Лабораторный блок питания
Введение
Технический прогресс во всех областях
предполагает самое широкое использование радиоэлектронной техники, которая
прежде всего должна надёжно выполнять возложенные на неё функции. Поэтому
задача повышения надёжности радиоэлектронной аппаратуры является в настоящее
время одной из главных проблем современной радиоэлектроники. Ненадёжность не
только резко снижает эффективность использования радиоэлектронной техники, но и
приводит к огромным экономическим потерям, к неоправданному повышению стоимости
эксплуатации и тормозит дальнейшее использование средств радиоэлектроники.
Поэтому будущее радиоэлектронной аппаратуры в значительной степени зависит от
её надёжности.
При проектировании РЭА выполняется разработка
описаний нового или модернизированного технического объекта в объеме и составе
достаточном для реализации этого объекта в заданных условиях. Такие описания
называются окончательными и представляют собой полный комплект документации на
проектируемое изделие.
Процесс проектирования делят на этапы, состав и
содержание которых в значительной мере определяются природой, типом,
характеристиками объекта проектирования. Выделяют следующие этапы проектирования:
1)
Этап
предварительного проектирования или этап научно-исследовательских работ (НИР).
Любое проектируемое изделие должно либо отличаться от аналогов какими-либо
характеристиками, либо аналогов не иметь. В любом случае анализ выполняемости
требований заказчика требует проведения работ научно-исследовательских или
расчетного характера. Результатом этапа НИР является техническое задание (ТЗ) на
проектирование.
2)
Этап
эскизного проектирования или этап опытно-конструкторских работ (ОКР).
3)
Этап
технического проектирования, который состоит в выпуске полного комплекта
документации на разработанное изделие.
Конструкторско-технологическое проектирование
является важнейшей составной частью создания радиоэлектронных устройств (РЭУ).
От успешного выполнения этого этапа во многом зависят качественные показатели
РЭУ.
При разработке конструкций и технологий РЭУ
радиоинженеру конструктору-технологу приходится прибегать к помощи
математических методов при выборе решений и оценке их качества. При этом широко
используются аналитические методы анализа. Во многих случаях оценить
качественные показатели чисто аналитическими приемами весьма затруднительно,
либо вообще не представляется возможным. В этих случаях прибегают к
экспериментальным методам.
Поэтому, для радиоинженера конструктора-технолога
важны как аналитические, так и экспериментальные математические методы,
используемые при выборе конструкторско-технологических решений и оценке их
качества.
Улучшение качества РЭУ представляет собой процесс
непрерывного повышения технического уровня продукции, качества ее изготовления,
а также совершенствование элементов производства и системы качества в целом.
Одним из важных
показателей качества РЭУ является надежность. Этот показатель рассматривается в
рамках теории надежности, которая устанавливает закономерности отказов изделий,
обуславливает их появление, определяет методы расчета надежности, способы ее
повышения.
Под надежностью понимают свойство изделия
сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров,
характеризующих способность выполнять требуемые функции, в заданных режимах и
условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность является
комплексным свойством, которое в зависимости от назначения изделия и условий
его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность
и сохраняемость или определённые сочетания этих свойств. Для описания различных
сторон этого свойства на практике пользуются показателями надежности,
представляющими собой количественные характеристики одного или нескольких
свойств определяющих надежность изделия.
Используют единичные и комплексные показатели
надежности. Под единичным понимают такой показатель, который характеризует одно
из свойств, составляющих надежность изделия. Комплексный показатель
характеризует несколько свойств, составляющих надежность изделия.
Для количественного описания различных сторон
надежности используют несколько групп показателей (первая группа ─
показатели безотказности; вторая группа ─ показатели ремонтопригодности).
Существует несколько методов расчета показателей
надежности РЭУ. Выбор метода зависит от того, какими исходными данными располагает
конструктор, и на какой стадии, проектирования производится расчет. Наиболее
часто встречаются следующие методы расчетов: приближенный (ориентировочный)
метод расчета; полный метод расчета. Оба метода предполагают расчет
вероятностей безотказной работы изделия P(tз), которая в свою
очередь учитывает три вида отказов: внезапный, постепенный и перемежающийся.
Под отказом
понимают полную или частичную потерю изделием работоспособности вследствие
ухода одного или нескольких параметров изделия за пределы установленных норм.
Внезапный
(мгновенный) отказ ─ это такой отказ, который характеризуется
скачкообразными изменениями значения одного или нескольких параметров изделия.
Постепенный
(параметрический) отказ ─ отказ возникающий в результате постепенного (обычно
непрерывного и монотонного) изменения значений одного или нескольких параметров
изделия.
Перемежающийся
отказ ─ это многократный самоустраняющийся отказ одного и того же
характера.
Уточнённый
расчет выполняют на заключительных стадиях проектирования РЭУ, когда выбраны
типы элементов, имеются результаты расчёта тепловых режимов, виброзащищенности и
т.п.
Ориентировочный
расчет выполняется на начальных стадиях проектирования РЭУ, когда еще не
выбраны типы и эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована
конструкция и, естественно, отсутствуют результаты конструкторских расчетов
(теплового режима, виброзащищенности и т.п.).
Иногда в ходе расчёта надёжность системы не
удовлетворяет техническому заданию. В этом случае необходимо принять меры, повышающие
надёжность. В общем случае эти меры можно свести к следующим:
1) Общие;
2) Прогнозирование;
3) Граничные испытания;
4) Приработка изделия;
5) Резервирование.
К общим
методам повышения надёжности относятся:
1) Правильный
выбор схем и элементов схем, а так же режимов их работы;
2)
Выбор
соответствующих материалов конструкций, конструктивное решение РЭУ;
3)
Удобство
технического обслуживания аппаратуры и её восстановления;
4)
Соблюдение
и совершенствование технологии производства;
5) Контроль
качества.
Прогнозирование
является важным методом повышения надёжности, поскольку в результате его
проведения получаются научно-обоснованные вероятностные данные о будущем
состоянии промышленного объекта.
Граничные испытания ─
этот метод имеет перспективы на стадии проектирования аппаратуры. Сущность его
заключается в экспериментальном определении области устойчивости работы системы
или отдельных узлов при воздействии различных возмущающих факторов.
Приработка
изделия. Приработка элементов
достигается сокращением этапа приработки системы, которое характеризуется на
данном этапе повышением интенсивности отказа.
Резервирование
является основным средством повышения надёжности систем и устройств РЭС
Сущность
метода резервирования заключается в том, что в аппаратуру вводится
избыточность. Соединения изделия при этом производится так, что отказ наступает
только при отказе основного изделия и всех резервных изделий.
По способу
включения различают:
1) Постоянное
резервирование. Пп курсовое проектирование ри оценке
показателей безотказности по заданию постоянном резервировании резервные
элементы подсоединены к основным, и все время работы находятся в
одинаковых с
ними режимах работы.
Достоинства
такого способа:
а) отсутствие
кратковременных перерывов в работе;
б) простота
осуществления.
Недостатки:
а) повышенный
расход ресурса резервных элементов;
б) выход из
строя одного элемента приводит к изменению всех выходных параметров
резервируемого узла, что ведет к изменению электрических режимов остальных
параллельно включенных элементов.
Постоянное
резервирование удобно при резервировании малых энергоемких элементов.
2)
резервирование замещением (данный метод используется при оценке показателей
безотказности по заданию на курсовое проектирование). При резервировании
замещением схема проектируется таким образом, что при появлении отказа она
перестраивается и восстанавливает свою работу путем замещения отказавшего
элемента резервным. При резервировании замещением применяют переключатели,
реле, контакторы и др. для отключения поврежденного элемента и включения резервного.
Достоинства
такого способа:
а) резервная
аппаратура до момента включения может находиться в облегченном или
ненагруженном состоянии;
б) один или
несколько резервных элементов могут быть использованы для замены любого из
существующих подмножеств однотипных элементов.
Недостатки:
а) резервная
аппаратура замещает основную, при этом осуществляется перерыв в работе системы;
б) наличие
переключающих элементов;
в) необходимость
иметь в системе устройство поиска неисправностей.
Резервирование
замещением удобно использовать при резервировании крупных функциональных узлов
сложных РЭУ.
Резервирование
замещением и постоянное резервирование могут быть осуществлены путем применения
общего, раздельного, смешанного и скользящего соединения резервных элементов.
1. Уточнение исходных данных
Исходными данными к курсовому проекту являются:
1) Схема электрическая принципиальная лабораторного блока питания
из журнала «Радиолюбитель» №2 1997 г.
2) Условия работы лабораторные и стационарные.
3) Заданное время работы 10000 ч.
4) Резервирование замещением (резерв нагруженный).
В схеме лабораторного блока питания, выбранной в качестве исходных
данных для курсового проекта используются следующие радиоэлементы:
1. Электролитические конденсаторы типа К50–37 (С1…С6, С17, С18).
Внешний вид конденсаторов этого типа представлен на рис. 1.1
Рис. 1.1 Конденсатор
типа К50–37
2.
Электролитические конденсаторы К50–16 (С7, С8, С15, С16). Корпус данного типа
конденсаторов аналогичный К50–37. Его вид представлен на рис. 1.2.
Рис. 1.2
Вид корпуса конденсаторов типа К50–16
Основные
технические данные конденсаторов типа К50–16 представлены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Технические данные конденсаторов типа К50–16
| Рабочее напряжение, В |
Номинальная ёмкость,
мкФ |
Рабочая температура,оС
|
Тангенс угла потерь, % |
Диаметр корпуса, мм |
Длина корпуса, мм |
Допустимые отклонения
ёмкости (при 50Гц, 20 оС)
|
Ток утечки, мкА |
| 16 |
470 |
-25…+70 |
35 |
16 |
28 |
-20…+50% |
0,01 |
| 10 |
100 |
-25…+70 |
35 |
12 |
20 |
-20…+50% |
0,01 |
3.
Керамические конденсаторы К10–17б (С9…С14, С19…С22). Технические данные
конденсаторов этого типа представлены в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Технические данные конденсаторов типа К10–17б
| Рабочее напряже-ние, В |
Номиналь-ная ёмкость,
мкФ |
Рабочая температу-ра,оС
|
Тангенс угла потерь, % |
Длина корпуса, мм |
Ширина корпуса, мм |
Высота корпуса, мм |
Допустимые отклонения
ёмкости (при 50Гц, 20 оС)
|
| 50 |
0,022 |
-60…+125 |
35 |
3,2 |
1,3 |
1,8 |
±10% |
| 50 |
0,047 |
-60…+125 |
35 |
3,2 |
1,3 |
1,8 |
±10% |
| 50 |
0,1 |
-60…+125 |
0,0015 |
3,2 |
1,3 |
2,8 |
±10% |
| 50 |
3 |
-60…+125 |
0,0015 |
12 |
1,3 |
10 |
±10% |
4. Операционные
усилители DA1, DA2 – К140УД1б. Внешний вид и цоколёвка ОУ представлены на рис. 1.3,
а основные технические данные в табл. 1.4.
Рис. 1.3 Типоразмеры ОУ К140УД1Б
Таблица 1.4 Технические данные ОУ К140УД1Б
|
Параметры ОУ
|
Uпит.ном.,
В
|
KDx10–3
|
Iп.,
мА
|
Uсм, мВ
|
TKUсм,
мкВ/К
|