4.3 Характеристика електрорадіоелементів, деталей і конструкції пристрою

Вибір елементної бази здійснюється на основі схеми електричної принципової з урахуванням вимог вказаних в технічному завданні. Експлуатаційна надійність елементної бази в основному визначається правильним вибором типу елементів при проектуванні і при використанні в режимах, які не перевищують максимально допустимі.

Для правильного вибору типу елементів необхідно на основі вимог до приладу зокрема кліматичних, механічних і т. п. впливів проаналізувати умови роботи кожного елемента і визначити:

• експлуатаційні фактори (інтервал робочих температур, відносну вологість навколишнього середовища, атмосферний тиск і т. п.);

• значення параметрів і їх дозволене відхилення в процесі експлуатації (номінальне значення, допуск, шуми, вигляд функціональної характеристики і т. п.);

• дозволені режими і робочі електричні навантаження (потужність, частота, напруга і т. п.);

• показники надійності довговічності та строку зберігання.

Критеріями вибору електрорадіоелементів (далі ЕРЕ) є відповідність технічних та експлуатаційних характеристик ЕРЕ заданим умовам експлуатації.

Основними параметрами при виборі ЕРЕ є:

технічні параметри:

• номінальні значення параметрів відповідно до схеми електричної принципової приладу;

• допустимі відхилення величини параметрів ЕРЕ від номінального значення;

• допустима робоча напруга ЕРЕ;

• допустима поту жність розсіювання;

• діапазон робочих частот;

• коефіцієнт електричного навантаження ЕРЕ;

експлуатаційні параметри:

• діапазон робочих температур;

• відносна вологість повітря;

• атмосферний тиск;

• вібраційні навантаження;

• інші показники;

додатковими критеріями при виборі ЕРЕ є:

• уніфікація ЕРЕ;

• вага та габарити ЕРЕ;

• низька собівартість.

Вибір елементної бази по вищевказаним критеріям дає змогу забезпечити надійну роботу приладу. Використання принципів стандартизації та уніфікації ЕРЕ при конструюванні приладу дозволяє отримати наступні переваги:

• значно зменшити строки і вартість проектування;

• зменшити на підприємстві номенклатуру використовуваних елементів;

• збільшити масштаби виробництва;

• покращити експлуатаційну та виробничу технологічність;

• створити спеціалізоване виробництво стандартних та уніфікованих складальних одиниць для централізованого забезпечення підприємства;

• знизити собівартість випуску виробу.

Враховуючи сказане, зробимо вибір елементної бази для конструйованого імпульсного стабілізатора.

Охарактеризуємо ЕРЕ, які було використано при виготовленні пристрою.

Постійні резистори серії МЛТ (метал оплівкові лаковані термостійкі) з номінальними потужностями розсіювання 0,25 та 1 Вт (R2), у яких показник можливого відхилення від номінального опору становить 10%. Резистори типів МЛТ складаються з фарфорової циліндричної основи 5 (мал. 9) зі струмопровідним шаром 2 із спеціального сплаву. Кожний з торців армовано спеціальним наконечником 3 з дротяним виводом 4. Зовнішня частина резисторів покривається шаром емалі 1, який надійно захищає струмопровідний шар від меха­нічних впливів і вологи.

Мал. 9. Резистори типу МЛТ

Основні технічні характеристики резисторів МЛТ

Діапазон номінальних опорів …………………..1 Ом ...10 МОм;

Номінальна потужність …………………………0,25; 0,25; 0,5; 1; 2 Вт;

Гранична напруга ………………………………..250 В;

Допустимі відхилення опорів …………………..± 1; ± 2; ± 5; ± 10 %;

Діапазон температур …………………………….-60 ... +70 ° С;

Мінімальне напрацювання ……………………...30000 год.

Резистор R6 типу C5-16МВ з потужністю розсіювання 2 Вт з показником можливого відхилення від номінального опору ±1%. Це постійні дротяні резистори загального призначення призначені для роботи в колах постійного, змінного, пульсуючого та імпульсного струму з аксіальними виводами, для навісного монтажу, ізольовані, пожежобезпечні. Ряд номінальних опорів – Е24.

Резистори С5-16МВ виготовляють в кліматичному виконанні В (всекліматичному) за ГОСТ 20.39.404- 81.

Мал. 10. Резистори типу C5-16МВ

Основні технічні характеристики резисторів С5-16МВ

Діапазон номінальних опорів …………………..0,1 Ом ... 10 Ом;

Номінальна потужність …………………………1, 2, 5 Вт;

Граничне напруга ………………………………..300 В;

Допустимі відхилення опорів …………………..± 0,5; ± 1; ± 2; ± 5 %;

Діапазон температур …………………………….-60 ... +155 ° С;

Мінімальне напрацювання ………………………10000 год.

Конденсатори С1, С4', С4'' серії К50-68 – електролітичні з оксидним діелектриком. Вони мають уніполярну (однобічну) провідність, внаслідок чого їхня експлуатація можлива тільки при позитивному потенціалі на аноді. В якості діелектрика у них використовується оксидний шар, утворений електрохімічним шляхом на аноді – алюмінієвій обкладці. Другою обкладкою конденсатора – катодом – служить електроліт, що просочує паперову прокладку.

Мал. 11. Конденсатор типу К50-68

Конденсатори цієї групи є низьковольтними, з відносно великими втратами, але на відміну від інших типів низьковольтних конденсаторів мають великі ємності. Вони випускаються в циліндричних алюмінієвих корпусах, огорнутих в ізоляційний чохол (мал. 11).

Клапан, що забезпечує вибухостійкість знаходиться на дні корпусу. Так, як на корпусі конденсаторів цієї групи є потенціал, то з метою захисту від небажаного контакту металічна оболочка обтягнута ізоляційним чохлом.

Друкована плата розрахована також на установку одного конденсатора С4 типу К50-24 (в цьому пристрої використано два послідовно ввімкнені С4' та С4'' серії К50-68). Це оксидно-електролітичні малогабаритні алюмінієві конденсатори, з високими питомими ємностями, що перевершують по даному показнику конденсатори К50-12, К50-20 й інші в 2 – 4 рази.

Мал. 12. Конденсатор типу К50-24

Конденсатори К50-24 знаходять широке застосування в стаціонарній і переносній побутовій радіоелектронній апаратурі: магнітофонах, електрофонах, телевізорах й т.д. По технічному рівню відповідають кращим закордонним зразкам. Області застосування: фільтри джерел живлення, шунтувальні ланцюги, ланцюги розв'язки на низьких частотах й інші. Призначені для роботи в ланцюгах постійного, пульсуючого струму й в імпульсних режимах.

Технічні характеристики конденсаторів серії К50-24

Номінальна напруга, В ……………………………….6,3 – 160;

Номінальна ємність, мкФ …………………………….2,2 – 10000;

Допустимі відхилення ємності, % …………………...+ 80 /– 20;

Гарантійне напрацювання, год ……………………….10000.

Керамічні конденсатори С2, С3 типу КТ-2, котрі представляють собою трубки з кераміки з нан есеними на них електродами з металу. Для захисту від зовнішніх механічних пошкоджень ці конденсатори фарбують емалями або герметизують, покриваючи епоксидними компаундами. Конденсатори типу КТ характеризуються високими електричними показниками й порівняно невеликою вартістю. Опір ізоляції цих конденсаторів при 20° С перевищує 5...10 ГОм, тангенс кута втрат на частотах порядку 1 МГц – 0,0012...0,0015. Зовнішній вигляд приведений на мал. 13.

Мал. 13. Конденсатор типу КТ-2

Основні характеристики конденсаторів КТ-2

Номінальна напруга ………………160; 300; 500 В;

Номінальна ємність ……………… 2,2 пФ ... 6800 пФ;

Група ТКЕ …………………………П100; П33; М47; М750; М1500; Н70;

Допустимі відхилення ємності……± 5; ± 10 %;

Інтервал робочих температур……..-60 ... +85 °С.

Напівпровідникова база представлена випрямляючими діодами, стабілітронами й біполярними транзисторами.

Схема випрямлення зібрана на чотирьох діодах КД202Б (VD1 – VD2) по двопівперіодній однофазній мостовій схемі. Це кремнієві дифузійні випрямні діоди середньої потужності, призначені для перетворення змінної напруги частотою до 5 кГц. Випускаються в металоскляному корпусі з жорсткими виводами. Тип діода і схема з'єднання електродів з виводами приводяться на корпусі.

Маса діода не більше 5,2 г, з комплектуючими деталями не більше 7 г. 

Мал. 14. Діод типу КД202

Основні технічні характеристики діодів КД202В

Максимальна імпульсна зворотна напруга …………………...100 В;

Максимальний прямий струм ………………………………….5 А;

Робоча частота діода ……………………………………………1,2 кГц;

Постійна пряме напруга при I_пр=5 А, не більше ……………...0,9 В;

Постійний зворотний струм при U_зв=100 В, не більше ………800 мкА.

Діод VD5 типу КД213А. Це випрямні кремнієві, дифузійні діоди, призначені для перетворення змінної напруги частотою до 100 кГц. Випускаються в металопластмасовому корпусі з гнучкими виводами.

Мал. 15. Діод типу КД213А

Тип діода і схема з’єднання електродів з виводами наводяться на корпусі. Від’ємний електрод (катод) з’єднаний із металевою підставою корпуса. Маса діода не більше 4 г.

Основні технічні характеристики діодів КД213А

Максимальна постійна зворотна напруга …………………………200 В;

Максимальний прямий струм ……………………………………...10 А;

Робоча частота діода ………………………………………………..100 кГц;

Постійна пряма напруга при I_пр=10 А, не більше …………………1 В;

Постійний зворотний струм при U_зв=200 В, не більше …………...200 мкА;

Час зворотного відновлення ………………………………………...0,3 мкс;

Загальна ємність при U_зв=100 В …………………………………….550 пФ.

VD6, VD7 – діоди серії КД522Б. Це кремнієві епітаксіально-планарні імпульсні діоди, призначені для застосування в імпульсних пристроях. Випускаються в скляному корпусі з гнучкими виводами.

Для позначення типу і полярності діодів використовується умовне маркування чорними кільцевими смугами на корпусі з боку позитивного (анодного) виводу: КД522Б – трьома (дві вузьких та одна широка); КД522А – двома; КД522В – трьома смугами. Маса діода не більше 0,15 г.

Мал. 16. Кремнієвий діод КД522А

Основні технічні характеристики діодів КД522А

Постійна пряма напруга при I_пр = 100 мА, не більше……………..1,1 В;

Постійний зворотний струм при U_{зв.макс} , не більше……………….5 мкА;

Ємність діода, не більше …………………………………………...4 пФ;

Постійна зворотна напруга …………………………………………30 В;

Імпульсна зворотна напруга при тривалості імпульсу 10 мкс ….. 60 В;

Максимальний прямий струм ……………………………………...100 мА; 

Час зворотного відновлення ……………………………………...0,004 мкс;

Загальна ємність …………………………………………………….4 пФ.

Для стабілізації напруги використано стабілітрон серії Д814Г (VD8; мал. 17) Стабілітрони Д814Г кремнієві, сплавні, середньої потужності. Призначені для стабілізації напруги 12 В в діапазо ні струмів стабілізації 3 ... 32 мА.

Випускаються в металоскляному корпусі з гнучкими виводами. Тип стабілітрона приводиться на корпусі. Корпус стабілітрона в робочому режимі служить позитивним електродом (анодом). Маса стабілітрона не більше 1 г.

Мал. 17. Стабілітрон Д814

Основні технічні параметри Д814Г:

Напруга стабілізації ……………..……………………….. 11,5 ... 12,5 В;

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації ……….. 0,09% / °С; 

Нестабільність напруги стабілізації стабілітрона ……… ± 1 %; 

Постійна пряма напруга при І_пр=50 мА …………………. 1 В;

Диференціальний опір стабілітрона ……………………...12 Ом;

Мінімально допустимий струм стабілізації ………………3 мА;

Максимально допустимий струм стабілізації ……………32 мА;

Максимально-допустима розсіювана потужність ……….0,34 Вт;

Робочий інтервал температури ……………………………-60 ... +125 °С.

В конструкції приладу використано ряд біполярних транзисторів різних потужностей.

Малопотужні напівпровідникові біполярні транзистори КТ315А (VТ4, VT5) та їх компліментарна пара КТ361А (VT1).

Мал. 18. Транзистори КТ315 та КТ361

Транзистори КТ361А кремнієві епітаксійно-планарні структури p-n-p підсилювальні.  Призначені для застосування в підсилювачах високої частоти.  Випускаються в пластмасовому корпусі з гнучкими виводами.  Тип приладу вказується в етикетці, а також на корпусі прибору у вигляді букви.  Маса транзистора не більше 0,3 г.

У маркуванні є одна особливість: положення букви визначає тип транзистора. Якщо буквений індекс посередині корпусу – транзистор КТ361, а якщо збоку – тип транзистора КТ315.

Транзистор середньої потужності серії KT814А (VТ2; мал. 19). Це кремнієві мезаепітаксіально-планарні біполярні транзистори. Призначені для використання в ключових і лінійних схемах, блоках і вузлах радіоелектронної апаратури широкого застосування. Корпус пластмасовий з жорсткими виводами. Маса транзистора не більше 1 г. 

Основні технічні характеристики транзисторів серії КТ814

Діапазон робочих температур корпусу від - 60 до + 125 ° C

Відповідають технічним умовам аАО. 336.184 ТУ / 02;

Випускаються в пластмасовому корпусі КТ-27.

Мал. 19. Корпус типу КТ-27 (ТО-126)

Основні електричні характеристики транзистора КТ814А

Постійна потужність розсіювання колектора ……………………10 Вт;

Гранична частота коефіцієнта передачі струму транзистора

для схеми з загальним емітером, не менше ………………3 МГц;

Максимальна напруга колектор-емітер при струмі

колектора і заданому опорі база-емітер …………...40 В (0,1 кОм);

Максимальна напруга емітер-база при заданому зворотному

струмі емітера і розімкнутого ланцюга колектора ……….5 В;

Максимально допустимий постійний струм колектора ………….1,5 А;

Максимально допустимий імпульсний струм колектора ………...3 А;

Зворотний струм колектора, не більше …………………….0,05 мА (40В);

Статичний коефіцієнт передачі струму транзистора

для схем із загальним емітером, більше …………………….40;

Ємність колекторного переходу, не більше ……………………….60 пФ;

Опір насичення між колектором і емітером, не більше ………….1,2 Ом.

Транзистор КТ805АМ (VT3; мал. 20) – кремнієвий меза-планарні n-p-n структури низькочастотні потужні. Призначені для застосування в схемах вихідних каскадів рядкової розгортки телевізорів, систем запалювання двигунів внутрішнього згоряння. Випускаються в пластмасовому корпусі ТО-220 (КТ‑27) із гнучкими виводами. Позначення типу приводиться на корпусі. Маса транзистора не більше 2,5 г.

Мал. 20. Транзистор КТ805

Потужний біполярний транзистор КТ805АМ (VT3) встановлено на ребристому радіаторі із алюмінієвого сплаву з площею охолоджуваної поверхні 80 см².

Основні електричні характеристики транзистора КТ805АМ

Постійна потужність розсіювання колектора ……………………30 Вт;

Гранична частота коефіцієнта передачі струму транзистора

для схеми з загальним емітером, не менше ………………20 МГц;

Максимальна напруга колектор-емітер при струмі

колектора і заданому опорі база-емітер …………………..60 В;

Максимальна напруга емітер-база при заданому зворотному

струмі емітера і розімкнутого ланцюга колектора ……….5 В;

Максимально допустимий постійний струм колектора ………….5 А;

Зворотний струм колектор-емітер при заданій зворотній

напрузі колектор-емітер і опорі в ланцюзі база-емітер ….15 мА;

Статичний коефіцієнт передачі струму транзистора

для схем із загальним емітером, більше …………………….15;

Опір насичення між колектором і емітером, не більше ………….0,5 Ом.

Дросель L1 представляє собою 20 витків джгута із трьох провідників типу ПЭВ-2-0,47, поміщених у чашковий магнітопровід Б22 з фериту 6000HM. Магнітопровід зібраний із зазором товщиною 0,5 мм та проклеєний концентрованим клеєм Cyjanopan для еластичних з’єднань.

Зібраний дросель кріпиться безпосередньо до друкованої плати гвинтом М3×32 з гайкою та двома шайбами 3,0. Виводи котушки слід виготовити забезпечивши їх довжину 20…25 мм.

Чашкові сердечники дедалі частіше застосовуються в якості магнітопроводів котушок індуктивності і високочастотних трансформаторів, а також інших виробів, що працюють в слабких електромагнітних полях на частотах до 1 МГц. Нижче приводяться характеристики магнітопроводу Б22.

Ефективні параметри сердечників:

Таблиця 1

Типорозмір	Ефективна довжина магнітного шляху lе (мм)	Ефективний переріз Ае (мм2)	Ефективний обсяг сердечника Vе (мм3)	Маса (г), не більше
Б 22	30,4	69	2100	15,8

Геометричні розміри:

Таблиця 2

Типорозмір	Клас точн.	d1 (мм)	d2 (мм)	d3 (мм)	d4 (мм)	2H (мм)	2h (мм)
Б 22	II	22,0 –1,00	17,9 +1,00	9,4 – 0,60	4,4 + 0,50	13,6 – 0,80	9,2 + 1,20

Коефіцієнт початкової індуктивності. Позначення:

Таблиця 3

Марка фериту, типорозмір	Коефіцієнт поч. індуктивності АL , (нГн)	Позначення
6000НМ1 Б 22	7500 +25%	М6000НМ1 - 15 - 7500 Б 22 II ПЯ0.707.663 ТУ

Мал. 21. Чашковий магнітопровід Б22

Для ввімкнення (вимкнення) пристрою служить клавішний вимикач імпортного виробництва R59-2-K з двома стабільними позиціями (On\Off). Креслення вимикача показане на мал. 22. Клавішні вимикачі типу R59 призначені для комутації електричних ланцюгів мережної напруги в побутових і промислових електроприладах з одночасною індикацією положення клавіші.

Мал. 22. Клавішний вимикач R59-2-K

Індикаторний ланцюг – неонова лампа й резистор – у вимикача серії R59 підключений усередині його корпуса одним кінцем до середнього виводу контактної системи, а другим – до одного із крайніх (мал. 23). При подачі живлення на навантаження R_н вимикачем SA1 індикаторний ланцюг HL1R1 виявляється підключений паралельно навантаженню – лампа запалюється.

Мал. 23. Схема електрична принципова клавішного вимикача з індикацією

Індикація положення клавіші цих комутаційних пристроїв виконана на основі газонаповнених індикаторів тліючого розряду. Вимикач складається з корпуса, клавіші, індикатора, струмообмежуючого резистора й контактної системи.

Корпус виготовляють із поліамідної плас тмаси трьох кольорів – чорного, білого й сірого. Клавіша виконана прозорою, безбарвною або кольоровою. Під нею змонтована мініатюрна неонова лампа з струмообмежуючим резистором. Вимикач кріплять на панель товщиною від 0,7 до 3 мм у прямокутний отвір і фіксують засувками корпуса.

Контактна система – тумблерного типу. По комутаційних можливостях передбачені дві модифікації – 2П1Н и 2П2Н. По конструкції виводів вимикачі випускають двох різновидів: з виводами для підключення за допомогою спеціалізованого роз’єму і з виводами у вигляді петлі під пайку.

Комутаційна зносостійкість контактної системи вимикачів (число циклів включення-виключення) не менше 10000. Максимальна робоча температура навколишнього середовища – не менше +85 °С. Технічні характеристики зведені в таблицю.

Таблиця 4

Маркування	Технічні характеристики				Розміри монтажного отвору, мм	Індикація включення
	Напруга, В	Робочий струм, А	Колір корпусу	Комутаційна формула
R59-5-К	250	15	Чорний	2П2Н	28×22,5	є

Всі електрорадіоелементи пристрою за винятком трансформатора Т1, вимикача SA1, тримача запобіжника FU1 та вихідного гнізда XS1 змонтовані на друкованій платі з одностороннього фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм. Креслення друкованої плати та показане на малюнку 24.

Потужний транзистор VT3 встановлено на тепловідвідний радіатор з алюмінієвого сплаву для забезпечення оптимального теплового режиму роботи. Місце з’єднання змащене теплопровідною пастою. Кріпильний фланець транзистора зафіксований на радіаторі гвинтом М3×6.

Радіатор транзистора VT3, кріпиться безпосередньо на друковану плату двома гвинтами М3×10.

Мал. 24. Друкована плата

На перед ній панелі пристрою розміщено мережний вимикач та вихідне гніздо; на задній панелі – тримач запобіжника та армований шнур. Друкований вузол та трансформатор кріпляться до нижньої кришки корпусу гвинтами М3 з потайними головками.

Мал. 25. Розміщення складальних одиниць та деталей виробу

Безпомилково змонтований пристрій налагодження не потребує.

Імпульсний стабілізатор нескладно перестроїти на іншу вихідну напругу й струм споживаний навантаженням. Необхідну вихідну напругу встановлюють вибором відповідного стабілітрона VD8, а максимальний струм навантаження – пропорційним опором резистора R6 або подачею на базу транзистора VT4 невеликого струму від окремого параметричного стабілізатора через змінний резистор.

Ділянка б - в на навантажувальній характеристиці (мал. 8) дозволяє використати пристрій для зарядки акумуляторних батарей стабілізованим струмом. При цьому правда ККД стабілізатора падає, і якщо передбачається тривала робота на цій ділянці навантажувальної характеристики, то транзистор VT3 прийдеться встановити на більш ефективний тепловідвід.

Виріб змонтований у стандартному промисловому корпусі (мал. 26). Корпус виготовлений з чорного пластика, товщина стінок 4 мм. З'єднання нижньої і верхньої частини здійснюється 4-ма саморізами (3.5 х 50 мм), які додаються до кожного корпусу. Корпус укомплектований чотирма гумовими ніжками.

Мал. 26. Корпус виробу