4 Выбор и обоснование комплектующих элементов и материалов конструкции

4.1 Выбор и обоснование элементой базы

Элементной базой называется радиоэлектронные изделия, объединенные между собой электрически и выполняющие полезную функцию по формированию и преобразованию сигналов.

В элементную базу данного устройства входят:

– транзисторы;

– резисторы;

– конденсаторы ;

– тиристор;

– диоды;

– стабилитроны;

– сенсорный датчик;

– D-триггер;

– микросхема серии К 561ТМ2

Описание выбора резисторов

Постоянные резисторы - пассивные элементы электрической цепи, в идеале характеризуемые только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току проходящему через него U(t)= R^*I(t).

С2-33Н – Постоянные не проволочные резисторы, предназначены для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах.

Резисторы С2-33Н удовлетворяют требованиям ГОСТ 24238 и изготавливаются в соответствии с техническими условиями ОЖО.467.173 ТУ (приёмка "ОТК") и ОЖО.467.093 ТУ (приёмка "5").

Резисторы С2-33Н изготавливают в двух исполнениях – предназначенном для ручной и предназначенном для автоматизированной сборки аппаратуры.

Резисторы С2-33Н , предназначенные для автоматизированной сборки аппаратуры, соответствуют ГОСТ 20.39.405, конструктивно-технологическая группа I, исполнение 1.

Резисторы С2-33Н изготовляют во всеклиматическом исполнении В2.1 по ГОСТ 15150.

П остоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0.125 Вт изображен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - УГО резистора

Описание выбора конденсаторов

Конденсатор - это элементы электрической цепи, состоящие из проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком, и предназначенные для использования их электрической емкости. Емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору. Благодаря свойству быстро накапливать и отдавать электрическую энергию конденсаторы нашли широкое применение в качестве накопителей энергии в различных фильтрах и в импульсных устройствах.

Выбор:

- тип конденсатора выбирают по совокупности значений его номинальных ёмкости и рабочего напряжения;

- допустимое отклонение ёмкости от номинала с учетом чувствительности;

- номинальное рабочее напряжение постоянного тока;

- не следует применять конденсаторы значительно превышающее рабочее;

- оксидные конденсаторы изготавливаются 2-ух типов:

1 - полярные

2 - не полярные

Полярные конденсаторы можно устанавливать лишь в тех цепях, в которых постоянная составляющая напряжение на конденсаторе будет больше аплитуды переменной составляющей. На неполярные конденсаторы это ограничения не распространяются.

Рисунок 4.2 –УГО конденсатора

Описание выбора диодов

Полупроводниковый диод – это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в котором используются то или иное свойство электрического перехода.

Выпрямительный диод применяется в цепях управления, коммутации, в ограничительных и развязывающих цепях, в источниках питания для преобразования (выпрямления) переменного напряжения в постоянное, в схемах умножения напряжения на преобразователях постоянного напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов.

В зависимости от назначения максимального выпрямленного тока различают выпрямительные диоды малой мощности (Iпр.max ≤ 0,3А), средней мощности (0,3А ≤ Iпр.max ≤ 10А) и большой мощности (Iпр.max > 10А). Диоды малой мощности могут рассеивать выделяемую на них теплоту своим корпусом, диоды средней и большой мощности должны располагать на специальных теплоотдающих радиаторах, что предусматривается в т.ч. и соответствующей конструкцией их корпусов.

Выбор:

- необходимо применять по указанному в справочнике назначению;

- обратный и прямой ток проходящий через диод не должен превышать 70-80% от максимально допустимых значений;

- Рабочая частота не должна превышать указанного в справочнике предельного значения.

Учитывают основные параметры полупроводниковых диодов:

- постоянное прямое напряжение при заданном прямом токе Iпр.;

- максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max, при которомдиод еще может нормально работать длительное время;

- постоянный ток Iобр., протекающий через диод при обратном напряжении, равному Uобр.max;

- средний выпрямленный ток Iвп.ср., который может длительно проходить через диод при допустимой температуре его нагрева;

- максимально допустимая мощность Pmax., рассеиваемая диодом, при которой обеспечивается заданная напряженность диода;

Рисунок 4.3- УГО диода

Описание выбора транзисторов

Транзистор - трёхэлектродный полупроводниковый прибор. Существует несколько типов транзисторов, различающихся физическими эффектами, лежащими в основе их принципа действия. В данном пособии рассмотрены конструкция и работа так называемого биполярного транзистора, построенного на основе трехслойного строение транзистора

кристалла с двумя очень близко расположенными pn-переходами Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

В кристалле транзистора имеются три области: эмиттер, база и коллектор. В соответствии с расположением p-n - переходы называются: эмиттер-база - эмиттерные, база-коллектор – коллекторные. В зависимости от типа проводимости слоев различают два типа биполярных транзисторов: p-n-p и n-p-n. Принцип работы обоих типов транзисторов одинаковый.

Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).

Выбор транзисторов осуществляется по параметрам:

- входным сопротивлением;

- выходной проходимостью;

- коэффициентом обратной связи по напряжению;

- коэффициентом передачи тока;

- предельная частота коэффициента передачи тока при включении транзистора по схеме с общей базой;

- граничная частота усиления тока базы при включении транзистора по с схеме с общим эмиттером;

Рисунок 4.4 - УГО транзистора

На рис.4 а показано условное обозначение транзистора типа p-n-p, а на рис.4 б - типа n-p-n.

Рисунок 4.5 - УГО полевого транзистора

Описание выбора тиристоров

Тиристор - это полупроводниковый прибор с тремя и более р-n переходами, вольт-амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения, включается или отключается с помощью импульсов управления, подаваемых на управляющий электрод. Характеризуется тремя основными рабочими состояниями: закрытым, когда он блокирует приложенное прямое напряжение; открытым, когда он проводит основной ток; непроводящим, когда он блокирует приложенное прямое напряжение.

Выбор тиристоров осуществляется по параметрам:

- напряжение включения;

- отпирающий ток управления;

- ток выключения;

- остаточное напряжение;

- время включения;

- выключения;

- время задержки.

Рисунок 4.6 - УГО тиристора

Описание выбора стабилитронов

Стабилитроном называют полупроводниковым диодом, напряжение на обратной ветви ВАХ которого в область электрического пробоя слабо зависит от значения проходящего тока, такая характеристика используется для получения стабильного (опорного) напряжения.

По сравнению с обычными диодами имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.

При выборе используют основные параметры стабилитронов:

- минимальный ток Imin;

- максимальный ток Imax;

- напряжение стабилизации Uстаб.;

- максимально допустимая рассеиваемая мощность P;

- дифференциальное сопротивление на участке стабилизации rд;

- температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации TKU.

Рисунок 7 – УГО стабилитрона

Описание сенсорного датчика

Представляет собой пластину из металлической фольги площадью 40 -50 см², помещённая между двумя пластинками тонкого текстолита, органического стекла.

Также можно использовать пластину одностороннего фольгированного материала и наклеить на её фольгированную сторону пластину из диэлектрика. Фольга такого сенсора должна быть удалена по всему периметру. Сенсор соединяется с платой изолированным проводом минимальной длинны.

Описание D-триггера

D-триггер, триггер задержки (delay – задержка, англ.) имеет один информационный вход D (data) и вход для синхронизации. Основное назначение – задержка сигнала поданного на вход. При отсутствии высокого уровня на входе С, (С=0) изменения входного сигнала не сказываются на состоянии триггера, при С=1 триггер принимает состояние, определяемое входным сигналом.

Рисунок 8 – УГО D-триггера

Описание микросхемы серии К 561 ТМ2

Двухтактный D-триггер микросхемы К561ТМ2 работает следующим образом: По фронту первого импульса синхронизации на входе C логический уровень со входа D записывается в первый однотактный D-триггер. По фронту второго синхроимпульса на входе C информация записывается во вторую ступень триггера и на выходе Q устанавливается уровень, присутствовавший на входе D перед первым синхроимпульсом. Таким образом, на выходе двухтактного D-триггера сигнал задерживается на один такт (период следования синхроимпульсов).

Входы установки (S) и сброса (R) не зависят от импульсов синхронизации т.е. являются асинхронными. Они имеют активный высокий уровень (лог."1"). Поступление высокого уровня на один из входов R или S устанавливает обе ступени D-триггера соответственно в "0" или "1" независимо от состояния входов C и D.

Длительность импульса синхронизации на входе C должна быть не менее 100нс с крутизной фронта не менее 5мкс.