2.2 Електричний розрахунок вузла схеми (стабілізатора напруги)

2.2.1 Дані для розрахунку стабілізатора напруги на інтегральній мікросхемі:

Вихідні дані:

• значення вхідної напруги U_{ст вх} = 15 В;

• номінальне значення вихідної напруги U_{ст вих ном}= 5 В;

• граничні значення вихідної напруги U_{ст вих мін}= 4,8 В, U_{ст вих макс}= 5,2 В;

• температурна нестабільність вхідної напруги α=0,02 %/°С;

• коефіцієнт пульсацій К_п=0,05.

Малюнок 2.1 Стабілізатор напруги

2.2.2 Вибираємо мікросхему стабілізатора. При цьому мають виконуватися умови [7]:

U _{ІМС вих.} ≥ U_{ст вих.};

І_{ІМС вих. макс} ≥ І_{н макс}; (2.4)

К_{ІМС ст} > К_ст

На основі отриманих даних вибираємо мікросхему [8] типу 7805 з наступними параметрами:

• значення вихідної напруги U_{ст вих ном}= 5 В;

• максимальний струм навантаження І_{н макс}=2,2 А;

• мінімальний струм навантаження І_{н мін}=1,5 А;

• коефіцієнт стабілізації напруги К_ст =0,8.

• коефіцієнт стабілізації напруги К_ст =1.

Для якої виконуються умови:

U _{ІМС вих.} =4,5 В ≥ U_{ст вих.}=5 В;

І_{ІМС вих. макс}=3 А ≥ І_{н макс}=2,5 А;

К_{ІМС ст.}=1 > К_ст=0,8

2.2.5 Визначаємо номінальне значення вхідної напруги [7]:

U_{ст вх ном}= U_{ст вх мін} /(1- α) (2.5)

U_{ст вх ном}= 8 /(1- 0,02) =8,16 В

2.2.6 Визначаємо граничні значення коефіцієнта корисної дії [7]:

η_макс= U_{ст вих макс} / U_{ст вх ном} (2.6)

η_мін= U_{ст вих мін} / U_{ст вх ном}

η_макс= 5,2 / 8,16=0,64

η_мін= 4,8 / 8,16=0,59

2.2.7 Визначаємо величини ємності конденсаторів [7].

Вхідний конденсатор С₁ необхідний для усунення генерації при стрибкоподібному ввімкненні вхідної напруги. Вихідний конденсатор С₂ забезпечує стійку роботу інтегральної схеми стабілізатора при імпульсній зміні струму у навантаженні і знижує рівень пульсації.

Їх величини вибирають виходячи із наступного: С₁>2,2 мкФ для танталових і С₁>8 мкФ для алюмінієвих оксидних конденсаторів.

Приймаємо С₁=470мкФ, С₂=100 мкФ.

В результаті проведеного розрахунку інтегрального стабілізатора напруги визначені наступні елементи схеми: мікросхема – 78L05 “AMD”, конденсатори С1, С4 – К53-18-16В-10мкФ ±10% ОЖ0.460.172 ТУ.

2.3 Розрахунок показників надійності

2.3.1 Завдання для розрахунку: зробити розрахунок і дати оцінку надійності конструкції.

2.3.2 Початкові дані для розрахунку:

а) схема електрична принципова;

б) перелік елементів.

2.3.3 Умови розрахунку: кліматичні-нормальні.

2.3.4 Розрахунок:

Заповнюємо таблицю даних для розрахунку надійності.

Таблиця 2.2 – Початкові дані

Номер типу елемен-ту, і	Найменування елементів	Кіл. штук, nі	Інтенсив-ність відмов і×10-6	Поправоч-ний коефіцієнт і	Добуток і×nі×і× ×10-6
1	Плата А1	1	0,1	0,1	0,01
2	Основа	1	0,1	0,1	0,01
3	Конденсатори	10	0,3	0,49	1,323
4	Мікросхеми	4	0,5	0,7	1,05
5	Резистори	9	0,5	0,35	2,975
6	Транзистори	3	0,5	0,35	0,525
7	Діод	2	0,5	0,81	1,35
8	Роз’єм	4	0,1	0,15	0,015
9	Пайка	120	0,1	0,1	1,2
10	Гвинти з'єднувальні	8	0,005	0,1	0,0005
11	Кварцовий резонатор	1	0,5	0,5	0,25
12	Світлодіоди	2	0,5	0,81	1,35

2.3.4.1 Визначаємо значення інтенсивності відмов радіоелементів з таблиці 2 [9] і записуємо в таблицю 2.2.

2.3.4.2 Визначаємо наближені коефіцієнти навантаження для кожної групи радіоелементів і порівнюємо їх з рекомендованими коефіцієнтами

навантаження, які наведені в таблиці 4 [9].

2.3.4.3 За значенням коефіцієнта навантаження з таблиці 3 [9] вибираємо поправочний коефіцієнт, який заносимо в таблицю 2.2.

2.3.4.4 За відомим з переліку елементів типом радіоелементів з таблиці 2 [9] вибираємо інтенсивність відмов для кожної групи радіоелементів і записуємо їх у таблицю 2.2.

2.3.4.5 Визначаємо сумарну інтенсивність відмов за формулою

, (2.12)

де λ_сум – сумарна інтенсивність відмов, 1/год.;

n_i – кількість елементів і-ого типу;

λ_0і – інтенсивність відмов елементів і-ого типу;

α_і – поправочний коефіцієнт елементів і-ого типу;

N – кількість типів елементів.

λ_сум = 9,54×10^-6 (1/год.)

2.3.4.6 Визначаємо середнє напрацювання на відмову за формулою:

T=1/ (2.13)

Т=1/9,54×10^-6= 1044821,8 (год.)

2.3.4.7 Визначаємо ймовірність безвідмовної роботи за формулою:

Р(t)= (2.14)

Р(1000)= = 0,985

Р(10000)= = 0,86

Р(20000)= = 0,78

Р(30000)= = 0,69

Р(50000)= = 0,54

2.3.4.8 Будуємо графік залежності Р(t)=

Рисунок 2.2 – Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи від часу

В результаті розрахунку надійності визначено, що напрацювання на відмову складає 19000 годин при рівні ймовірності безвідмовної роботи 0,8.