1. Загальні методичні вказівки

Розвиток цивільної авіації пов'язаний з широким впровадженням засобів автоматики та обчислювальної техніки, що викорис­товуються для вирішення задач керування польотом повітряного судна, діагностування бортового електронного обладнання, керування повітряним рухом, розшифровки польотної інформації та в різних автоматичних системах керування (АСК). При цьому відбувається значне ускладнення електронної апаратури, засобів автоматики і обчис­лювальної техніки, яке суперечить високим вимогам до їхньої надійності, об’єму і маси. Виникла суперечність може бути подолана із застосуванням інтегральної елементної бази.

Застосування інтегральних схем (ІС) дозволяє зменшувати розміри електронної апаратури, витрати на її проектування, споживану потужність.

Процес якісної підготовки інженерів за спеціальностями 8.091401 “Системи управління та автоматизації ” і 8.091501 “Комп’ютерні системи та мережі” передбачає різноманітні форми самостійної роботи: курсове та дипломне проектування, практичні заняття, самостійне вивчення деяких розділів програми. У методичних рекомендаціях розглянуті питання проектування на основі ІС таких електронних схем: випрямлячів, стабілізаторів постійної напруги компенсаційного типу; чекаючих і автоколивальних мультивібраторів; підсилювачів низької частоти.

Ці методичні рекомендації можуть бути використані студентами факультету інформатики під час виконання курсової роботи з дисциплін “Електроніка і мікроелектроніка”, “Комп’ютерна електроніка”, при самостійному вивченні розділів “Джерела живлення електронної апаратури”, “Мультивібратори”, а також при дипломному проектуванні.

2. Методичні рекомендації до побудови стабілізованих джерел живлення

Для роботи електронних приладів спеціального призначення необхідні стабілізовані джерела живлення, які використовуються для живлення анодних або колекторних ланцюгів електронних ламп, транзисторів і інтегральних схем, а також різних ланцюгів зміщення. Структурна схема стабілізованого джерела живлення показана на рис. 2.1.

Основними частинами стабілізованого джерела живлення є випрямляч і стабілізатор постійної напруги.

Випрямляч складається з таких елементів (рис. 2.1): силового трансформатора; схеми випрямлення; згладжувального фільтру. Силовий трансформатор служить для підвищення або зниження напруги мережі до необхідного значення.

Рис. 2.1. Структурна схема стабілізованого джерела живлення

Схема випрямлення складається з одного або декількох вентилів, які мають односторонню провідність струму і виконують основну функцію випрямляча – перетворення змінного струму на постійний (пульсуючий). Згладжувальний фільтр використовується для зменшення пульсацій випрямленого струму. Стабілізатор постійної напруги використовується для підтримання автома­тично з потрібною точністю постійної напруги на навантаженні під час зміни дестабілізуючих факторів в обумовлених межах.

2.1. Методика розрахунку випрямляючих схем

У джерелах живлення використовуються різноманітні типи випрямлячів, які можуть бути класифіковані за числом фаз випрямлюваного струму, типом вентилів, схемою їхнього ввімкнення й іншими показниками.

Випрямлячі за вихідною потужністю поділяють на мікропотужні (до 1 Вт), малої потужності (1 – 10 Вт), середньої (10 – 100 Вт), підвищеної (100 – 1000 Вт) і великої (понад 1000 Вт). Вихідну напругу до 100 В називають низькою, від 100 до 1000 В – середньою, а вище 1000 В – високою.

Випрямляч розраховується згідно з технічним завданням. У процесі розрахунку необхідно вибрати найбільш раціональну схему випрямляча, визначити число і тип вентилів, підібрати схему та розрахувати елементи згладжувального фільтра, знайти електричні та конструктивні параметри силового трансформатора. Нижче наводяться основні розрахункові співвідношення і порядок розрахунку елементів випрямляючих приладів згідно з [1].

Для живлення електронної апаратури на транзисторах та ІС найчастіше застосовують випрямлячі однофазного змінного струму, які працюють у режимі двопівперіодного випрямлення, або схеми з подвоєнням випрямленої напруги, що наведені на рис. 2.2. Як звичайно на виході таких випрямлячів знаходяться згладжувальні фільтри, які починаються з конденсатора, що визначає ємнісний характер навантаження випрямляча.

Найбільш широко у випрямлячах використовують кремнієві діоди та діодні містки. Вони використовуються для одержання випрямлених напруг до 400–500 В при силі струму до декількох ампер.

Зручніше всього використовувати напів­провідникові вентилі у мостовій схемі (рис. 2.2, б). Такий випрямляч забезпечує двопівперіодне випрямлення і має всі переваги схеми випрямляча із середньою точкою. Конструкція випрямляча спрощується, оскільки розміри і маса трансформатора зменшуються внаслідок кращого використання обмоток по струму. При цьому зворотна напруга на кожному вентилі у мостовій схемі менше, ніж у схемі з середньою точкою. Необхідність використання у схемі чотирьох вентилів замість двох є недоліком мостової схеми.

Для підвищення випрямленої напруги на навантаженні при заданій напрузі на вторинній обмотці трансформатора або за відсутністю силового трансформатора з необхідним коефіцієнтом трансформації застосовують схеми випрямлення з подвоєнням або множенням напруги. Такі схеми дозволяють отримати випрямлену напругу близько 1000 В і вище. Одна з найбільш розповсюджених схем з подвоєнням напруги наведена на рис. 2.2, в.

Порівняльні властивості основних випрямляючих схем наведені в табл. 2.1.

За допомогою табл. 2.1 вибирається схема випрямляча. Основні розрахункові співвідношення випрямляча наведені в літературі [I, с.31–42].

Випрямлячі з ємнісною реакцією навантаження (ємнісним фільтром) застосовують у джерелах живлення малої потужності і струмом, який не перевищує 1 А.

Основними вихідними даними для розрахунку є: номінальна випрямлена напруга U₀; максимальний і мінімальний струми навантаження I_0max, I_0min; вихідна потужність P₀=U₀I₀; номінальна напруга мережі U₁; частота мережі f_м; відносне відхилення а_max, a_min; коефіцієнт пульсації К_п .

Рис. 2.2. Основні схеми однофазних двопівперіодних випрямлячів: а – схема із середньою точкою; б – мостова схема; в – схема із подвоєною напругою

В процесі розрахунку потрібно визначити тип і параметри вентилів, режим роботи схеми (струм, напруги, коефіцієнт корисної дії (ККД)), ємність і тип конденсатора, який навантажує випрямляч (перший елемент фільтра) .

Розрахунок здійснюємо в такій послідовності :

1. На основі рекомендацій табл. 2.1 вибираємо схему випрямляча.

Таблиця 2.1