения на расстоянии R1 R1 - нормируемое расстояние R2 - расстояние до глаз пользователя ^ Уровень излучения, мкР/ч P0 * * P5 * * * * * P70 * * > 5 70 Расстояние,см Рис. 10.1 Зависимость уровня излучения экрана ПЭВМ от расстояния Р70=100 exp(0.05-0.7) Р70=52.2 мкР/ч - 68 - Таким образом,даже при излучении экрана в 100 мкР/ч, что бывает достаточно редко (большинство мониторов излучают на порядок меньше), уровень излучения, действующий на пользователя, не превышает Р=Р70+Ф где Р - общий уровень излучения Ф - уровень естественного радиоактивного фона Р=52.2+15=67.2 мкР/ч , что является допустимым. . - 89 - Литература. 1. Голомедов А.В. 'Транзисторы средней мощности'. Справочник.

Москва 1988. 2. Горюнов Н.Н. 'Полупроводниковые приборы'. Справочник.

Москва 1989. 3. Тумковский С.Р. ' Разработка методов автоматизированого схемотехнического проектирования бортовых устройств электропитания радиотехнических систем.' 4. Рычина Т.А. 'Электрорадиоэлементы'. М. 'Советское ра дио'. 1976. 5. Бочаров Л.Н. 'Эквивалентные схемы и параметры полупроводниковых приборов'. М. 'Энергия'. 1973. 6. Радио N9. 1987. Новиков А.А. 'Пятивольтовый с системой защиты'. стр.44-48. 7. 'Укрупненные нормы времени на разработку программых средств вычислительной техники'. Методические указания центрального бюро нормативов по труду ГК СССР по труду и социальным вопросам. М. Издательство стандартов. 1988. 8. Пакет прикладных программ анализа тепловых режимов конструкций РЭС 'Триадна-1'. Описание применения.

Анализ тепловых режимов нетиповых конструкций. 9. Пакет прикладных программ анализа тепловых режимов конструкций РЭС 'Триадна-1'. Описание применения.

оценка транспортных средств цена в Туле
оценка самолета в Липецке
оценка стоимости ноу хау в Белгороде